CN107833948A - Led封装结构及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED封装结构及其方法，该方法包括：选取LED芯片、散热基板和支架；将所述LED芯片焊接于所述散热基板；在所述LED芯片上方涂敷下硅胶层；配置荧光粉胶；制备球形透镜区；在所述下硅胶层和所述球形透镜区上制备外半球硅胶层以完成所述LED封装。本发明提供的LED封装方法采用荧光粉与LED芯片分离的工艺，解决了高温引起的荧光粉的量子效率下降的问题；与LED芯片接触的硅胶为耐高温的硅胶，解决了硅胶老化发黄引起的透光率下降的问题；同时，本发明提供的硅胶球呈矩形或者菱形均匀排列，可以保证光源的光线在集中区均匀分布。
Description
技术领域
本发明属LED封装技术领域，特别涉及一种LED封装结构及其方法。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)封装是指发光芯片的封装，相比集成电路封装有较大不同。LED的封装不仅要求能够保护灯芯，而且还要能够透光。大功率LED封装由于结构和工艺复杂，直接影响到LED的使用性能和寿命。
封装是白光LED制备的关键环节，半导体材料的发光机理决定了单一的LED芯片无法发出连续光谱的白光，因此工艺上必须混合两种以上互补色的光而形成白光，目前实现白光LED的方法主要有三种：蓝光LED+YAG黄色荧光粉，RGB三色LED，紫外LED+多色荧光粉，而白光LED的实现都是在封装环节。良好的工艺精度控制以及好的材料、设备是白光LED器件一致性的保证。
目前，现有LED的封装工艺存在以下几个问题。
1、由于LED光源发出的光一般呈发散式分布，即朗伯分布，这引起光源照明亮度不够集中，一般需要通过外部透镜进行二次整形，以适应具体场合的照明需求，这增加了生产成本。
2、荧光粉材料被认为是影响白光LED封装取光效率最重要的封装材料之一，国外研究人员发现荧光粉的光散射特性使得相当一部分的正向入射光线会被后向散射。目前的大功率LED封装中，荧光粉一般是直接涂覆在芯片表面上的。由于芯片对于后向散射的光线存在吸收作用，因此，这种直接涂覆的方式将会降低封装的取光效率。另外，将荧光粉直接涂覆在芯片上，芯片产生的高温会使荧光粉的量子效率显著下降，从而严重影响到封装的流明效率。
3、LED芯片工作的安全结温应在110℃以内，如果结温过高，会导致光强降低、光谱偏移、色温升高、热应力增高、芯片加速老化等一系列问题，大大降低了LED的使用寿命，同时，还可以导致芯片上面灌装的封装胶胶体加速老化，影响其透光效率。
发明内容
为了提高LED芯片的工作性能，本发明提供了一种LED封装结构及其方法；本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明的实施例提供了一种LED封装方法，包括：
S11、选取LED芯片、散热基板；
S12、将所述LED芯片焊接于所述散热基板；
S13、在所述LED芯片上方涂敷下硅胶层；
S14、配置荧光粉胶；
S15、制备球形透镜区；
S16、在所述下硅胶层和所述球形透镜区上制备外半球硅胶层以完成所述LED封装。
在本发明的一个实施例中，步骤S12包括：
S121、选取支架；
S122、清洗并烘干所述支架和所述散热基板；
S123、采用回流焊接工艺，将所述LED芯片焊接于所述散热基板，并将所述散热基板安装于所述支架。
在本发明的一个实施例中，步骤S14包括：
S141、选取荧光粉和硅胶；
S142、将所述荧光粉和所述硅胶进行混合形成荧光粉胶；
S143、对所述荧光粉胶进行颜色测试。
在本发明的一个实施例中，所述荧光粉胶含有红色、绿色、蓝色三种荧光粉。
在本发明的一个实施例中，步骤S15包括：
S151、采用第一半球形模具在所述下层硅胶上形成若干个下半球槽；
S152、带模具烘烤后去掉第一半球形模具；
S153、在所述下层硅胶上涂敷第一荧光粉胶，并采用第二半球形模具在所述第一荧光粉胶上形成若干个上半球；
S154、烘烤后去掉第二半球形模具形成球形透镜区。
在本发明的一个实施例中，所述球形透镜区包括若干个呈矩形或菱形分布的硅胶球。
在本发明的一个实施例中，步骤S16包括：
S161、在所述球形透镜区上方涂敷所述第二荧光粉胶，并采用第三半球形模具在所述第二荧光粉胶上形成外层半球；
S162、烘烤后去掉第三半球形模具；
S163、在100-150℃温度下，烘烤4-12小时。
在本发明的一个实施例中，步骤S15之后还包括：对所述LED封装结构进行检测包装。
在本发明的一个实施例中，所述LED芯片为紫外光LED芯片。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的LED封装结构及其方法的荧光粉与LED芯片分离，解决了高温引起的荧光粉的量子效率下降的问题；与LED芯片接触的硅胶为耐高温的硅胶，解决了硅胶老化发黄引起的透光率下降的问题。
2、本发明提供的LED封装结构及其方法，利用不同种类硅胶和荧光粉胶折射率不同的特点，在硅胶中形成透镜，改善LED芯片发光分散的问题，是光源发出的光能够更加集中；其中，下层硅胶折射率小于外层硅胶，硅胶球材料的折射率大于下层和外层硅胶折射率，可以保证LED芯片的光线能够更多的透过封装材料照射出去。
3、本发明提供的硅胶球可以呈矩形均匀排列，或者菱形排列。可以保证光源的光线在集中区均匀分布。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
图1为本发明一实施例提供的一种LED封装方法流程示意图；
图2为本发明另一实施例提供的一种LED封装方法流程图；
图3为本发明另一实施例提供的紫外LED芯片的结构示意图；
图4为本发明另一实施例提供的一种散热基板结构示意图；
图5a-图5b为本发明另一实施例提供的一种球形透镜分布示意图；
图6为本发明再一实施例提供的一种LED封装结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1为本发明一实施例提供的一种LED封装方法流程示意图，包括：
S11、选取LED芯片、散热基板；
S12、将所述LED芯片焊接于所述散热基板；
S13、在所述LED芯片上方涂敷下硅胶层；
S14、配置荧光粉胶；
S15、制备球形透镜区；
S16、在所述下硅胶层和所述球形透镜区上制备外半球硅胶层以完成所述LED封装。
优选地，步骤S12可以包括：
S121、选取支架；
S122、清洗并烘干所述支架和所述散热基板；
S123、采用回流焊接工艺，将所述LED芯片焊接于所述散热基板，并将所述散热基板安装于所述支架。
进一步地，步骤S14可以包括：
S141、选取荧光粉和硅胶；
S142、将所述荧光粉和所述硅胶进行混合形成荧光粉胶；
S143、对所述荧光粉胶进行颜色测试。
具体地，所述荧光粉胶含有红色、绿色、蓝色三种荧光粉。
优选地，步骤S15可以包括：
S151、采用第一半球形模具在所述下层硅胶上形成若干个下半球槽；
S152、带模具烘烤后去掉第一半球形模具；
S153、在所述下层硅胶上涂敷第一荧光粉胶，并采用第二半球形模具在所述第一荧光粉胶上形成若干个上半球；
S154、烘烤后去掉第二半球形模具形成球形透镜区。
具体地，所述球形透镜区包括若干个呈矩形或菱形分布的硅胶球。
优选地，步骤S16可以包括：
S161、在所述球形透镜区上方涂敷所述第二荧光粉胶，并采用第三半球形模具在所述第二荧光粉胶上形成外层半球；
S162、烘烤后去掉第三半球形模具；
S163、在100-150℃温度下，烘烤4-12小时。
进一步地，步骤S15之后还包括：对所述LED封装结构进行检测包装。
优选地，所述LED芯片为紫外光LED芯片。
本实施例提供的LED封装方法采用荧光粉与LED芯片分离的工艺，解决了高温引起的荧光粉的量子效率下降的问题；与LED芯片接触的硅胶为耐高温的硅胶，解决了硅胶老化发黄引起的透光率下降的问题；本实施例提供的硅胶球可以呈矩形均匀排列，或者菱形排列。可以保证光源的光线在集中区均匀分布。
实施例二
请参照图2，图2为本发明另一实施例提供的一种LED封装方法流程图，本实施例在上述实施例的基础上，对本发明的LED封装方法进行详细描述如下。具体地，包括如下步骤：
S21、选取LED芯片；
S22、选取支架和散热基板；
S23、将所述LED芯片焊接于所述散热基板；
S24、在所述LED芯片上方涂敷下层硅胶；
S25、配置荧光粉胶；
S26、制备球形透镜；
S27、在所述球形透镜上方涂敷外层荧光粉胶；并采用半球形模具在所述外层荧光粉胶上形成外层半球；以完成所述LED封装。
其中，下层硅胶折射率小于外层荧光粉胶，球形透镜中材料的折射率大于下层和外层硅胶折射率。
优选地，所述LED芯片为紫外光LED芯片；
具体地，请参照图3，图3为本发明另一实施例提供的紫外LED芯片的结构示意图，所述紫外LED芯片由下往上依次包括蓝宝石衬底201、N型AlGaN层202、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱结构203、P型AlGaN阻挡层204、P型GaN层205；以及，设置于所述P型GaN层205表面的正电极206和设置于所述N型AlGaN层202表面的负电极207。
优选地，请参照图4，图4为本发明另一实施例提供的一种散热基板结构示意图，所述散热基板采用铜材料，厚度大于0.5毫米、小于10毫米，在散热基板中沿宽度方向形成圆槽，圆槽中轴与散热基板平面呈一定夹角，夹角范围为1-10度；散热基板中的圆槽直径为0.2--1毫米、圆槽间距0.5-10毫米；
其中，采用设置有斜圆槽的散热基板，在强度几乎没有变化的同时，降低了散热基板成本；同时增加空气流通的通道，利用烟囱效应提升空气的热对流速率，增加了散热效果。
具体地，步骤S23可以包括：
S231、印刷焊料并检验所述焊料的固晶：
S232、采用回流焊接工艺，将所述LED芯片焊接于所述散热基板，并将所述散热基板安装于所述支架。。
进一步地，所述荧光粉为红色、绿色、蓝色三种荧光粉；即所述荧光粉胶含有红色、绿色、蓝色三种荧光粉；
其中，所述荧光粉胶可以通过改变红色、绿色、蓝色三种荧光粉的含量，可以连续调节光的颜色，除了白光以外，还可以变成任意颜色，同时还可以调节光源的色温。
优选地，步骤S26可以包括：
S261、采用半球形模具在所述下层硅胶上形成下半球凹槽；
S262、在90-125℃温度下，带模具烘烤15-60分钟；烘烤完成后去掉模具；
S263、在所述下硅胶层上涂敷荧光粉胶，其中，所述荧光粉胶填满所述下半球凹槽，并高于所述下层硅胶不小于所述下半球凹槽半径的高度；
S264、采用半球形模具在所述荧光粉胶上形成上半球，其中，所述上半球与所述下半球均填满荧光粉胶形成球形透镜区，所述球形透镜区包括若干个呈矩形或菱形分布的硅胶球。
S265、在90-125℃温度下，带模具烘烤15-60分钟；烘烤完成后去掉模具。
具体地，请参见图5a-图5b，图5a-图5b为本发明另一实施例提供的一种球形透镜分布示意图，图5a中所述球形透镜呈矩形均匀分布于所述下层硅胶和所述外层荧光粉胶之间；图5b中所述球形透镜呈菱形均匀分布于所述下层硅胶和所述外层荧光粉胶之间。
其中，硅胶球可以呈矩形均匀排列，或者菱形交错排列；可以保证光源的光线在集中区均匀分布。
进一步地，所述硅胶球直径为10-200微米，间距为10-200微米；
进一步地，步骤S27可以包括：
S271、在所述球形透镜和所述下层硅胶上方涂敷外层荧光粉胶；并采用半球形模具在所述外层荧光粉胶上形成外层半球；
S272、在90-125℃温度下，带模具烘烤15-60分钟；烘烤完成后去掉模具；
S273、在100-150℃温度下，烘烤4-12小时以完成所述LED封装。
本实施例提供的LED封装方法在荧光粉与LED芯片中增加下硅胶层，下硅胶层为耐高温的硅胶，解决了硅胶老化发黄引起的透光率下降的问题；同时，下硅胶层使荧光粉与LED芯片分离，解决了高温引起的荧光粉的量子效率下降的问题。且本方法提供的硅胶球中含有荧光粉，使得紫外光在二次调整过程中部分光源变成红、黄、蓝色的光。
实施例三
进一步地，请参照图6，图6为本发明再一实施例提供的一种LED封装结构示意图，本实施例提供的LED封装结构由上述实施例提供的方法制备形成。具体地，LED封装结构包括：由下往上依次包括LED散热基板21、下硅胶层22、球形透镜区23及外半球硅胶层24。
其中，LED散热基板21包括散热基板和设置于散热基板上的LED芯片。
具体地，下硅胶层22为不含荧光粉的硅胶；其中，下硅胶层不含荧光粉，使荧光粉与LED芯片分离，解决了高温引起的荧光粉的量子效率下降的问题。
进一步地，球形透镜区23包括若干个呈矩形或菱形均匀分布的硅胶球，所述硅胶球中的硅胶含有荧光粉，其中，硅胶球也可以根据工艺需要不是均匀分布。
具体地，外半球硅胶层24覆盖整个下硅胶层和球形透镜区，厚度为50μm～500μm，其中，外半球硅胶层的硅胶含有荧光粉。
优选地，LED散热基板21的厚度D为90-140微米，宽度W大于20微米。
优选地，球形透镜区23的硅胶球半径R为5μm～100μm，硅胶球到LED芯片的距离L大于3微米，硅胶球之间的间距A为5μm-100μm。
优选地，该LED封装结构中，下硅胶层22可以采用改性环氧树脂、有机硅材料等；球形透镜区23采用聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲脂、玻璃等材料；外半球硅胶层24优选采用甲基折光率为1.41的硅橡胶、苯基高折射率(例如1.54)的有机硅橡胶等。
本实施例提供的LED封装结构，采用下硅胶层、球形透镜区及外半球硅胶层的三层设计，下层硅胶折射率小于外层硅胶，球形透镜区的硅胶球材料的折射率大于下层硅胶折射率，小于外层硅胶折射率，可以保证LED芯片的光源能够更多的透过封装材料照射出去。
综上所述，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。
Claims (10)
1.一种LED封装方法，其特征在于，包括：
S11、选取LED芯片、散热基板；
S12、将所述LED芯片焊接于所述散热基板；
S13、在所述LED芯片上方涂敷下硅胶层；
S14、配置荧光粉胶；
S15、制备球形透镜区；
S16、在所述下硅胶层和所述球形透镜区上制备外半球硅胶层以完成LED封装。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S12包括：
S121、选取支架；
S122、清洗并烘干所述支架和所述散热基板；
S123、采用回流焊接工艺，将所述LED芯片焊接于所述散热基板，并将所述散热基板安装于所述支架。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S14包括：
S141、选取荧光粉和硅胶；
S142、将所述荧光粉和所述硅胶进行混合形成荧光粉胶；
S143、对所述荧光粉胶进行颜色测试。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述荧光粉胶含有红色、绿色、蓝色三种荧光粉。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S15包括：
S151、采用第一半球形模具在所述下层硅胶上形成若干个下半球槽；
S152、带模具烘烤后去掉所述第一半球形模具；
S153、在所述下层硅胶上涂敷第一荧光粉胶，并采用第二半球形模具在所述第一荧光粉胶上形成若干个上半球；
S154、烘烤后去掉所述第二半球形模具形成所述球形透镜区。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述球形透镜区包括若干个呈矩形或菱形分布的硅胶球。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S16包括：
S161、在所述球形透镜区上方涂敷所述第二荧光粉胶，并采用第三半球形模具在所述第二荧光粉胶上形成外层半球；
S162、烘烤后去掉所述第三半球形模具；
S163、在100-150℃温度下，烘烤4-12小时。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S16之后还包括：对所述LED封装结构进行检测包装。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述LED芯片为紫外光LED芯片。
10.一种LED封装结构，其特征在于，所述封装结构由权利要求1～9任一项所述的方法制备形成。
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