CN107946447A - 一种led的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED的封装结构，该结构包括：散热基板101，RGB三基色LED芯片，位于所述散热基板101上，下层硅胶102，位于所述散热基板101和所述RGB三基色LED芯片上，半球形硅胶透镜103，在所述下层硅胶102上间隔排列，上层硅胶104，位于所述下层硅胶和所述半球形硅胶透镜上。本发明的LED封装结构通过采用具有斜通孔结构的铝散热基板增加了LED的散热基板效果，采用半球形硅胶透镜结构可以保证LED芯片能够更好的透过封装材料照射出去，提高了光的透射率。
Description
技术领域
本发明涉及LED封装技术领域，特别是涉及一种LED的封装结构。
背景技术
上世纪末，以GaN基材料为代表的III-V族化合物半导体在蓝光灯芯芯片领域的突破，带来了一场照明革命，这场革命的标志是以大功率发光二极管(Light-EmittingDiode，LED)为光源的半导体照明技术(Solid State Lighting，SSL)。
所谓led灯，就是一种使用发光二极管为主要材料来制作使用的灯具，它之所以能够发光，主要是因为我们使用微弱的电能就能够使得这个半导体的PN结达到发光的效果，意思就是，我们在一定正向偏置的电压和电流的情况下，注入P区和N区的电子在扩散的时候经过辐射复合而发出光源。与传统灯泡相比，LED灯具有发光纯度高、耗电量低、超长寿命等优势。近年来，LED多采用GaN基蓝光灯芯加黄色荧光的方式产生白光，以实现照明，该方式存在以下问题。
第一，由于大功率LED用于照明等场合，成本控制十分重要，而且大功率LED灯外部热沉的结构尺寸也不允许太大，更不可能容许加电风扇等方式主动散热基板，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。目前，芯片多数是封装在薄金属散热基板上，由于金属散热基板较薄、热容较小，而且容易变形，导致其与散热基板片底面接触不够紧密而影响散热基板效果。第二，LED光源发出的光一般呈发散式分布，即朗伯分布，导致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，因此增加了生产成本。第三，LED输入功率中只有一部分的能量转化为光能，其余的能量则转化为热能，所以对于LED芯片，尤其是功率密度很大的LED芯片，如何控制其能量，是LED制造和灯具应该着重解决的重要问题。第四，荧光粉材料被认为是影响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封装结构中，荧光粉一般是直接涂覆在芯片表面。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，此外，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。
发明内容
因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种LED的封装结构。
具体地，本发明一个实施例提出的一种LED的封装结构，包括：
散热基板101；
RGB三基色LED芯片，位于所述散热基板101上；
下层硅胶102，位于所述散热基板101和所述RGB三基色LED芯片上；
半球形硅胶透镜103，在所述下层硅胶102上间隔排列；
上层硅胶104，位于所述下层硅胶和所述半球形硅胶透镜上。
在本发明的一个实施例中，所述散热基板101的材料为铝，厚度为0.5～10mm。
在本发明的一个实施例中，在所述散热基板101内设置有直径为0.1～0.3mm的圆形通孔，所述圆形通孔之间的间距为0.5～10mm。
在本发明的一个实施例中，所述圆形通孔沿所述散热基板101宽度方向排列，且所述圆形通孔与所述散热基板101平面成1～10°的夹角。
在本发明的一个实施例中，所述半球形硅胶透镜103的直径为10～200μm，所述半球形硅胶透镜103之间的间距为10～200μm。
在本发明的一个实施例中，所述半球形硅胶透镜103的折射率大于所述下层硅胶102的折射率。
在本发明的一个实施例中，所述半球形硅胶透镜103的折射率大于所述上层硅胶104的折射率。
在本发明的一个实施例中，所述上层硅胶105的厚度为50～500μm。
在本发明的一个实施例中，所述上层硅胶104的折射率大于所述下层硅胶102的折射率。
在本发明的一个实施例中，所述半球形硅胶透镜103呈矩形或菱形均匀排列。
本发明实施例，具备如下优点：
1、LED封装结构内的散热基板采用的为铝散热基板，铝散热基板具有热容大，导热效果好，不容易变形，与散热基板装置接触紧密的特点，改善了LED封装结构的散热基板效果；并且本发明的实施例通过在LED封装结构内的铝散热基板内部设置斜通孔，使LED在其强度几乎没有变化的同时，降低了铝材成本，并且利用中间斜通孔的方式，可以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，改善了LED的散热基板效果。
2、本发明的LED封装结构中不含荧光粉，解决了在高温条件下引起的荧光粉的量子效率下降的问题。
3、利用不同种类硅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，使光源发出的光能够更加集中；通过改变LED封装结构内的半球形硅胶透镜的排布方式，可以保证光源的光线在集中区均匀分布，如半球形硅胶透镜的排布方式呈矩形或者菱形排列。
4、本发明制备的LED封装结构所采用的下层硅胶的折射率小于上层硅胶的折射率，球形硅胶透镜的材料的折射率大于下层硅胶和上层硅胶折射率，这种设置方式可以提高LED芯片的透光率，使LED芯片所发射出来的光能够更多的透过封装材料照射出去。
5、LED封装结构中设置半球形透镜可以改变光的传播方向，有效地抑制全反射效应，有利于更多的光发射到LED外面，增大了LED器件的外量子效率，提高了LED的发光效率。
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。
附图说明
下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
图1为本发明实施例提供的一种LED封装结构剖面示意图；
图2为本发明实施例提供的一种LED封装方法流程示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种LED封装结构剖面示意图；
图4为本发明实施例提供的一种RGB三基色LED芯片结构原理示意图；
图5为本发明实施例提供的一种散热基板剖面示意图；
图6a为本发明实施例提供的一种球形硅胶透镜剖面示意图；
图6b为本发明实施例提供的另一种球形硅胶透镜剖面示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种LED封装结构剖面示意图。该结构包括：
散热基板101；
RGB三基色LED芯片，位于所述散热基板101上；
下层硅胶102，位于所述散热基板101和所述RGB三基色LED芯片上；
半球形硅胶透镜103，在所述下层硅胶102上间隔排列；
上层硅胶104，位于所述下层硅胶和所述半球形硅胶透镜上。
进一步地，所述散热基板101的材料为铝，厚度为0.5～10mm。
进一步地，在所述散热基板101内设置有直径为0.1～0.3mm的圆形通孔，所述圆形通孔之间的间距为0.5～10mm。
进一步地，所述圆形通孔在所述散热基板101内沿宽度方向排列，且所述圆形通孔与所述散热基板101平面成1～10°的夹角。
进一步地，所述半球形硅胶透镜103的直径为10～200μm，所述半球形硅胶透镜103之间的间距为10～200μm。
进一步地，所述半球形硅胶透镜103的折射率大于所述下层硅胶102的折射率。
进一步地，所述半球形硅胶透镜103的折射率大于所述上层硅胶104的折射率。
进一步地，所述上层硅胶104的厚度为50～500μm。
进一步地，所述上层硅胶104的折射率大于所述下层硅胶102的折射率。
进一步地，所述半球形硅胶透镜103呈矩形或菱形均匀排列。
本发明的有益效果具体为：
1、LED封装结构内的散热基板采用的为铝散热基板，铝散热基板具有热容大，导热效果好，不容易变形，与散热基板装置接触紧密的特点，改善了LED封装结构的散热基板效果；并且本发明的实施例通过在LED封装结构内的铝散热基板内部设置斜通孔，使LED在其强度几乎没有变化的同时，降低了铝材成本，并且利用中间斜通孔的方式，可以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，改善了LED的散热基板效果。
2、本发明的LED封装结构中不含荧光粉，解决了在高温条件下引起的荧光粉的量子效率下降的问题。
3、利用不同种类硅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，使光源发出的光能够更加集中；通过改变LED封装结构内的半球形硅胶透镜的排布方式，可以保证光源的光线在集中区均匀分布，如半球形硅胶透镜的排布方式呈矩形或者菱形排列。
4、本发明制备的LED封装结构所采用的下层硅胶的折射率小于上层硅胶的折射率，球形硅胶透镜的材料的折射率大于下层硅胶和上层硅胶折射率，这种设置方式可以提高LED芯片的透光率，使LED芯片所发射出来的光能够更多的透过封装材料照射出去。
5、本发明采用的RGB三基色LED芯片避免了因荧光粉掺杂不均匀二导致的出光不均匀的问题，同时改善了因荧光粉呈颗粒状而导致出光率下降的问题。
实施例二
请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种LED封装方法流程示意图。在上述实施例的基础上，本实施例将较为详细地对本发明的工艺流程进行介绍。该方法包括：
S1、散热基板的制备；
S11、支架/散热基板的制备；
具体地，选取厚度为0.5～10mm，材料为铝的散热基板101，裁剪散热基板101；
S12、支架/散热基板的清洗；
具体地，将散热基板101和支架上面的污渍，尤其是油渍清洗干净；
S13、支架/散热基板的烘烤；
具体地，烘烤清洗完成的散热基板101和支架，保持散热基板101和支架的干燥。
优选地，在散热基板101内部具有沿宽度方向且与散热基板101平面呈一定夹角的圆形通孔；其中，圆形通孔的直径为0.1～0.3mm，圆形通孔与散热基板101平面的夹角为1～10°，圆形通孔之间的间距为0.5～10mm。
优选地，散热基板101内的圆形通孔通过直接铸造工艺或者在散热基板101上沿宽度方向直接开槽形成。
优选地，支架用于固定RGB三基色LED芯片和引出引线；
S2、芯片的制备；
S21、选取RGB三基色LED芯片；
S22、将焊料印刷到RGB三基色LED芯片上；
S23、将印刷有焊料的RGB三基色LED芯片进行固晶检验；
S24、利用回流焊焊接工艺将RGB三基色LED芯片焊接到散热基板101上方。
S3、下层硅胶102的制备；
具体地，在RGB三基色LED芯片上方上涂覆下层硅胶102，完成下层硅胶102的制备。
优选地，下层硅胶103不含荧光粉。
S4、半球形硅胶透镜103的制备；
S41、在下层硅胶103的上表面涂覆第一硅胶层；
S42、在第一硅胶层上设置第一半球形模具，利用第一半球形模具在第一硅胶层上形成具有半球形形状的第一半球形硅胶；
S43、烘烤设置有第一半球形模具的第一半球形硅胶，烘烤温度为90～125℃，烘烤时间为15～60min，使第一半球形硅胶固化；
S44、烘烤完成之后，将设置在第一硅胶层内的第一半球形模具去除，完成半球形硅胶透镜103的制备。
优选地，半球形硅胶透镜103不含荧光粉。
S5、上层硅胶104的制备；
S51、在下层硅胶102和半球形硅胶透镜103上涂覆第二硅胶层；
S52、在第二硅胶层上设置第二半球形模具，利用第二半球形模具在第二硅胶层上形成具有半球形形状的第二半球形硅胶；
S53、烘烤设置有第一半球形模具的第二半球形硅胶，烘烤温度为90～125℃，烘烤时间为15～60min，使第二半球形硅胶固化；
S54、将设置在第二硅胶层内的第二半球形模具去除，完成上层硅胶104的制备。
优选地，上层硅胶105不含荧光粉。
S6、长烤；
具体地，整体烘烤散热基板101、RGB三基色LED芯片、下层硅胶102、半球形硅胶透镜103和上层硅胶104，烘烤温度为100～150℃，烘烤时间为4～12h，完成LED的封装。
S7、测试、分捡封装完成的LED。
S8、包装测试合格的LED封装结构。
实施例三
请一并参见图3、图4、图5和图6a～图6b，图3为本发明实施例提供的另一种LED封装结构剖面示意图，图4为本发明实施例提供的一种RGB三基色LED芯片结构原理示意图，图5为本发明实施例提供的一种散热基板剖面示意图，图6a为本发明实施例提供的一种球形硅胶透镜剖面示意图，图6b为本发明实施例提供的另一种球形硅胶透镜剖面示意图。在上述实施例的基础上，本实施例将对本发明的LED封装结构进行介绍，该LED封装结构包括：
散热基板101；
其中，如图5所示，散热基板101的材料为铝，散热基板101的厚度D为0.5～10mm，在散热基板101内设置有圆形通孔，圆形通孔在散热基板101内部沿宽度方向排列，且与散热基板101平面呈一定夹角的圆形通孔；其中，圆形通孔的数量为n且n≥2、直径为0.1～0.3mm，圆形通孔与散热基板101平面的夹角为1～10°，圆形通孔之间的间距A为0.5～10mm。
下层硅胶102，形成于散热基板101和RGB三基色LED芯片上表面；
其中，下层硅胶103不含有荧光粉且为耐高温材质的硅胶。
优选地，下层硅胶103的材料可以为改性环氧树脂、有机硅材料。
优选地LED封装结构中与LED芯片相接触的硅胶为耐高温的硅胶，解决了硅胶在高温条件下因硅胶老化发黄而引起的透光率下降的问题。
半球形硅胶透镜103，形成于散热基板101和RGB三基色LED芯片上表面；
其中，半球形硅胶透镜103的直径为10～200μm，半球形硅胶透镜103之间的间距为10～200μm，半球形硅胶透镜103不含有荧光粉，半球形硅胶透镜103的折射率大于下层硅胶102和上层硅胶104的折射率。
优选地，半球形硅胶透镜103的材料可以为聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲脂、玻璃。
优选地，如图6a～6b所示，球形硅胶透镜103可以呈矩形或菱形均匀排列。
上层硅胶104，形成于半球形硅胶透镜103和下层硅胶102上表面；
其中，上层硅胶105的厚度为50～500μm、折射率≤1.5，上层硅胶105不含荧光粉，且上层硅胶104的折射率大于下层硅胶102的折射率。
优选地，上层硅胶104的材料可以为环氧树脂、改性环氧树脂、有机硅材料、甲基硅橡胶、苯基有机硅橡胶。
优选地，上层硅胶104为半球形形状，可以使LED的出光角最大。
优选地，上层硅胶104还可以为扁平面和抛物面形两种形状。
综上所述，本文中应用了具体个例对本发明实施例提供的一种LED的封装结构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的方法及其核心思想；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的封装结构，其特征在于，包括：
散热基板(101)；
RGB三基色LED芯片，位于所述散热基板(101)上；
下层硅胶(102)，位于所述散热基板(101)和所述RGB三基色LED芯片上；
半球形硅胶透镜(103)，在所述下层硅胶(102)上间隔排列；
上层硅胶(104)，位于所述下层硅胶和所述半球形硅胶透镜上。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述散热基板(101)的材料为铝，厚度为0.5～10mm。
3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于，在所述散热基板(101)内设置有直径为0.1～0.3mm的圆形通孔，所述圆形通孔之间的间距为0.5～10mm。
4.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，所述圆形通孔沿所述散热基板(101)宽度方向排列，且所述圆形通孔与所述散热基板(101)平面成1～10°的夹角。
5.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述半球形硅胶透镜(103)的直径为10～200μm，所述半球形硅胶透镜(103)之间的间距为10～200μm。
6.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述半球形硅胶透镜(103)的折射率大于所述下层硅胶(102)的折射率。
7.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述半球形硅胶透镜(103)的折射率大于所述上层硅胶(104)的折射率。
8.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述上层硅胶(104)的厚度为50～500μm。
9.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述上层硅胶(104)的折射率大于所述下层硅胶(102)的折射率。
10.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述半球形硅胶透镜(103)呈矩形或菱形均匀排列。
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