CN108011008B - Led封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED封装结构，该结构包括：LED底板(11)；第一硅胶层(12)，设置于所述LED底板(11)上；透镜区(13)，设置于所述第一硅胶层(12)上；第二硅胶层(14)，设置于所述第一硅胶层(12)和所述透镜区(13)上。本发明提供的LED封装结构采用荧光粉与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。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)具有寿命长、发光效率高、显色性好、安全可靠、色彩丰富和易于维护的特点。在当今环境污染日益严重，气候变暖和能源日益紧张的背景下，基于大功率LED发展起来的半导体照明技术已经被公认为是21世纪最具发展前景的高技术领域之一。这是自煤气照明、白炽灯和荧光灯之后，人类照明史上的一次大飞跃，迅速提升了人类生活的照明质量。
大功率LED封装由于结构和工艺复杂，并直接影响到LED的使用性能和寿命；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；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封装结构，包括：
LED底板11；
第一硅胶层12，设置于所述LED底板11上；
透镜区13，设置于所述第一硅胶层12上；
第二硅胶层14，设置于所述第一硅胶层12和所述透镜区13上。
在本发明的一个实施例中，所述LED底板11包括散热基板和设置于散热基板上的LED芯片。
在本发明的一个实施例中，所述散热基板中沿宽度方向设置有圆槽。
在本发明的一个实施例中，所述圆槽中轴与散热基板平面呈一定夹角；其中，所述圆槽直径为0.2-1毫米、圆槽间距0.5-10毫米，所述夹角范围为 1-10度。
在本发明的一个实施例中，所述透镜区13包括若干个呈矩形或菱形均匀分布的硅胶球。
在本发明的一个实施例中，所述硅胶球的直径为10-200微米。
在本发明的一个实施例中，所述第二硅胶层14为覆盖整个所述第一硅胶层12和所述透镜区13的半球硅胶层。
在本发明的一个实施例中，所述第一硅胶层12的硅胶不含荧光粉，所述透镜区13和所述第二硅胶层14的硅胶含有荧光粉。
在本发明的一个实施例中，所述荧光粉为红色、绿色、蓝色三种荧光粉。
在本发明的一个实施例中，所述LED芯片为紫外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，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，使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，可以有效抑制全反射，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LED封装结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的LED封装散热基板示意图；
图3为本发明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LED封装方法流程图；
图5a-图5b为本发明另一实施例提供的球形透镜分布示意图；
图6为本发明再一实施例提供的高透光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LED封装结构示意图，包括：
LED底板11；
第一硅胶层12，设置于所述LED底板11上；
透镜区13，设置于所述第一硅胶层12上；
第二硅胶层14，设置于所述第一硅胶层12和所述透镜区13上。
具体地，第一硅胶层12的硅胶折射率小于第二硅胶层14的硅胶折射率，透镜区13的硅胶折射率大于第一硅胶层12和第二硅胶层14硅胶折射率。
具体地，所述LED底板11包括散热基板和设置于散热基板上的LED 芯片。
进一步地，请参见图2，图2为本发明一实施例提供的LED封装散热基板示意图，所述散热基板中沿宽度方向设置有圆槽。所述圆槽中轴与散热基板平面呈一定夹角；其中，所述圆槽直径为0.2--1毫米、圆槽间距0.5-10 毫米，所述夹角范围为1-10度。
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。
优选地，所述透镜区13包括若干个呈矩形或菱形均匀分布的硅胶球。
其中，硅胶球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
优选地，所述硅胶球的直径为10-200微米。
具体地，所述第二硅胶层14为覆盖整个所述第一硅胶层12和所述透镜区13的半球硅胶层。
优选地，所述第一硅胶层12的硅胶不含荧光粉，所述透镜区13和所述第二硅胶层14的硅胶含有荧光粉。
具体地，所述荧光粉为红色、绿色、蓝色三种荧光粉。
优选地，所述LED芯片为紫外LED芯片。
具体地，请参照图3，图3为本发明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。
本实施例提供的LED封装结构，LED芯片上的第一硅胶层的硅胶不含荧光粉，透镜区和第二硅胶层的硅胶含有荧光粉；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，本实施例中第一硅胶层的硅胶折射率小于第二硅胶层的硅胶折射率，透镜区的硅胶折射率大于第一硅胶层和第二硅胶层硅胶折射率，可以有效抑制全反射，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。
实施例二
请参照图4，图4为本发明另一实施例提供的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封装结构的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芯片上方涂敷第一硅胶层；
S25、配置荧光粉胶；
S26、制备透镜区；
S27、在所述透镜区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第二硅胶层；以完成所述LED封装。
优选地，所述LED芯片为紫外LED芯片。
具体地，步骤S22可以包括：
S221、选取支架和散热基板；
S222、清洗所述支架和所述散热基板；
S223、将所述支架和所述散热基板烘烤干。
优选地，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，采用中间斜圆槽的方式，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。
具体地，步骤S25可以包括：
S251、选取荧光粉和硅胶；
S252、将所述荧光粉和所述硅胶进行混合形成荧光粉胶；
S253、对所述荧光粉胶进行颜色测试；
S254、对所述荧光粉胶进行烘烤。
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第一硅胶层上形成下半球凹槽；
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、在所述第一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，并高于所述第一硅胶层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透镜区，所述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硅胶球分布示意图，图5a中所述硅胶球呈矩形均匀分布于所述第一硅胶层和所述外层荧光粉胶之间；图5b中所述硅胶球呈菱形均匀分布于所述第一硅胶层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、在所述透镜区和所述第一硅胶层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第二硅胶层；
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。
具体地，步骤S27之后还包括：对所述LED封装结构进行检测包装。
本实施例提供的LED封装结构在荧光粉与LED芯片中增加第一硅胶层，第一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，第一硅胶层使荧光粉与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高透光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：由下往上依次包括散热基板31、 LED芯片32、第一硅胶层33、透镜区34及第二硅胶层35。
具体地，第一硅胶层33为不含荧光粉的硅胶；其中，第一硅胶层33 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。
具体地，第一硅胶层33、第二硅胶层35以及透镜区34中硅胶的折射率依次增加。
其中，第一硅胶层33的厚度为10μm～110μm，第二硅胶层35的厚度为50μm～500μm。
另外，透镜区34中硅胶球的半径R优选为5μm～100μm，且球间距A 优选为5μm～100μm。
本实施例提供的LED封装结构，采用第一硅胶层、透镜区及第二硅胶层的三层设计，第一硅胶层33、第二硅胶层35以及透镜区34中硅胶的折射率依次增加，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 (7)
1.一种LED封装结构，其特征在于，包括：
LED底板(11)；
第一硅胶层(12)，设置于所述LED底板(11)上，且所述第一硅胶层采用耐高温的硅胶制成；
透镜区(13)，设置于所述第一硅胶层(12)上；
第二硅胶层(14)，设置于所述第一硅胶层(12)和所述透镜区(13)上；
其中，所述透镜区(13)包括若干个呈矩形或菱形均匀分布的硅胶球；所述硅胶球直径为10-200微米，间距为10-200微米，所述第一硅胶层(12)的厚度为10μm～110μm，所述第二硅胶层(14)的厚度为50μm～500μm；
所述第一硅胶层(12)的硅胶不含荧光粉，所述透镜区(13)和所述第二硅胶层(14)的硅胶均含有荧光粉；
所述第一硅胶层(12)的硅胶折射率小于所述第二硅胶层(14)的硅胶折射率，所述透镜区(13)的硅胶折射率大于所述第一硅胶层(12)和所述第二硅胶层(14)硅胶折射率。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述LED底板(11)包括散热基板和设置于散热基板上的LED芯片。
3.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述散热基板为铜基板。
4.根据权利要求3所述的封装结构，其特征在于，所述散热基板中沿宽度方向设置有圆槽。
5.根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于，所述圆槽中轴与所述散热基板平面呈一定夹角；其中，所述圆槽直径为0.2～1毫米、所述圆槽之间的间距0.5～10毫米，所述夹角范围为1～10度。
6.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述LED芯片为紫外LED芯片。
7.根据权利要求6所述的封装结构，其特征在于，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)。
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