CN108011027A - 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：选取散热基板和支架；将LED芯片焊接于散热基板；在LED芯片上制备第一透镜层；在第一透镜层上涂敷第一硅胶形成第一硅胶层；在第一硅胶层上制备第二透镜层；在第二透镜层上涂敷第二硅胶形成第二硅胶层。本发明提供的LED封装方法在光源上采用第一透镜层、第一硅胶层、第二透镜层及第二硅胶层的多层结构；利用多层结构中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；可以有效抑制全反射并保证LED芯片的光线能够更多的透过封装材料照射出去。
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
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-Emitting Diode，LED)为光源的半导体照明技术(Solid State Lighting，SSL)。
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。
现在，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，这种方式具有以下几个问题。
1、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，导致其与散热片底面接触不够紧密而影响散热效果。
2、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。
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、选取散热基板和支架；
S12、将LED芯片焊接于所述散热基板；
S13、在所述LED芯片上制备第一透镜层；
S14、在所述第一透镜层上涂敷第一硅胶形成第一硅胶层；
S15、在所述第一硅胶层上制备第二透镜层；
S16、在所述第二透镜层上涂敷第二硅胶形成第二硅胶层。
在本发明的一个实施例中，S11包括：
S121、清洗并烘干所述支架和所述散热基板；
S122、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，所述散热基板设置有若干圆孔；其中，所述圆孔沿所述散热基板宽度方向且与所述散热基板平面平行。
在本发明的一个实施例中，S13包括：
S131、在所述LED芯片上涂敷第三硅胶；
S132、利用第一半球形模具在所述第三硅胶上制备若干第一半球形透镜；
S133、带模具烘烤后去掉第一半球形模具形成所述第一透镜层。
在本发明的一个实施例中，S14包括：
S141、在所述第一透镜层上涂敷所述第一硅胶；
S142、烘烤后形成所述第一硅胶层。
在本发明的一个实施例中，S15包括：
S151、在所述第一硅胶层上涂敷第四硅胶；
S152、利用第二半球形模具在所述第四硅胶上制备若干第二半球形透镜；
S153、带模具烘烤后去掉第二半球形模具形成所述第二透镜层。
在本发明的一个实施例中，S16包括：
S161、在所述第二透镜层上涂敷所述第二硅胶；
S162、采用第三半球形模具在所述第二硅胶上形成外层半球；
S163、带模具烘烤后去掉第三半球形模具形成所述第二硅胶层；
S164、在100-150℃温度下，烘烤4-12小时以完成所述LED封装。
在本发明的一个实施例中，所述第一透镜层和所述第二透镜层包括若干个呈矩形或菱形分布的硅胶半球。
在本发明的一个实施例中，所述LED芯片包括红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光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，其散热基板上采用中间通孔的方式，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，利用空气的热对流，增加了散热效果；
2、本发明提供的LED封装结构及其方法，在光源上采用第一透镜层、第一硅胶层、第二透镜层及第二硅胶层的多层结构；利用多层结构中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；
3、本发明提供的硅胶半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封装方法流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的LED封装的散热基板示意图；
图3为本发明另一实施例提供的LED封装结构示意图；
图4为本发明再一实施例提供的LED封装方法流程图；
图5为本发明再一实施例提供的三层透镜LED封装结构示意图；
图6为本发明再一实施例提供的四层透镜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封装方法流程示意图，包括：
S11、选取散热基板和支架；
S12、将LED芯片焊接于所述散热基板；
S13、在所述LED芯片上制备第一透镜层；
S14、在所述第一透镜层上涂敷第一硅胶形成第一硅胶层；
S15、在所述第一硅胶层上制备第二透镜层；
S16、在所述第二透镜层上涂敷第二硅胶形成第二硅胶层。
优选地，S21可以包括：
S121、清洗并烘干所述支架和所述散热基板；
S122、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，第一硅胶层的折射率小于第二硅胶层和第一透镜层的折射率，第二透镜层的折射率大于第一硅胶层和第二硅胶层的折射率；可以有效抑制全反射并保证LED芯片的光线能够更多的透过封装材料照射出去。
具体地，请参见图2，图2为本发明一实施例提供的LED封装的散热基板示意图，所述散热基板设置有若干圆孔；其中，所述圆孔沿所述散热基板宽度方向且与所述散热基板平面平行。
优选地，所述散热基板采用铁材料，散热基板中的圆孔直径为0.2—0.4毫米、圆孔间距0.5-10毫米。
优选地，S13可以包括：
S131、在所述LED芯片上涂敷第三硅胶；
S132、利用第一半球形模具在所述第三硅胶上制备若干第一半球形透镜；
S133、带模具烘烤后去掉第一半球形模具形成所述第一透镜层。
其中，所述第一透镜层包括若干硅胶半球和连接所述硅胶半球的硅胶条。
优选地，S14可以包括：
S141、在所述第一透镜层上涂敷所述第一硅胶；
S142、烘烤后形成所述第一硅胶层。
进一步地，S15可以包括：
S151、在所述第一硅胶层上涂敷第四硅胶；
S152、利用第二半球形模具在所述第四硅胶上制备若干第二半球形透镜；
S153、带模具烘烤后去掉第二半球形模具形成所述第二透镜层。
其中，所述第二透镜层包括若干硅胶半球和连接所述硅胶半球的硅胶条。
优选地，S16可以包括：
S161、在所述第二透镜层上涂敷所述第二硅胶；
S162、采用第三半球形模具在所述第二硅胶上形成外层半球；
S163、带模具烘烤后去掉第三半球形模具形成所述第二硅胶层；
S164、在100-150℃温度下，烘烤4-12小时以完成所述LED封装。
具体地，所述第一透镜层和所述第二透镜层包括若干个呈矩形或菱形分布的硅胶半球。
优选地，所述第一透镜层、第一硅胶层、第二透镜层及第二硅胶层均不含有荧光粉。
进一步地，所述LED芯片包括红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片。其中，采用三基色LED芯片不掺杂荧光粉，可以避免荧光粉掺杂不均匀导致出光不均匀和出光率下降的问题。
本实施例提供的LED封装结构及其方法，采用散热基板上采用中间通孔的方式，解决了由于金属散热基板较薄、热容较小，而且容易变形，导致其与散热片底面接触不够紧密而影响散热效果的问题；同时，在强度几乎没有变化的同时，降低了散热基板成本，增加空气流通的通道，利用空气的热对流，增加了散热效果。
实施例二
进一步地，请参照图3，图3为本发明另一实施例提供的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一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底板21、第一透镜层22、第一硅胶层23、第二透镜层24及第二硅胶层25。
优选地，LED底板21包括散热基板和设置于散热基板上的LED芯片。
进一步地，第一透镜层22和第二透镜层24包括若干个呈矩形或菱形均匀分布的硅胶半球，其中，硅胶半球也可以根据工艺需要不是均匀分布。
具体地，第二硅胶层25为半球形结构覆盖整个LED芯片。
优选地，该LED封装结构中，第一透镜层22和第二透镜层24均采用聚碳酸脂或聚甲基丙烯酸甲脂或玻璃等材料；第一硅胶层23可以采用改性环氧树脂或有机硅材料等；第二硅胶层25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。
进一步地，在该LED封装结构中第一透镜层22可以看作为“平凸镜”，其焦距优选为满足公式①：
R1/(n2-n1)；------------①
其中，n1为第一硅胶层23中硅胶的折射率，n2为形成第一透镜层22的硅胶材料的折射率，R1为第一透镜层22中硅胶球的半径；
第二透镜层24焦距优选为满足公式②：
R2/(n4-n3)；------------②
其中，n3为第二硅胶层25中硅胶的折射率，n4为形成第二透镜层24的硅胶材料的折射率，R2为第二透镜层24中硅胶球的半径。这样才能很好地保证LED的出光率最高。
另外，通过实验证明，出光率最优的LED的其他参数还包括：
第一硅胶层23的厚度H1应满足公式③：
R1/2+2×R1/(n2-n1)≥H1≥R1/2；----------------③
其中，H1为第一硅胶层23的厚度；
第二硅胶层25的厚度应满足公式④：
R2/2+2×R2/(n4-n3)≥H2≥R2/2；----------------④
其中，H2为第二硅胶层25的厚度。当然，第一硅胶层23和第二硅胶层25的厚度也不能太厚，太厚也会影响其出光率。
优选地，R1＝R2＝R，且R优选为5μm～100μm，且球间距A优选为5μm～100μm。LED底板的宽度优选为：W＝5mil(1mil＝1/45mm)，其厚度D优选为90μm～140μm。
本实施例提供的LED封装结构及其方法，采用多层透镜层和多层硅胶层交叉设置的多层结构；多层结构中硅胶层的折射率依次增加，每一个透镜层的折射率大于其相邻硅胶层的折射率，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；也可以保证LED芯片的能够更多的透过封装材料照射出去。
实施例三
请参照图4，图4为本发明再一实施例提供的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、选取散热基板和支架；
S23、将所述LED芯片焊接于所述散热基板；
S24、在所述LED芯片上依次交叉制备多个透镜区和硅胶层；
S25、在100-150℃温度下，烘烤4-12小时以完成所述LED封装。
具体地，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，所述散热基板采用带有圆孔的铁材料；
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，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，S24可以包括：
S241、在所述LED芯片上制备第一透镜层；
S242、在所述第一透镜层上涂敷第一硅胶形成第一硅胶层；
S243、在所述第一硅胶层上制备第二透镜层；
S244、在所述第二透镜层上涂敷第二硅胶形成第二硅胶层。
进一步地，在S244之后还可以包括：
S245、在所述第二硅胶层上制备第三透镜层；
S246、在所述第三透镜层上涂敷第三硅胶形成第三硅胶层。
优选地，在S246之后还可以包括：
S247、在所述第三硅胶层上制备第四透镜层；
S248、在所述第四透镜层上涂敷第四硅胶形成第四硅胶层。
优选地，当所述第二硅胶层为LED封装结构的最外层时，S244可以包括：
S2441、在所述第二透镜层上涂敷所述第二硅胶；
S2442、采用半球形模具在所述第二硅胶上形成外层半球；
S2443、带模具烘烤后去掉模具形成所述第二硅胶层。
优选地，请参照图5，图5为本发明再一实施例提供的三层透镜LED封装结构示意图，当所述第三硅胶层为LED封装结构的最外层时，S246可以包括：
S2461、在所述第三透镜层上涂敷所述第三硅胶；
S2462、采用半球形模具在所述第三硅胶上形成外层半球；
S2463、带模具烘烤后去掉模具形成所述第三硅胶层。
优选地，请参照图6，图6为本发明再一实施例提供的四层透镜LED封装结构示意图，当所述第四硅胶层为LED封装结构的最外层时，S248可以包括：
S2481、在所述第四透镜层上涂敷所述第四硅胶；
S2482、采用半球形模具在所述第四硅胶上形成外层半球；
S2483、带模具烘烤后去掉模具形成所述第四硅胶层。
具体地，S25之后还包括：对所述LED封装结构进行检测包装。
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、选取散热基板；
S12、将LED芯片焊接于所述散热基板；
S13、在所述LED芯片上制备第一透镜层；
S14、在所述第一透镜层上涂敷第一硅胶形成第一硅胶层；
S15、在所述第一硅胶层上制备第二透镜层；
S16、在所述第二透镜层上涂敷第二硅胶形成第二硅胶层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S11包括：
S121、清洗并烘干所述散热基板；
S122、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支架。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述散热基板设置有若干圆孔；其中，所述圆孔沿所述散热基板宽度方向且与所述散热基板平面平行。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S13包括：
S131、在所述LED芯片上涂敷第三硅胶；
S132、利用第一半球形模具在所述第三硅胶上制备若干第一半球形透镜；
S133、带模具烘烤后去掉所述第一半球形模具形成所述第一透镜层。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S14包括：
S141、在所述第一透镜层上涂敷所述第一硅胶；
S142、烘烤后形成所述第一硅胶层。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S15包括：
S151、在所述第一硅胶层上涂敷第四硅胶；
S152、利用第二半球形模具在所述第四硅胶上制备若干第二半球形透镜；
S153、带模具烘烤后去掉所述第二半球形模具形成所述第二透镜层。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S16包括：
S161、在所述第二透镜层上涂敷所述第二硅胶；
S162、采用第三半球形模具在所述第二硅胶上形成外层半球；
S163、带模具烘烤后去掉所述第三半球形模具形成所述第二硅胶层；
S164、在100-150℃温度下，烘烤4-12小时以完成LED封装。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一透镜层和所述第二透镜层包括若干个呈矩形或菱形分布的硅胶半球。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述LED芯片包括红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光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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