CN212907789U - 一种围坝、安装座、发光二极管 - Google Patents

Abstract

一种围坝、安装座、发光二极管，属于发光二极管领域。围坝包括坝体和金属层。其中，坝体具有由坝壁限定的坝孔，且坝孔沿坝体的厚度方向贯穿布置。金属层设置于坝体，且金属层被构造作为围坝与透镜的连接结构。其中的围坝在坝体设置金属层，因此可以利用该金属层与透镜通过回流焊和共晶焊的方式进行连接而实现对透镜的高气密性安装，从而有助于改善基于其发光二极管的寿命。

Description

一种围坝、安装座、发光二极管

技术领域

本申请涉及发光二极管领域，具体而言，涉及一种围坝、安装座、发光二极管。

背景技术

LED(Light Emitting Diode，简称LED)封装器件，对气密性要求高，并因此对封装的质量要求较高。一般地，LED器件采用硅胶、环氧等有机材料作为密封材料。然而，紫外LED—尤其是UV-C(Ultraviolet C，简称UV-C)紫外LED—对有机材料会产生光降解，使材料产生老化，甚至开裂，从而导致气密性下降。

实用新型内容

为改善、甚至解决发光二极管中的透镜的安装气密性差的问题，本申请提出了一种围坝、安装座、发光二极管。

本申请是这样实现的：

在第一方面，本申请的示例提供了一种用于将发光二极管中的基板和透镜连接的围坝。

围坝包括坝体和金属层。其中，坝体具有由坝壁限定的坝孔，且坝孔沿坝体的厚度方向贯穿布置。坝体是无机非金属材质的。金属层设置于坝体，且金属层被构造作为围坝与透镜的连接结构。

围坝设置金属层，从而能够以该金属层作为与发光二极管中的透镜连接的部件。因此，围坝和透镜可以通过回流焊或共晶焊等方式实现牢固和较强气密性的连接，从而有助于提高发光二极管的寿命。此外，金属层还能够耐受紫外光的光老化影响，从而能够有利于应用于发光二极管，尤其是短波紫外线发光二极管(UV-C LED)。并且，围坝利用金属层通过回流焊或共晶焊等方式与透镜连接而不会产生过大的热膨胀系数差异，从而有助于避免脱落的风险发生。

根据本申请的部分示例，围坝包括如下的一种或多种限定：

第一限定：坝孔的断面形状为正方形或圆形或长方形；

第二限定：金属层在坝体的局部上表面或整个上表面；

第三限定：金属层在坝体的局部上表面，且呈环形布置。

在第二方面，本申请示例提出了一种安装座，其包括基板、围坝。其中，基板与围坝叠层设置，且围坝以沿厚度方向背离金属层的表面与基板连接。

根据本申请的部分示例，基板具有第一接触层；

围坝的坝体具有第二接触层，且第二接触层位于坝体沿厚度方向背离金属层的表面；

基板通过第一接触层与围坝的第二接触层连接，且第一接触层和第二接触层分别采用金属材料制作而成。

根据本申请的部分示例，所述基板和所述围坝通过电镀或钎焊或共晶焊连接。

可选地，支撑体为金属材质。

根据本申请的部分示例，基板在背离第一接触层的表面设置有热沉，第一接触层与热沉电连接。

可选地，基板具有通孔，通孔内设置导电材料，且第一接触层通过导电材料与热沉电连接。

根据本申请的部分示例，基板面向围坝的表面具有固晶区，固晶区设置固晶电极，基板背离围坝的表面具有背面电极，固晶电极与背面电极电连接。

可选地，固晶电极通过导通电极与背面电极电连接，基板具有过孔，导通电极设置于过孔内。

在第三方面，本申请示例提出了一种发光二极管，其包括发光芯片、安装座以及透镜。其中，发光芯片固定于安装座中的基板；而透镜则悬空地覆盖于围坝，且透镜与围坝的金属层连接。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请示例提供的围坝的结构示意图；

图2为本申请示例中的安装座的结构示意图；

图3示出了图2的安装座中的围坝的结构示意图；

图4示出了图2的安装座中的基板在第一视角的结构示意图；

图5示出了图2的安装座中的基板在第二视角的结构示意图；

图6示出了图2的安装座中的基板在第三视角的结构示意图；

图7示出了图6的安装座中的沿B-B的剖视结构示意图；

图8示出了图6的安装座中的沿C-C的剖视结构示意图；

图9示出了图6的安装座中的沿D-D的剖视结构示意图。

图标：100-围坝；101-坝壁；1011-坝孔；1012-上表面；102-金属层；103-第二接触层；200-安装座；201-基板；202-固晶电极；203-第一接触层；204-背面电极；205-热沉；301-导通电极；302-导电材料。

具体实施方式

下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

UV-C紫外LED能够产生波长为200-280nm的紫外光，因此，该类型的LED所发射的光线具有较高的能量，从而对LED中的各个部件产生较强的热效应。热效应会导致LED器件中的各个部件热膨胀，当各个部件的膨胀系数不匹配时，会导致各个相互连接层之间的彼此分层，甚至脱离。

此外，在封装各个部件以制作LED器件时，常常会使用到作为密封材料的硅胶、环氧等有机材料。而这些有机材料容易被UV-C紫外线所降解，从而使其老化、甚至开裂，从而也会引起各个相互连接层之间的彼此分层，甚至脱离。

当上述分层问题出现时，还会导致LED器件的密封性下降，从而容易受到环境中的氧气、水分等影响，进一步劣化LED器件的性能和寿命。

一般地，LED器件主要包括基板、围坝、发光芯片以及透镜。

通过对LED器件—尤其是UVC紫外LED器件—的结构和现状的上述分析，发明人发现，其主要存在如下的一些问题：基板和围坝之间以及围坝和透镜之间连接采用有机材料，且热膨胀系数不匹配。而其中，围坝和透镜之间连接不稳固，容易导致密封性下降的问题表现的尤为突出。

针对于此，在本申请，选择对LED器件中的围坝进行改造，使其与透镜之间可以紧密和牢固地连接，并据此改善气密性。示例结构请参阅图1至图9。

需要指出的是，虽然本申请中以LED器件为例进行说明，但是，这并不意味着本申请方案仅能适用于LED器件。其也可以选择用于制作其它功率半导体封装用部件，如基板。

示例中，在围坝的上表面设置金属层(例如金属镀层，或称焊接金属层)。该金属层可以通过锡膏回流焊、锡金共晶焊等方式实现与LED的透镜良好的气密连接。

据此，在本申请提出了一种围坝100，其能够将发光二极管中的基板201和透镜进行连接，并且能够提供较好的连接气密性，特别是其与透镜之间的连接处的气密性。

参阅图1，该围坝100包括坝体以及金属层102。

其中，坝体具有坝壁101。坝壁101大致呈板状结构。在坝壁101的大致的中心部位设置有坝孔1011，且坝孔1011沿厚度方向贯穿坝壁101。坝孔1011可以通过在制作坝体的如氧化铝陶瓷基材上使用激光切割方式开设而被制作。

设置于坝壁101的坝孔1011可以是各种适当的形状。图1所示的是断面形状为长方形的坝孔1011。在其他示例中还可以圆形、正方形或者还是多边形，本申请对此不做具体限定。通常地坝壁101具有相对于金属层102更大的厚度，以便能够容纳发光芯片。

一般地，围坝100(主要实施坝体)可以采用金属材料(如铜)，可对LED的发光芯片形成一定的保护作用，并方便透镜结构的安装。但是考虑到，金属材质的围坝100容易与LED中的陶瓷基板201产生因热膨胀系数差异导致的开裂问题，围坝100可以选择非金属材料，即在本申请示例中坝壁101的制作材料可以选择玻璃、陶瓷、蓝宝石等非金属材料。示例性地，陶瓷包括氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷。其中的氮化铝陶瓷具有150～220W/m*K的高导热系数。因此，相比传统的氧化铝陶瓷，高导热性能的氮化铝陶瓷，更适合作为高功率LED，尤其是高功率紫外LED的封装基材。

金属层102设置于坝体，例如是坝壁101的上表面1012。并且，金属层102被构造作为围坝100与透镜的连接结构。示例性地，通过薄膜工艺将金属层102的制作材料结合在坝体的上表面1012。

该金属层102可以是覆盖在坝壁101的上表面1012的部分区域(如图1所示方案)。或者，在另一些示例中，金属层102覆盖在坝壁101的上表面1012的全部区域，或者金属层102遍及坝体的整个上表面1012，即在垂直于坝壁101的方向，围坝100和金属层102的投影重合。

为了确保围坝100与透镜连接部位的气密性，两者的接触处均设置一圈金属层102。因此，金属层102可以被构造为环形结构，如图1所示。

该金属层102可以是单一的金属材料，或者是多个金属的合金或者混合物。示例性地，金属层102中含有Ti(钛)、Cu(铜)、Ni(镍)、Pb(铅)、Au(金)、Sn(锡)和Ag(银)中的一种或多种的组合。对于组合方式，可以是两种的组合或三种的组合或四种的组合，等等。例如金属材料中同时含有Ti和Cu，或者Ni和Au；或者，金属层102中同时含有Pb和Sn或Ag，等等。

基于该围坝100结构，示例中提出了一种发光二极管的透镜安装方法，其包括将透镜(或称窗口片)覆盖于围坝100的金属层102上，并通过回流焊或共晶焊的方式进行无机焊接。其中，透镜的对应连接部位也预先通过制作具有用于焊接的金属材料，且可以通过诸如电镀的方式制作。在将透镜与围坝100进行焊接时，可以将两者进行重叠并大致对齐，然后在焊接(如回流焊)过程中，通过焊锡熔融时的表面张力，实现透镜的自对位。

当发光二极管是UVC发光二极管时，由于普通玻璃对紫外线透过率较低，因此可以选择使用石英、蓝宝石、高硼硅玻璃作为透镜的制作材料。

作为一种基于上述围坝100结构的应用示例，本申请还提出了一种发光二极管(未图示)。该发光二极管包括发光芯片、安装座200以及透镜。其中发光芯片固定于安装座200中，而透镜则悬空地覆盖于安装座200。更具体而言，发光芯片是固定在安装座200的基板201中的，且透镜是与安装座200中的围坝100的金属层102连接。

根据发光芯片的发光波长不同，透镜的材质可以做适当的调整。一般地，透镜可以使用普通玻璃制作而成，当透镜对发光芯片所产生的光线的透过率不满足需要时，可以调整透镜的制作材料。

特别地，其中的安装座200主要由基板201、围坝100构成，如图2所示。基板201和围坝100共同限定安装空间，以便容纳发光芯片。并且，基板201与围坝100是叠层设置的。对应于围坝100具有金属层102的方案，围坝100以沿厚度方向背离金属层102的表面与基板201连接。

该基板201可以选择为陶瓷基板201，即采用陶瓷材料制作基板201。示例性地，陶瓷材料可以是氧化铝陶瓷或者氮化铝陶瓷。如前述，围坝100的坝壁101的制作材料可以是玻璃、陶瓷或蓝宝石，且其中的陶瓷可以是氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷。换言之，围坝100的主体(即坝壁101)和基板201均可以选择陶瓷材料制作而成。需要说明书的是，坝壁101和基板201的材料虽然都可选择陶瓷材料，但是，并非指两者需要使用相同的材料。两者可以是相同的陶瓷材料，也可以不同的陶瓷材料。

通过将围坝和基板201分别采用相同或不同的陶瓷材料制作而成，可以改善两者的热膨胀系数的匹配性。另外，为了提高两者的连接的牢固程度，改善两者的焊接性，基板201设置第一接触层203，相应地，围坝100的坝体设置如图3所示的第二接触层103，且第二接触层103位于坝体沿厚度方向背离金属层102的表面。因此，围坝100的坝体具有双面的附着结构，即金属层102和第二接触层103。

基板201和围坝100结合时，第一接触层203和第二接触层103通过如电镀的方式结合，并且作为一种适应于电镀方案的选择，第一接触层203和第二接触层103分别采用金属材料制作而成(可以是相同的金属材料，也可以是不同的金属材料)。示例性地，基板201上的第一接触层203可以是通过直接镀铜(Direct Plating Copper，简称DPC)而形成于基板201表面。相似地，围坝100中坝体的下表面也可以通过直接镀铜的工艺制作该第二接触层103。

由此，在制作LED器件时，可以将基板201和围坝100通过夹具或其他固定装置靠近并保持在选定的间距，然后通过连接电镀设备进行电镀，使第一接触层203和第二接触层103同时进行电镀并通过生长电镀材料(表现为电镀层)结合为一体。在其他示例中基板201和围坝100的坝体也可以选择其他方式进行连接，例如将第一接触层203和第二接触层103进行焊接。

在基板201和围坝100均设置前述的接触层，且通过电镀连接的示例中，为了保持电镀层(图未绘示)的厚度一致性或者电镀层与两个接触层的结合牢固性，可以在制备工艺过程中于基板201和围坝100之间设置支撑体(图未绘示)，通过该支撑体可以使围坝100的坝体和基板201间隔开以形成给定间距的间隙。支撑体可以选择使用为非金属材料。例如，将围坝100和基板201相对施压夹持并进行固定。由此，两者之间具有支撑体，因此可以确保两者之间的间隙的间距是确定和恒定的，且第一接触层203和第二接触层103位于间隙内，从而能够两个接触层构成保持稳定的电镀环境(如相对静止)，以便电镀层的稳定和一致性生长。

此外，基于电镀通电的需要，安装座200的基板201还可以设置热沉205。一种示例中，基板201在背离第一接触层203的表面设置有热沉205，参阅图5。因此，热沉205和第一接触层203分别位于基板201的沿厚度方向的两侧表面，如图8所示。其中设置第一接触层203的表面通常可以认为是正面，而设置热沉205的表面通常可以认为是背面。作为一种可选的示例，第一接触层203、热沉205可以使用薄膜工艺和电镀工艺等方式进行制作。

对于第一接触层203与热沉205电连接的实现方式，可选地，基板201沿厚度方向开设通孔，并且在该通孔内填充导电材料302，从而使该第一接触层203通过导电材料302与热沉205电连接，参阅图6和图7。如此，电镀时，电镀设备可以直接通过热沉205向第一接触层203提供电能。其中的通孔可以通过例如各种适当的方式实施，例如激光快速打印的方式。通孔的尺寸可以任意的，示例性地，通孔为圆柱孔且其直径为0.05至0.2mm。

基于安装发光芯片的需要，基板201面向围坝100的表面具有固晶区，并且对应地，在该固晶区设置如图4所示的固晶电极202，同时，基板201的背离围坝100的表面具有背面电极204。固晶电极202与背面电极204电连接，且两者均可以采用薄膜工艺和电镀工艺进行制作。其中，固定电极用于与发光芯片电连接并将其固定于该基板201上，而背面电极204则作为向发光芯片提供电能的电源的正负极电连接。

示例中，固晶电极202和背面电极204均被设置为平面板状结构，如条状结构。并且通过设置导通电极301实现电连接，请一并参阅图6和图9。作为布置导通电极301的示例，部分实例中，基板201具有过孔(例如圆柱形的直通孔)，导通电极301填充在该过孔中，并且其两端分别与固晶电极202和背面电极204电性接触。该过孔可以通过激光快速打印工艺垂直地在基板201上制作贯通的通道而实现。过孔可以具有与前述的用于配置热沉205的通孔相同的构造方式，例如均为圆柱孔。相应地，过孔的直径例如可以是0.05至0.2mm。

综上所述，通过方案的实施，可以至少取得如下一些优势。

(1)热压合工艺中，氮化铝的陶瓷基板及围坝结构贴合连接。与之所不同的是，本申请方案中，基于设置第一接触层和第二接触层的方案，采用的电镀工艺使基板和围坝结合。因此，该方案属于低温工艺，可避免高温对陶瓷基板的原有线路金属产生热损伤，使产品可靠性进一步提升。由于采用了电镀的方式填缝(基板和围板在结合之前，存在缝隙)工艺，有效避免了高温对产品品质的影响，并且还实现了简化工艺、节能，从而便于批量化生产。

(2)区别于使用金属材质的围坝的LED器件，本申请方案中LED器件采用高硼硅玻璃、氧化铝陶瓷或人工蓝宝石制作非金属材质的围坝。这样的非金属材老围坝的膨胀系数与氮化铝陶瓷基板的膨胀系数更匹配。

(3)区别于金属材质的金属围坝，本申请采用的非金属材质的围坝，与UV-LED封装要求使用的透镜或窗口片的材料的膨胀系数更匹配。

(4)本申请方案，在围坝的上表面设置用以供围坝与透镜或窗口片的焊接的金属层。因此，可以通过回流焊或共晶焊等方式实现围坝结构与透镜(相应地透镜的连接部分也具有金属材料)或窗口片的高强度、高气密性的连接。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上述内容结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种围坝，用于将发光二极管中的基板和透镜连接，其特征在于，所述围坝包括：

无机非金属材质的坝体，具有由坝壁限定的坝孔，所述坝孔沿所述坝体的厚度方向贯穿布置；

金属层，设置于所述坝体，且所述金属层被构造作为所述围坝与所述透镜的连接结构。

2.根据权利要求1所述的围坝，其特征在于，所述围坝包括如下的一种或多种限定：

第一限定：所述坝孔的断面形状为正方形或圆形或长方形；

第二限定：所述金属层在所述坝体的局部上表面或整个上表面；

第三限定：所述金属层在所述坝体的局部上表面，且呈环形布置。

3.一种安装座，其特征在于，包括：

基板；

根据权利要求1或2所述的围坝；

所述基板与所述围坝叠层设置，且所述围坝以沿所述厚度方向背离所述金属层的表面与所述基板连接。

4.根据权利要求3所述的安装座，其特征在于，所述基板的制作材料为陶瓷，所述陶瓷包括氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷。

5.根据权利要求4所述的安装座，其特征在于，所述基板具有第一接触层；

所述围坝的坝体具有第二接触层，且所述第二接触层位于所述坝体沿所述厚度方向背离所述金属层的表面；

所述基板通过所述第一接触层与所述围坝的所述第二接触层连接，且所述第一接触层和所述第二接触层分别采用金属材料制作而成。

6.根据权利要求5所述的安装座，其特征在于，所述基板和所述围坝通过电镀或钎焊或共晶焊连接。

7.根据权利要求5所述的安装座，其特征在于，所述基板在背离所述第一接触层的表面设置有热沉，所述第一接触层与所述热沉电连接；

可选地，所述基板具有通孔，所述通孔内设置导电材料，且所述第一接触层通过所述导电材料与所述热沉电连接。

8.根据权利要求3所述的安装座，其特征在于，所述基板面向所述围坝的表面具有固晶区，所述固晶区设置固晶电极，所述基板背离所述围坝的表面具有背面电极，所述固晶电极与所述背面电极电连接。

9.根据权利要求8所述的安装座，其特征在于，所述固晶电极通过导通电极与所述背面电极电连接，所述基板具有过孔，所述导通电极设置于所述过孔内。

10.一种发光二极管，其特征在于，包括：

发光芯片；

如权利要求3至9中任意一项所述的安装座，所述发光芯片固定于所述安装座中的基板；

透镜，所述透镜悬空地覆盖于所述围坝，且所述透镜与所述围坝的金属层连接。

Images