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CN111668203A - 一种大功率led器件的封装方法及其led器件 - Google Patents

一种大功率led器件的封装方法及其led器件 Download PDF

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CN111668203A
CN111668203A CN202010456522.8A CN202010456522A CN111668203A CN 111668203 A CN111668203 A CN 111668203A CN 202010456522 A CN202010456522 A CN 202010456522A CN 111668203 A CN111668203 A CN 111668203A
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张智聪
孙钱
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Abstract

本发明涉及一种大功率LED器件的封装方法，包括以下步骤：A、将LED晶片设于基板上；B、将透镜环罩设于基板上；C、将晶片胶填充于所述透镜环的底部；D、将光学玻璃固定于所述透镜环的顶部；E、在所述光学玻璃的出光面上设置雾化层；F、在雾化层的表面设置荧光粉结构层。相应的，本发明还提供基于该封装方法的LED器件。本发明提供的大功率LED器件的封装方法，提高了基板底部的反射效率，减少基板对光的吸收，从而提高出光效率，提高了荧光粉结构层的附着力，防止荧光胶层出现脱落、荧光胶层和光学玻璃之间出现分层的现象发生。

Description

一种大功率LED器件的封装方法及其LED器件
技术领域
本发明涉及一种LED封装技术领域，尤其涉及一种大功率LED器件的封装方法及其LED器件。
背景技术
大功率LED器件因其亮度高等优点被广泛应用，大功率LED器件要求大功率、小体积、高显指、高光效等，传统的大功率LED器件的发光不均匀，荧光粉直接填充，使得各角度的荧光粉的浓度不一致，从而存在光斑，且大功率LED工作中产生大量的热量，导致荧光粉在高温有氧环形下，产生衰减、色度漂移等现象，为了解决上述问题，有人提出了一种远程激发荧光粉的方案。
现有远程激发荧光粉的方案，虽然在一定程度上能够解决光斑的问题，但是，荧光粉是直接附着在玻璃片上的，LED芯片工作中产生的热量需要通过基板及玻璃片散发出去，玻璃片上的热量会传递至荧光粉层上，荧光粉层的温度达到一定程度就会发黄发黑，影响LED期间的出光效率以及光斑效果。
另一方面，由于工作中，玻璃片及荧光粉层的温度均较高，非工作状态又恢复常温状态，由于荧光粉与玻璃片的膨胀系数差别较大，多次热胀冷缩过程中，容易导致荧光粉层从玻璃片上脱离或起皮，影响其使用寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大功率LED器件的封装方法，散热效率高，缓解荧光粉发黑问题，增加了荧光粉层的附着力。
本发明还提出通过上述封装方法制造的LED器件，散热效率高，LED器件的可靠性高，保证其使用寿命。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种大功率LED器件的封装方法，包括以下步骤：
A、将LED晶片设于基板上；
B、将透镜环罩设于基板上，所述LED晶片位于所述透镜环的内部；
C、将晶片胶填充于所述透镜环的底部，所述晶片胶的高度小于所述LED晶片的高度；
D、将光学玻璃固定于所述透镜环的顶部；
E、在所述光学玻璃的出光面上设置雾化层；
具体的，将硅胶装入机台的硅胶容器内，机台通过高压空气将硅胶形成雾滴状，雾滴状的硅胶被喷嘴喷在所述光学玻璃的表面，形成一层雾化层，使得光学玻璃的表面形成有微小凸起；
雾化过程中，机台内的压力为1-5个大气压，喷嘴在所述光学玻璃的上方来回移动，移动的速度为10-50cm/s，时间为1-30秒；
F、在雾化层的表面设置荧光粉结构层。
优选地，所述晶片胶为二氧化钛和硅胶的混合物，且二氧化钛与硅胶的重量比为0.1:1-0.8:1。
优选地，所述光学玻璃的入光面和出光面为平面，其厚度为0.1-10mm；或者，
所述光学玻璃的入光面和/或出光面为弧面，其最大厚度为0.5-20mm。
优选地，所述荧光粉结构层的厚度为0.03-3mm，其由荧光粉和硅胶混合而成，荧光粉的颗粒直径5-30μm；
荧光粉的重量占所述荧光粉结构层总重量的5-95％。
一种由所述的大功率LED器件的封装方法封装的LED器件，包括基板、设置于所述基板上的LED晶片、罩设于所述基板上的透镜环、填充于所述透镜环底部的晶片胶、设于所述透镜环顶部的光学玻璃、设于所述光学玻璃上的雾化层以及设于所述雾化层上的荧光粉结构层；
所述晶片胶位于所述LED晶片的周围，且其高度小于所述LED晶片的高度；
所述光学玻璃通过封装胶固定于所述透镜环上。
优选地，所述基板为陶瓷基板，且上表面还设有反光层。
优选地，所述LED晶片为蓝光晶片或紫外晶片；
所述LED晶片为垂直结构的LED晶片或倒装结构的LED晶片。
优选地，所述透镜环由铜或铝合金制成，其内表面设有透镜反光层。
优选地，所述透镜环的顶部内表面还设有台阶结构，所述台阶结构与所述透镜环构成同心圆结构；
所述光学玻璃通过封装胶固定于所述台阶结构上。
优选地，所述封装胶为硅胶。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的大功率LED器件的封装方法，在基板的底部设置了晶片胶，提高了基板底部的反射效率，减少基板对光的吸收，从而提高出光效率，其次，在荧光粉结构层与光学玻璃之间设置了一层雾化层，提高了荧光粉结构层的附着力，防止荧光胶层出现脱落、荧光胶层和光学玻璃之间出现分层的现象发生，再次，通过雾化层的设置，减少光学玻璃与荧光粉结构层之间的膨胀系数差，进一步提高附着力，提高LED器件的使用寿命；最后，硅胶的导热系数较高，使得热量快速通过雾化层散发出去，防止荧光粉高温发黑发黄，提高荧光粉结构层的可靠性。
2、本发明提供的基于上述封装方法的LED器件，通过晶片胶的设置，提高了基板底部的反射效率，减少基板对光的吸收，从而提高出光效率，其次，通过雾化层的设置，提高了荧光粉结构层的附着力，防止荧光胶层出现脱落、荧光胶层和光学玻璃之间出现分层的现象发生。再次，通过雾化层的设置，减少光学玻璃与荧光粉结构层之间的膨胀系数差，进一步提高附着力，提高LED器件的使用寿命；最后，硅胶的导热系数较高，使得热量快速通过雾化层散发出去，防止荧光粉高温发黑发黄，提高荧光粉结构层的可靠性。
附图说明
图1为本发明提供的大功率LED器件的封装方法流程图；
图2为本发明提供的LED器件的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1给出了本发明的大功率LED器件的封装方法流程图，下面结合附图予以具体说明。
如图1和2所示，大功率LED器件的封装方法，包括以下步骤：
A、将LED晶片2设于基板1上，其中，所述LED晶片2的数量为一个或多个，设于所述基板1的上表面，其为蓝光晶片或紫外晶片，其可以为垂直结构的LED晶片，也可以为倒装结构的LED晶片。
所述基板1为陶瓷基板，具体为Al2O3陶瓷基板、AlN陶瓷基板或BeO陶瓷基板，其他实施方式中，还可以为金属基板，不限于本实施例。
为了提高所述基板1的反射效率，提高出光效率，所述基板1的上表面还设有反光层，所述反光层可以经抛光获得，也可以涂覆反射涂层，还可以镀上金属层(如镀银层、镀铝层等)。
B、将透镜环3罩设于基板1上，用于实现混光，所述LED晶片2位于所述透镜环3的内部，使得所述LED晶片2发出的光在所述透镜环3内部进行多次反射并混光，保证LED器件发出的光出光均匀，具体的，所述透镜环3由铜或铝合金(如Al-Si合金、Al-Si-Mg合金)制成。
为了便于安装出光结构，所述透镜环3的顶部内表面还设有台阶结构，所述台阶结构与所述透镜环3构成同心圆结构。
为了提高反射效率，所述透镜环3的内表面设有透镜反光层，所述透镜反光层可以经抛光获得，也可以涂覆反射涂层，还可以镀上金属层(如镀银层、镀铝层等)，不限于本实施例。
此处需要说明的是，步骤B可以设置在步骤A之前，只要不影响LED晶片的放置即可。
C、将晶片胶4填充于所述透镜环3的底部，其中，所述晶片胶4的高度小于所述LED晶片2的高度。
通过点胶工艺或其他工艺将晶片胶4填充于所述基板1的底部，且所述晶片胶4的高度小于所述LED晶片2的高度，用于提高所述基板1的反射率，减少基板对光的吸收，从而提升LED器件的亮度。
具体的，所述晶片胶4为二氧化钛和硅胶的混合物，且二氧化钛与硅胶的重量比为0.1:1-0.8:1，具体为0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1。
需要说明的是，如果该比例过低，则二氧化钛过少，导致反光效果不明显，不能有效阻止晶片四周吸收光的问题，如果比例过高，就导致二氧化钛含量过高，导致晶片胶不能流动。
D、将光学玻璃5固定于所述透镜环3的顶部，光学玻璃5通过封装胶8固定于所述台阶结构上，保证所述LED晶片2发出的光，均能够通过所述光学玻璃5透射出去。其中，所述光学玻璃5的出光面和入光面可以呈平面结构，也可以呈弧面结构，具体根据实际需要进行设置。本实施例中，当所述光学玻璃5的入光面和出光面为平面时，其厚度为0.1-10mm，当所述光学玻璃的入光面和/或出光面为弧面时，其最大厚度为0.5-20mm。
此处需要说明的是，如果光学玻璃厚度过低，则光学玻璃太薄容易破裂，量产良率低，受到量产技术门槛的限制。如果厚度过高，导致晶片发出的光线无法反射出来，导致出光效率低。
所述封装胶8可以为硅胶，也可以为环氧树脂，或其他封装胶体。
E、在所述光学玻璃5的出光面上设置雾化层6，具体的，将硅胶装入机台的硅胶容器内，机台通过高压空气将硅胶形成雾滴状，雾滴状的硅胶被喷嘴喷在所述光学玻璃的表面，形成一层雾化层，使得光学玻璃表面形成微小凸起，增加表面积，从而增加表面附着力，雾化过程中，机台内的空气压力为1-5个大气压，喷嘴在所述光学玻璃的上方来回移动，移动的速度为10-50cm/s，时间为1-30秒。
此处需要说明的是，机台内空气压力过低，导致硅胶无法被喷出。压力过高，导致硅胶被过稀喷出，无法达到规定的效果。
其中，所述机台为硅胶喷涂设备，也可以为其他喷涂设备，不限于本实施例。
F、在雾化层6的表面设置荧光粉结构层7，所述荧光层结构层7可以为荧光膜，或者通过喷粉工艺在雾化层的表面进行荧光粉涂布，其中所述荧光粉结构层的厚度为0.03-3mm,具体为0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm。荧光粉的颗粒直径为5-30μm，具体为10μm、15μm、20μm、25μm。其由荧光粉和硅胶混合而成，且荧光粉的重量占所述荧光粉结构层总重量的5-95％。
此处需要说明的是，荧光粉颗粒过细，LED晶片激发荧光粉效率低；荧光粉层厚度过薄，LED出光效率高。荧光粉颗粒过大，LED晶片激发荧光粉发光效率高；荧光粉层过厚，影响LED出光效率。
此处需要说明的是，步骤E和F可以设置在步骤D之前，即首先在光学玻璃上将雾化层及荧光粉结构层设置好之后，再将光学玻璃安装于透镜环上，不限于本实施例。
本发明提供的大功率LED器件的封装方法，在基板1的底部设置了晶片胶4，提高了基板1底部的反射效率，减少基板对光的吸收，从而提高出光效率，其次，在荧光粉结构层7与光学玻璃之间设置了一层雾化层，提高了荧光粉结构层7的附着力，防止荧光胶层出现脱落、荧光胶层和光学玻璃之间出现分层的现象发生，再次，通过雾化层6的设置，减少光学玻璃5与荧光粉结构层7之间的膨胀系数差，进一步提高附着力，提高LED器件的使用寿命；最后，硅胶的导热系数较高，使得热量快速通过雾化层散发出去，防止荧光粉高温发黑发黄，提高荧光粉结构层的可靠性。
相应的，如图2所示，本发明还提供基于上述封装方法的LED器件，具体地：
如图2所示，一种基于所述大功率LED器件的封装方法的LED器件，包括基板1、设置于所述基板1上的LED晶片2、罩设于所述基板1上的透镜环3、填充于所述透镜环3底部的晶片胶4、设于所述透镜环3顶部的光学玻璃5、设于所述光学玻璃5上的雾化层6以及设于所述雾化层6上的荧光粉结构层7；
所述晶片胶4位于所述LED晶片2的周围，且其高度小于所述LED晶片2的高度；
所述光学玻璃5通过封装胶8固定于所述透镜环3上。
所述基板1用于安装LED晶片，其为陶瓷基板，具体为Al2O3陶瓷基板、AlN陶瓷基板或BeO陶瓷基板，其他实施方式中，还可以为金属基板，不限于本实施例。
为了提高所述基板1的反射效率，提高出光效率，所述基板1的上表面还设有反光层，所述反光层可以经抛光获得，也可以涂覆反射涂层，还可以镀上金属层(如镀银层、镀铝层等)。
所述LED晶片2设于所述基板1上，用于提供光源，其为蓝光晶片或紫外晶片，其可以为垂直结构的LED晶片，也可以为倒装结构的LED晶片。
所述透镜环3罩设于所述基板1上，用于实现混光，所述LED晶片2位于所述透镜环3的内部，使得所述LED晶片2发出的光在所述透镜环3内部进行多次反射并混光，保证LED器件发出的光出光均匀，具体的，所述透镜环3由铜或铝合金(如Al-Si合金、Al-Si-Mg合金)制成。
为了便于安装光学玻璃5，所述透镜环3的顶部内表面还设有台阶结构，所述台阶结构与所述透镜环3构成同心圆结构。
为了提高反射效率，所述透镜环3的内表面设有透镜反光层，所述透镜反光层可以经抛光获得，也可以涂覆反射涂层，还可以镀上金属层(如镀银层、镀铝层等)，不限于本实施例。
所述晶片胶4填充于所述透镜环3的底部，且所述晶片胶4的高度小于所述LED晶片2的高度，保证所述LED晶片2发出的光均能够到达所述透镜环3的内部进行混光，保证出光效率。
所述光学玻璃5设于所述透镜环3的顶部，其通过封装胶8固定于所述台阶结构上，保证所述LED晶片2发出的光，均能够通过所述光学玻璃5透射出去。
所述光学玻璃5的出光面和入光面可以呈平面结构，也可以呈弧面结构，具体根据实际需要进行设置。本实施例中，当所述光学玻璃5的入光面和出光面为平面时，其厚度为0.1-10mm，当所述光学玻璃5的入光面和/或出光面为弧面时，其最大厚度为0.5-20mm。
所述封装胶8可以为硅胶，也可以为环氧树脂，或其他封装胶体。
所述雾化层6设于所述光学玻璃5上，用于提高所述荧光粉结构层7的附着力，提高LED器件的可靠性。本实施例中，所述雾化层6由硅胶制成。
所述荧光粉结构层7设于所述雾化层6的表面，其可以为荧光膜或荧光粉与硅胶的混合物。所述荧光粉结构层7的厚度为0.03-3mm,荧光粉颗粒直径为5-30μm。
本发明提供的基于上述封装方法的LED器件，通过晶片胶4的设置，提高了基板1底部的反射效率，减少基板对光的吸收，从而提高出光效率，其次，通过雾化层6的设置，提高了荧光粉结构层7的附着力，防止荧光胶层出现脱落、荧光胶层和光学玻璃之间出现分层的现象发生，再次，通过雾化层6的设置，减少光学玻璃5与荧光粉结构层7之间的膨胀系数差，进一步提高附着力，提高LED器件的使用寿命；最后，硅胶的导热系数较高，使得热量快速通过雾化层6散发出去，防止荧光粉高温发黑发黄，提高荧光粉结构层7的可靠性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大功率LED器件的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将LED晶片设于基板上；
B、将透镜环罩设于基板上，所述LED晶片位于所述透镜环的内部；
C、将晶片胶填充于所述透镜环的底部，所述晶片胶的高度小于所述LED晶片的高度；
D、将光学玻璃固定于所述透镜环的顶部；
E、在所述光学玻璃的出光面上设置雾化层；
具体的，将硅胶装入机台的硅胶容器内，机台通过高压空气将硅胶形成雾滴状，雾滴状的硅胶被喷嘴喷在所述光学玻璃的表面，形成一层雾化层，使得光学玻璃的表面形成有微小凸起；
雾化过程中，机台内的压力为1-5个大气压，喷嘴在所述光学玻璃的上方来回移动，移动的速度为10-50cm/s，时间为1-30秒；
F、在雾化层的表面设置荧光粉结构层。
2.根据权利要求1所述的大功率LED器件的封装方法，其特征在于，所述晶片胶为二氧化钛和硅胶的混合物，且二氧化钛与硅胶的重量比为0.1:1-0.8:1。
3.根据权利要求1所述的大功率LED器件的封装方法，其特征在于，所述光学玻璃的入光面和出光面为平面，其厚度为0.1-10mm；或者，
所述光学玻璃的入光面和/或出光面为弧面，其最大厚度为0.5-20mm。
4.根据权利要求1所述的大功率LED器件的封装方法，其特征在于，所述荧光粉结构层的厚度为0.03-3mm，其由荧光粉和硅胶混合而成，荧光粉的颗粒直径5-30μm；
荧光粉的重量占所述荧光粉结构层总重量的5-95％。
5.一种由权利要求1-4任一项所述的大功率LED器件的封装方法封装的LED器件，其特征在于，包括基板、设置于所述基板上的LED晶片、罩设于所述基板上的透镜环、填充于所述透镜环底部的晶片胶、设于所述透镜环顶部的光学玻璃、设于所述光学玻璃上的雾化层以及设于所述雾化层上的荧光粉结构层；
所述晶片胶位于所述LED晶片的周围，且其高度小于所述LED晶片的高度；
所述光学玻璃通过封装胶固定于所述透镜环上。
6.根据权利要求5所述的LED器件，其特征在于，所述基板为陶瓷基板，且上表面还设有反光层。
7.根据权利要求5所述的LED器件，其特征在于，所述LED晶片为蓝光晶片或紫外晶片；
所述LED晶片为垂直结构的LED晶片或倒装结构的LED晶片。
8.根据权利要求5所述的LED器件，其特征在于，所述透镜环由铜或铝合金制成，其内表面设有透镜反光层。
9.根据权利要求5所述的LED器件，其特征在于，所述透镜环的顶部内表面还设有台阶结构，所述台阶结构与所述透镜环构成同心圆结构；
所述光学玻璃通过封装胶固定于所述台阶结构上。
10.根据权利要求5所述的LED器件，其特征在于，所述封装胶为硅胶。
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