CN1317775C - 发光二极管封装结构及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管封装结构及其封装方法，是以液态含磷光剂胶体为原料且利用模铸成型法进行封装作业，并在封装过程中令胶体溶液呈饱和而使固态磷光剂沉淀，以此在封装完成的发光二极管单元外包覆有一磷光介质层，且此磷光介质层是含有一封装胶体及其底部沉淀的一磷光剂层，使磷光剂层紧密覆盖于发光二极管单元上。故本发明可达成低光色泄漏率的功效，同时具有尺寸规格化、白光光谱稳定、成品率高及节省原料等优点。
Description
技术领域
本发明是有关一种发光二极管封装技术，特别是指一种白光发光二极管的封装结构及其封装方法。
背景技术
一般发光二极管(LED)的封装是使用移转注模成型(transfermolding)或液状点胶封装的方式进行。移转注模成型是目前使用最普遍的工艺，是将已粘设有LED晶片及导线的印刷电路板(printed circuitboard，PCB)或金属片(metal frame)先置放于移转成型模的铸孔(cavity)中，再利用挤制杆(ram)将预热软化的固态粒状环氧树脂压注入移转模的铸孔中，经加热使环氧树脂原料产生硬化反应，即完成模块封装程序，而后再进行切单成为多个LED封装元件。然而，对于小尺寸LED产品而言，由于移转注模成型工艺的原料运送槽很长，使得原料浪费在此槽中很多，而具有浪费原料的缺点；再者，在填充铸模原料的过程中，必须精确控制挤制杆的压力与原料流动速度，若控制不当则易压倒导线或造成短路，具有工艺复杂而不易控制的缺点。
而液状点胶封装是使用常温呈液状的封装(encapsulation)材料，利用点胶机点滴环氧树脂于LED基片上，再经加温烘烤使点胶凝固而成型，液状点胶封装加工虽不需模具，具有加工简易及价格低廉的优点，但由于胶体固化表面不易控制且产出效率远不及模块封装工艺，因此较不普及。
另一方面，于制作白光LED封装元件时，移转注模成型法及点胶封装法的原料是分别使用固态含磷光剂环氧树脂及液态含磷光剂环氧树脂，但不论是采何种方法进行封装，最后的封装结构皆是一基板10上设有一LED晶粒12，且在LED晶粒12上覆盖一磷光剂及环氧树脂的混合层14，如图1所示，由于磷光粒子16是分散在环氧树脂18中而非密集地覆盖在LED晶粒12上，因此LED晶粒12的光色泄漏率较高。
因此，本发明是针对上述的种种问题，提出一种发光二极管封装结构及其封装方法，以有效克服已知的该缺点。
发明内容
本发明的主要目的，是在提供一种发光二极管封装结构及方法，由液态含磷光剂胶体的使用，在内模中允许磷光剂沉淀覆盖于LED晶粒上，以有效降低LED的光色泄漏率，进而改善已知磷光粒子分散在封装胶体中而具有漏光率高的缺点。
本发明的另一目的，是在提供一种发光二极管的封装方法，是使用铸模法模块封装LED，以塑造出尺寸固定的LED元件，进而提供光谱范围稳定的白光LED，以解决已知封装尺寸不易控制而衍生的光谱偏移问题，故具有使白光LED发光光色精准的功效。
本发明的又一目的，是在提供一种发光二极管的封装方法，具有尺寸规格化、成品率高且适用于制作大尺寸外模产品的优点。
本发明的再一目的，是提供一种可充分实用封装原料的封装方法达成节省原料的功效，进而可有效降低封装成本。
为达到上述的目的，本发明一种发光二极管封装结构，其特征在于，包括：
一基板；
一发光二极管单元，设置在该基板上；以及
一磷光介质层，设置在该基板上且包覆该发光二极管单元，其中该磷光介质层包含一封装胶体，且于该封装胶体底部沉淀有一磷光剂沉淀层，使该磷光剂沉淀层紧密覆盖于该发光二极管单元上。
其中，该封装胶体为环氧树脂。
其为发出白光。
其中，在该磷光介质层外还包覆有一外部封装胶体。
本发明一种发光二极管封装方法，其特征在于，包括下列步骤：
提供一基板及一铸模，在该基板上安装有多个发光二极管单元，且该铸模内部是凹设有多个成型单元对应该发光二极管单元；
将该基板置入该铸模内部，使该发光二极管单元对应该成型单元，且锁定该铸模；
将一液态含磷光剂胶体填入该铸模内而填满该成型单元；以及
令该胶体中的该磷光剂沉淀于该发光二极管单元上且硬化该液态含磷光剂胶体，进而得到一模铸基板。
其中，在锁定该铸模后且于填充该含磷光剂胶体的步骤前，还包括一步骤，将该铸模预热。
其中，沉淀该磷光剂的步骤是令该含磷光剂胶体饱和而使该磷光剂沉淀。
其中，硬化该液态含磷光剂胶体的方式是于该磷光剂沉淀之后，加热该液态含磷光剂胶体，使液态的胶体部分产生固化反应。
其中，该铸模由二模具所组成，且在其中一模具相对于另一模具的内表面是凹设有该成型单元。
其中，在制作得到该模铸基板之后，还可利用模铸法在硬化的该含磷光剂胶体外形成一外部封装胶体。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细描述本发明如后，其中：
图1为已知白光LED封装元件的结构剖视图。
图2为本发明的发光二极管封装结构的剖视图。
图3为图2的局部放大剖视图。
图4为本发明的封装流程图。
图5为本发明安装LED基板於铸模内的示意图。
图6A及图6B为本发明于进行饱和凝固步骤的结构剖视图。
具体实施方式
本发明的发光二极管(LED)模块封装技术是以液体含磷光剂(Phosphor)胶体为模块封装原料，利用铸模法且基于液体饱和的固体沉淀凝固原理，制作出LED封装结构。
请参图2所示，为本发明的发光二极管封装结构的剖视图，一LED封装元件20是包括一基板22，该基板22通常为印刷电路板(printedcircuit board，PCB)或金属架(metal frame)，在基板22上安装有一发光二极管(LED)单元，其为一LED晶粒24，且有一磷光介质层26覆盖在基板22上以包覆该LED晶粒24，另有一外部封装胶体32包覆在磷光介质层26外；其中该磷光介质层26如图3所示，是包含一封装胶体28，且于封装胶体28底部沉淀有一磷光剂沉淀层30，使磷光剂沉淀层30是紧密覆盖于LED单元24上，该封装胶体28及外部封装胶体32的材料常用者为环氧树脂(epoxy)，而磷光剂沉淀层则是由磷微粒所组成，以利用磷微粒及固定频率发光体所发的光相互折射而发出白光。
有别于已知技术将磷光粒子分散在封装胶体中的结构及作法，本发明由将磷光剂沉淀于封装胶体底部，以此使磷光粒子紧密排列而密集地覆盖在LED单元12上，进而可有效降低LED单元12的光色泄漏率，改善已知结构光色泄漏率高的问题。
在了解本发明的封装结构后，接续将详细说明本发明运用模铸法及液体饱和凝固原理制作此封装结构的方法，请参阅图4所示，为本发明的封装流程图。上述发光二极管的封装方法是包括下列步骤：首先，如步骤S10所示提供一LED基板、一铸模及模块封装原料，其中该LED基板为已安装有多个LED晶粒，且该LED晶粒是电连接至基板上；而该铸模如图5所示，是由二上、下模具34、34’所组成，且在下模具34’相对于上模具34的内表面是凹设有多个等成型单元36，每一等成型单元36是对应LED基板上的每一LED品粒：模块封装原料则为一含磷光剂胶体，是由磷光剂及封装胶体均匀混合而组成，该封装胶体通常为环氧树脂，且磷光剂通常为磷微粒。
在备妥LED基板、铸模及模块封装原料之后，接着如步骤S12所示，请同时配合图5，先在上、下模具34、34’的二相对内表面分别喷涂脱模油，再将LED基板38具有LED晶粒的表面朝下且将其安置于下模具34’的凹槽49内，使该LED晶粒对应下模具34’的该成型单元36，接着旋即锁定将上、下模具34、34’锁定在一起。
在锁定该铸模之后，即如步骤S14所示，先将铸模预热至一适当温度，接下来，便进行步骤S16，将一液态的含磷光剂胶体经由铸模的填充流道42填入于铸模内部而填满该成型单元36，之后并如步骤S18般，进行消除胶体气泡的步骤，此消泡步骤通常是在一自动真空/气压烤箱中进行，使用所需预定数据而设定不同真空、气压、温度及时问条件，利用真空抽气来消除胶体中的气泡。
在完成消泡步骤后，即进入步骤S20，同时配合图6A及图6B所示，今该含磷光剂胶体44成为饱和状态而使磷光剂46沉淀，进而使原本分散于胶体中的磷光剂46沉淀而覆盖于该LED晶粒24上。其中，使含磷光剂胶体44呈饱和的方法是使用某温度而令含磷光剂胶体44中的磷微粒下降，进而利用地心吸力允许磷微粒下沈于胶袜底部而覆盖于LED晶粒24上，而温度及时间是依据含磷光剂胶体44的胶体浓度及磷微粒密度而确定，且必须一并考量铸模流动槽的大小尺寸来决定。
接着，如步骤S22所示，加热该液态含磷光剂胶体，使液态的胶体部分产生固化反应(curing)而硬化，在完成固化胶体步骤之后，即可打开铸模，如步骤S24所示，取出完成内模块封装装的LED基板，并清洗LED基板上的脱模油，即可得到一模块封装LED基板。
在制作得到该模块封装LED基板之后，还可如步骤S26所示，进行外模块封装装作业，是利用前述模铸法在已硬化的含磷光剂胶体外再形成一外部封装胶体，其封装方法是类似于上述步骤S10至S24，不同处是省除步骤S20的沉淀步骤，且外部封装胶体为一单相液体，常用者为环氧树脂。
最后，在完成LED基板的内模及外模块封装装之后，即如步骤S28所示，以每一LED晶粒为单位进行切单作业，将封模的LED基板切割分成多个LED封装元件，如此即成完整个封装流程，进而得到一具有磷光层的LED封装元件。
在本发明的封装方法中，由于铸模是具有一定的尺寸规格，故能塑造出尺寸固定的LED产品，而白光LED需要有一特定的尺寸才能产生一特定光谱的白光，因此本发明是可有效解决已知封装尺寸不易控制的问题，而改进产品的成品率，同时更适合制作大尺寸外模的产品，具有尺寸规格化及发光光色精准的优点。另一方面，由于本发明是舍弃已知移转注模成型法，故可充分实用原料到99％程度，比已知使用转换模具技术约多出30％以上的原料实用率，具有节省原料的功效，进而可有效降低封装成本。
以上所述是由实施例说明本发明的特点，其目的在使熟习该技术者能了解本发明的内容并据以实施，而非限定本发明的专利范围，故，凡其他未脱离本发明所揭示的精神所完成的等效修饰或修改，仍应包含在以下所述的申请专利范围中。
Claims (10)
1.一种发光二极管封装结构，其特征在于，包括：
一基板；
一发光二极管单元，设置在该基板上；以及
一磷光介质层，设置在该基板上且包覆该发光二极管单元，其中该磷光介质层包含一封装胶体，且于该封装胶体底部沉淀有一磷光剂沉淀层，使该磷光剂沉淀层紧密覆盖于该发光二极管单元上。
2.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，其中，该封装胶体为环氧树脂。
3.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，其为发出白光。
4.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，其中，在该磷光介质层外还包覆有一外部封装胶体。
5.一种发光二极管封装方法，其特征在于，包括下列步骤：
提供一基板及一铸模，在该基板上安装有多个发光二极管单元，且该铸模内部是凹设有多个成型单元对应该发光二极管单元；
将该基板置入该铸模内部，使该发光二极管单元对应该成型单元，且锁定该铸模；
将一液态含磷光剂胶体填入该铸模内而填满该成型单元；以及
令该胶体中的该磷光剂沉淀于该发光二极管单元上且硬化该液态含磷光剂胶体，进而得到一模铸基板。
6.如权利要求5所述的发光二极管封装方法，其特征在于，其中，在锁定该铸模后且于填充该含磷光剂胶体的步骤前，还包括一步骤，将该铸模预热。
7.如权利要求5所述的发光二极管封装方法，其特征在于，其中，沉淀该磷光剂的步骤是令该含磷光剂胶体饱和而使该磷光剂沉淀。
8.如权利要求5所述的发光二极管封装方法，其特征在于，其中，硬化该液态含磷光剂胶体的方式是于该磷光剂沉淀之后，加热该液态含磷光剂胶体，使液态的胶体部分产生固化反应。
9.如权利要求5所述的发光二极管封装方法，其特征在于，其中，该铸模由二模具所组成，且在其中一模具相对于另一模具的内表面是凹设有该成型单元。
10.如权利要求5所述的发光二极管封装方法，其特征在于，其中，在制作得到该模铸基板之后，还可利用模铸法在硬化的该含磷光剂胶体外形成一外部封装胶体。
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