TWI540746B - The method of packaging the secondary optical element - Google Patents
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Description
本發明係關於一種封裝方法，尤指一種透過治具輔助，以及利用翻轉之技術手段，使封裝後的成品不需要使用固定件之一種二次光學元件之封裝方法。
太陽能發電的最基本運作方式係將陽光照射於太陽能電池的表面，而現已有一種為了提升發電效率，而利用聚光透鏡聚集更大量光能的聚光型太陽能電池模組。這些聚光型太陽能電池模組隨著聚光倍率之提升，以及配合自動化生產，可使太陽能電池之尺寸逐漸縮小化，使電池材料使用可更加節省。
在實務上，於聚光型太陽能電池模組當中使用小面積的太陽能電池時，需搭配使用二次光學元件，例如球透鏡，才能縮小聚光光點、增加太陽光角度容忍度，但現有球透鏡的固定方式較為困難繁雜。目前一般的二次光學元件可分為金屬材料或玻璃等高透光且具高硬度之零件，若是使用金屬製作二次光學元件，其在安裝時必須使用螺絲鎖固，需耗費大量人工與螺絲等零組件；若二次光學元件為玻璃材質，則其與電路板上之太陽電池晶片結合時，必須先進行第一次光學膠點膠以保護太陽電池晶片表面與細金屬導電線。
而為了大量生產二次光學元件，通常是以模造的方式進行生產，而模造成型時，二次光學元件需要有部分區域提供頂針接觸，以利用頂針將成型的二次光學元件從模具中頂出，然而若頂針直接接觸在二次光學元件的光學區，也就是發揮二次光學元件光學功能的區域，則會破壞光學區的形狀，造成二次光學元件的損壞。因此會額外設計一個區塊供頂針頂出，但這個額外的區塊設計會造成二次光學元件無法應用於一般的治具進行安裝。
本發明之主要目的，係提供一種二次光學元件之封裝方法，其可將讓封裝後的二次光學元件不需要額外使用固定件作固定，只要利用光學膠接合即可。
本發明之另一目的，係提供一種二次光學元件之封裝方法，其可廣泛應用於封裝太陽能電池或者是發光二極體等光電元件。
為了達到上述之目的，本發明揭示了一種二次光學元件之封裝方法，其係封裝一二次光學元件於一光電元件之上，該光電元件係固定於一基板之上，且係受已固化之一第一光學膠所覆蓋，其係包含步驟：使用一治具定位該二次光學元件，該二次光學元件之一底面係朝向上方，且該底面受未固化之一第二光學膠所覆蓋；垂直翻轉該基板，使該光電元件朝向下方，並且使該第一光學膠接觸該第二光學膠；垂直翻轉該基板以及該治具，使該二次光學元件向該光電元件之方向沉降；以及固化該第二光學膠。
10‧‧‧基板
12‧‧‧太陽能電池
14‧‧‧第一光學膠
16‧‧‧電路結構
18‧‧‧卯眼
20‧‧‧二次光學元件
21‧‧‧底面
22‧‧‧凸緣
24‧‧‧光學區
26‧‧‧非光學區
28‧‧‧半球體
30‧‧‧治具
32‧‧‧定位孔洞
34‧‧‧榫頭
36‧‧‧第二光學膠
38‧‧‧支架
40‧‧‧空間
R1‧‧‧直徑
R2‧‧‧內直徑
12‧‧‧太陽能電池
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36‧‧‧第二光學膠
38‧‧‧支架
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R1‧‧‧直徑
R2‧‧‧內直徑
第1圖：其係為本發明一較佳實施例之結構示意圖，用以表示太陽能電池固定於基板之上，並受已固化之第一光學膠覆蓋；
第2圖：其係為本發明一較佳實施例所使用之二次光學元件之結構示意圖，用以表示二次光學元件具有凸緣；
第3圖：其係為本發明一較佳實施例所使用之二次光學元件之結構示意圖，用以表示二次光學元件具有光學區以及非光學區；
第4圖：其係為本發明一較佳實施例之步驟示意圖，用以表示二次光學元件係插入治具之定位孔洞；
第5圖：其係為本發明一較佳實施例之步驟示意圖，用以表示基板向下，使第一光學膠以及第二光學膠接觸；
第6圖：其係為本發明一較佳實施例之步驟示意圖，用以表示第一光學膠以及第二光學膠已接觸；
第7圖：其係為本發明一較佳實施例之結構示意圖，用以表示垂直翻轉後的基板以及治具；
第8圖：其係為本發明一較佳實施例之結構示意圖，用以表示光學膠皆已固化；以及
第9圖：其係為本發明一較佳實施例之結構示意圖，用以表示治具已移除。
為使本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：
本發明之二次光學元件之封裝方法，係將二次光學元件封裝於發光二極體或太陽能電池等光電元件之上，兩者之差異僅在於光電元件本身的運作原理有異，以及光線通過二次光學元件之方向不同，本發明於以下實施例係以太陽能電池為例，並且該些步驟可無疑義地將太陽能電池替換為發光二極體進行操作。
請先參考第1圖，太陽能電池12係固定於基板10之上，且係受已固化之一第一光學膠14所覆蓋。第一光學膠14的材質為一種高穿透率且絕緣之膠體，可透過室溫放置、加熱或紫外線固化。本發明在封裝二次光學元件之前，已將第一光學膠14固化而完成太陽能電池12的封裝。
在第一光學膠14當中，被封裝的元件除了太陽能電池12之外，還包含了位於太陽能電池12以及基板10之間的電路結構16。此電路結構16可為複數個金屬電極片，並且包含金線，而太陽能電池12與此電路結構16存在電性連接的關係，使太陽能電池12所產生的電能能夠導出。
經使用第一光學膠14而將太陽能電池12以及電路結構16封裝於基板10之上，另一方面則是使用治具定位二次光學元件。請參考第2圖以及第3圖，本發明所進行封裝的二次光學元件20是一種由玻璃、石英、塑膠、壓克力、或膠材等材質所製成之可透光半球體、球體或彈頭體，並且在結構上具有凸緣22(lug)，以及可將二次光學元件20的主體區分為光學區24與非光學區26(圖式中的網格狀區域)。整體來說，二次光學元件20具有球透鏡之特徵，本發明在此實施例中的光學區24之外觀係呈子彈型，前端為半球體28，可匯聚聚光透鏡所聚集之光能，使太陽光得以在聚光型太陽能模組中被進一步縮小聚光光點面積，增加了太陽光偏移角度容忍度；而非光學區26則非位於主要光路上，並不提供光能匯聚及光路行徑的功能，僅為輔助定位等非光學之應用。
進一步而言，前述之凸緣22結構係位於非光學區26，其產生的原因是出自於二次光學元件20在快速、大量且低成本生產時，由於是以模造成型方式製造，且模造成型時需要部份區域提供頂針頂出。因此，為了避免頂針直接接觸在光學區24而有破壞光學元件形狀之虞，因此額外設計一個非光學區26提供頂針頂出。此非光學區26即呈現凸緣22之結構特徵。
本發明所揭示的封裝方法，係基於前述所指出的元件及其結構特徵，而執行以下之步驟：
步驟S10：使用一治具定位該二次光學元件，該二次光學元件之一底面係朝向上方，且該底面受未固化之一第二光學膠所覆蓋；
步驟S20：垂直翻轉該基板，使該太陽能電池朝向下方，並且使該第一光學膠接觸該第二光學膠；
步驟S30：垂直翻轉該基板以及該治具，使該二次光學元件向該太陽能電池之方向沉降；
步驟S40：固化該第二光學膠；以及
步驟S50：移除該治具。
步驟S10：使用一治具定位該二次光學元件，該二次光學元件之一底面係朝向上方，且該底面受未固化之一第二光學膠所覆蓋；
步驟S20：垂直翻轉該基板，使該太陽能電池朝向下方，並且使該第一光學膠接觸該第二光學膠；
步驟S30：垂直翻轉該基板以及該治具，使該二次光學元件向該太陽能電池之方向沉降；
步驟S40：固化該第二光學膠；以及
步驟S50：移除該治具。
請參考第4圖，本發明當中所使用之治具30具有一定位孔洞32(此圖僅用以表示治具之定位孔洞)，而二次光學元件20在步驟S10中，是插入治具30之定位孔洞32，且定位孔洞32之直徑R1係不小於二次光學元件20之凸緣22之內直徑R2，較佳的尺寸為R1略為大於R2，使二次光學元件20能夠在插入定位孔洞32之後不易晃動，但仍可上下滑動。二次光學元件20之凸緣22則會抵靠於治具30之其中一個表面。
二次光學元件20於此步驟進行定位時，其底面21是朝向上方，因此凸緣22是自然向下而抵靠於治具30之其中一個表面；同時，底面21受未固化之一第二光學膠36所覆蓋。
接著於步驟S20，將基板10垂直翻轉，使原本朝向上方的太陽能電池12變更為朝向下方，並且向下使第一光學膠14接觸第二光學膠36。請參考第5圖，本發明所使用的基板10具有至少一卯眼(mortise)18，而治具30則更包含至少一榫頭(tenon)34，當基板10於此步驟垂直翻轉後，該些榫頭34係分別接合於該些卯眼18，使基板10與治具30接合，並且藉由治具30之直立式支架38而區隔出一空間40。榫頭34係位於治具30之支架38上。
第6圖為基板10與治具30接合之示意圖，由於第一光學膠14已固化，因此與第二光學膠36接觸時，第一光學膠14的形體上並不會產生變化；然而第二光學膠36此時仍未固化，因此在接觸第一光學膠14時，會受第一光學膠14之擠壓而沿著第一光學膠14之表面攀附。
步驟S30是將接合後的基板10與治具30同時翻轉，使二次光學元件20的凸緣22不再抵靠於治具30之其中一個表面，而是可自然落下，其利用本身的重量而擠壓第二光學膠36，並向太陽能電池12之方向沉降，如第7圖所示，其係沉降至已固化的第一光學膠14的表面。基於治具30之設計係將二次光學元件20對準太陽能電池12之上方，因此在步驟S30中，二次光學元件20會定位於太陽能電池12之上。
步驟S40則是將第二光學膠36透過高溫烘烤或是紫外線照射等技術手段進行固化，使二次光學元件20被固定於太陽能電池12之上；如第8圖所示，固化後的第二光學膠36即與早已固化的第一光學膠14合為一體，形成完整的光學膠區塊。最後，再於步驟S50將治具30移除；第9圖為治具30被移除後，二次光學元件完成封裝之外觀示意圖。位於下方的太陽能電池12可透過此具有球透鏡特徵之二次光學元件20的聚焦功效，讓來自太陽照射之入射光源經二次光學元件20之聚焦而集中照射至太陽能電池12之表面；換句話說，搭配菲涅爾透鏡以及二次光學元件，太陽光得以在聚光型太陽能模組中被進一步縮小聚光光點面積，增加了太陽光偏移角度容忍度。
綜上所述，本發明詳細揭示了一種二次光學元件之封裝方法，其透過兩處塗布光學膠並將之各自固化的方式，結合同時翻轉基板以及治具之技術特徵，使二次光學元件能夠透過自然落下的方式定位於太陽能電池或是發光二極體等光電元件之上，其成品的封裝品質高，具有可靠性，也適合於量產，實為一種具實用價值之二次光學元件之封裝方法。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
10‧‧‧基板
12‧‧‧太陽能電池
20‧‧‧二次光學元件
Claims (14)
- 【第1項】一種二次光學元件之封裝方法，其係封裝一二次光學元件於一光電元件之上，該光電元件係固定於一基板之上，且係受已固化之一第一光學膠所覆蓋，其係包含步驟：
使用一治具定位該二次光學元件，該二次光學元件之一底面係朝向上方，且該底面受未固化之一第二光學膠所覆蓋；
垂直翻轉該基板，使該光電元件朝向下方，並且使該第一光學膠接觸該第二光學膠；
垂直翻轉該基板以及該治具，使該二次光學元件向該光電元件之方向沉降；以及
固化該第二光學膠。 - 【第2項】如申請專利範圍第1項所述之二次光學元件之封裝方法，其中該光電元件係為太陽能電池或發光二極體。
- 【第3項】如申請專利範圍第1項所述之二次光學元件之封裝方法，其中該光電元件以及該基板之間，係包含一電路結構，該光電元件係與該電路結構電性連接。
- 【第4項】如申請專利範圍第3項所述之二次光學元件之封裝方法，其中該電路結構包含至少一金線。
- 【第5項】如申請專利範圍第3項所述之二次光學元件之封裝方法，其中該第一光學膠更覆蓋該電路結構。
- 【第6項】如申請專利範圍第1項所述之二次光學元件之封裝方法，其中該基板具有至少一卯眼。
- 【第7項】如申請專利範圍第6項所述之二次光學元件之封裝方法，其中該治具具有至少一榫頭，且於垂直翻轉該基板，使該光電元件朝向下方之步驟中，該些榫頭係分別接合於該些卯眼。
- 【第8項】如申請專利範圍第6項所述之二次光學元件之封裝方法，其中該榫頭係位於該治具之一支架上。
- 【第9項】如申請專利範圍第1項所述之二次光學元件之封裝方法，其中於固化該第二光學膠之步驟之後，更包含步驟為移除該治具。
- 【第10項】如申請專利範圍第1項所述之二次光學元件之封裝方法，其中該二次光學元件具有一凸緣(lug)。
- 【第11項】如申請專利範圍第10項所述之二次光學元件之封裝方法，其中於使用該治具定位該二次光學元件之步驟中，該二次光學元件係插入該治具之一定位孔洞，該定位孔洞之直徑不小於該凸緣之內直徑。
- 【第12項】如申請專利範圍第10項所述之二次光學元件之封裝方法，其中該二次光學元件具有一光學區以及一非光學區，該非光學區係位於該凸緣。
- 【第13項】如申請專利範圍第1項所述之二次光學元件之封裝方法，其中該二次光學元件具有球透鏡之特徵。
- 【第14項】如申請專利範圍第1項所述之二次光學元件之封裝方法，其中於垂直翻轉該基板以及該治具，使該二次光學元件向該光電元件之方向沉降之步驟中，該二次光學元件係沉降至該第一光學膠之表面。
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| TW103123282A TWI540746B (zh) | 2014-07-07 | 2014-07-07 | The method of packaging the secondary optical element |
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| TW201603303A TW201603303A (zh) | 2016-01-16 |
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| TW201603303A (zh) | 2016-01-16 |
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