CN101788135A - 用低熔点金属焊料对led照明模块的水密性封装方法 - Google Patents
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Abstract
一种用低熔点金属焊料对LED照明模块的水密性封装方法，包括LED照明模块(1)和玻璃灯罩(2)；LED照明模块(1)包括含密封接线头(4)的金属热沉(5)；利用低熔点金属焊料共晶键合的原理对金属热沉(5)和玻璃灯罩(2)之间的界面进行水密性密封。其优点是能够满足LED照明模块的室外照明要求，减少湿气和水汽的渗入，提高照明模块的可靠性和耐久性，具有更长的寿命，避免照明模块的早期失效。
Description
技术领域
本发明涉及一种用低熔点金属焊料对LED照明模块的水密性封装方法。
背景技术
发光二极管(LED)是一种利用半导体制造技术加工的电致发光器件，其发光机理是利用电子和空穴的复合作用产生光子。这种复合作用在持续的电流和稳定的电压驱动下，理论上可以接近100％的量子效率。这种电注入的方式还可以避免大的斯托克斯位移，因而LED具有发光效率高，显色性好，耗电量少，节能环保，安全可靠性高，使用寿命长的优势。
自第一支蓝光LED芯片研制成功以来，目前主要有两种获取白光LED的技术，一种是利用高亮度InGaN蓝光芯片激发钇铝石榴石荧光粉(YAG:Ce3+)获取白光LED的技术，一种是利用InGaN紫外芯片激发RGB三基色荧光粉获得白光LED的技术。其中蓝光LED+黄色荧光粉的方式由于工艺简单、制作成本低，发展极为迅速，技术水平不断提高，市场上已经出现100lm/W的白光LED。基于大功率高亮度白光LED的半导体照明，即将替代白炽灯和荧光灯，成为第四代照明光源。
目前高亮度白光LED已经开始应用于诸多照明领域，例如室内的LED照明灯泡，LED平板照明，室外的LED路灯、LED隧道灯等。但是，在LED照明产品的应用中，尤其是在室外环境中，受温度、水汽、湿气等因素以及室外雨水冲刷的影响，LED照明产品本身的气密性和防水性已成为影响LED照明产品寿命的一个重要因素。当湿气、水汽、甚至水进入灯体内部时，会与灯体内部的金属发生化学反应，生成一些杂质并附着在灯体的表面，从而影响整灯的照明效果。当照明产品受这些不良环境因素的影响时间过长以后，水汽可能引起内部电路的断路或短路，还会造成灯体内部的LED发光器件出现过早衰减甚至失效，从而最终引起LED照明产品过早的死灯。
因此，对LED照明产品进行严格的气密和防水设计，以避免受湿气、水汽等的影响是极为重要的。一般的LED照明产品多采用机械固定加橡胶密封条的方式实现气密和防水，但是，实际效果证实，该种方法不能有效的实现真正意义上的水密性。在多数LED照明产品中，采用上述方式都会使得在LED照明产品的灯罩上附着有受湿气、水汽影响而生成的杂质。在长时间雨水冲刷的过程中，同样存在一定程度上的渗水问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种能够满足室外照明要求的、使用寿命长、密封性能好的用低熔点金属焊料对LED照明模块的水密性封装方法。
为解决上述问题，本发明的用低熔点金属焊料对LED照明模块的水密性封装方法，包括LED照明模块和玻璃灯罩；LED照明模块包括含密封接线头的金属热沉，而在金属热沉上贴装有LED模块或LED芯片；其特征在于包含以下封装步骤：
A.在玻璃灯罩和金属热沉上的密封部位分别用溅射或蒸发方式沉积一层金属薄膜；两层金属薄膜可以是同种金属材料，或不同特性的金属材料。
B.将玻璃灯罩和金属热沉分别用灯罩夹具和加热夹具固定住；
C.在金属热沉或玻璃灯罩上的密封部位涂刷一层低熔点的金属焊料；
D.对准玻璃灯罩和金属热沉；
E.合紧灯罩夹具和加热夹具，使得玻璃灯罩压在金属热沉上从而使金属焊料均匀的分布在玻璃灯罩和金属热沉的接触部位；
F.利用局部加热方式通过加热夹具从背面对金属热沉的密封部位处进行快速升温并维持一段时间，使玻璃灯罩与金属热沉之间的金属焊料熔化，熔化的金属焊料同时与玻璃灯罩和金属热沉上的金属薄膜开始进行熔融反应，转变为熔融的金属层，实现原子级的共晶键合；
G.当金属焊料已经完全熔融，并且与玻璃灯罩和金属热沉上的金属薄膜实现完全键合后，停止局部加热，使玻璃灯罩和金属热沉之间已经熔融的金属层缓慢冷却；
H.松开灯罩夹具和加热夹具，取出经密封好的LED照明模块；
I.在密封好的LED照明模块的密封部位外侧安装固定环，保持玻璃灯罩与金属热沉之间的相对位置。
所述的LED芯片或模块的数量至少为一个，尤其适用于大芯片(＞1×1mm2)、超大芯片以及多芯片(多模块)阵列式封装。
所述的封装步骤是在真空环境或非真空环境中进行封装，在真空环境进行封装有利于减少在低温金属焊料熔化过程中在局部区域容易产生微小气泡的问题，从而提升照明模块的整体水密性，同时能显著减少密封的玻璃灯罩内的水汽含量，避免水汽对照明模块内的电路等金属器件的腐蚀，提升照明模块的寿命；在非真空环境中进行封装时，需在完成上述封装步骤后在玻璃灯罩和金属热沉之间的空隙中填入硅胶。
在所述的金属热沉上贴装LED芯片时，需要在玻璃灯罩和金属热沉之间的空隙中填入硅胶；硅胶用以实现对LED芯片的保护。
所述硅胶为凝胶或弹性体，具高透光率。
本发明的优点是能够满足LED照明模块的室外照明要求，减少湿气和水汽的渗入，提高照明模块的可靠性和耐久性，具有更长的寿命，避免照明模块的早期失效。
附图说明
图1为本发明的封装步骤A的示意图；
图2为本发明的封装步骤B的示意图；
图3为本发明的封装步骤C、D的示意图；
图4为本发明的封装步骤E的示意图；
图5为本发明的封装步骤F的示意图；
图6为本发明的封装步骤G、H、I的示意图；
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的实施例。
参见图1，本发明的用低熔点金属焊料对LED照明模块的水密性封装方法，包括LED照明模块1和玻璃灯罩2；LED照明模块1包括含密封接线头4的金属热沉5，在金属热沉5上贴装有LED模块3；具体封装步骤如下：
A.在金属热沉5和玻璃灯罩2上的密封部位用蒸发、溅射等方式分别沉积上一层金属薄膜6，例如用溅射方式沉积一层金薄膜。
B.参见图2，分别用加热夹具9和灯罩夹具10将金属热沉5和玻璃灯罩2夹住，此时，加热夹具9未开始加热。
C.参见图3，在金属热沉5上的密封部位涂刷一层低熔点金属焊料11，例如Sn95.5/Ag3.8/Cu0.7的锡银铜焊料；金属焊料11的大小与玻璃灯罩2和金属热沉5的接触面积相当。
D.利用灯罩夹具10和加热夹具9将玻璃灯罩2和金属热沉5对准。
E.参见图4，向下缓慢移动灯罩夹具10，使玻璃灯罩2和金属热沉5之间压紧，使金属焊料11在玻璃灯罩2和金属热沉5之间均匀铺开。
F.参见图5，加热夹具9开始加热，为控制加热区域的温度不影响到金属热沉5上的LED模块3，加热夹具9保持较快的升温速度，通过金属热沉5的密封部位对金属薄膜6以及金属焊料11进行快速加热，以实现键合。在升温和保温过程中，金属焊料11与金属薄膜6之间开始进行熔融反应，转变为熔融的金属层12，实现原子级的共晶键合。
G.参见图6，当金属焊料11已经与金属薄膜6完全熔融，实现玻璃灯罩2和金属热沉5的密封后，停止局部加热，使玻璃灯罩2和金属热沉5之间已经熔融的金属层12缓慢冷却。
H.松开灯罩夹具10和加热夹具9，取出经密封好的LED照明模块。
I.在密封好的LED照明模块的密封部位外侧安装固定环13，以固定玻璃灯罩2和金属热沉5之间的相对位置，保持LED照明模块在使用过程中良好的可靠性。
Claims (5)
1.一种用低熔点金属焊料对LED照明模块的水密性封装方法，包括LED照明模块(1)和玻璃灯罩(2)；LED照明模块(1)包括含密封接线头(4)的金属热沉(5)，其特征在于包含以下封装步骤：
A.在玻璃灯罩(2)和金属热沉(5)上的密封部位分别用溅射或蒸发方式沉积一层金属薄膜(6)；各部位上的金属薄膜(6)可以是同种金属材料，或不同特性的金属材料；
B.将玻璃灯罩(2)和金属热沉(5)分别用灯罩夹具(10)和加热夹具(9)固定住；
C.在金属热沉(5)或玻璃灯罩(2)上的密封部位涂刷一层低熔点金属焊料(11)；
D.对准玻璃灯罩(2)和金属热沉(5)；
E.合紧灯罩夹具(10)和加热夹具(9)，使得玻璃灯罩(2)压在金属热沉(5)上从而使金属焊料(11)均匀的分布在玻璃灯罩(2)和金属热沉(5)的接触部位；
F.利用局部加热方式通过加热夹具(9)从背面对金属热沉(5)的密封部位进行快速升温并维持一段时间，使玻璃灯罩(2)与金属热沉(5)之间的金属焊料(11)熔化，熔化的金属焊料(11)同时与玻璃灯罩(2)和金属热沉(5)上的金属薄膜(6)之间开始进行熔融反应，转变为熔融的金属层(12)，实现原子级的共晶键合；
G.当金属焊料(11)已经完全熔融，并且与玻璃灯罩(2)和金属热沉(5)上的金属薄膜(6)实现完全键合后，停止局部加热，使玻璃灯罩(2)和金属热沉(5)之间已经熔融的金属层(12)缓慢冷却；
H.松开灯罩夹具(10)和加热夹具(9)，取出经密封好的LED照明模块；
I.在密封好的LED照明模块的密封部位外侧安装固定环(13)，保持玻璃灯罩(2)与金属热沉(5)之间的相对位置。
2.根据权利要求1所述的用低熔点金属焊料对LED照明模块的水密性封装方法，其特征在于：所述的封装步骤是在真空环境或非真空环境中进行封装。
3.根据权利要求2所述的用低熔点金属焊料对LED照明模块的水密性封装方法，其特征在于：所述的封装步骤是在非真空环境中进行封装时，需在完成水密性封装后在玻璃灯罩(2)和金属热沉(5)之间的空隙中填入硅胶。
4.根据权利要求1所述的用低熔点金属焊料对LED照明模块的水密性封装方法，其特征在于：在所述的金属热沉(5)上贴装有LED模块(3)或LED芯片。
5.根据权利要求4所述的用低熔点金属焊料对LED照明模块的水密性封装方法，其特征在于：在所述的金属热沉(5)上贴装LED芯片时，需要在玻璃灯罩(2)和金属热沉(5)之间的空隙中填入硅胶。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN101975340A (zh) * | 2010-08-06 | 2011-02-16 | 敬俊 | 一种发光半导体芯片的封装结构及其封装方法 |
| CN110506182A (zh) * | 2017-04-12 | 2019-11-26 | 昕诺飞控股有限公司 | 照明设备、照明器及制造方法 |
| CN112649076A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-13 | 合肥京东方显示技术有限公司 | 一种标准流量元件及其制备方法、标准流量系统 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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Assignee: Hunan Yiyuan Photoelectric Technology Co., Ltd. Assignor: Guangdong Shaoxin Opto-electrical Technology Co., Ltd. Contract record no.: 2011430000048 Denomination of invention: Water-tightness encapsulating method for LED lighting module by low melting-point metal welding flux License type: Exclusive License Open date: 20100728 Record date: 20110421 |
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| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20100728 |