CN101872827A - 发光二极管封装结构及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管封装结构及其方法，所述封装结构包括支架、LED晶片、导线、荧光粉层以及外封胶；所述支架包括位于顶端端面的凹槽承接座，所述LED晶片通过底胶固定于所述凹槽承接座底部；所述导线电连接所述LED晶片和支架；所述荧光粉层设置于所述凹槽承接座内，覆盖所述LED出光面，并且所述荧光粉层混有纳米硅粉；所述外封胶包覆所述LED晶片、导线、荧光粉层及凹槽承接座所在的部分所述支架。本发明能够在不降低亮度的同时实现发光二极管出光的光斑质量好、发光均匀。

Description

发光二极管封装结构及其方法
技术领域
本发明涉及发光二极管(LED)技术领域，尤其涉及一种发光二极管封装结构及其方法。
背景技术
发光二极管作为光源具有使用寿命长、亮度高以及耗电量低的优点，故其可广泛地使用于照明灯、显示器、指示灯，汽车刹车灯等。
现有可发白色光的发光二极管包括：正负电极支架，在其一极的上方，具一凹槽以供容置发光晶片，并以焊接线连结于晶片，以形成通路；其中，在电极支架上的凹槽内、晶片的上方形成有一荧光粉层；之后在正负电极支架上形成有一封胶层；从而形成一可发出白色光的发光二极管。
因荧光粉层中的荧光粉一般不均匀或存在荧光粉沉淀的现象，其中无论是大颗粒还是小颗粒荧光粉均出现不同程度沉淀现象，导致发出的白色光不均匀，所以使发光二极管所发出的光不均匀，表现为其光斑是参杂有其它颜色的色斑，而且常发生中间偏蓝、外环偏黄、光斑较差、色区离散、生产控制比较难的现象，此现象一直困扰LED行业在制作LED工艺中的效率、产品的光斑质量及达成率。
现有技术解决上述技术问题的普遍做法是在发光晶片上方设置光扩散结构，如在2001年10月3日公开的中国发明专利第00260518.X号所揭露的发光二极管改良结构，包括正负电极支架，为导电金属一体成型，在一电极支架的上端形成有一凹槽；一晶片，是置放并定位于前述的凹槽内并打线；其中在支架的凹槽内、晶片的上方形成有一荧光粉层，在荧光粉层的上面形成有一扩散剂层；在该电极支架的上端形成有一封胶层。
上述的专利技术方案是在荧光粉层的上面形成有一扩散剂层，使光扩散，进而减少出光不均匀的现象。但是扩散层位于晶片上方，直接地阻挡部分光线的出射，使出光效率降低较多；其次是需要在荧光粉层上专门形成扩散剂层，增加发光二极管产品的尺寸，同时增加制作的困难。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种发光二极管封装结构及其方法，能够在不降低亮度的同时实现发光二极管出光的光斑质量好、发光均匀。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种发光二极管封装结构，包括：支架、LED晶片、导线、荧光粉层以及外封胶；所述支架包括位于顶端端面的凹槽承接座，所述LED晶片通过底胶固定于所述凹槽承接座底部；所述导线电连接所述LED晶片和支架；所述荧光粉层设置于所述凹槽承接座内，覆盖所述LED出光面，并且所述荧光粉层混有纳米硅粉；所述外封胶包覆所述LED晶片、导线、荧光粉层及凹槽承接座所在的部分所述支架。
其中，所述纳米硅粉的粒径为5～10nm之间。
其中，所述荧光粉层中除纳米硅粉外的其他物质与纳米硅粉之间的重量比例为：0.01～0.05∶2。
其中，所述外封胶高出所述凹槽承接座、低于所述凹槽承接座底面，其中，低于所述凹槽承接座底面的所述外封胶区域分布有扩散剂，高出所述凹槽承接座的所述外封胶区域无扩散剂分布。
其中，所述支架包括两根并列的电极，所述电极一端的端面设有凹槽承接座，所述LED晶片通过底胶固定于所述凹槽承接座底部，所述导线数量为二，所述两根导线各一端分别电连接所述两根电极，所述两根导线各另一端电连接所述LED晶片。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种发光二极管封装方法，包括：通过底胶将LED晶片固定在支架的凹槽承接座底部，并对已固定LED晶片的底胶进行烘烤固化；通过导线将已固定的LED晶片的电极与所述支架连接；在连接好所述导线后往凹槽承接座内填充含有荧光粉和纳米硅粉的荧光体流体；对所述荧光体流体进行烘烤。
其中，所述往凹槽承接座内填充含有荧光粉和纳米硅粉的荧光体流体的步骤中，所述纳米硅粉预先加入含有荧光粉的流体中进行搅拌，再往凹槽承接座内填充所述荧光体流体，其中所述荧光粉层中除纳米硅粉外的其他物质与纳米硅粉之间的重量比例为：0.01～0.05∶2。
其中，所述对已固定LED晶片的底胶进行烘烤固化的步骤是指采用厚度是LED晶片高度1/4～1/3的底胶烘烤1-5小时，烘烤温度为100～180℃；所述对荧光体流体进行烘烤的步骤是指对荧光体流体进行烘烤温度为100-200℃、烘烤时间为1-5小时的烘烤。
其中，在对所述荧光体流体进行烘烤的步骤后，包括：在所述支架凹槽承接座以上部位灌透明不含扩散剂的胶水；对所述凹槽承接座以上部位的胶水进行不充分烘烤固化，使其粘度变大；进行所述不充分烘烤固化后，在所述支架凹槽承接座以下部位灌添加扩散剂的胶水；对所述凹槽承接座以上和以下部位的所有胶水进行充分烘烤固化。
其中，在对所述荧光体流体进行烘烤的步骤后，包括：在所述支架凹槽承接座以下部位灌添加扩散剂的胶水；对所述凹槽承接座以下部位的胶水进行不充分烘烤固化，使其粘度变大；进行所述不充分烘烤固化后，在所述支架凹槽承接座以上部位灌透明不含扩散剂的胶水；对所述凹槽承接座以上和以下部位的所有胶水进行充分烘烤固化。
本发明的有益效果是：区别于现有技术在荧光粉层由于沉淀导致荧光粉分布不均匀而使得出光不均匀、光斑较差、色区离散、生产控制比较难的情况，本发明提出一种全新的思路，摒弃扩散剂层，从源头上设计避免荧光粉分布不均匀，即在封装的点荧光胶步骤中将纳米硅粉作为填充物均匀分布在荧光体流体内部然后在LED晶片上点所述荧光体流体，其作用是拉近荧光体流体中分子之间的距离，提高胶水粘度。具体原理为：纳米硅粉颗粒小，在流体中悬浮形成网状结构，对荧光粉颗粒的移动及下沉起到阻止、及延缓作用，防止荧光粉的沉淀、提高光斑的均匀度及色区的集中性。
在一个与现有技术效果对比的试验例子中，在封装的点荧光胶步骤中将纳米硅粉作为填充物均匀分布在荧光体流体内部、然后在LED晶片上点所述荧光体流体时，荧光粉颗粒的移动及下沉速度为0.3mm/分钟，而现有技术不加本发明纳米硅粉的条件下，荧光粉颗粒的移动及下沉速度为1mm/分钟。
此外，可以在LED出光面上方即凹槽承接座上方并不设置扩散剂层，仅在这区域灌封透明胶水，不会直接阻挡来自LED出光面的光线，不会降低发光效率；同时在凹槽承接座下方设置添加扩散剂的胶水，使从LED上方折射、散射回来的光线在此区域进行扩散，扩散后的光线再往上方发射时较为均匀，进一步增加LED整体出光的均匀度。
附图说明
图1是本发明发光二极管封装结构实施例一的结构示意图；
图2是本发明发光二极管封装结构实施例中荧光体流体内荧光粉和纳米硅粉分布的示意图；
图3是采用现有发光二极管封装方法与本发明发光二极管封装方法所得到不同LED产品的出光集中性对比示意图；
图4是本发明发光二极管封装结构实施例二的结构示意图；
图5是本发明发光二极管封装方法实施例的流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，本发明发光二极管封装结构实施例包括：
支架10、LED晶片20、导线30、荧光粉层40以及外封胶50(图4)；
所述支架10包括位于顶端端面的凹槽承接座，所述LED晶片20通过底胶固定于所述凹槽承接座底部；
所述导线30电连接所述LED晶片20和支架10；
所述荧光粉层40设置于所述凹槽承接座内，覆盖所述LED出光面，并且所述荧光粉层40混有纳米硅粉；
所述外封胶50包覆所述LED晶片20、导线30、荧光粉层40及凹槽承接座所在的部分所述支架10。
相对现有技术在荧光层上设置扩散剂层的思路，本发明提出一种全新的思路，摒弃扩散剂层，从源头上设计，避免荧光粉分布不均匀，即在封装的点荧光胶步骤中将纳米硅粉作为填充物均匀分布在荧光体流体内部然后在LED晶片20上点所述荧光体流体，其作用是拉近荧光体流体中分子之间的距离，提高胶水粘度。具体原理为：参阅图2，由于较小的纳米硅粉41颗粒小，在荧光体流体中悬浮形成网状结构，对较大的荧光粉颗粒42的移动及下沉起到阻止、及延缓作用，防止荧光粉颗粒的沉淀、提高光斑的均匀度及色区的集中性(参阅图3a和图3b)。
在一个实施例中，所述纳米硅粉的粒径为5～10nm之间。比如所述纳米硅粉的粒径为7nm。
发明人经过大量实验证明，粒径为5～10nm的纳米硅粉，具备最佳的效果，能够实质性在荧光体流体中悬浮形成网状结构，对较大的荧光粉颗粒的移动及下沉起到阻止、及延缓作用。
选择好适合的纳米硅粉粒径，可以取得较佳的阻止、延缓荧光粉颗粒下降效果，使荧光粉在烘烤固化前一直保持均匀分布的状态，使得一旦烘烤固化后也保持这种均匀分布状态，从而避免发生LED出光的光斑中间偏蓝、外环偏黄、光斑较差、色区离散、生产控制比较难的现象，一举解决此一直困扰LED行业在制作LED工艺中的严重影响效率、产品的光斑质量及达成率的技术难题。
其中，在封装的点荧光胶步骤中将纳米硅粉作为填充物均匀分布在荧光体流体内部、然后在LED晶片20上点所述荧光体流体时，荧光粉层40除纳米硅粉外其他物质与所述纳米硅粉之间的重量比例为：0.01～0.05∶2。
参阅图4，在一个实施例中，所述外封胶50高出所述凹槽承接座、低于所述凹槽承接座底面，其中，低于所述凹槽承接座底面的所述外封胶50区域51分布有扩散剂，高出所述凹槽承接座的所述外封胶50区域无扩散剂分布。
其中，所述支架10包括两根并列的电极，所述电极一端的端面设有凹槽承接座，所述LED晶片20通过底胶固定于所述凹槽承接座底部，所述导线30数量为二，所述两根导线30各一端分别电连接所述两根电极，所述两根导线30各另一端电连接所述LED晶片20。
上述实施例，是在LED出光面上方即凹槽承接座上方并不设置扩散剂层，仅在这区域灌封透明胶水，不会直接阻挡来自LED出光面的光线，不会降低发光效率；同时在凹槽承接座下方设置添加扩散剂的胶水，使从LED上方折射、散射回来的光线在此区域进行扩散，扩散后的光线再往上方发射时较为均匀，进一步增加LED整体出光的均匀度。
本发明可以在不降低LED亮度的同时制造出光斑质量好、发光均匀的产品。
在一个实施例中，所述扩散剂与分布有扩散剂区域的外封胶50之间的比重为1％-5％之间，在此范围内，能够最大程度保证亮度和均匀性，取得两者的最佳平衡。具体到每种扩散剂和LED封装产品，对添加扩散剂量的添加量可以适当调整。比如比重可以设为3％。
在一个实施例中，所述支架10凹槽承接座以下部位的外封胶50的高度范围在0h-1h之间，其中h为支架10凹槽承接座与外封胶50下端底部之间的距离。
参阅图5，本发明还提供一种发光二极管封装方法实施例，包括步骤：
步骤601：通过底胶将LED晶片固定在支架的凹槽承接座底部，并对已固定LED晶片的底胶进行烘烤固化；
步骤602：通过导线将已固定的LED晶片的电极与所述支架连接；比如，采用金线作为导线，通过金线将已固定的LED芯片的正负极分别与正负电极连接；
步骤603：在连接好所述导线后往凹槽承接座内填充含有荧光粉和纳米硅粉的荧光体流体；荧光粉有两种尺寸，小粒径荧光粉大小：6-18um不等
步骤604：对所述荧光体流体进行烘烤。
本发明实施例将纳米硅粉作为填充物均匀分布在荧光体流体内部，其作用是拉近荧光体流体中分子之间的距离，提高胶水粘度。具体原理为：在纳米硅粉颗粒小，在荧光体流体中悬浮形成网状结构，对荧光粉颗粒的移动及下沉起到阻止、及延缓作用，防止荧光粉的沉淀、提高光斑的均匀度及色区的集中性。
在一个与现有技术效果对比的试验例子中，在封装的点荧光胶步骤中将纳米硅粉作为填充物均匀分布在荧光体流体内部、然后在LED晶片上点所述荧光体流体时，荧光粉颗粒的移动及下沉速度为0.3mm/分钟，而现有技术不加本发明纳米硅粉的条件下，荧光粉颗粒的移动及下沉速度为1mm/分钟，效果非常明显。
其中，纳米硅粉的添加量，根据不同大小的产品使用、封装胶量不同，纳米硅粉的使用量也可以不同。在一个实施例中，所述往凹槽承接座内填充含有荧光粉和纳米硅粉的荧光体流体的步骤中，所述纳米硅粉预先加入含有荧光粉的流体中进行搅拌，再往凹槽承接座内填充所述荧光体流体。在一个例子中，预先加入含有荧光粉的流体中进行搅拌时，所述荧光粉层中除纳米硅粉外的其他物质与纳米硅粉之间的重量比例为：0.01～0.05∶2。
其中，所述对已固定LED晶片的底胶进行烘烤固化的步骤是指采用厚度是LED晶片高度1/4～1/3的底胶烘烤1-5小时，烘烤温度为100～180℃；
所述对荧光体流体进行烘烤的步骤是指对荧光体流体进行烘烤温度为100-200℃、烘烤时间为1-5小时的烘烤。
在一个实施例中，进一步包括步骤：
步骤605：在所述支架凹槽承接座以上部位灌透明不含扩散剂的胶水；
步骤606：对所述凹槽承接座以上部位的胶水进行不充分烘烤固化，使其粘度变大；所述不充分烘烤固化的方法，可以是用比常规的烘烤时间短的时间等，所述粘度变大，可以是稍微变粘，目的是使这些元件能够大致相对稳定、固定，以便进行下一步的操作；
步骤607：进行所述不充分烘烤固化后，在所述支架凹槽承接座以下部位灌添加扩散剂的胶水；所述扩散剂可以是预先添加好，也可以是在灌胶水的本步骤中同时添加，所述扩散剂可以是二氧化硅等等；
步骤608：对所述凹槽承接座以上和以下部位的所有胶水进行充分烘烤固化，本步骤是对整体进行烘烤，将全部胶水固化。
经过上述步骤，可以得到低于所述凹槽承接座底面的所述外封胶区域分布有扩散剂、高出所述凹槽承接座的所述外封胶区域无扩散剂分布的LED封装结构。
其中，所述在支架凹槽承接座以下部位灌添加扩散剂的胶水步骤是指：在所述支架凹槽承接座以下部位灌添加比重为1％-5％扩散剂的胶水。
本发明还提供另一种发光二极管封装方法实施例，其中步骤601～604同前实施例，而605～608则改为：
步骤605’：在所述支架凹槽承接座以下部位灌添加扩散剂的胶水；
步骤606’：对所述凹槽承接座以下部位的胶水进行不充分烘烤固化，使其粘度变大；
步骤607’：进行所述不充分烘烤固化后，在所述支架凹槽承接座以上部位灌透明不含扩散剂的胶水；
步骤608’：对所述凹槽承接座以上和以下部位的所有胶水进行充分烘烤固化。
本实施例与上一实施例的区别在于，先在所述支架凹槽承接座以下部位灌添加扩散剂的胶水，再在所述支架凹槽承接座以上部位灌透明不含扩散剂的胶水，两个步骤对调。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种发光二极管封装结构，其特征在于，包括：
支架、LED晶片、导线、荧光粉层以及外封胶；
所述支架包括位于顶端端面的凹槽承接座，所述LED晶片通过底胶固定于所述凹槽承接座底部；
所述导线电连接所述LED晶片和支架；
所述荧光粉层设置于所述凹槽承接座内，覆盖所述LED出光面，并且所述荧光粉层混有纳米硅粉；
所述外封胶包覆所述LED晶片、导线、荧光粉层及凹槽承接座所在的部分所述支架。
2.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述纳米硅粉的粒径为5～10nm之间。
3.根据权利要求2所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述荧光粉层中除纳米硅粉外的其他物质与纳米硅粉之间的重量比例为：0.01～0.05∶2。
4.根据权利要求1至3任一项所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述外封胶高出所述凹槽承接座、低于所述凹槽承接座底面，其中，低于所述凹槽承接座底面的所述外封胶区域分布有扩散剂，高出所述凹槽承接座的所述外封胶区域无扩散剂分布。
5.根据权利要求1至3任一项所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述支架包括两根并列的电极，所述电极一端的端面设有凹槽承接座，所述LED晶片通过底胶固定于所述凹槽承接座底部，所述导线数量为二，所述两根导线各一端分别电连接所述两根电极，所述两根导线各另一端电连接所述LED晶片。
6.一种发光二极管封装方法，其特征在于，包括：
通过底胶将LED晶片固定在支架的凹槽承接座底部，并对已固定LED晶片的底胶进行烘烤固化；
通过导线将已固定的LED晶片的电极与所述支架连接；
在连接好所述导线后往凹槽承接座内填充含有荧光粉和纳米硅粉的荧光体流体；
对所述荧光体流体进行烘烤。
7.根据权利要求6所述的发光二极管封装方法，其特征在于：
所述往凹槽承接座内填充含有荧光粉和纳米硅粉的荧光体流体的步骤中，所述纳米硅粉预先加入含有荧光粉的流体中进行搅拌，再往凹槽承接座内填充所述荧光体流体，其中荧光体流体除纳米硅粉外其他物质与所述纳米硅粉之间的重量比例为：0.01～0.05∶2。
8.根据权利要求7所述的发光二极管封装方法，其特征在于：
所述对已固定LED晶片的底胶进行烘烤固化的步骤是指采用厚度是LED晶片高度1/4～1/3的底胶烘烤1-5小时，烘烤温度为100～180℃；
所述对荧光体流体进行烘烤的步骤是指对荧光体流体进行烘烤温度为100-200℃、烘烤时间为1-5小时的烘烤。
9.根据权利要求6至8任一项所述的发光二极管封装方法，其特征在于，在对所述荧光体流体进行烘烤的步骤后，包括：
在所述支架凹槽承接座以上部位灌透明不含扩散剂的胶水；
对所述凹槽承接座以上部位的胶水进行不充分烘烤固化，使其粘度变大；
进行所述不充分烘烤固化后，在所述支架凹槽承接座以下部位灌添加扩散剂的胶水；
对所述凹槽承接座以上和以下部位的所有胶水进行充分烘烤固化。
10.根据权利要求6至8任一项所述的发光二极管封装方法，其特征在于，在对所述荧光体流体进行烘烤的步骤后，包括：
在所述支架凹槽承接座以下部位灌添加扩散剂的胶水；
对所述凹槽承接座以下部位的胶水进行不充分烘烤固化，使其粘度变大；
进行所述不充分烘烤固化后，在所述支架凹槽承接座以上部位灌透明不含扩散剂的胶水；
对所述凹槽承接座以上和以下部位的所有胶水进行充分烘烤固化。
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