CN102280555A - 一种发光二极管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管及其制造方法，涉及一种光源结构，解决现有LED发光角度最大不会超过180°，而存在照明角度受限制的问题，本发明的发光二极管在载体上利用高导热胶质固定连接一个或多个发光晶片；对载体与发光晶片用导线进行电连接，使载体与发光晶片成为发光二极管半成品；在发光二极管半成品上压盖一个透镜，成为超过180度发光的发光二极管。本发明利用透镜把发光晶片的光先汇聚后再折射和散射，使其光形更饱满，具有3D发光效果，在光形饱和度和色泽一致性上比立体发光360度光源更好，还具有很好的散热结构，且生产工艺的大众化使其良率(99％)更高，大大降低产品的制造成本。

Description

一种发光二极管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种光源结构，尤其涉及一种具有3D发光效果的发光二极管的结构。

背景技术

发光二极管LED作为第四代照明能源，在景观、指示、显示、背光及特种照明等应用领域突显其优势，且已经发挥了节能、长寿、响应速度快等巨大的功效。在照明技术发展的百年历史中，LED的发展不过几十年，以前一直以小功率发光二极管应用为主。由于LED具有亮度和色彩的动态控制容易、外形尺寸小、长寿命、光束中不含红外线和紫外线、很强的发光方向性等特点使其大规模进军普通照明领域。但是要想充分发挥LED的性能优势，进入普通照明市场，必须发展功率型发光二极管，提高发光效率，提升色泽的一致性。

而目前市场上的功率型LED，主要是以表贴型结构，既是在一个平面基板上固定一颗或几颗发光芯片，由于晶片本身发光角度不会超过180度，所以此表贴结构受晶片本身角度和平面基板挡光影响，这种结构的LED发光角度最大不会超过180°，存在照明角度受限制的缺陷，所以这种结构的LED要取代白炽灯泡、应用于普通照明时，必须将其多颗组装成立体模组、使其发光角度突破180°后才能使用。还有另外一种立体发光360度光源(中国专利申请号：200780019635.4，发明名称：含三维支架的用于物理空间照明的半导体光源)，其可以达到立体发光效果，但其本身结构的设计决定其光效低，其多颗晶片固晶在阴极上，仅靠阴极散热，其次支架上的螺纹结构在实际照明使用上与热沉上的螺母不能紧密贴合，与热沉实际接触面积不大，所以其支架本身散热效果较差，导致照明效果较差，另外配备部件繁多、组装工艺比较复杂，所以其产业化程度难。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷，提供一种具有良好的散热效果及很高的光效，并具有3D发光效果的发光二极管及其制造方法，利用其可制作半导体照明光源。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种发光二极管制造方法，包括以下步骤：

S2，固晶步骤，在所述载体上采用胶粘或共晶焊或倒装工艺固定连接一个或多个发光晶片，载体是高导热的物质；

S3，焊线步骤，在所述载体的正，背面上设有数对焊盘，每对正，背面的焊盘相通，其中正面数个焊盘和发光晶片的正负极通过导线进行电连接，背面数个焊盘和安装载体的平面基座上的数个电极电连接，焊线完成后的载体与发光晶片成为发光二极管半成品；

S5，盖透镜步骤，将一个透镜压盖在所述发光二极管半成品上，制成超过180度发光的发光二极管。

所述步骤S2中采用胶粘工艺时，还包括步骤S1：

S1，点胶步骤，将高导热胶质点到载体上。

所述步骤S3与S5之间还包括步骤S4：

S4、成白光步骤，在所述发光二极管半成品的发光晶片上均匀的涂覆荧光转换层，然后烘烤使其荧光转换层固化，使发光二极管发出白光；或用多晶片混光成白光。

载体的组成或是陶瓷基板，或是金属材质PCB板，或是PPA和金属柱组合支架。

所述载体中置嵌有碗杯状凹槽的金属柱，金属柱上镀有防止氧化的金属层，所述发光晶片固定于所述金属柱的碗杯状凹槽内。

所述透镜与发光二极管半成品之间注入或是硅胶或是环氧树脂的填充物，然后烘烤使填充物固化。

所述透镜材质至少包含以下物质中一种：硅胶，环氧树脂，石英，塑料；所述透镜的形状是凸透镜，凹透镜或U形管。

另外，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种发光二极管，结构为：

载体，是高导热物质；

所述载体上固定连接一个或多个发光晶片；

在所述载体的正，背面上设有数对焊盘，每对正，背面的焊盘相通，其中正面数个焊盘和发光晶片的正负极通过导线进行电连接，背面数个焊盘和安装载体的平面基座上的数个电极电连接，导线电连接后的载体与发光晶片成为发光二极管半成品；

在所述发光二极管半成品上压盖一个透镜，成为超过180度发光的发光二极管，所述透镜是凸透镜。

在所述发光二极管半成品的发光晶片上均匀涂覆有荧光转换层，或用多晶片混光成白光。

所述载体的组成或是陶瓷基板，或是金属材质PCB板，或是PPA和金属柱组合支架。

所述载体中置嵌有碗杯状凹槽的金属柱，金属柱上镀有防止氧化的金属层，所述发光晶片固定于所述金属柱的碗杯状凹槽内。

所述透镜与发光二极管半成品之间注有或是硅胶或是环氧树脂的填充物。

所述透镜材质至少包含以下物质中一种：硅胶，环氧树脂，石英，塑料；所述透镜的形状是凸透镜，凹透镜或U形管。

本发明的有益效果：

1、本发明的发光二极管运用二维载体设计，既能很好的散热，又能很好的提升发光晶片的出光效率，其产业化程度容易。既可以单晶片封装，也可以多晶片集成封装，根据使用不同的发光晶片，功率可达到5W、8W、10W或更高。

2、本发明采用透镜的特殊设计，使发光二极管具有3D发光效果，使其在照明产品应用中和使用传统LED的设备可以兼容，且发光效果等同于现有技术(中国专利申请号：200780019635.4)的立体发光360度光源，但其光效等同于传统的发光LED(120LM/W)，却比现有的立体发光360度光源(50LM/W)的光效有成倍增加。

3、本发明二维载体结构的设计使得产品的组装及维修都极为便利，对下游应用产品的热设计提供了方便，更容易热电分离。

4、本发明利用透镜把发光晶片的光先汇聚后再折射和散射，使其光形更饱满，3D发光效果更明显，在光形饱和度和色泽一致性上比现有技术(中国专利申请号：200780019635.4)的立体发光360度光源更好，且生产工艺的大众化使其良率(99％)更高，大大降低产品的制造成本，可以和传统LED生产良率及色泽一致性媲美。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为本发明的发光二极管制造过程示意图。

图2为本发明的发光二极管实施例之一结构示意图。

图3为本发明的发光二极管外观构型示意图。

图4为本发明的发光二极管结构示意图(剖面)。

图5a、图5b为本发明的发光二极管实施例之二的结构示意图，其中图5a为载体是贴片支架型的结构图，图5b为发光二极管结构示意图。

图6a、图6b为本发明的发光二极管实施例之三的结构示意图，其中图6a为载体是直插支架型的结构图，图6b为发光二极管结构示意图。

图7为本发明的发光二极管多晶片实施例的固晶示意图。

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

参见图1，同时参见图2-图4。如图所示，本发明的发光二极管的制造程序如下：

S1，点胶步骤，利用设备将高导热胶质2(例如银胶或锡膏)直接点到载体1上。在特殊需求下(例如制备更大功率发光二级管)，可利用共晶焊或者倒装工艺，则此步骤可以省略。

S2，固晶步骤，同时参见图2，载体1是高导热的物质(可绝缘，也可以是导体)，其组成可以是其组成可以是陶瓷基板，PPA和金属柱组合支架，金属材质PCB板等，载体1的中间可以置嵌有散热用的金属柱7，也可以不设置金属柱7。本发明的实施例中载体1采用陶瓷基板，且在载体1内嵌表面镀有起到防止载体氧化以及对光进行反射作用的金属层(例金，银等)的金属柱7，利用其材质及高导热，低膨系数的优势，使得散热迅速，可以改变现有技术需要匹配热沉辅助散热的方式，将陶瓷基板的构型及尺寸大小设计适配备热沉辅助散热，可以减少组装的工序及大大降低成本，维修也极为便利。在特需情况下(如制备更大功率的发光二极管)亦可同时加配热沉辅助散热。本实施例中，作为载体1的陶瓷基板中置嵌有散热用的金属柱7(本实施例采用铜柱)，金属柱7为带有碗杯状凹槽或者其他能够聚光的形状，并镀有防止氧化的金属层。在该步骤中，在载体1的表面利用所述高导热胶质2(例如银胶，锡膏)，胶粘固定连接一个或多个发光晶片3(或利用共晶焊或者倒装工艺固定发光晶片3)，本实施例是在载体1的金属柱7的碗杯状凹槽中通过高导热胶质2水平固定1颗或者多颗发光晶片3，即所述的发光晶片3固定在载体1中的金属柱7的碗杯状凹槽内。

S3，焊线步骤，在载体1的正，背面上设计有数对焊盘，每对正，背面的焊盘相通，其中正面数个焊盘用来和发光晶片3的正负极通过导线4进行电连接，背面数个焊盘用来和安装载体1的平面基座(未图示)的数个电极电连接。该平面基座可以把一个或者多个发光二极管的封装产品连接在灯具产品的散热器上。发光晶片3的正极及负极分别与载体1的正面数个焊盘利用导线4形成电连接(当有多颗发光晶片3时利用导线把各发光晶片之间的正、负极连接，形成串连或者并联，参见图7)，焊线完成后的载体1与发光晶片3成为发光二极管半成品。

S4，成白光步骤，利用设备(例如：点胶机，印刷机，喷涂机)在发光二极管半成品的发光晶片3的上均匀的涂覆荧光转换层(荧光体)，然后烘烤使其荧光转换层固化，使发光二极管发出白光。如果是多晶片混光成白光此步骤可以省略。

S5，盖透镜步骤，该步骤是利用设备或者手工将一个透镜6，压盖在焊线后或者点荧光胶后的发光二极管半成品上，所述透镜6是凸透镜，该透镜6对发光晶片具有聚光后再折射和散射光学的作用，再利用设备把填充物5注入盖上透镜6后的发光二极管半成品中，然后烘烤使其填充物固化，使发光晶片3制成具有聚光后再折射和散射的光学作用的发光二极管，使其达到超过180度发光的3D效果。若所述透镜6是利用模具和焊线步骤后或者点荧光胶步骤后的发光二极管半成品一次成型而成，则填充物5可以省略。所述透镜6内的填充物5是硅胶或是环氧树脂。所述透镜6材质至少包含以下物质中一种：硅胶，环氧树脂，石英，塑料等；所述的透镜6对发光晶片3具有聚光后再折射和散射光学作用，使其达到超过180度发光的3D效果，透镜6包括所有达到此效果的透镜，形状不限，例如：凸透镜，凹透镜，U形管等。

本发明的发光二极管结构参见图2-图4。

载体1是高导热物质，其组成可以是陶瓷基板，PPA和金属柱组合支架，金属材质PCB板等，且中间可以置嵌有散热用的金属柱7(本实施例采用铜柱)，也可以不设置金属柱7。本发明的实施例中载体1采用陶瓷基板，并在陶瓷基板中置嵌有散热用的金属柱7，在金属柱7表面还镀有起到防止载体氧化以及对光进行反射作用的金属层(例金，银等)，金属柱7为带有碗杯状凹槽或者其他能够聚光的形状。在该步骤中，在载体1的表面利用高导热胶质2(例如银胶，锡膏)，固定连接发光晶片3，本实施例是在载体1的金属柱7的碗杯状凹槽中通过高导热胶质2水平固定1颗或者多颗发光晶片3，即所述的发光晶片3固定在载体1中金属散热金属柱7的碗杯状凹槽内。载体1可以是规则形状或是非规则形状的板，或者是支架型(例，贴片支架型或者直插支架型)，参见图5a、5b及图6a、6b所示，其中图5a、5b为本发明中载体51是贴片支架型的实施例，图6a、6b为本发明中载体61是直插支架型的实施例。所述贴片支架型是指可以利用SMT(表面安装技术)工艺贴装，是过回流焊的产品。所述直插支架型是指DIP(双列直插式封装)形式，是过波峰焊的产品。

在载体1的正，背面上设计有数对焊盘，每对正，背面的焊盘相通，其中正面数个焊盘用来和发光晶片3的正负极通过导线4进行电连接，背面数个焊盘用来和安装载体1的平面基座(未图示)的数个电极电连接。该平面基座可以把一个或者多个发光二极管的封装产品连接在灯具产品的散热器上。发光晶片3的正极及负极分别与载体1的正面数个焊盘利用导线4形成电连接(当有多颗发光晶片3时利用导线把各发光晶片之间的正、负极连接，形成串连或者并联，参见图7)，导线电连接后的载体1与发光晶片3成为发光二极管半成品。

在发光二极管半成品上压盖有透镜6，在发光二极管半成品与透镜6之间利用填充物5填充，填充物5是硅胶或是环氧树脂，放入烤箱中烘烤使其硅胶或者环氧树脂固化，填充物5填充在此作用是填充，汇聚LED光线，同时固定载体1和透镜6。若制作白光，在发光晶片3上均匀涂覆荧光转换层，然后烘烤使其荧光转换层固化，再把透镜6盖在发光二极管半成品上，利用填充物5填充，放入烤箱中烘烤使其硅胶或者环氧树脂固化；或采用多晶片混光成白光。

发光晶片的发光是2D角度发光的，故外部透镜6的设计不单可以保护其载体1内部的发光晶片3、导线4以及荧光转换层，而且可以先把发光晶片3的光汇聚后再折射和散射出来，以达到3D发光发光效果，本发明通过透镜6的独特设计使发光二极管整体发光角度超过180度，本发明的发光二极管既可以多颗封装构建组装在照明产品上使用，也可单颗直接应用于照明产品。亦可以通过改变发光晶片3的连接方式或者发光晶片3达到直接连接交流电工作。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内，包括使用此光源和带有电源连接的模组和灯具。进一步包括利用此透镜原理直接把发光晶片3固定在连接电源的灯基座表面。

Claims (13)

1.一种发光二极管制造方法，其特征在于包括以下步骤：

S2，固晶步骤，在所述载体上采用胶粘或共晶焊或倒装工艺固定连接一个或多个发光晶片，载体是高导热的物质；

S3，焊线步骤，在所述载体的正，背面上设有数对焊盘，每对正，背面的焊盘相通，其中正面数个焊盘和发光晶片的正负极通过导线进行电连接，背面数个焊盘和安装载体的平面基座上的数个电极电连接，焊线完成后的载体与发光晶片成为发光二极管半成品；

S5，盖透镜步骤，将一个透镜压盖在所述发光二极管半成品上，制成超过180度发光的发光二极管。

2.如权利要求1所述的发光二极管制造方法，其特征在于：

所述步骤S2中采用胶粘工艺时，还包括步骤S1：

S1，点胶步骤，将高导热胶质点到载体上。

3.如权利要求1所述的发光二极管制造方法，其特征在于：

所述步骤S3与S5之间还包括步骤S4：

S4、成白光步骤，在所述发光二极管半成品的发光晶片上均匀的涂覆荧光转换层，然后烘烤使其荧光转换层固化，使发光二极管发出白光；或用多晶片混光成白光。

4.如权利要求1所述的发光二极管制造方法，其特征在于：

载体的组成或是陶瓷基板，或是金属材质PCB板，或是PPA和金属柱组合支架。

5.如权利要求1或4所述的发光二极管制造方法，其特征在于：

所述载体中置嵌有碗杯状凹槽的金属柱，金属柱上镀有防止氧化的金属层，所述发光晶片固定于所述金属柱的碗杯状凹槽内。

6.如权利要求1所述的发光二极管制造方法，其特征在于：

所述透镜与发光二极管半成品之间注入或是硅胶或是环氧树脂的填充物，然后烘烤使填充物固化。

7.如权利要求1或6所述的发光二极管制造方法，其特征在于：

所述透镜材质至少包含以下物质中一种：硅胶，环氧树脂，石英，塑料；所述透镜的形状是凸透镜，凹透镜或U形管。

8.一种发光二极管，其特征在于结构为：

载体，是高导热物质；

所述载体上固定连接一个或多个发光晶片；

在所述载体的正，背面上设有数对焊盘，每对正，背面的焊盘相通，其中正面数个焊盘和发光晶片的正负极通过导线进行电连接，背面数个焊盘和安装载体的平面基座上的数个电极电连接，导线电连接后的载体与发光晶片成为发光二极管半成品；

在所述发光二极管半成品上压盖一个透镜，成为超过180度发光的发光二极管，所述透镜是凸透镜。

9.如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于：

在所述发光二极管半成品的发光晶片上均匀涂覆有荧光转换层，或用多晶片混光成白光。

10.如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于：

所述载体的组成或是陶瓷基板，或是金属材质PCB板，或是PPA和金属柱组合支架。

11.如权利要求8或10所述的发光二极管，其特征在于：

所述载体中置嵌有碗杯状凹槽的金属柱，金属柱上镀有防止氧化的金属层，所述发光晶片固定于所述金属柱的碗杯状凹槽内。

12.如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于：

所述透镜与发光二极管半成品之间注有或是硅胶或是环氧树脂的填充物。

13.如权利要求8或12所述的发光二极管，其特征在于：

所述透镜材质至少包含以下物质中一种：硅胶，环氧树脂，石英，塑料；所述透镜的形状是凸透镜，凹透镜或U形管。

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