CN102903827A

CN102903827A - 发光二极管的封装结构及其封装方法

Info

Publication number: CN102903827A
Application number: CN2012103551721A
Authority: CN
Inventors: 薛江
Original assignee: Wellypower Optronics Suzhou Co Ltd; Wellypower Optronics Corp
Current assignee: Wellypower Optronics Suzhou Co Ltd; Wellypower Optronics Corp
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2032-09-21
Also published as: CN102903827B

Abstract

本发明提供了一种发光组件的封装结构及封装方法，其结构包含：至少一芯片，用以将电转化为光，具有第一出光面和第二出光面；支架，成镂空设置；封装胶，用以封装包覆该芯片和该支架；以及水晶层，设置于该封装胶的外层；其中，该芯片搭接在该支架上，该第二出光面部分对应该支架上的镂空区域。本发明的发光二极管，依靠其镂空设计的支架结构以及带有防水透气膜的水晶层，使得本发明的发光二极管具有更大的出光面、更广的出光角度和更好的散热效果，从而克服了传统工艺中发光二极管视觉角度小、使用性能不佳的问题。

Description

发光二极管的封装结构及其封装方法

技术领域

本发明涉及发光二极管的封装技术，尤其是一种高光效的发光二极管的封装结构及其方法。

背景技术

发光二极管(LED)是一种具有节能和环保特性的照明光源，集高光效、低能耗、低维护成本等优良性能于一身。理论上预计，LED照明灯的发光效率可以达到甚至超过白炽灯的10倍、日光灯的2倍。目前LED已广泛应用于于机背光、LCD显示屏背光、建筑景观、指示、特殊照明等，并日益向普通照明、汽车照明等领域拓展。随着LED照明产品功率与发光效率的提高，封装结构和方法的选择对LED的性能及使用寿命将有决定性影响。更进一步的说，LED(Light Emitting Diode)，发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附着在一个支架上，是负极，另一端连接电源的正极，整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成P-N结材料决定的。

常规的LED均采用单向出光形式。如图1A所示，为现有的发光二极管封装结构，主要由芯片1和支架2组成，其中，芯片1包括透明蓝宝石10、发光层11以及对应的P极12和N极13，在支架2上相对应芯片1的P、N极设有一对电极21和22，且在该对电极上放置有晶粒23和24，当芯片1被固晶在支架2上时，对应的晶粒23和24熔化，使得芯片1与支架2上的电极21与22形成电性连接，如图1B所示。此外，支架2内设置有电路(图中未示出)，用以连接外部供电元件，使得串联在该电路中的芯片可以获得电能从而发光。但如图1B所示，由于支架2是不透光的，所以一般的发光二极管最大的出射角度α小于等于180°，且具有一定的指向性，大多数应用于指示和显示领域。随着LED性能的提高和应用领域的拓展，这种单向出光的LED灯，在夜景灯具(如：灯串)方面，与传统灯泡相比，其固有的单向指向性，造成视觉角度较小，影响美观，同时也使LED器件的节能、寿命长和光色好的优点受到很大折抵。因而如何改进LED的封装方法使其有效增大发光角度成为目前有价值的研究课题。

发明内容

为了增大发光二极管的有效发光角度，并进一步的提高其性能，故本发明提供了一种高光效及高性能的发光二极管封装结构及封装方法。

本发明提供了一种发光组件的封装结构，其包含：至少一芯片，用以将电转化为光，具有第一出光面和第二出光面；支架，成镂空设置；封装胶，用以封装包覆该芯片和该支架；以及水晶层，设置于该封装胶的外层；

其中，该芯片搭接在该支架上，该第二出光面部分对应该支架上的镂空区域。

作为可选的方案，该封装胶由硅胶和荧光粉组成。

作为可选的方案，该支架内部设置有电路，该芯片串联设置在该电路中，该电路从该支架上引出两个端子，用以连接外部电源，从而通过该电路给该芯片通电。

作为可选的方案，该水晶层成球形设置。

作为可选的方案，该水晶层上设置至少一个开口，用以注入该封装胶。

作为可选的方案，该开口处设置一防水透气膜，用以散发该封装胶在烘烤过程中产生的水蒸气。

作为可选的方案，该支架是用透明材质制成。

此外，本发明还提供了一种发光二极管的封装方法，该方法包括：

步骤一：固晶，芯片通过焊接的方法固定在支架上，该支架成镂空设置；

步骤二：焊线，在该支架上设置电路，串接各芯片，并引出一对导电端子，用以与外部电源连接；

步骤三：水晶球对接，将两个水晶半球进行对接成一水晶球，使该支架卡设于该水晶球内；

步骤四：封装，将封装胶注入该水晶球内；

步骤五：烘烤，将封装好的该发光二极管进行烘烤，使得注入的封装胶固化；

其中，该芯片具有第一出光面和第二出光面，该第二出光面部分对应于该支架的镂空区域。

优选的，步骤一中该芯片是以共晶或者覆晶的焊接方式焊接在该支架上。

优选的，该水晶球上至少设置一开口，且步骤四中该封装胶是由硅胶和荧光粉组成，当封装胶注入该水晶球内后，该开口处用防水透气膜封口。

优选的，步骤五具体包括先对该发光二极管以100℃烘烤5个小时，然后再以150℃烘烤5个小时。

与现有技术相比，利用本发明的封装方法封装的发光二极管，依靠其镂空设计的支架结构以及带有防水透气膜的水晶层，使得本发明的发光二极管具有更大的出光面、更广的出光角度和更好的散热效果，从而克服了传统工艺中发光二极管视觉角度小、使用性能不佳的问题。

附图说明

图1A、1B为现有的发光二极管封装结构图；

图2为本发明一实施例中发光二极管的封装结构立体图；

图3A、图3B为本发明一实施例中发光二极管C-C的剖面图；

图4为本发明另一实施例中发光二极管的封装结构图；

图5为本发明一实施例发光二极管的封装方法。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

参见图2，为本发明一实施例中发光二极管的封装结构图。发光二极管600主要由芯片100、支架200、封装胶500和水晶层300、310组成，其中，芯片100以共晶或者覆晶的方式设置在支架200上，且支架200上设置有多个镂空区域230，而封装胶500完全包覆芯片100和支架200，在本实施例中封装胶500是有硅胶(图中未示出)和荧光粉510组成，此外，水晶层300和310贴合于封装胶500。更进一步的，请参照图3A及3B，为本发明一实施例中发光二极管C-C的剖面图，此实施例中芯片100包括透明蓝宝石110、发光层111以及对应的P极112和N极113，而支架杆210和支架杆220上分别设置有导电电极211和221，这两个导电电极与芯片100上的P极112和N极113位置相对。晶粒212和222则分别放置于导电电极211和221上面，当芯片100被固晶在支架杆210和220上时，对其进行烘烤，使得晶粒熔化从而实现芯片100与支架杆210和220之间的电性连接固定，两者固晶后的结构如图3B所示。

进一步参考图3B，发光层111具有第一出光面114和第二出光面115，优选的发光层111可以是由氮化镓制成，但不以此为限，也可以是由其他可发光的化合物制成。由于支架杆210和支架杆220之间存在镂空区域230，且芯片100的两端分别搭接在支架杆210和支架杆220上，所以当芯片100通电发光时，光线从第一出光面114和第二出光面115射出，从第一出光面114射出的光线，由于上面是透明蓝宝石110，故出光线路没有被阻碍，其出光角度可以基本达到180°；而从第二出光面115射出的光线，由于支架是镂空设置的，所以第二出光面115的部分出光面是对应于镂空区域230的，只有与支架杆210和支架杆220相对位的部分出光面是被支架遮挡的，故支架这样的镂空设计使得第二出光面115射出的光线获得更广的出射角度，另外，在支架做成镂空的基础上，还可以进一步的将支架用透明材质制成，使得发光二极管600的出射角度β最大扩展到360°。

对于本实施例还需要说明的是，本发明中的芯片100不以实施例中的结构为限，也可以是常见与覆晶工艺中的发光芯片结构，即对应图3A中110是发光层而111则设置为金属层；再次参考图3A，支架200内部设置有电路(图中未示出)，该电路以串联或者并联的方式把设置在支架200上的芯片100进行串接，且支架200上还设置有导电点201和202，并分别引出两个导线A和B，导电端子a、b则用以连接外部的供电设备(图中未示出)，给芯片100进行供电；此外，在本实施例中水晶层300和310成半球形状设置，即两者对接后形成一球状，使得出光面更大、出光角度更广、散热效果也更好，但不以此为限，此水晶层200和310也可以成圆柱或者椭球形设置；更进一步的，在水晶层300和310上至少设置一开口，用以散发在封装胶被烘烤固化过程中产生的水蒸气，在本实施例中在开口处设置有防水透气膜400和410，当封装胶500被注入水晶层内后，以防水透气膜400和410封口，一方面阻止未固化的封装胶500流出，另一方面为封装胶500在被烘烤固化的过程提供一个透气的环境。

请参考图4，为本发明另一实施例中发光二极管的封装结构图。该实施例与上一实施例不同之处在于：在支架杆210和220上还可以设置一层反射层240，用以反射第二出光面115射出的光线，提高光线的利用率。

本发明还提供了一种发光二极管的封装方法，如图5所示，为本发明一实施例发光二极管的封装方法。其具体步骤如下：

步骤S100：固晶，芯片通过共晶或者覆晶的方法固定在支架上；

步骤S200：焊线，在该支架上设置电路，串接各芯片并引出一对导电端子；

步骤S300：水晶球对接，将两个水晶半球进行对接成一水晶球；

步骤S400：封装，将封装胶注入该水晶球内；

步骤S500：封口，用防水透气膜封住注入口；

步骤S600：烘烤，将封装好的该发光二极管进行烘烤，使得注入的封装胶固化。

为了更详细的说明上述的封装方法，请参照图2所示的发光二极管，以此为例，结合图3A和图3B，首先进行步骤S100：固晶，晶粒212和222分别放置在支架杆210上的导电电极211和支架杆220上的导电电极221上，其中支架杆210和支架杆220之间存在一镂空区域230，芯片100以共晶或者覆晶的工艺与支架电性连接，即芯片100上的P极112和N极113通过晶粒212和222与导电电极211和221实现电性连接，同芯片100也被固定在支架200上；接着，执行步骤S200：焊线，在支架200上设置电路(图中未示出)，将支架200上的芯片进行串接，并通过支架200上的导电点201和202，分别引出两个导线A和B，导电端子a、b则用以连接外部的供电设备(图中未示出)，后续给芯片100进行供电，另一种实施例总，该电路可以以制造印刷电路板的方式内置于该支架200上，而只露出需要与芯片100电性连接的导电电极211和221，同样也实现本发明的目的，此外，芯片在该电路中的连接方式常见于普通的照明电路结构，即以串联或者并联的方式均可实现对芯片供电，但不以此为限。

完成上述两个步骤后，紧接着进行步骤S300：水晶球对接，在本实施例中水晶层300和310成半球形状设置，即两者对接后形成一球状，但不以此为限，此水晶层200和310也可以成圆柱或者椭球形设置，两半球形水晶层300和310可以通过熔融烧结的方式设置在支架的上下两侧，从而使支架200被包覆在水晶层300和310形成的球体内部，这样的水晶层设计可以使得发光二极管的出光面更大、出光角度更广、散热效果也更好；然后进行封装步骤S400，将封装胶500注入该水晶球内，需要说明的是在本实施例中，水晶层300和310上在防水透气膜400和410的位置各开设了一个注胶口，用以注入封装胶500，此外，封装胶500是有硅胶(图中未示出)和荧光粉510组成；随后，对于注入封装胶500后的发光二极管600需进行封口操作S500，将防水透气膜400和410封住注胶口，此防水透气膜400和410一方面阻止未固化的封装胶500流出，另一方面为封装胶500在被烘烤固化的过程提供一个透气的环境；最后，进行步骤S600：烘烤，将封装好的发光二极管600进行烘烤，使得注入的封装胶500固化，在本实施例中烘烤过程分两个阶段，第一阶段，先对该发光二极管以100℃烘烤5个小时；第二阶段，再以150℃烘烤5个小时，但不以此为限，针对封装胶500的材质不同，均可适当的调整烘烤的温度和时间，在这个过程中，封装胶500中被汽化的水蒸气即可从防水透气膜400和410透出。

更优选的，进一步参考图3B，发光层111具有第一出光面114和第二出光面115，优选的发光层111可以是由氮化镓制成，但不以此为限，也可以是由其他可发光的化合物制成。由于支架杆210和支架杆220之间存在镂空区域230，且芯片100的两端分别搭接在支架杆210和支架杆220上，所以当芯片100通电发光时，光线从第一出光面114和第二出光面115射出，从第一出光面114射出的光线，由于上面是透明蓝宝石110，故出光线路没有被阻碍，其出光角度可以基本达到180°；而从第二出光面115射出的光线，由于支架是镂空设置的，所以第二出光面115的部分出光面是对应于镂空区域230的，只有与支架杆210和支架杆220相对位的部分出光面是被支架遮挡的，故支架这样的镂空设计使得第二出光面115射出的光线获得更广的出射角度，另外，在支架做成镂空的基础上，还可以进一步的将支架用透明材质制成，使得发光二极管600的出射角度β最大扩展到360°。

综上所示，利用本发明的封装方法封装的发光二极管，依靠其镂空设计的支架结构以及带有防水透气膜的水晶层，使得本发明的发光二极管具有更大的出光面、更广的出光角度和更好的散热效果，从而克服了传统工艺中发光二极管视觉角度小、使用性能不佳的问题。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims

1.一种发光组件的封装结构，其特征在于包含：

至少一芯片，用以将电转化为光，具有第一出光面和第二出光面；

支架，成镂空设置；

封装胶，用以封装包覆该芯片和该支架；以及

水晶层，设置于该封装胶的外层；

2.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于该封装胶由硅胶和荧光粉组成。

3.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于该支架内部设置有电路，该芯片串联设置在该电路中，该电路从该支架上引出两个端子，用以连接外部电源，从而通过该电路给该芯片通电。

4.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于该水晶层成球形设置。

5.如权利要求4所述的封装结构，其特征在于该水晶层上设置至少一个开口，用以注入该封装胶。

6.如权利要求5所述的封装结构，其特征在于该开口处设置一防水透气膜，用以散发该封装胶在烘烤过程中产生的水蒸气。

7.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于该支架是用透明材质制成。

8.一种发光二极管的封装方法，其特征在于包括：

步骤四：封装，将封装胶注入该水晶球内；

9.如权利要求8所述的封装方法，其特征在于步骤一中该芯片是以共晶或者覆晶的焊接方式焊接在该支架上。

10.如权利要求8所述的封装方法，其特征在于该水晶球上至少设置一开口，且步骤四中该封装胶是由硅胶和荧光粉组成，当封装胶注入该水晶球内后，该开口处用防水透气膜封口。

11.如权利要求8所述的封装方法，其特征在于步骤五具体包括先对该发光二极管以100℃烘烤5个小时，然后再以150℃烘烤5个小时。