CN102956764B - 气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法。首先为提供一体成型的具有气密金属框架的金属基板，并于气密金属框架贯穿供导线架插设的封合孔对，接着充填封合材料于封合孔对的空隙，接着在气密金属框架的容置空间中设置多个发光组件及光学单元，发光组件上依序形成有保护层、荧光层及硅胶层，最后在气密金属框架上罩盖并封合光学玻璃，如此水气无法进入到容置空间中，且容置空间中的硅胶层也可排除水气对发光组件及光学单元的威胁，使发光效率与照度维持于高效能水平，且一体成型的金属基板可增加整体的结构强度及增加散热效率，尤其适用于军事、深海或太空等特殊环境或用途上。

Description

气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管的封装方法，尤其涉及一种完全阻绝水气进入的一种高强度气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法。
背景技术
LED的发光原理是利用半导体固有特性，它不同于以往的白炽灯管的放电与发热发光原理，而是将电流顺向流入半导体的PN接面时便会发出光线，所以LED被称为冷光源(cold light)。由于LED具有高耐久性、寿命长、轻巧、耗电量低且不含水银等有害物质等的优点，故可广泛应用于照明设备产业中，且其通常以LED阵列封装方式应用在电子广告牌、交通号志等商业领域。
现有技术的多层式阵列型发光二极管的封装方法为，首先制备一基板，并使两导线架定位于该基板的导线架容置槽中，接着射出成型一封装模块以将该基板与两导线架包埋固定，接着将所述的发光二极管晶粒配置于该基板的出光区表面上，再使所述的发光二极管晶粒与该两导线架形成一电性回路，在该发光二极管上依序形成绝缘保护层及荧光层，最后直接射出透镜罩在封装模块上，其中所述的发光二极管能用阵列排列的方式配置于该基板上，并以层叠式的封装方法制成多层式阵列型发光二极管。
然而现有技术的缺点在于无法长期使用于水、湿气含量高的环境，以及如深海、太空或军事等险恶的环境，其因为封装完成后的各层结构并非确实地密封接合，当然无法要求其整体的气密性，因此湿气或水气容易渗入于封装结构内部，导致发光组件及光学单元劣化甚至损毁，因此无法使用于潮湿的环境下，连带影响整体的结构强度，可预见才刚设置好的LED在短期间就必须重新更换，然而在如此恶劣的环境中如果时不时就得进行维修安装作业，不仅耗时耗力，更给人身安全造成非常大的威胁，因此必须对此加以改良，并提供一种完全阻绝水气进入、并坚固耐用及长期维持光学组件效能的一种发光二极管的封装方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种气密型多层式阵列型发光二极管，其具有高结构强度及优异的气密性，可使用于如海中等湿气重的环境，并且本发明的金属基板以一体成型，整体强度远足以应付各种极端环境条件中，有助于延长光学组件的使用寿命，并使光学组件的效能不易退化。
为达上述目的，本发明的具体技术手段为首先制作具有一气密金属框架的一金属基板，该金属基板与该气密金属框架为一体成型，该气密金属框架之内具有一容置空间，该容置空间的底部形成有一具有出光槽的出光平台，该气密金属框架顶面上形成有一气密封合框槽，且该气密金属框架顶面的外缘往上垂直延设有一封合框壁；贯穿该气密金属框架以形成两组封合孔对，每一组封合孔对插设有一个导线架，并利用一封合材料将该两组封合孔对的空隙充填并封闭；贴附一第一反光罩于该出光槽的侧壁面上以及设置一第二反光罩于该容置空间中，该第一反光罩与该第二反光罩用以将其所接收光线反射到该出光槽的上方；贴附多个LED晶粒于该容置空间的底面上，所述的LED晶粒之间相打线接合并藉由多个导线与该导线架构成电性连接；形成一晶粒保护层以包覆保护所述的LED晶粒；形成一荧光层于该晶粒保护层之上；形成一硅胶层于该荧光层之上；以及封盖一光学玻璃于该气密金属框架顶面上，并经由通过一接合方法使该光学玻璃与该气密金属框架的顶面及该封合框壁的内面紧密牢固地相接合。
附图说明
图1为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法的基板成形示意图。
图2为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法的封合孔示意图。
图3为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法的导线架示意图。
图4为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法的第一反光罩与第二反光罩示意图。
图5为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法的LED晶粒示意图。
图6为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法的晶粒保护层示意图。
图7为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法的荧光层示意图。
图8为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法的硅胶层示意图。
图9为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法的光学玻璃示意图。
图10为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法的另一封装方法示意图。
图11为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法的另一封装方法示意图。
图12为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法的一光学玻璃示意图。
图13为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法的又一光学玻璃示意图。
具体实施方式
以下配合说明书附图及组件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，以使本领域技术人员在研读本说明书后能据以实施。
参阅图1至图9，为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法示意图。首先制作具有一气密金属框架11的一金属基板1，如图1所示，该气密金属框架11形成于该金属基板1的顶面上，其中该金属基板1与该气密金属框架11为一体成型，该气密金属框架11顶面上形成有一气密封合框槽17，并且在该气密金属框架11顶面的外缘往上垂直延设有一封合框壁19。
该气密金属框架11内具有一容置空间111，该容置空间111可设置有多个光学单元、光学构件或封装用材料等，该容置空间111的底部上形成有一具有出光槽151的出光平台15，该出光槽151的侧壁面皆呈一反光斜面，该反光斜面与该出光槽151的底面所成的夹角其不超过90度，其中具有该气密金属框架11的该金属基板1通过铸造(Casting)方式、模具压制(Tooling)方式的至少其中之一或其它机械模具加工方式制作成型，而该金属基板1的材质可以是如铝、铜、铜合金的至少其中之一或其它热传导性良好的金属材料，藉以快速有效地让热能排散出去。
该气密金属框架11的内壁面上可再镀上一反光保护层(图中未显示)，藉以提升其对光线的反射性及对环境的抗压性，该反光保护层的材质可以是银(Ag)、镍(Ni)的至少其中之一或具有良好反光性的金属材质。
接着该气密金属框架11贯穿有两组封合孔对21，如图2所示，每一组封合孔对21插设有一个导线架3，并利用一封合材料4将该两组封合孔对21的空隙充填起来并封闭，其中该封合材料是一玻璃、一陶瓷、或一玻璃陶瓷的材质的至少其中之一，如图3所示，其中每一导线架3由一连接板31及一导杆对33组成，每一组的封合孔对21供每一个导杆对33穿设，该导杆对33的内侧端与该连接板31相连结，该导杆对33的外侧端则连接到电源，要注意的是，虽然该两组封合孔对21在本实施例中分别设置于该气密金属框架11的两相对侧壁中，但封合孔对21的配置位置视实际需要而定，在此仅是说明用的实例而已，并非用以限制本发明的范围。
接着，贴设一第一反光罩100于该出光槽151的侧壁面上以及设置一第二反光罩200于该气密金属框架11内，如图4所示，该第二反光罩200呈底窄顶宽的型态，该第二反光罩200的内侧靠设于该出光平台15的外部，而该第二反光罩200的外侧靠贴于该气密金属框架11的内壁面，该第一反光罩100与该第二反光罩200用以使其所接收到光线再反射到该出光槽151的上方，藉以增加发光亮度与发光效能。
接着贴附多个LED晶粒5于该容置空间111的底面上，且所述的LED晶粒5之间相打线接合并由多个导线6与该导线架3构成电性连接以形成一电路，如图5所示，如本实施例所示，所述的LED晶粒5也可贴附于该出光槽151的底面上，因此当所述的LED晶粒5发光时，发出的光线可由第一反光罩100与第二反光罩200再反射出去，有效增加发光效率，所述的LED晶粒5较佳地配置型态为阵列型的排列方式。
接着形成有一晶粒保护层7于所述的LED晶粒5之上，如图6所示，其中该晶粒保护层7包覆保护所述的LED晶粒5与所述的导线6，该晶粒保护层7的材质为一硅胶或其它适当材质，接着形成一荧光层8于该晶粒保护层7之上，如图7所示。然后再形成一硅胶层9于该荧光层8之上，如图8所示。
最后封盖一光学玻璃10于该气密金属框架11顶面上，并通过一接合方法使该光学玻璃10与该气密金属框架11的顶面及该封合框壁19的内面紧密牢固地相接合如，如图9所示，其中该接合方法可透过一激光束接合技术、一热封接合技术、一焊接接合技术、一熔接接合技术的至少其中之一或其它适当方式，而该光学玻璃10可以呈一平板透镜，也可以如图7及图8所示，可以使用一凹透镜或一凸透镜以得到各种不同发光效果。
参阅图10至图11，为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的另一封装方法示意图，其实施步骤相同于图1至图6，也即图10的实施步骤接续于图6之后，为方便本实施例说明，在此不于赘述，详细内容请参考前文。
其中该荧光层8可直接预设于该光学玻璃10内，如图10所示。该晶粒保护层7之上并形成有一硅胶层9，最后再封盖接合已内设有荧光层8的光学玻璃10，如图11所示，如此整体封装程序即告完成。
参阅图12及图13，其中该光学玻璃10呈一平面状、一凹面状及一凸面状的形式的至少其中之一，可根据实际需求而选定适当形式的透镜，如平板透镜、凹透镜或凸透镜等，使应用上可获得各种发光效果，透过预制方式以简化封装步骤，进而提升封装效率高，尤其可以保护荧光层8不受湿气侵扰。
综上所述，在外面环境的水气无法渗入到已密合的光学玻璃10与气密金属框架11之中，且内部具有硅胶层9因此可有效防止该荧光层8、晶粒保护层7及LED晶粒5受水气侵入的影响而逐渐劣化，因此在深海中、或湿度重的工业环境下更为经久耐用，且该气密金属框架11与该金属基板1为一体成型，使通过本封装方法制作的成品其结构强度更为坚固，还可满足各种如太空中或军事上等高冲击力及高压力的环境中。
以上所述者仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的发明原理下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。

Claims (22)

1.一种气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，包括：
制作具有一气密金属框架的一金属基板，该金属基板与该气密金属框架为一体成型，该气密金属框架之内具有一容置空间，该容置空间的底部形成有一具有出光槽的出光平台，该气密金属框架顶面上形成有一气密封合框槽，且该气密金属框架顶面的外缘往上垂直延设有一封合框壁；
贯穿该气密金属框架以形成两组封合孔对，该两组封合孔对分别设置于该气密金属框架的两相对侧壁中，每一组封合孔对插设有一个导线架，并利用一封合材料将该两组封合孔对的空隙充填并封闭；
贴附一第一反光罩于该出光槽的侧壁面上以及设置一第二反光罩于该容置空间中，该第一反光罩与该第二反光罩用以将其所接收光线反射到该出光槽的上方；
贴附多个LED晶粒于该容置空间的底面上，所述的LED晶粒之间相打线接合并由多个导线与该导线架构成电性连接；
形成一晶粒保护层以包覆保护所述的LED晶粒；
在该晶粒保护层之上形成有一硅胶层；以及
封盖一光学玻璃于该气密金属框架顶面上，并通过一接合方法使该光学玻璃与该气密金属框架的顶面及该封合框壁的内面紧密牢固地相接合，其中该光学玻璃内预设有一荧光层。
2.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的具有该气密金属框架的金属基板通过铸造方式或模具压制方式的至少其中之一制作而成。
3.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的出光槽的侧壁面呈一反光斜面，该反光斜面与该出光槽的底面所成的夹角其不超过90度。
4.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的金属基板为一铝、一铜、一铜合金的至少其中之一。
5.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的气密金属框架的表面上进一步镀上一反光保护层，该反光保护层的材质为一银或一镍的至少其中之一。
6.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的出光槽的侧壁面皆呈一斜面，该斜面与该出光槽的底面具有一所成的夹角。
7.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的封合材料是一玻璃、一陶瓷或一玻璃陶瓷的材质的至少其中之一。
8.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的第二反光罩呈底窄顶宽的型态，该第二反光罩内侧靠设于该出光平台的外侧面，而该第二反光罩的外侧靠贴于该气密金属框架的内壁面。
9.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的每一个导线架由一连接板及一导杆对组成，每一组的封合孔对供每一个导杆对穿设，该导杆对的内侧端与该连接板相连结。
10.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的接合方法为一激光束接合技术、一热封接合技术、一焊接接合技术、一熔接接合技术的至少其中之一。
11.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的光学玻璃呈一平面状、一凹面状及一凸面状的形式的至少其中之一。
12.一种气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，包括：制作具有一气密金属框架的一金属基板，该金属基板与该气密金属框架为一体成型，该气密金属框架之内具有一容置空间，该容置空间的底部形成有一具有出光槽的出光平台，该气密金属框架顶面上形成有一气密封合框槽，且该气密金属框架顶面的外缘往上垂直延设有一封合框壁；
贯穿该气密金属框架以形成两组封合孔对，该两组封合孔对分别设置于该气密金属框架的两相对侧壁中，每一组封合孔对插设有一个导线架，并利用一封合材料将该两组封合孔对的空隙充填并封闭；
贴附一第一反光罩于该出光槽的侧壁面上以及设置一第二反光罩于该容置空间中，该第一反光罩与该第二反光罩用以将其所接收光线反射到该出光槽的上方；
贴附多个LED晶粒于该容置空间的底面上，所述的LED晶粒之间相打线接合并由多个导线与该导线架构成电性连接；
形成一晶粒保护层以包覆保护所述的LED晶粒；
一荧光层形成于该晶粒保护层之上，该荧光层之上再形成一硅胶层；以及
封盖一光学玻璃于该气密金属框架顶面上，并通过一接合方法使该光学玻璃与该气密金属框架的顶面及该封合框壁的内面紧密牢固地相接合。
13.如权利要求12所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的具有该气密金属框架的金属基板通过铸造方式或模具压制方式的至少其中之一制作而成。
14.如权利要求12所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的出光槽的侧壁面呈一反光斜面，该反光斜面与该出光槽的底面所成的夹角不超过90度。
15.如权利要求12所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的金属基板为一铝、一铜、一铜合金的至少其中之一。
16.如权利要求12所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的气密金属框架的表面上进一步镀上一反光保护层，该反光保护层的材质为一银或一镍的至少其中之一。
17.如权利要求12所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的出光槽的侧壁面皆呈一斜面，该斜面与该出光槽的底面具有一所成的夹角。
18.如权利要求12所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其中该封合材料是一玻璃、一陶瓷或一玻璃陶瓷的材质的至少其中之一。
19.如权利要求12所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的第二反光罩呈底窄顶宽的型态，该第二反光罩内侧靠设于该出光平台的外侧面，而该第二反光罩的外侧靠贴于该气密金属框架的内壁面。
20.如权利要求12所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的每一个导线架由一连接板及一导杆对组成，每一组的封合孔对供每一个导杆对穿设，该导杆对的内侧端与该连接板相连结。
21.如权利要求12所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的接合方法为一激光束接合技术、一热封接合技术、一焊接接合技术、一熔接接合技术的至少其中之一。
22.如权利要求12所述的气密型多层式阵列型发光二极管的封装方法，其特征在于，所述的光学玻璃呈一平面状、一凹面状及一凸面状的形式的至少其中之一。
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