CN103094450A - Led封装支架、led器件及led器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种LED封装支架、LED器件及LED器件的制造方法，LED封装支架，包括有多个支架单元，以平面矩阵形式排列；LED封装支架由金属带材经过冲压和电镀成型制作而成；所述支架单元为一种金属支架单元，包括有：正电极引脚和负电极引脚；所述正电极引脚和负电极引脚分别设置有正、负电极，正、负电极之间设置有用于电气绝缘的空隙。LED器件的正、负电极之间设置的用于电气绝缘的空隙内部分或全部填充有封装胶体，所述封装胶体与所述透镜连成一体。由于封装胶体本身具有电气绝缘特性以及其固化后具备较高的刚性及强度，不但使得电极引脚之间电气绝缘强度得到提升，提高了LED器件产品的电气可靠性及寿命，而且加强支架单元彼此之间的刚性及强度。

Description

LED封装支架、LED器件及LED器件的制造方法
技术领域
本发明属于LED封装技术领域，尤其涉及一种LED封装支架、LED器件及LED器件的制造方法。
背景技术
对于LED封装技术领域而言，支架是LED封装最主要的原物料之一，支架作为芯片的载体，有导电导热的功能，对芯片的出光有较大影响，在LED封装和应用过程中起重要作用。目前，市场上常见的LED支架主要有三种：一种是直接由金属引线架组成的支架，在焊线或点胶完成后，直接采用环氧材料或硅胶把LED芯片和金线保护起来，如直插件、食人鱼等；第二种是由塑料和金属引线架组成，主要有SMD支架，仿Lumileds支架等；第三种是由陶瓷和金属组成，如CREE的7090、PHILIPS的Rebel等。
现有技术中的LED器件包括基板、LED芯片、封装胶体形成的透镜及内引线，内引线通常采用金线连接LED芯片上的电极到基板上的电极，确保基板的外部电极向LED芯片输送电流而导致芯片发出可见光，封装胶体主要作用是保护LED芯片，并将LED芯片发出的光导出，起到光学透镜作用，其一般为透明材料，如环氧树脂，硅橡胶及部分透明工程塑胶，如PC，PMMA等。封装胶体的作用单一，未达到资源利用的最大化。
对于现有技术中的LED封装工艺而言，传统LED封装方法制作的直插件、食人鱼散热性能不足，不能应用于功率型LED；而SMD是由塑料和金属引线架组成，其密封防潮性能较差；采用陶瓷金属支架封装方法制作的led器件成本较高，针对上述LED封装工艺的存在的缺陷，设计一种采用金属平面结构冲压成型并电镀的支架LED封装方法制造LED器件显得非常必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED封装支架、LED器件及LED器件的制造方法，可制造出一种成本低，光效高，散热优良，可靠性高的LED器件，并且该LED器件具备较高的刚性及电气绝缘强度，适合于后续应用，并且可以形式多样应用于各种终端照明设备。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
LED封装支架，包括有多个支架单元，以平面矩阵形式排列；其中，所述LED封装支架由金属带材经过冲压和电镀成型制作而成；所述支架单元为一种金属支架单元，包括有：正电极引脚和负电极引脚；所述正电极引脚和负电极引脚分别设置有正、负电极，正、负电极之间设置有用于电气绝缘的空隙。
所述LED封装支架的每个支架单元均设置有一个以上注胶孔及一个以上排气孔。
LED器件，包括有上述的LED封装支架和多个最小封装单元，所述最小封装单元和支架单元的数量相同；每个所述最小封装单元包括一个以上的芯片、多根金线以及透镜；通过金线将最小封装单元中的芯片与同一个支架单元中的正电极引脚和负电极引脚分别连接，所述透镜覆盖在支架单元上方以覆盖芯片和金线；其中，所述正、负电极之间设置的用于电气绝缘的空隙内部分或全部填充有封装胶体，所述封装胶体与所述透镜连成一体。
每个所述支架单元的注胶孔及排气孔内部均填充有封装胶体，与所述透镜连成一体。
LED器件的制造方法，其中，包括如下工艺步骤：
步骤一，为冲压和电镀步骤，采用金属带材经过冲压及电镀成型方式制作LED封装支架；
步骤二，在所述支架单元的正电极引脚或负电极引脚区域表面上固定一个以上的芯片，并用多根金线将芯片与正电极引脚和负电极引脚分别电气连接；
步骤三，为封装步骤，将LED封装支架放置在封闭磨具上，封闭模具设置有与每个支架单元对应的多个注胶通道；液态的封装胶体从所述注胶通道注入，所述封装胶体部分或全部充满正、负电极之间设置的用于电气绝缘的空隙，并形成透镜或与预先制备的透镜连成一体；
步骤四，封装胶体硬化后，将封闭模具取下，即完成LED器件的封装过程。
本发明的有益效果如下：
本发明的LED封装支架、LED器件及LED器件的制造方法，由于LED封装支架由金属带材经过冲压和电镀成型制作而成；所述支架单元为一种金属支架单元，包括有：正电极引脚和负电极引脚；所述正电极引脚和负电极引脚分别设置有正、负电极，正、负电极之间设置有用于电气绝缘的空隙；LED器件的正、负电极之间设置的用于电气绝缘的空隙内部分或全部填充有封装胶体，所述封装胶体与所述透镜连成一体；LED封装时，将LED封装支架放置在封闭磨具上，封闭模具设置有与每个支架单元对应的多个注胶孔；液态的封装胶体从所述注胶孔注入，所述封装胶体部分或全部充满正、负电极之间设置的用于电气绝缘的空隙，并形成透镜或与预先制备的透镜连成一体。相邻支架单元之间形成电路结构；支架单元制作的LED器件可通过模组封装、多芯片或单芯片封装，所述金属支架单元之间形成串联或并联的电路结构；应用形式多样，更近一步地，所述模组封装或单颗封装采用不同切割方式实现不同应用。
本发明提供的LED器件，LED器件包括多个最小封装单元，该最小封装单元包括：支架单元，一个或多个LED芯片，芯片的正极和负极采用金线分别与支架单元的电极引脚相连接，金属制成的LED支架由于省去了注塑部分，从而节约了支架制造成本，同时增强了管芯的出光效率，由于led支架全部采用了金属材料制作，芯片直接与支架通过固晶胶键合，较之一般支架具有更大的键合面积，因此有效的降低了封装热阻，增强了芯片的散热效果。在后续封装工艺中，采用封装胶体，利用模造(molding)或灌胶形式封装，并形成透镜，有效保护了LED的电路结构，提高了产品的可靠性及寿命。根据模组封装或单颗封装采用不同切割方式实现不同应用。
本发明的LED器件，LED封装支架加工有注胶孔及排气孔，注胶孔及排气孔内部均有封装胶体，该封装胶体与透镜的胶体连成一体，加强支架单元之间的刚性及强度，利于后继支架单元模组切割等制程，提高采用上述LED封装方法制作的LED器件的可靠性及产品寿命。
LED器件的制造方法在封装胶体注入过程中，由于封装胶体注入支架单元的电极引脚之间所形成的空隙，使得所述空隙部分或全部充满封装胶体，使得电极引脚之间电气绝缘强度得到提升，提高了LED器件产品的电气可靠性及寿命同，同时加强支架单元之间的刚性及强度。
附图说明
图1是本发明实施例一的LED封装支架的俯视结构示意图；
图2是本发明实施例一的LED封装支架的切割孔及预切断槽的结构示意图；
图3是本发明实施例一的LED器件的结构示意图；
图4是本发明实施例一的LED器件中的支架单元和最小封装单元的俯视结构示意图；
图5是本发明实施例一的LED器件的制造方法中固定芯片、连接金线LED封装支架放入模具之间的立体示意图；
图6是本发明实施例一的LED器件的制造方法中采用模具合拢封装固定芯片、连接金线LED封装支架的截面示意图；
图7是图6的局部放大示意图；
图8是本发明实施例一的LED器件的制造方法中封装透镜的立体示意图；
图9是本发明实施例二的LED封装支架的冲压凹槽、锁型槽结构示意图；
图10是本发明实施例二的LED器件的结构示意图；
图11是本发明实施例二的LED器件中的支架单元和最小封装单元的俯视结构示意图；
图12是本发明实施例三的LED器件的制造方法中在固定有芯片、连接金线的LED封装支架固定成型透镜时的截面示意图；
图13是图12的局部放大示意图；
图14是本发明实施例三的LED器件的制造方法中LED封装支架与成型透镜之间注入封装胶体时的截面示意图。
附图标记说明：
1、LED封装支架，11、切割孔，12、预切断槽，2、最小封装单元，21、电极引脚，22、冲压凹槽，24、锁型槽，3、芯片，4、金线，5、封装胶体，101、透镜模具，102、封闭模具，106、注胶孔，107、成型透镜，108、排气孔，109、透镜，111、凸台。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及技术效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一：
请见图1至图8，本实施例公开了一种LED封装支架1，包括有多个支架单元，以平面矩阵形式排列；所述LED封装支架1由金属带材经过冲压和电镀成型制作而成；所述支架单元为一种金属支架单元，包括有两个电极引脚21，两个电极引脚21分别为：正电极引脚和负电极引脚；所述正电极引脚和负电极引脚分别设置有正、负电极，正、负电极之间设置有用于电气绝缘的空隙。
所述LED封装支架的每个支架单元均设置有一个以上注胶孔106及一个以上排气孔108。
每个支架单元的四角位置，均设置有切割孔11；每个支架单元的正、负电极之间设置的空隙，包括有位于中段的曲线空隙槽和位于两端的直线空隙槽。
相邻所述支架单元之间的连接区域设置有预切断槽12，即所述LED封装支架结构设置有一排以上且一列以上纵横交错的预切断槽12，多个切割孔11与纵列预切断槽12的位置对齐。所述切割孔11及预切断槽12用于降低切割时对胶体应用的损伤。
所述LED封装支架材料优选的采用铜，电镀材料优选的采用银或镍。
上述金属制成的LED支架由于省去了注塑部分，从而节约了支架制造成本。由于led支架全部采用了金属材料制作，芯片直接与支架通过固定键合，较之一般支架具有更大的键合面积，因此有效的降低了封装热阻，增强了芯片的散热效果。
本实施例公开了一种LED器件，包括有上述的LED封装支架1和多个最小封装单元2，所述最小封装单元2和支架单元的数量相同；每个所述最小封装单元2包括一个以上的芯片3、多根金线4以及透镜109；通过金线4将最小封装单元2中的芯片3与同一个支架单元中的正电极引脚和负电极引脚分别连接，所述透镜109覆盖在支架单元上方以覆盖芯片3和金线4；其中，所述正、负电极之间设置的用于电气绝缘的空隙内部分或全部填充有封装胶体，所述封装胶体与所述透镜连成一体。
每个所述支架单元的注胶孔及排气孔内部均填充有封装胶体，与所述透镜连成一体。
所述LED器件的多个最小封装单元以平面矩阵形式排列，各相邻每排最小封装单元之间的间距相等，各相邻每列最小封装单元之间的间距相等。所述金属支架封装单元中心间距根据应用端要求而定。
所述透镜109的形状为半球状凸透镜或弧形凸出的花生米形状。
所述LED器件的多个支架单元以平面矩阵形式排列，各相邻每排支架单元之间的间距相等，各相邻每列支架单元之间的间距相等。
本实施例公开了上述LED器件的制造方法，其中，包括如下工艺步骤：
步骤一，为冲压和电镀步骤，采用金属带材经过冲压及电镀成型方式制作LED封装支架；
步骤二，在所述支架单元的正电极引脚或负电极引脚区域表面上固定一个以上的芯片，并用多根金线将芯片与正电极引脚和负电极引脚分别电气连接；
步骤三，为封装步骤，将LED封装支架放置在封闭磨具102上，封闭模具102设置有与每个支架单元对应的多个注胶通道；液态的封装胶体从所述注胶通道注入，所述封装胶体部分或全部充满正、负电极之间设置的用于电气绝缘的空隙，并形成透镜或与预先制备的透镜连成一体；
步骤四，封装胶体硬化后，将封闭模具取下，即完成LED器件的封装过程。
所述LED器件的制造方法，封装步骤中，使用透镜模具101；采用外力将封闭模具102压紧于LED封装支架的下方，多个注胶通道连接LED封装支架的每个支架单元的注胶孔106或者正、负电极之间的空隙；透镜模具101压在LED封装支架的上方，设置多个与透镜形状匹配的腔体，封装过程中，该腔体包封芯片及金线；从封闭模具102的注胶通道注入封装胶体，封装胶体部分或全部充满所述空隙，并形成与空隙中的封装胶体连成一体的透镜；当注胶完成胶体硬化后，将透镜模具101、封闭模具102取下，即完成LED器件的封装。
透镜模具101和封闭模具102的接触面充分贴合。
封闭模具102上设置有多个矩阵形式排列的用来隔断支架单元中的正、负电极之间空隙的凸台111，可以使得正负电极之间空隙只是部分填充封装胶体。
在注入封装胶体过程中，将液态的封装胶体从所述电极引脚之间所形成的所述空隙注入或者从注胶孔106，透镜模具101、封闭模具102之间与LED封装支架内的空气从所述空隙或者排气孔108排出，当封装胶体部分或全部充满所述空隙时结束注胶操作。
当注胶完成后，采用加热烘烤方式使胶体封装胶体5固化，由于封装胶体5可以在自然环境也可以很好的固化，因此采用加热烘烤方式对于本发明是非必需的。
取下模具：如图8，封装胶体5固化完成，透镜109成型，取下透镜模具101及模具封闭102，封装胶体5与透镜模具101分离，封装胶体5与LED封装支架1连接一体，完成对芯片封装。
由于在电极引脚之间所形成的空隙注入封装胶体，且封装胶体本身具有电气绝缘特性以及其固化后具备较高的刚性及强度，不但使得电极引脚之间电气绝缘强度得到提升，提高了LED器件产品的电气可靠性及寿命，而且加强支架单元彼此之间的刚性及强度，更有利于后续支架单元模组切割，使得上述方法制造的LED器件可以适用于更为复杂恶劣的环境中。
或者，在封装胶体过程中，将液态的封装胶体从LED封装支架的注胶孔注入，由于封装胶体的注入，透镜模具与LED封装支架的空气从LED封装支架的排气孔排出，当封装胶体充满整个排气孔时结束注胶操作。
由于所述LED封装支架加工有注胶孔及排气孔，注胶操作完成之后，注胶孔及排气孔内部均有封装胶体，该封装胶体与透镜的胶体连成一体，加强支架单元彼此之间的刚性及强度、抗震等性能，利于后续支架单元模组切割，后续应用等制程，同时提高采用上述LED封装方法制作的LED器件的可靠性及产品寿命。同时，由于空气从LED封装支架底部的排气孔彻底排出，使得封装胶体所成型的透镜内部排除形成气泡的可能，极大改善了透镜的制作质量，提高了透镜的光学效果。
实施例二：
请见图9至图11，本实施例与实施例一不同之处在于：
LED封装支架1包括有：位于每个支架单元中部的作为固晶区域的冲压凹槽22和位于冲压凹槽22外部用以规范封装材料的尺寸大小的锁型槽24，电极引脚21位于锁型槽24外部四周；所述冲压凹槽22、锁型槽24和电极引脚21形成金属支架单元整体。
LED器件的所述芯片3固定在冲压凹槽22区域内，通过金线4将芯片3与电极引脚21连接，透镜覆盖在锁型槽24上方以密封芯片和金线。
所述LED器件的制造方法，冲压和电镀步骤中，在LED封装支架1冲压凹槽22和锁型槽24；封装步骤中，封闭模具102设置有用于容纳所述冲压凹槽22和锁型槽24的多个腔体。
所述锁型槽是为了锁定材料形状，同时具有锁定封装胶体的功能。进一步地，相邻所述金属支架单元之间形成串联或并联的电路结构；支架单元制作的LED器件可通过模组封装、多芯片或单芯片封装，应用形式多样，更近一步地，所述模组封装或单颗封装采用不同切割方式实现不同应用。
凹槽22为所述支架单元2的固晶区，该固晶区的存储面积大，能容纳一个或多个芯片3，同时可有效增强散热面积，提高了LED出光效率，同时使得LED产品的可靠性大为提升；在冲压凹槽中固定芯片，且该冲压凹槽有光杯的功能，通过金线将晶片与支架电极引脚连接，将完成后上述工序的LED封装支架通过封装材料安装成型，从而完成了LED封装。支架是平面结构，由金属带材，如铜带，经过冲压成型，并且电镀银或镍；基于LED应用的需求，可任意封装切割模组或单颗成型使用。
实施例三：
请见图12至图14，本实施例与实施例一不同之处在于：
所述LED器件的制造方法，封装步骤中，采用已经制备的成型透镜107，将成型透镜107放置在LED封装支架1固定有芯片是一侧，置于支架单元上方用来覆盖芯片和金线；将LED封装支架放置在封闭磨具102上，封闭模具102设置有与每个支架单元对应的多个注胶通道；液态的封装胶体从所述注胶通道注入，所述封装胶体部分或全部充满正、负电极之间设置的用于电气绝缘的空隙，所述封装胶体部分或全部充满成型透镜107的内腔后与成型透镜107连成一体。
注入液态的封装胶体的两种方式：
第一种方式，如图13，将液态的封装胶体5从成型透镜107设置的注胶开口注入，由于封装胶体5的注入，封闭模具102与LED封装支架1之间的空气从电极引脚21之间所形成的空隙排出，当封装胶体5部分或全部充满所述空隙时结束注胶操作。
第二种方式，如图13，将液态的封装胶体5从封闭模具102设置的注料孔通过注胶孔106注入，由于封装胶体5得注入，封闭模具102与LED封装支架1之间的空气从电极引脚21之间所形成的空隙排出，当封装胶体5部分或全部充满所述空隙时结束注胶操作。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (18)

1.LED封装支架，包括有多个支架单元，以平面矩阵形式排列；其特征在于：所述LED封装支架由金属带材经过冲压和电镀成型制作而成；所述支架单元为一种金属支架单元，包括有：正电极引脚和负电极引脚；所述正电极引脚和负电极引脚分别设置有正、负电极，正、负电极之间设置有用于电气绝缘的空隙。
2.如权利要求1所述的LED封装支架，其特征在于：所述LED封装支架的每个支架单元均设置有一个以上注胶孔及一个以上排气孔。
3.如权利要求2所述的LED封装支架，其特征在于：每个所述支架单元的四角位置，均设置有切割孔(11)；每个支架单元的正、负电极之间设置的空隙，包括有位于中段的曲线空隙槽和位于两端的直线空隙槽。
4.如权利要求3所述的LED封装支架，其特征在于：相邻所述支架单元之间的连接区域设置有预切断槽(12)，即所述LED封装支架结构设置有一排以上且一列以上纵横交错的预切断槽(12)，多个切割孔(11)与纵列预切断槽(12)的位置对齐。
5.如权利要求4所述的LED封装支架，其特征在于：所述LED封装支架材料采用铜，电镀材料采用银或镍。
6.如权利要求5所述的LED封装支架，其特征在于：所述LED封装支架(1)包括有：位于每个支架单元中部的作为固晶区域的冲压凹槽(22)和位于冲压凹槽(22)外部用以规范封装材料的尺寸大小的锁型槽(24)，电极引脚(21)位于锁型槽(24)外部四周；所述冲压凹槽(22)、锁型槽(24)和电极引脚(21)形成金属支架单元整体。
7.LED器件，其特征在于：包括有如权利要求1至6中任何一项所述的LED封装支架和多个最小封装单元，所述最小封装单元和支架单元的数量相同；每个所述最小封装单元包括一个以上的芯片、多根金线以及透镜；通过金线将最小封装单元中的芯片与同一个支架单元中的正电极引脚和负电极引脚分别连接，所述透镜覆盖在支架单元上方以覆盖芯片和金线；所述正、负电极之间设置的用于电气绝缘的空隙内部分或全部填充有封装胶体，所述封装胶体与所述透镜连成一体。
8.如权利要求7所述的LED器件，其特征在于：每个所述支架单元的注胶孔及排气孔内部均填充有封装胶体，与所述透镜连成一体。
9.如权利要求8所述的LED器件，其特征在于：所述LED器件的多个最小封装单元以平面矩阵形式排列，各相邻每排最小封装单元之间的间距相等，各相邻每列最小封装单元之间的间距相等。
10.如权利要求7所述的LED器件，其特征在于：所述透镜(109)的形状为半球状凸透镜或弧形凸出的花生米形状。
11.如权利要求7所述的LED器件，其特征在于：所述芯片(3)固定在冲压凹槽(22)区域内，通过金线(4)将芯片(3)与电极引脚(21)连接，透镜覆盖在锁型槽(24)上方以密封芯片和金线。
12.如权利要求7所述的LED器件的制造方法，其特征在于：包括如下工艺步骤：
步骤一，为冲压和电镀步骤，采用金属带材经过冲压及电镀成型方式制作LED封装支架；
步骤二，在所述支架单元的正电极引脚或负电极引脚区域表面上固定一个以上的芯片，并用多根金线将芯片与正电极引脚和负电极引脚分别电气连接；
步骤三，为封装步骤，将LED封装支架放置在封闭磨具上，封闭模具设置有与每个支架单元对应的多个注胶通道；液态的封装胶体从所述注胶通道注入，所述封装胶体部分或全部充满正、负电极之间设置的用于电气绝缘的空隙，并形成透镜或与预先制备的透镜连成一体；步骤四，封装胶体硬化后，将封闭模具取下，即完成LED器件的封装过程。
13.如权利要求12所述的LED器件的制造方法，其特征在于：封装步骤中，使用透镜模具(101)；采用外力将封闭模具(102)压紧于LED封装支架的下方，多个注胶通道连接LED封装支架的每个支架单元的注胶孔(106)或者正、负电极之间的空隙；透镜模具(101)压在LED封装支架的上方，设置多个与透镜形状匹配的腔体，封装过程中，该腔体包封芯片及金线；从封闭模具(102)的注胶通道注入封装胶体，封装胶体部分或全部充满所述空隙，并形成与空隙中的封装胶体连成一体的透镜；当注胶完成胶体硬化后，将透镜模具(101)、封闭模具(102)取下，即完成LED器件的封装。
14.如权利要求13所述的LED器件的制造方法，其特征在于：封装步骤中，所述透镜模具(101)和封闭模具(102)的接触面充分贴合。
15.如权利要求13所述的LED器件的制造方法，其特征在于：所述封闭模具(102)上设置有多个矩阵形式排列的用来隔断支架单元中的正、负电极之间空隙的凸台(111)。
16.如权利要求13所述的LED器件的制造方法，其特征在于：封装步骤中，在注入封装胶体过程中，将液态的封装胶体从所述电极引脚之间所形成的所述空隙注入或者从注胶孔(106)，透镜模具(101)、封闭模具(102)之间与LED封装支架内的空气从所述空隙或者排气孔(108)排出，当封装胶体部分或全部充满所述空隙时结束注胶操作。
17.如权利要求12所述的LED器件的制造方法，其特征在于：冲压和电镀步骤中，在LED封装支架(1)冲压凹槽(22)和锁型槽(24)；封装步骤中，封闭模具(102)设置有用于容纳所述冲压凹槽(22)和锁型槽(24)的多个腔体。
18.如权利要求12所述的LED器件的制造方法，其特征在于：封装步骤中，采用已经制备的成型透镜(107)，将成型透镜(107)放置在LED封装支架(1)固定有芯片是一侧，置于支架单元上方用来覆盖芯片和金线；将LED封装支架放置在封闭磨具(102)上，封闭模具(102)设置有与每个支架单元对应的多个注胶通道；液态的封装胶体从所述注胶通道注入，所述封装胶体部分或全部充满正、负电极之间设置的用于电气绝缘的空隙，所述封装胶体部分或全部充满成型透镜(107)的内腔后与成型透镜(107)连成一体。
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