CN103390714B - 一种整体式的led封装结构及封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体式的LED封装结构及封装方法，结构包括：支撑架，及置于支撑架内侧的芯片和支撑架表面的透镜，所述支撑架与透镜通过连接卡扣扣接，沿芯片下方支撑架内侧嵌有热容体凸台，热容体凸台外侧支撑架上设有插接电极，在插接电极外侧的支撑架上垂直分布有固定插接件。方法包括：整体式支撑架单元的制备；在支撑架表面进行封装；将透镜使用环形卡扣连接。本发明选用新的散热方式，将光源区域的热先进行分散，然后再通过散热体将热传导出，能够使LED的应用更为灵活。实现无工具化手动更换，降低更换难度，将能使产品的普及性更强。具有独立固定的光学结构，使应用产品性能的稳定性大大提高。整体式的封装，能够减少对光源的处理。

Description

一种整体式的LED封装结构及封装方法

技术领域

本发明属于半导体器件封装技术领域，涉及一种功率型LED封装的结构和封装方法。

背景技术

LED封装是将发光二极管进行器件化处理，从而使其具有特定的发光特性，然后将其使用在照明亮化、背光等领域。功率型的LED封装，其单颗功率大，亮度较高，主要使用在照明亮化领域，室内外照明、夜景亮化、车用照明等场所。

目前的LED封装，从封装形式上分，主要有引脚式封装、表面贴片式封装、大功率封装和COB封装。引脚式封装主要是属于早期的封装技术，其主要产品为小功率产品，单颗在0.1w以内，体积较小，如圆形按直径分为Φ2mm、Φ3mm、Φ4．4mm、Φ5mm、Φ7mm等数种，主要用于指示和背光领域；表面贴片封装以中小功率为主，市场常见的产品如5630、3528等规格，主要应用于背光、照明等领域；大功率封装，一般功率为1w以上，如市场上有CREE的x-lamp系列产品，仿流明结构的K1K2产品等，其主要应用于照明亮化，一般通过阵列实现不同照明场景的亮度需求；COB封装又称板上芯片封装技术，实现多芯片的封装，单颗功率大通过二次配光，实现不同照明需求，也是目前市场上的主流产品之一。

上述几种传统的封装形式，都是通过不同的方式预留或引出供焊接电极，在应用中先要进行焊接，再应用到具体的产品之中。由于LED的特殊要求性能要求，一方面要在应用中做好散热，另一方面需要做出针对不同照明场景的二次配光，所以上述的几种封装形式，在应用方面使用都是非常复杂的，同时在焊接、散热、配光等环节，都容易由于控制问题对光源造成二次甚至是三次损害，大大降低产品的稳定性，不利于LED的快速推广。

所以，有必要对LED封装产品进行改良。

发明内容

本发明的目的是提供一种整体式的LED封装结构和封装方法，从而提供一种具有独立光学热学性能且可自由拆卸的LED封装产品。

为解决上述问题，本发明提供一种整体式的LED封装结构，包括：支撑架，及置于支撑架内侧的芯片和支撑架表面的透镜，所述支撑架与透镜通过连接卡扣扣接，沿芯片下方支撑架内侧嵌有热容体凸台，热容体凸台外侧支撑架上设有插接电极，在插接电极外侧的支撑架上垂直分布有固定插接件。

进一步地，所述支撑架为圆形或矩形结构，支撑架采取pc、金属或陶瓷。

进一步地，所述插接电极通过设置在支撑架下表面的电极保护凸台定位。

进一步地，所述芯片与透镜之间填充有填充胶，所述填充胶为透明硅胶、环氧树脂或荧光粉与透明硅胶的混合物质。

进一步地，所述固定插接件端部设有卡接凸起，所述卡接凸起的截面为挂钩状，挂钩朝向支撑架外侧。

进一步地，所述透镜是玻璃材质、PC或环氧树脂材质。

进一步地，所述芯片为红、绿、蓝、紫、紫外光芯片。

进一步地，所述连接卡扣为不锈钢或铝金属材料制成，安装过程中采用机械冲压，同时在连接卡扣内侧填充有防水胶。

进一步地，所述的连接卡扣为PC或pmma材质，安装过程中采用卡接，同时用固定胶进行粘合密封。

相应地，本发明还给出了一种整体式的LED封装方法，该方法包括以下步骤：

步骤1、整体式支撑架单元的制备：

1）采用注塑工艺，将预留有插接电极、热容体凸台孔的支撑架注塑体放入注塑模具内，注塑成具有固定插接件的整体式支撑架注塑体；

2）将整体式支撑架注塑体上安装插接电极，镶装热容体凸台；

步骤2、在支撑架表面进行封装：

1）将芯片阵列分布在支撑架内侧，通过焊线将芯片与电机导通，将填充胶覆盖在芯片表面，在高温100℃--150℃下烘烤定型；

2）并填充填充胶后封装透镜，透镜与填充胶全部紧密贴合或部分贴合；

步骤3、将透镜使用环形卡扣连接：

将整体式支撑架与装透镜边缘通过连接卡扣扣接，使用密封胶水密封封接，即完成整体式的LED封装。

本发明的有益效果是：

（1）选用新的散热方式，将光源区域的热先进行分散，然后再通过散热体将热传导出，能够使LED的应用更为灵活。传统使用的LED直接与散热体固定的方式或焊接在铝基板上再与散热体结合的方式，都使得LED光源无法更换，光源寿命的终结，整个灯具都意味着坏掉，灯具各个部件的寿命是不同的，灯体套件一般都可以使用15年到30年，而相对于此，LED光源的寿命是比较短的，所以可更换将能使灯具应用成本大大降低。

（2）实现无工具化手动更换，目前LED灯具应用的后续维护是非常麻烦的，通过不同的接口，使用户或维护人员直接通过接口形状进行更换，降低更换难度，将能使产品的普及性更强。

（3）具有独立固定的光学结构，该光学结构的加入，一方面使LED封装光源产品免受灯具厂家在其焊接、固定等工艺中的二次损害，有利于产品寿命的提高，另一方面使光源产品在应用中不需要再考虑二次配光的匹配性问题，使灯具的光型具有良好的保证，从而也使应用产品性能的稳定性大大提高。

（4）整体式的封装，使光源方面工艺集中处理，能够更大发挥各项优势，能够改变目前产业结构，封装具有能够直接针对终端市场的产品，灯具厂家能够减少对光源的处理。

附图说明

图1是整体式封装结构剖视图；

图2（a）、图2（b）、图2（c）是双侧电极整体式封装支撑架三视图；

图3（a）、图3（b）、图3（c）是单侧电极整体式封装支撑架三视图；

图4（a）、图4（b）是双侧电极整体式封装光源应用正视图；

图5（a）、图5（b）是双侧电极整体式封装光源应用侧视图；

图6（a）、图6（b）是单侧电极整体式封装光源应用正视图；

图7（a）、图7（b）是单侧电极整体式封装光源应用侧视图。

图中：1、支撑架内正极布线区；2、支撑架内负极布线区；3、凸台；4、芯片固定区；5、插接电极正极；6、插接电极负极；7、支撑架连接平面；8、固定插接件；9、热容体凸台；10、电极保护凸台；11、透镜；12、填充胶；13、环形卡扣；14、芯片；15、卡接部；16、支撑架；17、金属散热区；18、电极正极接口；19、电极负极接口；20、接口边缘凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明的核心点在于，在光源结构上加入电极插口和固定插口，使光源成为一种具有独立使用和拆解能力的器件，根据此结构，又对其散热和出光进行处理，从而使其成为具有独立特性的产品。解决现有LED封装技术与LED应用技术之间衔接中存在的工艺复杂、光源损坏因素多、配光匹配效果差的问题，同时使用一种新的散热方式，通过先将光源内的热分担出来，然后再经过热传导作用将热量导出。

请参考图1其为本发明实施提供的整体式LED封装结构，如图1所示，本发明实施例1提供的整体式封装结构，包括一圆形或矩形结构的支撑架16，整体式支撑架16，具有电极插接结构和固定接口以及与二次配光器件的连接结构。置于支撑架16内侧有芯片14（芯片采取阵列形式分布），支撑架16表面设有透镜11，支撑架16与透镜11通过连接卡扣13扣接，沿芯片14下方支撑架16内侧嵌有热容体凸台9，热容体凸台9外侧支撑架16上设有插接电极，在插接电极外侧的支撑架16上垂直分布有固定插接件8。

图1所示结构中，插接电极分别为插接电极正极5和插接电极负极6，插接电极通过设置在支撑架16下表面的电极保护凸台10定位。固定插接件8端部设有卡接凸起，卡接凸起的截面为挂钩状，挂钩朝向支撑架16外侧。芯片14与透镜11之间填充有填充胶12，填充胶12为荧光粉与透明硅胶的混合物质，填充胶或者只是透明硅胶或是环氧树脂。

其中，本发明的支撑架16采取pc、金属或陶瓷。透镜11是玻璃材质、PC或环氧树脂材质。芯片14可以是红、绿、蓝、紫、紫外光芯片。

连接卡扣13为不锈钢或铝金属材料制成，安装过程中采用机械冲压，同时在连接卡扣13内侧填充有防水胶。连接卡扣或为PC或pmma材质，安装过程中采用卡接，同时用固定胶进行粘合密封。

本发明还给出了整体式的LED封装方法，包括以下步骤：

步骤1、整体式支撑架单元的制备：

1）采用注塑工艺，将预留有插接电极、热容体凸台9孔的支撑架注塑体放入注塑模具内，注塑成具有固定插接件的整体式支撑架注塑体；

2）将整体式支撑架注塑体上安装插接电极，插接电极选用铜箔或铝箔两种材质，经过冲压，形成预期电极结构。镶装热容体凸台9；热容体凸台9通过金属压铸制作或陶瓷烧制；

步骤2、在支撑架表面进行封装：

1）将芯片14阵列固定排布分布在支撑架16内侧，支撑架中进行固晶、焊线，通过焊线将芯片14与电极导通，将填充胶覆盖在芯片14表面，在高温100℃--150℃下烘烤定型，烘烤时间适宜在1min-300min；

2）并填充填充胶后封装透镜11；所述的透镜可以与填充胶全部紧密贴合也可以部分贴合；由于不同应用场景中，需要不同光型，透镜11内侧具有不同结构，所以与填充胶12可以具有一定的空间，以满足不同的光型需求。白光产品选用的填充胶为荧光粉与透明硅胶的混合物质，彩光产品选用透明硅胶或是环氧树脂。

步骤3、将透镜使用环形卡扣连接：

支撑架16与装透镜11边缘通过连接卡扣13扣接，将金属卡扣通过机械压力，与支撑架和透镜紧密连接，再通过密封胶进行密封处理。塑胶卡扣，通过卡接的方式连接，再使用玻璃胶固定粘合密封封接，使整个器件合为一体，即完成整体式的LED封装。

灯具应用上对应接口，该接口设计与光源对应的结构，包括电极出口、固定卡接接口、灯具散热体与热容体的接触结构。具有此接口的LED灯具将能够直接使用该LED封装光源，并且可以进行无工具化的更换。

制备过程中，通过金属或陶瓷与塑胶结合，制作出具有插接电极、分担快速光源热量的热学结构（简称热容体）、与灯体套件固定的卡接结构和具有与二次照明器件连接的凸台结构的支撑架；

支撑架的制备是使用注塑工艺，将已经制作好的电机插口、热容体块及电机金属层排布好放入注塑模具内，注塑后将各个部分连接，再进行表面清洗处理，挖成支撑架。

图1所示的5、6为插接电极的正、负极，与封装的芯片导通。

图1所示的8为产品固定插接件，左右各有一个，其上端与支撑架平面相连，下端有一个截面呈三角形的卡接凸起。

图1所示的9为热容体凸台结构，上端与芯片固定区域相连。

图1所示的10为电极的保护凸台，为绝缘塑料。

图1所示的11为透镜，透镜下边沿与支撑架16的边沿设有卡接的凸起结构。

图1所示的12为填充胶，其位于透镜和芯片之间。

图1所示的13为环形卡扣，其截面为弧形结构。

由于不同应用场合中需要不同光型，透镜11内侧具有不同结构，所以与填充胶12可以具有一定的空间，以满足不同的光型需求。

芯片14发出的热量，可以快速传入到热容体9结构中，9选用的热容值较大的材料，快速分担光源的热量，达到热平衡其温度不会对芯片造成损害。再附加散热体后，通过接触导热，热容体和芯片区域温度进一步降低。

进一步的，该结构最适宜使用在1W—30W封装产品中，可以进行白光和彩光的封装。

本发明的核心点集中在支撑架结构上，下面参考图2和图3进一步介绍本发明的另一种实施例的具体结构，其包括：

图2（a）、2（b）、2（c）分别为双侧电极整体式封装支撑架结构，其每个电极有两个插接口，适用于较大功率的封装，最优在10W—30W。

图2所示的1为支撑架内正极布线区，2为支撑架内负极布线区，3为与透镜的卡接凸台，4为芯片固定区域，5为插接电极正极与1相连，6为插接电极负极与2相连，7为支撑架连接平面，8为固定插接件，9为热容体凸台，10为电极保护凸台，11为支撑架芯片和填充胶放置区域。

图3（a）、3（b）、3（c）所示为实施例3的单电极整体式封装支撑架结构，其每个电极只有一个接口，适用于较小功率的封装，最优在1W-15W。

图3所示的结构与图2所示相同，不同处在于图3中的1、2布线正负极结构不同，图3中的5、6电极插口位于支撑架同一侧。

结合附图4和图5详细说明其应用。

图4、图5分别是整体式封装产品，与灯体上连接口应用的正视图和侧视图。

图4（a）所示为整体式封装产品，图4（b）为接口。

对接口部分组件进行介绍：

图4中15是卡接部的结构，左右两侧对称分布，与8所示的固定插接件结构结合，从而达到固定的作用。通过向下压力使8所示固定插接件凸起结构卡入15的卡接部的结构中。

图4（b）中18、19分别为电极的正负极接口，分别于图中插接电极正极5、插接电极负极6接触导通。

图4（b）中17为金属散热区结构，其内侧与热容体接触，将其热量导出。

图5（a）和图5（b）显示接口边缘凹槽20的结构，其作用是，在更换整体式封装产品时，通过挤压图4中8所示的卡接结构外侧，使其下侧凸起部分从卡接位置脱出。

图6（a）、6（b）和图7（a）、7（b）为具有单电极的整体式封装及封装应用。

其具体操作流程与上述相同，不同在于，其插接电极组件数量为2个，内侧电极金属层的布局不同。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种整体式的LED封装方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、整体式支撑架单元的制备：

1)采用注塑工艺，将预留有插接电极、热容体凸台(9)孔的支撑架注塑体放入注塑模具内，注塑成具有固定插接件的整体式支撑架注塑体；

2)将整体式支撑架注塑体上安装插接电极，镶装热容体凸台(9)；

步骤2、在支撑架表面进行封装：

1)将芯片(14)阵列分布在支撑架(16)内侧，通过焊线将芯片(14)与插接电极导通，将填充胶覆盖在芯片(14)表面，在高温100℃--150℃下烘烤定型；

2)并填充填充胶后封装透镜(11)，透镜(11)与填充胶全部紧密贴合或部分贴合；

步骤3、将透镜使用环形卡扣连接：

将整体式支撑架(16)与装透镜(11)边缘通过连接卡扣(13)扣接，使用密封胶水密封封接，即完成整体式的LED封装。

2.一种权利要求1所述方法制备的整体式的LED封装结构，包括支撑架(16)，及置于支撑架(16)内侧的芯片(14)和支撑架(16)表面的透镜(11)，其特征在于，所述支撑架(16)与透镜(11)通过连接卡扣(13)扣接，沿芯片(14)下方支撑架(16)内侧嵌有热容体凸台(9)，热容体凸台(9)外侧支撑架(16)上设有插接电极，在插接电极外侧的支撑架(16)上垂直分布有固定插接件(8)。

3.根据权利要求2所述的整体式的LED封装结构，其特征在于，所述支撑架(16)为圆形或矩形结构，支撑架(16)采取pc或陶瓷。

4.根据权利要求2所述的整体式的LED封装结构，其特征在于，所述插接电极通过设置在支撑架(16)下表面的电极保护凸台(10)定位。

5.根据权利要求2所述的整体式的LED封装结构，其特征在于，所述芯片(14)与透镜(11)之间填充有填充胶(12)，所述填充胶(12)为透明硅胶、环氧树脂或荧光粉与透明硅胶的混合物质。

6.根据权利要求2所述的整体式的LED封装结构，其特征在于，所述固定插接件(8)端部设有卡接凸起，所述卡接凸起的截面为挂钩状，挂钩朝向支撑架(16)外侧。

7.根据权利要求2所述的整体式的LED封装结构，其特征在于，所述透镜(11)是玻璃材质、PC或环氧树脂材质。

8.根据权利要求2所述的整体式的LED封装结构，其特征在于，所述芯片(14)为红、绿、蓝、紫、紫外光芯片。

9.根据权利要求2所述的整体式的LED封装结构，其特征在于，所述连接卡扣(13)为不锈钢或铝金属材料制成，安装过程中采用机械冲压，同时在连接卡扣(13)内侧填充有防水胶。

10.根据权利要求2所述的整体式的LED封装结构，其特征在于，所述的连接卡扣(13)为PC或pmma材质，安装过程中采用卡接，同时用固定胶进行粘合密封。