CN104064656B - 一种具有防潮性能的led支架及其led器件和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有良好防潮性能的LED支架及其LED器件和制备方法。其LED支架包括作为导电引脚的第一焊盘和第二焊盘，以及设置于焊盘上的反射杯，所述第一焊盘与第二焊盘通过绝缘块连接，在第一焊盘和第二焊盘与反射杯底部的接触面上设置有与焊盘一体成型的金属凸块，所述金属凸块的内侧壁与反射杯内壁一起共同构成反射侧壁，所述金属凸块的上表面和外侧壁与反射杯底部紧密贴合；在所述第一焊盘和第二焊盘上还设置有吸水凹槽，所述吸水凹槽环绕设置在金属凸块外围，在该吸水凹槽内填充有吸水材料层，所述吸水材料层被反射杯的底部覆盖。本发明使用金属凸块和吸水凹槽中吸水材料层双重防水，得到了一种防潮性佳、可靠性高的LED支架及封装器件。
Description
技术领域
本发明属于LED技术领域，具体涉及一种具有防潮性能的LED支架及其LED器件和制备方法。
背景技术
表面贴装器件(Surface Mounted Devices，SMD)的封装结构因其体积小，适合大批量生产，性价比高，并兼容成熟的表面贴装工艺(SMT)而契合了lm/$的LED发展趋势，受到了客户广泛支持。LED单颗光源驱动功率增大的同时，热量增加明显，为了维持LED芯片光电转换效率，保持低结温是必须的。
为了达到上述目的，支架公司想方设法增加支架散热块面积以提升散热能力，于是一种称作平板结构的SMD支架成为主流结构。如图1所示，图中100为目前平板结构LED支架结构示意图，通过冲压工艺成型第一焊盘101及第二焊盘102，射出成型工艺形成支架塑胶反射杯103，反射杯103在焊盘上表面呈碗型(图中是剖视图，并不完全表示其真实的结构示意图，其主要是表达与焊盘之间的关系)。
如图1所示，第一焊盘101与第二焊盘102通过倒T型绝缘塑胶块104连接。平板结构支架普遍采用尼龙基聚合物(如聚邻苯二酰胺(PPA)或聚酰胺(PA)基聚合物)作为绝缘反射杯和绝缘塑胶连结块。由于尼龙基聚合物(PPA、PA9T、PA6T、PA)本身无粘性，注塑成型时，聚合物与支架焊盘(通常为铜材)之间结合力差，存在微缝隙，LED使用过程中，水汽通过所述缝隙进入支架碗杯与芯片及镀银层接触。水汽渗入LED碗杯内部后，附着在LED金线附近，对金线产生腐蚀，接触电阻增大，VF升高；同时水汽会腐蚀镀银层，影响金线二焊与支架镀银层之间的结合力，导致LED死灯。
此外，对于通过采用尼龙基聚合物(PPA、PA9T、PA6T、PA)注塑成型的LED平板结构支架光源，通电点亮时LED芯片产生的光和热量直接与高分子聚合物接触，使得聚合物树脂降解，LED支架绝缘反射腔耐热性能降低，逐步出现黄化、变黑导致LED光源失效。特别是紫外LED这类高能量LED芯片，更加剧了LED尼龙基聚合物塑胶支架的劣化程度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有防潮性能的LED支架及其LED器件和制备方法，能够防止水汽渗入的同时增强反射杯与支架焊盘之间的结合力。
为了实现本发明的第一发明目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种具有防潮性能的LED支架，包括作为导电引脚的第一焊盘和第二焊盘，以及设置于焊盘上的反射杯，所述第一焊盘与第二焊盘通过绝缘块连接，在第一焊盘和第二焊盘与反射杯底部的接触面上设置有与焊盘一体成型的金属凸块，所述金属凸块的内侧壁与反射杯内壁一起共同构成反射侧壁，所述金属凸块的上表面和外侧壁与反射杯底部紧密贴合；在所述第一焊盘和第二焊盘上还设置有吸水凹槽，所述吸水凹槽环绕设置在金属凸块外围，在该吸水凹槽内填充有吸水材料层，所述吸水材料层被反射杯的底部覆盖。
进一步的，在所述金属凸块上表面和外侧壁上设置有粗化结构层。
进一步的，在所述反射杯上开口边缘设置有向反射杯侧壁内凹进的咬合凹槽。
进一步的，所述金属凸块凸出于焊盘上表面的高度大于一倍LED芯片厚度，小于两倍LED芯片的厚度。
进一步的，在第一焊盘和第二焊盘与绝缘块的接触面上设置有增加咬合力的凸起和/或凹部。
进一步的，所述吸水材料层为吸水性高分子聚合物，所述吸水性高分子聚合物为聚丙烯酸醋类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氨酯类或聚环氧乙烷类。
进一步的，所述绝缘块和反射杯由热塑性塑胶或热固性塑胶制备。
一种LED器件，包括前述任一项所述的LED支架、安装在该LED支架内的LED芯片、以及填充于反射杯内的光转换物质材料。
进一步的，在所述反射杯上方还设置有透镜。
一种前述LED支架的制备方法，包括以下步骤：
通过冲压模具制造第一焊盘和第二焊盘，在第一焊盘和第二焊盘上一体成型第一金属凸块、第二金属凸块、第一吸水凹槽、及第二吸水凹槽；
通过冲压和金属压合制造LED支架的绝缘块；
填充高分子吸水性聚合物；
制造LED反射杯209和连接第一焊盘和第二焊盘。
本发明通过在焊盘与反射杯的接触面的金属凸块设置，不仅可以作为外界水汽渗入的屏障，延长了水汽渗入路径增加支架防潮性能。同时，金属凸块的内侧壁与反射杯内壁一起共同构成反射侧壁，使得金属凸块作为部分反射杯体，LED芯片发出的光在支架上照射在金属壁上，金属反射杯不会引起光衰，进而使得产品耐高温可靠性增强。
不仅如此，本发明通过在金属凸块外围设置吸水槽和吸水槽中设置的吸水性材料层，可以先吸收从反射杯与支架焊盘界面渗入的水汽，进一步阻止水汽渗入到反射杯内，并阻止环境渗入的水汽与金属凸块接触造成腐蚀，提高产品的长期可靠性。
因此，本发明结构不仅对水汽渗入起到双重保障作用，而且由于金属作为部分反射杯体，不会引起光衰，进一步使得产品耐高温等可靠性增强。
附图说明
此附图说明所提供的图片用来辅助对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1是现有LED支架的结构示意图；
图2是本发明实施例1LED支架结构示意图；
图3a-图3d是本发明实施例1LED支架结构示意图；
图4是本发明实施例2LED支架结构示意图；
图5是本发明实施例3LED支架结构示意图；
图6是本发明实施例4LED支架结构示意图；
图7是本发明LED器件的第一实施例示意图；
图8是本发明LED器件的第二实施例示意图。
图中：
100、现有LED支架 101、第一焊盘
102、第二焊盘 103、反射杯
104、倒T型绝缘塑胶块
200、实施例1的LED支架
201、第一焊盘 202、第二焊盘
203、绝缘块 204、第一金属凸块
205、第二金属凸块 206、第一吸水凹槽
207、第二吸水凹槽 208、吸水材料层
209、反射杯 210、咬合凹槽
2041、粗化结构层
300、LED器件 301、LED芯片
302、Au-Sn共晶层
303、光转换物质材料 304、LED透镜
具体实施方式
为了充分地了解本发明的目的、特征和效果，以下将结合附图与具体实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明。
实施例1：
如图2所示，本实施例公开了一种具有防潮性能的LED支架，包括作为导电引脚的第一焊盘201和第二焊盘202，以及设置于焊盘上的反射杯209，第一焊盘201与第二焊盘202通过绝缘块203连接，第一焊盘201和第二焊盘202位于同一水平面，共同构成LED支架底板。第一焊盘201和第二焊盘202使用时与LED芯片的两个电极电气连接，起到一个支撑和导电引脚的作用，通过第一焊盘201和第二焊盘202外接电源给LED芯片供电，焊盘与外接电源的连接结构可以是焊盘边缘凸起等常规结构。
如图2所示，在第一焊盘201和第二焊盘202与反射杯203底部的接触面上设置有与焊盘一体成型的金属凸块，具体是：在第一焊盘201上有与其一体成型的第一金属凸块204，第二焊盘202上有与其一体成型的第二金属凸块205，图中第一金属凸块204与第二金属凸块205在绝缘块203两侧几何对称。
如图2所示，金属凸块(第一金属凸块204、第二金属凸块205)的内侧壁与反射杯内壁一起共同构成反射侧壁，金属凸块(第一金属凸块204、第二金属凸块205)的上表面和外侧壁与反射杯209底部紧密贴合。
如图2所示，在第一焊盘201和第二焊盘202上还设置有吸水凹槽，具体是：在第一焊盘201上设置第一吸水凹槽206、在第二焊盘202设置第二吸水凹槽207，第一吸水槽206与第二吸水槽207在绝缘块203两侧几何对称。吸水凹槽(第一吸水凹槽206、第二吸水凹槽207)环绕设置在金属凸块(第一金属凸块204、第二金属凸块205)外围，在该吸水凹槽(第一吸水凹槽206、第二吸水凹槽207)内填充有吸水材料层208，所述吸水材料层208被反射杯209的底部覆盖。其中，吸水材料层为吸水性高分子聚合物，所述吸水性高分子聚合物为聚丙烯酸醋类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氨酯类或聚环氧乙烷类。吸水性高分子聚合物208的存在可以防止环境渗入的水汽与金属凸块接触，因为水汽会对金属凸块形成腐蚀，影响产品长期可靠性。
如图2所示，本实施例将图1中的绝缘块203的倒T型改为了类葫芦型，即是在第一焊盘201和第二焊盘202与绝缘块203的接触面上设置有增加咬合力的凸起和/或凹部，图中绝缘块203表面向焊盘凸出的部分为增加咬合力的凸起、向绝缘块203内部凹陷的部分为增加咬合力的凹部，当然在第一焊盘201和第二焊盘202上对应设置有相互配合的凹部和/凸起。所以，根据本实施例的原理，各种改变现有绝缘块203的倒T型结构增加接触面咬合的结构都是本发明保护范围。
本实施例的第一金属凸块204、第二金属凸块205的存在至少可以起到两方面的好处：首先，第一金属凸块204、第二金属凸块205分别与第一焊盘201、第二焊盘202一体成型，两者之间无结合界面，水汽不能通过该结合部位渗入到支架碗杯，同时第一金属凸块204、第二金属凸块205高于第一焊盘201和第二焊盘202，LED外围环境水汽进入LED碗杯内必须先跨越金属凸台，水汽渗入路径延长。其次，金属凸块和焊盘一体成型，焊盘材料一致，大都是铜、银等散热性好的金属或合金材质，耐热性及散热性佳，当LED工作时辐射的光线照射到金属凸块上，光线被反射，热量被吸收，可以降低LED结温。当然金属凸块的高度要尽量大于芯片厚度，比较优选的尺寸为，金属凸块(第一金属凸块204、第二金属凸块205)凸出于焊盘(第一焊盘201和第二焊盘202)上表面的高度大于一倍LED芯片厚度，小于两倍LED芯片的厚度，更加有助于散热和提高提高反射性能。
如图2所示，第一焊盘201和第二焊盘202构成的支架底板的四周环绕设置有反射杯209，以反射LED芯片通电后发出的LED光线，提高LED出光效率。反射杯的形状包括但不限于图中所示的形状，还包括各种各样的结构，比如杯底为方形、杯口为圆形的结构，又比如杯底和杯口都为方形的结构等等，这些都是本发明的保护范围。
其中，绝缘块和反射杯由热塑性塑胶或热固性塑胶制备，以便于加工和提高相互之间的粘接力。
以下详细说明本实施例LED支架的制造方法：
步骤S1：如图3a所示，先制造第一焊盘201和第二焊盘202，在第一焊盘201和第二焊盘202上一体成型第一金属凸块204、第二金属凸块205及第一吸水凹槽206、第二吸水凹槽207。选择铜、银等耐热性佳的金属或铜合金作为金属焊盘及金属凸块的材质，经过冲压模具设计金属焊盘、金属凸块及吸水凹槽形状，然后调整冲压强度及冲压时间，冲压出所需要的产品外形。
步骤S2：图3b所示，制造LED支架的绝缘块203。为了增强第一焊盘201与第二焊盘202支架的结合力，本发明采用加强两者之间的接触面积的优化设计，即是绝缘块203呈类葫芦状，该形状采用传统冲压工艺较难实现，因而需要采用两层金属压合等特殊工艺实现。除了类葫芦状结构，本发明实现增强面积的方式有多种，所述方式可以通过冲压方式实现。
步骤S3：图3c所示，填充高分子吸水性聚合物208。由于高分子聚合物具有与热塑性塑胶类似的性能，本发明高分子吸水性聚合物208可以采用射出成型方式实现。
步骤S4：图3d所示，制造LED反射杯209。LED反射杯209材质为具有高反射性的白色塑胶，具体地可以为PPA类热塑性塑胶及耐热性更佳的EMC、SMC及UP类热固性塑胶。前者采用业已成熟的射出成型方式实现LED反射杯209的注塑，后者采用Molding方式制作反射杯209。
本实施例通过以上结构改进，延长了水汽渗入LED支架内部的路径，同时通过设置吸水槽，进一步阻止水汽与金属凸块的接触，防止水汽腐蚀金属凸块，吸水性能进一步提升。针对传统支架金属焊盘之间采用倒T型连接结构，本方面采用类葫芦状结构衔接，产品可靠性及防水性能增强。
实施例2：
如图4所示，本实施例与实施例1的不同在于：在金属凸块(第一金属凸块204与第二金属凸块205)上表面和外侧壁上设置有粗化结构层。具体地粗化结构层2041可以为波纹状或锯齿状等，粗化结构2041的存在至少存在两个优点：一方面可以延长环境中的水汽渗入LED支架内部的路径，增强气密性；另一方面，由于反射杯209为PPA等热塑性塑胶与热固性塑胶，塑胶与金属铜片结合力较差，粗化结构的存在增加了两者之间的接触面积，两者结合力加强，从而使得本实施例的支架结构强度及气密性进一步加强。
实施例3：
LED器件一般为非气密性封装，支架碗杯内填充硅胶与荧光粉混合液，硅胶荧光粉混合液与支架反射杯接触面存在接触界面，LED器件空间上方的水汽易通过该界面渗入LED支架碗杯内，从而腐蚀支架镀银层，引起死灯等现象。如图5所示，本实施例与实施例2的不同在于在反射杯209上开口边缘设置有向反射杯侧壁内凹进的咬合凹槽210。咬合凹槽210增加了支架反射杯209与硅胶荧光粉混合液的接触面积，既增加了两者之间的结合力，又延长了LED器件空间上方的水汽渗入路径。在所述反射杯上开口边缘设置有向反射杯侧壁内凹进的咬合凹槽。
实施例4：
如图6所示，本实施例与实施例3的不同仅仅在于：第一焊盘201与第二焊盘202之间的绝缘块203的差异。该实施例与实施例1-3的连接块203的原理相同，通过增加第一焊盘201和第二焊盘202之间的接触面积增强两者之间的结合了，延长水汽从支架底部渗入的路径，加强产品气密性。但本实施例中绝缘块203的制造方法与实施例1-3不同，后者连结块203呈类葫芦状，需采用双层金属压合工艺制造，前者可以采用传统冲压方式实现，因而前者效率更高。
实施例5：
如图7所示，本实施例公开了一种LED器件300，包括实施例1-4任一实施例公开的LED支架200、安装在该LED支架内的LED芯片301，LED芯片通过Au-Sn共晶合金302与LED支架200连结，LED支架碗杯内填充有光转换物质材料303，光转换物质材料303可以是硅胶与荧光粉混合液。
本实施例中，所述LED芯片301为倒装LED芯片，所述倒装LED芯片301的两电极通过Au-Sn共晶合金层302分别与第一焊盘201和第二焊盘202电连接。当然正装和垂直结构的LED芯片也可以用在本发明。
实施例6：
如图8所示，为了便于出光，本实施例在实施例5的基础上增加有LED硅胶透镜304。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明构思在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在由本权利要求书所确定的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种具有防潮性能的LED支架，包括作为导电引脚的第一焊盘和第二焊盘，以及设置于焊盘上的反射杯，所述第一焊盘与第二焊盘通过绝缘块连接，其特征在于：
在第一焊盘和第二焊盘与反射杯底部的接触面上设置有与焊盘一体成型的金属凸块，所述金属凸块的内侧壁与反射杯内壁平齐以一起共同构成反射侧壁，所述金属凸块的上表面和外侧壁与反射杯底部紧密贴合；
在所述第一焊盘和第二焊盘上还设置有吸水凹槽，所述吸水凹槽环绕设置在金属凸块外围，在该吸水凹槽内填充有吸水材料层，所述吸水材料层被反射杯的底部覆盖；
所述吸水材料层为吸水性高分子聚合物，所述吸水性高分子聚合物为聚丙烯酸醋类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氨酯类或聚环氧乙烷类。
2.根据权利要求1所述的具有防潮性能的LED支架，其特征在于：
在所述金属凸块上表面和外侧壁上设置有粗化结构层。
3.根据权利要求2所述的具有防潮性能的LED支架，其特征在于：
在所述反射杯上开口边缘设置有向反射杯侧壁内凹进的咬合凹槽。
4.根据权利要求1所述的具有防潮性能的LED支架，其特征在于：
所述金属凸块凸出于焊盘上表面的高度大于一倍LED芯片厚度，小于两倍LED芯片的厚度。
5.根据权利要求1所述的具有防潮性能的LED支架，其特征在于：
在第一焊盘和第二焊盘与绝缘块的接触面上设置有增加咬合力的凸起和/或凹部。
6.根据权利要求1所述的具有防潮性能的LED支架，其特征在于：
所述绝缘块和反射杯由热塑性塑胶或热固性塑胶制备。
7.一种LED器件，其特征在于包括权利要求1-6任一项所述的LED支架、安装在该LED支架内的LED芯片、以及填充于反射杯内的光转换物质材料。
8.根据权利要求7所述的LED器件，其特征在于：
在所述反射杯上方还设置有透镜。
9.一种权利要求1至6任一项所述LED支架的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
通过冲压模具制造第一焊盘和第二焊盘，在第一焊盘和第二焊盘上一体成型第一金属凸块、第二金属凸块、第一吸水凹槽、及第二吸水凹槽；
通过冲压和金属压合制造LED支架的绝缘块；
填充高分子吸水性聚合物；
制造LED反射杯（209）和连接第一焊盘和第二焊盘。
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