CN104733589A - 一种led封装盖板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED封装盖板的制备方法，所述制备方法通过调节玻璃透镜与金属件封接烧结炉内气氛，控制玻璃透镜的曲率，达到玻璃透镜高温熔化后铺展的方向和尺寸可控，并采用特殊的材料和化学物品作为垫板，嵌合在金属件底部，以提高了盖板底面平整度。本发明与现有技术相比，实现了良好的气密性封接，延长了器件使用寿命，且提高了发光效果，具有成本低、工艺简单等优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED封装盖板，具体涉及一种LED无机封装盖板的制备方法。
背景技术
目前，LED的封装大多采用硅胶、环氧树脂等有机材料对芯片进行密封保护，这些材料透明性好、易于操作、能提高光取出量，但耐紫外线性能差，在紫外环境下极易老化变质，光取出量逐渐降低，导致器件失效，通过实际和理论的验证，有机材料不利于封装紫外LED器件以及和不适合使用有机材料的器件，所以寻求抗紫外线老化简易的无机封装工艺及其配套的部件非常重要。在已有的制备无机封装盖板工艺中，玻璃透镜通过熔融方式固定粘合到金属基板上，但玻璃透镜在高温(一般大于600℃)下软化，呈现流质的状态很容易往周围铺展，造成曲率的不可控，光斑位置一致性差，密封度不够从而影响器件寿命,发光效果和能量的集中；另盖板底部平度不够，由于内部腔体高度较低，有触及芯片及Wire Bond金线的风险。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明提供了一种LED封装盖板的制备方法，该方法很好地解决了现有的LED无机封装技术中玻璃因高温熔融容易从金属底板溢出，触及芯片及导线，影响发光效果的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种LED封装盖板的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)对金属件进行加工；
(2)制作出步骤(1)中加工好的金属件需要的尺寸与形状的玻璃透镜；
(3)将步骤(1)中加工好的金属件和步骤(2)中的玻璃透镜进行去污清洗后干燥；
(4)将步骤(3)中获得的金属件进行预氧化，在所述金属件表面形成金属氧化层；
(5)将步骤(3)中获得的玻璃透镜和步骤(4)中获得的金属件进行对位装配，在对位装配过程中将基板材料嵌合在所述金属件的底部；
(6)对位装配后在烧结炉内烧结，烧结完后去除金属件底部的基板材料，获得烧结件；
(7)将步骤(6)中获得的烧结件进行去应力处理；
(8)将步骤(7)中获得的烧结件中的金属件进行表面处理，得到所述LED封装盖板。
本发明先采用精密机床冲压或拉深、线切割、机加工、刻蚀等方法对金属件进行加工，再经过后续的研磨抛光等加工过程，制作出外观、尺寸、性能都符合要求的金属件。
为了达到玻璃透镜与金属件的良好润湿，提高玻璃透镜与金属件的结合力以及封接的气密性，对金属件必须进行预氧化处理，预氧化要求如下：
①金属氧化物必须均匀致密；
②氧化层必须与金属紧密粘附；
③氧化层厚度应控制在2.5～5.0μm；
氧化层不宜过厚，亦不能过薄，否则均可能导致结合力差而漏气。
优选地，所述步骤(2)中的玻璃透镜为电子玻璃和光学玻璃中的一种，所述步骤(2)中玻璃透镜的形状为方块、薄片或圆球形中的一种。其中，本发明所述电子玻璃优选为肖特8250、肖特8350、DM-305、DM-308、康宁7052、康宁7056电子玻璃中的一种。
优选地，所述步骤(3)中采用中性或弱酸性的化学溶液进行去污清洗。由于玻璃透镜和金属件表面的脏污会导致产品烧结后光窗含有气泡或杂质污染，影响透光效果，所以必须将玻璃透镜和加工好的金属件进行去污清洗和干燥处理，由于玻璃透镜耐碱性较差，表面容易被腐蚀，所以清洗去污须采用中性或弱酸性的化学溶液，若必须使用碱性溶液，须将处理时间缩短并适当降低[OH-]浓度。
优选地，所述步骤(5)中基板材料为钼金属、陶瓷基板、石墨板和因康镍中的一种。
优选地，所述步骤(5)中在基板材料嵌合在所述金属件的底部之前将硼化物粉末均匀分散在基板材料上。本发明所述步骤(5)中优选采用高纯石墨工装夹具进行人工或设备自动对位装配；本发明在对位装配过程中将表面分散有特殊化学品粉末硼化物粉末的基板材料嵌合在金属件的底部，控制玻璃透镜在烧结时往下流动，提高玻璃透镜下表面平整度；另外由于硼化物抗高温氧化性能优异、高温润滑效果佳、高温下与玻璃透镜的润湿性好，且能通过简单的物理结合方法如高压喷涂等使其紧密粘附于基板上且不易脱落，烧结后玻璃透镜能轻易从基板上脱离且不粘附污染，从而制得底部平整度良好的封装盖板。若有特殊要求，特殊化学品粉末硼化物粉末可以不需要。
优选地，所述步骤(5)中所述硼化物为B2O3、BN和B4C中的一种，所述基板材料为钼金属、陶瓷基板、石墨板和因康镍中的一种。
优选地，所述步骤(6)中烧结炉内含有氮气和氢气，以烧结炉内气体总体积计，所述氮气的体积百分比≥95％，所述氢气的体积百分比≤5％，，所述烧结炉内的露点为-60℃～-10℃，所述烧结炉内的氧含量为30～300ppm，所述烧结炉内的烧结温度为900～1100℃。通过密封连接烧结炉内气氛(主要成分为氮气和水汽，适量的氢气)的精密调节，控制玻璃透镜的曲率，达到玻璃透镜高温熔化后铺展的方向和尺寸可控。
优选地，所述步骤(8)中的表面处理方式为先将所述烧结件中的金属件表面进行除油清洗，然后抛光、酸洗和活化去除氧化层，再进行所述金属件表面的镀层处理。
优选地，所述步骤(8)中金属件表面的镀层处理方式为电镀和化学镀中的至少一种，所述镀层为镀镍、镀铜、镀锡、镀银和镀金中的一种或几种的组合镀层。本发明所述LED封装盖板需要镀覆一层或几层镀层，方便后面的波峰焊、平行封焊或电阻焊等，提高LED封装盖板表面的可焊性和耐氧化性。
本发明提供了一种LED封装盖板，所述LED封装盖板采用上述所述的制备方法制备而成。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种LED封装盖板的制备方法，该方法通过玻璃透镜与金属件在封接烧结炉内气氛(主要成分为氮气和水汽，适量的氢气)的精密调节，控制玻璃透镜的曲率，达到玻璃透镜高温熔化后铺展的方向和尺寸可控，并采用特殊的材料和化学物品作为垫板，嵌合在金属件底部，以提高LED封装盖板底面平整度，可以做到小于0.02mm，产品一致性好，关键尺寸CPK大于1.33，在波长320-1700nm(一般320-400nm定义为紫外波长)，光的透过率＞92％，如果再进行双面镀增透膜，可实现透过率＞98％。本发明与现有技术相比，通过对金属件进行去污清洗和表面氧化，提高了透镜和金属件的结合力，本发明的方法解决了玻璃因高温熔融容易从金属底板溢出，触及芯片及导线，影响发光效果的问题；本发明的方法保证了产品封接的气密性，漏率小于1×10-10Pa.m3/S，对整个玻璃透镜和金属件进行一体化随炉去应力处理，省去单独去应力的步骤，提高了生产效率，减少了产品在周转过程带来的不良影响；进一步提高透镜和金属件的结合力和生产效率；LED封装盖板中的金属件进行表面处理，实现了LED封装盖板与底下基座的气密封焊，提高了整个器件的发光性能和寿命。。本发明的方法在LED封装，以及紫外、深紫外LED封装领域都有着非常好的应用前景。
附图说明
图1为本发明所述LED封装盖板的一种实施例的结构示意图；
图2为本发明所述LED封装盖板的另一种实施例的结构示意图；
图3为本发明所述LED封装盖板的另一种实施例的结构示意图；
图4为本发明所述LED封装盖板的另一种实施例的结构示意图；
图中：1、金属件，2、玻璃透镜，3、台阶，4、凸起，5，凹槽。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明所述LED封装盖板的制备方法的一种实施例，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将金属件加工成如图1所示的形状，然后使其尺寸和性能符合要求；
金属件尺寸：内孔直径为2.4±0.03mm、台阶3的直径为2.8±0.03mm、盖板边长为4.3±0.05mm；
(2)制作以下尺寸和形状的肖特8250玻璃透镜；
形状：玻璃方块；
尺寸：长(1.84±0.02mm)×宽(1.84±0.02mm)×高(1.60±0.02mm)；
(3)将制成的金属件和肖特8250玻璃透镜进行去污清洗，然后干燥；
金属件：用除油粉超声清洗30min；
肖特8250玻璃透镜：用无水乙醇超声清洗30min；
金属件和玻璃透镜清洗后于120℃烘干箱中烘干60min；
(4)将步骤(3)中获得的金属件进行预氧化，在所述金属件表面形成金属氧化层，厚度为2.5μm；
(5)将步骤(3)中获得的肖特8250玻璃透镜与步骤(4)中获得的金属件进行对位装配，在装配过程中，采用氧化硼粉末均匀分散在钼金属板上，然后嵌合在金属件的底部；
(6)对位装配后放入烧结炉中进行烧结，烧结完后去除金属件底部的基板材料，获得烧结件；其中，烧结温度为900℃，烧结时间为4h，炉内气氛：按体积比计，氮气为98％、氢气为2％，露点-60℃，氧含量300ppm；
(7)将烧结件进行去应力处理；
(8)对步骤(7)获得的烧结件进行除油清洗、抛光、酸洗、活化去除氧化层，再进行表面电镀镍，得到所述LED封装盖板。
本实施例制备的LED封装盖板如图1所示，包括金属件1和玻璃透镜2，所述玻璃透镜2为肖特8250玻璃透镜，所述金属件1具有台阶3，用于放置玻璃透镜2，所述LED封装盖板的底部平整度为0.015mm，透光率大于92.4％。
实施例2
本发明所述LED封装盖板的制备方法的一种实施例，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将金属件加工成如图2所示的形状，然后使其尺寸和性能符合要求；
金属件尺寸：内孔直径为2.4±0.03mm、凸起4的直径为2.8±0.03mm、盖板边长为4.3±0.05mm；
(2)制作以下尺寸和形状的DM-305玻璃透镜；
形状：圆片状
尺寸：直径(2.6±0.02mm)×片厚(1.1±0.02mm)
(3)将制成的金属件和DM-305玻璃透镜进行去污清洗，然后干燥；
金属件：用除油粉超声清洗20min；
DM-305玻璃透镜：用无水乙醇超声清洗20min；
金属件和玻璃透镜清洗后于120℃烘干箱中烘干40min；
(4)将步骤(3)中获得的金属件进行预氧化，在所述金属件表面形成金属氧化层，厚度5.0μm；
(5)将步骤(3)中获得的DM-305玻璃透镜与步骤(4)中获得的金属件进行对位装配，在装配过程中，采用氮化硼粉末均匀分散在氧化铝陶瓷基板上，然后嵌合在金属件的底部；
(6)对位装配后放入烧结炉中进行烧结，烧结完后去除金属件底部的基板材料，获得烧结件；其中，烧结温度为950℃，烧结时间为3h，炉内气氛：按体积比计，氮气为97％、氢气为3％，露点-30℃，氧含量200ppm；
(7)将烧结件进行去应力处理；
(8)对步骤(7)获得的烧结件进行除油清洗、抛光、酸洗、活化去除氧化层，再进行表面化学镀镍。
本实施例中制备的LED封装盖板如图2所示，包括金属件1和玻璃透镜2，所述玻璃透镜2为DM-305玻璃透镜，所述金属件1具有凸起4，可以防止玻璃透镜2熔化时溢出，所述LED封装盖板的底部平整度为0.012mm，透光率大于92.8％。
实施例3
本发明所述LED封装盖板的制备方法的一种实施例，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将金属件加工成如图3所示的形状，使其尺寸和性能符合要求；
金属件尺寸：内孔直径为2.4±0.03mm、凸起4的直径为2.8±0.03mm、盖板边长为4.3±0.05mm；
(2)制作以下尺寸和形状的康宁7056玻璃透镜；
形状：圆片状
尺寸：直径(2.6±0.02mm)×片厚(1.1±0.02mm)
(3)将制成的金属件和康宁7056玻璃透镜进行去污清洗，然后干燥；
金属件：用除油粉超声清洗25min；
康宁7056玻璃透镜：用无水乙醇超声清洗25min；
金属件和玻璃透镜清洗后于120℃烘干箱中烘干50min；
(4)对步骤(3)中获得的金属件进行预氧化，在所述金属件表面形成金属氧化层，厚度为3.0μm；
(5)将步骤(3)中获得的康宁7056玻璃透镜与步骤(4)中获得的金属件进行对位装配，在装配过程中，采用碳化硼粉末均匀分散在因康镍基板上，然后嵌合在金属件的底部；
(6)对位装配后放入烧结炉中进行烧结，烧结完后去除金属件底部的基板材料，获得烧结件；其中，烧结温度为1000℃，烧结时间为2.5h，炉内气氛：按体积比计，氮气95％、氢气5％，露点-10℃，氧含量100ppm；
(7)将烧结件进行去应力处理；
(8)对步骤(7)获得的烧结件进行除油清洗、抛光、酸洗、活化去除氧化皮，再进行表面电镀镍，再镀铜。
本实施例中制备的LED封装盖板如图3所示，包括金属件1和玻璃透镜2，所述玻璃透镜2为康宁7056玻璃透镜，所述金属件1具有凸起4，可以防止玻璃透镜2熔化时溢出，所述LED封装盖板的底部平整度为0.01mm，透光率＞92.3％。
实施例4
本发明所述LED封装盖板的制备方法的一种实施例，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将金属件加工成如图4所示的形状，使其尺寸和性能符合要求；
金属件尺寸：内孔直径为2.4±0.03mm、凹槽5的内径为2.8±0.03mm、盖板边长为4.3±0.05mm；
(2)制作以下尺寸和形状的康宁7052玻璃透镜；
形状：玻璃方块；
尺寸：长(1.84±0.02mm)×宽(1.84±0.02mm)×高(1.60±0.02mm)；
(3)将制成的金属件和康宁7052玻璃透镜进行去污清洗，然后干燥；
金属件：用除油粉超声清洗30min；
康宁7052玻璃透镜：用无水乙醇超声清洗30min；
金属件和玻璃透镜清洗后于120℃烘干箱中烘干60min；
(4)对步骤(3)中获得的金属件进行预氧化，在所述金属件表面形成金属氧化层，厚度为4.0μm；
(5)将步骤(3)中获得的康宁7052玻璃透镜与步骤(4)中获得的金属件进行对位装配，在装配过程中，采用碳化硼粉末均匀分散在石墨板上，然后嵌合在金属件的底部；
(6)对位装配后放入烧结炉中进行烧结，烧结完后去除金属件底部的基板材料，获得烧结件；其中，烧结温度为1100℃，烧结时间为2h，炉内气氛：按体积比计，氮气98％、氢气2％，露点-40℃，氧含量30ppm；
(7)将烧结件进行去应力处理；
(8)对步骤(7)获得的烧结件进行除油清洗、抛光、酸洗、活化去除氧化皮，再进行表面电镀镍，再镀锡。
本实施例中制备的LED封装盖板如图4所示，包括金属件1和玻璃透镜2，所述玻璃透镜2为康宁7052玻璃透镜，所述金属件1具有凹槽5，有利于玻璃透镜2的安装定位，也可防止玻璃透镜2熔化时溢出，所述LED封装盖板的底部平整度为0.018mm，透光率＞92.5％。
实施例5
平整度测定：采用激光玻璃传感器测量玻璃底部的平整度；
透光率测定：采用日本岛津UV-3600分光光度计测定玻璃的透光率。
实施例1-4制备的LED封装盖板的平整度和透光率的测试结果如下表1所示，从表1的测试结果可以看出，本发明制备的LED封装盖板平整度小于0.02mm，光的透过率＞92％，能够同时保证玻璃透镜的平整度及透过率，大大地提高了LED灯的发光效果。
表1 实施例1-4中制备的LED封装盖板的平整度和透光率测试
| 实施例 | 平整度(mm) | 透光率 |
| 实施例1 | 0.015 | ≥92.4％ |
| 实施例2 | 0.012 | ≥92.2％ |
| 实施例3 | 0.01 | ≥92.8％ |
| 实施例4 | 0.018 | ≥92.5％ |
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种LED封装盖板的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)对金属件进行加工；
(2)制作出步骤(1)中加工好的金属件需要的尺寸与形状的玻璃透镜；
(3)将步骤(1)中加工好的金属件和步骤(2)中的玻璃透镜进行去污清洗后干燥；
(4)将步骤(3)中获得的金属件进行预氧化，在所述金属件表面形成金属氧化层，并控制氧化层的厚度为2.5～5.0μm；
(5)将步骤(3)中获得的玻璃透镜和步骤(4)中获得的金属件进行对位装配，在对位装配过程中将基板材料嵌合在所述金属件的底部；
(6)对位装配后在烧结炉内烧结，烧结完后去除金属件底部的基板材料，获得烧结件；
(7)将步骤(6)中获得的烧结件进行去应力处理；
(8)将步骤(7)中获得的烧结件中的金属件进行表面处理，得到所述LED封装盖板。
2.根据权利要求1所述的LED封装盖板的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的玻璃透镜为电子玻璃和光学玻璃中的一种，所述步骤(2)中玻璃透镜的形状为方块、薄片和圆球形中的一种。
3.根据权利要求1所述的LED封装盖板的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中采用中性或弱酸性的化学溶液进行去污清洗。
4.根据权利要求1所述的LED封装盖板的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中基板材料为钼金属、陶瓷基板、石墨板和因康镍中的一种。
5.根据权利要求1所述的LED封装盖板的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中在基板材料嵌合在所述金属件的底部之前将硼化物粉末均匀分散在基板材料上。
6.根据权利要求5所述的LED封装盖板的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中所述硼化物为B2O3、BN和B4C中的一种。
7.根据权利要求1所述的LED封装盖板的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中烧结炉内含有氮气和氢气，以烧结炉内气体总体积计，所述氮气的体积百分比≥95％，所述氢气的体积百分比≤5％，所述烧结炉内的露点为-60℃～-10℃，所述烧结炉内的氧含量为30～300ppm，所述烧结炉内的烧结温度为900～1100℃。
8.根据权利要求1所述的LED封装盖板的制备方法，其特征在于，所述步骤(8)中的表面处理方式为先将所述烧结件中的金属件表面进行除油清洗，然后抛光、酸洗和活化去除氧化层，再进行所述金属件表面的镀层处理。
9.根据权利要求8所述的LED封装盖板的制备方法，其特征在于，所述步骤(8)中金属件表面的镀层处理方式为电镀和化学镀中的至少一种，所述镀层为镀镍、镀铜、镀锡、镀银和镀金中的一种或几种的组合镀层。
10.一种采用如权利要求1-9任一所述的制备方法制备而成的LED封装盖板。
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