CN106328794A - 一种led封装工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED封装工艺，将软化温度约为420～500℃的玻璃粉和荧光粉以质量比3～10:1的比例球磨混合，制得混合粉末，于高于软化温度100～300℃的温度下熔融后通过3D直接打印于待封装芯片上，或者先形成荧光玻璃片再粘接于待封装芯片上形成荧光玻璃层。本发明的工艺简单，设备应用灵活，大大缩短了生产时间，无需高温熔制或特殊气氛，无需模具，涂覆后无需固化或者其他冷却技术，成品耐热性及透光性高，封装效果好，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术，特别是涉及一种LED封装工艺。
背景技术
随着市场要求的不断提高，LED模块高度集成化，大功率LED产品的可靠性成为制约LED产品健康快速发展的瓶颈，其中，封装工艺对LED产品可靠性的影响最为明显。目前常用的白光LED，最广泛的封装方法是使用环氧树脂或硅胶等有机物与荧光粉混合后涂覆在蓝光芯片上。在LED的使用过程中，芯片功耗以及荧光粉光转换过程的能量损失产生的热能，会使得芯片以及荧光粉层的温度升高，树脂类材料长期暴露在高温和短波光照射环境下，会让甲基官能团脱离硅胶。这种键断裂会引起一系列的缺陷，随之导致硅胶老化，变黄，内部进入湿气，透过率下降，进而造成LED模块光学性能下降，比如光效下降，色坐标偏移，大大降低了其可靠性和使用寿命。此外，此方法LED芯片封装时，点胶和固化时间比较长，需1.5-3h，点胶设备昂贵。
为此，其他封装技术，例如玻璃荧光材料由于其高稳定性和耐用性等特点而成为研究的热点。现有的玻璃荧光材料需要在1000℃以上的高温下熔制且需要在真空或特殊气氛中进行，再倒入模具中成型，退火数个小时并冷却，工艺复杂，时间长，成型困难，对技术要求高，难以投入实际应用。
发明内容
本发明提供了一种LED封装工艺，其克服了现有技术所存在的不足之处。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种LED封装工艺包括以下步骤：
1)制备混合粉末：将低软化温度玻璃粉和荧光粉以质量比5～10:1的比例球磨混合，制得混合粉末，其中低软化温度玻璃粉由以下质量分数的组份组成：
P2O5 20～40％，B2O3 8～15％，ZnO 40～60％，Al2O3 3％～8％，Na2O 3％～8％；其软化温度为420℃-500℃；
2)涂覆法：将所述混合粉末置于激光熔化装置中于高于软化温度100～300℃的温度下熔融，将待封装芯片置于3D打印机内作为打印基板，将所述熔融的混合粉末打印于芯片上形成荧光玻璃层，自然冷却完成封装；或
烧结法：将所述混合粉末置于激光熔化装置中于高于软化温度100～300℃的温度下熔融，通过3D打印机打印形成荧光玻璃片，通过激光束将荧光玻璃片边缘熔化并粘附于待封装芯片上形成荧光玻璃层，自然冷却完成封装。
优选的，所述低软化温度玻璃粉由以下质量分数的组份组成：P2O5 25～35％，B2O38～12％，ZnO 45～55％，Al2O3 3％～6％，Na2O 3％～6％。
优选的，所述低软化温度玻璃粉由以下质量分数的组份组成：P2O5 30％，B2O3 10％，ZnO 50％，Al2O3 5％，Na2O 5％。
优选的，所述软化温度为440℃～480℃。
优选的，所述低软化温度玻璃粉和荧光粉的粒径为10～25μm。
优选的，所述荧光粉为黄色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉、蓝绿色荧光粉中的至少一种。
优选的，步骤2)中，所述荧光玻璃层的厚度为50～150μm。
优选的，步骤2)中，所述3D打印机的打印喷头加装有保温装置，其温度与激光熔化装置设定的温度相同。
优选的，所述3D打印具体包括以下步骤：根据所述待封装芯片的大小设计荧光玻璃的规格，通过建模软件建立相应的三维立体模型，将该模型导入3D打印机中并设定相应的喷涂路径，将所述熔融的混合粉末置于所述打印喷头内，打印喷头按路径移动并喷涂形成所述荧光玻璃层。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
将荧光粉与低软化温度玻璃粉混合熔融并通过3D打印制备荧光玻璃，低软化温度玻璃粉的软化温度为420℃-500℃，通过激光熔化装置在500～800℃左右即可呈熔融状态并用于3D喷涂，无需高温熔制或特殊气氛，无需模具，涂覆后无需固化或者其他冷却技术，工艺简单，设备应用灵活，大大缩短了生产时间；形成的荧光玻璃耐热性好，透光性好，较硅胶等有机物可承受的温度高，抗腐蚀，耐候性好，使用寿命长。
以下实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种LED封装工艺不局限于实施例。
具体实施方式
实施例1
将75wt.％低软化温度玻璃粉(中心粒径D50＝25μm)与25wt.％荧光粉(Y3Al5O12：Ce，D50＝23μm)置于球磨罐中，加入适量的酒精，混合8h，取出烘干，制得混合粉末。其中低软化温度玻璃粉由质量分数为40％P2O5、14％B2O3、40％ZnO、3％Al2O3及3％Na2O组成，其软化温度约为420℃
实施例2
将80wt.％低软化温度玻璃粉(中心粒径D50＝20μm)与20wt.％荧光粉(Y3Al5O12：Ce，D50＝20μm)置于球磨罐中，加入适量的酒精，混合8h，取出烘干，制得混合粉末。其中低软化温度玻璃粉由质量分数为35％P2O5、12％B2O3、45％ZnO、5％Al2O3及3％Na2O组成，其软化温度约为440℃。
实施例3
将85wt.％低软化温度玻璃粉(中心粒径D50＝10μm)与15wt.％荧光粉(Y3Al5O12：Ce，D50＝12μm)置于球磨罐中，加入适量的酒精，混合8h，取出烘干，制得混合粉末。其中低软化温度玻璃粉由质量分数为30％P2O5、10％B2O3、50％ZnO、5％Al2O3及5％Na2O组成，其软化温度约为460℃。
实施例4
将90wt.％低软化温度玻璃粉(中心粒径D50＝15μm)与15wt.％荧光粉(Y3Al5O12：Ce，D50＝15μm)置于球磨罐中，加入适量的酒精，混合8h，取出烘干，制得混合粉末。其中低软化温度玻璃粉由质量分数为25％P2O5、8％B2O3、55％ZnO、4％Al2O3及8％Na2O组成，其软化温度约为480℃。
实施例5
将78wt.％低软化温度玻璃粉(中心粒径D50＝18μm)与12wt.％荧光粉(Y3Al5O12：Ce，D50＝15μm)置于球磨罐中，加入适量的酒精，混合8h，取出烘干，制得混合粉末。其中低软化温度玻璃粉由质量分数为20％P2O5、11％B2O3、60％ZnO、6％Al2O3及3％Na2O组成，其软化温度约为500℃。
实施例6
任选实施例1-5制得的混合粉末置于3D打印机的激光熔化装置中，控制温度在软化温度100～300℃，使混合粉末呈熔融状态，作为打印材料。将待封装的芯片置于3D打印机中作为基板，根据芯片大小设计需打印的荧光玻璃的规格，通过建模软件建立相应的三维立体模型，将该模型导入3D打印机中并设定相应的喷涂路径，将打印材料置于打印喷头内，打印喷头按路径移动并直接喷涂于芯片上形成荧光玻璃层，自然冷却即完成封装。其中打印喷头加装有保温装置，温度与激光熔化装置设定的温度相同以保持打印材料处于熔融的状态。形成的荧光玻璃层的厚度在50～150μm之间。
实施例7
任选实施例1-5制得的混合粉末置于3D打印机的激光熔化装置中，控制温度在软化温度100～300℃，使混合粉末呈熔融状态，作为打印材料。根据需求设计需打印的荧光玻璃的规格，通过建模软件建立相应的三维立体模型，将该模型导入3D打印机中并设定相应的喷涂路径，将打印材料置于打印喷头内，打印喷头按路径移动并喷涂于基板上形成荧光玻璃片。荧光玻璃片可以与待封装芯片的大小匹配，亦可打印出较大尺寸再利用激光切割成与待封装芯片大小匹配。其中打印喷头加装有保温装置，温度与激光熔化装置设定的温度相同以保持打印材料处于熔融的状态。将荧光玻璃片覆盖在待封装芯片上，通过激光束将荧光玻璃片边缘瞬间熔化使其粘接于待封装芯片上形成荧光玻璃层，自然冷却完成封装。形成的荧光玻璃层的厚度在50～150μm之间。
上述实施例以Y3Al5O12：Ce荧光粉为例进行说明，事实上，荧光粉可以为黄色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉、蓝绿色荧光粉中的至少一种，其配方亦可以是习知的，并不对此进行限定。
本发明3D打印技术的原理可参照现有的3D打印技术，在此不加以赘述。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种LED封装工艺，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
Claims (9)
1.一种LED封装工艺，其特征在于包括以下步骤：
1)将低软化温度玻璃粉和荧光粉以质量比3～10:1的比例球磨混合，制得混合粉末，其中低软化温度玻璃粉由以下质量分数的组份组成：
P2O5 20～40％，B2O3 8～15％，ZnO 40～60％，Al2O3 3％～8％，Na2O 3％～8％；其软化温度为420℃-500℃；
2)将所述混合粉末置于激光熔化装置中于高于软化温度100～300℃的温度下熔融，将待封装芯片置于3D打印机内作为打印基板，将所述熔融的混合粉末打印于芯片上形成荧光玻璃层，自然冷却完成封装；或
将所述混合粉末置于激光熔化装置中于高于软化温度100～300℃的温度下熔融，通过3D打印机打印形成荧光玻璃片，通过激光束将荧光玻璃片边缘熔化并粘附于待封装芯片上形成荧光玻璃层，自然冷却完成封装。
2.根据权利要求1所述的LED封装工艺，其特征在于：所述低软化温度玻璃粉由以下质量分数的组份组成：
P2O5 25～35％，B2O3 8～12％，ZnO 45～55％，Al2O3 3％～6％，Na2O 3％～6％。
3.根据权利要求2所述的LED封装工艺，其特征在于：所述低软化温度玻璃粉由以下质量分数的组份组成：
P2O5 30％，B2O3 10％，ZnO 50％，Al2O3 5％，Na2O 5％。
4.根据权利要求1所述的LED封装工艺，其特征在于：所述软化温度为440℃～480℃。
5.根据权利要求1所述的LED封装工艺，其特征在于：所述低软化温度玻璃粉和荧光粉的粒径为10～25μm。
6.根据权利要求1所述的LED封装工艺，其特征在于：所述荧光粉为黄色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉、蓝绿色荧光粉中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的LED封装工艺，其特征在于：步骤2)中，所述荧光玻璃层的厚度为50～150μm。
8.根据权利要求1所述的LED封装工艺，其特征在于：步骤2)中，所述3D打印机的打印喷头加装有保温装置，其温度与激光熔化装置设定的温度相同。
9.根据权利要求1所述的LED封装工艺，其特征在于：所述3D打印具体包括以下步骤：根据所述待封装芯片的大小设计荧光玻璃的规格，通过建模软件建立相应的三维立体模型，将该模型导入3D打印机中并设定相应的喷涂路径，将所述熔融的混合粉末置于所述打印喷头内，打印喷头按路径移动并喷涂形成所述荧光玻璃层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20170111 |