CN107452727A - 一种带透镜led封装结构及制造方法 - Google Patents

一种带透镜led封装结构及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种带透镜LED封装结构，包括基板，第一焊盘，第二焊盘，LED芯片，齐纳二极管芯片，连接线，透镜支架，透镜，粘合剂，所述第一焊盘与第二焊盘间隔地设置于所述的基板表面，所述芯片放置于第一焊盘上，所述连接线的一端与芯片连接，另一端与第二焊盘连接，所述透镜支架设置于所述基板上，所述透镜设置于所述透镜支架上。本发明的技术方案可以解决LED应用端二次光学透镜体积偏大的问题，同时可以解决普通一次光学球状透镜光利用率低，不同角度，LED高度不一致，无法实现复杂出光曲线的问题。

Description

一种带透镜LED封装结构及制造方法
技术领域
本发明涉及LED封装领域，尤其是一种带透镜的LED封装结构及有该封装结构的LED发光装置。
背景技术
非直插类LED的封装结构一般采用支架或者基板作为LED芯片的支撑载体，支架或者基板设置有正负极，通过键合芯片的正负极完成电性能连接。然后，再用胶体(硅胶，环氧树脂)或者混合荧光粉的胶体对芯片进行封装，而得到LED封装品。传统TOPLED胶体的表面一般为平面、微凸面或微凹面，半功率角一般大于90°。如果需要获得小于90°的半功率角，会通过支架或者基板内设置一定的反射面的反射腔体，或将胶体在成型时通过模具形成球状的平凸透镜方式来达到。半功率角的大小必须通过调整透镜曲率和高度来实现，在一些高度限制的应用，一般平凸透镜可调角度受到限制。行业内对发光装置薄型化要求越来越高，传统TOP LED实现复杂光学设计时已无法满足薄型化的要求。
本发明基于全反射透镜的非填充式空腔的新型封装LED，该结构可以通过光学设计，在高度限制的应用，可调角度超过一般平凸透镜。这种封装结构以支架或者基板作为封装载体，支架或基板上的框体结构作为透镜的支撑体以及芯片及键合线的外围保护腔体。框体结构内为空腔，无需填充胶体。
平面透镜向下部分向下延伸形成反射透镜部和平凸透镜部，所属平凸透镜部位于反射透镜部内且与基板之间为非实体空腔结构。
此种封装结构相对于传统平面或球状胶体透镜多一个反射透镜部，在发光峰值波长350nm-950nm光萃取率为80％以上。同时具有在高度不变的条件下实现复杂光斑的光学设计空间(例如小角度、可偏折出光和非对称光斑)。
由于传统封装胶体包裹芯片以及键合线，在外部环境冷热变化时存在不同材质应力匹配问题，造成键合线断裂导致发光装置失效，此种空腔结构会降低此影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种带全反射透镜LED封装结构及具有该LED封装结构的LED。该封装结构能够使LED在小于或等于3.8*3.8*2.0mm尺寸内实现复杂的光学输出(如，小角度出光、可偏折出光和非对称光斑)，而不需要在顶部制作透镜，同时，可以提升芯片光的萃取率。因透镜与基板间为中空结构，减弱胶水内应力对LED产品的影响。
本发明提供一种带透镜LED封装结构，包括基板(基板厚度介于0.1-1mm)，第一焊盘，第二焊盘，LED芯片(芯片尺寸小于或等于1*1mm)，齐纳二极管芯片，连接线，透镜支架，透镜，粘合剂，所述第一焊盘与第二焊盘间隔地设置于所述的基板表面，所述芯片放置于所述第一焊盘上，所述连接线的一端于芯片连接，另一端与第二焊盘连接，所述透镜支架设置于所述基板上，所述透镜设置于所述透镜支架上。
进一步地，所述基板为陶瓷或树脂基板，起支撑芯片、透镜支架和透镜的作用，同时使正反面焊盘形成电连接。
进一步地，所述基板朝向芯片一侧为上表面，底部背面为下表面，上表面及下表面放置焊盘，所述基板设置有贯穿上表面及下表面的第一连接柱及第二连接柱。所述第一连接柱位于基板上表面一端与所述第一焊盘相连，所述第二连接柱位于所述基板上表面一端与所述第二连接柱相连，所述第一连接柱和所述第二连接柱在基板的下表面与电源相连。
进一步地，所述LED封装结构还包括第三焊盘，第四焊盘以及第五焊盘。所述的第三焊盘设置于所述基板的上表面，与所述第二焊盘间隔，所述的第三焊盘与所述的第一焊盘连接，所述第四焊盘及第五焊盘设置于所述基板的下表面上，所述的第四焊盘通过所述的第一连接柱与所述的第一焊盘相连，所述的第五焊盘通过所述的第二连接柱与所述的第二焊盘相连。所述的第四焊盘及所述的第五焊盘与所述的电源相连。
进一步地，所述齐纳二极管芯片通过导电胶固定于所述的第三焊盘上。
进一步地，所述LED芯片通过导电胶固定于所述的第一焊盘上。
进一步地，所述固晶胶从LED芯片的下表面及侧面将LED芯片粘结与所述的第一焊盘上。
进一步地，所述固晶胶从齐纳二极管芯片的下表面及侧面将齐纳二极管芯片粘结于所述的第三焊盘上。
进一步地，所述连接线与齐纳二极管芯片一端连接，另一端与所述第一焊盘连接。
进一步地，所述透镜支架(Holder)为材质为硅胶、树脂、PPA、PCT或EMC，透镜支架通过模压、镭射、注塑、冲压等工艺制作并用粘合剂采用热固化及紫外固化工艺等工艺与基板进行连接。
进一步地，所述透镜支架朝向基板方向为下表面，朝向透镜方向为上表面。所述透镜支架的上表面与所述透镜的通过所述粘合剂相连。
进一步地，所述透镜材料为硅胶、树脂或玻璃，透镜通过模压、沉积等工艺制作，并用粘合剂采用热固化或紫外固化等工艺与透镜支架进行连接。
进一步地，所述透镜平面部分向下延伸的反射透镜部底部开有避空缺口。所述连接LED芯片与第一焊盘的连接线可从避空缺口穿过。
进一步地，所述固晶胶为锡膏、银粉与硅胶或环氧树脂混合而成的导电胶
进一步地，所述粘合剂为紫外固化或热固性胶水。
进一步地，所述连接线为金线或银线或者合金线。
上述的LED封装结构还包括其制造方法，步骤包括：
步骤1、在基板焊盘上电镀金和/或银，起到支撑、导电的作用，透镜支架可以通过模压、镭射、注塑或冲压等方式制作，并通过粘合剂与基板进行粘合，起到支撑、反射光的作用；
步骤2、通过导电胶将芯片、齐纳二极管固定在基板上，并通过连接线将第一、第二焊盘进行电性连接。透镜可以通过模压、沉积等方式进行制作，经激光、机械切割工艺将整片透镜切割为单颗透镜，并将透镜通过胶水与透镜支架进行粘合，透镜起到汇聚、折射、反射光的作用；
步骤3、将粘合在一起的基板，透镜支架、透镜，经激光、机械切割工艺沿设定切割道切割形成单颗LED。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种带透镜LED封装结构，可以解决LED应用端二次光学透镜体积偏大的问题。同时可以解决普通一次光学球状透镜光利用率低，不同角度，LED高度不一致，无法实现复杂出光曲线的问题。
附图说明
图1是本发明带透镜LED封装结构的结构示意图。
图2是本发明所述基板的正面结构示意图。
图3是本发明所述基板的背面结构示意图。
图4是本发明透镜及透镜上避空缺口结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1-2所示，图1提供一种LED封装结构10，包括基板20(基板厚度介于0.1-1mm)，第一焊盘30，第二焊盘31，LED芯片40(芯片尺寸小于或等于1*1mm)，齐纳二极管芯片50，连接线60，透镜支架70，透镜71，粘合剂80，第一焊盘30与第二焊盘31间隔地设置于的基板20表面，LED芯片40放置于第一焊盘30上，连接线60的一端于芯片连接，连接线60另一端与第二焊盘31连接，透镜支架70设置于基板上，透镜71设置于透镜支架上。
在本发明的具体实施例中，基板20为陶瓷或树脂基板，起支撑LED芯片40、透镜支架70和透镜70的作用，同时使正反面焊盘形成电连接。基板20朝向LED芯片40一侧为上表面，底部背面为下表面，上表面及下表面放置焊盘，基板20设置有贯穿上表面及下表面的第一连接柱及第二连接柱。第一连接柱位于基板上表面一端与第一焊盘相连，第二连接柱位于基板上表面一端与第二连接柱相连，第一连接柱和第二连接柱在基板的下表面与电源相连。
如图2-3所示，在本发明的具体实施例中，LED封装结构还包括第三焊盘32，第四焊盘33以及第五焊盘4，第三焊盘32设置于基板的上表面，与第二焊盘31间隔，第三焊盘32与第一焊盘30连接，第四焊盘33及第五焊盘34设置于基板的下表面上，第四焊盘33通过第一连接柱与的第一焊盘30相连，第五焊盘34通过的第二连接柱与的第二焊盘31相连，第四焊盘33及第五焊盘34与电源电路相连。
在本发明的具体实施例中，齐纳二极管芯片50通过导电胶固定于的第三焊盘32上，LED芯片40通过导电胶固定于的第一焊盘30上。固晶胶从LED芯片40的下表面及侧面将LED芯片40粘结与的第一焊盘30上。固晶胶从齐纳二极管芯片50的下表面及侧面将齐纳二极管芯片50粘结于的第三焊盘32上。连接线60与齐纳二极管芯片50一端连接，连接线另一端与第一焊盘30连接。
在本发明的具体实施例中，透镜支架70(Holder)为材质为树脂、PPA、PCT或EMC，透镜支架70通过模压、镭射、注塑、冲压等工艺制作并用粘合剂采用热固化及紫外固化工艺等工艺与基板20进行连接。透镜支架70朝向基板方向为下表面，朝向透镜71方向为上表面。透镜支架70的上表面与透镜70的通过粘合剂相连。透镜71的材料为硅胶、树脂或玻璃，透镜通过模压、沉积等工艺制作，并用粘合剂采用热固化或紫外固化等工艺与透镜支架70进行连接。透镜71平面部分向下延伸的反射透镜部73底部开有避空缺口90。连接LED芯片与第一焊盘的连接线60可从避空缺口90穿过。
进一步的方案是，固晶胶为锡膏、银粉与硅胶或环氧树脂混合而成的导电胶，粘合剂为紫外固化或热固性胶水，连接线为金线或银线或者合金线。
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种带透镜LED封装结构，可以解决LED应用端二次光学透镜体积偏大的问题。同时可以解决普通一次光学球状透镜光利用率低，不同角度，LED高度不一致，无法实现复杂出光曲线的问题。
如图4所示，本发明的具体实施例通过透镜支架70在LED芯片40表面架设全反射透镜71，利用全反射透镜的平凸透镜部72及反射透镜部73充分对光线进行汇聚折射，提升光线利用率，减少光损。平凸透镜部72可以做轴对称和非轴对称两种方案，实现芯片位于轴线中心而出光角度偏折的效果。透镜71上表面可以根据不同需求做成平面、磨砂面、菲尼尔面，而控制出光角度。同时全反射透镜表面74可做平面设计，方便客户端SMT加工，减少器件占用空间。透镜部分设计的键合线避空槽75，可以使透镜更近的贴近芯片，避免光线从芯片和透镜的间隙漏掉。从而更利于产品在不同尺寸芯片及厂家的封装匹配度。本发明可广泛应用于背光，照明，植物生长照明，安防，虹膜识别，数据传输等封装LED产品的制备。
本发明带透镜LED制造方法，先在基板焊盘上电镀金和/或银，起到支撑、导电的作用，透镜支架可以通过模压、镭射、注塑或冲压等方式制作，并通过粘合剂与基板进行粘合，起到支撑、反射光的作用。通过导电胶将芯片、齐纳二极管固定在基板上，并通过连接线将第一、第二焊盘进行电性连接。透镜可以通过模压、沉积等方式进行制作，经激光、机械切割工艺将整片透镜切割为单颗透镜，并将透镜通过胶水与透镜支架进行粘合，透镜起到汇聚、折射、反射光的作用。最后将粘合在一起的基板，透镜支架、透镜，经激光、机械切割工艺沿设定切割道切割形成单颗LED。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带透镜LED封装结构，包括基板，第一焊盘，第二焊盘，LED芯片，齐纳二极管芯片，连接线，透镜支架，透镜，粘合剂，其中，所述第一焊盘与第二焊盘间隔地设置于所述的基板表面，所述LED芯片放置于第一焊盘上，所述连接线的一端与芯片连接，连接线另一端与第二焊盘连接，所述透镜支架设置于所述基板上，所述透镜设置于所述透镜支架上。
2.根据权利要求1所述的带透镜LED封装结构，其特征在于，所述基板为陶瓷或树脂基板，具有支撑LED芯片、透镜支架和透镜的作用，同时使正反面焊盘形成电连接。
3.根据权利要求1所述的带透镜LED封装结构，其特征在于，所述基板朝向芯片一侧为上表面，底部背面为下表面，上表面及下表面放置焊盘，所述基板设置有贯穿上表面及下表面的第一连接柱及第二连接柱，所述第一连接柱位于基板上表面一端与所述第一焊盘相连，所述第二连接柱位于所述基板上表面一端与所述第二连接柱相连，所述第一连接柱和所述第二连接柱在基板的下表面与电源相连。
4.根据权利要求1所述的带透镜LED封装结构，其特征在于，所述LED封装结构还包括第三焊盘，第四焊盘以及第五焊盘，所述的第三焊盘设置于所述基板的上表面，与所述第二焊盘间隔，所述的第三焊盘与所述的第一焊盘连接。所述第四焊盘及第五焊盘设置于所述基板的下表面上，所述的第四焊盘通过所述的第一连接柱与所述的第一焊盘相连，所述的第五焊盘通过所述的第二连接柱与所述的第二焊盘相连，所述的第四焊盘及所述的第五焊盘与所述的电源相连。
5.根据权利要求1所述的带透镜LED封装结构，其特征在于，所述齐纳二极管芯片通过导电胶固定于所述的第三焊盘上，所述连接线与齐纳二极管芯片一端连接，连接线另一端与所述第一焊盘连接，所述连接线为金线或银线或者合金线。
6.根据权利要求1所述的带透镜LED封装结构，其特征在于，所述固晶胶从齐纳二极管芯片的下表面及侧面将齐纳二极管芯片粘结于所述的第三焊盘上，所述固晶胶为锡膏、银粉与硅胶或环氧树脂混合而成的导电胶。
7.根据权利要求1所述的带透镜LED封装结构，其特征在于，所述LED芯片通过导电胶固定于所述的第一焊盘上，所述固晶胶从LED芯片的下表面及侧面将LED芯片粘结与所述的第一焊盘上。
8.根据权利要求1所述的带透镜LED封装结构，其特征在于，所述透镜支架(Holder)为材质为硅胶、树脂、PPA、PCT或EMC，透镜支架通过模压、镭射、注塑、冲压等工艺制作并用粘合剂采用热固化及紫外固化工艺与基板进行连接，所述透镜支架朝向基板方向为下表面，朝向透镜方向为上表面，所述透镜支架的上表面与所述透镜的通过所述粘合剂相连，所述透镜材料为硅胶、树脂或玻璃，透镜通过模压、沉积等工艺制作，并用粘合剂采用热固化或紫外固化工艺与透镜支架进行连接，所述粘合剂为紫外固化或热固性胶水。
9.根据权利要求1所述的带透镜LED封装结构，其特征在于，所述透镜平面部分向下延伸的反射透镜部底部开有避空缺口，所述连接LED芯片与第一焊盘的连接线可从避空缺口穿过。
10.一种带透镜LED的制造方法，其特征在于，步骤包括：
步骤1、在基板焊盘上电镀金和/或银，起到支撑、导电的作用，透镜支架可以通过模压、镭射、注塑或冲压等方式制作，并通过粘合剂与基板进行粘合，起到支撑、反射光的作用；
步骤2、通过导电胶将芯片、齐纳二极管固定在基板上，并通过连接线将第一、第二焊盘进行电性连接。透镜可以通过模压、沉积等方式进行制作，经激光、机械切割工艺将整片透镜切割为单颗透镜，并将透镜通过胶水与透镜支架进行粘合，透镜起到汇聚、折射、反射光的作用；
步骤3、将粘合在一起的基板，透镜支架、透镜，经激光、机械切割工艺沿设定切割道切割形成单颗LED。
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