CN108134007A - 一种紫外led封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外LED封装结构，包括：支架、腔体、LED芯片、填充材料层、粘结层以及透镜，所述腔体位于所述支架与透镜之间，所述LED芯片位于所述腔体内部，所述支架与透镜通过粘结层进行封装，其特征在于：所述粘结层为多层结构，且所述粘结层的至少一层结构的材料与填充材料层的材料相同。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种紫外LED封装结构。
背景技术
发光二极管（英文简称LED），是一种固体半导体发光器件。随着LED 技术的发展，LED 的模组波段逐渐往近紫外甚至深紫外方向发展。众所周之，紫外LED作为新一代绿色光源，具有光效高、寿命长、节能、环保等众多优点，其应用领域越来越广泛，如室内外消毒、背光源、UV打印、医疗、餐饮、植物生长等。但是当前的紫外（UV）LED封装结构，特别是深紫外（DUV）LED封装结构一般采用全无机封装，此种封装结构的光从芯片出射后进入到空气，然后再经过石英玻璃等材质透射到外界。整个光路有多次的光密介质到光疏介质，而且界面是平面结构，因此存在非常大的全反射现象，对出光效率造成了很大的影响。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种紫外LED封装结构。
根据本发明的第一方面，一种紫外LED封装结构，包括：支架、腔体、LED芯片、填充材料层、粘结层以及透镜，所述腔体位于所述支架与透镜之间，所述LED芯片位于所述腔体内部，所述支架与透镜通过粘结层进行封装，其特征在于：所述粘结层为多层结构，且所述粘结层的至少一层结构的材料与填充材料层的材料相同。
优选地，所述粘结层为至少三层结构，包括：与所述透镜接触的第一层、与所述支架接触的第二层，以及介于第一层与第二层之间的第三层。
优选地，所述粘结层为至少五层结构，包括：介于第一层与第三层之间的第四层，以及介于第二层与第三层之间的第五层。
优选地，所述粘结层包括不连续层。
优选地，所述填充材料层含有F元素或者Si-F或者C-F键或Si-O键或C-C键或甲基或苯基。
优选地，所述填充材料层为液态。
优选地，所述填充材料层的折射率介于1.3~1.6之间。
优选地，所述填充材料层于260~320nm波段的透射率大于80%。
优选地，所述填充材料层包覆所述LED芯片。
优选地，所述支架包括碗杯结构。
优选地，所述碗杯结构与支架为一体成型，或者碗杯结构与支架为独立成型。
优选地，所述透镜的球心于支架的上表面中心位置法线方向移动。
优选地，所述透镜的球心位于所述腔体内部。
优选地，所述透镜的球心位于所述透镜的下表面。
优选地，所述透镜的球心位于所述支架的上表面。
优选地，所述透镜的球心位于所述LED芯片的上表面或者下表面或者内部。
优选地，所述透镜的球心位于所述填充材料层的上表面或者下表面或者内部。
优选地，所述透镜含有一内凹的空腔。
优选地，所述透镜的外表面包括一弧面部分，且该弧面部分为球面的一部分。
优选地，所述透镜包括底平面层。
根据本发明的第二方面，一种紫外LED封装结构，包括：支架、腔体、LED芯片、填充材料层、粘结层以及透镜，所述腔体位于所述支架与透镜之间，所述LED芯片位于所述腔体内部，所述支架与透镜通过粘结层进行封装，其特征在于：所述透镜的球心于所述支架的上表面中心位置法线方向移动。
优选地，所述透镜的球心位于所述腔体内部。
优选地，所述透镜的球心位于所述透镜的下表面或内部。
优选地，所述透镜的球心位于所述支架的上表面。
优选地，所述透镜的球心位于所述LED芯片的上表面或者下表面或者内部。
优选地，所述透镜的球心位于所述填充材料层的上表面或者下表面或者内部。
优选地，所述透镜含有一内凹的空腔。
优选地，所述透镜的外表面包括一弧面部分，且该弧面部分为球面的一部分。
优选地，所述透镜包括底平面层。
优选地，所述填充材料层包覆所述LED芯片。
优选地，所述粘结层为多层结构。
与现有技术相比，本发明提供的一种紫外LED封装结构，至少包括以下技术效果：
（1）通过含有一内凹的空腔的透镜，并且透镜与LED芯片间的还设有填充材料层，大大地提升了出光效率，相对于常规紫外LED封装结构，光效提升幅度达到30%以上；
（2）透镜与支架之间的粘结层采用多层结构，增强黏着力和密封性，提升封装结构的可靠性；
（3）透镜的球心位置，可以在支架的上表面中心位置法线方向移动，通过调控球心的位置，可以使得发光角度保持基本不变，维持封装结构的一致性。封装空间比较小时，可以选择球心靠下的透镜；有足够封装空间时，可以选择球心较高的透镜，以达到较高的亮度。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1是实施例1的紫外LED封装结构的剖面示意图；
图2是图1中的粘结层50的局部放大图；
图3是图2中的粘结层50结构另一种变形；
图4是图2中的粘结层50结构再一种变形；
图5是实施例2的紫外LED封装结构的剖面示意图；
图6是实施例3的紫外LED封装结构的剖面示意图；
图7是实施例4的紫外LED封装结构的剖面示意图；
图8是实施例5的紫外LED封装结构的剖面示意图；
图9是实施例6的紫外LED封装结构的剖面示意图；
图10是实施例7的紫外LED封装结构的剖面示意图；
图11是实施例8的紫外LED封装结构的剖面示意图；
图12是实施例9的紫外LED封装结构的剖面示意图。
图中各标号表示如下：10：支架；11：碗杯结构；20：腔体；30：LED芯片；40：填充材料层；50：粘结层；51：第一材料层；52：第二材料层；53：第三材料层；54：第四材料层；55：第五材料层；60：透镜；61：球心；62：底平面层。
具体实施方式
下面结合示意图对本发明的紫外LED封装结构进行详细的描述，在进一步介绍本发明之前，应当理解，由于可以对特定的实施例进行改造，因此，本发明并不限于下述的特定实施例。还应当理解，由于本发明的范围只由所附权利要求限定，因此所采用的实施例只是介绍性的，而不是限制性的。
应当理解，本发明所使用的术语仅出于描述具体实施方式的目的，而不是旨在限制本发明。如本发明所使用的，单数形式“一”、“一种”和“所述”也旨在包括复数形式，除上下文清楚地表明之外。应进一步理解，当在本发明中使用术语“包含”、"包括"、“含有”时，用于表明陈述的特征、整体、步骤、操作、元件、和/或封装件的存在，而不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、封装件、和/或它们的组合的存在或增加。
除另有定义之外，本发明所使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义。应进一步理解，本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本发明中明确如此定义之外。
实施例1
如图1和2所示，本实施例提供一种紫外LED封装结构，其包括：支架10、腔体20、LED芯片30、填充材料层40、粘结层50以及透镜60，所述腔体20位于所述支架10与透镜60之间，所述LED芯片30位于所述腔体20内部，所述支架10与透镜60通过粘结层50进行封装，所述粘结层为多层结构，且所述粘结层的至少一层结构的材料与填充材料层的材料相同。
所述支架10，可以选择包括诸如陶瓷材料的绝缘材料。陶瓷材料包括被同时共烧的低温共烧陶瓷(LTCC)或者高温共烧陶瓷(HTCC)。支架10的主体材料可以是AIN，并且可以是由具有140 W/(m·K)或者更高的导热性的金属氮化物形成。
所述LED芯片30，置于支架10之上，其波长介于200~380nm之间，具体来说可以是长波(代号UV-A，波长315~380nm)、中波(UV-B，280~315nm)、短波(UV-C，200~280nm)，发光波长可以根据实际用途的需要选择，比如用于表面杀菌、表面固化等；紫外LED芯片的数目可以根据功率需求等因素选择，也可以根据不同的用途在同一个紫外LED封装结构中选择不同波长的紫外LED芯片，或者搭配至少一个紫外LED芯片以及其他波长芯片。
所述填充材料层40，包覆LED芯片30，填充材料层可以含有F元素或者Si-F或者C-F键或Si-O键或C-C键或甲基或苯基，优选含有F元素；填充材料层为液态，如水，硅流体等；填充材料层的折射率介于1.3~1.6之间，优选于260~320nm波段的透射率大于80%。
所述透镜60，优选于260~320nm之间的透光率大于80%，位于填充材料层40之上方；透镜含有一内凹的空腔，提供了放置LED芯片的空间；透镜的外表面，包括一弧面部分，且该弧面部分为球面的一部分，即表面每个点到球心61的距离相同，如半球面；透镜的球心61，位于所述腔体20的上表面，进一步地，位于所述透镜的下表面，同时也位于填充材料层40的上表面。
如图2所示，所述基板和透镜之间有粘结层50，该层为三层结构，包含分别与透镜和支架黏着性好的第一材料层51和第二材料层52，以及与空腔内的填充材料层材料相同的第三材料层53。其中分别与透镜和支架接触的第一材料层51和第二材料层52附着力优选大于或等于2MPa，第三材料层53的厚度优选不超过5μm。第一材料层51和第二材料层52的材质优选含硅胶的材料，且在分子结构的末端混合有极性基团和非极性基团，如底漆；第三材料层53的材质优选与填充材料层40相同，如含有F的氟树脂或者液体如水，硅流体等。
如图3所示，粘结层50还可以为五层结构，包括：介于第一材料层51与第三材料层53之间的第四材料层54，以及介于第二材料层52与第三材料层53之间的第五材料层55。第四材料层54，主要是用于增强第一材料层与第三材料层的黏着力；第五材料层55，主要是要用于增强第二材料层与第三材料层的黏着力。第四材料层54和第五材料层55可以选用分子结构末端含有-COOH，-H，不饱和键的氟树脂或者油脂类材料，如Nusil公司的SP-120，该材料也适用于第一材料层51和第二材料层52。
如图4所示，粘结层50中可以包括不连续层，如第三材料层53为不连续层。
本实施例提供的紫外LED封装结构，其通过含有一内凹的空腔的透镜，并且透镜与LED芯片间的还设有填充材料层，大大地提升了出光效率，相对于常规结构提升幅度达到30%以上；透镜与支架之间的粘结层采用多层结构，更加了黏着力和密封性，提升了封装结构的可靠性。
实施例2
如图5所示，与实施例1不同的是，本实施例的透镜60的内凹的空腔，其下表面为近半球面，有助于提升出光效率。此外，本实施例透镜的球心61，位于所述腔体20的内部，进一步地，位于填充材料层50的内部。
实施例3
如图6所示，与实施例1不同的是，本实施例的透镜的球心61，位于所述腔体20的下表面，进一步地，位于LED芯片30的下表面。
实施例4
如图7所示，与实施例1不同的是，本实施例的透镜的球心61，位于所述腔体20的下表面，进一步地，位于LED芯片30的上表面，同时位于填充材料层50的下表面。
实施例5
如图8所示，与实施例1不同的是，本实施例的透镜的球心61，位于所述透镜60的内部。
从实施例1~实施例5可知，透镜的球心61位置，可以在支架10的上表面中心位置法线方向移动。虽然球心61的位置不同，但是紫外LED封装结构的发光角度可以保持基本不变，维持了封装结构的一致性。封装空间比较小时，可以选择球心靠下的透镜；有足够封装空间时，可以选择球心较高的透镜，以达到较高的亮度。需要补充说明的是，透镜的球心除了位于LED芯片的上表面或者下表面，也可以是位于LED芯片的内部。
实施例6
如图9所示，与实施例1不同的是，本实施例的支架包括碗杯结构11，该碗杯结构11与支架10可以采用冲压等工艺为一体成型，碗杯结构围成的空间构成一腔体20，用于放置LED芯片30以及包裹填充材料层40。碗杯结构内表面有一定的倾斜角度，具有反射LED发出的光线的功能，有助于提高LED封装结构的出光效率。
实施例7
如图10所示，与实施例6不同的是，本实施例的透镜60设有底平面层62，并且优选的透镜60的球心61位于底平面层62上。增设底平面层62，有利于封装工艺过程中吸嘴吸住该层，使得透镜的取放更方便，工艺上更加简便。
实施例8
如图11所示，与实施例7不同的是，本实施例的透镜球心61位于支架10的上表面，同时位于LED芯片的下表面。
实施例9
如图12所示，与实施例6不同的是，本实施例的碗杯结构11与支架10分别为独立加工成型。碗杯结构的倾斜角度可以根据发光角度需要进行调整，此外，碗杯结构的内表面还可以增设高反射涂层等，以进一步增强封装结构的发光效率。
应当理解的是，上述具体实施方案仅为本发明的部分优选实施例，以上实施例还可以进行各种组合、变形。本发明的范围不限于以上实施例，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。
Claims (20)
1.一种紫外LED封装结构，包括：支架、腔体、LED芯片、填充材料层、粘结层以及透镜，所述腔体位于所述支架与透镜之间，所述LED芯片位于所述腔体内部，所述支架与透镜通过粘结层进行封装，其特征在于：所述粘结层为多层结构，且所述粘结层的至少一层结构的材料与填充材料层的材料相同。
2.根据权利要求1所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述粘结层为至少三层结构，包括：与所述透镜接触的第一层、与所述支架接触的第二层，以及介于第一层与第二层之间的第三层。
3.根据权利要求2所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述粘结层为至少五层结构，包括：介于第一层与第三层之间的第四层，以及介于第二层与第三层之间的第五层。
4.根据权利要求1所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述粘结层包括不连续层。
5.根据权利要求1所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述填充材料层含有F元素或者Si-F或者C-F键或Si-O键或C-C键或甲基或苯基。
6.根据权利要求1所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述填充材料层为液态。
7.根据权利要求1所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述填充材料的折射率介于1.3~1.6之间。
8.根据权利要求1所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述填充材料层于260~320nm波段的透射率大于80%。
9.根据权利要求1所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述填充材料层包覆所述LED芯片。
10.根据权利要求1所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述支架包括碗杯结构。
11.根据权利要求10所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述碗杯结构与支架为一体成型，或者碗杯结构与支架为独立成型。
12.根据权利要求1所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述透镜的球心于支架的上表面中心位置法线方向移动。
13.根据权利要求1所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述透镜的球心位于所述腔体内部。
14.根据权利要求1所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述透镜的球心位于所述透镜的下表面。
15.根据权利要求1所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述透镜的球心位于所述支架的上表面。
16.根据权利要求1所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述透镜的球心位于所述LED芯片的上表面或者下表面或者内部。
17.根据权利要求1所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述透镜的球心位于所述填充材料层的上表面或者下表面或者内部。
18.根据权利要求1所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述透镜含有一内凹的空腔。
19.根据权利要求1所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述透镜的外表面包括一弧面部分，且该弧面部分为球面的一部分。
20.根据权利要求1所述的一种紫外LED封装结构，其特征在于：所述透镜包括底平面层。
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