CN108550677A - 一种紫外led封装器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及紫外LED封装技术领域，公开了一种紫外LED封装器件，该封装器件包括陶瓷基板与固定于陶瓷基板上的反光杯，反光杯的内表面形成封装槽，封装槽包括紫外LED芯片安装槽与石英玻璃透镜安装槽，紫外LED芯片固定于陶瓷基板上且位于反光杯底端的紫外LED芯片安装槽内，石英玻璃透镜固定于反光杯顶端的石英玻璃透镜安装槽上，封装槽上设置有金属镀层，金属镀层上阵列布置有多个聚光反射单元，聚光反射单元的表面设置有金属镀层。上述封装器件通过封装槽上的金属镀层及其聚光反射单元来提高紫外LED芯片侧面光线的利用率，有效提高紫外LED封装器件的光提取率，进而提高器件性能的可靠性，延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于紫外LED封装技术领域，更具体地，涉及一种紫外LED封装器件。
背景技术
紫外线(ultraviolet，简称UV)是电磁波谱中波长从100nm到400nm辐射的总称。根据波长的不同，一般把紫外线分为A、B、C三个波段，UV-A为400～315nm，UV-B为315～280nm，UV-C为280～100nm。在UV LED市场应用中，UV-A最主要的应用市场为固化、油墨印刷等领域，UV-B以医疗为主、深紫外UV-C则主要应用于是杀菌、消毒。
发光二极管(LightEmitting Diode，简称LED)，在现今的日常生活和工业用途中越来越广泛，以其功耗低、发光响应快、可靠性高、辐射效率高、寿命长、对环境无污染、结构紧凑等诸多优点获得了大量的市场份额，是一种极具前景的绿色环保光源。相比紫外荧光灯，紫外LED因其发光面积小，具有很高的表面辐射光强，可广泛应用于杀菌消毒等领域，是最有希望的新一代紫外光源。紫外LED技术的应用将保持快速增长，紫外LED也将持续保持高度研究热点，其中包括紫外LED的封装研发。
虽然蓝光LED的外量子效率可到70％，但由于深紫外LED的材料限制，其晶体生长质量较差外量子效率还不到10％，导致其光辐射效率很低，同时为获取较高的光功率，其较高的输入功率导致其发热问题严重。另从封装材料看，由于紫外LED特别是深紫外LED具有较强的光子能量，传统的LED有机封装材料因其键能低，很容易被深紫外光破坏而导致其性质发生变化，所以目前的深紫外LED封装一般采用无机封装，但因材料及工艺的限制，目前的无机封装结构LED侧面的光线得不到有效利用，导致紫外光提取率低下，严重制约其应用推广。因此，提高紫外LED封装器件的光提取率和散热能力是急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种紫外LED封装器件，该器件能够通过封装槽上的金属镀层及其聚光反射单元来提高紫外LED芯片侧面光线的利用率，有效提高紫外LED封装器件的光提取率，进而提高器件性能的可靠性，延长使用寿命。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种紫外LED封装器件，其包括陶瓷基板与固定于陶瓷基板上的反光杯，反光杯的内表面形成封装槽，封装槽包括紫外LED芯片安装槽与石英玻璃透镜安装槽，紫外LED芯片固定于陶瓷基板上且位于反光杯底端的紫外LED芯片安装槽内，石英玻璃透镜固定于反光杯顶端的石英玻璃透镜安装槽上，封装槽上设置金属镀层，金属镀层上阵列布置多个聚光反射单元，聚光反射单元的表面设置有金属镀层。
上述封装器件，相比于现有的封装技术，通过在封装槽上设置金属镀层，金属镀层上阵列布置有多个聚光反射单元，聚光反射单元的表面设置有金属镀层，能够将紫外LED芯片的出射光经金属镀层与聚光反射单元的聚光与定向，有效改变了出射光的出射方向和出射角度，使出射光更加集中，有效提高了紫外LED封装器件的光提取率，进而提高器件性能的可靠性，延长使用寿命。
进一步的，聚光反射单元包括微型三棱柱或球形凸起。
进一步的，沿反光杯从其顶端到底端的方向微型三棱柱的顶部夹角依次增大。
进一步的，反光杯由环氧树脂制备而成，反光杯的内表面与陶瓷基板的夹角为40°-45°，反光杯的厚度为0.5-0.7mm。
进一步的，反光杯上的金属镀层包括铝薄膜，铝薄膜的厚度为1-1.5um。
进一步的，金属镀层上还设置有氟化镁防护膜，氟化镁防护膜的厚度为紫外LED芯片峰值波长的1/2。
进一步的，氟化镁防护膜的厚度为0.12-0.18um。
进一步的，陶瓷基板的上表面设置有铜镀层，紫外LED芯片固定于铜镀层上。
进一步的，石英玻璃透镜的材料为二氧化硅，石英玻璃透镜的截面形状为矩形或半球形。
进一步的，石英玻璃透镜安装槽的的深度为0.1-0.2mm，石英玻璃透镜通过热固性胶粘剂固定于石英玻璃透镜安装槽上。
相比于现有技术，本发明具有如下的技术效果：
本发明公开了一种紫外LED封装器件，该封装器件包括陶瓷基板与固定于陶瓷基板上的反光杯，反光杯的内表面形成封装槽，封装槽包括紫外LED芯片安装槽与石英玻璃透镜安装槽，紫外LED芯片固定于陶瓷基板上且位于反光杯底端的紫外LED芯片安装槽内，石英玻璃透镜固定于反光杯顶端的石英玻璃透镜安装槽上，封装槽上设置有金属镀层，金属镀层上阵列布置有多个聚光反射单元，聚光反射单元的表面设置有金属镀层。上述封装器件通过封装槽上的金属镀层及其聚光反射单元来提高紫外LED芯片侧面的光线的利用率，有效提高紫外LED封装器件的光提取率，进而提高器件性能的可靠性，延长使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种紫外LED封装器件的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种紫外LED封装器件的主视图；
图3为本发明实施例提供的一种紫外LED封装器件的剖视图；
图4为本发明实施例提供的又一种紫外LED封装器件的结构示意图；
其中：1、陶瓷基板；2、反光杯；3、封装槽；31、紫外LED芯片安装槽；32、石英玻璃透镜安装槽；4、紫外LED芯片；41、正电极；42、负电极；5、石英玻璃透镜；6、金属镀层；7、聚光反射单元；71、微型三棱柱或球形凸起；8、氟化镁防护膜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
如图1-3所示，本发明实施例提供一种紫外LED封装器件，该封装器件包括陶瓷基板1与固定于陶瓷基板1上的反光杯2，反光杯2的内表面形成封装槽3，封装槽3包括紫外LED芯片安装槽31与石英玻璃透镜安装槽32，紫外LED芯片4固定于陶瓷基板上且位于反光杯底端的紫外LED芯片安装槽内，石英玻璃透镜5固定于反光杯顶端的石英玻璃透镜安装槽上，封装槽3上设置金属镀层6，金属镀层6上阵列布置多个聚光反射单元7，聚光反射单元7的表面设置有金属镀层6。
其中，陶瓷基板1作为紫外LED芯片的载体要求具有良好的散热功能，其材料根据输出功率选择氮化铝陶瓷或氧化铝陶瓷。
图3是沿图2中A-A′向的纵剖面结构示意图，如图3所示，反光杯2设置于陶瓷基板1上，作为封装器件的一部分其内表面形成紫外LED芯片的封装槽以封装紫外LED芯片。反光杯呈碗状结构，其顶端固定有石英玻璃透镜，底端固定有紫外LED芯片，沿着从顶端到底端的方向反光杯内壁为光滑的倾斜面，相比于传统的平面封装结构能够充分的反射紫外LED侧面的光线，增大紫外线的利用率。其中，顶端是指远离陶瓷基板的一端，相应的底端是靠近陶瓷基板的一端。
优选的，反光杯由热固性环氧树脂制备而成，优选日立化成CEL-W-7005型热固型环氧树脂材料。
优选的，紫外LED芯片尺寸为42-45mil(即1-1.2mm)，其厚度约6-10mil(即0.15-0.25mm)，根据配光模拟及封装尺寸设计，反光杯的内表面与陶瓷基板的夹角为40°-45°，反光杯的深度为0.5-0.7mm，通过控制芯片上表面与玻璃透镜的间隙降低光线在透镜表面的全反射，这样的设置能够使出光效果更优，使紫外LED芯片的出射光的出射角度与方向得到有效改变，使出射光线更加集中。
封装槽3由反光杯2的内表面形成，封装槽3包括紫外LED芯片安装槽31与石英玻璃透镜安装槽32，紫外LED芯片固定于陶瓷基板上1且位于反光杯底端的紫外LED芯片安装槽31内，石英玻璃透镜固定于反光杯顶端的石英玻璃透镜安装槽32上。
其中，紫外LED芯片安装槽31的台阶面a与底面b之间由倾斜面过度，形成V形或U形微结构，对紫外光线进行有效地反射，增大紫外光线的提取率。紫外LED芯片4固定于陶瓷基板上且位于反光杯底端的紫外LED芯片安装槽内。
石英玻璃透镜安装槽32设置于反光杯的顶端，石英玻璃透镜安装槽32的台阶面c与底面d之间由垂直面过度，形成L形结构，其中底面d与紫外LED芯片安装槽31的台阶面b为同一平面。
石英玻璃透镜放置于石英玻璃透镜安装槽32的底面d上，在底面d上涂覆热固性胶粘剂，将石英玻璃透镜固定于石英玻璃透镜安装槽，使底面d起到“连接+密封”的作用，同时用于承载石英玻璃。
优选的，石英玻璃透镜安装槽32中台阶面c与底面d的高度差为0.1-0.2mm，这样设置既保证透镜厚度的强度，又不至于透镜过厚导致其内多次折射而吸收光线。
紫外LED芯片4，包括正电极41和负电极42，正电极41和负电极42之间有空隙且通过倒装银浆焊接于陶瓷基板上完成电气连接。
优选的，紫外LED芯片选用倒装结构深紫外UV-C LED，其中倒装结构是指LED芯片的正负电极在同一底平面的一种芯片结构。
优选的，紫外LED芯片为尺寸为42-45mil(1-1.2mm)，其厚度约6-10mil(0.15-0.25mm)，其发射的光线的波长为260-280nm。
石英玻璃透镜5通过抗紫外胶水或硅胶固定于反光杯上的石英玻璃透镜安装槽32中，石英玻璃透镜起到密封LED芯片的作用并同时兼具透镜功能，通过其半球形设计，增加了二次取光能力。
优选的，石英玻璃透镜5的材料为二氧化硅，其在260-280nm时折射率为1.42，它既可以透过紫外光谱又可透过可见光和近红外光谱，是所有透紫外材料的最优者，而普通玻璃则可阻隔90％以上的300nm以下的光线。
优选的，石英玻璃透镜5截面形状为半球形，以减少紫外光线在透镜表面的全反射损失，降低光在传播过程中的菲涅尔损耗。
金属镀层6镀覆于反光杯的内表面，与具有倾斜面的反光杯一起有效的反射紫外LED侧面的光线，增大紫外线的利用率。金属镀层6形成于陶瓷基板的顶层、紫外LED芯片安装槽31与石英玻璃透镜安装槽32的表面。
优选的，金属镀层6包括铝薄膜，该铝薄膜通过蒸镀的方法，采用真空镀膜设备将铝材加热至600-1200°，蒸镀腔体内温度约40-50度，蒸镀速率大于40nm/s的条件下，形成致密的金属反射膜，铝的纯度为99.99％。相对于其他的金属材料银、金或铜，金属铝对紫外光线具有最高的反射率，且是从紫外区到红外区都具有很高反射率的唯一材料。
优选的，铝薄膜的厚度为1-1.5um，过薄造成粗糙度增加,因而使反射率偏低，过厚影响铝膜与基材的附着强度。
聚光反射单元7阵列布置于金属镀层6上，聚光反射单元7能够将紫外LED芯片的出射光经金属镀层与聚光反射单元的聚光与定向，有效改变了出射光的出射方向和出射角度，使出射光更加集中，有效提高了紫外LED封装器件的光提取率，进而提高器件性能的可靠性，延长使用寿命。
优选的，如图3所示，聚光反射单元7包括微型三棱柱或球形凸起71，微型三棱柱或球形凸起71的底面平行于金属镀层6设置，利用微型三棱柱或球形凸71的反射作用将紫外LED的出射光得到进一步聚光和导向，使得出射光更加集中，提高紫外LED的光提取率。
优选的，为了保证照射到不同位置上的微型三棱柱71的出射光都能够得到反射，沿反光杯顶端到底端的方向微型三棱柱的顶部夹角依次增大，即微型三棱柱71所在位置越低，其顶部夹角越大。
优选的，如图4所示，采用真空镀膜的方式在金属镀层6上蒸镀有氟化镁防护膜8，镀膜过程中其蒸发速率为2-5nm/s，氟化镁防护膜8能够有效防止铝膜被划伤或被氧化而不导致反射率的降低。作为紫外反射镜的铝膜不能用一氧化硅或氧化铝作保护膜，因为它在紫外区有显著的吸收，用氟化镁其镀层牢固作为防止铝氧化的保护膜，在紫外区已得到了成功的应用
因不同材料的的反光率与波长有关，具体的，氟化镁防护膜8的厚度为紫外芯片峰值波长的1/2。
优选的，氟化镁防护膜8的厚度为0.12-0.18um，
优选的，本发明实施例提供的陶瓷基板的上表面设置有铜镀层8，紫外LED芯片固定于铜镀层上。
优选的，陶瓷基板的正面与背面涂铜镀层，位于正面的铜镀层上的正电极41与负电极42之间设置绝缘区，该绝缘区的宽度根据芯片的尺寸大小来决定，绝缘区的宽度小于LED芯片正电极41与负电极42间距。将紫外LED芯片4的正电极41和负电极42分别焊接于绝缘区两边的铜镀层上完成电气连接，即陶瓷基板与被绝缘区隔开的两部分铜镀层整体构成电路的正负极。
相比于现有技术，本发明具有如下的技术效果：
本发明公开了一种紫外LED封装器件，该封装器件包括陶瓷基板与固定于陶瓷基板上的反光杯，反光杯的内表面形成封装槽，封装槽包括紫外LED芯片安装槽与石英玻璃透镜安装槽，紫外LED芯片固定于陶瓷基板上且位于反光杯底端的紫外LED芯片安装槽内，石英玻璃透镜固定于反光杯顶端的石英玻璃透镜安装槽上，封装槽上设置有金属镀层，金属镀层上阵列布置有多个聚光反射单元，聚光反射单元的表面设置有金属镀层。上述封装器件通过封装槽上的金属镀层及其聚光反射单元来提高紫外LED芯片侧面的光线的利用率，有效提高紫外LED封装器件的光提取率，进而提高器件性能的可靠性，延长使用寿命。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种紫外LED封装器件，其特征在于，所述封装器件包括陶瓷基板与固定于所述陶瓷基板上的反光杯，所述反光杯的内表面形成封装槽，所述封装槽包括紫外LED芯片安装槽与石英玻璃透镜安装槽，所述紫外LED芯片固定于所述陶瓷基板上且位于所述反光杯底端的所述紫外LED芯片安装槽内，所述石英玻璃透镜固定于所述反光杯顶端的所述石英玻璃透镜安装槽上，所述封装槽上设置金属镀层，所述金属镀层上阵列布置多个聚光反射单元，所述聚光反射单元的表面设置金属镀层。
2.根据权利要求1所述的紫外LED封装器件，其特征在于，所述聚光反射单元包括微型三棱柱或球形凸起。
3.根据权利要求2所述的紫外LED封装器件，其特征在于，沿所述反光杯从其顶端到底端的方向所述微型三棱柱的顶部夹角依次增大。
4.根据权利要求1所述的紫外LED封装器件，其特征在于，所述反光杯由环氧树脂制备而成，所述反光杯的内表面与所述陶瓷基板的夹角为40°-45°，所述反光杯的深度为0.5-0.7mm。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的紫外LED封装器件，其特征在于，所述反光杯上的金属镀层包括铝薄膜，所述铝薄膜的厚度为1-1.5um。
6.根据权利要求1所述的紫外LED封装器件，其特征在于，所述金属镀层上还设置有氟化镁防护膜，所述氟化镁防护膜的厚度为所述紫外LED芯片峰值波长的1/2。
7.根据权利要求6所述的紫外LED封装器件，其特征在于，所述氟化镁防护膜的厚度为0.12-0.18um。
8.根据权利要求1所述的紫外LED封装器件，其特征在于，所述陶瓷基板的上表面设置有铜镀层，所述紫外LED芯片固定于所述铜镀层上。
9.根据权利要求1所述的紫外LED封装器件，其特征在于，所述石英玻璃透镜的材料为二氧化硅，所述石英玻璃透镜的截面形状为矩形或半球形。
10.根据权利要求1所述的紫外LED封装器件，其特征在于，所述石英玻璃透镜安装槽的的深度为0.1-0.2mm，所述石英玻璃透镜通过热固性胶粘剂固定于所述石英玻璃透镜安装槽上。
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