CN109473512B - 一种全无机led灯及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种全无机LED灯及其封装方法，包括基座和LED芯片，在基座上设有碗杯，LED芯片设在碗杯内并与基座电连接，在碗杯上设有密封LED芯片的玻璃盖板，在碗杯表面涂覆有焊料，玻璃盖板与碗杯之间通过焊料键合。通过焊料键合玻璃盖板与碗杯，能避免有机材料如硅胶的应用，可用于不适合使用有机材料器件的封装，解决了恶劣环境下相关器件封装材料易老化变质问题。
Description
技术领域
本发明属于LED照明领域，具体涉及一种全无机LED灯及其封装方法。
背景技术
LED具有体积小效能高、适用性强、稳定性好、响应时间短、寿命长、不污染环境等优良特性，从而本广泛地应用到人们日常生活中，近几年来，随着人们生活水平的提高，紫外LED具有杀菌消毒、防伪、固化等功能，从而紫外LED的应用越来越广泛，目前，LED的封装多采用硅胶、环氧树脂等有机材料对LED芯片进行密封保护，这些材料透光性好、易于操作、能提高光取出量，对封装条件要求较高，如果固化温度高、固化时间短、或者搅拌不完全等，容易出现气泡、裂胶、爆顶、LED变黄等现象，特别对于紫外LED来说，由于紫外LED照射环氧树脂等有机胶时，会导致环氧树脂内分子间键链断裂从而造成环氧树脂老化，从而影响紫外LED的封装的气密性，导致LED容易受到水、光、热等因素的影响，从而导致紫外LED器件的功能等急剧衰减，甚至失效，降低紫外LED的使用寿命，所以寻求简易的无机封装工艺非常必要。
现有的申请号为201310220818.X，公布日为2013年9月25日的专利文件中公开了一种LED及其封装方法，LED封装方法包括如下步骤：(1)在陶瓷基板上开设凹槽，并将LED芯片固定在所述凹槽内；(2)在陶瓷基板上于所述凹槽的外围设置一圈金属层；(3)在玻璃盖板的边缘设置一圈金属框；玻璃盖板边缘设有金属框，金属框材料的膨胀系数与玻璃相近；使之与玻璃构成带天窗的复合盖板，基板金属层与复合盖板金属框材料具有相近熔点并能很好熔接；(4)利用压力电阻焊将陶瓷基板上的金属层与玻璃复合盖板上的金属框焊接在一起。该发明的封装所采用的压力电阻焊封装工艺是通过压力电阻焊原理实现金属框与高光透过率玻璃窗口构成的组合体与LED支架无缝焊接，实现LED器件非直接高温加热快速实现玻璃与LED支架气密封装，避免有机材料如硅胶的应用，但是由于其是采用压力电阻焊封装工艺对LED器件封装时，由于压力电阻焊需要采用电极轮加压与基板和金属框连接，这样电极轮直接与基板和金属框接触从而容易损伤被焊接部件；使得LED器件可靠性不高。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种全无机LED灯及其封装方法，解决紫外LED芯片不适合使用有机材料封装的问题，提高器件的寿命、稳定性和可靠性。
为达到上述目的，本发明一种全无机LED灯的封装方法，包括以下步骤：
S1、预处理：包括准备LED芯片、设置有碗杯的基座；预备玻璃盖板；
S2、将LED芯片固定在碗杯内；
S3、在碗杯表面涂覆焊料，焊料涂覆的厚度为0.02～0.5mm；
S4、在真空或惰性气体环境下，将玻璃盖板放置在碗杯上；
S5、将基座置于烤箱或回流炉中进行烘烤固化使玻璃盖板与碗杯紧密相连。
以上封装方法，步骤S3中在碗杯表面涂覆焊料时，如果焊料太薄工艺上较难实现，且均匀性很难保证，容易形成空洞；如果焊料太厚容易造成溢出；将玻璃盖板放置在碗杯上，便于形成玻璃盖板与碗杯密封空间内为真空环境，防止密封空间内存在氧气从而导致密封空间内材料的氧化，延长LED的寿命；步骤S5中通过将基座置于烤箱或回流炉中进行烘烤固化连接玻璃盖板与碗杯的方法简单、高效和可靠，焊料固化时无需额外施加压力；玻璃盖板与碗杯通过焊料键合形成密闭腔体，气密性好。采用此结构的LED灯具有气密性好、可靠性高的优点。
进一步的，步骤S1中预备的玻璃盖板为设有金属层的玻璃盖板，在步骤S5之前还包括激光预焊接步骤，激光预焊接步骤：在玻璃盖板上用激光焊接一个或多个预焊点，将玻璃盖板固定在碗杯上，激光焊预焊接采用脉冲形式输出的激光，主要的工艺参数为：峰值功率为50～200W；平均功率为3-15W；激光器焦点位置为距离被焊接面±5mm。在玻璃盖板上设置金属层后，可以通过激光焊将玻璃盖板预固定在碗杯上，防止在将基座置于烤箱或回流炉中烘烤固化时玻璃盖板处于无限制的状态而在碗杯上发生位移进而影响玻璃盖板可靠地固定在碗杯上。
进一步的，步骤S1中预备的玻璃盖板位设有金属框的玻璃盖板，在步骤S5之前还包括激光焊预焊接步骤，激光预焊接步骤包括：在玻璃盖板上用激光焊接一个或多个预焊点，将玻璃盖板固定在碗杯上，激光焊预焊接采用脉冲形式输出的激光，主要的工艺参数为：峰值功率为50～200W；平均功率为3-15W；激光器焦点位置为距离被焊接面±5mm。通过在玻璃的边缘设置金属框形成玻璃盖板，金属框与碗杯通过激光焊接实现预固定，防止在将基座置于烤箱或回流炉中烘烤固化时玻璃盖板处于无限制的状态而在碗杯上发生位移进而影响玻璃盖板固定在碗杯上，同时金属框能确保激光预焊接的足够厚度，防止由于玻璃盖板上金属层太薄从而导致焊接不牢固的问题发生。
进一步的，步骤S5中烤箱或回流炉的升温速率控制在1～20℃/S；降温速率控制在1～5℃/S；烤箱或回流炉内基座的峰值温度≤340℃。如果升温太快容易造成玻璃、碗杯和焊料三者间的拉扯力过大，导致玻璃破裂；同样，降温不可过快，降温过快也容易导致玻璃破裂；芯片的耐温一般低于320℃，所以烤箱或回流炉内基座的峰值温度≤340℃。
本发明还提供一种全无机LED灯，包括基座和LED芯片，在基座上设有碗杯，LED芯片设在碗杯内并与基座电连接，在碗杯上设有密封LED芯片的玻璃盖板，在碗杯表面涂覆有焊料，玻璃盖板与碗杯之间通过焊料键合。通过焊料键合玻璃盖板与碗杯，能避免有机材料如硅胶的应用，可用于不适合使用有机材料器件的封装，解决了恶劣环境下相关器件封装材料易老化变质问题，通过将基座置于烤箱或回流炉中进行烘烤固化连接玻璃盖板与碗杯的方法简单、高效和可靠，焊料固化时无需额外施加压力；玻璃盖板与碗杯通过焊料键合形成密闭腔体，气密性好。
进一步的，所述玻璃盖板为设有金属层的玻璃盖板，在所述玻璃盖板与碗杯之间设有通过激光预焊形成的预焊点。在玻璃盖板上设置金属层后，可以通过激光焊将玻璃盖板预固定在碗杯上，防止在将基座置于烤箱或回流炉中烘烤固化时玻璃盖板处于无限制的状态而在碗杯上发生位移进而影响玻璃盖板可靠地固定在碗杯上。
进一步的，所述玻璃盖板为设有金属框的玻璃盖板，在所述玻璃盖板与碗杯之间设有通过激光预焊形成的预焊点。通过在玻璃的边缘设置金属框形成玻璃盖板，金属框与碗杯通过激光焊接实现预固定，防止在将基座置于烤箱或回流炉中烘烤固化时玻璃盖板处于无限制的状态而在碗杯上发生位移进而影响玻璃盖板固定在碗杯上，同时金属框能确保激光预焊接的足够厚度，防止由于玻璃盖板上金属层太薄从而导致焊接不牢固的问题发生。
进一步的，所述LED芯片为紫外LED芯片。紫外光会加速有机材料的的老化，使用本结构的LED灯能适应紫外LED芯片。
进一步的，所述焊料涂覆的厚度为0.02～0.5mm。焊料太薄工艺上较难实现，且均匀性很难保证，容易形成空洞；焊料太厚容易造成溢出。
进一步的，所述玻璃盖板、焊料与碗杯上表面材料之间的热膨胀系数之间的差值小于10％，由于玻璃盖板与金属框之间的热膨胀系数之间的差值小于10％，能防止由于玻璃盖板与金属框之间的热膨胀系数相差过大导致金属框受热膨胀导致玻璃盖板损坏玻璃透镜对激光有聚集的效果，适应于定向性应用。
附图说明
图1为本发明中一种全无机LED灯采用平面硬质玻璃的结构示意图。
图2为本发明中一种全无机LED灯采用玻璃透镜的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对发明做进一步详细说明。
实施例一：
如图1和图2所示，一种全无机LED灯，包括基座1，在基座1上开设凹槽形成碗杯2或在基座1上设置的围坝形成碗杯2，在碗杯2内设置有紫外LED芯片3，紫外LED芯片3与基座1电连接。
玻璃盖板4为整块玻璃结构、设有金属层的玻璃盖板或设有金属框的玻璃盖板，且玻璃盖板4中玻璃为整块的平面硬质玻璃或玻璃透镜，玻璃透镜对激光有聚集的效果，适应于定向性应用。
在碗杯2表面涂覆有厚度为0.02～0.5mm的焊料5，本实施例中焊料选用金属焊料、金属和无机物混合焊料或烧结银胶，在真空或惰性气体下，将玻璃盖板4放置在碗杯2上的焊料5上，然后将玻璃盖板4与碗杯2通过焊料5键合。玻璃盖板4的平面度越好，对射出光的角度的影响越小，且紫外LED芯片3发出的光被反射和折射掉的越少，光的损耗越小；玻璃盖板4对红外波段光的透过率>90％为佳。玻璃盖板4与碗杯2的热膨胀系数差别较大，焊料可作为热膨胀层/应力缓冲层，实现玻璃盖板4、焊料、碗杯2三者之间的热膨胀系数匹配。
实施例二：
如图1和图2所示，一种全无机LED灯，包括基座1，在基座1上开设凹槽形成碗杯2或在基座1上设置的围坝形成碗杯2，在碗杯2内设置有紫外LED芯片3，紫外LED芯片3与基座1电连接。
玻璃盖板4为设有金属层的玻璃盖板或设有金属框的玻璃盖板，在碗杯2表面涂覆有厚度为0.02～0.5mm的焊料5，本实施例中焊料选用金属焊料、金属和无机物混合焊料或烧结银胶，在真空或惰性气体下，将玻璃盖板4放置在碗杯2上的焊料5上，在玻璃盖板4上用激光焊一个或多个预焊点，预焊点在玻璃盖板4周边均匀分布，并相对于玻璃盖板4对称分布，将玻璃盖板4预固定在碗杯2上，然后将玻璃盖板4与碗杯2通过焊料5键合，通过在玻璃盖板4上预先形成一个以上预焊点，能有效地防止玻璃盖板4在碗杯2上飘移进而能使得玻璃盖板4可靠地固定在碗杯2上。玻璃盖板4的平面度越好，对射出光的角度的影响越小，且紫外LED芯片3发出的光被反射和折射掉的越少，光的损耗越小；玻璃盖板4对红外波段光的透过率>90％为佳。玻璃盖板4与碗杯2的热膨胀系数差别较大，焊料可作为热膨胀层/应力缓冲层，实现玻璃盖板4、焊料、碗杯2三者之间的热膨胀系数匹配。
实施例三：
如图1和图2所示，本发明还提供了一种全无机LED灯的封装方法，包括以下步骤：
S1、预处理：包括准备设置有碗杯2的基座1和紫外LED芯片3；预备玻璃盖板4，玻璃盖板4为整块玻璃结构、设有金属层的玻璃盖板或设有金属框的玻璃盖板，且玻璃盖板4中玻璃为整块的平面硬质玻璃或玻璃透镜，玻璃透镜对激光有聚集的效果，适应于定向性应用；
S2、将紫外LED芯片3固定在碗杯2内；
S3、在碗杯2表面涂覆焊料5，焊料5涂覆的厚度为0.02～0.5mm；
S4、在真空或惰性气体环境下，真空环境即进行抽真空处理，惰性气体可以是氮气等，将玻璃盖板4放置在碗杯2上；
S5、将基座1置于烤箱或回流炉中进行烘烤固化使玻璃盖板4与碗杯2紧密相连。烤箱或回流炉的升温速率控制在1～20℃/S；降温速率控制在1～5℃/S；烤箱或回流炉内基座的峰值温度≤340℃。
此封装方法简单、高效、可靠，焊料固化时无需额外施加压力。玻璃盖板4与碗杯2通过焊料5键合形成密闭腔体，气密性好。本实施例中焊料选用金属焊料、金属和无机物混合焊料或烧结银胶，采用此封装方法制造的LED灯具有气密性好、可靠性高的优点，所有物料全部采用无机材料，通过此封装方法可以实现全无机封装LED灯，尤其是深紫外波段的LED灯。采用此封装方法实现的全无机封装深紫外LED灯气密性好、可靠性高、不使用有机材料，可使深紫外LED芯片与外界环境隔绝，保证深紫外LED芯片的使用寿命。
实施例四：
如图1和图2所示，本发明还提供了一种全无机LED灯的封装方法，包括以下步骤：
S1、预处理：包括准备设置有碗杯2的基座1和紫外LED芯片3；预备玻璃盖板4，本实施例中，玻璃盖板4为设置了金属层的玻璃盖板或设置了金属框的玻璃盖板；
S2、将紫外LED芯片3固定在碗杯2内；
S3、在碗杯2表面涂覆焊料5，焊料5涂覆的厚度为0.02～0.5mm；
S4、在真空或惰性气体环境下，真空环境即进行抽真空处理，惰性气体可以是氮气等，将玻璃盖板4放置在碗杯2上；
S4.1、激光预焊接，在玻璃盖板4上用激光焊一个或多个预焊点，焊点在玻璃盖板4周边均匀分布，并相对于玻璃盖板4对称分布，将玻璃盖板4固定在碗杯2上。激光预焊接采用脉冲形式输出的激光，主要的工艺参数为：峰值功率为50～200W；平均功率为3-15W；激光器焦点位置为距离被焊接面±5mm；
S5、将基座1置于烤箱或回流炉中进行烘烤固化使玻璃盖板4与碗杯2紧密相连。烤箱或回流炉的升温速率控制在1～20℃/S；降温速率控制在1～5℃/S；烤箱或回流炉内基座的峰值温度≤340℃。
本实施例的封装方法，步骤S3中在碗杯2表面涂覆焊料时，如果焊料太薄工艺上较难实现焊料均匀性，容易形成空洞；如果焊料太厚容易造成溢出，本实施例中焊料选用金属焊料、金属和无机物混合焊料或烧结银胶；在真空或惰性气体下，将玻璃盖板4b放置在碗杯上，便于使玻璃盖板4与碗杯2的密封空间形成真空环境，防止密封空间内存在氧气从而导致密封空间内材料的氧化；步骤S4.1中通过激光预焊接，将玻璃盖板4预固定在碗杯2上，防止在将基座1置于烤箱或回流炉中烘烤固化时玻璃盖板4处于无限制的状态而玻璃盖板在碗杯上发生飘移进而影响玻璃盖板可靠地固定在碗杯上；步骤S5中通过将基座置于烤箱或回流炉中进行烘烤固化连接玻璃盖板4b与碗杯2b的方法简单、高效和可靠，焊料固化时无需额外施加压力；玻璃盖板4b与碗杯2b通过焊料键合形成密闭腔体，气密性好，采用此封装方法能简化生产工艺，节约生产成本，提高生产效率，采用此封装方法生产的LED灯具有气密性好、可靠性高、稳定性好的优点。
Claims (6)
1.一种全无机LED灯的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、预处理：包括准备LED芯片、设置有碗杯的基座；预备玻璃盖板；
S2、将LED芯片固定在碗杯内；
S3、在碗杯表面涂覆焊料，焊料涂覆的厚度为0.02～0.5mm；
S4、在真空或惰性气体环境下，将玻璃盖板放置在碗杯上；
S5、将基座置于烤箱或回流炉中进行烘烤固化使玻璃盖板与碗杯紧密相连；
步骤S1中预备的玻璃盖板为设有金属层或金属框的玻璃盖板，在步骤S5之前还包括激光预焊接步骤，激光预焊接步骤包括：在玻璃盖板上用激光焊接一个或多个预焊点，将玻璃盖板固定在碗杯上，激光焊预焊接采用脉冲形式输出的激光，主要的工艺参数为：峰值功率为50～200W；平均功率为3-15W；激光器焦点位置为距离被焊接面±5mm。
2.根据权利要求1中所述的一种全无机LED灯的封装方法，其特征在于：步骤S5中烤箱或回流炉的升温速率控制在1～20℃/S；降温速率控制在1～5℃/S；烤箱或回流炉内基座的峰值温度≤340℃。
3.一种全无机LED灯，包括基座和LED芯片，其特征在于：在基座上设有碗杯，LED芯片设在碗杯内并与基座电连接，在碗杯上设有密封LED芯片的玻璃盖板，在碗杯表面涂覆有焊料，玻璃盖板与碗杯之间通过焊料键合；
所述玻璃盖板为设有金属层或金属框的玻璃盖板，在所述玻璃盖板与碗杯之间设有通过激光预焊形成的预焊点；激光预焊步骤包括：在玻璃盖板上用激光焊接一个或多个预焊点，将玻璃盖板固定在碗杯上，激光焊预焊接采用脉冲形式输出的激光，主要的工艺参数为：峰值功率为50～200W；平均功率为3-15W；激光器焦点位置为距离被焊接面±5mm。
4.根据权利要求3所述的一种全无机LED灯，其特征在于：所述LED芯片为紫外LED芯片。
5.根据权利要求3所述的一种全无机LED灯，其特征在于：所述焊料涂覆的厚度为0.02～0.5mm。
6.根据权利要求3所述的一种全无机LED灯，其特征在于：所述玻璃盖板、焊料与碗杯上表面材料之间热膨胀系数之间的差值小于10％。
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