CN109817789A

CN109817789A - 一种cob封装及其制备方法

Info

Publication number: CN109817789A
Application number: CN201811593436.0A
Authority: CN
Inventors: 陈智波; 苏佳槟; 马丽诗; 林晓敏
Original assignee: GUANGZHOU LEDTEEN OPTOELECTRONICS CO Ltd
Current assignee: GUANGZHOU LEDTEEN OPTOELECTRONICS CO Ltd
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2019-05-28
Anticipated expiration: 2038-12-25
Also published as: CN109817789B

Abstract

本发明公开了一种COB封装及其制备方法，COB封装包括基板、LED芯片、光转换层、硅胶层和挡胶；LED芯片安装在基板上；光转换层包覆LED芯片；光转换层包括甲基硅橡胶和甲基苯基硅橡胶中的至少一种；制备方法包括：LED芯片固定步骤；挡胶形成步骤：在LED芯片的外围形成挡胶；光转换层填涂步骤：填涂光转换层以包覆LED芯片，然后静置；硅胶层填涂步骤：在挡胶内部、光转换层的上方填涂硅胶层；脱泡及烘烤步骤：填涂硅胶层后，进行脱泡处理，然后烘烤；通过光转换层的材料改进，使得吸收的热量能快速导出，有效改善光转换层受热失效和温度过高导致胶裂的问题。

Description

一种COB封装及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种COB封装及其制备方法，属于照明结构技术领域。

背景技术

发光二极管(LED)是一种半导体制造技术加工的电致发光器件，被广泛应用于各种领域，包括背光单元、汽车、电信号、交通信号灯、以及照明装置等，被誉为替代荧光灯和白炽灯的第四代照明光源。

当前市场上主流的商品化白光LED是采用蓝光LED芯片加上黄色荧光粉、绿色荧光粉、红色荧光粉一种或多种来实现，具体的，LED芯片在电流驱动下发出的蓝光激发荧光粉，使其产生其它波段的可见光，这些可见光跟蓝光混合后形成了白光。目前LED封装形式主要分为SMD、COB、CSP等，而COB具有光线柔和、线路设计简单、高成本效益、节省系统空间、高导热率、高输出光密度和高光品质等优点，其在商业照明领域的明显优势使其成为目前定向照明主流解决方案，未来或将成为封装领域的中流砥柱。

然而COB作为一种大功率封装形式，其对封装物料的要求必然比中小功率的SMD高，尤其是耐高温性能。鉴于此，传统的COB封装使用甲基类的低折、低硬度的硅胶，把荧光粉混合在硅胶里，再涂覆于芯片上，混合胶厚度一般大于0.5mm，这样荧光粉的热传导路径长，而硅胶本身导热系数低，导致荧光粉吸收的热量不能及时从基板底部传出去，积累的热量越来越多，温度越来越高，从而使荧光粉失效，严重时甚至导致硅胶龟裂而死灯。另一方面，采用甲基类的低折、低硬度的硅胶，由于其气密性差，使得外部的离子等很容易透过封装硅胶扩散至反光镀银层，硫离子与Ag在高温下极易发生硫化反应，大大降低了基板镀银层的反射率，影响其长期工作的光输出，缩短其使用寿命。随着氧化腐蚀的加剧，镀银层与基板载体会慢慢脱离，在芯片与载体之间形成一层空气界面，芯片产生的热量不能有效传导到热沉，最后芯片烧死。更严重地，当芯片底部的镀银层被腐蚀后，芯片与基板载体脱离，键合金线被拉断，直接导致器件死灯。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的第一个目的在于提供一种COB封装，通过光转换层的材料改进，使得吸收的热量能快速导出，有效改善光转换层受热失效和温度过高导致胶裂的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种上述COB封装的制备方法。

实现本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种COB封装，包括基板、LED芯片、光转换层、硅胶层和挡胶；LED芯片安装在基板上；光转换层包覆LED芯片；硅胶层叠置在光转换层的上方；挡胶从基板向上延伸并围绕硅胶层设置；光转换层包括甲基硅橡胶和甲基苯基硅橡胶中的至少一种；硅胶层包括甲基硅橡胶；甲基硅橡胶和甲基苯基硅橡胶的折射率为1.4-1.45，硬度为30-70shoreA。

光转换层包括的甲基硅橡胶和硅胶层包括的甲基硅橡胶均为折射率1.4-1.45，硬度为30-70shoreA的甲基硅橡胶。

进一步地，LED芯片为至少两个；LED芯片之间通过金线电性连接。

进一步地，LED芯片为正装芯片、倒装芯片和垂直芯片中的至少一种。

进一步地，基板上设有凹陷的安装部；安装部的凹陷深度为0.2-0.4mm；LED芯片固定在安装部中。

进一步地，光转换层中还包括发射波长为500-650nm的荧光粉。

进一步地，荧光粉为绿色荧光粉、红色荧光粉和黄色荧光粉中的至少一种。

进一步地，光转换层的最大厚度为0.1-0.3mm。

光转换层包覆LED芯片，最大厚度是指从基板平面至光转换层上表面的厚度，而部分的厚度为LED芯片表面至光转换层上表面的厚度，则不属于最大厚度。

进一步地，挡胶为白色有机硅橡胶挡胶。

进一步地，COB封装还包括外保护层；外保护层叠置在硅胶层上方；外保护层包括苯基硅橡胶；苯基硅橡胶的折射率为1.47-1.55，硬度为60-70shoreD。

实现本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：一种如上所述的COB封装的制备方法，包括：

LED芯片固定步骤：将LED芯片固定在基板上；

挡胶形成步骤：在LED芯片的外围形成挡胶；

光转换层填涂步骤：填涂光转换层以包覆LED芯片，然后静置2-4h；

硅胶层填涂步骤：在挡胶内部、光转换层的上方填涂硅胶层；

脱泡及烘烤步骤：填涂硅胶层后，进行脱泡处理，然后烘烤，得到COB封装。

进一步地，脱泡及烘烤步骤中，烘烤采用分段烘烤：第一段的温度为170-190℃，时间15min，第二段的温度为140-160℃，时间为0.5-1h。

进一步地，制备方法还包括外保护层形成步骤：脱泡及烘烤步骤后，在挡胶内部、硅胶层的上方填涂外保护层，然后加热，得到COB封装。

进一步地，外保护层形成步骤中，加热的温度为140-160℃，时间为2-2.5h。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明通过光转换层包括折射率为1.4-1.45，硬度为30-70shoreA的硅橡胶，在光转换层厚度较小的情况下，仍能维持良好的封装性能以及光转换性能，而减小光转换层厚度有利于热量的快速导出，有效改善光转换层受热失效和温度过高导致胶裂的问题；

2、本发明制备方法使用机械化生产，封装步骤简单，可实现大规模生产。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为对比例的结构示意图；

图3为对比例红外温度图示；

图4为实施例红外温度图示；

图中，1、基板；11、安装部；2、LED芯片；3、光转换层；4、硅胶层；5、挡胶；6、外保护层。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不理解为对本发明的限制。

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

一种COB封装，包括基板、LED芯片、光转换层、硅胶层、挡胶和外保护层；基板上设有凹陷的安装部；安装部的凹陷深度为0.2-0.4mm；LED芯片固定在安装部中；光转换层包覆LED芯片；硅胶层叠置在光转换层的上方；挡胶从基板向上延伸并围绕硅胶层设置；光转换层包括甲基硅橡胶和甲基苯基硅橡胶中的至少一种；硅胶层包括甲基硅橡胶；甲基硅橡胶和甲基苯基硅橡胶的折射率为1.4-1.45，硬度为30-70shoreA；外保护层叠置在硅胶层上方；外保护层包括苯基硅橡胶；苯基硅橡胶的折射率为1.47-1.55，硬度为60-70shoreD。

其中，LED芯片为至少两个；LED芯片之间通过金线电性连接，LED芯片为正装芯片、倒装芯片和垂直芯片中的至少一种。

其中，光转换层的最大厚度为0.1-0.3mm；光转换层中还包括发射波长为500-650nm的荧光粉；荧光粉为绿色荧光粉、红色荧光粉和黄色荧光粉中的至少一种。

常规的光转换层厚度为0.7-1.0mm，通过减少光转换层的厚度至0.1-0.3mm，荧光粉颗粒分布密度高，缩短了光转换层到载体的热量传递的距离，使荧光粉的热量能快速传导出去，延长了荧光粉和发光器件的寿命；光转换层和硅胶层的甲基硅橡胶折射率为1.4-1.45，硬度为30-70shoreA，耐高温性好，气密性差。

挡胶为白色有机硅橡胶挡胶。

外保护层包括苯基硅橡胶，苯基硅橡胶的耐高温性一般，气密性好。外保护层采用了高折、高硬度的硅橡胶，可以有效改善发光器件的抗硫化/抗氧化/抗溴化性能，同时提高COB封装发光面的抗外力挤压能力，防止金线受挤压断线。

COB封装通过以下方法制备得到：

LED芯片固定步骤：将LED芯片固定在基板的安装部内，用金线将LED芯片电性连接；

挡胶形成步骤：在LED芯片的外围点涂形成挡胶，挡胶的高度0.4-0.5mm，挡胶的作用主要为防止光转换层填涂时流出；

光转换层填涂步骤：填涂光转换层以包覆LED芯片，一般填涂光转换层的最大厚度为0.4-0.5mm，然后水平静置2-4h；

经过光转换层在静置过程中逐渐沉降，厚度逐渐降低，静置时间太短，光转换层中的物质不能充分沉降，不能有效缩短光转换层到LED芯片的距离，静置时间太长会影响生产效率，再经过脱泡和烘烤步骤，可稳定光转换层的最大厚度在0.1-0.3mm；水平静置的要求水平台的水平度要求±0.1°,水平度不够，光转换层在静置过程中会倾斜，导致荧光粉分布不均匀，影响色度的均匀性；

脱泡及烘烤步骤：填涂硅胶层后，进行脱泡处理，然后烘烤，烘烤采用分段烘烤：第一段的温度为170-190℃，时间15min，第二段的温度为140-160℃，时间为0.5-1h，水平度要求±0.1°；烘烤时间太短，光转换层和硅胶层不能完全固化；如果烘烤时间太长，会导致硅胶层与后续外保护层分层，导致外保护层脱落；分段烘烤的第一段是快速固化，防止荧光粉继续沉降，导致色温漂移，第二段是稳定固化程度；

外保护层形成步骤：在挡胶内部、硅胶层的上方填涂外保护层，然后在温度为140-160℃时间2-2.5h的条件下加热，得到COB封装。

实施例1：

参照图1，一种COB封装，包括基板1、LED芯片2、光转换层3、硅胶层4、挡胶5和外保护层6；基板1上设有凹陷的安装部11；安装部11的凹陷深度为0.3mm；LED芯片2固定在安装部11中；光转换层3包覆LED芯片2；硅胶层4叠置在光转换层3的上方；挡胶5从基板1向上延伸并围绕硅胶层4设置；光转换层3包括甲基硅橡胶；硅胶层4包括甲基硅橡胶；甲基硅橡胶的折射率为1.42，硬度为50shoreA；外保护层6叠置在硅胶层4上方；外保护层6包括苯基硅橡胶；苯基硅橡胶的折射率为1.5，硬度为65shoreD。

其中，LED芯片为至少两个；LED芯片之间通过金线电性连接，LED芯片为正装芯片。

其中，光转换层的最大厚度为0.2mm；光转换层中还包括发射波长为600nm的荧光粉；荧光粉为绿色荧光粉。

挡胶为白色有机硅橡胶挡胶。

实施例2：

实施例1的COB封装通过以下方法制备得到：

挡胶形成步骤：在LED芯片的外围点涂形成挡胶，挡胶的高度0.5mm，挡胶的作用主要为防止光转换层填涂时流出；

光转换层填涂步骤：填涂光转换层以包覆LED芯片，一般填涂光转换层的最大厚度为0.45mm，然后水平静置3h；水平度要求±0.1°；

脱泡及烘烤步骤：填涂硅胶层后，进行脱泡处理，然后烘烤，烘烤采用分段烘烤：第一段的温度为170-190℃，时间15min，第二段的温度为140-160℃，时间为1h，水平度要求±0.1°；

外保护层形成步骤：在挡胶内部、硅胶层的上方填涂外保护层，然后在温度为150℃，时间2.3h的条件下加热，得到COB封装。

对比例：

对比例为COB封装，参照图2，包括基板1、LED芯片2和光转换层3；LED芯片2固定在基板上，光转换层3封装LED芯片2，光转换层3的最大厚度为0.7-1mm。

硫化测试：

对对比例和实施例1的COB封装进行硫化测试：2g硫粉放在730mL容器内，置于105℃烤箱内,在0h，1h，2h，3h，4h测试光通量。结果如表格1所示：

表格1硫化测试结果

从表格1可以得知，与对比例相比，实施例的光通率有明显的提高。

红外温度测试：

对对比例和实施例1的COB封装进行红外温度测试：测试方法：COB封装在900mA下点亮，用红外热成像仪测试发光面表面，生成热分布图像；在热分布图像上获取最高温度HS1，选择4个点M1，M2，M3，M4，获取温度数据。

测试仪器：红外热成像仪，型号Testo 876。

对比例的红外温度图示如图3所示，结果如表格2所示：

表格2对比例的温度测试结果

测量对象	温度(℃)	辐射率	反射温度(℃)
				测量点M1	108.2	0.9	25
测量点M2	105.0	0.9	25
				测量点M3	109.3	0.9	25
测量点M4	96.3	0.9	25
				测量点HS1	111.9	0.9	25

实施例1的红外温度图示如图4所示，结果如表格3所示：

表格3实施例1的温度测试结果

测量对象	温度(℃)	辐射率	反射温度(℃)
				测量点M1	93.4	0.9	25
测量点M2	99.2	0.9	25
				测量点M3	89.7	0.9	25
测量点M4	99.7	0.9	25
				测量点HS1	103.1	0.9	25

从表格2和3可以得知，实施例的温度有明显下降。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种COB封装，包括基板、LED芯片、光转换层、硅胶层和挡胶；所述LED芯片安装在基板上；其特征在于，所述光转换层包覆LED芯片；所述硅胶层叠置在光转换层的上方；所述挡胶从基板向上延伸并围绕硅胶层设置；所述光转换层包括甲基硅橡胶和甲基苯基硅橡胶中的至少一种；所述硅胶层包括甲基硅橡胶；所述甲基硅橡胶和甲基苯基硅橡胶的折射率为1.4-1.45，硬度为30-70shoreA。

2.如权利要求1所述的COB封装，其特征在于，所述LED芯片为至少两个；所述LED芯片之间通过金线电性连接。

3.如权利要求1所述的COB封装，其特征在于，所述基板上设有凹陷的安装部；所述安装部的凹陷深度为0.2-0.4mm；所述LED芯片固定在安装部中。

4.如权利要求1所述的COB封装，其特征在于，所述光转换层中还包括发射波长为500-650nm的荧光粉。

5.如权利要求1所述的COB封装，其特征在于，所述光转换层的最大厚度为0.1-0.3mm。

6.如权利要求1所述的COB封装，其特征在于，所述COB封装还包括外保护层；所述外保护层叠置在硅胶层上方；所述外保护层包括苯基硅橡胶；所述苯基硅橡胶的折射率为1.47-1.55，硬度为60-70shoreD。

7.一种如权利要求1所述的COB封装的制备方法，其特征在于包括：

LED芯片固定步骤：将LED芯片固定在基板上；

挡胶形成步骤：在LED芯片的外围形成挡胶；

8.如权利要求7所述的COB封装的制备方法，其特征在于，所述脱泡及烘烤步骤中，烘烤采用分段烘烤：第一段的温度为170-190℃，时间15min，第二段的温度为140-160℃，时间为0.5-1h。

9.如权利要求7所述的COB封装的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括外保护层形成步骤：脱泡及烘烤步骤后，在挡胶内部、硅胶层的上方填涂外保护层，然后加热，得到COB封装。

10.如权利要求9所述的COB封装的制备方法，其特征在于，所述外保护层形成步骤中，加热的温度为140-160℃，时间为2-2.5h。