CN110233195A - 一种无机紫外led器件及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种无机紫外LED器件，包括支架、曲面透镜、压环、导线和紫外芯片，所述支架上端开有“T”字形凹槽，所述紫外芯片固定于凹槽内，所述紫外芯片通过导线与支架下端的焊接层连接，所述曲面透镜放置于凹槽的台阶上，所述台阶与曲面透镜的接触面打磨有斜面，所述压环的一端与支架连接，所述压环的另一端压紧曲面透镜。在压头的压力作用下实现压环的变形使器件高强度结合，利用透镜曲面的曲率及支架斜面的接触完成自定位，以此种方式完成透镜的固定，结合强度高，稳定性好；同时避免胶水等有机材料使用，防止紫外光对有机材料的分解作用，提高紫外LED器件的寿命。

Description

一种无机紫外LED器件及制备方法
技术领域
本发明涉及光学器件制造领域，具体涉及一种无机紫外LED器件及制备方法。
背景技术
紫外LED芯片的出光类似于朗伯分布，即光强按余弦规律分布，不能直接应用于照明，需要二次光学结构如曲面透镜等控制光线分布，传统的LED器件曲面透镜的固定,通过压圈与镜筒的装配实现，且需要添加胶水等有机材料粘接透镜，但紫外光会对有机材料造成分解老化，从而降低粘接效果及影响器件寿命，且透镜种类多，表面曲率变化范围大，压圈与镜筒的固定方式精度低，稳定性差，容易造成透镜的偏移错位，透镜的受力不均也易导致其表面破损，影响器件的光强分布。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供一种无机紫外LED器件，本发明可以解决传统透镜使用胶水易老化，精度低及稳定性底的问题。
同时本发明还提供了一种无机紫外LED器件的制备方法。
本发明的目的可以通过如下技术方案实现：
一种无机紫外LED器件，包括支架、曲面透镜、压环、导线和紫外芯片，所述支架上端开有“T”字形凹槽，所述紫外芯片固定于凹槽内，所述紫外芯片通过导线与支架下端的焊接层连接，所述曲面透镜放置于凹槽的台阶上，所述台阶与曲面透镜的接触面打磨有斜面，所述压环的固定于曲面透镜与支架上端。在压头的压力作用下实现压环的变形使器件高强度结合，利用透镜曲面的曲率及支架斜面的接触完成自定位，以此种方式完成透镜的固定，结合强度高，稳定性好；同时避免胶水等有机材料使用，防止紫外光对有机材料的分解作用，提高紫外LED器件的寿命。
优选的，所述斜面的斜度为30°～45°。
优选的，所述曲面透镜的侧边通过金属砂研磨进行粗化。通过粗化提高压环与透镜的结合强度。优选的，所述曲面透镜的下曲面为自由曲面，可以更好的与支架斜面的接触完成透镜的自定位。
优选的，所述支架与压环的接触面涂有锌铝涂层，与铝合金圆环在环状压头的压力作用下完成焊接，结合强度高，稳定性好。
优选的，所述压环的材质为1系铝合金。铝合金具有良好塑性及延展性，加工容易，铝合金的表面可在压头的压力作用下与其他金属实现分子间的接合，完成高强度的焊接，因此铝合金适合用作曲面透镜的固定安装。
一种无机紫外LED器件的制备方法，包括以下步骤：
1)在支架与压环的接触面通过脱脂剂除油，再均匀涂上锌铝涂层涂液，然后放入烤箱中预烘后烧结；
2)将紫外芯片固晶于支架的凹槽内，同时用导线将紫外芯片与支架的焊接层焊接；
3)用金刚砂对曲面透镜侧边进行研磨粗化，将曲面透镜放置于紫外芯片的正上方，通过曲面透镜下曲面与支架斜面的接触完成曲面透镜的自定位；
4)将压环放置在透镜与支架之间，通过环状压头在一定的频率下对压环施加纵向压力使其变形，获得与曲面透镜侧面及上曲面匹配的形状。
优选的，步骤1)中所述的锌铝涂层涂液的涂覆厚度为25～75μm，所述的预烘温度为70～95℃，预烘时间为7～10min，所述的烧结温度为150～200℃，烧结时间为40～70min。
优选的，所述的金刚砂目数在10～20之间，研磨速度为5～15m/min，研磨压力为1.5～3kg/cm2。
优选的，所述的环状压头外径比变形前的金属环外径小0.1～0.2mm，压头压力为15～20MPa，压头行程为15～30mm，保压时间为1.0～2.5s。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明通过压力作用实现压环的变形使器件高强度结合，利用透镜曲面的曲率及支架斜面的接触完成自定位，以此种方式完成透镜的固定，结合强度高，稳定性好；同时避免胶水等有机材料使用，防止紫外光对有机材料的分解作用，提高紫外LED器件的寿命。
2、本发明利用铝合金的压头变形完成透镜的安装固定过程，铝合金与透镜的曲面匹配程度高，避免透镜错位的问题。
3、本发明通过支架预烧结一层锌铝合金涂层，与铝合金圆环在环状压头的压力作用下完成焊接，结合强度高，稳定性好。
附图说明
图1是本发明一种无机紫外LED器件的结构示意图；
图2是本发明支架的结构示意图；
图3是图2中A部分的局部放大图；
图4是本发明曲面透镜的结构示意图；
图5是图4中B部分的局部放大图；
图6是本发明制备方法步骤2中固晶种线的示意图；
图7是本发明制备方法步骤3中放置透镜的示意图；
图8是本发明制备方法步骤4放置压环的示意图；
图9是本发明制备方法步骤4放置压环压力变形的示意图；
图10是本发明实施例5中的结构示意图；
其中，1为透镜，2为压环，3为支架，31为凹槽，4为紫外芯片，5为导线，6为焊接层，7为支架与压环的接触面，8为曲面透镜的侧边，9为金属挡板。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1、图2所示，一种无机紫外LED器件，包括支架3、曲面透镜1、压环2和紫外芯片4，所述支架3上端开有“T”字形凹槽31，所述紫外芯片4固定于凹槽31内，所述紫外芯片4通过导线5与支架下端3的焊接层6连接，所述曲面透镜1放置于凹槽31的台阶上，所述台阶与曲面透镜1的接触面打磨有斜面，所述压环2的一端与支架3连接，所述压环2的另一端压紧曲面透镜1。在压头的压力作用下实现压环2的变形使器件高强度结合，利用曲面透镜1曲面的曲率与支架3斜面的接触完成自定位，以此种方式完成曲面透镜1的固定，结合强度高，稳定性好；同时避免胶水等有机材料使用，防止紫外光对有机材料的分解作用，提高紫外LED器件的寿命。
所述斜面的斜度为30°。
如图4、图5所示，所述曲面透镜的侧边通过金属砂研磨进行粗化，通过粗化提高压环与透镜的结合强度。所述曲面透镜1的下曲面为自由曲面，可以更好的与支架3斜面接触完成透镜的自定位。
如图3所示，所述支架3与压环2的接触面涂有锌铝涂层。锌铝涂层与铝合金压环在环状压头的压力作用下完成焊接，结合强度高，稳定性好。
所述压环2的材质为1系铝合金。
如图6～9所示，一种无机紫外LED器件的制备方法，包括以下步骤：
1)在支架3与压环2的接触面7通过脱脂剂除油，再均匀涂上厚度为55μm的锌铝涂层涂液，然后放入80℃的烤箱中预烘8min后，放进185℃的烤箱烧结60min；
2)将紫外芯片4固晶于支架的凹槽31内，同时用导线5将紫外芯片4与支架3的焊接层6焊接；3)用金刚砂对曲面透镜1侧边8进行研磨粗化，研磨速度及压力分别为10m/min和2.1kg/cm2，将曲面透镜1放置于紫外芯4片的正上方，通过曲面透镜1下曲面与支架3斜面的接触完成透镜的自定位；
4)将压环2放置在透镜1与支架3之间，通过环状压头在一定的频率下对压环2施加纵向压力使其变形，获得与曲面透镜1侧面及上曲面匹配的形状，环装头外径比变形前压环外径小0.15mm，压头压力为16MPa，压头形成为20mm，保压时间为1.5s
实施例2
本实施例除以下技术特征同实施例1：
步骤2)中透镜侧边8经研磨粗化后，涂覆40μm的锌铝涂层涂液，在95℃下预烘10min，再在200℃下烧结70min，完成透镜侧边的锌铝合金涂层烧结。
实施例3
本实施例除以下技术特征同实施例2：
步骤4)中将环装压头改为振动频率为18kHz的超声波焊头，可以提高铝合金的结合强度。
实施例4
本实施例除以下技术特征同实施例3：
步骤3)中，压环变形后，对支架进行上表面进行研磨以去除往支架外侧流动的多余铝合金。
实施例5
本实施例除以下技术特征同实施例4：
如图10所示，步骤3)中，对曲面透镜1侧边8进行研磨粗化后，在压环位置上端放置金属挡板9，以防止压环变形后金属外溢，金属挡板内圈直径比变形前的金属环外径大0.15mm，步骤S4金属环变形后撤去金属挡板。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无机紫外LED器件，其特征在于，包括支架、曲面透镜、压环、导线和紫外芯片，所述支架上端开有“T”字形凹槽，所述紫外芯片固定于凹槽内，所述紫外芯片通过导线与支架下端的焊接层连接，所述曲面透镜放置于凹槽的台阶上，所述台阶与曲面透镜的接触面打磨有斜面，所述压环的固定于曲面透镜与支架上端。
2.根据权利要求1所述的一种无机紫外LED器件，其特征在于，所述斜面的斜度为30°～45°。
3.根据权利要求1所述的一种无机紫外LED器件，其特征在于，所述曲面透镜的侧边通过金属砂研磨进行粗化。
4.根据权利要求1所述的一种无机紫外LED器件，其特征在于，所述曲面透镜的下曲面为自由曲面。
5.根据权利要求1所述的一种无机紫外LED器件，其特征在于，所述支架与压环的接触面涂有锌铝涂层。
6.根据权利要求1所述的一种无机紫外LED器件，其特征在于，所述压环的材质为1系铝合金。
7.一种无机紫外LED器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在支架与压环的接触面通过脱脂剂除油，再均匀涂上锌铝涂层涂液，然后放入烤箱中预烘后烧结；
2)将紫外芯片固晶于支架的凹槽内，同时用导线将紫外芯片与支架的焊接层焊接；
3)用金刚砂对曲面透镜侧边进行研磨粗化，将曲面透镜放置于紫外芯片的正上方，通过曲面透镜下曲面与支架斜面的接触完成曲面透镜的自定位；
4)将压环放置在透镜与支架之间，通过环状压头在一定的频率下对压环施加纵向压力使其变形，获得与曲面透镜侧面及上曲面匹配的形状。
8.根据权利要求7所述的一种无机紫外LED器件的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的锌铝涂层涂液的涂覆厚度为25～75μm，所述的预烘温度为70～95℃，预烘时间为7～10min，所述的烧结温度为150～200℃，烧结时间为40～70min。
9.根据权利要求7所述的一种无机紫外LED器件的制备方法，其特征在于，所述的金刚砂目数在10～20之间，研磨速度为5～15m/min，研磨压力为1.5～3kg/cm2。
10.根据权利要求7所述的一种无机紫外LED器件的制备方法，其特征在于，所述的环状压头外径比变形前的金属环外径小0.1～0.2mm，压头压力为15～20MPa，压头行程为15～30mm，保压时间为1.0～2.5s。
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