CN111244250A - 一种紫外led灯珠、封装套筒及封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外LED灯珠、封装套筒及封装方法，属于LED封装领域。本发明的紫外LED灯珠包括基板和芯片，芯片设置于基板上，芯片环绕设置有围坝，该围坝与基板固定连接，且围坝内嵌有透镜。本发明的封装套筒包括圆台和施压部，施压部的底面与圆台的顶部相连接。本发明的方法为利用封装套筒将围坝贴附于透镜的表面，使得透镜内嵌于围坝的内侧；然后将封装套筒与围坝进行分离得到封装完成的紫外LED灯珠。本发明的目的在于克服现有紫外LED灯珠封装技术中，封装的紫外LED灯珠的气密性较差的不足，提供了一种紫外LED灯珠、封装套筒及封装方法，实现了对紫外LED灯珠的无机封装，并且保证了封装的紫外LED灯珠具有良好的气密性。
Description
技术领域
本发明涉及LED封装技术领域，更具体地说，涉及一种紫外LED灯珠、封装套筒及封装方法。
背景技术
辐照固化是一种借助于能量照射实现化学配方(涂料、油墨和胶粘剂)由液态转化为固态的加工过程。化学配方中一般包含低粘度的、具有非饱和键的小分子单体，和能在光辐射作用下产生自由基或阳离子的光引发剂。光辐射产生的自由基或阳离子促成非饱和键的小分子单体的聚合反应，大大提高其粘度，从而达到固化。与烘干固化和热固化相比，辐照固化具有减少排放有机溶剂和固化速度快等优点。
辐照固化所需的波长一般是紫外，波长范围为300-400nm。辐射固化所用的光源主要是中压汞灯管。近年来，随着紫外LED芯片价格的降低，紫外LED芯片制作的固化灯具设备有替换汞灯固化设备的趋势。紫外LED芯片制作的固化灯具设备和汞灯固化设备相比，一个突出的优点是省电。现有技术中，LED芯片在封装过程中会使用硅胶，例如发明创造名称为：一种高功率UV紫外光源(申请日：2015年7月16日；申请号：201520515875.5)，该方案公开的一种高功率UV紫外光源中，通过硅树脂将半球的玻璃透镜与陶瓷基板相连接，以达到封装的目的。但是对于紫外LED芯片来说，在封装过程中使用硅胶或硅树脂会降低灯珠的寿命，因为硅胶或硅树脂在紫外光的照射下，会出现发黄、龟裂或破损等现象。发黄的硅胶阻挡了紫外发光的途径，严重地降低了灯珠的辐射效率；龟裂和破损的硅胶导致玻璃透镜脱落或降低封装的气密性。因此，如何对紫外LED芯片进行封装时不用有机物质如硅胶而且能牢固地固定石英透镜，并且使得封装的LED芯片具有良好的气密性是一个具有挑战性的问题。气密的要求是因为在某些应用中，譬如油墨印刷，油墨中的挥发物质透过不气密的封装空隙，沉积在LED芯片表面阻挡其发光；另外水处理应用中的紫外灯珠可能在水中工作。
经检索，现有技术也提出了一些解决方案。例如，发明创造名称为：一种紫外发光二极管封装结构(申请日：2016年12月28日；申请号：201621456819.X)，该方案公开了一种紫外发光二极管封装结构，包括支架、LED芯片以及封装罩体，支架上设有定位卡槽，封装罩体的边缘设有卡扣，卡扣与定位卡槽配合连接，并且封装罩体与支架形成容置腔，LED芯片设在支架上且LED芯片位于容置腔内。该方案直接使用机械力实现封装罩体与支架的黏着，配合连接形式可以采用直插或者螺旋方式，无需在石英玻璃透镜的表面溅镀或蒸镀金属作为黏着层，从而避免金属与石英玻璃的难附着性问题发生，且无需金属与金属之间的共晶焊接产生黏着行为，从而简化工艺流程，并节省制作成本。但是，该方案的不足之处在于：卡扣与卡槽的连接仍需要填充胶材，降低了紫外LED芯片封装的气密性；而且LED芯片设在支架上，支架一般采用陶瓷材料，在陶瓷材料上做机械加工难以形成定位卡槽，且生产成本较高。
综上所述，如何实现对紫外LED灯珠的无机封装，并且保证紫外LED灯珠的气密性，是现有技术亟需解决的问题。
发明内容
1.要解决的问题
本发明的目的在于克服现有紫外LED灯珠封装技术中，封装的紫外LED灯珠的气密性较差的不足，提供了一种紫外LED灯珠、封装套筒及封装方法，实现了对紫外LED灯珠的无机封装，并且保证了封装的紫外LED灯珠具有良好的气密性。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的一种紫外LED灯珠，包括基板和芯片，芯片设置于基板上，芯片环绕设置有围坝，该围坝与基板固定连接，且围坝内嵌有透镜。
作为本发明进一步地改进，围坝包括支撑层和贴附层，支撑层和贴附层固定连接，且贴附层设置于支撑层的上方。
作为本发明进一步地改进，透镜位于贴附层的内侧，且贴附层贴附于透镜的表面。
作为本发明进一步地改进，透镜的底面与支撑层的顶面相接触。
作为本发明进一步地改进，贴附层的宽度x1小于支撑层的宽度x2，从而透镜可放置于支撑层的顶面上，即支撑层可以起到支撑透镜的作用。
本发明的一种封装套筒，该封装套筒对透镜进行封装得到上述的一种紫外LED灯珠，包括圆台，该圆台包括顶部和底部，顶部通过斜面与底部连接，该斜面用于将围坝的贴附层贴附于透镜的表面。
作为本发明进一步地改进，还包括施压部，施压部与圆台固定连接，且施压部设置于圆台的上方。
本发明的一种紫外LED灯珠的封装方法，采用权利要求上述的一种封装套筒，利用封装套筒将围坝贴附于透镜的表面，使得透镜内嵌于围坝的内侧；然后将封装套筒与围坝进行分离得到封装完成的紫外LED灯珠。
作为本发明进一步地改进，利用封装套筒将围坝贴附于透镜的表面的具体过程为：
将封装套筒置于围坝的贴附层的外侧，使得斜面与贴附层相接触；封装套筒向贴附层施加压力，贴附层发生塑性变形，使得贴附层贴附于透镜的表面。
作为本发明进一步地改进，在将封装套筒置于围坝的贴附层的外侧之前还包括：将透镜置于贴附层的内侧，使得将透镜的底面与围坝的支撑层的顶面相接触。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种紫外LED灯珠，通过将围坝与透镜紧密贴合，使得透镜内嵌于围坝的内侧，进而使得透镜与围坝固定连接；即透镜通过机械的方式与基板固定连接，实现了对紫外LED灯珠的无机封装，并且能实现紫外LED灯珠封装的气密性，大大提高了紫外LED灯珠的使用寿命。本发明的一种封装套筒结构简单，可与围坝配合使得透镜内嵌于围坝的内侧，操作方便快捷，容易实现自动化量产，并且可以保证封装的紫外LED灯珠的气密性。
(2)本发明的一种紫外LED灯珠的封装方法，通过向封装套筒施加压力，使得贴附层贴附于透镜的表面，从而将透镜紧密地固定在围坝上，进而可以避免由于紫外光照射导致硅胶或其它有机粘接剂发黄或破碎而造成灯珠寿命衰减的情况，实现了对紫外LED灯珠的无机封装，提高了紫外LED灯珠封装的气密性，进一步提高了紫外LED灯珠的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的一种紫外LED灯珠结构示意图；
图2为本发明的一种封装套筒结构示意图；
图3为本发明的一种紫外LED灯珠的封装过程示意图。
示意图中的标号说明：100、基板；110、芯片；120、围坝；121、支撑层；122、贴附层；130、透镜
210、圆台；211、顶部；212、底部；213、斜面；220、施压部。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；而且，各个实施例之间不是相对独立的，根据需要可以相互组合，从而达到更优的效果。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合图1所示，本发明的一种紫外LED灯珠，包括基板100和芯片110，芯片110设置于基板100上。本实施例的基板100材料是陶瓷，一般为氧化铝或氮化铝；本实施例采用氮化铝陶瓷。此外，由于基板100的厚度为0.2mm～1mm之间时热阻最低，本实施例中基板100的厚度为0.5mm，本实施例的基板100的长度和宽度均为3.5mm，从而可以实现标准的单颗LED芯片的封装。本实施例的芯片110采用的是韩国LG的1.1mm x 1.1mm的正负极上下表面的垂直结构的芯片。
值得说明的是，本实施例中芯片110通过金属焊接的方式与基板100连接，与现有技术中通常采用的银胶粘接方式相比，采用金属焊接的方法可以使得芯片110与基板100连接更牢固，并且使得芯片110和基板100的界面导热性能更好，还可以降低生产成本。
进一步地，芯片110环绕设置有围坝120，该围坝120用于保护芯片110；值得说明的是，围坝120与基板100固定连接，本发明中围坝120的材质为金属，本实施例的围坝120的材质为铜，本实施例中围坝120通过电镀的方式与基板100固定连接。此外，围坝120内嵌有透镜130，本实施例中透镜130为直径3mm的石英半球。具体地，围坝120包括支撑层121和贴附层122，支撑层121和贴附层122固定连接，本实施例的支撑层121和贴附层122在电镀的过程中一体成型；进一步地，贴附层122设置于支撑层121的上方。由于芯片110的厚度为0.1mm～0.15mm，芯片110表面的金线高度为0.2mm；因此本实施例中支撑层121的高度为0.4mm，贴附层122的高度为0.2mm～0.4mm，本实施例中贴附层122的高度为0.2mm。此外，贴附层122的宽度x1小于支撑层121的宽度x2，从而透镜130可放置于支撑层121的顶面上，即支撑层121可以起到支撑透镜130的作用。支撑层121的宽度x2为0.2mm～0.6mm，在本实施例中支撑层121的宽度x2为0.4mm。贴附层122的宽度x1为0.1mm～0.4mm，本实施例中贴附层122的宽度x1为0.2mm。
需要说明的是，现有技术中一般是通过硅胶或其他有机粘剂将透镜130粘在围坝120上，而本发明则是通过围坝120的贴附层122贴附于透镜130的表面，从而使得透镜130内嵌于围坝120的内侧，使得透镜130固定在围坝120上，即透镜130通过机械的方式与基板100固定连接，实现了对紫外LED灯珠的无机封装，进而避免了紫外光照射导致硅胶发黄、破碎而造成灯珠早衰的情况，大大提高了紫外LED灯珠的使用寿命，进一步提高了紫外LED灯珠的气密性。
结合图2所示，本发明的一种封装套筒，该封装套筒用于将贴附层122贴附于透镜130的表面，即该封装套筒对透镜130进行封装得到上述的一种紫外LED灯珠。具体地，封装套筒包括圆台210，该圆台210包括顶部211和底部212，顶部211通过斜面213与底部212连接，该斜面213用于将贴附层122贴附于透镜130的表面。本实施例的封装套筒由钨钢加工制成。值得说明的是，本发明的顶部211的半径为x顶，底部212的半径为x底，x底＞x顶，即该圆台210的形状为中空的圆台形，本实施例中x顶＝1.4mm，x底＝1.6mm；进一步地，透镜130的半径为x透，本实施例中x透＝1.5mm，x底＝x1+x透，从而使得圆台210能够容纳围坝120及透镜130，进而圆台210能够将贴附层122贴附于透镜130的表面。
此外，本发明的封装套筒还包括施压部220，施压部220与圆台210固定连接，且施压部220设置于圆台210的上方；值得说明的是，通过对施压部220施加压力，使得贴附层122贴附于透镜130的表面。具体地，本发明的施压部220的底面与圆台210的顶部211相连接，且底面的半径与顶部211的半径相等，从而可以更好的对封装套筒施加压力，进而便于将贴附层122贴附于透镜130的表面。本实施例的施压部220为中空的圆柱。值得说明的是，本实施例中圆台210和施压部220外侧设有保护壳，从而在对封装套筒施加压力过程中，封装套筒不会轻易的损坏。进一步地，顶部211的半径大于透镜130的半径，从而在封装套筒对透镜130进行封装时，透镜130可置于施压部220内，进而使得贴附层122紧密贴附于透镜130的表面。
本发明的一种封装套筒结构简单，可与围坝120配合使得透镜130内嵌于围坝120的内侧，操作方便快捷，容易实现自动化量产，并且可以保证封装的紫外LED灯珠的气密性。
结合图3所示，本实施例对紫外LED灯珠的封装过程进行详细描述。本发明的一种紫外LED灯珠的封装方法，具体步骤如下：
(1)固定芯片110
本发明通过焊锡的方式将芯片110焊接于基板100上，本实施例中采用的焊锡金属中各元素的质量百分比为97％锡、2.5％银和0.5％铜，其中，焊锡金属的熔点为219℃，本实施例采用的焊接温度为250℃。之后再利用金线将芯片110与基板100相连接。
(2)固定透镜130
采用上述的一种封装套筒，将透镜130内嵌于围坝120的内侧得到封装完成的紫外LED灯珠；结合图三，具体步骤如下：
a)放置透镜130
将透镜130置于贴附层122的内侧，使得将透镜130的底面与围坝120的支撑层121的顶面相接触。
b)放置封装套筒
将封装套筒置于围坝120的贴附层122的外侧，使得斜面213与贴附层122相接触；值得说明的是，贴附层122的原始状态为贴附层122垂直于基板100。
c)施加压力
向封装套筒施加压力，使得贴附层122贴附于透镜130的表面；具体地，先向施压部220施加压力，使得斜面213向贴附层122施加压力，然后贴附层122发生塑性变形，使得贴附层122贴附于透镜130的表面，即在封装套筒靠近基板100的过程中，贴附层122的内表面完全贴附于透镜130的外表面，进一步提高了紫外LED灯珠封装的气密性。
c1)高温施加压力
值得说明的是，作为选项措施，在对封装套筒的施压部220施加压力导致围坝120的贴附层122塑性变形之前，对连接有围坝120的基板100进行加热。加热温度低于焊锡金属的熔点温度，本实施例中焊锡金属的熔点温度为219℃，即加热温度低于219℃，本发明采用的加热温度为120℃～180℃，本实施例中的加热温度为170℃。在对连接有围坝120的基板100进行加热时，围坝120的贴附层122和透镜130的表面紧密结合。当围坝120的贴附层122和透镜130的温度降至室温时，围坝120的缩合程度缩合远大于玻璃透镜130的缩合程度，从而使得围坝120的贴附层122和透镜130表面的结合更加紧密。
d)完成封装
将封装套筒与围坝120进行分离，分离后得到封装完成的紫外LED灯珠。值得说明的是，只需要将封装套筒提起，即可将封装套筒与围坝120分离。
值得说明的是，上述步骤可以通过自动化设备完成，从而实现了对紫外LED灯珠的自动化封装，进一步提高了紫外LED灯珠的封装效率，且大大降低了生产成本。
(3)检测封装的紫外LED灯珠的气密性
将封装完毕的紫外LED灯珠进行气密性检测，具体地，封装好的灯珠单元浸入带有颜色的水容器中进行超声波震动。本实施例中紫外LED灯珠的检验结果是无任何漏水情况，即封装的紫外LED灯珠具有良好的气密性。
实施例2
本实施例中基板100的厚度为0.5mm，基板100的长度和宽度均为6.5mm，从而可以实现标准的4颗LED芯片的封装。本实施例的芯片110采用的是韩国LG的1.1mm x 1.1mm的正负极上下表面的垂直结构的芯片。
本实施例中的4颗芯片110分别通过金属焊接的方式与基板100连接；而后采用实施例1中的方式将每颗芯片110的周围设置围坝120，再将透镜130内嵌于围坝120的内侧；本实施例中透镜130为直径5mm的石英半球。围坝120包括支撑层121和贴附层122，支撑层121和贴附层122固定连接，本实施例的支撑层121和贴附层122在电镀的过程中一体成型；本实施例中支撑层121的高度为0.4mm，贴附层122的高度为0.3mm。在本实施例中支撑层121的宽度x2为0.5mm，贴附层122的宽度x1为0.3mm。
而后采用实施例1中的封装套筒分别对4颗芯片110进行封装，本实施例中x顶＝2.4mm，x底＝2.8mm，x透＝2.5mm；值得说明的是，利用封装套筒对紫外LED灯珠进行封装的过程和实施例1所述一致。
待4颗芯片110封装完毕，将基板100切割成4份得到4颗封装的紫外LED灯珠，本实施例采用激光切割。之后将得到的4颗封装的紫外LED灯珠分别进行气密性检测，本实施例中得到的4颗紫外LED灯珠的检验结果是均无任何漏水情况，即4颗封装的紫外LED灯珠具有良好的气密性。
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。
Claims (10)
1.一种紫外LED灯珠，其特征在于：包括基板(100)和芯片(110)，所述芯片(110)设置于基板(100)上，芯片(110)环绕设置有围坝(120)，该围坝(120)与基板(100)固定连接，且围坝(120)内嵌有透镜(130)。
2.根据权利要求1所述的一种紫外LED灯珠，其特征在于：所述围坝(120)包括支撑层(121)和贴附层(122)，所述支撑层(121)和贴附层(122)固定连接，且贴附层(122)设置于支撑层(121)的上方。
3.根据权利要求2所述的一种紫外LED灯珠，其特征在于：所述透镜(130)位于贴附层(122)的内侧，且贴附层(122)贴附于透镜(130)的表面。
4.根据权利要求2所述的一种紫外LED灯珠，其特征在于：所述透镜(130)的底面与支撑层(121)的顶面相接触。
5.根据权利要求2～4任一项所述的一种紫外LED灯珠，其特征在于：所述贴附层(122)的宽度x1小于支撑层(121)的宽度x2。
6.一种封装套筒，该封装套筒对透镜(130)进行封装得到权利要求1～5任一项所述的一种紫外LED灯珠，其特征在于：包括圆台(210)，该圆台(210)包括顶部(211)和底部(212)，所述顶部(211)通过斜面(213)与底部(212)连接，该斜面(213)用于将围坝(120)的贴附层(122)贴附于透镜(130)的表面。
7.根据权利要求6所述的一种封装套筒，其特征在于：还包括施压部(220)，施压部(220)与圆台(210)固定连接，且施压部(220)设置于圆台(210)的上方。
8.一种紫外LED灯珠的封装方法，其特征在于，采用权利要求6或7所述的一种封装套筒，利用封装套筒将围坝(120)贴附于透镜(130)的表面，使得透镜(130)内嵌于围坝(120)的内侧；然后将封装套筒与围坝(120)进行分离得到封装完成的紫外LED灯珠。
9.根据权利要求8所述的一种紫外LED灯珠的封装方法，其特征在于：利用封装套筒将围坝(120)贴附于透镜(130)的表面的具体过程为：
将封装套筒置于围坝(120)的贴附层(122)的外侧，使得斜面(213)与贴附层(122)相接触；
封装套筒向贴附层(122)施加压力，贴附层(122)发生塑性变形，使得贴附层(122)贴附于透镜(130)的表面。
10.根据权利要求9所述的一种紫外LED灯珠的封装方法，其特征在于：在将封装套筒置于围坝(120)的贴附层(122)的外侧之前还包括：
将透镜(130)置于贴附层(122)的内侧，使得将透镜(130)的底面与围坝(120)的支撑层(121)的顶面相接触。
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- 2020-03-13 CN CN202010174530.3A patent/CN111244250A/zh active Pending
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