CN112864298A - 一种小角度led封装结构及其制备方法 - Google Patents

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陈亚勇
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魏亚河
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姚玉昌
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Abstract

本发明涉及一种小角度LED封装结构及其制备方法，其中小角度LED封装结构包括支架、LED芯片、封装胶和透光的球体，所述支架具有一碗杯，所述LED芯片固晶在碗杯的底部上；所述球体设置于碗杯的碗口处，所述球体的底部与LED芯片的出光面之间具有间隙，且所述球体在碗杯底部上的投影将LED芯片覆盖住；所述封装胶将LED芯片覆盖住，并填充球体的下部与碗杯之间的间隙，且将球体固定在碗杯上，以提供一种适用与户外适用的小角度LED封装结构。

Description

一种小角度LED封装结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及LED封装器件领域，具体是涉及小角度LED封装结构及其制备方法。
背景技术
现有用于户外交通指示的显示屏产品上所采用的LED光源一般要求单颗LED灯珠的光束角要在30度左右或者更小，这种小角度光形的LED灯珠才能达到较好的视觉效果。目前户外LED显示屏大都采用的是食人鱼或草帽头插件式LED光源，而此类光源由于尺寸较大、亮度偏低，所以屏幕的分辨率和亮度都受到较大的限制，插件式LED光源的插件工艺问题也较多，如虚焊造成的坏点等问题长期存在；此外，现有贴片式(SMD)且能够实现小角度出光的LED光源，由于压模成型的问题，无法用抗UV环氧胶，在户外使用此类LED光源时，存在使用寿命短的问题，这些因素都限制了现有户外LED显示屏幕的应用。
发明内容
本发明旨在提供一种小角度LED封装结构，以解决现有小角度光形的LED灯珠所存在尺寸大、亮度低或者无法应用在户外的问题。
具体方案如下：
一种小角度LED封装结构，包括支架、LED芯片、封装胶和透光的球体，所述支架具有一碗杯，所述LED芯片固晶在碗杯的底部上；所述球体设置于碗杯的碗口处，所述球体的底部与LED芯片的出光面之间具有间隙，且所述球体在碗杯底部上的投影将LED芯片覆盖住；所述封装胶将LED芯片覆盖住，并填充球体的下部与碗杯之间的间隙，且将球体固定在碗杯上。
进一步的，所述封装胶为抗紫外封装胶。
进一步的，所述球体的直径大于碗杯的碗口处所能规划出的最大内切圆的直径，且所述球体的边缘支承于碗杯的碗口边沿上。
进一步的，所述碗杯的碗口形状为非圆结构，所述球体的边缘支承在碗杯的碗口上，且碗杯的碗口边缘上具有多个不被球体覆盖住的缺口。
进一步的，所述球体的球面最外沿不超过支架的最外沿。
进一步的，所述球体的直径与LED芯片所规划出的最小外切圆的直径的比值不小于5：1。
进一步的，所述球体的直径与LED芯片所规划出的最小外切圆的直径的比值不小于7：1。
进一步的，所述球体的直径与LED芯片所规划出的最小外切圆的直径的比值不小于10：1。
进一步的，所述球体的折射率大于1.2，且所述球体的折射率于封装胶的折射率相同或者相当。
本发明还提供了一种小角度LED封装结构的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备贴片式的支架、LED芯片、封装胶水和透光的球体，其中，所述支架的正面上具有一碗杯，所述球体的直径大于LED芯片所能够规划出的最外外切圆的直径；
S2、将LED芯片固晶在支架的碗杯内；
S3、采用点胶工艺将封装胶水点在支架的碗杯内，并且将碗杯内的LED芯片覆盖住；
S4、将球体置于支架的碗杯上，所述球体的下部延伸至碗杯内，所述球体的下部与LED芯片的出光面之间具有间隙，且所述球体与碗杯之间的间隙被封装胶水所填充；
S5、对整个支架连同球体进行烘烤，以使封装胶水固化，并同时将球体固定在支架上。
本发明提供的小角度LED封装结构与现有技术相比较具有以下优点：本发明提供的小角度LED封装结构通过在支架碗杯的碗口处增设一透光的球体来进行对LED芯片的出光进行聚光，从而实现小的出光角度和更大的光强，同时由于无需采用模压成型工艺，因而可以使用抗紫外的封装胶水，使得该小角度LED封装结构能够应用于户外。
附图说明
图1示出了小角度LED封装结构的立体示意图。
图2示出了小角度LED封装结构的剖面示意图。
图3示出了小角度LED封装结构的光路示意图。
图4示出了小角度LED封装结构的配光曲线图。
图5示出了小角度LED封装结构的工艺流程图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例1
如图1-图2所示的，本实施例提供了一种小角度LED封装结构，包括支架1、LED芯片2、封装胶3和透光的球体4。
其中，支架1为贴片式(SMD)支架，包括绝缘的基板10以及固定在基板10上并作为正、负电极的金属支架11。本实施例中的基板10为塑封体，其由绝缘塑料注塑成型制成，例如PPA(聚邻苯二甲酰胺)、EMC(环氧树脂注塑化合物Epoxy Molding Compond)等，但基板10并不限定于此，还可以是陶瓷基板等现有技术中封装支架所使用的其它基板。基板10的顶面上还具有一碗杯12，碗杯12的截面可以是矩形、圆形、正多边形等不同的形状。
金属支架11则一般由铜、铁等导电金属板作为基材，并在外表面电镀银层，以增加金属支架11的导电性、反射率和焊接能力。金属支架11具有位于碗杯12内的固晶区域以及从塑封体背面延伸至塑封体外的电极引脚。
LED芯片2固晶在支架1的碗杯12的底部上，球体4设置于碗杯12的碗口处，该球体4的下部延伸至碗杯12内，且该球体4的底部与LED芯片2的出光面之间具有间隙，封装胶3将LED芯片2覆盖住，由于本实施例采用的是正装结构的LED芯片，因而封装胶3还将LED芯片2上键合线5覆盖住，且填充球体4的下部与碗杯12之间的间隙，并将球体4固定在碗杯12上，其中球体4在碗杯12底部上的投影将LED芯片2覆盖住。
参考图3和图4，LED芯片2出射的光线经过球体4的折射和反射后可以形成小的出光角度(最小可达15度，与草帽头或食人鱼LED的光形持平)，并且具有更大的光强。
在本实施例中，由于封装胶3只是填充球体4的下部与碗杯12之间的间隙，因而其可以在采用现有的点胶工艺来实现的同时，还可以采用抗紫外的封装胶3，例如可以使用XD-E-E01-01A/B双组分SMD型LED环氧树脂封装胶、DOWSILTM EI-1184光学密封剂等封装胶，相对于现有模压成型工艺，解决了抗紫外的封装胶因硬度的限制无法模压成型的问题，而且也因点胶工艺无需使用模具，降低了加工成本，使得本实施例所提供的小角度LED封装结构不仅可以在户外进行使用，同时也降低了成本，更具有推广优势。
在本实施例中，球体4通常采用玻璃球，例如钠钙玻璃球、硅酸盐玻璃球、石英玻璃球、硼硅酸盐玻璃球等，但并不限定于此，同样可以是其它对可见光具有高的透光率的材料，例如蓝宝石、光学树脂(烯丙基二甘醇二碳酸酯(CR-39)、甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC))等材料制作的透光球体。该球体4通常还需具有较高的折射率，一般情况下球体4的折射率大于1.2，优选的，球体4的折射率与封装胶3的折射率相同或者相当，以减少光从光疏介质往光密介质过程中全反射现象的发生，从而提高该小角度LED封装结构的出光效率。此外，球体4通常采用的内部无气泡、杂质，表面光滑的球体，如果球体的表面为粗糙的磨砂面，或者球体内具有杂质或气泡等物质增加光的散射，也会增大出光角度。
在本实施例中，球体4的直径大于碗杯12的碗口处所能规划出的最大内切圆的直径，以使该球体4的边缘能够抵靠在碗杯12的碗口边沿上，不仅能够实现对球体4在生产过程的定位，以使该球体4处于碗杯12的中心处，而且还可以对球体4起到支撑作用，以避免球体4陷落至碗杯12内对LED芯片2造成挤压，尤其是LED芯片2为正装结构的芯片时，碗杯12对球体4的支撑可以避免球体4的陷落而对键合线5造成的损坏。需明确的是，这种方式仅为一种较优的实现方法，球体4的定位还可以通过治具来实现，对LED芯片2的保护也可以先对封装胶3进行预固化，然后再进行对球体4的固定来实现。
在本实施例中，碗杯12的碗口形状优选为非圆结构(如图1中所采用的圆角正方形)，以使球体4的边缘支承于碗杯12的碗口上后，会在碗杯12的碗口边缘形成多个不被球体4覆盖住的缺口，这些缺口不仅便于点胶烘烤过程中封装胶水内里气泡的溢出，而且还便于成品检查胶量是否有完全密封住芯片。
在本实施例中，球体4的球面最外沿不超过支架1的最外沿，即该球体4的正投影位于支架1上，以在该小角度LED封装结构在包装和保存时，球体4不易损伤，而且在该小角度LED封装结构应用于显示屏上时，相邻两小角度LED封装结构之间的球体4之间不会因相抵触而相互影响。
在本实施例中，球体4的直径与LED芯片2所规划出的最小外切圆的直径的比值不小于5：1，优选为大于7:1，更优选为大于10:1，即当LED芯片2可近似作为球体4的点光源时，该小角度LED封装结构能够具有更小的出光角度、更少的杂光以及更高的光强。例如将长宽尺寸为350um*280um的LED芯片放大9倍后(其它条件不变)，出光角度由20度增加至40度，光强降低约70％，光通量降低约7％。
实施例2
如图5所示的，本实施例提供了一种小角度LED封装结构的制备方法，包括以下步骤：
S1、准备支架、LED芯片、封装胶水和透光的球体，其中，支架的正面上具有一碗杯，球体的直径大于LED芯片的最大外径；
S2、将LED芯片固晶在支架的碗杯内，正装结构和垂直结构的LED芯片可以通过固晶胶固定在碗杯上，然后通过焊金线的方式实现LED芯片电极与支架电极之间的电导通，而倒装结构的LED芯片可以通过锡焊或者共晶焊的方式直接焊接在支架上并实现LED芯片电极与支架电极之间的电导通，由于将LED芯片固晶在支架上为现有技术，因此具体的工艺过程在此不进行赘述。
S3、采用点胶工艺将封装胶水点在支架的碗杯内，并且将碗杯内的LED芯片覆盖住；
S4、将球体置于支架的碗杯上，该球体的下部延伸至碗杯内，且球体的下部与碗杯之间的间隙被封装胶水所填充；
S5、将整个支架以及球体置于烤箱内进行烘烤，以使封装胶水固化，并同时将球体固定在支架上。
本实施例所提供的制备方法仅采用了常规的固晶、点胶和烘烤工艺，相对于现有的模压成型工艺更加的简单、成品率更高、成本更低。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种小角度LED封装结构，其特征在于：包括支架、LED芯片、封装胶和透光的球体，所述支架具有一碗杯，所述LED芯片固晶在碗杯的底部上；所述球体设置于碗杯的碗口处，所述球体的底部与LED芯片的出光面之间具有间隙，且所述球体在碗杯底部上的投影将LED芯片覆盖住；所述封装胶将LED芯片覆盖住，并填充球体的下部与碗杯之间的间隙，且将球体固定在碗杯上。
2.根据权利要求1所述的小角度LED封装结构，其特征在于：所述封装胶为抗紫外封装胶。
3.根据权利要求1所述的小角度LED封装结构，其特征在于：所述球体的直径大于碗杯的碗口处所能规划出的最大内切圆的直径，且所述球体的边缘支承在碗杯的碗口边沿上。
4.根据权利要求3所述的小角度LED封装结构，其特征在于：所述碗杯的碗口形状为非圆结构，所述球体的边缘支承与碗杯的碗口上，且碗杯的碗口边缘上具有多个不被球体覆盖住的缺口。
5.根据权利要求1所述的小角度LED封装结构，其特征在于：所述球体的球面最外沿不超过支架的最外沿。
6.根据权利要求1所述的小角度LED封装结构，其特征在于：所述球体的直径与LED芯片所规划出的最小外切圆的直径的比值不小于5：1。
7.根据权利要求1所述的小角度LED封装结构，其特征在于：所述球体的直径与LED芯片所规划出的最小外切圆的直径的比值不小于7：1。
8.根据权利要求1所述的小角度LED封装结构，其特征在于：所述球体的直径与LED芯片所规划出的最小外切圆的直径的比值不小于10：1。
9.根据权利要求1所述的小角度LED封装结构，其特征在于：所述球体的折射率大于1.2，且所述球体的折射率与封装胶的折射率的相同或相当。
10.一种小角度LED封装结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备贴片式的支架、LED芯片、封装胶水和透光的球体，其中，所述支架的正面上具有一碗杯，所述球体的直径大于LED芯片所能够规划出的最外外切圆的直径；
S2、将LED芯片固晶在支架的碗杯内；
S3、采用点胶工艺将封装胶水点在支架的碗杯内，并且将碗杯内的LED芯片覆盖住；
S4、将球体置于支架的碗杯上，所述球体的下部延伸至碗杯内，所述球体的下部与LED芯片的出光面之间具有间隙，且所述球体与碗杯之间的间隙被封装胶水所填充；
S5、对整个支架连同球体进行烘烤，以使封装胶水固化，并同时将球体固定在支架上。
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