CN112951808A - 一种led发光模组封装方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED发光模组封装方法及设备，方法包括：在贴合环境中，将模组以显示面朝上的方式置于治具中；向模组上施胶水，将贴合环境抽真空；向胶水上覆微孔离型膜，使微孔离型膜与模组的PCB板之间形成预定厚度的胶层；其中，微孔离型膜的微孔用于排气，并且孔径满足防止胶水溢出；对胶层进行固化；剥离微孔离型膜，得到封装好的LED发光模组成品。本发明不需要预热，可以减少胶水中有机成分的挥发，降低气泡不良。此外即使内部存在少量气泡，也可以在施胶的过程中，通过微孔离型膜上的微孔排出，达到封装胶内部或者封装胶与基板、器件或者电性连接之间形成致密的保护结构。由于可以省去预固化步骤，可以提高封装设备利用率。
Description
技术领域
本发明属于LED发光模组技术领域，具体涉及一种LED发光模组封装方法及设备。
背景技术
LED发光模组应用广阔，包括：发光二极管(LED)显示屏和背光器件等。
以mini-LED显示屏技术为例，如图1a(主视图)、1b(后视图)、1c(侧视图)所示，LED发光模组1是由LED(发光芯片或者灯珠)11的阵列与PCB板12电性连接构成，PCB板12背面焊接有驱动LED 11的电子元器件13，其背面通常还设置有若干支撑柱14，作为制程中的支撑和受力点或者模组产品在终端使用的固定施力点，支撑柱14的高度通常比电子元器件13要高。根据LED发光芯片和灯珠与PCB板的电性连接方式不同，LED发光模组还可以分为COB(chips on board)和GOB(glue on board)两类。图2a(GOB)和图2b(COB)展示了这两种发光模组结构和连接的区别。为了提高发光模组运行的可靠性，通常采用胶体2对发光一侧的所有器件和基板进行整面封装，将发光器件和电性连接用胶液完全浸没后进行固化密封。
目前，产业上通常采用的封装过程如图3所示，具体包括如下步骤：
(1)对治具3进行预热，然后向治具3内注入胶水2，治具3内通常垫有隔离物避免胶水2与治具3直接接触；
(2)将贴合环境抽真空，将LED发光模组1以显示面朝下的方式压到治具3中，并保持一段时间让胶水2充分流动，填充相邻LED之间的间隙；
(3)将治具3加热至预固化温度对胶水2进行预固化成型；
(4)预固化完成后，将LED发光模组1脱模，移入烘箱中进行加热完成最终固化。
上述封装过程，将胶水2注入到预热的治具3中可以提高胶水2的流动性，并且可以减少后续预固化的升温时间，提高生产效率；同时由于胶水面朝下，需要预固化后才能够取出。因此，治具3预热和胶水2预固化是必要步骤。
但是该封装过程经常会产生较高的气泡不良，申请人经过长期的研究发现，产生气泡主要原因在于：胶水在预热后，组分内挥发性物质汽化增多，并且后续的加热预固化，会产生一定的热反应，进一步导致胶水内小分子挥发，使真空系统不能有效地排除贴合环境内的气体，从而在发光模组的封装胶体之中或者胶体与LED之间存在气泡，特别是图2a的GOB结构，空气和挥发性气体无法及时从发光芯片与基板之间排出。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，现有的LED显示屏朝下的封装方式容易产生气泡不良的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种LED发光模组封装方法，包括：
步骤S1，在贴合环境中，将LED发光模组以显示面朝上的方式置于治具中；
步骤S2，向LED发光模组1上施胶水2，将所述贴合环境抽真空；
步骤S3，向胶水上覆微孔离型膜，使所述微孔离型膜与所述LED发光模组的PCB板之间形成预定厚度的胶层；其中，所述微孔离型膜的微孔用于排气，并且孔径满足防止胶水溢出；
步骤S4，对所述胶层进行固化；
步骤S5，剥离所述微孔离型膜，得到封装好的LED发光模组成品。
进一步地，所述步骤S3中，所述向胶水上覆微孔离型膜的步骤，具体包括：将微孔离型膜置于胶水上，采用滚轮机构覆所述微孔离型膜，所述滚轮的两端支撑在所述治具上。
进一步地，所述步骤S3中，所述向胶水上覆微孔离型膜的步骤，具体包括：将所述微孔离型膜置于胶水上或者将微孔离型膜设置在一压板上，压板按照设定的行程面压所述微孔离型膜，将所述微孔离型膜覆在胶水上；
其中，所述压板具有透气结构，所述透气结构与所述微孔离型膜的微孔连通，构成排气通道。
进一步地，所述压板采用陶瓷材料制作而成，所述陶瓷材料包括二氧化硅、三氧化二铝或二氧化锆，所述透气结构为所述陶瓷材料本身的微孔结构；
或者，所述压板采用透明刚性板制作而成，所述透气结构为设置在所述透明刚性板上的通孔。
进一步地，所述步骤S4具体包括：将覆有微孔离型膜的LED发光模组从治具中取出，采用固化设备对所述胶层进行最终固化；
或所述步骤S4具体包括：
在所述治具中，对所述胶层进行预固化；
将预固化后的LED发光模组从治具中取出，采用固化设备对所述胶层进行最终固化。
进一步地，所述步骤S4中，具体是采用微波辐射加热固化、热传导加热固化或紫外光固化的方式对所述胶层进行固化。
进一步地，在所述LED发光模组的侧面与所述治具之间的间隙处设置密封圈。
进一步地，所述微孔离型膜采用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚丙烯或聚乙烯制作而成。
一种LED发光模组封装设备，包括施胶系统和真空系统；
所述真空系统包括真空腔、固定在所述真空腔中的治具、机械臂；
所述治具用于限位LED发光模组，其中，所述LED发光模组的显示面朝上；
所述施胶系统用于向所述LED发光模组上施胶；
所述机械臂用于将微孔离型膜覆到胶水上，使所述微孔离型膜与所述LED发光模组的PCB板之间形成预定厚度的胶层；
所述机械臂还可用于将LED发光模组从治具中取出。
进一步地，所述真空系统还包括热传导加热装置、微波加热装置或紫外光固化装置，用于对所述胶水进行预固化。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：由于显示面朝上，预固化并非必要步骤，在不预热的情况下可以减少胶水中有机成分的挥发，降低气泡不良。此外即使内部存在少量气泡，也可以在施胶的过程中，通过微孔离型膜上的微孔排出，达到封装胶内部或者封装胶与基板、器件或者电性连接之间形成致密的保护结构。而现有的封装方法中，气泡会被密封在PCB板和治具之间并且由于经过预固化无法自行排出。此外，本发明由于可以省去预固化步骤，完成一块发光模组的封装时间可以大大减少，提高了封装设备利用率和生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为一种COB或者GOB发光模组的主视图。
图1b为图1a的后视图。
图1c为图1a的侧视图。
图2a为现有的GOB发光模组结构类型。
图2b为现有的COB发光模组结构类型。
图3为现有技术的LED发光模组采用胶体封装发光模组发光面的流程图。
图4为本发明实施例一的LED发光模组采用胶体封装发光模组发光面的流程图。
图5为密封圈的结构示意图(剖视图)。
图6为本发明实施例二一种LED发光模组封装治具结构图。
图7a为图6的俯视图。
图7b为沿图7a A-A线的剖视图。
图7c为沿图7a B-B线的剖视图。
图7d为沿图7a C-C线的剖视图。
图8a为基于图6的本发明实施例一种LED发光模组封装治具的俯视图。
图8b为沿图8a D-D线的剖视图。
图9为本发明实施例三一种LED发光模组封装设备的功能模块结构图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明中，LED发光模组包括但不限于发光二极管(LED)及其灯珠在硬或柔性PCB基板上的表面贴装、焊接、半包埋而形成的产品；模组的应用包括但不限于照明、背光源和显示屏。
请参照图4所示，本发明实施例一提供一种LED发光模组封装方法，包括步骤S1-S5。
步骤S1，在贴合环境中，将LED发光模组1以显示面朝上的方式置于治具3中；
步骤S2，向LED发光模组1上施胶水2，将贴合环境抽真空；
步骤S3，向胶水2上覆微孔离型膜4，使微孔离型膜4与LED发光模组1的PCB板12之间形成预定厚度的胶层；其中，微孔离型膜4的微孔(图中未画出)用于排气，并且孔径满足防止胶水溢出；
步骤S4，对胶层进行固化；
步骤S5，剥离微孔离型膜4，得到封装好的LED发光模组成品。
具体地，贴合环境是指封装过程的操作空间，制程中需要保持一定的真空度，贴合环境可以是指设备的一个密封腔室。将LED发光模组1以显示面朝上的方式置于治具4中，向LED发光模组1上注入胶水2，然后抽真空。真空度达标后，向胶水2上覆微孔离型膜4，保持一段时间，胶水2充分流动并填充相邻LED 11之间的间隙，包括所有电性连接均浸润到胶水中。
微孔离型膜4上分布的微孔作用在于：当胶水2填充LED发光模组1上LED11周围的间隙时，若间隙中还存在一些气体则可以通过微孔排出，微孔的直径不能太大，以防胶水2从微孔溢出，具体可根据胶水的粘度进行设计。一般地，微孔直径最好不超过0.2mm，优选0.025～0.050mm。
对于如何覆微孔离型膜4并控制微孔离型膜4与LED发光模组1的PCB板12之间胶层厚度，可以采用两种涂胶方法。方法一是，将微孔离型膜4置于胶水2上，然后采用滚轮机构将微孔离型膜贴附到胶水2表面，滚轮的两端支撑在治具3上，可以参考图6，通过治具3的两个相对的侧板(32、33)的高度来控制胶层厚度。方法二是通过由上至下的面压来控制，具体是将微孔离型膜4置于胶水2上或者将微孔离型膜2设置(通过粘贴/吸附或其他临时固定的方式)在压板上，压板按照设定的行程下压，将微孔离型膜4覆在胶水2上，压板的行程可根据胶层的目标厚度进行设定。其中，压板具有透气结构，透气结构与微孔离型膜的微孔连通，构成排气通道。压板可以采用陶瓷制作，透气结构可以是陶瓷材料本身的透气微结构，例如具有100～500nm孔径微结构的二氧化硅、三氧化二铝或二氧化锆，其具有良好的透气性。透气结构也可以是普通的透明刚性板上加工的通孔，通孔为蜂窝状密集排列，可以采用不同直径的通孔进行密集排列，以减小相邻通孔之间的壁厚，例如可以设计壁厚小于0.5mm。通孔孔径可以远远大于微孔离型膜4的微孔直径，例如前者是后者直径的5-10倍，例如0.5mm，使一个通孔对应能与多个微孔连通。优选的，通孔在透明刚性板内部相互连通，以提高排气性能。
在胶水2充分流动填充间隙并排完气泡后，对胶水2进行固化。固化路径有两种。路径一是将LED发光模组1连同微孔离型膜4从治具3中整体取出，转移至固化设备中进行固化，一次性完成最终固化。路径二是在治具3中，采用封装设备集成的固化装置对胶层进行短时间的预固化，然后将预固化后的LED发光模组1连同微孔离型膜4从治具3中整体取出，采用固化设备对所述胶层进行最终固化，固化完成后，剥离微孔离型膜，得到封装好的LED发光模组成品。
上述固化路径一中，封装设备生产效率更高。其中，固化的方法可以是微波辐射加热固化、热传导加热固化或紫外光固化。由于真空中热传导效率低，本发明预固化优先采用微波辐射加热预固化或紫外光预固化，或者待覆微孔离型膜后由压具进行热传导加热进行预固化。通过微波辐射加热预固化或紫外光预固化来代替传统的加热方式，可以提高胶水的预固化速度，提高生产效率
本实施例中，微孔离型膜4最好是透光的高分子离型膜，具体可以采用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚丙烯或聚乙烯制作。压板可以采用如石英玻璃等紫外透过材料制作。上述透光材料一方面可以在固化前观察是否存在气泡未排出，另一方面可以适应固化路径二的工艺流程，通过紫外光穿透直接对胶水进行预固化。
本发明的封装方法，由于显示面朝上，预固化并非必要步骤，在不预热的情况下可以减少胶水中有机成分的挥发，降低气泡不良。此外即使内部存在少量气泡，也可以在施胶的过程中，通过微孔离型膜上的微孔排出，达到封装胶内部或者封装胶与基板、器件或者电性连接之间形成致密的保护结构。而现有的封装方法中，气泡会被密封在PCB板12和治具3之间并且由于经过预固化无法自行排出。此外，本发明由于可以省去预固化步骤，完成一块发光模组的封装时间可以大大减少，提高了封装设备利用率和生产效率。
在其中一个实施例中，参照图4，在LED发光模组1的侧面(即PCB板12的侧面)与治具3之间的间隙处设置密封圈5，可以阻止胶水渗透并倒流至PCB板的背面。也可以采用上述固化路径二，在封装设备中进行预固化，以减少从治具3中取出LED发光模组1时产生的溢胶。
在其中一个实施例中，步骤S1中，还可以在LED发光模组1的侧面与治具3内壁之间的间隙处设置密封圈5，参考图5。具体可以在治具3内侧壁上设置环形槽T，如图6所示，将密封圈5安装到环形槽T中。密封圈5为弹性材料制作而成，例如弹性橡胶，可防止胶水2通过此处间隙流到PCB板12的底面。
相应于本发明实施例一提供的LED发光模组封装方法，本发明实施例二还提供一种LED发光模组封装治具。
进一步参考图6，治具3包括底板31以及由底板31的四边向上弯折延伸的四个侧板，分别为位于底板31的第一相对侧并且高度相等的第一侧板32和第二侧板33，以及位于底板31的第二相对侧并且高度相等的第三侧板34和第四侧板35，还包括设置在四个侧板的内壁上的密封圈5，LED发光模组1的支撑柱14支撑在底板31上，并通过四个侧板进行限位。侧板的内壁设置有环形槽T，密封圈5设置在环形槽T中。封装时，LED发光模组1支撑在底板31上，密封圈5刚好套接在LED发光模组1的PCB板12的侧面，对PCB板12的侧面与治具3侧板内壁之间的间隙进行密封，防止溢胶渗透到间隙处并流至PCB板12的背面。
在其中一个实施例中，参考图4，可以在治具3的底板31正对LED发光模组1底部支撑柱14的位置设置有通孔H，通孔H的直径小于支撑柱14的直径，封装完毕后，可以通过顶出机构将LED发光模组1顶出，方便取出操作。
在其中一个实施例中，第一侧板32和第二侧板33的高度大于第三侧板34和第四侧板35的高度，滚轮或压板向下压合时支撑到第一侧板32和第二侧板33上，从而可以控制胶水2的封装厚度。此外密封圈5的安装高度可以与第三侧板34和第四侧板35的高度平齐，方便多余的胶水2及时排出。
进一步地，本发明的治具还可以在第三侧板34和所述第四侧板35上设置胶水收集槽36，以及与胶水收集槽36连通的排胶口37，用于收集贴合过程中的溢胶。其中一个实施例如图7a、7b、7c、7d所示，胶水收集槽36位于第三侧板34和第四侧板35的顶面。另一个实施例如图8a、8b所示，在图6所示结构的基础上，由第三侧板34的顶面向外侧弯折延伸有第一折边341，由第四侧板35的顶面向外侧弯折延伸有第二折边351；其中，第一折边341与第三侧板34的外壁夹角小于等于90°，第二折边351与第四侧板35的外壁夹角小于等于90°，图中以90°为例。
上述实施例中，胶水收集槽36可以是一端高一端低的斜流道型，排胶口37设置在斜流道较低的一端；胶水收集槽36还可以是中间低两端高的V形流道，排胶口37设置在V形流道中间较低处。上述实施例均只给出了第二种情形，第一种情形比较简单，本发明实施例不再赘述。进一步优选地，胶水收集槽36的横截面为圆滑的V形，具体如图7c和图8b所示，上述关于胶水收集槽36的设计，均是为了快速收集溢胶并能够及时将溢胶排出。
本发明实施例三还提供一种LED发光模组封装设备，如图9所示，包括施胶系统6和真空系统7；真空系统7包括真空腔71、固定在真空腔71中的治具72和机械臂73；具体地，治具72可以是前述实施例中的治具，治具72用于限位LED发光模组1，其中，LED发光模组1的显示面朝上；施胶系统6用于向LED发光模组1上施胶；机械臂73用于将微孔离型膜4覆到胶水2上，使微孔离型膜4与LED发光模组1之间的PCB板形成预定厚度的胶层；机械臂73还可用于将LED发光模组1从治具3中取出。例如，机械臂73将压板下压至微孔离型膜4上，使微孔离型膜4压合到胶水2上，控制压板行程使微孔离型膜4与所述LED发光模组1的PCB板之间形成预定厚度的胶层。
进一步地，真空系统7还包括微波加热装置74或紫外光固化装置75，用于对胶水进行预固化。
进一步地，治具的底部正对LED发光模组底部支撑柱的位置设置有通孔，通孔的直径小于支撑柱的直径；LED发光模组封装设备还包括顶出机构8，用于通过所述通孔将LED发光模组从治具中顶出。
有关本实施例LED发光模组封装设备的工作原理和过程，参见前述本发明实施例一和实施例二的说明，本发明不再赘述。
通过上述说明可知，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：(1)由于显示面朝上，预固化并非必要步骤，在不预热的情况下可以减少胶水中有机成分的挥发，降低气泡不良。此外即使内部存在少量气泡，也可以在施胶的过程中，通过微孔离型膜上的微孔排出，达到封装胶内部或者封装胶与基板、器件或者电性连接之间形成致密的保护结构。而现有的封装方法中，气泡会被密封在PCB板和治具之间并且由于经过预固化无法自行排出。此外，本发明由于可以省去预固化步骤，完成一块发光模组的封装时间可以大大减少，提高了封装设备利用率和生产效率；(2)由于真空中热传导效率低，本发明通过微波热固化或紫外光固化方式，来代替传统的加热方式，可以提高胶水的预固化速度，提高生产效率；(3)本发明还通过在治具侧板的内壁上设置密封圈，可以防止溢胶渗透并流至PCB板的背面；(4)通过设置治具第一侧板和第二侧板的高度大于第三侧板和第四侧板的高度，可以控制胶水的厚度；(5)通过在第三侧板和第四侧板上分别设置胶水收集槽，以及设计独特的胶水收集槽的形状，可以方便快捷地收集溢出的胶水；(6)通过在治具底板正对LED发光模组底部支撑柱的位置设置通孔，可以方便的从治具中取出LED发光模组。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种LED发光模组封装方法，其特征在于，包括：
步骤S1，在贴合环境中，将LED发光模组以显示面朝上的方式置于治具中；
步骤S2，向LED发光模组上施胶水，将所述贴合环境抽真空；
步骤S3，向所述胶水上覆微孔离型膜，使所述微孔离型膜与所述LED发光模组的PCB板之间形成预定厚度的胶层；其中，所述微孔离型膜的微孔用于排气，并且孔径满足防止胶水溢出；
步骤S4，对所述胶层进行固化；
步骤S5，剥离所述微孔离型膜，得到封装好的LED发光模组成品。
2.根据权利要求1所述的LED发光模组封装方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述向所述胶水上覆微孔离型膜，具体包括：将微孔离型膜置于胶水上，采用滚轮机构覆所述微孔离型膜，所述滚轮的两端支撑在所述治具上。
3.根据权利要求1所述的LED发光模组封装方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述向所述胶水上覆微孔离型膜，具体包括：将所述微孔离型膜置于胶水上或者将微孔离型膜设置在一压板上，压板按照设定的行程面压所述微孔离型膜，将所述微孔离型膜覆在胶水上；
其中，所述压板具有透气结构，所述透气结构与所述微孔离型膜的微孔连通，构成排气通道。
4.根据权利要求3所述的LED发光模组封装方法，其特征在于，所述压板采用石英玻璃或陶瓷材料制作而成，所述陶瓷材料包括二氧化硅、三氧化二铝或二氧化锆，所述透气结构为所述陶瓷材料本身的微孔结构；
或者，所述压板采用透明刚性板制作而成，所述透气结构为设置在所述透明刚性板上的通孔。
5.根据权利要求1所述的LED发光模组封装方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：将覆有微孔离型膜的LED发光模组从治具中取出，采用固化设备对所述胶层进行最终固化；
或所述步骤S4具体包括：
在所述治具中，对所述胶层进行预固化；
将预固化后的LED发光模组从治具中取出，采用固化设备对所述胶层进行最终固化。
6.根据权利要求1所述的LED发光模组封装方法，其特征在于，所述步骤S4中，具体是采用微波辐射加热固化、热传导加热固化或紫外光固化的方式对所述胶层进行固化。
7.根据权利要求1所述的LED发光模组封装方法，其特征在于，在所述LED发光模组的侧面与所述治具之间的间隙处设置密封圈。
8.根据权利要求1所述的LED发光模组封装方法，其特征在于，所述微孔离型膜采用聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚丙烯或聚乙烯制作而成。
9.一种LED发光模组封装设备，其特征在于，包括施胶系统和真空系统；
所述真空系统包括真空腔、固定在所述真空腔中的治具、机械臂；
所述治具用于限位LED发光模组，其中，所述LED发光模组的显示面朝上；
所述施胶系统用于向所述LED发光模组上施胶；
所述机械臂用于将微孔离型膜覆到胶水上，使所述微孔离型膜与所述LED发光模组的PCB板之间形成预定厚度的胶层；
所述机械臂还可用于将LED发光模组从治具中取出。
10.根据权利要求9所述的LED发光模组封装设备，其特征在于，所述真空系统还包括热传导加热装置、微波加热装置或紫外光固化装置，用于对所述胶水进行预固化。
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