CN113964258B - Led封装结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种LED封装结构及其制作方法，涉及LED技术领域。本发明的LED封装结构包括：支架，包括支架碗杯和导电基材述支架碗杯固定在导电基材上；LED芯片，固定于导电基材上并设置于支架碗杯内；导线，设置于支架碗杯内，使LED芯片与导电基材电连接；荧光胶，填充于支架碗杯内；荧光胶包括硅胶层和光转换层，光转换层包覆于LED芯片上，硅胶层包覆于光转换层的外表面，使光转换层与外界环境隔绝；荧光胶由黄绿色荧光粉、氟化物荧光粉、硅树脂和稀释剂制备而成；黄色荧光粉的粒径D50为20～30μm，氟化物荧光粉的粒径D50为20～40μm。本发明的LED封装结构不易发黑失效，而且能保证封装亮度。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，特别是涉及一种LED封装结构及其制作方法。
背景技术
LED色温可分为低色温、中色温和高色温，低色温在3300K以下，中色温在3300～8000K，高色温在8000K以上。现有的1000～2700K低色温LED封装结构中所用的粉胶比较高，其中荧光粉占封装胶水重量的65％以上，含氟化物荧光粉在粉体中的重量占比超过50％以上。由于荧光粉浓度过高，混合而成的荧光胶粘度较大，容易导致以下问题：1、点胶装置异常，难以批量生产；2、荧光胶中的荧光粉容易出现团聚，胶体表面褶皱；3、经离心沉降后，未能形成稳定的硅胶层和光转换层结构，且光转换层裸露，导致荧光胶中的氟化物荧光粉与空气中的水分发生水解反应，发黑失效。为解决荧光胶粘度大的问题，现有的方法是使用粒径D50小于20μm的荧光粉，可改善点胶效果，并且能控制荧光粉层被小于30μm的胶厚覆盖，确保可靠性，但是这种方法会导致封装亮度明显低于使用大粒径荧光粉的封装亮度。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种LED封装结构，在现有的LED封装结构的基础上，制备荧光胶时添加稀释剂降低胶液的粘度，便于点胶填充，本发明的LED封装结构可以隔绝空气中的水分与氟化物荧光粉接触，确保可靠性，而且能确保不损失亮度。
本发明提供的LED封装结构，包括：
支架，包括支架碗杯和导电基材，所述支架碗杯固定在所述导电基材上；
LED芯片，固定于所述导电基材上并设置于所述支架碗杯内；
导线，设置于所述支架碗杯内，使所述LED芯片与所述导电基材电连接；
荧光胶，填充于所述支架碗杯内；所述荧光胶包括硅胶层和光转换层，所述光转换层包覆于所述LED芯片上，所述硅胶层包覆于所述光转换层的外表面，使光转换层与外界环境隔绝；
所述荧光胶由黄绿色荧光粉、氟化物荧光粉、硅树脂和稀释剂制备而成，所述黄色荧光粉的粒径D50为20～30μm，氟化物荧光粉的粒径D50为20～40μm。
上述LED封装结构中，荧光胶的制备过程中添加了稀释剂降低荧光胶液的粘度，便于将其填充至支架碗杯中，沉降后形成稳定的硅胶层和光转换层，硅胶层包覆在光转换层外侧，有效隔绝空气中的水分，防止光转换层内的氟化物荧光粉与水分接触，确保可靠性；而且，无需使用小粒径的荧光粉，使用较大粒径的荧光粉维持亮度。
在其中一个实施例中，所述黄绿色荧光粉和氟化物荧光粉的重量之和与所述硅树脂的重量比为(65～90)：100。优选地，两者质量比为(65～70)：100。
在其中一个实施例中，所述黄绿色荧光粉和所述氟化物荧光粉的重量比为(40～55)：(50～60)。
在其中一个实施例中，所述光转换层中，氟化物荧光粉的含量为荧光胶中氟化物荧光粉总量的100％，黄绿色荧光粉的含量为荧光胶中黄绿色荧光粉总量的70％～100％。
在其中一个实施例中，所述硅胶层的厚度为20～60μm。
本发明还提供一种上述LED封装结构的制作方法，包括以下步骤：
S1、将LED芯片固定在导电基材表面，通过导线使LED芯片与支架电连接；
S2、将黄绿色荧光粉、氟化物荧光粉、硅树脂和稀释剂混合均匀，得到荧光胶液；
S3、将荧光胶液填充至支架的碗杯中，离心，使荧光胶液中的黄绿色荧光粉、氟化物荧光粉沉降，沉降后形成稳定的硅胶层和光转换层，硅胶层包覆在光转换层的外侧；
S4、对荧光胶液加热固化，形成荧光胶，得到所述LED封装结构。
上述制备方法中，在制备荧光胶液时添加稀释剂降低粘度，有利于点胶填充和沉降，形成稳定的硅胶层和光转换层，硅胶层包覆在光转换层外侧，有效隔绝空气中的水分，防止光转换层内的氟化物荧光粉与水分接触，确保可靠性；同时使用较大粒径的荧光粉维持亮度。
在其中一个实施例中，所述荧光胶液的25℃粘度为8000～12000mPa.s，所述荧光胶液中稀释剂的重量占比为5％～30％。优选地，所述荧光胶液中稀释剂的重量占比为5％～10％。
在其中一个实施例中，所述稀释剂为烷烃，25℃粘度为1～100mPa.s。
在其中一个实施例中，所述稀释剂为环己烷。
在其中一个实施例中，所述黄绿色荧光粉为铝酸盐荧光粉和/或氮化物荧光粉。优选地，铝酸盐荧光粉为Y3(Al,Ga)5O12:Ce，所述氮化物荧光粉为(Sr,Ca)AlSiN3:Eu。
在其中一个实施例中，所述氟化物荧光粉为四价锰激活氟硅酸钾荧光粉。优选地，四价锰激活氟硅酸钾荧光粉为K2SiF6:Mn。
在其中一个实施例中，所述S3中采用点胶装置将荧光胶液填充至支架碗杯中。
在其中一个实施例中，所述S3中采用离心机进行离心沉降。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的LED封装结构，在制备荧光胶液时添加稀释剂降低粘度，便于点胶填充，使得点胶装置正常工作，经过沉降后形成稳定的硅胶层和光转换层，硅胶层胶层具有一定厚度并包覆在光转换层外侧，有效隔绝空气中的水分，防止光转换层内的氟化物荧光粉与水分接触，避免发生水解反应而发黑失效，确保器件的可靠性；同时，使用较大粒径的荧光粉，黄色荧光粉的粒径D50为20～30μm，氟化物荧光粉的粒径D50为20～40μm，保证器件的高亮度。
附图说明
图1为实施例1中LED封装结构的示意图。
图2为实施例1中LED芯片与支架电连接的结构示意图。
图3为实施例1中填充荧光胶未沉降的LED封装结构的示意图。
图4为实施例1中荧光胶液点胶后的胶体状态。
图5为实施例1中荧光胶液沉降后的胶体状态。
图6为对比例1中荧光胶液点胶后的胶体状态。
图7为对比例1中荧光胶液沉降后的胶体状态。
图8为对比例2中荧光胶液点胶后的胶体状态。
图9为对比例2中荧光胶液沉降后的胶体状态。
图10为实施例1中LED封装结构信赖性实验结果。
图11为对比例1中LED封装结构信赖性实验结果。
图12为对比例2中LED封装结构信赖性实验结果。
图中，1-支架碗杯、2-导电基材、3-LED芯片、4-导线、5-荧光胶、5a-硅胶层、5b-光转换层。
具体实施方式
为了便于理解本发明，以下将给出较佳实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
一种LED封装结构，如图1所示，包括支架、LED芯片3、导线4和荧光胶5，支架包括支架碗杯1和导电基材2，支架碗杯1呈碗状，支架碗杯1的底部固定在导电基材2的表面。LED芯片3固定于导电基材2上，并位于支架碗杯1内；导线4的一端连接LED芯片3，另一端连接导电基材2，使LED芯片3与导电基材2电连接。荧光胶5填充于支架碗杯1内，荧光胶5由上层的硅胶层5a和下层的光转换层5b组成，光转换层5b包覆于LED芯片3上将其密封在支架碗杯1内，硅胶层5a包覆于光转换层5b的上表面使光转换层5b与外部环境隔绝。支架碗杯1的容纳腔的厚度T等于硅胶层5a的厚度T1与光转换层5b的厚度T2之和。
本实施例的LED封装结构(2835封装体，2700K色温)可以通过以下制作方法得到：
(1)取一LED芯片固定在导电基材表面，安装导线使LED芯片与支架电连接(如图2所示)。
(2)取黄绿色荧光粉、氟化物荧光粉、硅树脂和稀释剂，按重量比29.9：35.1：100：10的比例混合均匀，得到荧光胶液。其中，黄绿色荧光粉为Y3(Al,Ga)5O12:Ce和(Sr,Ca)AlSiN3:Eu的组合物(两种荧光粉的重量比为43.59：2.41，粒径D50为21～30μm)，氟化物荧光粉为K2SiF6:Mn(粒径D50为21～40μm)，硅树脂为苯基含氢硅树脂(AM-305)，稀释剂为环己烷(CAS：110-82-7)。
(3)用点胶机将荧光胶液填充至支架碗杯中，刚填充完荧光胶液的LED封装结构如图3所示。通过离心装置沉降，形成稳定的硅胶层和光转换层，沉降后几乎所有的氟化物荧光粉和绝大多数的黄绿色荧光粉沉降和分散至光转换层内，硅胶层仅含有非常少量的黄绿色荧光粉并且基本不含有氟化物荧光。硅胶层具有一定厚度，包覆在光转换层的上表面。
(4)加热固化，液态的荧光胶液形成固态的荧光胶，加热固化过程中稀释剂不参加反应，且挥发量极小，损失可忽略不计；冷却，即得LED封装结构。
对比例1
一种LED封装结构(2835封装体，2700K色温)的制作方法，与实施例1的区别在于，制备荧光胶液时未添加稀释剂。
对比例2
一种LED封装结构(2835封装体，2700K色温)的制作方法，与实施例1的区别在于，黄绿色荧光粉和氟化物荧光粉的粒径D50为15～20μm，且制备荧光胶液时未添加稀释剂。
实验例1
点胶实验。
分别取实施例和对比例中的荧光胶液，装入点胶机中，启动点胶机开关，将荧光胶液填充至支架碗杯中，观察点胶的效果。如果点胶后胶体表面平整，则为点胶正常，如果点胶后出现荧光粉团聚、胶体表面褶皱或其它异常现象，则为点胶异常。点胶后用离心装置在相同的条件下离心沉降，观察胶体截面的状态。
实验结果：实施例1的荧光胶液点胶正常，胶体表面光滑平整(图4)，经离心沉降后形成稳定的硅胶层和光转换层，光转换层表面被一层厚度约为50μm的硅胶层覆盖(图5)。对比例1的荧光胶液点胶异常，荧光胶中的荧光粉出现明显的团聚，胶体表面有明显的褶皱(图6)；经离心沉降后亦未能解决该问题，光转换层中的荧光粉凸起并裸露，胶水聚集在两端(图7)。对比例2的荧光胶液点胶正常，胶体表面平整(图8)，但其平整度和光滑度均不及实施例1；经离心沉降后形成硅胶层和光转换层，光转换层表面被一层厚度约为26μm的硅胶层覆盖(图9)。可以看出，实施例1的方案明显优于对比例1，较优于对比例2。
实验例2
封装亮度实验。
实验方法：在2835封装体中进行封样，使用100mA点亮测试。试验结果如表1所示。
表1.LED封装结构亮度对比
从上表可以看出，实施例1和对比例1的封装亮度相当，明显优于对比例2，亮度分别高2.8％和2.4％。添加稀释剂可降低荧光胶液的粘度。
实验例3
信赖性实验。
实验方法：分别取实施例和对比例的LED封装结构，放置在85℃的热水中24小时，观察随着时间的推移荧光胶是否发黑失效。
实验结果：实施例1的荧光胶在放置24小时后没有发黑现象(图10)，效果较好，说明形成的硅胶层能有效隔绝水分，保护光转化层。对比例1的荧光胶在放置24小时后严重发黑失效(图11)，效果差，说明对比例1中的荧光粉与空气中的水分接触发生了水解反应。对比例2的荧光胶在放置24小时后有轻微发黑(图12)，效果一般。由此可见，实施例1的信赖性最优，对比例2的信赖性一般，对比例1的信赖性最差。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种LED封装结构，其特征在于，包括：
支架，包括支架碗杯和导电基材，所述支架碗杯固定在所述导电基材上；
LED芯片，固定于所述导电基材上并设置于所述支架碗杯内；
导线，设置于所述支架碗杯内，使所述LED芯片与所述导电基材电连接；
荧光胶，填充于所述支架碗杯内；所述荧光胶包括硅胶层和光转换层，所述光转换层包覆于所述LED芯片上，所述硅胶层包覆于所述光转换层的外表面，使光转换层与外界环境隔绝；
所述荧光胶由黄绿色荧光粉、氟化物荧光粉、硅树脂和稀释剂制备而成，所述黄绿色荧光粉的粒径D50为20～30μm，氟化物荧光粉的粒径D50为20～40μm；所述黄绿色荧光粉和氟化物荧光粉的重量之和与所述硅树脂的重量比为(65～90)：100；所述黄绿色荧光粉和所述氟化物荧光粉的重量比为(40～55)：(50～60)。
2.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述光转换层中，氟化物荧光粉的含量为荧光胶中氟化物荧光粉总量的100％，黄绿色荧光粉的含量为荧光胶中黄绿色荧光粉总量的70％～100％。
3.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述硅胶层的厚度为20～60μm。
4.一种权利要求1～3任一项所述的LED封装结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将LED芯片固定在导电基材表面，通过导线使LED芯片与支架电连接；
S2、将黄绿色荧光粉、氟化物荧光粉、硅树脂和稀释剂混合均匀，得到荧光胶液；
S3、将荧光胶液填充至支架的碗杯中，离心，使荧光胶液中的黄绿色荧光粉、氟化物荧光粉沉降，沉降后形成稳定的硅胶层和光转换层，硅胶层包覆在光转换层的外侧；
S4、对荧光胶液加热固化，形成荧光胶，得到所述LED封装结构。
5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述荧光胶液的25℃粘度为8000～12000mPa.s；所述荧光胶液中稀释剂的重量占比为5％～30％；所述稀释剂为烷烃，25℃粘度为1～100mPa.s。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述黄绿色荧光粉为铝酸盐荧光粉和/或氮化物荧光粉；所述氟化物荧光粉为四价锰激活氟硅酸钾荧光粉；所述稀释剂为环己烷。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述铝酸盐荧光粉为Y3(Al,Ga)5O12:Ce，所述氮化物荧光粉为(Sr,Ca)AlSiN3:Eu，所述四价锰激活氟硅酸钾荧光粉为K2SiF6:Mn。
8.根据权利要求4～7任一项所述的制作方法，其特征在于，所述S3中采用点胶装置将荧光胶液填充至支架碗杯中，采用离心机进行离心沉降。
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