CN1304186A - 圆弧平底凹杯之发光二极管的制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种圆弧平底凹杯之LED制作方法,包括两个阶段:第一阶段为制作凹杯印刷电路板,将印刷电路板置入钻孔机,并利用特殊铣刀以12000至25000转钻出圆弧平底凹杯,与其它电路钻孔完成后以喷砂机将凹杯内部完全抛光后,再做铜离子电镀,完成后镀镍、镀金即可;第二阶段为制作凹杯式LED,将已制成的凹杯印刷电路板,再经点胶、固晶、烘烤、连线、品检测试、灌胶及烘烤流程后,即可制成凹杯式LED。按本发明制成的LED具有良好的性能、经济性和多用途。

Description

圆弧平底凹杯之发光二极管的制作方法
本发明涉及一种圆弧平底凹杯之LED制作方法，特别是关于一种能运用于表面黏着发光二极管产品、点矩阵发光二极管产品、七段显示发光二极管产品、LCD背光板系列产品、汽车内部照明及刹车灯系列产品、交通标志灯系列产品及户外全彩看板系列产品等领域的圆弧平底凹杯LFD制作方法。
LED是发光二极管(Low Emitting Diode)的英文缩写(以下均简写为LED)，现有的LED之实体如图1所示，其中的LED1是以导通线材连接于铝质支架11上，该铝质支架11穿过印刷电路板12，并利用焊锡13将其焊接于印刷电路板12之另外一面。这种结构的LED，其铝质支架11在制作时，也会因偏心导致光源不均之困扰，而且这种结构最致命的缺陷在于不易散热，由于LED的工作温度与其亮度有绝对的关系，因此，散热是否良好便成为判断LED好坏的重要依据。
本发明的目的在于提供一种圆弧平底凹杯之LED制作方法，利用本发明之方法生产的圆弧平底凹杯形之LED，具有良好的散热性能，发光均匀性可达1∶1.1以内；其印刷电路板之电镀光滑而平坦；其LED制作成灯体时，耗时短、成本低，并可避免焊接于印刷电路板时下锡炉之高温破坏；依照本发明之制作方法，在同一凹杯内可植入不同颜色的晶粒，以大幅度提高其混光颜色及亮度，并可制作成SMD表面粘着式零件；本发明之制作方法可广泛适用于生产各种LED产品。
本发明的技术方案如下：本发明之圆弧平底凹杯之LED制作方法包括两个阶段：第一阶段为凹杯印刷电路板制作过程，将印刷电路板置入CNC(亦即电脑数字控制：Computerized Numerical Control的缩写，以下均简写为CNC)钻孔机，并利用特殊铣刀以12000至25000转钻出圆弧平底凹杯(需设定深浅度)，与其它电路钻孔完成后以喷砂机将凹杯内部完全抛光后，再做铜离子电镀(与一般印刷电路板电镀贯穿导电孔相同)完成后镀镍、镀金即可完成第一阶段；而第二阶段为凹杯式LED制作过程，将按上述过程制成的凹杯印刷电路板，再经过点胶、固晶、烘烤、连线、品检测试、灌胶及烘烤流程后，即可制成凹杯式LED。
本发明的圆弧平底凹杯之LED制作方法，包括以下步骤：
(1)准备材料：为一可印刷用电路板；
(2)第一次钻孔：利用CNC钻孔将所有导通孔全钻透；
(3)第二次钻孔：利用CNC钻孔将凹杯位置半钻透；
(4)第三次钻孔：利用特殊铣刀配合CNC钻孔将凹杯成型；
(5)喷砂：将印刷电路板凹杯四周及底部打平整；
(6)导孔被覆：于导孔匹覆导电药剂；
(7)电镀：一次铜电镀；
(8)底片制作：制作棕色底片；
(9)真空压模：利用干式线路油墨；
(10)油墨曝光：利用紫外灯管曝光；
(11)电路显象：利用纯碱显影完成后，以纯水清洗；
(12)电镀：二次铜电镀；
(13)电镀金属：电镀软镍，供LED固晶打线之用；
(14)电镀金属：电镀软金，以防止表面氧化；
(15)去墨：以活性钠去除蚀刻部分油墨；
(16)蚀刻：以氯化氨蚀刻掉不要的部分；
(17)品检：修复断、短路；
(18)覆膜：防焊漆；
(19)烘烤：将防焊油墨烘烤干；
(20)油墨曝光：利用紫外灯管曝光；
(21)油墨显象：以纯碱显影完，用纯水清洗；
(22)油墨定型：烘烤定型；
(23)品检测试：以高、低电流测试；
(24)成型：CNC铣刀或冲模成型；
(25)包装：以真空包装机包装；
由上述步骤即可制作出凹杯式LED所用之凹杯印刷电路板；
(26)准备材料：LED晶粒；
(27)点胶：以自动定量点胶机点上银胶；
(28)固晶：以电脑自动固晶机固定晶粒位置；
(29)烘烤：烘烤固晶；
(30)连线：以自动打线机烧结正、负极使之导通；
(31)品检测试：以电流冲击测试；
(32)灌胶：以环氧树脂灌注入灌胶模粒中再置入LED；
(33)烘烤：烘烤完成；
由上述步骤即可制作成凹杯式LED。
本发明所用的凹杯印刷电路板，可采用FR4、FR5、CEM-1、CEM-3或94V0等均可。
在上述本发明的制作过程中：
所述的步骤(10)之油墨曝光，是利用约5千瓦的紫外灯管曝光约8～10秒。
所述的步骤(13)电镀所用金属为125U以上的软镍。
所述的步骤(14)电镀所用金属为1～2U以上的软金。
所述的步骤(15)去墨所使用的活性钠，其片碱纯度约95％。
所述的步骤(20)之油墨曝光，是利用约7千瓦的紫外灯管曝光约8～10秒。
所述的步骤(22)油墨定型，是以摄氏约150度烘烤约60分钟。
所述的步骤(23)品检测试，所用之测试高电流为150DCV/2M欧姆，而低电流则为5DCV/100M欧姆。
所述的步骤(26)准备材料所用的LED晶粒，为9密尔至14密尔。
所述的步骤(29)之烘烤，是以摄氏约150度烘烤约2小时，方可完成固晶。
所述的步骤(31)之品检测试，是以约100mA之电流作冲击试验。
所述的步骤(33)之烘烤，是以摄氏约120度烘烤约8小时。
本发明与现有技术相比有以下优点：
一、平坦性好：凹杯底部及四周为圆弧碗状，其圆弧反射壁平坦光滑，使得光源可全部且均匀地向前。利用本发明制作的印刷电路板具有平坦、电镀光滑以及良好的散热等特性，该印刷电路板的平坦性及凹杯电镀光滑面可作为光源往前导光及反射之用。
二、散热性好：可将发光晶粒直接连接于凹杯印刷电路板上，并加以点胶烤干，使其发光体可直接由印刷电路板上铜箔快速散热，故具有散热快、长时间耐瞬间大电流、不易发热、亮度均匀、安定性高、无委外加工(焊接)、降低成本、产能大量提升等优点。
三、发光性好：其顶端圆弧封胶，其折射放大尺寸精准放大倍率一致，发光均匀性可达1∶1.1以内，而现有技术最佳只能达到1∶1.3。
四、混光性好：因同一凹杯内可植入不同颜色的晶粒，故其混光颜色及亮度均可大幅提升，并可制成SMD表面黏着式零件。
五、本发明之LED制作成灯体时，耗时短、成本低，并可避免焊接于印刷电路板时下锡炉之高温破坏。
六、经济性好：依照本发明可缩短制作过程，降低成本，增强竞争优势。
七、本发明之制作方法应用领域极为广泛，可广泛适用于生产各种LED产品。如：表面黏着发光二极管产品、点矩阵发光二极管产品、七段显示发光二极管产品、LCD背光板系列产品、汽车内部照明及刹车灯系列产品、交通标志灯系列产品及户外全彩看板系列产品等领域。
以下结合附图和实施例进一步说明本发明。
图1是现有的LED之实体示意图；
图2是本发明之圆弧平底凹杯式LED的实体示意图；
图3是本发明之圆弧平底凹杯印刷电路板之制作流程图；
图4是本发明之圆弧平底凹杯印刷电路板的实体示意图；
图5是本发明的凹杯式LED的制作流程图；
图6是本发明凹杯式LED制作完成后之实体示意图；
图7是该凹杯式LED未封胶之光路示意图；
图8是该凹杯式LED封胶后之光路示意图。
如图2所示，本发明凹杯式LED2是于印刷电路板上以CNC电脑钻孔机、并利用特殊铣刀以12000至25000转钻出具R角之圆弧平底凹杯211，并将晶粒22设置于圆弧平底凹杯211中，再利用打线技术将晶粒22与印刷电路板21上之铜箔介接，最后再以环氧树脂胶23封装于上。本发明之凹杯直接以印刷电路板散热，接触热阻极低，所以具有长时间耐瞬间大电流、不易发热、亮度均匀、安定性高、无委外加工(焊接)、降低成本、产能大量提升等优点。
一般LED操作温度核算方式如下：
1、以一电子方形脉波速度定为10ms(毫秒)，
2、以定电流导通条件为20mA(毫安培)持续点亮30分钟；
3、举例以LED饱和电压VF=2.1V，经20mA电流持续点亮30分钟后VF=1.92V,(2.1V-1.92V)=0.18V；
4、0.18V/2mA=90℃
5、总和热量：90℃/(20mA×1.92V)=2343℃/W
6、LED在常温下工作温度每下降10℃，亮度提高9％。
下表为本发明凹杯式LED与其它LED之热阻的比较表：
  热    阻     (晶片到支架)+(支架到电路板)
  一般LED     300℃/W＋145℃/W=445℃/W
HP惠普(吃人鱼)     155℃/W+145℃/W=300℃/W
HP惠普(梭子鱼)     15℃/W+145℃/W=160℃/W
  凹杯式LED     0℃/W+15℃/W=15℃/W
本发明之印刷电路板可控制R(圆弧角)，凹杯技术经实验数据及实际运用生产及寿命测试均能达到国际认证标准。
本发明之制作方法包括两个阶段，参阅图3，其步骤流程如下所述：
(1)准备材料31：印刷电路板采用FR4、FR5、CFM-1、CFM-3或94V0均可；
(2)第一次钻孔32：利用CNC钻孔将所有导通孔全钻透；
(3)第二次钻孔33：利用CNC钻孔将凹杯位置半钻透(前导孔简称盲孔)；
(4)第三次钻孔34：利用特殊铣刀配合CNC钻孔将凹杯成型；
(5)喷砂35：将印刷电路板凹杯四周及底部打平整；
(6)导孔被覆36：于导孔匹覆(PHT)导电药剂；
(7)电镀37：一次铜电镀；
(8)底片制作38：制作棕色底片；
(9)真空压模39：利用干式线路油墨(湿式印刷油墨无法使用)；
(10)油墨曝光40：利用约5千瓦紫外灯管曝光约8～10秒；
(11)电路显象41：利用纯碱显影完成后，以纯水清洗；
(12)电镀42：二次铜电镀；
(13)电镀金属43：电镀125U以上的软镍，供LED固晶打线之用；
(14)电镀金属44：电镀1～2U以上的软金，以防止表面氧化；
(15)去墨45：以活性钠去除蚀刻部分油墨，活性钠的片碱纯度约95％；
(16)蚀刻46：以氯化氨蚀刻掉不要的部分；
(17)品检47：(删修品检)可手工修复断、短路；
(18)覆膜48：(Liguide)防焊漆(通常正、反面都需要)；
(19)烘烤49：将防焊油墨烘烤干；
(20)油墨曝光50：利用约7千瓦紫外灯管(UV灯管)曝光约8～10秒；
(21)油墨显象51：以纯碱显影完，用纯水清洗；
(22)油墨定型52：以约摄氏150度烘烤约60分钟；
(23)品检测试53：以低电流5DCV/100M欧姆及高电流150DCV/2M欧姆测试。
(24)成型54：CNC铣刀或冲模成型；
(25)包装55：以真空包装机包装；
由上述步骤即可制作出凹杯式LED所用之凹杯印刷电路板；如图4所示，完成后的凹杯印刷电路板21上开设有许多凹杯211及铜箔24，且该凹杯211的数量和大小都可视需要使用；
该凹杯大小深浅都可按需要控制设定：
大小：0.8mm至5mm(一般支架式LED LAMP所不能及)；
深度：0.8mm至2mm(一般支架式LFD LAMP所不能及)。
当凹杯印刷电路板完成后，即可进行第二阶段，参阅图5，其步骤如下所述：
(1)准备材料61：LED晶粒9密尔至14密尔皆可；
(2)点胶62：以自动定量点胶机点上银胶；
(3)固晶63：以电脑自动固晶机固定晶粒位置；
(4)烘烤64：以摄氏约150度烘烤约2小时即固晶完成；
(5)连线65：以自动打线机烧结正、负极使之导通；
(6)品检测试66：以约100mA电流冲击测试；
(7)灌胶67：以环氧树脂灌注入灌胶模粒中再置入LED；
(8)烘烤68：以摄氏约120度烘烤约8小时后即完成。
由上述步骤即可制作成多用途凹杯式LED。如图6所示，制作完成后的凹杯式LED，是在凹杯印刷电路板21上，固定发光晶粒22，并利用打线技术，将晶粒22上的正、负极连接至上之铜箔24上，最后再封上环氧树脂胶23即可完成。
如图7所示，在凹杯式LED未封上环氧树脂胶时，由晶粒22所发出的光源，会因弧形凹杯211具有的平坦、电镀光滑以及良好散热等特性，产生一聚光向前之光路7。
如图8所示，在利用环氧树脂胶封装凹杯式LED后，由发光晶粒22所产生的光路7，将可均匀地呈现于隆起的胶体上。

Claims (13)

1、一种圆弧平底凹杯之LED制作方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)准备材料：为一可印刷用电路板；
(2)第一次钻孔：利用CNC钻孔将所有导通孔全钻透；
(3)第二次钻孔：利用CNC钻孔将凹杯位置半钻透；
(4)第三次钻孔：利用特殊铣刀配合CNC钻孔将凹杯成型；
(5)喷砂：将印刷电路板凹杯四周及底部打平整；
(6)导孔被覆：于导孔匹覆导电药剂；
(7)电镀：一次铜电镀；
(8)底片制作：制作棕色底片；
(9)真空压模：利用干式线路油墨；
(10)油墨曝光：利用紫外灯管曝光；
(11)电路显象：利用纯碱显影完成后，以纯水清洗；
(12)电镀：二次铜电镀；
(13)电镀金属：电镀软镍，供LED固晶打线之用；
(14)电镀金属：电镀软金，以防止表面氧化；
(15)去墨：以活性钠去除蚀刻部分油墨；
(16)蚀刻：以氯化氨蚀刻掉不要的部分；
(17)品检：修复断、短路；
(18)覆膜：防焊漆；
(19)烘烤：将防焊油墨烘烤干；
(20)油墨曝光：利用紫外灯管曝光；
(21)油墨显象：以纯碱显影完，用纯水清洗；
(22)油墨定型：烘烤定型；
(23)品检测试：以高、低电流测试；
(24)成型：CNC铣刀或冲模成型；
(25)包装：以真空包装机包装；
由上述步骤即可制作出凹杯式LED所用之凹杯印刷电路板；
(26)准备材料：LED晶粒；
(27)点胶：以自动定量点胶机点上银胶；
(28)固晶：以电脑自动固晶机固定晶粒位置；
(29)烘烤：烘烤固晶；
(30)连线：以自动打线机烧结正、负极使之导通；
(31)品检测试：以电流冲击测试；
(32)灌胶：以环氧树脂灌注入灌胶模粒中再置入LED；
(33)烘烤：烘烤完成；
由上述步骤即可制作成凹杯式LED。
2、根据权利要求1所述的圆弧平底凹杯之LED制作方法，其特征在于所述的凹杯印刷电路板为FR4、FR5、CEM-1、CEM-3或94V0。
3、根据权利要求1所述的圆弧平底凹杯之LED制作方法，其特征在于所述的步骤(10)之油墨曝光，是利用约5千瓦的紫外灯管曝光约8～10秒。
4、根据权利要求1所述的圆弧平底凹杯之LED制作方法，其特征在于所述的步骤(13)电镀所用金属为125U以上的软镍。
5、根据权利要求1所述的圆弧平底凹杯之LED制作方法，其特征在于所述的步骤(14)电镀所用金属为1～2U以上的软金。
6、根据权利要求1所述的圆弧平底凹杯之LED制作方法，其特征在于所述的步骤(15)去墨所使用的活性钠，其片碱纯度约95％。
7、根据权利要求1所述的圆弧平底凹杯之LED制作方法，其特征在于所述的步骤(20)之油墨曝光，是利用约7千瓦的紫外灯管曝光约8～10秒。
8、根据权利要求1所述的圆弧平底凹杯之LED制作方法，其特征在于所述的步骤(22)油墨定型，是以摄氏约150度烘烤约60分钟。
9、根据权利要求1所述的圆弧平底凹杯之LED制作方法，其特征在于所述的步骤(23)品检测试，所用之测试高电流为150DCV/2M欧姆，而低电流则为5DCV/100M欧姆。
10、根据权利要求1所述的圆弧平底凹杯之LED制作方法，其特征在于所述的步骤(26)准备材料所用的LED晶粒，为9密尔至14密尔。
11、根据权利要求1所述的圆弧平底凹杯之LED制作方法，其特征在于所述的步骤(29)之烘烤，是以摄氏约150度烘烤约2小时，方可完成固晶。
12、根据权利要求1所述的圆弧平底凹杯之LED制作方法，其特征在于所述的步骤(31)之品检测试，是以约100mA之电流作冲击试验。
13、根据权利要求1所述的圆弧平底凹杯之LED制作方法，其特征在于所述的步骤(33)之烘烤，是以摄氏约120度烘烤约8小时。
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