CN211404527U - 一种无机灯珠 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无机灯珠。该无机灯珠包括：LED芯片、支架和盖板，所述的支架包括：基板和设置在基板上表面的碗杯，所述的LED芯片通过助焊剂或锡膏固定在基板上，并与基板上的电极形成电性连接，所述的盖板包括：玻璃板和设置在玻璃板外缘的金属边框，所述的盖板通过焊接令金属边框固定连接在碗杯的端口处，所述的LED芯片被封装在支架与盖板形成的封装空间内。对于本实用新型的无机灯珠而言，其没有采用环氧树脂等有机粘合剂，而是采用助焊剂或者锡膏作为粘合剂固定盖板，从而避免深紫外LED对密封胶的破坏，提高产品的寿命。本实用新型封装方法首先在盖板外缘设置金属镀层，然后再进行抽真空、破真空或者进一步注入惰性气体，其工艺简单，效率更。

Description

一种无机灯珠

技术领域：

本实用新型涉及LED灯珠技术领域，特指一种无机灯珠。

背景技术：

随着新型冠状病毒的出现，各国科研人员都在研究杀灭病毒的方法。由于紫外线具有较好的杀灭病毒效果，所以在许多家电(例如冰箱、橱柜、扫地机等)会设置紫外灯进行消毒杀菌。传统的紫外汞灯由于含汞元素，目前已经逐渐禁止使用，所以目前优选的紫外光源采用深紫外LED。紫外LED是指发光中心波长在400nm以下的LED，将发光波长大于380nm称为近紫外LED，而短于300nm称为深紫外LED，短波长光线的杀菌效果高，因此深紫外LED目前已经广泛用于各种具有杀菌及除臭的产品中。

目前的这类深紫外LED由于封装工艺存在不足，导致生产效率较低，并且使用寿命不长。由于大功率深紫外对有机物具有更强的破坏性，所以无法使用传统的环氧树脂封装。针对于此，目前的深紫外LED采用了如下的封装工艺。

见对比文献1，中国专利号为：201820155005.5的实用新型专利，公开了一种一种深紫外LED封装结构，其采用的技术方案为：该深紫外LED封装结构包括陶瓷支架、深紫外LED芯片、石英玻璃和金属镀层；所述陶瓷支架呈碗杯结构，所述深紫外LED芯片设置在所述陶瓷支架内部；所述石英玻璃设置在所述陶瓷支架的上端，且与所述陶瓷支架之间形成密闭腔体；所述金属镀层包覆在所述密闭腔体的外表面，但外表面不包括密闭腔体底面以及密闭腔体内部正对的石英玻璃外表面区域。本实用新型通过在密闭腔体的外表面覆盖金属镀层，提高了石英玻璃与陶瓷支架的结合力和密封性；解决了深紫外LED封装结构长时间工作导致石英玻璃和陶瓷支架的脱离的问题，提高深紫外LED封装结构的可靠性。

对比文献1是将深紫外LED芯片封装在一个陶瓷支架形成的腔体内，并通过石英玻璃将该腔体密封，并且也提到了对腔体进行抽真空处理或者充入惰性气体，但是其仍存在以下不足：对比文献1中石英玻璃时通过UV胶水固定在支架端口处，并且通过外部的金属镀层对二者形成一种“半包覆”的固定结构，这样虽然可以提高二者的结合力，但是随着使用时间的不断增加，UV胶水在水汽的作用下，水分子会沿亲水性的金属表面渗入胶水界面，导致粘附作用下降，从而破坏腔体的气密性。另外，在支架与石英玻璃两种不同材料外进行局部的金属镀层作业，其工艺非常复杂，成品率不高，生产效率较低，导致产品成本较高。

对比文献2，见中国专利申请号为：201811332768.3的实用新型专利申请，其公开了一种量子点LED封装结构。其采用的技术方案为：包括支架以及LED芯片，支架的表面设置有碗杯，碗杯的顶部设置有内凹台阶，LED芯片设置在碗杯的底面中间，内凹台阶内设置有量子玻璃组件，量子玻璃组件两端通过硅胶-环氧树脂密封层封装在内凹台阶内，量子玻璃组件包括上玻璃层和下玻璃层，上玻璃层和下玻璃层之间设置有量子点层；其制备方法：步骤一、制备碗杯上设置有内凹台阶的支架，并在碗杯中封装LED芯片；步骤二、通过硅胶-环氧树脂密封端封装设置在内凹台阶中的量子玻璃组件的下玻璃层，并在下玻璃层表面涂覆量子点层后，通过上玻璃层压实，再封装上玻璃层；步骤三、将下玻璃层和碗杯组成的空腔内抽真空后，进行真空烘烤，实现了量子点层和芯片内部的良好密闭性并阻绝水氧。

对比文献2在碗杯上设置有内凹台阶用于承载玻璃组件，这种结构可提高产品的的稳固性，但是其仍采用硅胶-环氧树脂作为密封胶，导致这种技术方案无法应用于深紫外LED芯片封装工艺中。

针对以上情况，本发明人经过改进，提出了以下技术方案。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、操作简单，可大大提高生产效率的无机灯珠。

为了解决上述技术问题，本实用新型中无机灯珠采用了下述技术方案：一种无机灯珠，包括：LED芯片、支架和盖板，所述的支架包括：基板、设置在基板上表面的碗杯，所述的LED芯片通过焊接固定在基板上，并与基板上的电极形成电性连接，所述的盖板包括：玻璃板和设置在玻璃板外缘的金属边框，所述的盖板通过焊接令金属边框固定连接在碗杯的端口处，所述的LED芯片被封装在支架与盖板形成的封装空间内。

进一步而言，上述技术方案中，所述的封装空间为真空状态或者充入惰性气体。

进一步而言，上述技术方案中，所述碗杯端口的内缘形成有用于承载盖板的阶梯部，且盖板上的金属边框通过焊接固定在该阶梯部上。

进一步而言，上述技术方案中，所述的玻璃板采用石英玻璃或蓝宝石玻璃。

进一步而言，上述技术方案中，所述的金属边框为金属镀层。

进一步而言，上述技术方案中，所述的金属边框为通过烧结的方式与玻璃板一体成型。

进一步而言，上述技术方案中，所述的金属边框包夹于玻璃板的外缘。

进一步而言，上述技术方案中，所述的金属边框内嵌于玻璃板的外缘处。

进一步而言，上述技术方案中，所述的基板采用陶瓷材料。

进一步而言，上述技术方案中，所述碗杯采用金属材料制成，或者碗杯与盖板上对应金属边框的区域采用金属材料；盖板上的金属边框通过助焊剂或锡膏焊接与碗杯固定。

本实用新型采用上述技术方案后，相对于现有技术具有如下以下优点：

1、为了提高盖板与支架之间的结合力和密闭性，本实用新型中的无机灯珠首先在盖板的外缘设置一圈金属边框，然后通过助焊剂或者锡膏将金属边框与金属碗杯粘结，这种固定方式不仅令结合力增强，并且可有效抵抗氧气、湿气以及其他各类污染物的侵蚀，进一步提高了产品的使用寿命。

2、对于本实用新型的无机灯珠而言，由于采用了金属边框，所以其没有采用环氧树脂等有机粘合剂，而是采用助焊剂或者锡膏这类无机物作为粘合剂固定盖板，从而避免深紫外LED对密封胶的破坏，提高产品的寿命。

附图说明：

图1是本实用新型中无机灯珠的结构示意图；

图2是本实用新型中无机灯珠封装时的示意图；

图3是本实用新型中盖板的实施例二的结构示意图；

图4是本实用新型中盖板其他实施方式的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步说明。

见图1所示，本实用新型所述的无机灯珠包括：LED芯片1、支架2和盖板3。

所述的LED芯片1采用的是深紫外LED芯片，结合本实施例所示，该LED芯片为倒装芯片，即芯片的电极位于底部，可直接通过助焊剂或者锡膏进行贴片，无需焊金线。

所述的支架2包括：基板21、碗杯22和电极23，基板21采用陶瓷基板，碗杯22采用金属材料制作，或者采用表面具有金属镀层的无机材料(例如陶瓷材料)，或者至少在与盖板3对接的区域设置金属材料(例如，在该区域设置金属镀层)。碗杯22设置在基板21上表面，并且环绕形成一个碗杯状，以便于形成用于容置LED芯片1的封装空间10。电极23作为导电部采用金属片或金属镀层，正负电极23的一端位于基板21的上表面，另一端向下由基板21的底面引出。

优选的实施例中，所述碗杯22端口的内缘形成有用于承载盖板3的阶梯部221。另外，基板21、碗杯22和电极23可一体成型固结为一体，同时，为了提高热传导效率，所述的用于形成碗杯22的金属材料由基板21的底面引出，在基板21的底面形成一热传导层220。

所述的盖板3包括：玻璃板31和设置在玻璃板31外缘的金属边框32。所述的玻璃板31采用石英玻璃或蓝宝石玻璃，所述的金属边框32为金属镀层。一般金属边框32可选择铜镀层，金属边框32可采用一体烧结的方式成型。金属边框32的作用是用于与碗杯22的焊接固定。由于本实用新型采用助焊剂或者锡膏作为粘结材料，而这种材料如果直接粘结金属与玻璃材料，会出现无法焊接或者焊接不牢固的情况，本实用新型首先在玻璃板31的外缘设置金属边框32，通过金属边框32与碗杯22的金属材料进行焊接固定，确保二者之间的结合力和密封性。当然，金属边框32也可采用金属层包夹的方式形成，如图3所示。或者通过镶嵌工艺形成。盖板3的造型根据支架2中碗杯22的造型来确定，可以使圆形，方形等各种不同造型，如图4所示。

封装时，所述的LED芯片1通过助焊剂或锡膏5固定在基板21上，并与基板21上的电极23形成电性连接，且盖板3上的金属边框32通过助焊剂或锡膏5固定在该阶梯部221上。令所述的LED芯片1被封装在支架2与盖板3形成的封装空间10内，且该封装空间10为真空状态或者冲入惰性气体。

下面结合图2对本实用新型封装方法进行进一步的说明。

在封装前，按照前面所述准备好LED芯片1、支架2和盖板3。同时使用一台LED共晶设备4，具体封装过程如下：

第一步：将基板21放置在共晶设备4的工作台41上，该工作台41上开设有用于抽真空的排气孔411和用于充气的进气孔412。在基板21表面用于安装芯片1的位置以及碗杯22端口的阶梯部221处分别点上锡膏5；

第二步：将芯片1放置在基板21上对应位置，将盖板3放置在碗杯22端口对应位置；

第三步：通过共晶设备4对芯片进行电性连接，同时键合盖板3和碗杯22，共晶过程中，需要令灯珠处于封闭空间内，并进行加热，同时加热温度应高于锡膏5的熔点。根据最终产品的需要可选择下面任意一种处理方式：

方式一：封装空间为真空的灯珠。

首先令灯珠处于一封闭共晶腔体40内。例如如图2所示，在工作台41上罩设一个罩体42，通过罩体42与工作台41形成一个封闭的共晶腔体40，然后通过抽真空设备通过排气孔411对共晶腔体40内抽真空。与此同时，需要对灯珠进行加热，令基板21表面以及碗杯22阶梯部221处的锡膏处于熔融的状态。当共晶腔体40内气压逐渐变小时，灯珠中的封装空间10内气压相对外部共晶腔体40的气压就行形成较大的压力差。同时，锡膏5处于熔融的状态，封装空间10内的气体很容易穿过进入外部的共晶腔体40内，从而令封装空间10内逐渐达到真空状态。由于本实用新型是对共晶空间40进行抽真空作业，其空间较小，所以可以在较短时间内完成抽真空。根据产品对真空度的需求，本实用新型的抽真空作业时间一般在5-10秒内即可完成。

然后，逐渐对共晶腔体40进行破真空处理，即通过进气孔412向共晶腔体40内充入气体，令共晶腔体40内达到标准气压即可。

最后，停止加热，待锡膏固化后完成封装过程，得到封装空间10为真空的灯珠。

方式二：封装空间充入惰性气体的灯珠。

首先，与前面所述方式一相同，通过抽真空设备对共晶腔体40内进行抽真空处理，令灯珠的封装空间10达到对应真空状态。

然后，通过向对共晶腔体40注入惰性气体，即通过进气孔412向共晶腔体40内充入惰性气体，为了令惰性气体可以充入封装空间10内，共晶腔体40充入的惰性气体应当高于标准气压，例如共晶腔体40的气压为20MPa，此时共晶腔体40内的高压气体会很容易穿过进入内部的封装空间10内，从而令封装空间10内逐渐充入惰性气体。

最后停止加热，待锡膏5固化后完成封装过程，得到封装空间10充入有惰性气体的灯珠。

方式二是在方式一的基础上进一步对封装空间10内充入惰性气体，在充入惰性气体时，只要确保共晶空间内气压足够大，同时碗杯22阶梯部221处的锡膏处于熔融的状态，则惰性气体容易充入，惰性气体充入的作业时间一般在10-15秒内即可完成。

另外，方式二的一个优先方案是，基板21表面的锡膏的熔点高于碗杯22阶梯部221处的锡膏的熔点。例如，基板21表面的锡膏的熔点为240摄氏度，而碗杯22阶梯部221处的锡膏的熔点为180摄氏度。在抽真空作业时，共晶设备4的加热温度首先达到高于240摄氏度温度(例如260-300摄氏度)，此时，灯珠内所有的锡膏均处于熔融的稀液状态，封装空间10可快速实现抽真空作业。当抽真空完成后，共晶设备4的加热温度首先降低至180-240摄氏度之间(例如200摄氏度)，此时基板21表面的锡膏逐渐固化，实现LED芯片的共晶作业，但是碗杯22阶梯部221处的锡膏仍处于熔融的稀液状态，此时共晶空间40内的惰性气体就可以进入封装空间10内，完成对封装空间10的充入惰性气体作业。最后再令共晶设备4的加热温度再进一步降低至180摄氏度以下，令碗杯22阶梯部221处的锡膏固化，完成对盖板3的封装固化。

上述封装过程中，共晶设备4的加热温度根据锡膏的熔点设定，例如低温锡膏熔点在138摄氏度，而高温锡膏可达到300摄氏度，所以加热的温度通常在120-400摄氏度即可。当然，针对一些工艺要求较高的产品而言，例如针对波长为200纳米的军工用深紫外LED芯片封装，其焊接温度较高，通常不适用锡膏进行焊接，而是使用助焊剂直接进行焊接。助焊剂是焊接工艺中帮助和促进焊接，同时具有保护作用、阻止氧化反应的化学物质。本实用新型中可采用金锡合金类助焊剂，其可应用在300摄氏度的焊接工艺中。在加热过程中，助焊剂会挥发，同时挥发的物质可在抽真空过程中随空气一起被排除，不会在残留在封装空间10内，也不会对芯片1日后的工作带来影响。

为了提高加热效率，本实用新型中共晶设备4的加热方式可以直接通过工作台41进行加热，即，将热源直接通过工作台41进行传导，实现自下而上的加热。结合前面所述，为了提高热传导效率，所述的用于形成碗杯22的金属材料由基板21的底面引出，在基板21的底面形成一热传导层220。工作台41进行加热时，热量直接通过在基板21的底面形成一热传导层220对基板21和碗杯22进行加热，加热效率更高。

以上所述的封装方法中，对于共晶设备4可优选本实用新型人较早前提出的技术方案，见专利申请号为：201910424791.3所公开可全自动真空共晶设备。

综上所述，对于本实用新型的无机灯珠而言，其没有采用环氧树脂等有机粘合剂，而是采用助焊剂或者锡膏这类不会残留无机物作为粘合剂固定盖板，从而避免深紫外LED对密封胶的破坏，提高产品的寿命。对于本实用新型的封装方法而言，通过首先在盖板外缘设置金属镀层，然后再进行抽真空、破真空(或者进一步注入惰性气体)，其工艺简单，整个封装过程可以在60秒内完成，本实用新型的封装方法效率更高，可大大降低产品的制造成本。

当然，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并非来限制本实用新型实施范围，凡依本实用新型申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。

Claims (10)

1.一种无机灯珠，包括：LED芯片(1)、支架(2)和盖板(3)，所述的支架(2)包括：基板(21)、设置在基板(21)上表面的碗杯(22)，所述的LED芯片(1)通过焊接固定在基板(21)上，并与基板(21)上的电极(23)形成电性连接，其特征在于：所述的盖板(3)包括：玻璃板(31)和设置在玻璃板(31)外缘的金属边框(32)，所述的盖板(3)通过焊接令金属边框(32)固定连接在碗杯(22)的端口处，所述的LED芯片(1)被封装在支架(2)与盖板(3)形成的封装空间(10)内。

2.根据权利要求1所述的一种无机灯珠，其特征在：所述的封装空间(10)为真空状态或者充入惰性气体。

3.根据权利要求1所述的一种无机灯珠，其特征在：所述碗杯(22)端口的内缘形成有用于承载盖板(3)的阶梯部(221)，且盖板(3)上的金属边框(32)通过焊接固定在该阶梯部(221)上。

4.根据权利要求1所述的一种无机灯珠，其特征在：所述的玻璃板(31)采用石英玻璃或蓝宝石玻璃。

5.根据权利要求1所述的一种无机灯珠，其特征在：所述的金属边框(32)为金属镀层。

6.根据权利要求1所述的一种无机灯珠，其特征在：所述的金属边框(32)为通过烧结的方式与玻璃板(31)一体成型。

7.根据权利要求1所述的一种无机灯珠，其特征在：所述的金属边框(32)包夹于玻璃板(31)的外缘。

8.根据权利要求1所述的一种无机灯珠，其特征在：所述的金属边框(32)内嵌于玻璃板(31)的外缘处。

9.根据权利要求1所述的一种无机灯珠，其特征在：所述的基板(21)采用陶瓷材料。

10.根据权利要求1-9中任意一项所述的一种无机灯珠，其特征在：所述碗杯(22)采用金属材料制成，或者碗杯(22)与盖板(3)上对应金属边框(32)的区域采用金属材料；盖板(3)上的金属边框(32)通过助焊剂或锡膏(5)焊接与碗杯(22)固定。

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