TWI416767B

TWI416767B - LED luminous module process method

Info

Publication number: TWI416767B
Application number: TW098118434A
Authority: TW
Inventors: Hsuan Chih Lin
Original assignee: Kwo Ger Metal Technology Inc
Priority date: 2009-06-03
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2013-11-21
Also published as: US8193012B2; JP2010283344A; US20100311193A1; TW201044642A

Description

LED發光模組製程方法

本發明係提供一種LED發光模組製程方法，尤指可將透鏡利用包覆射出方式二次封裝成型於容置杯部與發光二極體表面上，使其內部不會存有間隙，以此減少發光二極體光線通過不同介質所造成折射、光衰減現象之方法。

按，一般燈具種類及其產生之發光型式相當多，而就以市面上常見且廣泛使用於各領域之發光二極體(Light Emitting Diode，LED)為例，不但具有良好的光電轉換效率、波長固定，以及光量、光質可調整等特性外，並能達到體積小、低發熱量且使用壽命長之優勢，而較可適用於各式之嵌燈、頭燈或檯燈等燈具使用。

隨著發光二極體普遍應用可透過以改變材料方式與改變封裝技術增加其運作功率、提高亮度，並逐漸取代現有照明燈具，而廣泛使用在大型看板、汽車燈或戶外照明設備等，傳統晶片採直接封裝(Chip on Board；簡稱COB)，是積體電路封裝的一種方式，即可將其裸晶片直接黏貼、封裝於印刷電路基板上，此種封裝技術其實是小型化表面黏著技術，至於電氣傳導部分則是利用導線將晶片接點打線到電路板或基板之接點上形成電性連接，再於外部應用封膠技術予以覆蓋後成型。

而傳統晶片直接封裝(COB)結構，若以發光二極體之晶片封裝為例，如第九圖所示，係為習用發光二極體之立體剖面圖，係先將晶片A定位於絕緣體B內嵌設之散熱座B1表面上，並以晶片A上所連接之導線A1分別打線連接於絕緣體B二側穿設之正、負電極接腳C、D後，再於晶片A外依序進行封裝膠體E，以及黏著結合有塑膠透鏡F，此種製程方式結構上仍存有諸多缺失，茲分述如下：

1、習用膠體E封裝主要在保護晶片A，並使晶片A產生之光與熱儘可能向外傳遞，惟晶片A發光時所產生之光線經過膠體E進入透鏡F內時即會產生第一次折射，且當光線穿出透鏡F後則將產生二次折射現象，所以有業者採用無膠體封裝，直接利用玻璃材質製成之透鏡F作為外套保護以避免膠體E老化、影響透光率等情況，但因晶片A與透鏡F間存有一定的間隙，導致光線通過不同空氣介質時仍將造成有折射、光衰減現象。

2、習用晶片A為與預設電路基板進行表面黏著(SMT)時需要通過錫爐處在高溫250℃～300℃下，使得膠體E遇熱產生老化、耐熱性不佳，不利進行表面黏著焊接作業外，其透鏡F外型尺寸亦會因過熱微幅收縮、曲率產生變化而影響整體光學品質，造成晶片A朝透鏡F方向投射亮光照明度降低、無法產生均勻向外發光之平面光源等缺失發生。

是以，要如何解決上述習用之缺失，即為從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。

故，發明人有鑑於上述習用之不足與缺失，乃搜集相關資料經由多方評估及考量，並利用從事此行業之多年經驗，以及多次實際試作與修改，本著精益求精、不斷研究的創設理念，針對上述不足之處加以改良，始設計出此種LED發光模組製程方法的發明專利誕生。

本發明之主要目的乃在於係先將發光二極體及導電端子利用表面黏著技術為焊接於光源模組所具之電路基板上形成電性連接，而電路基板外側處利用包覆射出方式一體成型有容置杯部，且接著容置杯部與發光二極體頂部表面上則利用包覆射出方式二次封裝成型有透鏡，使其透鏡不需預先通過錫爐可避免過熱微幅收縮、曲率變化而影響整體光學品質，使其內部亦不會存有間隙，並可有效減少光線因通過空氣、透鏡、不同介質所造成折射、全反射、光衰減現象，以提高發光二極體朝透鏡方向投射亮光的光通量，進而可由鏡片的設計確保光源模組產生均勻向外發光適用光源。

本發明之次要目的乃在於容置杯部相對於發光二極體之外側開口表面上利用金屬鍍膜、網版印刷或噴塗加工等方式形成有具良好光線反射或折射效果之反射鏡，便可藉由反射鏡對發光二極體部分發散角度光線進行反射、折射收斂等動作而提升取光率。

本發明之另一目的乃在於透鏡外表面上為以單層或多層次鍍膜方式形成有增透膜，用以進行光線干涉及波長過濾，並具有抗紫外光、增進透光率之效果，使得發光二極體光線通過時可形成有不同亮光強度的可見光者。

本發明之再一目的乃在於容置杯部底部環槽內為套設有防水墊圈，而使光源模組與插座定位框架或其他組件組裝後形成緊密貼合的狀態，可防止密封不良所導致水氣之滲入造成光源模組產生短路、故障或損壞等缺失發生。

為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及其構造，茲繪圖就本發明之較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全瞭解。

請參閱第一、二、三、四、五圖所示，係分別為本發明之製造流程圖、焊接時之側視剖面圖、射出成型時之側視剖面圖、二次射出成型時之側視剖面圖及二次射出成型後之立體外觀圖，可由圖中清楚看出，本發明LED發光模組製程方法為包括下列步驟進行處理：

(101)焊接：將至少一個以上發光二極體12及二個或二個以上導電端子13利用表面黏著技術(SMT)或是接腳穿孔(Through Hole)方式焊接於光源模組1所具之電路基板11上形成電性連接；

(102)射出成型：電路基板11外側處為利用包覆射出(Over Molding)方式一體成型有容置杯部14，並於容置杯部14上、下二側處分別形成有可供發光二極體12及導電端子13露出之開口141、142；

(103)鏡面加工：容置杯部14相對於發光二極體12外側開口141表面上為利用金屬鍍膜、網版印刷或噴塗加工等方式形成有反射鏡143，而得良好光線反射或折射效果；

(104)二次射出成型：容置杯部14與發光二極體12頂部表面上再次利用包覆射出方式二次封裝成型有具預定形狀之透鏡15；

(105)鍍膜處理：透鏡15外表面上為以單層或多層次鍍膜方式形成有增透膜151。

而上述之製程步驟中，係先將發光二極體12及其外側之二導電端子13為利用表面黏著技術或是以接腳穿孔方式分別焊接於光源模組1所具之電路基板11上形成電性連接，而電路基板11可為銅基電路板、鋁基電路板、鐵基電路板、陶瓷覆銅基板(High Conduction Substrate，HCS)或其他具高導熱係數之電路板等型式，並於電路基板11外側處即可利用包覆射出方式一體成型有容置杯部14，同時使容置杯部14上、下二側分別形成有可供發光二極體12及導電端子13露出之開口141、142，再於容置杯部14相對於發光二極體12外側開口141表面上則利用金屬鍍膜、網版印刷或噴塗加工等方式形成有具良好光線的反射或折射效果之反射鏡143，且反射鏡143可為鋁、銀或其他可供光線反射之材質所製成外，其表面可為光滑面、格狀或多面狀等型式，便可藉由反射鏡143對發光二極體12部分發散角度光線進行反射、折射收斂等動作而提升取光率；此外，容置杯部14亦可為聚碳酸脂(Polycarbonate，PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)或其他不透光且可射出成型之材質所製成，便可接著容置杯部14與發光二極體12頂部表面上則再次利用包覆射出方式二次封裝成型有透鏡15，使其透鏡15可為符合光學設計而呈現預定形狀之聚光型或散光型透鏡，並使透鏡15光學角度可為60～120度，且可為聚碳酸脂(Polycarbonate，PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、透明聚烯(Transparent Polyolefine)或其他具良好透光性(Transmittance)且可射出成型之材質；另於透鏡15外表面上為以單層或多層次鍍膜方式形成有增透膜151，其增透膜151也可為氟化鎂、石英或其他具不同折射係數之材質鍍膜所製成，用以進行光線干涉及波長過濾並具有抗紫外光(UV)之效果，使得光線通過時可形成有不同亮光強度的可見光，此種將透鏡15直接二次封裝成型於容置杯部14與發光二極體12上之結構設計，則使容置杯部14與發光二極體12頂部表面上二次封裝成型之透鏡15內部不會存有間隙外，且可減少光線因通過、透鏡15、不同空氣介質所造成之折射、全反射、光衰減等現象，進而可提高發光二極體12朝透鏡15方向投射亮光的照明度，同時可由鏡片的設計確保光源模組1產生均勻向外發光之適用光源。

另請繼續參閱第六、七圖所示，係分別為本發明較佳實施例組裝時之側視剖面圖及組裝後之側視剖面圖，由圖中可清楚看出，本發明為包括有光源模組1、散熱裝置2、插座定位框架3及電源控制模組4所組成，其中：該光源模組1為具有電路基板11，並於電路基板11二側分別形成有抵持面111，且位於一側抵持面111上成型有具電路佈線之電路層112，而電路層112表面上設有至少一個以上之發光二極體12及其相對外側之二個或二個以上導電端子13；再者，電路基板11外側利用包覆射出(Over Molding)方式一體封裝成型有可供發光二極體12及二導電端子13露出之容置杯部14，且接著容置杯部14與發光二極體12頂部表面上則利用包覆射出方式二次封裝成型有透鏡15；另於容置杯部14外側周邊處設有對接部16，且對接部16表面上設有環形卡槽161；又容置杯部14底部相對電路基板11外側表面上凹設有可供防水墊圈17套設定位之環槽171。

該散熱裝置2為具有呈垂直軸式之基座21，並於基座21上環設有矗立狀複數鰭片211，而基座21底側設有具環形扣槽221之結合部22，且結合部22下方形成有可與電路基板11另側抵持面111抵貼定位之平整接觸面222。

該插座定位框架3為於中空內部形成有可供電路基板11露出之空孔31，並於空孔31相對外側設有正、負電極之二電源插接端子32，而插座定位框架3上、下二側周邊處分別朝外延伸有至少三個以上呈間隔排列之第一接合部33、第二接合部34，且第一接合部33、第二接合部34表面上分別設有呈勾狀之彈性扣片331、341。

該電源控制模組4電源控制模組4為具有一控制電路板41，並於控制電路板41表面設有複數電子元件及插接部42，而插接部42為以導線421連接於插座定位框架3空孔31相對外側之電源插接端子32上形成電性連接；另於控制電路板41外側處罩覆有殼體43，且殼體43與基座21頂部間設有可供防水墊圈431套設定位之環槽432。

俾當本發明於組裝時，係先將插座定位框架3為與散熱裝置2進行組裝，使其第二接合部34即可朝基座21底側結合部22方向迫入，並以第二接合部34表面所具之彈性扣片341為扣合於結合部22上之扣槽221內呈相對應卡扣定位後，同時亦使露出空孔31內側處之電路基板11抵持面111與結合部22下方之接觸面222形成抵貼，且插座定位框架3位於空孔31與外側第二接合部34間之表面上所環繞塗佈具防水、沾黏功能之防水膠35，而使插座定位框架3與散熱裝置2之間呈現緊密貼合狀態，並達到良好的防水功能。

而後將插座定位框架3為與光源模組1進行組裝，使其第一接合部33即可朝容置杯部14方向迫入，並以彈性扣片331扣合於容置杯部14外側對接部16上之卡槽161呈相對應卡扣定位後，同時將空孔31相對外側之二正、負電極電源插接端子32為對位插接於電路基板11上之導電端子13內形成電性導通，且使電路基板11為露出於空孔31內側處，再透過容置杯部14底部環槽171內所套設之防水墊圈17定位於光源模組1與插座定位框架3之間呈現緊密貼合狀態，防止密封不良所導致水、水氣滲入造成光源模組1整體產生短路、故障或損壞等缺失發生。

而於使用時，為可藉由電源控制模組4供應光源模組1整體所需之電量，使其發光二極體12可產生對外投射之亮光，且容置杯部14接著與發光二極體12頂部表面上二次封裝成型之透鏡15內部不會存有間隙，即可減少光線因通過空氣、透鏡15、不同介質所造成之折射、全反射、光衰減現象，以及可提高發光二極體12朝透鏡15方向投射亮光的光通量，當發光二極體12發光時所產生之熱量，便可透過電路基板11另側之抵持面111、結合部22下方之接觸面222傳導至具良好熱傳效果之基座21上後，再利用基座21上所環設之複數鰭片211增加散熱的表面積，同時將熱量為朝周圍進行排散、冷卻降溫，藉此可避免發光二極體12熱量囤積、聚集而影響其使用效能，或是因過熱燒毀，進而達到延長光源模組1整體使用壽命之效用。

此外，上述本發明之光源模組1與散熱裝置2為以插座定位框架3作簡易組裝並可快速拆卸而形成分離組構狀態，此種為可解決光源模組1長時間使用後之損壞、更換問題，亦可依照使用者不同的使用需求，或是因應其散熱裝置2型式，而可任意置換或是組合具不同規格、數量發光二極體12之光源模組1，並達成光源模組1任意以耗材方式進行更換使用，使其不論是在整體發光效益或結構穩定性上，均具有較佳之可靠度，舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

另請同時參閱第一、五、八圖所示，係分別為本發明之製造流程圖、二次射出成型後之立體外觀圖及另一較佳實施例之側視剖面圖，可由圖中清楚看出，本發明LED發光模組製程方法所包括之步驟102與步驟105亦可依照不同之製程需求，或是因應包覆射出成型之簡易性及加工機具的限制，而予以進行置換，使其電路基板11為於發光二極體12及導電端子13外部利用包覆射出方式一體封裝成型有具預定形狀之透鏡15，且透鏡15外側表面上加工形成有反射鏡143後，再利用包覆射出方式一體成型有容置杯部14，另於透鏡15頂部表面上鍍膜形成有增透膜151，惟本發明之技巧特徵並不侷限於此，凡任何熟悉該項技藝者在本發明領域內，可輕易思及之變化或修飾，均應被涵蓋在以下本案之申請專利範圍內，合予陳明。

綜上所述，本發明上述之LED發光模組製程方法於使用時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之發明，為符合發明專利申請要件，爰依法提出申請，盼　審委早日賜准本案，以保障發明人之辛苦發明，倘若　鈞局有任何稽疑，請不吝來函指示，發明人定當竭力配合，實感公便。

1．．．光源模組

11．．．電路基板

111．．．抵持面

112．．．電路層

12．．．發光二極體

13．．．導電端子

14．．．容置杯部

141．．．開口

142．．．開口

143．．．反射鏡

15．．．透鏡

151．．．增透膜

16．．．對接部

161．．．卡槽

17．．．防水墊圈

171．．．環槽

2．．．散熱裝置

21．．．基座

211．．．鰭片

22．．．結合部

221．．．扣槽

222．．．接觸面

3．．．插座定位框架

31．．．空孔

32．．．電源插接端子

33．．．第一接合部

331．．．彈性扣片

34．．．第二接合部

341．．．彈性扣片

35．．．防水膠

4．．．電源控制模組

41．．．控制電路板

42．．．插接部

421．．．導線

43．．．殼體

431．．．防水墊圈

432．．．環槽

A．．．晶片

A1．．．導線

B．．．絕緣體

B1．．．散熱座

C．．．正電極接腳

D．．．負電極接腳

E．．．膠體

F．．．透鏡

第一圖　係為本發明之製造流程圖。

第二圖　係為本發明焊接時之側視剖面圖。

第三圖　係為本發明射出成型時之側視剖面圖。

第四圖　係為本發明二次射出成型時之側視剖面圖。

第五圖　係為本發明二次射出成型後之立體外觀圖。

第六圖　係為本發明較佳實施例組裝時之側視剖面圖。

第七圖　係為本發明較佳實施例組裝後之側視剖面圖。

第八圖　係為本發明另一較佳實施例之側視剖面圖。

第九圖　係為習用發光二極體之立體剖面圖。

Claims

一種LED發光模組製程方法，尤指可將透鏡二次封裝成型於容置杯部與發光二極體上，使其內部不會存有間隙，以此減少發光二極體光線通過不同介質所造成折射、光衰減現象之方法，為包括下列之實施步驟：(A)將至少一個以上發光二極體及二個或二個以上導電端子焊接於光源模組所具之電路基板上形成電性連接；(B)電路基板外側處利用包覆射出方式一體成型有容置杯部，並於容置杯部二側分別形成有可供發光二極體及導電端子露出之開口，且該容置杯部底部相對電路基板外側表面上凹設有環槽，且環槽內套設定位有防水墊圈；(C)容置杯部與發光二極體頂部表面上利用包覆射出方式二次封裝成型有具預定形狀之透鏡。
如申請專利範圍第1項所述之LED發光模組製程方法，其中該發光二極體及二導電端子為利用表面黏著技術分別焊接於電路基板上形成電性連接。
如申請專利範圍第1項所述之LED發光模組製程方法，其中該電路基板可為銅基電路板、鋁基電路板、鐵基電路板、陶瓷覆銅基板或其他具高導熱係數之電路板。
如申請專利範圍第1項所述之LED發光模組製程方法，其中該步驟(B)完成後容置杯部相對於發光二極體外側開口表面上為可利用金屬鍍膜、網版印刷或噴塗加工等方式形成有反射鏡。
如申請專利範圍第4項所述之LED發光模組製程方法，其中該反射鏡可為鋁、銀或其他可供光線反射之材質所製成，其表面可為光滑面、格狀或多面狀等型式。
如申請專利範圍第1項所述之LED發光模組製程方法，其中該容置杯部可為聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲酯或其他不透光且可射出成型之材質所製成。
如申請專利範圍第1項所述之LED發光模組製程方法，其中該步驟(C)完成後透鏡外表面上為以單層或多層次鍍膜方式形成有增透膜。
如申請專利範圍第7項所述之LED發光模組製程方法，其中該增透膜可為氟化鎂、石英或其他具不同折射係數之材質鍍膜所製成。
如申請專利範圍第1項所述之LED發光模組製程方法，其中該透鏡為可符合光學設計而呈現預定形狀之聚光型或散光型透鏡，且透鏡光學角度可為60~120度。
如申請專利範圍第1項所述之發光燈具製程方法，其中該透鏡可為聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲酯、透明聚烯或其他具良好透光性且可射出成型之材質所製成。