TWI742594B - 具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構 - Google Patents

Abstract

一種具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構具有金屬支架及絕緣托架。所述金屬支架包括第一支架、第二支架、以及形成於所述第一支架和所述第二支架之間的空槽。所述第一支架的周圍部分彎折以及第二支架的周圍部分彎折而形成燈杯。所述絕緣托架環繞該金屬支架並填滿所述空槽。

Description

具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構

本發明涉及一種發光二極體(LED)的金屬支架相關領域，特別是涉及一種可供發光二極體芯片置放的立體燈杯式的發光二極體金屬支架。

由於環保節能的趨勢發展，LED的應用越來越普及於生活的周遭。LED支架是LED燈珠在封裝之前的底部基座，在LED支架的基礎上注塑塑料燈杯進行包覆成型。塑料燈杯一面提供側面的反射功能，另一面提供隔開正負極的絕緣功能。接著，將芯片植入固定於LED支架的置晶區，然後，將引線焊接於芯片的正、負電極以及LED支架。最後，再用封裝膠一次封裝成形。封裝膠通常為硅膠，硅膠內有摻入經調配比例的螢光劑與擴散粉。LED支架材質一般是銅、鐵、鋁等金屬材質，因為金屬的導電性，通過焊接引線以連接LED燈珠內部的電極，LED燈珠封裝成形後，燈珠即可從支架金屬料板取下，LED燈珠兩側的金屬腳即成為了LED燈珠的正負極，可供用於焊接到LED燈具或其它LED成品。

目前LED反射燈杯的塑料材料包含環氧膠化合物（Epoxy Molding Compound,簡稱EMC）、聚對苯二甲酸環己烷二甲酯（Polycyclohexylene- dimethylene terephthalates，簡稱PCT）及矽膠模注化合物（Silicon Molding Compound, 簡稱SMC）。EMC為熱固型工藝，PCT為熱塑型工藝，SMC為熱塑型工藝。封裝後，經通電發熱，所注塑之塑膠材料大部分都會因受熱而黃化，使得LED燈珠出現光衰竭。另一面，LED金屬支架的鍍銀層，經過硫(S)化後，鍍銀層變黑，光反射效率變差，也會出現光衰竭，造成整體出光效果較差。硫化的原因，可能是空氣中硫成份，或者電路板中的硫成份，滲入LED燈珠內而發生硫化反應產生硫化銀(Ag ₂S)。因此市場急需改善LED支架以解決現有的問題。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構，以解決上述背景技術中提出的杯狀塑料反射部包覆金屬支架後，經通電發熱後產生老化，另外金屬鍍銀層發生硫化現象，從而出現光衰竭的問題。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構，其包括金屬支架及絕緣托架，所述金屬支架包括第一支架以及第二支架，所述第一支架的周圍部分向上彎折形成第一側反射壁，第二支架的周圍部分向上彎折形成第二側反射壁，從而形成燈杯，所述第一支架與所述第二支架之間形成一空槽，其中所述第二側反射壁上設置有至少一弧面槽。所述絕緣托架圍繞所述燈杯，所述絕緣托架的頂面至少切齊所述金屬支架的頂緣，所述絕緣托架包括一第一絕緣反射部及至少一第二絕緣反射部，所述第一絕緣反射部填滿所述空槽且切齊於所述第一側反射壁的內表面，所述至少一第二絕緣反射部填滿所述至少一弧面槽且切齊於所述第二側反射壁的內表面。其中所述第一側反射壁與所述第二側反射壁的內表面總面積大於所述第一絕緣反射部及所述至少一第二絕緣反射部的內表面總面積。

本發明的其中一有益效果在於，本發明的具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構如同凹面鏡原理，減少塑料反射部，初始的光反射效率的數值高，約達到98%，一段時間後，衰竭後光反射效率約為90%，說明光衰竭現象有效減少，本發明能夠有效延長LED正常亮度的時間，增加封裝的LED芯片的使用壽命。

區別於傳統架構，本發明採用金屬成型的立體燈杯式支架結構，有效降低塑料反射燈杯的面積比例，能夠有效避免傳統支架通過塑料燈杯，LED燈珠使用過程中，塑料燈杯因熱黃化而出現光衰竭的問題。此外，本發明的燈杯的內表面設置金屬鍍銀反射面，光效體現較佳，適用於更高功率與高亮度的LED支架的應用，達到節能的效果。

因塑料反射燈杯的反射特性為“擴散反射”，而鏡面的反射特性為“直接反射”，因此，立體燈杯支架的側面反射區，有效地降低塑料反射面積比例（60~70%），並由鏡面來取代之，便可形成“凹面鏡”原理成立，所以對光聚集效果提升，亦有效提高了光能“二次利用”效果（聚光）。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。

請參閱圖1至圖2，本發明提供一種具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構100(參圖7至圖8)，其包括金屬支架(metal lead frame)2及絕緣托架6(參圖6至圖8)。如圖1所示，本發明的製造過程，由一平坦片狀金屬料片5，通過衝壓成型，形成多個金屬支架2。金屬支架2的後端部分連接於金屬料片5。金屬料片5有金屬鍍銀反射面S。較佳的，金屬鍍銀反射面S的內表面鍍有抗硫化膜層 (Anti-sulfur film)作為一種保護層R。然而，本發明的保護層R不限於此，也可以是(或含有)抗紫外光(UV)層、抗刮層。舉例而言，本發明的金屬料片5可以採用Miro(註冊商標) 材料或Miro-Silver(註冊商標)金屬板。Miro(註冊商標)金屬板為德國安鋁(Alanod)公司製造的一種高反射率鏡面金屬板。此種金屬板以純鋁或純銀層作為基礎結構，運用物理氣相沉積 (Physical vapor deposition, PVD) 技術以真空方式蒸鍍、濺鍍銀於陽極處理過的鋁表面，以提高其表面反射率。

如圖2至圖4所示，本實施例的以一個金屬支架2作示例說明。本實施例的金屬支架2的中間位置經過衝壓，部分彎折而形成金屬燈杯C。燈杯C在本實施例呈圓形，然而燈杯C的形狀根據光學需求設計而改變，並不限制於本實施例的圓形。例如可以是四邊形、或多角錐狀、或其他形狀。

本實施例的金屬支架2通過模具衝壓成型後剛好形成燈杯C。金屬支架2包括第一支架21(或稱正極支架)和第二支架22(或稱負極支架)，第一支架21和第二支架22之間形成空槽201，以分開第一支架21以及第二支架22，分別作為兩個電極。衝壓時，所述第一支架21的周圍部分向上彎折形成第一側反射壁212，第二支架22的周圍部分向上彎折形成第二側反射壁222，從而形成一金屬燈杯C。

具體的說，第一支架21具有第一底反射板211及第一側反射壁212，第一側反射壁212原本與第一底反射板211位於同一金屬板而呈同一平面，經過衝壓製程，第一側反射壁212向上豎起並局部彎折地連接於第一底反射板211。第一底反射板211的部分進一步向外延伸而形成兩根第一焊接腳部213。換句說話，第一側反射壁212的兩側邊被撕裂離開金屬料片5沿著預定的燈杯C底面的形狀向上彎折並傾斜地豎起。本實施例較佳的還具有兩個第一焊接腳部213位於空槽201的下方。

具體的說，第二支架22具有第二底反射板221及第二側反射壁222，第二側反射壁222原本與第二底反射板221位於同一平面，經過衝壓製程，第二側反射壁222向上豎起並局部彎折地連接於第二底反射板221。換句說話，第二側反射壁222的兩側邊被撕裂離開金屬料片5沿著預定的燈杯C底面的形狀向上彎折並傾斜地豎起。本實施例的金屬料片5衝壓後，第一底反射板211與第二底反射板221位於同一平面且共同形成燈杯C的底部。在本實施例中，燈杯C底面大致呈一圓形。第一側反射壁212與第二側反射壁222環繞在燈杯C的底部周圍而形成弧面反射區（凹面鏡原理），以提供反射並聚集光線的作用。

另外，第一支架21與第二支架22之間的空槽201大致呈U字形，但本發明不限制於此，或者可以呈一字形（空槽無特定形狀限制，其目的在於對正負極的隔開絕緣效果，但亦具有反射功能需求）。本實施例的第一支架21呈一銳角狀的部分扇形，第一支架21兩側邊的夾角約為50度，但本實施例不限制於此，可以為30度至75度。

具體的說，第二支架22還可以形成至少一個弧面槽220，第二底反射板221的部分進一步向外延伸而形成兩根第二焊接腳部223，本實施例設有兩個弧面槽220，兩個弧面槽220呈一銳角。兩個第二焊接腳部223各位於兩個弧面槽220的下方。弧面槽220貫穿第二側反射壁222而不延伸至第二底反射板221。且第二焊接腳部223可以為平面（無特定限制）。弧面槽220數量可以是一個或一對。所述第二焊接腳部223的位置相應於所弧面槽220的位置，且由所述第二底反射板221的周圍向外延伸。

本實施例的第一底反射板211主要可供引線連接於LED芯片8，第二底反射板221供置放LED芯片8並連接引線。本實施例的兩個弧面槽220大致與空槽201相對，且共同朝燈杯C的底部中心延伸。第一焊接腳部213與第二焊接腳部223為裸露在外的電極部，也就是位於具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構100的底面，方便量產沖壓及焊接基板PCB之上與點燈測試用。

請參閱圖5及圖6，本實施例衝壓後的金屬支架2通過熱固或熱塑工藝的注塑製程，固定有絕緣托架6，本實施例注塑絕緣托架6於金屬支架2的過程，示意的說，如圖5所示，通過上模M1及下模M2夾住金屬料片5。絕緣托架6在本實施例為矩形，但其形狀並不限制於此。本發明可依實際需要，形成不同形狀的設計。

本實施例的其中一項技術特徵，下模M2設有定位凸肋M21對應於第一底反射板211及第二底反射板221的外緣，藉此可以在注塑過程，上模M1及下模M2形成同心圓定位的作用，協助定位該金屬燈杯C，避免被注塑的壓力沖離原來的位置。如圖8所示，注塑後，在第一底反射板211及第二底反射板221的外緣與絕緣托架6之間，形成一凹陷部63，凹陷部63有利於本發明的具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構100在焊接的過程中，形成流道，可以容納更多的焊錫。這些焊錫有助於固定附著強度、導電、以及散熱。

如圖7及圖8所示，絕緣托架6圍繞所述燈杯C，所述絕緣托架6的頂面至少切齊所述金屬支架2的頂緣，所述絕緣托架6包括一第一絕緣反射部61及至少一第二絕緣反射部62，所述第一絕緣反射部61填滿所述空槽201且切齊於所述第一側反射壁212的內表面，所述至少一第二絕緣反射部222填滿所述至少一弧面槽220且切齊於所述第二側反射壁222的內表面。具體的說，第一絕緣反射部61由俯視觀之，大致呈U形，第一絕緣反射部61由所述第一底反射板211與第二底反射板221之間再向兩側各延伸一延伸反射部611。其中所述第一側反射壁212與所述第二側反射壁222的內表面總面積大於所述第一絕緣反射部61及所述至少一第二絕緣反射部62的內表面總面積。

絕緣托架6填補了所述空槽201與所述多個弧面槽220，也就是形成部分的塑料反射壁於第一焊接腳部213與第二焊接腳部223的上方，與第一支架21及第二支架22共同形成杯狀的容置空間以容納LED芯片8。LED芯片8再以引線(圖略)各自連接於第一支架21及第二支架22，第一底反射板211與第二底反射板221的底面也可作為LED燈珠的電極部。

請參閱圖7，本發明的金屬支架2的部分彎折形成所述第一側反射壁212與第二側反射壁222，可直接反射光線，取代了傳統發光二極體封裝結構的大部分塑料反射面，相較於傳統的全塑料燈杯，本發明以金屬材料形成的第一側反射壁212與第二側反射壁222佔燈杯的全部反射面積約60~70%，直接以金屬支架2作為反射杯的結構。本實施例的第一側反射壁212與第二側反射壁222佔整個反射環狀面積的60~70%。

相較之下，傳統發光二極體封裝結構(或稱LED燈珠)的金屬支架呈平板狀，通過熱塑工藝或者熱固工藝形成傳統的絕緣托架，而形成100%的塑料燈杯，金屬支架僅僅外露於燈杯的底部，屬於漫射型反射，反射效率不佳。傳統發光二極體封裝結構主要倚賴絕緣托架形成的環狀反射斜面以反射光線。為加強反射率，傳統結構的絕緣托架一般是以EMC塑料（熱固工藝）或PCT塑料（熱塑工藝）形成白色反射牆。然而，這些材料主要缺點是會產生光衰（由初始光效約85~90%衰竭至光效約70~80%），而降低反射率。此外，當LED燈珠經久使用後，底部的銅金屬支架的鍍銀反射面，被硫(S)化後會變黑，經硫化後，鍍銀表面的反射率由95%降低約為70～75%，因此出現光衰。

本發明未使用塑料材質作為金屬鍍銀反射面S的基底，而是金屬材質作為金屬鍍銀反射面S的基底，並衝壓形成立體金屬燈杯C ，使金屬鍍銀反射面S為鏡面反射屬“直射型反射”，反射率高。較佳的，本發明還在鍍銀層表面有抗硫化處理，設成一抗硫化膜層，使光衰速度慢。

然而，本發明的金屬支架2的材料並不限制於上述的，金屬支架2可以為鐵質金屬支架、或銅質金屬支架、或鋁質金屬支架。金屬支架2也可以為Miro(註冊商標)材料支架，具體的說，金屬支架以鋁為基材，運用物理氣相沉積技術以真空方式蒸鍍、濺鍍銀於陽極處理過的鋁表面，形成所述金屬鍍銀反射面。

請參閱圖7及圖8，第一支架21和第二支架22之間的空槽201，以及金屬支架2的第二支架22上預設的兩段弧面槽220被塑料充填且固定，且充填的厚度剛好為金屬支架2的厚度，形成一個完整絕緣托架6的燈杯C結構，整個呈喇叭狀，抗硫化膜層覆蓋在燈杯C內表面未有塑料位置，當LED芯片被固定後，將熒光粉封裝後，LED芯片發出的光源被抗硫化膜層反射，反射率高，使整體的出光效率高。之後於金屬支架2底部上錫並將其焊固定於一基板上，便為一完整燈座。

本實施例的Miro材料的立體燈杯支架（其中塑料燈杯面積比例降低為30~40%），對比於先前技術的平面式支架結合塑料托架，其塑料燈杯面積比例100%，本實施例的初始光效比較好。此外，本實施例在使用一段時間後，本實施例的光效，由於有立體金屬燈杯而減少了塑料反射部的面積比例，光效受熱的影響較小，對光效有良好的影響。

先前技術的塑料燈杯面積比例均為100%，本實施例Miro材料的立體金屬燈杯，其中塑料燈杯面積比例降低為30~40%。換句話說，本實施例Miro材料的立體燈杯支架的初始光效更大，同樣一段時間後的光衰竭較少。以實例測試，本實施例以Miro材料形成金屬的立體燈杯支架，初始光效為98%，一段時間後的衰竭光效為90%，下降8%。因此本實施例Miro材料的立體燈杯支架具有良好的出光效果，整體使用時間長，具有一定的節能效果。

綜上所述，本發明的有益效果至少在於：區別於傳統的塑料燈杯反射面屬“漫射型反射”（塑料燈杯面積比例100%），本發明一種較佳的實施例可以是採用Miro(註冊商標)金屬材料的立體燈杯，以金屬支架立體衝壓形成金屬反射壁，使得塑料燈杯面積比例降低為30~40%。Miro(註冊商標)金屬材料鍍上銀反射層及抗硫化層，使金屬鍍銀反射面為鏡面反射而屬於“直射型反射”，因此在某角度有特別亮的現象，但在封裝熒光粉與擴散劑後能夠改善其光型，本實施例通過提高表面反射率可以提高整體出光效率。

區別於傳統架構設計，本發明是採用金屬成型的立體燈杯式支架結構（塑料燈杯面積比例降低為30~40%），能夠有效避免傳統支架通過EMC塑料（熱固工藝）與PCT塑料（熱塑工藝）後（塑料燈杯面積比例為100%），LED芯片使用過程中，塑料因熱黃化而出現光衰竭的問題。此外，本實施例的金屬鍍銀反射面設置在整個立體支架燈杯的內表面，並已在金屬鍍銀反射面鍍上抗硫化膜層，抗硫化膜層能夠減緩甚至不會使金屬鍍銀反射面的硫化，也能抑制光衰竭的速度，通過Miro材料與燈杯形狀的應用與設計，本發明有效降低塑料反射面積比例，光效體現好，適用於更高功率與高亮度的LED支架的應用，達到節能的效果。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

100:具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構 2:金屬支架 21:第一支架 211:第一底反射板 212:第一側反射壁 213:第一焊接腳部 201:空槽 22:第二支架 220:弧面槽 221:第二底反射板 222:第二側反射壁 223:第二焊接腳部 5:基板 8:LED芯片 6:絕緣托架 61:第一絕緣反射部 611:延伸反射部 62:第二絕緣反射部 63:凹陷部 C:燈杯 S:金屬鍍銀反射面 R:保護層 M1:上模 M2:下模 M21:定位凸肋

圖1為本發明的多個金屬支架與金屬料片的立體圖。

圖2為本發明的單個金屬支架的立體圖。

圖3為本發明的單個金屬支架的俯視圖。

圖4為本發明的單個金屬支架沿圖3的IV-IV線的剖視圖。

圖5為本發明的上模、下模與金屬支架的示意圖。

圖6為本發明的多個具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構的立體圖。

圖7為本發明的具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構的俯視圖。

圖8為本發明的具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構沿圖7的VIII-VIII線的剖視圖。

100:具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構

2:金屬支架

21:第一支架

211:第一底反射板

212:第一側反射壁

201:空槽

22:第二支架

221:第二底反射板

222:第二側反射壁

5:基板

6:絕緣托架

611:延伸反射部

62:第二絕緣反射部

63:凹陷部

8:LED芯片

R:保護層

Claims (10)

1. 一種具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構，包括：金屬支架，所述金屬支架包括第一支架以及第二支架，所述第一支架的周圍部分向上彎折形成第一側反射壁，第二支架的周圍部分向上彎折形成第二側反射壁，從而形成燈杯，所述第一支架與所述第二支架之間形成一空槽，其中所述第二側反射壁上設置有至少一弧面槽；以及絕緣托架，所述絕緣托架圍繞所述燈杯，所述絕緣托架包括一第一絕緣反射部及至少一第二絕緣反射部，所述第一絕緣反射部填滿所述空槽且切齊於所述第一側反射壁的內表面，所述至少一第二絕緣反射部填滿所述至少一弧面槽且切齊於所述第二側反射壁的內表面；其中所述第一側反射壁與所述第二側反射壁的內表面總面積大於所述第一絕緣反射部及所述至少一第二絕緣反射部的內表面總面積。
2. 如請求項1所述的具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構，其中所述第一支架具有第一底反射板，所述第一側反射壁向上彎折地連接於所述第一底反射板，所述第二支架具有第二底反射板，所述第二側反射壁向上彎折地連接於所述第二底反射板，其中所述第一底反射板與所述第二底反射板位於同一平面，且共同形成所述燈杯的底部，所述第一側反射壁與所述第二側反射壁形成弧面反射區。
3. 如請求項2所述的具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構，其中所述第二支架具有兩個所述弧面槽，兩個所述弧面槽貫穿所述第二側反射壁而不延伸至所述第二底反射板。
4. 如請求項3所述的具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構，其 中兩個所述弧面槽位於所述空槽的對面，朝所述燈杯的底部中心延伸，兩個所述弧面槽呈一銳角。
5. 如請求項2所述的具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構，其中所述第一底反射板的部分進一步向外延伸而形成至少一第一焊接腳部，所述第二底反射板的部分進一步向外延伸而形成至少一第二焊接腳部，所述至少一第二焊接腳部的位置相應於所述至少一弧面槽的位置，且由所述第二底反射板的周圍向外延伸。
6. 如請求項1所述的具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構，其中所述第一底反射板及所述第二底反射板的外緣與所述絕緣托架之間形成一凹陷部。
7. 如請求項1所述的具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構，其中所述第一支架呈一銳角狀的部分扇形。
8. 如請求項1所述的具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構，其中所述燈杯的內表面設置有一金屬鍍銀反射面，所述金屬鍍銀反射面的表面鍍有保護層。
9. 如請求項8所述的具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構，其中所述保護層為抗硫化層、或抗紫外光層、或抗刮層。
10. 如請求項1所述的具立體金屬燈杯的發光二極體封裝結構，其中所述金屬支架以鋁為基材，運用物理氣相沉積技術以真空方式蒸鍍、濺鍍銀於陽極處理過的鋁表面，形成所述金屬鍍銀反射面。

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