高稳定性的LED支架、LED光源及方法与流程

文档序号:12737462阅读:160来源:国知局
高稳定性的LED支架、LED光源及方法与流程

本发明涉及LED光源技术领域,具体涉及改善稳定性和可靠性的基材和由此制造的新型LED光源。



背景技术:

LED自从问世以上,受到广泛重视而得到迅速发展,是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是:亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。TOP LED(即,顶面或平面发光LED)的发展前景极为广阔,目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性方向发展。但实际在生产使用TOP LED产品的过程中,经常会遭遇产品劣化导致产品失效等问题(业内也称这种现象为“产品硫化”,其主要是因支架表面被硫化导致,但也可能存在其它污染原因,如卤化、氧化等等),这些问题给客户和生产厂家都带来一定损失。在出现上述硫化现象后,LED产品的功能区会黑化,导致对光反射大大降低,光通量会逐渐下降,而且导致色温出现明显漂移而使得产品性能劣化,从而大大降低LED的可靠性和使用寿命。严重时,直接导致LED失效,即死灯。

现有技术的这种缺陷的存在,其中一个主要原因在于:TOP LED的支架一般会在基材上镀银,该镀银层不仅可改善导电性能,抗氧化性,而且主要还会起到将LED发出的光反射出的作用,用于显著提高光效和LED的光通量。当LED在高温焊接时,如果碰到了硫或硫蒸气,则会造成支架上的银层与硫发生化学反应2Ag+S=Ag2S↓,形成Ag2S硫化物,该Ag2S硫化物视反应量的多少而呈现深黄色或黑色的颜色,不仅导致导电性能和抗氧化性显著降低,而且会显著减少LED的反射出光,严重降低光效和光通量。在严重的情况下,镀银层的绝大部分或几乎全部的银都通过发生硫化反应被耗尽,从而导致金丝断裂,造成LED开路,导致LED死灯。

众所周知,由于TOP LED支架气密性不佳,尤其是在LED工作状态下的高温环境下,更容易造成上述硫化失效,使得比如支架底部镀银层发黑,从而显著降低了LED器件的稳定性、可靠性、色温性能、光衰减性能和使用寿命,甚至导致LED器件在使用不久后即发生死灯现象。

因此,本领域急需解决现有技术中存在的上述技术问题和缺陷,而开发出能够克服上述缺陷和其它缺陷的新型的高稳定性的LED器件和LED支架。



技术实现要素:

针对现有技术中存在的上述技术缺陷,以及其它技术问题,本发明提出了高稳定性的LED器件和LED支架及其制造方法,它能够克服现有技术中的上述不足,并且还另外提供更多的附加技术效果。

根据本发明的一方面,基材主体可选取铝材或铜材或铁材或银材等金属材料(不限于上述金属材料),可通过比如真空溅射技术、离子镀技术、电镀或化学镀技术,在基材的表面沉积(比如涂上或镀上)一层或多层的金属层、氧化物等材料层,形成焊接界面。可通过控制表面氧化物及银层厚度,材质密度,而保护基材的材料表面不容易被硫化,溴化,氧化等,提高基材的稳定性、光泽度和对LED光的反射率。并且,使得能够实现LED支架基板正反面的焊接工艺。

根据本发明的另一方面,可将基材、填充胶材与LED支架固定连接,其中,LED支架可采用嵌入设计,所述的支架杯底可安装有芯片,芯片上可焊接有键合导线,芯片和键合导线的上方可封装有封装胶或封装胶与荧光粉混合物,从而形成特定LED封装灯珠。

更具体而言,根据本发明,提供了一种用于LED支架的基材(1),所述基材包括金属基体,其特征在于,所述基材包括:布置在所述金属基体的用于邦定LED芯片的那一面上的一个或多个涂层;和/或在所述金属基体的与用于邦定LED芯片的那一面相反的另一面上沉积的一层或多层第二金属层。

根据本发明的一实施例,所述一个或多个涂层包括一层或多层第一金属层,以及一层或多层氧化物层。

根据本发明的另一实施例,所述第一金属层是银或银合金、铝或铝合金、铁或铁合金、或者铜或铜合金形成的涂层;并且所述氧化物层是通过真空溅射、离子镀、电镀或化学镀沉积的氧化物涂层,所述氧化物选自三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛中的一种或多种。

根据本发明的另一实施例,所述一个或多个涂层从所述金属基体的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铝基体直接相邻的三氧化二铝层、二氧化钛层、纯银层、三氧化二铝层,以及最外侧的二氧化钛层。

根据本发明的另一实施例,所述一个或多个涂层从所述金属基体的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铝基体直接相邻的三氧化二铝层、二氧化钛层、纯银层、二氧化钛层、二氧化硅层,以及最外侧的二氧化钛层。

根据本发明的另一实施例,所述一个或多个涂层从所述金属基体的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铜基体直接相邻的纯银层、三氧化二铝层,以及最外侧的二氧化钛层;或者

所述一个或多个涂层从所述金属基体的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铜基体直接相邻的与铜基体直接相邻的纯银层、二氧化钛层、二氧化硅层,以及最外侧的二氧化钛层。

根据本发明的另一实施例,所述一个或多个涂层从所述金属基体的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:镍层、银层、三氧化二铝层,以及最外侧的二氧化钛层;或者

所述一个或多个涂层从所述金属基体的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铜基体直接相邻的镍层、银层、二氧化钛层、二氧化硅层,以及最外侧的二氧化钛层。

根据本发明的另一实施例,所述一个或多个涂层从所述金属基体的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铁基体直接相邻的铜层、纯银层、三氧化二铝层,以及最外侧的二氧化钛层;或者

所述一个或多个涂层从所述金属基体的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铁基体直接相邻的铜层、纯银层、二氧化钛层、二氧化硅层,以及最外侧的二氧化钛层;或者

所述一个或多个涂层从所述金属基体的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铁基体直接相邻的铜层、纯银层以及最外侧的三氧化二铝层;或者

所述一个或多个涂层从所述金属基体的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铁基体直接相邻的铜层、纯银层以及最外侧的二氧化硅层;或者

所述一个或多个涂层从所述金属基体的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铁基体直接相邻的铜层、银层、三氧化二铝层,以及最外侧的二氧化钛层;或者

所述一个或多个涂层从所述金属基体的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铁基体直接相邻的铜层、银层、二氧化钛层、二氧化硅层,以及最外侧的二氧化钛层。

根据本发明的另一实施例,所述一个或多个涂层从所述金属基体的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铜基体直接相邻的纯银层,以及最外侧的三氧化二铝层;或者

所述一个或多个涂层从所述金属基体的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铜基体直接相邻的纯银层,以及最外侧的二氧化硅层;或者

所述一个或多个涂层从所述金属基体的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铜基体直接相邻的镍层,纯银层,以及最外侧的三氧化二铝层;或者

所述一个或多个涂层从所述金属基体的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铜基体直接相邻的镍层,纯银层,以及最外侧的二氧化硅层。

根据本发明的另一实施例,所述第二金属层从所述金属基体的与用于邦定LED芯片的那一面相反的另一面起始由里向外地依次布置为:铜层以及选自银、锡、镍、铜中的一种或多种的金属层。

根据本发明的另一实施例,所述第二金属层从所述金属基体的与用于邦定LED芯片的那一面相反的另一面起始由里向外地依次布置为:铜层以及选自银、锡、镍中的一种或多种的金属层。

根据本发明的另一实施例,所述第二金属层由银、锡、镍中的一种或多种金属形成。

根据本发明的另一实施例,所述第二金属层由银、锡、镍、铜中的一种或多种金属形成。

本发明还提供了一种LED支架,其包括上述基材,以及与所述基材一起例如通过注塑成型形成比如相互嵌入构造的、带碗杯的LED支架本体的胶材(2),其中,所述胶材(2)的反射面与所述基材一起形成90-180°的发散角度的碗杯结构,并且所述胶材(2)为热塑性的材料或热固性的材料。

本发明还提供了一种高稳定性的LED光源,包括上述LED支架,邦定在所述碗杯杯底的LED芯片(4;8),以及灌注在所述碗杯内的封装胶(3)。

本发明另外还公开了一种对用于LED支架的基材进行表面处理的方法,所述方法包括:在所述基材的金属基体的用于邦定LED芯片的那一面上通过真空溅射、离子镀、电镀或化学镀技术沉积一个或多个表面涂层;并且/或者,在所述金属基体的与用于邦定LED芯片的那一面相反的另一面上通过真空溅射、离子镀、电镀或化学镀技术沉积一层或多层第二金属层。

根据本发明的另一实施例,所述一个或多个涂层包括一层或多层第一金属层以及一层或多层氧化物层,其中,所述氧化物层是通过真空溅射、离子镀、电镀或化学镀沉积的氧化物涂层,所述氧化物选自三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛中的一种或多种。

根据本发明的另一实施例,所述第二金属层是由银、锡、镍、铜中的一种或多种金属形成的一个或多个金属涂层。

根据本发明的另一实施例,所述方法用于形成本发明特定设计的LED支架的基材的表面涂层构造。

根据本发明的另一实施例,基材和支架填充胶材可通过一定工艺成型为LED支架,其中基材与支架填充胶材通过相互嵌入设计而提供了LED支架本体构造,其带有支架碗杯和通过绝缘胶材隔开的用于LED芯片邦定的正负极。优选的是,LED支架杯底的底部为嵌入设计,其中胶材(2)和基材相互嵌入。

根据一优选实施例,LED支架的碗杯的杯底可安装有芯片,正装LED芯片(4)上可焊接有键合导线(5),倒装LED芯片(8)可与支架杯底焊接,芯片(4)(8)和键合导线(5)的上方可封装有封装胶(3)。

优选的是,金属基体用于邦定LED芯片的那一面通过真空溅射技术、离子镀技术、电镀或化学镀技术沉积金属银和氧化物。上述基材可选自铝材,铜材,铁材等金属材料,并且基材不限于上述金属材料,氧化物为三氧化二铝,二氧化硅,二氧化钛当中一种或多种。

优选的是,金属基体下表面通过真空溅射技术、离子镀技术、电镀或化学镀技术沉积金属铜、银等金属材料,上述下表面所沉积金属材料为铜、银一种或多种,且所沉积金属材料不局限于上述几种。

优选的是,所述支架填充特定胶材2可选择为PPA,PCT,EMC,SMC等树脂材料。

本发明有益效果包括但不限于:基材主体例如可选取铝或铜或铁材,通过真空溅射技术、离子镀技术、电镀或化学镀技术,在基材表面沉积金属,氧化物等材料,形成焊接界面。通过控制表面氧化物及银层厚度,材质密度,保护基材材料表面不容易被硫化,溴化,氧化等,提高基材反射率和光泽度,实现LED支架基板正反面焊接工艺。并且,LED支架和LED器件产品的尺寸,结构,支架的成型,加工工艺可多样化并可根据应用场合灵活地定制。

在以下对附图和具体实施方式的描述中,将阐述本发明的一个或多个实施例的细节。本发明的多个方面和优点将在以下说明中部分地阐述,或者可由该说明而显而易见,或者可通过实践本发明而获悉。

附图说明

结合在说明书中并构成说明书一部分的附图图示了本发明的实施例,并且与说明一起用于解释和说明本发明的原理和一些具体实施方案。

本说明书中描述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整而能够实施的公开,包括其优选实施方式,其中引用了附图,这些附图仅仅是为了图示和辅助描述具体实施例起见,而不具有任何限制性,并且附图中的尺寸并非严格按照比例绘制。这些附图包括:

图1为根据本发明一实施例的LED支架结构的示意图;

图2为根据本发明一实施例的用于LED支架的基材的示意图;

图3为根据本发明另一实施例的LED支架结构的示意图;

图4为根据本发明另一实施例的LED支架结构的示意图;

图5为根据本发明一实施例的经过焊接,LED半成品的结构示意图;

图6,图7,图8,图9,图10,图11,图12为根据本发明的不同的多个优选实施例的基材的具体涂层构造的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图对本发明的多个非限制性实施例做出详细描述。本说明书中涉及的实施例仅意图解释本发明的原理而并非限制本发明的范围。本发明的可专利范围仅由权利要求书所限定。

本领域的技术人员可以理解,本发明中的部分术语,比如“支架填充胶材”不具有限制性意义,而是本领域的技术人员能够想到并理解的便于与金属基材一起成型并具有LED支架所需绝缘性能的任何材料,例如PPA,PCT,EMC,SMC等树脂材料,等等。“支架”和“LED支架”可互换使用。

参照附图1-12,图示了本发明的若干优选的实施方案,具体陈述如下。

具体实施方式一:如图1-6所示,本发明具体实施方式采用以下技术方案:它包含基材1、支架填充胶材2、封装胶3、芯片4或8、键合导线5,LED支架采用嵌入设计6,基材1和胶材2通过一定工艺成型,而形成图1(左)所示的LED支架。

根据本发明的另一实施例,在图5的杯底安装有芯片4或8,在正装LED芯片4上焊接有键合导线5,倒装LED芯片8与支架图5杯底焊接,在芯片4或8和键合导线5的上方封装有封装胶3。

根据一优选实施例,金属基体7的图6-12所示的上表面,即,用于邦定LED芯片的那一面,通过真空溅射技术、离子镀技术、电镀或化学镀技术沉积金属银和氧化物,金属基体7的材料可选取铝材,铜材,铁材等金属材料,并且不限于上述金属材料。氧化物的一些实例例如可以为三氧化二铝,二氧化硅,二氧化钛当中一种或多种。

优选的是,金属基体7的如图6-12所示的下表面,可通过真空溅射技术、离子镀技术、电镀或化学镀技术沉积金属铜、银等金属材料,上述下表面所沉积金属材料为铜、银一种或多种,且所沉积金属材料不局限于上述几种。

根据本发明的一优选实施例,如对应的附图所示,一个或多个涂层从金属基体(7)的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铝基体(7)直接相邻的三氧化二铝层、二氧化钛层、纯银层、三氧化二铝层,以及最外侧的二氧化钛层。

根据本发明的一优选实施例,如对应的附图所示,一个或多个涂层从金属基体(7)的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铝基体(7)直接相邻的三氧化二铝层、二氧化钛层、纯银层、二氧化钛层、二氧化硅层,以及最外侧的二氧化钛层。

根据本发明的一优选实施例,如对应的附图所示,一个或多个涂层从金属基体(7)的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铜基体(7)直接相邻的纯银层、三氧化二铝层,以及最外侧的二氧化钛层;或者

如对应的附图所示,一个或多个涂层从金属基体(7)的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铜基体(7)直接相邻的镍层、银层、三氧化二铝层,以及最外侧的二氧化钛层。

根据本发明的一优选实施例,如对应的附图所示,一个或多个涂层从金属基体(7)的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铜基体(7)直接相邻的纯银层、二氧化钛层、二氧化硅层,以及最外侧的二氧化钛层;或者

如对应的附图所示,一个或多个涂层从金属基体(7)的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铜基体(7)直接相邻的镍层、银层、二氧化钛层、二氧化硅层,以及最外侧的二氧化钛层。

根据本发明的一优选实施例,如对应的附图所示,一个或多个涂层从金属基体(7)的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铁基体(7)直接相邻的铜层、纯银层、三氧化二铝层,以及最外侧的二氧化钛层。

根据本发明的一优选实施例,如对应的附图所示,一个或多个涂层从金属基体(7)的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铁基体(7)直接相邻的铜层、纯银层、二氧化钛层、二氧化硅层,以及最外侧的二氧化钛层。

根据本发明的一优选实施例,如对应的附图所示,一个或多个涂层从金属基体(7)的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铁基体(7)直接相邻的铜层、纯银层以及最外侧的三氧化二铝。

根据本发明的一优选实施例,如对应的附图所示,一个或多个涂层从金属基体(7)的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铁基体(7)直接相邻的铜层、纯银层以及最外侧的二氧化硅。

根据本发明的一优选实施例,如对应的附图所示,一个或多个涂层从金属基体(7)的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铜基体(7)直接相邻的纯银层,以及最外侧的三氧化二铝层;或者

如对应的附图所示,一个或多个涂层从金属基体(7)的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铜基体(7)直接相邻的镍层,纯银层,以及最外侧的三氧化二铝层。

根据本发明的一优选实施例,如对应的附图所示,一个或多个涂层从金属基体(7)的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铜基体(7)直接相邻的纯银层,以及最外侧的二氧化硅层;或者

如对应的附图所示,一个或多个涂层从金属基体(7)的用于邦定LED芯片的那一面起始由里向外地依次布置为:与铜基体(7)直接相邻的纯银层,镍层,以及最外侧的二氧化硅层。

根据本发明的一优选实施例,如对应的附图所示,第二金属层从金属基体(7)的与用于邦定LED芯片的那一面相反的另一面起始由里向外地依次布置为:铜层以及最外侧的银层。

根据本发明的一优选实施例,如对应的附图所示,第二金属层由银、锡、镍中的一种或多种金属形成。或者,第二金属层由银、锡、镍、铜中的一种或多种金属形成。

优选的是,图3,图4所示的LED的底部可为嵌入设计,其中胶材2和基材1相互嵌入成型而形成一体式支架本体。

优选的是,特定的支架填充胶材2可选择PPA,PCT,EMC,SMC等树脂材料。

根据本发明的一典型实施方式,本发明的LED支架以及LED光源/灯珠的制备工艺过程,例如如下所述:

步骤(1):基材加工:选取特定基材经过正反面真空溅射技术、离子镀技术、电镀或化学镀技术处理;

步骤(2):冲压或蚀刻:选取经过正反表面加工处理过的基材冲压或蚀刻;

步骤(3):LED支架制作:用热固或热塑成型方式填充相应结构LED支架图3;

步骤(4):LED封装工艺:在LED支架图3上通过进行安装芯片4,焊接等工艺成型LED半成品图5;

步骤(5):封装胶层3灌封在LED半成品图5,并且进行烘烤固化成型、做成所需的LED光源灯珠。

通过上述具体实施方式来制备LED支架,并由此制成LED光源。作为一个实施例,本发明的高稳定性LED光源其尺寸可定制长宽分别为0.5mm~100mm,厚度为0.2mm~40mm,LED支架的成型加工工艺可使用冲压,模塑工艺实现并根据本发明如上所述进行表面处理。

光衰减性能的对比实验

提供根据本发明一优选实施例的用于LED支架的基材,其中,在金属基体7的用于邦定LED芯片的那一面上涂布与铝基体7直接相邻的三氧化二铝层、二氧化钛层、纯银层、三氧化二铝层,以及最外侧的二氧化钛层,其厚度可在30nm-5000nm之间。由此,该实施例中的设置在铝基体上的涂层构造化学特性稳定,可阻止外界的有害元素(例如氧,硫,溴,卤族元素等)与其中纯银层发生反应,从而起到抗硫化、抗氧化、抗卤化的效果,从而大大提高LED器件的稳定性、可靠性、色温性能、光衰减性能和使用寿命。

作为对比,提供常规的包括铜及其表面银层的TOP LED支架基材,其银层的厚度一般为0.5-3.0微米。

根据本发明的上述基材和常规TOP LED支架基材这两种基材分别制成LED器件。

分别选取根据本发明的上述基材制作的LED器件和常规TOP LED支架基材材制作的LED器件各10支,分别进行高温老化实验。其实验条件为:环境温度120度,电压9V,电流100ma,通过1000小时点亮老化,之后测量本发明和传统支架基材制作的LED器件在老化后的平均光通量。

测试结果表明,用本发明的上述基材制作的LED器件在通过1000小时点亮老化的光通量衰减平均值为大约1%;而用常规TOP LED支架基材材制作的LED器件在通过1000小时点亮老化的光通量衰减平均值为大约10%。

上述对比测试结果表明,根据本发明进行涂层处理的LED支架基材,可使得LED器件的光衰减性能与现有技术相比得到极大的改进。

虽然本文仅示出并描述了优选实施例的某些特征,但是本领域的普通技术人员能够想到许多改型和变化。因此,应该理解的是所附权利要求书旨在覆盖落入本发明的实质性构思内的全部此类改型和变化。本发明的保护范围仅由所附权利要求书来限定。

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