一种LED封装结构及方法与流程

一种led封装结构及方法
技术领域
1.本技术涉及照明技术领域，具体而言，涉及一种led封装结构及方法。


背景技术：

2.随着现代化农业的不断发展，植物照明的需求和能耗在不断扩大，对传统植物照明灯具技术也提出了新的挑战。led作为新一代光源，除了环保节能的特点外，还具有光量可调整、光质可调整、冷却负荷低与允许提高单位面积栽培量等特点，对封闭有环控的农业生产环境，如植物组织培养室等是一种非常适合的人工光源。但是现有led产品的发光亮度较低，难以满足高质量种植的需求，且由于种植环境较为复杂，使得led产品容易受到硫化影响。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种led封装结构及方法，以改善现有led产品亮度较差且防硫化性能不足的问题。
4.为实现上述目的，本技术实施例采用的技术方案如下：
5.本技术实施例的一方面，提供一种led封装结构，包括支架，在支架正面的功能区贴装有与功能区电连接的led晶片，在功能区设置有环绕于led晶片周侧的胶体反射层，胶体反射层与led晶片的周侧贴合且顶面平齐，在支架正面设置有覆盖led晶片顶面的模顶透镜。
6.可选的，支架为陶瓷支架，以使支架正面的非功能区作为反射面。
7.可选的，模顶透镜包括防冲层和位于防冲层上的透镜，防冲层设置于支架的正面且覆盖支架正面的非功能区以及功能区的led晶片和胶体反射层，防冲层的顶面为平面，透镜与功能区正对应。
8.可选的，透镜的顶面中部为内凹部，以使led晶片经模顶透镜出射形成蝙蝠翼光形。
9.可选的，功能区包括间隔的第一电极区域和第二电极区域，led晶片的一极共晶焊接于第一电极区域，且led晶片的另一极通过邦定线与第二电极区域电连接。
10.可选的，在支架背面设置有间隔的第一焊盘和第二焊盘，第一焊盘通过第一互联孔与第一电极区域连接，第二焊盘通过第二互联孔与第二电极区域连接，第一焊盘的面积大于第二焊盘的面积。
11.可选的，第一焊盘与第二焊盘的面积比为3.5至4.8；和/或，第一互联孔和第二互联孔的个数分别大于或等于2。
12.本技术实施例的另一方面，提供一种led封装方法，方法包括：提供支架，支架的正面具有功能区；通过共晶工艺将led晶片贴装于功能区并与功能区电连接；在功能区环绕led晶片的周侧喷涂胶体反射层，胶体反射层与led晶片的周侧贴合且顶面平齐；在支架正面通过模顶制程工艺设置有覆盖led晶片顶面的模顶透镜。
13.可选的，在功能区环绕led晶片的周侧喷涂胶体反射层包括：配制胶体反射层溶液；对胶体反射层溶液进行脱泡处理；将胶体反射层溶液环绕喷涂于led晶片的周侧；采用离心沉淀工艺使得led晶片周侧的胶体反射层溶液均布于功能区；对led晶片周侧的胶体反射层溶液烘烤固化形成胶体反射层，胶体反射层与led晶片的周侧贴合且顶面平齐。
14.可选的，在功能区环绕led晶片的周侧喷涂胶体反射层之后，方法还包括：配制荧光胶体溶液；对荧光胶体溶液进行脱泡处理；将荧光胶体溶液均匀涂覆于led晶片的顶面；对led晶片顶面的荧光胶体溶液进行烘烤固化形成荧光胶体层。
15.本技术的有益效果包括：
16.本技术提供了一种led封装结构及方法，结构包括支架，在支架正面的功能区贴装有与功能区电连接的led晶片，在功能区设置有环绕于led晶片周侧的胶体反射层，胶体反射层与led晶片的周侧贴合且顶面平齐，在支架正面设置有覆盖led晶片顶面的模顶透镜。一方面能够使得胶体反射层对led晶片与支架的固定进行加固；另一方面能够使得胶体反射层对led晶片与支架的结合处进行良好的密封，从而有效的提高器件的防硫化性能；再一方面，基于胶体反射层的反射作用，能够对led晶片的侧向出光进行反射使其最终由led晶片的顶面(也即出光面)出射，由此能够有效的提高器件的亮度，从而提高器件植物参数ppf(光合光量子)以及器件光通量。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
18.图1为本技术实施例提供的一种led封装结构的俯视图；
19.图2为本技术实施例提供的一种led封装结构的结构示意图；
20.图3为本技术实施例提供的一种led封装结构的仰视图；
21.图4为本技术实施例提供的一种led封装结构的剖面图；
22.图5为本技术实施例提供的一种led封装结构的光强空间分布曲线图；
23.图6为本技术实施例提供的一种led封装结构的光强极坐标分布图；
24.图7为本技术实施例提供的另一种led封装结构的光强空间分布曲线图；
25.图8为本技术实施例提供的另一种led封装结构的光强极坐标分布图；
26.图9为本技术实施例提供的又一种led封装结构的光强空间分布曲线图；
27.图10为本技术实施例提供的又一种led封装结构的光强极坐标分布图；
28.图11为本技术实施例提供的一种硫化测试结构的示意图；
29.图12为本技术实施例提供的一种ppfd的测试示意图。
30.图标：100-支架；110-功能区；111-第一电极区域；112-第二电极区域；120-非功能区；130-绑定线；141-第一互联孔；142-第二互联孔；150-led晶片；161-第一焊盘；162-第二焊盘；170-模顶透镜；171-防冲层；172-透镜；173-内凹部；180-胶体反射层；210-大烧杯；220-小烧杯；230-硫磺；240-led封装产品。
具体实施方式
31.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本技术的保护范围内。
33.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
34.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
35.本技术实施例的一方面，提供一种led封装结构，通过在led晶片周侧设置胶体反射层，由此，通过胶体反射层能够对led晶片出射的部分光束进行反射，从而提高光束的利用率，使得led封装结构的出光亮度得到有效提高，同时，由于胶体反射层对led晶片周侧进行了贴合密封，由此，能够提高产品的防硫化性能，从而无惧严苛的种植环境。下面将结合附图对本技术的实施例进行描述。
36.结合图1所示，示出了一种led封装结构，包括支架100和贴装至支架100上的led晶片150，其中，在支架100的正面具有功能区110和非功能区120，在支架100的功能区110上贴装led晶片150，并且使得led晶片150与功能区110电连接，由此，在功能区110外接电源时，能够对应驱动led晶片150发光。
37.如图2所示，在功能区110内设置胶体反射层180，使得胶体反射层180环绕于led晶片150的周侧，并且胶体反射层180与led晶片150的周侧贴合，由此，一方面能够使得胶体反射层180对led晶片150与支架100的固定进行加固；另一方面能够使得胶体反射层180对led晶片150与支架100的结合处进行良好的密封，从而有效的提高器件的防硫化性能；再一方面，基于胶体反射层180的反射作用，能够对led晶片150的侧向出光进行反射使其最终由led晶片150的顶面(也即出光面)出射，由此能够有效的提高器件的亮度，从而提高器件植物参数ppf(光合光量子)以及器件光通量。
38.如图2所示，在设置胶体反射层180时，可以使得胶体反射层180的顶面与led晶片150的顶面平齐，换言之，胶体反射层180的厚度与led晶片150的高度相等，由此，既能够使得胶体反射层180对led晶片150的侧向出光进行充分的反射，同时也能够避免胶体反射层180高出led晶片150时容易由于溢胶等问题对led晶片150的出光面造成阻挡，进而影响器件出光。胶体反射层180可以是白胶反射层。
39.如图4所示，在支架100正面设置有模顶透镜170，模顶透镜170可以覆盖支架100的正面，包括覆盖led晶片150和胶体反射层180，并且使得模顶透镜170的透镜172部分与led晶片150的出光面正对应，由此，便于led晶片150发出的光束能够经过顶部的模顶透镜170出射成为理想光形，满足实际场景的使用需求。
40.如图1所示，支架100的功能区110包括间隔的第一电极区域111和第二电极区域112，第一电极区域111和第二电极区域112可以被支架100外露的绝缘表面隔开。在第一电极区域111和第二电极区域112均采用镀金工艺，由此，方便led晶片150与第一电极区域111和第二电极区域112的电连接。
41.在一种实施方式中，设置于第一电极区域111上的金属可以是金属叠层，例如依次为cu/ni/pd/au，其中，ni厚度≥3um，pd厚度≥0.05um，au厚度≥0.075um。第二电极区域112可以参照第一电极区域111的金属层设置，本技术对其不做具体限定。
42.在实现led晶片150与第一电极区域111和第二电极区域112的电连接(也即正负极连接)时，可以根据led晶片150的类型进行设置，例如led晶片150可以是正装芯片，也可以是倒装芯片。
43.例如：如图1所示，led晶片150的正极和负极分别位于led晶片150的上下两面，其中位于led晶片150底面的一极直接通过共晶焊接于第一电极区域111，而led晶片150顶面的另一极则可以通过邦定线采用引线键合工艺与第二电极区域112电连接。如图1所示，通过绑定线130连接时，可以设置有两根绑定线130将同一级连接至对应的电极区域。应当理解的是，本技术对第一电极区域111和第二电极区域112的正负不做限制，例如可以是第一电极区域111为正极，第二电极区域112为负极；也可以是第一电极区域111为负极，第二电极区域112为正极。
44.再例如：led晶片150的正负极均位于led晶片150的底面，此时，led晶片150顶面的出光面可以得到进一步的扩大，有助于提高器件的出光亮度。led晶片150底面的正极和负极可以分别对应至第一电极区域111和第二电极区域112，然后通过锡焊的方式一一对应连接至第一电极区域111和第二电极区域112，在该实施方式中便可以省去引线键合工艺。
45.如图1所示，支架100为陶瓷支架100，陶瓷支架100的正面具有功能区110和非功能区120，如前所述，在功能区110内通过镀金工艺设置有金属层，在非功能区120则不镀设金属层，由此，使得非公能区的陶瓷支架100的表面露出，借助露出部分的白色表面(陶瓷自身的颜色)，能够使得陶瓷支架100的非功能区120的表面作为具有反射能力的反射面，继而易于光线的反射，进一步的提高器件的亮度。具体的，陶瓷支架100可以是高温陶瓷支架100，以此具有更好的稳定性。
46.可选的，如图1和图3所示，为了便于led封装结构贴装至灯具上的电路板，可以在支架100的背面设置有间隔的第一焊盘161和第二焊盘162，其中，第一焊盘161通过第一互联孔141与第一电极区域111连接，第二焊盘162通过第二互联孔142与第二电极区域112连接，由此，将第一电极区域111和第二电极区域112引至支架100的背面，在贴装至灯具时，可以直接将第一焊盘161和第二焊盘162与灯具上的电路板焊接。
47.在一种实施方式中，第一互联孔141的个数大于或等于2，第二互联孔142的个数也大于或等于2，由此，能够提高散热，并且降低电阻，从而降低电压，提高led封装结构的光电转换效率。
48.在一些实施方式中，第一焊盘161的面积大于第二焊盘162的面积，由此，形成大小焊盘结构，例如第一焊盘161与第二焊盘162的面积比为3.5至4.8。便于使得面积较大的第一焊盘161能够适应多种电路板的焊盘形状，提高led封装结构的通用性。
49.在一些实施方式中，第一焊盘161和第二焊盘162的面积之和占支架100表面积的比例可以在45％至65％之间，由此，还能够借助较大额定焊盘面积提高散热。
50.在一些实施方式中，功能区110可以采用圆形(图1中第一电极区域111和第二电极区域112整体所呈形状)设计，当led晶片150的尺寸为68mil
×
68mil时，功能区110采用圆形大于正切68mil
×
68mil圆设计。
51.可选的，如图4所示，模顶透镜170可以对led晶片150等支架100正面的部件进行密封，模顶透镜170包括防冲层171和位于防冲层171上的透镜172，防冲层171和透镜172可以一体成型，具体的，防冲层171覆盖于支架100的正面，并且包裹支架100正面的非功能区120以及功能区110的led晶片150和胶体反射层180，同时，防冲层171的顶面为平面，防冲层171上的透镜172与功能区110正对应，由此便于led晶片150的出光面与透镜172正对应，使得光束能够通过透镜172出射为理想光形。
52.可选的，如图4所示，透镜172的顶面中部为内凹部173，由此，led晶片150发出的光束经模顶透镜170出射后能够对应形成蝙蝠翼光形，以便于更好的提高ppfd(光合光子通量密度)。对应的发光角度可以为120
°
至140
°
，例如图5和图6，示出了发光角度为137.72
°
时，对应的光强空间分布曲线和光强极坐标分布；例如图7和图8，示出了发光角度为134.61
°
时，对应的光强空间分布曲线和光强极坐标分布；例如图9和图10，示出了发光角度为133.67
°
时，对应的光强空间分布曲线和光强极坐标分布。
53.如图4所示，陶瓷支架100的厚度e为0.63mm，模顶透镜170的高度b为1.57mm，防冲层171的厚度为0.23mm，透镜172的直径d为3.36mm，内凹部173与透镜172顶面的落差a为0.09mm，透镜172的支柱斜差角度c为11.67
°
。
54.本技术实施例的另一方面，提供一种led封装方法，方法包括：
55.s010：提供支架100，支架100的正面具有功能区110。
56.如图1所示，支架100可以是陶瓷支架100，更具体的，可以是高温陶瓷支架100。在支架100的正面具有功能区110和非功能区120。
57.s020：通过共晶工艺将led晶片150贴装于功能区110并与功能区110电连接。
58.如图1所示，led晶片150通过固晶锡膏用固晶机固晶固定在功能区110上，固晶完成后用真空回流焊炉按回流焊温度焊接使led晶片150完全固定在支架100的功能区110上。若led晶片150为正装芯片时，通过焊线机用键合引线的方式使led晶片150的正负极通过绑定线130支架100上的电极区域连接(若led晶片150为倒装芯片时，焊线步骤可省略)。
59.s030：在功能区110环绕led晶片150的周侧喷涂胶体反射层180，胶体反射层180与led晶片150的周侧贴合且顶面平齐。
60.采用喷涂的方式将胶体反射层180设置在led晶片150的周侧，由此，一方面能够使得胶体反射层180对led晶片150与支架100的固定进行加固；另一方面能够使得胶体反射层180对led晶片150与支架100的结合处进行良好的密封，从而有效的提高器件的防硫化性能；再一方面，基于胶体反射层180的反射作用，能够对led晶片150的侧向出光进行反射使其最终由led晶片150的顶面(也即出光面)出射，由此能够有效的提高器件的亮度，从而提
高器件植物参数ppf(光合光量子)以及器件光通量。
61.可选的，通过s030在功能区110环绕led晶片150的周侧喷涂胶体反射层180时，可以先配制胶体反射层溶液，然后用于一定的真空搅拌参数对胶体反射层溶液进行真空脱泡。脱泡完成后，将胶体反射层溶液通过喷涂点胶机环绕于led晶片150的周侧喷涂。喷涂完成后，采用离心沉淀工艺用离心沉淀机使得led晶片150周侧的胶体反射层溶液均布于功能区110，提高产品点胶落bin稳定性，提高产品植物参数ppf(光合光量子)以及产品光通量，之后，对led晶片150周侧的胶体反射层溶液采用80℃/0.5h
±
10min+150℃/1h
±
10min烘烤固化形成胶体反射层180，胶体反射层180与led晶片150的周侧贴合且顶面平齐。
62.可选的，在s030功能区110环绕led晶片150的周侧喷涂胶体反射层180之后，在s040之前，方法还包括：配制荧光胶体溶液，然后将配置好的荧光胶体溶液倒入点胶机胶桶内，对荧光胶体溶液排胶排泡完成后，将荧光胶体溶液按色参数要求点胶在碗杯内，采用喷粉机使得荧光胶体溶液均匀涂覆于led晶片150的顶面，上排测机检验合格后对led晶片150顶面的荧光胶体溶液用150℃/0.5h
±
10min烘烤(荧光胶溶液为荧光粉与胶水混合而成的混合物),使其固化形成荧光胶体层。此步骤针对白光产品，彩光产品此步骤可省。
63.s040：在支架100正面通过模顶制程工艺设置有覆盖led晶片150顶面的模顶透镜170。
64.首先可以配置模顶胶水，然后将配置好的模顶胶水导入模顶设备中，采用专业光学模顶透镜170结构模具模顶，模顶完成后用150℃/3h
±
10min烘烤使其固化，最终去除模具，形成如图4所示的模顶透镜170。
65.本技术实施例的再一方面，提供一种硫化测试方法，如图11所示，在大烧杯210中放置小烧杯220，小烧杯220中放置硫磺230粉，大烧杯210中放置待测led封装结构。
66.实验条件：大烧杯210密封，置于105℃
±
5℃烤箱内，硫磺230粉重量与容积比：1g/1000ml；
67.实验时间：t＝2hrs，冷却1hrs；
68.颗粒数量：10pcs；
69.判定标准：测试2hr后光通量均值与实验前光通量均值对比，均值衰减＞10％或单颗＞15％判定为不良。
70.本技术提供的led封装产品240实验数据如下表1、表2和表3：
[0071][0072]
表1
[0073]
[0074][0075]
表2
[0076][0077]
表3
[0078]
常规制作光源实验数据如下表4、表5和表6：
[0079]
[0080][0081]
表4
[0082][0083][0084]
表5
[0085][0086]
表6
[0087]
结论：本技术提供的led封装结构经过105℃
±
5℃/4h的硫化实验后未发现银胶变黑现象，通量(ppf)维持率在98％以上，比常规制作光源高15％。
[0088]
本技术实施例的又一方面，提供一种ppfd测量方法，如图12所示，本技术提供的led封装结构做成灯具10w，常规制作光源做成灯具10w(本发明所用的led晶片150相同)。
[0089]
测量方法：用远方pla-30手持测试仪，距离灯具0.1m直线距离的平面上如图12所示测试9个点(a-j点)的光源的ppfd数据，其测试结果如下表7：
[0090][0091]
表7
[0092]
结论：通过以上实验数据分析，由本技术提供的led封装结构做成的灯具的ppfd明显高于常规工艺下灯具的ppfd。
[0093]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。