專利名稱：發(fā)光二極管的封裝結構及其封裝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管的封裝技術，尤其是一種高光效的發(fā)光二極管的封裝結構及其方法。
背景技術：
發(fā)光二極管(LED)是一種具有節(jié)能和環(huán)保特性的照明光源，集高光效、低能耗、低維護成本等優(yōu)良性能于一身。理論上預計，LED照明燈的發(fā)光效率可以達到甚至超過白熾燈的10倍、日光燈的2倍。目前LED已廣泛應用于于機背光、IXD顯示屏背光、建筑景觀、指示、特殊照明等，并日益向普通照明、汽車照明等領域拓展。隨著LED照明產品功率與發(fā)光效率的提高，封裝結構和方法的選擇對LED的性能及使用壽命將有決定性影響。更進一步 的說，LED (Light Emitting Diode),發(fā)光二極管,是一種固態(tài)的半導體器件,它可以直接把電能轉化為光能。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附著在一個支架上，是負極，另一端連接電源的正極，整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個“P-Ν結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長決定光的顏色，是由形成P-N結材料決定的。常規(guī)的LED均采用單向出光形式。如圖IA所示，為現有的發(fā)光二極管封裝結構，主要由芯片I和支架2組成，其中，芯片I包括透明藍寶石10、發(fā)光層11以及對應的P極12和N極13，在支架2上相對應芯片I的P、N極設有一對電極21和22，且在該對電極上放置有晶粒23和24，當芯片I被固晶在支架2上時，對應的晶粒23和24熔化，使得芯片I與支架2上的電極21與22形成電性連接，如圖IB所示。此外，支架2內設置有電路(圖中未示出)，用以連接外部供電元件，使得串聯在該電路中的芯片可以獲得電能從而發(fā)光。但如圖IB所示，由于支架2是不透光的，所以一般的發(fā)光二極管最大的出射角度α小于等于180°，且具有一定的指向性，大多數應用于指示和顯示領域。隨著LED性能的提高和應用領域的拓展，這種單向出光的LED燈，在夜景燈具(如燈串)方面，與傳統燈泡相比，其固有的單向指向性，造成視覺角度較小，影響美觀，同時也使LED器件的節(jié)能、壽命長和光色好的優(yōu)點受到很大折抵。因而如何改進LED的封裝方法使其有效增大發(fā)光角度成為目前有價值的研究課題。

發(fā)明內容
為了增大發(fā)光二極管的有效發(fā)光角度，并進一步的提高其性能，故本發(fā)明提供了一種高光效及高性能的發(fā)光二極管封裝結構及封裝方法。本發(fā)明提供了一種發(fā)光組件的封裝結構，其包含至少一芯片，用以將電轉化為光，具有第一出光面和第二出光面；支架，成鏤空設置；封裝膠，用以封裝包覆該芯片和該支架；以及水晶層，設置于該封裝膠的外層；
其中，該芯片搭接在該支架上，該第二出光面部分對應該支架上的鏤空區(qū)域。作為可選的方案，該封裝膠由硅膠和熒光粉組成。作為可選的方案，該支架內部設置有電路，該芯片串聯設置在該電路中，該電路從該支架上引出兩個端子，用以連接外部電源，從而通過該電路給該芯片通電。作為可選的方案，該水晶層成球形設置。作為可選的方案，該水晶層上設置至少一個開口，用以注入該封裝膠。作為可選的方案，該開口處設置一防水透氣膜，用以散發(fā)該封裝膠在烘烤過程中產生的水蒸氣。作為可選的方案，該支架是用透明材質制成。 此外，本發(fā)明還提供了一種發(fā)光二極管的封裝方法，該方法包括步驟一固晶，芯片通過焊接的方法固定在支架上，該支架成鏤空設置；步驟二 焊線，在該支架上設置電路，串接各芯片，并引出一對導電端子，用以與外部電源連接；步驟三水晶球對接，將兩個水晶半球進行對接成一水晶球，使該支架卡設于該水晶球內；步驟四封裝，將封裝膠注入該水晶球內；步驟五烘烤，將封裝好的該發(fā)光二極管進行烘烤，使得注入的封裝膠固化；其中，該芯片具有第一出光面和第二出光面，該第二出光面部分對應于該支架的鏤空區(qū)域。優(yōu)選的，步驟一中該芯片是以共晶或者覆晶的焊接方式焊接在該支架上。優(yōu)選的，該水晶球上至少設置一開口，且步驟四中該封裝膠是由硅膠和熒光粉組成，當封裝膠注入該水晶球內后，該開口處用防水透氣膜封口。優(yōu)選的，步驟五具體包括先對該發(fā)光二極管以100°C烘烤5個小時，然后再以150°C烘烤5個小時。與現有技術相比，利用本發(fā)明的封裝方法封裝的發(fā)光二極管，依靠其鏤空設計的支架結構以及帶有防水透氣膜的水晶層，使得本發(fā)明的發(fā)光二極管具有更大的出光面、更廣的出光角度和更好的散熱效果，從而克服了傳統工藝中發(fā)光二極管視覺角度小、使用性能不佳的問題。


圖1A、1B為現有的發(fā)光二極管封裝結構圖；圖2為本發(fā)明一實施例中發(fā)光二極管的封裝結構立體圖；圖3A、圖3B為本發(fā)明一實施例中發(fā)光二極管C-C的剖面圖；圖4為本發(fā)明另一實施例中發(fā)光二極管的封裝結構圖；圖5為本發(fā)明一實施例發(fā)光二極管的封裝方法。
具體實施例方式為使對本發(fā)明的目的、構造、特征、及其功能有進一步的了解，茲配合實施例詳細說明如下。
參見圖2，為本發(fā)明一實施例中發(fā)光二極管的封裝結構圖。發(fā)光二極管600主要由芯片100、支架200、封裝膠500和水晶層300、310組成，其中，芯片100以共晶或者覆晶的方式設置在支架200上，且支架200上設置有多個鏤空區(qū)域230，而封裝膠500完全包覆芯片100和支架200，在本實施例中封裝膠500是有硅膠(圖中未示出)和熒光粉510組成，此外，水晶層300和310貼合于封裝膠500。更進一步的，請參照圖3A及3B，為本發(fā)明一實施例中發(fā)光二極管C-C的剖面圖，此實施例中芯片100包括透明藍寶石110、發(fā)光層111以及對應的P極112和N極113，而支架桿210和支架桿220上分別設置有導電電極211和221，這兩個導電電極與芯片100上的P極112和N極113位置相對。晶粒212和222則分別放置于導電電極211和221上面，當芯片100被固晶在支架桿210和220上時，對其進行烘烤，使得晶粒熔化從而實現芯片100與支架桿210和220之間的電性連接固定，兩者固晶后的結構如圖3B所示。進一步參考圖3B,發(fā)光層111具有第一出光面114和第 二出光面115,優(yōu)選的發(fā)光層111可以是由氮化鎵制成，但不以此為限，也可以是由其他可發(fā)光的化合物制成。由于支架桿210和支架桿220之間存在鏤空區(qū)域230，且芯片100的兩端分別搭接在支架桿210和支架桿220上，所以當芯片100通電發(fā)光時，光線從第一出光面114和第二出光面115射出，從第一出光面114射出的光線，由于上面是透明藍寶石110，故出光線路沒有被阻礙，其出光角度可以基本達到180° ;而從第二出光面115射出的光線，由于支架是鏤空設置的，所以第二出光面115的部分出光面是對應于鏤空區(qū)域230的，只有與支架桿210和支架桿220相對位的部分出光面是被支架遮擋的，故支架這樣的鏤空設計使得第二出光面115射出的光線獲得更廣的出射角度，另外，在支架做成鏤空的基礎上，還可以進一步的將支架用透明材質制成，使得發(fā)光二極管600的出射角度β最大擴展到360°。對于本實施例還需要說明的是，本發(fā)明中的芯片100不以實施例中的結構為限，也可以是常見與覆晶工藝中的發(fā)光芯片結構，即對應圖3Α中110是發(fā)光層而111則設置為金屬層；再次參考圖3Α，支架200內部設置有電路(圖中未示出)，該電路以串聯或者并聯的方式把設置在支架200上的芯片100進行串接，且支架200上還設置有導電點201和202，并分別引出兩個導線A和B，導電端子a、b則用以連接外部的供電設備(圖中未示出)，給芯片100進行供電；此外，在本實施例中水晶層300和310成半球形狀設置，即兩者對接后形成一球狀，使得出光面更大、出光角度更廣、散熱效果也更好，但不以此為限，此水晶層200和310也可以成圓柱或者橢球形設置；更進一步的，在水晶層300和310上至少設置一開口，用以散發(fā)在封裝膠被烘烤固化過程中產生的水蒸氣，在本實施例中在開口處設置有防水透氣膜400和410，當封裝膠500被注入水晶層內后，以防水透氣膜400和410封口，一方面阻止未固化的封裝膠500流出，另一方面為封裝膠500在被烘烤固化的過程提供一個透氣的環(huán)境。請參考圖4，為本發(fā)明另一實施例中發(fā)光二極管的封裝結構圖。該實施例與上一實施例不同之處在于在支架桿210和220上還可以設置一層反射層240，用以反射第二出光面115射出的光線，提高光線的利用率。本發(fā)明還提供了一種發(fā)光二極管的封裝方法，如圖5所示，為本發(fā)明一實施例發(fā)光二極管的封裝方法。其具體步驟如下步驟SlOO :固晶，芯片通過共晶或者覆晶的方法固定在支架上；
步驟S200 :焊線，在該支架上設置電路，串接各芯片并引出一對導電端子；步驟S300 :水晶球對接，將兩個水晶半球進行對接成一水晶球；步驟S400 :封裝，將封裝膠注入該水晶球內；步驟S500 :封口，用防水透氣膜封住注入口 ；步驟S600 :烘烤，將封裝好的該發(fā)光二極管進行烘烤，使得注入的封裝膠固化。為了更詳細的說明上述的封裝方法，請參照圖2所示的發(fā)光二極管，以此為例，結合圖3A和圖3B，首先進行步驟SlOO :固晶，晶粒212和222分別放置在支架桿210上的導 電電極211和支架桿220上的導電電極221上，其中支架桿210和支架桿220之間存在一鏤空區(qū)域230，芯片100以共晶或者覆晶的工藝與支架電性連接，即芯片100上的P極112和N極113通過晶粒212和222與導電電極211和221實現電性連接，同芯片100也被固定在支架200上；接著，執(zhí)行步驟S200 :焊線，在支架200上設置電路(圖中未示出)，將支架200上的芯片進行串接，并通過支架200上的導電點201和202，分別引出兩個導線A和B，導電端子a、b則用以連接外部的供電設備(圖中未示出)，后續(xù)給芯片100進行供電，另一種實施例總，該電路可以以制造印刷電路板的方式內置于該支架200上，而只露出需要與芯片100電性連接的導電電極211和221，同樣也實現本發(fā)明的目的，此外，芯片在該電路中的連接方式常見于普通的照明電路結構，即以串聯或者并聯的方式均可實現對芯片供電，但不以此為限。完成上述兩個步驟后，緊接著進行步驟S300 :水晶球對接，在本實施例中水晶層300和310成半球形狀設置，即兩者對接后形成一球狀，但不以此為限，此水晶層200和310也可以成圓柱或者橢球形設置，兩半球形水晶層300和310可以通過熔融燒結的方式設置在支架的上下兩側，從而使支架200被包覆在水晶層300和310形成的球體內部，這樣的水晶層設計可以使得發(fā)光二極管的出光面更大、出光角度更廣、散熱效果也更好；然后進行封裝步驟S400，將封裝膠500注入該水晶球內，需要說明的是在本實施例中，水晶層300和310上在防水透氣膜400和410的位置各開設了一個注膠口，用以注入封裝膠500，此外，封裝膠500是有娃膠(圖中未不出)和突光粉510組成；隨后,對于注入封裝膠500后的發(fā)光二極管600需進行封口操作S500，將防水透氣膜400和410封住注膠口，此防水透氣膜400和410 —方面阻止未固化的封裝膠500流出，另一方面為封裝膠500在被烘烤固化的過程提供一個透氣的環(huán)境；最后，進行步驟S600 :烘烤，將封裝好的發(fā)光二極管600進行烘烤，使得注入的封裝膠500固化，在本實施例中烘烤過程分兩個階段，第一階段，先對該發(fā)光二極管以100°C烘烤5個小時；第二階段，再以150°C烘烤5個小時，但不以此為限，針對封裝膠500的材質不同，均可適當的調整烘烤的溫度和時間，在這個過程中，封裝膠500中被汽化的水蒸氣即可從防水透氣膜400和410透出。更優(yōu)選的，進一步參考圖3B，發(fā)光層111具有第一出光面114和第二出光面115，優(yōu)選的發(fā)光層111可以是由氮化鎵制成，但不以此為限，也可以是由其他可發(fā)光的化合物制成。由于支架桿210和支架桿220之間存在鏤空區(qū)域230，且芯片100的兩端分別搭接在支架桿210和支架桿220上，所以當芯片100通電發(fā)光時，光線從第一出光面114和第二出光面115射出，從第一出光面114射出的光線，由于上面是透明藍寶石110，故出光線路沒有被阻礙，其出光角度可以基本達到180° ;而從第二出光面115射出的光線，由于支架是鏤空設置的，所以第二出光面115的部分出光面是對應于鏤空區(qū)域230的，只有與支架桿210和支架桿220相對位的部分出光面是被支架遮擋的，故支架這樣的鏤空設計使得第二出光面115射出的光線獲得更廣的出射角度，另外，在支架做成鏤空的基礎上，還可以進一步的將支架用透明材質制成，使得發(fā)光二極管600的出射角度β最大擴展到360°。綜上所示，利用本發(fā)明的封裝方法封裝的發(fā)光二極管，依靠其鏤空設計的支架結構以及帶有防水透氣膜的水晶層，使得本發(fā)明的發(fā)光二極管具有更大的出光面、更廣的出光角度和更好的散熱效果，從而克服了傳統工藝中發(fā)光二極管視覺角度小、使用性能不佳的問題。本發(fā)明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發(fā)明的范例。必需指出的是，已揭露的實施例并未限制本發(fā)明的范圍。相反地，在不脫離本發(fā)明的精神和 范圍內所作的更動與潤飾，均屬本發(fā)明的專利保護范圍。
權利要求
1.一種發(fā)光組件的封裝結構，其特征在于包含 至少一芯片，用以將電轉化為光，具有第一出光面和第二出光面； 支架，成鏤空設置； 封裝膠，用以封裝包覆該芯片和該支架；以及 水晶層，設置于該封裝膠的外層； 其中，該芯片搭接在該支架上，該第二出光面部分對應該支架上的鏤空區(qū)域。
2.如權利要求I所述的封裝結構，其特征在于該封裝膠由硅膠和熒光粉組成。
3.如權利要求I所述的封裝結構，其特征在于該支架內部設置有電路，該芯片串聯設置在該電路中，該電路從該支架上引出兩個端子，用以連接外部電源，從而通過該電路給該芯片通電。
4.如權利要求I所述的封裝結構，其特征在于該水晶層成球形設置。
5.如權利要求4所述的封裝結構，其特征在于該水晶層上設置至少一個開口，用以注入該封裝膠。
6.如權利要求5所述的封裝結構，其特征在于該開口處設置一防水透氣膜，用以散發(fā)該封裝膠在烘烤過程中產生的水蒸氣。
7.如權利要求I所述的封裝結構，其特征在于該支架是用透明材質制成。
8.一種發(fā)光二極管的封裝方法，其特征在于包括 步驟一固晶，芯片通過焊接的方法固定在支架上，該支架成鏤空設置； 步驟二 焊線，在該支架上設置電路，串接各芯片，并引出一對導電端子，用以與外部電源連接； 步驟三水晶球對接，將兩個水晶半球進行對接成一水晶球，使該支架卡設于該水晶球內； 步驟四封裝，將封裝膠注入該水晶球內； 步驟五烘烤，將封裝好的該發(fā)光二極管進行烘烤，使得注入的封裝膠固化； 其中，該芯片具有第一出光面和第二出光面，該第二出光面部分對應于該支架的鏤空區(qū)域。
9.如權利要求8所述的封裝方法，其特征在于步驟一中該芯片是以共晶或者覆晶的焊接方式焊接在該支架上。
10.如權利要求8所述的封裝方法，其特征在于該水晶球上至少設置一開口，且步驟四中該封裝膠是由硅膠和熒光粉組成，當封裝膠注入該水晶球內后，該開口處用防水透氣膜封口。
11.如權利要求8所述的封裝方法，其特征在于步驟五具體包括先對該發(fā)光二極管以100°C烘烤5個小時，然后再以150°C烘烤5個小時。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種發(fā)光組件的封裝結構及封裝方法，其結構包含至少一芯片，用以將電轉化為光，具有第一出光面和第二出光面；支架，成鏤空設置；封裝膠，用以封裝包覆該芯片和該支架；以及水晶層，設置于該封裝膠的外層；其中，該芯片搭接在該支架上，該第二出光面部分對應該支架上的鏤空區(qū)域。本發(fā)明的發(fā)光二極管，依靠其鏤空設計的支架結構以及帶有防水透氣膜的水晶層，使得本發(fā)明的發(fā)光二極管具有更大的出光面、更廣的出光角度和更好的散熱效果，從而克服了傳統工藝中發(fā)光二極管視覺角度小、使用性能不佳的問題。
文檔編號H01L33/48GK102903827SQ20121035517
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權日2012年9月21日
發(fā)明者薛江 申請人:威力盟電子(蘇州)有限公司, 威力盟電子股份有限公司