无机封装180度出光的LED透镜结构及制作方法

无机封装180度出光的led透镜结构及制作方法
技术领域
1.本发明涉及led封装技术领域，特别是涉及一种无机封装180度出光的led透镜结构及制作方法。


背景技术：

2.在led光源器件封装领域，主要采用传统的可见光封装方式必然存在着有机和无机的两个界面物质。在热学效应上，无机物质比有机物质的热膨胀系数要小很多，因此必然导致热应力拉扯的问题，从而导致产品失效。尤其在uv led封装过程中这种现象表现最为突出。为应对uv led封装要求，国内外uv led制造商纷纷推出采用玻璃封装的uv led，可以看出为了应对uv led高能的辐射，封装方式开始考虑减少使用有机类的材料，甚至是完全不采用有机类材料，进而减少或避免因为有机材料导致的衰减问题与湿热应力导致失效的问题。
3.uv led光源相对于传统uv光源具有环保、低功耗和波段可选等优势，主要应用在生物医疗、防伪鉴定、净化(水、空气等)领域、杀菌消毒、计算机数据存储和军事等方面，通常会面临多方面的挑战，其中可靠性和气密性问题尤为突出。uv led器件的气密性高低受制于封装材料的透湿透氧率和封装工艺水平等。如果封装材料的透湿透氧率高，则器件的气密性就差，外界环境中的有害物质容易透过封装材料侵入器件内部而导致器件失效。光源器件的气密性差将会引发各种可靠性问题，而气密性差的缺陷取决于透镜的气密性焊接材料的好与坏。另外，uv led的外量子效率eqe较低，在输入的功率中，大约只有2％-3％被转换成光功率，而剩余的97％左右则基本被转换成热量。目前，封装结构的金属外框阻挡了led出光效率，影响了光效和光功率(外量子效率eqe)。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述问题，提供一种光效和光功率高的无机封装180度出光的led透镜结构及制作方法，其制作方法简单易控。
5.一种无机封装180度出光的led透镜结构，包括透镜本体与连接层，所述连接层附着于所述透镜本体的底部，所述连接层为金锡合金层，所述连接层与封装基板的金锡合金层通过共晶焊接连接；所述透镜本体凹设有封装碗杯腔，所述封装碗杯腔用于容纳led芯片。
6.在其中一个实施例中，所述透镜本体由石英玻璃、蓝宝石中的一种透明材料制成。
7.在其中一个实施例中，所述透镜本体的出光表面为平面、凸面、凹面、经光学处理的菲尼尔透镜面中的一种。
8.在其中一个实施例中，所述封装碗杯腔的横截面为方形、弧形、三角形中的一种。
9.在其中一个实施例中，所述连接层的厚度为10μm～30μm。
10.在其中一个实施例中，所述封装碗杯腔的开口朝向所述封装基板。
11.一种led透镜的制作方法，基于上述无机封装180度出光的led透镜结构,包括如下
步骤：
12.板材加工；依据led透镜的高度，提供一种具有透明度高、透光率高、耐温性好、质地均匀、寿命长、良好的折光性能的透明板材，在所述透明板材的底部通过磁控溅射或电镀形成连接薄膜层，所述连接薄膜层为金锡合金层；
13.表面加工；依据设计的led透镜几何外形，在所述透明板材远离所述连接薄膜层的一侧进行激光加工或机械加工而成出光表面，所述透明板材加工成透镜本体；
14.封装碗杯腔加工；依据设计的led透镜几何外形，经所述表面加工步骤后，在所述透明板材连接有所述连接薄膜层的一侧进行加工而成封装碗杯腔，得到led透镜，所述连接薄膜层加工成连接层，所述连接层与封装基板的金锡合金层通过共晶焊接连接；
15.清洗与包装；将完成加工的led透镜进行清洗；再将清洗后的各led透镜均匀地排布在具有一定黏性的塑胶薄膜上。
16.在其中一个实施例中，所述封装碗杯腔加工步骤后，对所述封装碗杯腔进行表面维纳结构粗化。
17.在其中一个实施例中，所述封装碗杯腔加工步骤中，所述封装碗杯腔采用激光加工或机械加工。
18.在其中一个实施例中，所述清洗步骤中，采用超声波清洗。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
20.本发明的无机封装180度出光的led透镜结构通过将金锡合金的连接层与封装基板的金锡合金层共晶焊接连接，实现无机封装；通过透镜本体凹设有封装碗杯腔，在led无机封装过程中，封装基板无需制作内腔碗杯或金属内框，可以进行平面封装基板封装，实现180度透明出光；本无机封装180度出光的led透镜结构无需有机胶进行化学键合粘接，实现了无机气密封装焊接，因为180度透明出光，既提高了led光源的可靠性，又提升了led的光效和光功率,，延长了led光源的使用寿命。
附图说明
21.图1为本发明的一较佳实施例的无机封装180度出光的led透镜结构的示意图；
22.图2为本发明的一较佳实施例的led透镜的制作方法的工艺示意图。
23.附图标注说明：
24.无机封装180度出光的led透镜结构100；
25.透镜本体10、封装碗杯腔11、出光表面12、连接层20；
26.透明板材10a、连接薄膜层20a、塑胶薄膜30a。
具体实施方式
27.为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
28.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件的数目被称为有“多个”，它可以为
两个或两个以上的任意数目。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
29.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
30.请参阅图1，为本发明一较佳实施方式的无机封装180度出光的led透镜结构100，包括透镜本体10与连接层20，连接层20附着于透镜本体10的底部，连接层20为金锡合金层，连接层20与封装基板的金锡合金层通过共晶焊接连接；透镜本体10凹设有封装碗杯腔11，封装碗杯腔11用于容纳led芯片。本实施例的无机封装180度出光的led透镜结构100通过将金锡合金的连接层20与封装基板的金锡合金层共晶焊接连接，实现无机封装；通过透镜本体10凹设有封装碗杯腔11，在led无机封装过程中，封装基板无需制作内腔碗杯或金属内框，可以进行平面封装基板封装，实现180度透明出光；本无机封装180度出光的led透镜结构100无需有机胶进行化学键合粘接，实现了无机气密封装焊接，因为180度透明出光，既提高了led光源的可靠性，又提升了led的光效和光功率,延长了led光源的使用寿命。
31.如图1所示，在本实施例中，透镜本体10由石英玻璃、蓝宝石中的一种透明材料制成，石英玻璃或蓝宝石均具有高透光性、高折射率、抗紫外、耐热性、优良的电气绝缘性和化学稳定性，且热膨胀系数低，低而稳定的超声延迟性能，对紫外光谱、可见光及近红外光谱均具有良好的透光性减少光源损失。可选地，透镜本体10的出光表面12为平面、凸面、凹面、经光学处理的菲尼尔透镜面中的一种；进一步地，透镜本体10罩设于led芯片的外周，透镜本体10凹设有封装碗杯腔11，封装碗杯腔11用于容纳led芯片；封装碗杯腔11的开口朝向封装基板，实现180
°
表面出光，无出光遮挡；封装碗杯腔11的横截面为方形、弧形、三角形中的一种；在其他实施例中，封装碗杯腔11为椭圆等其他形状。
32.连接层20附着于透镜本体10的底部，连接层20为金锡合金层，连接层20与封装基板的金锡合金层通过共晶焊接进行无缝物理键合，无需有机胶进行化学键合粘接，实现无机气密封装焊接；可选地，连接层20的厚度为10μm～30μm，在此厚度范围，可以获得很好的共晶效果，且不会造成材料浪费。较优地，连接层20的厚度为12～25μm。封装基板的金锡合金层与连接层20的厚度可以相同，亦可以不同。
33.本无机封装180度出光的led透镜结构100气密性极好，透湿、透氧率低，具有180
°
出光效果，提升了光效或光功率。
34.如图2所示，为本发明一实施例提供的一种led透镜的制作方法，在上述无机封装180度出光的led透镜结构的基础上，包括如下步骤：
35.板材加工；依据led透镜的高度，提供一种具有透明度高、透光率高、耐温性好、质地均匀、寿命长、良好的折光性能的透明板材10a，在透明板材10a的底部通过磁控溅射或电镀形成连接薄膜层20a，可选地，连接薄膜层20a为金锡合金层；
36.表面加工；依据设计的led透镜几何外形，在透明板材10a远离连接薄膜层20a的一侧进行激光加工或机械加工而成出光表面12，透明板材10a加工成透镜本体10；
37.封装碗杯腔加工；依据设计的led透镜几何外形，经表面加工步骤后，在透明板材10a连接有连接薄膜层20a的一侧进行加工而成封装碗杯腔11，得到led透镜，连接薄膜层
20a加工成连接层20，连接层20与封装基板的金锡合金层通过共晶焊接连接；可选地，对透明板材10a的中间部分采用激光加工或机械加工而成封装碗杯腔11。进一步地，封装碗杯腔11加工步骤后，对封装碗杯腔11进行表面维纳结构粗化。
38.清洗与包装；将完成加工的led透镜进行清洗；再将清洗后的各led透镜均匀地排布在具有一定黏性的塑胶薄膜30a上；可选地，led透镜采用超声波清洗。
39.封装时，将塑胶薄膜30a上的led透镜取下，将封装基板的金锡合金层与连接层20进行共晶焊接，形成led封装结构，实现led无机气密共晶焊接封装；再焊接带有光学碗杯的透镜，形成无机封装结构；可选地，通过激光局部加热封装或超声波焊接将封装基板的金锡合金层与连接层20进行共晶焊接；进一步地，光学碗杯由透镜加工形成，光学碗杯与透镜形成一体结构，位于封装结构的上面部位；带有碗杯的透镜为透光材质，可以形成180
°
发光结构。
40.本发明的无机封装180度出光的led透镜结构100通过将金锡合金的连接层20与封装基板的金锡合金层共晶焊接连接，实现无机封装；通过透镜本体10凹设有封装碗杯腔11，在led无机封装过程中，封装基板无需制作内腔碗杯或金属内框，可以进行平面封装基板封装，实现180度透明出光；本无机封装180度出光的led透镜结构100无需有机胶进行化学键合粘接，实现了无机气密封装焊接，因为180度透明出光，既提高了led光源的可靠性，又提升了led的光效和光功率,延长了led光源的使用寿命。本发明的制作方法优化了工序，操作简易，易于调控产品质量，提升出光效率，有利于工业化推广。
41.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
42.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。