技术领域
[0001] 本
发明涉及一种LED封装领域，具体说是一种LED灯及其封装方法。
背景技术
[0002] LED即发光
二极管的简称，其发光原理即当
PN结加上
正向偏置电压时，从P区注入到N区的空穴和N区注入到P区的
电子，在PN结附近区域电子与空穴复合，复合时得到的
能量以光能的形式释放出去从而形成光。LED具有体积小效能高、适用性强、
稳定性好、响应时间短、寿命长、不污染环境等优良特性，从而本广泛地应用到人们日常生活中，近几年来，随着人们生活
水平的提高，紫外LED具有杀菌消毒、防伪、
固化等功能，从而紫外LED的应用越来越广泛。
[0003] 封装是LED制备的关键环节，封装的功能在于提供芯片足够的保护并能实现透光；对于LED封装，好的封装可以让LED具备更好的
发光效率以及
散热效果，进而提升LED的寿命。现有的LED的封装多采用有机
硅材料封装，如硅胶或环
氧树脂等，这些材料密封效果较好、透明性好、易于操作，但对封装条件要求较高，如果固化
温度高、固化时间短、或者搅拌不完全等，容易出现气泡、裂胶、爆顶、LED变黄等现象，特别对于紫外LED来说，由于紫外LED照射
环氧树脂等有机胶时，会导致环氧树脂内分子间键链断裂从而造成环氧树脂老化，从而影响紫外LED的封装的气密性，导致LED容易受到水、光、热等因素的影响，从而导致紫外LED器件的功能等急剧衰减，甚至失效，降低紫外LED的使用寿命，所以对于紫外LED器件和不合适使用有机材料器件的封装，常用的有机胶材料封装工艺难以满足，因此，需要寻找一种新的LED封装工艺。
[0004] 在
申请号为201310220818.X，公布日为2013年9月25日的
专利文件中公开了一种LED灯及其封装方法，LED封装方法包括如下步骤：(1)在陶瓷
基板上开设凹槽，并将LED芯片固定在所述凹槽内；(2)在陶瓷基板上于所述凹槽的外围设置一圈金属层；(3)在玻璃盖板的边缘设置一圈金属框；玻璃盖板边缘设有金属框，金属框材料的膨胀系数与玻璃相近；使之与玻璃构成带
天窗的复合盖板，基板金属层与复合盖板金属框材料具有相近熔点并能很好熔接；(4)利用压
力电阻焊将陶瓷基板上的金属层与玻璃复合盖板上的金属框
焊接在一起。该发明的封装所采用的压力电阻焊封装工艺是通过压力电阻焊原理实现金属框与高光透过率玻璃窗口构成的组合体与LED
支架无缝焊接，实现LED器件非直接高温加热快速实现玻璃与LED支架
气密封装，避免有机材料如硅胶的应用，可用于紫外LED和不适合使用有机材料器件的封装，解决了恶劣环境下相关器件封装材料易老化变质问题，但采用压力电阻焊封装工艺对LED器件封装时，由于是通过基板金属层与金属框材料经过熔接连接在一起，从而基板上金属层越宽连接性更牢固，但是基板上金属层越宽，则焊接工艺边较大，相应的LED玻璃盖板光窗会变小，LED出光率减小；另外压力电阻焊需要采用
电极轮加压与基板和金属框连接，这样电极轮对基板和金属框的损伤较大；同时由于压力电阻焊是通过通电使得基板上金属层以及金属框材料熔融实现连接，从而容易出现熔融不均匀导致连接不可靠的问题，从而导致气密性差。
发明内容
[0005] 为解决
现有技术中存在的问题，本发明提供了一种LED灯及其封装方法，该封装方法直接对封装体的被焊接部件进行非
接触式高温加热，无需较大的焊接工艺边，玻璃盖板出光面相应的增大，LED出光率变大，并且实现了LED的气密性封接，保证LED的稳定性和可靠性。
[0006] 为达到上述目的，本发明的第一个技术方案是：一种LED封装方法，包括以下步骤：
[0007] S1：在LED
基座上形成碗杯且在碗杯的顶面上设有金属层，将LED芯片固定在碗杯内且与LED基座电连接；
[0008] S2：将玻璃盖板的四周边缘设置金属框，且玻璃盖板与金属框固定形成玻璃盖板组件；
[0009] S3：在
真空或惰性气体或中性液体环境下，将LED基座和玻璃盖板放入并固定在焊接治具中，采用脉冲形式输出的激光在玻璃盖板组件的金属框上进行预焊接处理后在金属框上形成一个以上的焊点；
[0010] S4：采用脉冲形式输出的激光将所述的玻璃盖板组件的金属框焊接在所述的碗杯上。
[0011] 本方案中采用脉冲形式输出的
激光焊接的封装工艺，是通过
激光器以脉冲形式出光进行焊接实现碗杯上金属层与金属框气密性封装，避免有机材料如硅胶的在LED封装领域的应用，解决了紫外LED照射下有机材料易老化的问题，使得制造出的LED适合在各种环境下使用，提高LED的稳定性和可靠性；另本发明中采用脉冲形式输出的激光进行预焊接，在玻璃盖板的金属框上用激光焊一个或多个的点，将玻璃盖板预固定在碗杯上，以免下一步焊接工序时玻璃盖板出现翘起或开裂的现象，提高了焊接稳定性；且只需很小的
焊接区域即可实现玻璃盖板与碗杯的连接，焊接的工艺边较小，相应的光窗会变大，LED的出光率会变大；同时采用脉冲形式输出的激光进行焊接封装工艺直接对封装体的被焊接部件进行非接触式高温加热，无需直接接触被焊部件，防止直接接触导致接触部件被损坏的情况发生；脉冲形式输出的激光焊焊接的可靠性高使得所述的玻璃盖板、金属框、碗杯和所述的基座形成了一个密闭的腔体，LED的气密性好，LED的稳定性和可靠性高。
[0012] 进一步的，LED芯片为紫外LED芯片，通过使用紫外LED芯片形成紫外LED。
[0013] 进一步的，碗杯为在LED基座上开设的凹槽或在LED基座上形成的围坝，[0014] 通过在基座上设有凹槽或在基座上形成围坝防止外部环境对LED芯片的影响，便于在LED芯片上安装玻璃盖板，同时可以调整LED的发光
角度在合适范围内。
[0015] 进一步的，S3中预焊接所采用的脉冲形式输出的激光的主要工艺参数为
峰值功率50～200W、
平均功率3～15W、激光器焦点与被焊接面距离≥5mm、焊接速度>1mm/s；
[0016] S4中焊接所采用的脉冲形式输出的激光的主要的工艺参数为峰值功率50～200W、平均功率3～15W、激光器焦点与被焊接面距离≤±5mm、焊接速度>1mm/s，
[0017] 在预焊接和焊接时起作用的是平均功率，峰值功率须高于或等于平均功率，过高的峰值功率在成本和有效使用率上造成浪费；平均功率过低时无法实现焊接，过高时容易形成较深的熔池，熔池深处金属在
熔化时产生的气体无法及时排出，从而导致焊接效果不佳；在预焊接过程中，采用激光器焦点与被焊接面距离大于5mm，可以产生大的焊点实现预固定，而在焊接过程中，激光器焦点与被焊接面距离≤±5mm，从而使得焊接面上的光斑小，有利于形成较小的焊接工艺边，同时一般采用负离焦进行焊接，可形成较好的熔深熔宽比，即较好的焊接效果；焊接过程中，本发明所采用的脉冲形式输出的激光焊接的焊接速度>1mm/s，焊接速度快，生产效率高，也便于控制熔深。
[0018] 采用本方案中的脉冲形式输出的激光的焊接工序使得玻璃盖板、碗杯和基座形成了一个密闭的腔体，通过激光功率、焦点与焊接面的距离、和焊接速度结合控制焊接达到最佳状态，使得LED气密性好。
[0019] 进一步的，预焊接的焊点在玻璃盖板周边均匀分布，并相对于玻璃盖板的中
心轴对称分布，
[0020] 预焊接的焊点
位置对称，方向相同，分布均匀，可以减少金属框
应力变形，避免下一步焊接工序时玻璃盖板
翘曲或开裂，可以提高焊接稳定性。
[0021] 进一步的，在玻璃盖板上设置光扩散层，或玻璃盖板与LED芯片之间设有光扩散片，
[0022] 通过在光扩散片可以将LED芯片发出的光更加均匀化。
[0023] 进一步的，LED基座的材料为陶瓷材料，金属框的材料为可伐
合金材料，[0024] 陶瓷材料的基座具有导热效果好、抗
腐蚀和黄化、耐高温和低膨胀系数的优点；可伐合金在20～450℃范围内具有与玻璃盖板的金属层相近的膨胀系数，与玻璃盖板能进行有效封接，容易焊接。
[0025] 进一步的，玻璃盖板与金属框的键合为
焊料键合或金属氧化物键合，且玻璃盖板材料与金属框材料的
热膨胀系数之间的差值<10％，金属框材料和碗杯腔口表面材料的
热膨胀系数之间的差值<10％，
[0026] 采用脉冲形式输出的激光进行焊接时，激光是打在金属框上，玻璃盖板材料、金属框材料和碗杯杯口表面材料三者的热导率和
比热容不同，当金属框受激光焊接的瞬间热冲击时，金属框受热膨胀，且热量传导至玻璃，三者间的热膨胀系数差别越小，相互作用力越小，玻璃越不容易破裂；同时在使用时，热膨胀系数差别越小，在温度变化时，三种材料的内应力越小，越不容易出现结合失效，可靠度更高。
[0027] 本发明的第二个技术方案是：一种LED灯，由上述LED封装方法制得。采用上述LED封装方法制得的LED，由于采用脉冲形式输出的激光焊接的封装工艺，是通过激光器以脉冲形式出光进行焊接实现碗杯上金属层与金属框气密性封装，避免有机材料如硅胶的在LED封装领域的应用，解决了紫外LED照射下有机材料易老化的问题，使得制造出的LED适合在各种环境下使用，提高LED的稳定性和可靠性；另本发明中采用脉冲形式输出的激光进行预焊接，在玻璃盖板的金属框上用激光焊一个或多个的点，将玻璃盖板预固定在碗杯上，以免下一步焊接工序时玻璃盖板出现翘起或开裂的现象，提高了焊接稳定性；且只需很小的焊接区域即可实现玻璃盖板与碗杯的连接，焊接的工艺边较小，相应的光窗会变大，LED的出光率会变大；同时采用脉冲形式输出的激光进行焊接封装工艺直接对封装体的被焊接部件进行非接触式高温加热，无需直接接触被焊部件，防止直接接触导致接触部件被损坏的情况发生；脉冲形式输出的激光焊焊接的可靠性高使得所述的玻璃盖板、金属框、碗杯和所述的基座形成了一个密闭的腔体，LED的气密性好，LED的稳定性和可靠性高。
[0028] 本发明的第三个技术方案是，一种LED，包括LED基座和玻璃盖板，所述LED基座上设有碗杯，其特征在于：所述碗杯的顶面上设有金属层，将LED芯片固定在所述碗杯内，LED芯片与LED基座电连接，所述玻璃盖板的四周边缘固定设有金属框，所述玻璃盖板与所述金属框形成玻璃盖板组件，所述玻璃盖板组件的金属框通过采用脉冲形式的激光焊接在所述碗杯上。
[0029] 本发明中采用脉冲形式输出的激光焊接的封装工艺，是通过激光器以脉冲形式出光进行焊接实现碗杯上金属层与金属框气密性封装，避免有机材料如硅胶的在LED封装领域的应用，解决了紫外LED照射下有机材料易老化的问题，使得制造出的LED适合在各种环境下使用，提高LED的稳定性和可靠性；另本发明中采用脉冲形式输出的激光进行预焊接，在玻璃盖板的金属框上用激光焊一个或多个的点，将玻璃盖板预固定在碗杯上，以免下一步焊接工序时玻璃盖板出现翘起或开裂的现象，提高了焊接稳定性；且只需很小的焊接区域即可实现玻璃盖板与碗杯的连接，焊接的工艺边较小，相应的光窗会变大，LED的出光率会变大；同时采用脉冲形式输出的激光进行焊接封装工艺直接对封装体的被焊接部件进行非接触式高温加热，无需直接接触被焊部件，防止直接接触导致接触部件被损坏的情况发生；脉冲形式输出的激光焊焊接的可靠性高使得所述的玻璃盖板、金属框、碗杯和所述的基座形成了一个密闭的腔体，LED的气密性好，LED的稳定性和可靠性高。
附图说明
[0030] 图1为本发明LED灯结构示意图。
[0031] 图2为本发明玻璃盖板组件结构示意图。
[0032] 图3为本发明玻璃盖板组件与碗杯预焊接示意图。
[0033] 图4为本发明LED放置在焊接治具中结构示意图。
具体实施方式
[0034] 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
[0036] 一种LED灯，包括LED基座1和玻璃盖板51，LED基座1上设有碗杯2，碗杯2的顶面上设有金属层3，将LED芯片4固定在所述碗杯2内，LED芯片4与LED基座1电连接，玻璃盖板51的四周边缘固定设有可伐合金框52，玻璃盖板51与可伐合金框52(即金属框)形成玻璃盖板组件5，可伐合金框52通过采用脉冲形式的激光焊接在所述碗杯2上，本实施例中玻璃盖板51为球头形的玻璃制成，玻璃盖板51也可以是由平面结构的玻璃制成，LED基座1为由陶瓷材料制成的基座，也可以是通过其他材料制成；
[0037] 碗杯2的一种实施方式是：通过在LED基座上开设有凹槽结构，另一种实施方式是通过在LED基座上设置的围坝。
[0038] 金属层3和碗杯2是一体结构，由金属材料做成，金属层3也可以通过
镀层方式形成在碗杯2上，LED芯片4为紫外LED芯片。
[0039] 为了使得LED芯片4发出的光更加均匀化，在玻璃盖板51与LED芯片4之间设有光扩散片53，光扩散片53固定在碗杯2上，另一种实施方式是直接在玻璃盖板51的底面上设有光扩散层。
[0040] 其封装方法，包括以下步骤：
[0041] S1：在LED基座1上添加围坝形成碗杯2，且在碗杯2的顶面上设有金属层3，将LED芯片4固定在碗杯2内且与LEDLED基座1电连接；
[0042] S2：将玻璃盖板51的四周边缘设置可伐合金框52，且玻璃盖板51与可伐合金框52固定形成玻璃盖板组件5，玻璃盖板51对紫外波段光的透过率>90％，且玻璃盖板组件5外形尺寸应不大于碗杯2的外形尺寸；玻璃盖板51透过率越高，则紫外LED
辐射通量越高；激光焊接过程中，可伐合金框52受热膨胀，玻璃盖板组件5的外形尺寸小于碗杯2的外形尺寸，可伐合金框52受热膨胀后外边缘与碗杯2外边缘齐平，使玻璃盖板51的金属框52更好的与碗杯2匹配封装，不影响相邻LED的封装，同时也更加美观。
[0043] S3：在真空或惰性气体或中性液体环境下，惰性气体包括如氮气等惰性气体，中性液体包括如
氯化钠溶液等液体。
[0044] 将LED陶瓷基座1和玻璃盖板51放入并固定在焊接治具7中，焊接治具7包括焊接治具
底板72和焊接治具顶板71、焊接治具底板72和焊接治具顶板71形成一个密封腔体，移动焊接治具底板72，使玻璃盖板顶端与焊接治具顶板71接触压紧，采用脉冲形式输出的激光在玻璃盖板组件5的可伐合金框52上进行预焊接处理后在可伐合金框52上形成一个以上的焊点6，焊点6在玻璃盖板51周边均匀分布，并相对于玻璃盖板51对称分布；预焊接所采用的脉冲形式输出的激光的主要工艺参数为峰值功率50～200W、平均功率3～15W、激光器焦点与被焊接面距离≥5mm、焊接速度>1mm/s；
[0045] S4：采用脉冲形式输出的激光将所述的玻璃盖板组件5的可伐合金框52焊接在所述的碗杯2上，焊接所采用的脉冲形式输出的激光的主要的工艺参数为峰值功率50～200W、平均功率3～15W、激光器焦点与被焊接面距离≤±5mm、焊接速度>1mm/s，该激光焊接工序在可伐合金框52上形成规则的焊斑，且相邻的各焊点相互重叠，重叠部分的面积应大于0％且小于100％的焊点面积，且50％～70％最佳，有效地增大气密性。
[0046] 玻璃盖板51与可伐合金框52的键合为焊料键合或金属氧化物键合，其中焊料键合即在玻璃盖板51和可伐合金框52之间采用焊料熔接，金属氧化物键合即将玻璃盖板51上金属材料与可伐合金框52的金属材料进行熔接，且玻璃盖板51材料与可伐合金框52的热膨胀系数之间的差值<10％，可伐合金框52和碗杯2腔口表面金属材料的热膨胀系数之间的差值<10％。本实施例中，可伐合金框52也可以是由
铝、
铜、金、
银、
铁或它们的合金等金属材料制成。
[0047] 本发明中采用脉冲形式输出的激光焊接的封装工艺，是通过激光器以脉冲形式出光进行焊接实现碗杯2上金属层3与金属框52气密性封装，避免有机材料如硅胶的在LED封装领域的应用，解决了紫外LED照射下有机材料易老化的问题，使得制造出的LED适合在各种环境下使用，提高LED的稳定性和可靠性；另本发明中采用脉冲形式输出的激光进行预焊接，在玻璃盖板51的金属框52上用激光焊一个或多个的点，将玻璃盖板组件5预固定在碗杯2上，以免下一步焊接工序时玻璃盖板组件5出现翘起或开裂的现象，提高了焊接稳定性；且只需很小的焊接区域即可实现玻璃盖板组件5与碗杯2的连接，焊接的工艺边较小，相应的光窗会变大，LED的出光率会变大；同时采用脉冲形式输出的激光进行焊接封装工艺直接对封装体的被焊接部件进行非接触式高温加热，无需直接接触被焊部件，防止直接接触导致接触部件被损坏的情况发生；脉冲形式输出的激光焊焊接的可靠性高使得所述的玻璃盖板
51、金属框52、碗杯2和所述的基座1成了一个密闭的腔体，LED的气密性好，LED的稳定性和可靠性高。
