一種紅外發光二極管封裝結構及其制備方法

一種紅外發光二極管封裝結構及其制備方法
【專利摘要】本發明公開一種紅外發光二極管封裝結構，包括固定架、安裝在固定架上的紅外發光二極管芯片、包裹所述紅外發光二極管芯片表面的透光層以及穿透透光層而將紅外發光二極管芯片連接至電源的正極導線和負極導線，其特征在于：所述透光層包括由多個透明筒狀體堆疊而成的密封罩以及填充在密封罩及紅外發光二極管芯片間的透明聚光介質層；所述多個筒狀體其外徑由下至上遞減；所述密封罩頂部的筒狀體上低面設有一個底面半徑等于該筒狀體外徑的透明圓錐體。
【專利說明】一種紅外發光二極管封裝結構及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及紅外發光二極管【技術領域】，具體涉及一種紅外發光二極管封裝結構及 其制備方法。

【背景技術】
[0002] 紅外發光二極管在通電的情況下能夠產生紅外輻射，由于紅外輻射不受自然界可 見光的影響、信噪比高，通常與紅外接收二極管配合用于近距離的數據傳輸、信號控制等領 域。現有的紅外發光二極管封裝結構大多包括一固定架、設置在固定架中的紅外發光二極 管芯片，一半球形的透明環氧樹脂包裹于芯片外側，球頂與芯片發光部位的中心對應，芯片 通過穿透環氧樹脂的導線連接至電路中。在實際應用重，由于環氧樹脂形狀的畸變以及環 氧樹脂微觀晶型的影響，使經過環氧樹脂折射后的紅外管其出射角度發生偏轉，影響紅外 接收二極管對信號的接受。隨著紅外發光二極管與接收二極管的距離的增加，紅外光將越 來越偏離紅外接收二極管，最終使紅外接收二極管無法接收其搭載的信息。上述紅外發光 二極管產生的紅外輻射角度精度低的問題，正是限制現有紅外發光二極管用于遠距離通信 的主要障礙。特別是環氧樹脂長期使用容易老化，使其內部產生不同程度的裂紋，進一步加 劇上述紅外輻射角度偏移的程度。


【發明內容】

[0003] 有鑒于此，本發明公開一種紅外光輻射角度精確的紅外發光二極管封裝結構。本 發明的目的通過以下技術方案實現： 一種紅外發光二極管封裝結構，包括固定架、安裝在固定架上的紅外發光二極管芯片、 包裹所述紅外發光二極管芯片表面的透光層以及穿透透光層而降紅外發光二極管芯片連 接至電源的正極導線和負極導線，所述透光層包括由多個透明筒狀體堆疊而成的密封罩以 及填充在密封罩及紅外發光二極管芯片間的透明聚光介質層；所述多個筒狀體其外徑由下 至上遞減；所述密封罩頂部的筒狀體上低面設有一個底面半徑等于該筒狀體外徑的透明圓 錐體。
[0004] 本發明中，所述密封罩的作用主要是包裹發光二極管芯片以及透明聚光介質層。 所述透明聚光介質層可優選任一種高透光的透明介質制成，在工作時二極管芯片所產生的 紅外光可以充盈于整個透明介質層，并均勻地進入密封罩內。同時本發明的密封罩由多個 外徑由下至上遞減的筒狀體構成，紅外光從透明介質層輻射至密封罩之中后，由于紅外光 所具有的的波粒二象性，紅外光將被聚集而從下向上垂直地在密封罩中輻射，減小紅外光 在密封罩中的折射角度，使穿透密封罩的紅外光最大程度地垂直于二極管芯片，并聚集在 軸心處。同時,每一個筒狀體的上端面都會輻射出一環狀的紅外光,增加紅外光的輻射范 圍。頂端的透明圓錐體可以聚集密封罩頂部的筒狀體上底面的紅外光，防止其散射，從而增 強中心部位的紅外光輻射強度，進一步提高紅外光的輻射距離。在近距離的通信中，由于多 個筒狀體端面輻射出的環狀紅外光有較大的輻射范圍，即拓展了接收二極管的接收信號范 圍，無需將接收二極管完全對準紅外發光二極管芯片。而在遠距離的通信中，由于密封罩可 將紅外光聚集在軸心處，使得輻射出的紅外光中心部位輻射強度較高，且垂直于紅外發光 二極管芯片。只需將接收二極管設置在垂直于紅外發光二極管芯片的位置，便可毫無障礙 地與之進行通信接收紅外光搭載的數據。
[0005] 所述固定架包括一杯型體，所述杯型體內壁表面設有反光層；所述杯型體內壁還 設有多個與杯型體同心的環狀聚光槽；所述聚光槽的截面為半圓形；所述多個聚光槽截面 的半徑由下至上遞增。
[0006] 本發明中，所述固定架實質上是現有的發光杯，能夠收攏散射的紅外光，使之聚集 在發光二極管芯片中心處，提高紅外光的輻射角度的精度。為提高杯型體的聚光效果，杯型 體內壁還設有環狀聚光槽，半圓形的聚光槽能夠增加反射紅外光的面積，并使反射后紅外 光盡量以垂直于發光二極管芯片的角度輻射出，防止反射的紅外光偏轉。
[0007] 進一步的，杯型體下部的內壁向杯型體的中心延伸出多個矩形的固定橋，所述多 個固定橋將所述紅外發光二極管芯片承托在杯型體中部；還包括設置在固定橋下方、連接 所述多個固定橋的多個引流環；所述引流環與所述杯型體同心；所述固定橋和所述引流環 的上表面均設有波浪形的阻流槽。
[0008] 紅外發光二極管芯片可采用膠水粘合的方式固定在固定橋上，所述阻流槽能夠固 定膠水，防止未固化的膠水流動導致紅外發光二極管滑動而偏離位置。
[0009] 更進一步的，所述透明圓錐體的側面上有多個沿其母線設置的導光槽。
[0010] 導光槽為刻劃在透明圓錐體側面上的V形凹槽，依據光的波粒二象性，導光槽可 以矯正透明圓錐體內紅外光的輻射方向，使之最終聚集在圓錐體的頂部，并以垂直于紅外 發光二極管芯片的角度輻射出去。
[0011] 特別優選的，所述透明聚光介質層為高透光聚碳酸酯材料制成，所述高透光聚碳 酸酯材料其原料按重量計包括5(T70份聚碳酸酯、0. 1、. 2份阻燃劑、0. 5、. 9份相容劑以 及0.4~1份的石墨烯。
[0012] 本發明特別將透明聚光介質層設計為高透光的聚碳酸酯，聚碳酸酯其分子結構排 列較為整齊，大約是一種層狀、線性的排列方式，能夠使進入聚碳酸酯材料中的紅外光沿一 定的方向傳遞。而石墨烯更是有整齊的單層片狀層狀結構，當石墨烯分散在聚碳酸酯中， 由于石墨烯間范德華力（vanderwaalsforce)的作用，石墨烯將相互平行地分散在聚碳 酸酯中，引導紅外光沿一定的方向傳導。更為優選的，本發明選用磺酰化處理的石墨烯，t匕 如帶有甲苯磺酰基的石墨烯(具體見PingWen,PeiweiGong等人2014年7月發表于RSC Advances期刊的"Scalablefabricationofhighqualitygraphenebyexfoliation ofedgesulfonatedgraphiteforsupercapacitorapplication，'）。石黃酉先基為石墨烯分 子間提供更強的范德華力，一方面有助于保持聚碳酸酯中石墨烯間平行的層狀分布狀體， 另一方面也有助于提高石墨烯在聚碳酸酯中的分散性，防止其沉淀。石墨烯會使紅外光被 遮擋，因此本發明特別限定石墨烯的濃度，在報聚碳酸酯材料透光性的同時最大程度地提 高紅外光的定向輻射。所述阻燃劑、相容劑均可選用市售的聚碳酸酯用阻燃劑和相容劑實 現。相容劑主要用于連接聚碳酸酯分子和石墨烯分子，保持石墨烯_聚碳酸酯體系的穩定 性。除此以外，發明人發現添加有石墨烯的聚碳酸酯材料具有優秀的抗老化性能，長期使用 仍具有良好的透光度，無裂痕、霧化等瑕疵產生。
[0013] 進一步的，本發明還提供一種制備所述紅外發光二極管封裝結構的方法，具體包 括以下步驟： a. 將帶有正極導線和負極導線的紅外發光二極管芯片固定在所述多個固定橋的末 端； b. 加熱所述高透光聚碳酸酯材料，使之熔化；在密封罩內填充滿所述熔化的高透光聚 碳酸酯材料，將所述密封罩倒扣在紅外發光二極管芯片上，壓緊并使紅外發光二極管芯片 陷入所述密封罩中，并使所述正極導線及負極導線的末端裸露在密封罩外部，制成封裝結 構坯體； c. 將所述封裝結構坯體置于低溫冷水中冷卻； d. 將所述封裝結構坯體烘干固化，制得所述紅外發光二極管封裝結構。
[0014] 本發明中，引流環和阻流槽可以使熔化狀態的高透光聚碳酸酯材料牢固、均勻地 附著，防止在后續的壓緊操作中聚碳酸酯材料流動、變形，導致密封罩內的高透光聚碳酸酯 材料密度不均勻、存在氣泡等瑕疵。
[0015] 所述將所述封裝結構坯體置于低溫冷水中冷卻是指將所述封裝結構坯體置于 1~3°C的低溫冷水中冷卻5~10S。
[0016] 將封裝好的坯體置于低溫冷水中短暫地冷卻有助于固定高透光聚碳酸酯中石墨 烯，防止在緩慢的降溫過程中石墨烯發生劇烈的布朗運動而影響其分子間整齊的排列方 式。此外，短時間的低溫處理也有助于固定高透光聚碳酸酯的形狀，防止其在緩慢的冷卻過 程中發生形變，甚至滲出密封罩。
[0017] 所述將所述封裝結構坯體烘干固化是指將所述封裝結構坯體置于3(T35°C溫度的 無光條件下烘干固化r3小時。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本發明的結構示意圖。
[0019] 圖2是本發明透光層的剖面圖。
[0020] 圖3是本發明圓錐體的局部放大圖。
[0021] 圖4是本發明固定架的剖面圖。
[0022] 圖5是本發明固定架的俯視圖。

【具體實施方式】
[0023] 為了便于本領域技術人員理解，下面將結合附圖以及實施例對本發明作進一步詳 細描述： 實施例1 本實施例提供一種紅外發光二極管封裝結構，如圖1和圖2所示，包括固定架1、安裝 在固定架上的紅外發光二極管芯片2、包裹所述紅外發光二極管芯片表面的透光層以及穿 透透光層而降紅外發光二極管芯片連接至電源的正極導線和負極導線，所述透光層包括由 3個透明筒狀體堆疊而成的密封罩以及填充在密封罩3及紅外發光二極管芯片間的透明聚 光介質層4 ;所述3個筒狀體其外徑由下至上遞減；所述密封罩頂部的筒狀體上低面設有一 個底面半徑等于該筒狀體外徑的透明圓錐體31。
[0024] 針對不同的設計方案，還可將本發明提供的紅外發光二極管封裝結構連接為條 狀，以用于安裝在燈條（lightbar)線路板上。上述的連接可以采用將封裝結構依次固定 在線型固定架上或者采用粘合劑將多個封裝結構粘結起來的方式實現。此外，多個燈條可 以與同一個MPD通信連接，MPD可以單獨控制任意一個燈條上LED的開閉。
[0025] 本實施例中，如圖3,所述透明圓錐體31的側面上有4個沿其母線設置的導光槽 311。
[0026] 如圖4和圖5,本實施例中，固定架包括一杯型體11，所述杯型體內壁表面設有反 光層；所述杯型體內壁還設有4個與杯型體同心的環狀聚光槽12 ;所述聚光槽的截面為半 圓形；所述4個聚光槽截面的半徑由下至上遞增。
[0027] 進一步的，杯型體下部的內壁向杯型體的中心延伸出2個矩形的固定橋13,所述 多個固定橋將所述紅外發光二極管芯片承托在杯型體中部；還包括設置在固定橋下方、將 連接所述多個固定橋的多個引流環14 ;所述引流環與所述杯型體同心；所述固定橋和所述 引流環的上表面均設有波浪形的阻流槽。
[0028] 特別的，所述透明介質層為市售的聚碳酸酯。所述密封罩由市售的聚碳酸酯制成， 上述反光層為二氧化鈦涂料層。
[0029] 實施例2 本實施例供一種紅外發光二極管封裝結構，其構造與實施例1 一致。本實施例中，所述 透明聚光介質層為高透光聚碳酸酯材料制成，所述高透光聚碳酸酯材料其原料按重量計包 括60份聚碳酸酯、0. 1份阻燃劑0. 9份相容劑以及0. 4份的石墨烯。
[0030] 本實施例中，所述石墨烯為帶有甲苯磺酰基的石墨烯。
[0031] 本實施例紅外發光二極管封裝結構的方法，具體包括以下步驟： a. 將帶有正極導線和負極導線的紅外發光二極管芯片固定在所述多個固定橋的末 端； b. 加熱所述高透光聚碳酸酯材料，使之熔化；在密封罩內填充滿所述熔化的高透光聚 碳酸酯材料，將所述密封罩倒扣在紅外發光二極管芯片上，壓緊并使紅外發光二極管芯片 陷入所述密封罩中，并使所述正極導線及負極導線的末端裸露在密封罩外部，制成封裝結 構坯體； c. 將所述封裝結構坯體置于低溫冷水中冷卻； d. 將所述封裝結構坯體烘干固化，制得所述紅外發光二極管封裝結構。
[0032] 進一步的，所述將所述封裝結構坯體置于低溫冷水中冷卻是指將所述封裝結構坯 體置于1°C的低溫冷水中冷卻6S。
[0033] 更進一步的，所述將所述封裝結構坯體烘干固化是指將所述封裝結構坯體置于 3(T35°C溫度的無光條件下烘干固化2小時。
[0034] 本實施例中，上述反光層為二氧化鈦涂料層 實施例3 本實施例供一種紅外發光二極管封裝結構，其構造與實施例1 一致。本實施例中，所述 透明聚光介質層為高透光聚碳酸酯材料制成，所述高透光聚碳酸酯材料其原料按重量計包 括70份聚碳酸酯0. 2份阻燃劑、0. 8份相容劑以及0. 9份的石墨烯。
[0035] 本實施例中，所述石墨烯為市售的商品石墨烯。
[0036] 本實施例紅外發光二極管封裝結構的制備方法與實施例2-致。
[0037] 實施例4 本實施例供一種紅外發光二極管封裝結構，其構造與實施例1 一致。本實施例中，所述 透明聚光介質層為市售的透明環氧樹脂。
[0038] 對比例1 本對比例提供一種紅外發光二極管封裝結構，其包括反光杯，以及設置在反光杯中心 的紅外發光二極管芯片。紅外發光二極管芯片上覆蓋有半球形的環氧樹脂層。
[0039] 對比例2 本對比例提供一種紅外發光二極管封裝結構，其包括反光杯，以及設置在反光杯中心 的紅外發光二極管芯片。紅外發光二極管芯片上覆蓋有柱形的環氧樹脂層。
[0040] 近距離通信中紅外光輻射角度測試 將紅外發光二極管封裝結構樹立在一平面上。選用一市售的紅外接收二極管，將其 放置在紅外發光二極管封裝結構前方5米處。紅外發光二極管的功率為50mw，波長為 83(T850nm。使紅外接收二極管沿一平行于紅外發光二極管封裝結構的平面左右移動，記錄 紅外接收二極管可以接收紅外光信號的最左端及最右端，測得紅外發光二極管封裝結構的 最大輻射角度。其結果如表1所示。
[0041] 表1最大輻射角度 有效通信距離測試 1 '

【權利要求】
1. 一種紅外發光二極管封裝結構，包括固定架（1)、安裝在固定架上的紅外發光二極 管芯片（2)、包裹所述紅外發光二極管芯片表面的透光層以及穿透透光層而降紅外發光二 極管芯片連接至電源的正極導線和負極導線，其特征在于：所述透光層包括由多個透明筒 狀體堆疊而成的密封罩以及填充在密封罩（3)及紅外發光二極管芯片間的透明聚光介質 層（4);所述多個筒狀體其外徑由下至上遞減；所述密封罩頂部的筒狀體上低面設有一個底 面半徑等于該筒狀體外徑的透明圓錐體（31)。
2. 根據權利要求1所述的紅外發光二極管封裝結構，其特征在于：所述固定架包括一 杯型體（11)，所述杯型體內壁表面設有反光層；所述杯型體內壁還設有多個與杯型體同心 的環狀聚光槽（12);所述聚光槽的截面為半圓形；所述多個聚光槽截面的半徑由下至上遞 增。
3. 根據權利要求2所述的紅外發光二極管封裝結構，其特征在于：杯型體下部的內壁 向杯型體的中心延伸出多個矩形的固定橋（13)，所述多個固定橋將所述紅外發光二極管 芯片承托在杯型體中部；還包括設置在固定橋下方、將連接所述多個固定橋的多個引流環 (14);所述引流環與所述杯型體同心；所述固定橋和所述引流環的上表面均設有波浪形的 阻流槽。
4. 根據權利要求1所述的紅外發光二極管封裝結構，其特征在于：所述透明圓錐體 (31)的側面上有多個沿其母線設置的導光槽（311)。
5. 根據權利要求1至4任一項所述的紅外發光二極管封裝結構，其特征在于：所述透 明聚光介質層為高透光聚碳酸酯材料制成，所述高透光聚碳酸酯材料其原料按重量計包括 5(T70份聚碳酸酯、0. 1、. 2份阻燃劑、0. 5、. 9份相容劑以及0. 4?1份的石墨烯。
6. -種制備如權利要求5所述紅外發光二極管封裝結構的方法，具體包括以下步驟： a. 將帶有正極導線和負極導線的紅外發光二極管芯片固定在所述多個固定橋的末 端； b. 加熱所述高透光聚碳酸酯材料，使之熔化；在密封罩內填充滿所述熔化的高透光聚 碳酸酯材料，將所述密封罩倒扣在紅外發光二極管芯片上，壓緊并使紅外發光二極管芯片 陷入所述密封罩中，并使所述正極導線及負極導線的末端裸露在密封罩外部，制成封裝結 構坯體； c. 將所述封裝結構坯體置于低溫冷水中冷卻； d. 將所述封裝結構坯體烘干固化，制得所述紅外發光二極管封裝結構。
7. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于：所述將所述封裝結構坯體置于低溫冷水 中冷卻是指將所述封裝結構坯體置于1~3°C的低溫冷水中冷卻5~10S。
8. 根據權利要求7所述的方法，其特征在于：所述將所述封裝結構坯體烘干固化是指 將所述封裝結構坯體置于3(T35°C溫度的無光條件下烘干固化1~3小時。
【文檔編號】H01L33/58GK104332551SQ201410584397
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月24日 優先權日:2014年10月24日
【發明者】馮海濤, 施光典 申請人:深圳萊特光電有限公司