一種紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，包括固定架、安裝在固定架上的紅外發(fā)光二極管芯片、包裹所述紅外發(fā)光二極管芯片表面的透光層以及穿透透光層而使紅外發(fā)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(fā)光二極管芯片間的透明聚光介質(zhì)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(shè)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(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及紅外發(fā)光二極管【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種紅外發(fā)光二極管封裝結(jié) 構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 紅外發(fā)光二極管在通電的情況下能夠產(chǎn)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(shù)據(jù)傳輸、信號控制等領(lǐng) 域。現(xiàn)有的紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)大多包括一固定架、設(shè)置在固定架中的紅外發(fā)光二極 管芯片，一半球形的透明環(huán)氧樹脂包裹于芯片外側(cè)，球頂與芯片發(fā)光部位的中心對應(yīng)，芯片 通過穿透環(huán)氧樹脂的導線連接至電路中。在實際應(yīng)用重，由于環(huán)氧樹脂形狀的畸變以及環(huán) 氧樹脂微觀晶型的影響，使經(jīng)過環(huán)氧樹脂折射后的紅外管其出射角度發(fā)生偏轉(zhuǎn)，影響紅外 接收二極管對信號的接受。隨著紅外發(fā)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(fā)光 二極管產(chǎn)生的紅外輻射角度精度低的問題，正是限制現(xiàn)有紅外發(fā)光二極管用于遠距離通信 的主要障礙。特別是環(huán)氧樹脂長期使用容易老化，使其內(nèi)部產(chǎn)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。 實用新型內(nèi)容
[0003] 有鑒于此，本實用新型公開一種紅外光輻射角度精確的紅外發(fā)光二極管封裝結(jié) 構(gòu)。本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：
[0004] 一種紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，包括固定架、安裝在固定架上的紅外發(fā)光二極管 芯片、包裹所述紅外發(fā)光二極管芯片表面的透光層以及穿透透光層而將紅外發(fā)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(fā)光二極管芯片間的透明聚光介質(zhì)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(shè)有一個底面半徑等于該筒狀體外徑的透 明圓錐體。
[0005] 本實用新型中，所述密封罩的作用主要是包裹發(fā)光二極管芯片以及透明聚光介質(zhì) 層。所述透明聚光介質(zhì)層可優(yōu)選任一種高透光的透明介質(zhì)制成，在工作時二極管芯片所產(chǎn) 生的紅外光可以充盈于整個透明介質(zhì)層，并均勻地進入密封罩內(nèi)。同時本實用新型的密封 罩由多個外徑由下至上遞減的筒狀體構(gòu)成，紅外光從透明介質(zhì)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(huán)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(huán)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(fā)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(fā)光二極管芯片。只需將接收二極管設(shè)置在垂直于紅外發(fā)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(shù)據(jù)。
[0006] 所述固定架包括一杯型體，所述杯型體內(nèi)壁表面設(shè)有反光層；所述杯型體內(nèi)壁還 設(shè)有多個與杯型體同心的環(huán)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。
[0007] 本實用新型中，所述固定架實質(zhì)上是現(xiàn)有的發(fā)光杯，能夠收攏散射的紅外光，使之 聚集在發(fā)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(nèi)壁還設(shè)有環(huán)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(fā)光二極管芯片的角度輻射出，防止反射的紅外光偏轉(zhuǎn)。
[0008] 進一步的，杯型體下部的內(nèi)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?qū)⑺黾t外發(fā)光二極管芯片承托在杯型體中部；還包括設(shè)置在固定橋下方、連接 所述多個固定橋的多個引流環(huán)；所述引流環(huán)與所述杯型體同心；所述固定橋和所述引流環(huán) 的上表面均設(shè)有波浪形的阻流槽。
[0009] 紅外發(fā)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(fā)光二極管滑動而偏離位置。
[0010] 更進一步的，所述透明圓錐體的側(cè)面上有多個沿其母線設(shè)置的導光槽。
[0011] 導光槽為刻劃在透明圓錐體側(cè)面上的V形凹槽，依據(jù)光的波粒二象性，導光槽可 以矯正透明圓錐體內(nèi)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(fā)光二極管芯片的角度輻射出去。
[0012] 特別優(yōu)選的，所述透明聚光介質(zhì)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(Γ70份聚碳酸酯、0. 1、. 2份阻燃劑、0. 5、. 9份相容劑以 及0.Γ1份的石墨烯。
[0013] 本實用新型特別將透明聚光介質(zhì)層設(shè)計為高透光的聚碳酸酯，聚碳酸酯其分子結(jié) 構(gòu)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(jié)構(gòu)，當石墨烯分散在聚碳酸 酯中，由于石墨烯間范德華力（van der waals force)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(yōu)選的，本實用新型選用磺?；幚?的石墨烯，比如帶有甲苯磺?；氖ň唧w見Ping Wen, Peiwei Gong等人2014年7 月發(fā)表于 RSC Advances 期干丨J的"Scalable fabrication of high quality graphene by exfoliation of edge sulfonated graphite for supercapacitor application，'）。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，因此本實用新型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(xiàn)。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(wěn)定性。除此以外，實用新型人發(fā)現(xiàn)添加有石墨烯的聚碳酸酯材料具有優(yōu)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(chǎn)生。
[0014] 進一步的，本實用新型還提供一種制備所述紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)的方法，具 體包括以下步驟：
[0015] a.將帶有正極導線和負極導線的紅外發(fā)光二極管芯片固定在所述多個固定橋的 末端；
[0016] b.加熱所述高透光聚碳酸酯材料，使之熔化；在密封罩內(nèi)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(fā)光二極管芯片上，壓緊并使紅外發(fā)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(jié)構(gòu)述體；
[0017] c.將所述封裝結(jié)構(gòu)坯體置于低溫冷水中冷卻；
[0018] d.將所述封裝結(jié)構(gòu)坯體烘干固化，制得所述紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)。
[0019] 本實用新型中，引流環(huán)和阻流槽可以使熔化狀態(tài)的高透光聚碳酸酯材料牢固、均 勻地附著，防止在后續(xù)的壓緊操作中聚碳酸酯材料流動、變形，導致密封罩內(nèi)的高透光聚碳 酸酯材料密度不均勻、存在氣泡等瑕疵。
[0020] 所述將所述封裝結(jié)構(gòu)坯體置于低溫冷水中冷卻是指將所述封裝結(jié)構(gòu)坯體置于 l~3°c的低溫冷水中冷卻5~10S。
[0021] 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(fā)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(fā)生形變，甚至滲出密封罩。
[0022] 所述將所述封裝結(jié)構(gòu)坯體烘干固化是指將所述封裝結(jié)構(gòu)坯體置于30~35°C溫度的 無光條件下烘干固化Γ3小時。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖2是本實用新型透光層的剖面圖。
[0025] 圖3是本實用新型圓錐體的局部放大圖。
[0026] 圖4是本實用新型固定架的剖面圖。
[0027] 圖5是本實用新型固定架的俯視圖。

【具體實施方式】
[0028] 為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面將結(jié)合附圖以及實施例對本實用新型作進一 步詳細描述：
[0029] 實施例1
[0030] 本實施例提供一種紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，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(fā)光二極管芯片2、包裹所述紅外發(fā)光二極管芯片表面的透光層以及 穿透透光層而將紅外發(fā)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(fā)光二極管芯片間的透明 聚光介質(zhì)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(shè)有 一個底面半徑等于該筒狀體外徑的透明圓錐體31。
[0031] 針對不同的設(shè)計方案，還可將本實用新型提供的紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)連接為 條狀，以用于安裝在燈條（light bar)線路板上。上述的連接可以采用將封裝結(jié)構(gòu)依次固 定在線型固定架上或者采用粘合劑將多個封裝結(jié)構(gòu)粘結(jié)起來的方式實現(xiàn)。此外，多個燈條 可以與同一個MH)通信連接，MH)可以單獨控制任意一個燈條上LED的開閉。
[0032] 本實施例中，如圖3,所述透明圓錐體31的側(cè)面上有4個沿其母線設(shè)置的導光槽 311。
[0033] 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(nèi)壁表面設(shè)有反 光層；所述杯型體內(nèi)壁還設(shè)有4個與杯型體同心的環(huán)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。
[0034] 進一步的，杯型體下部的內(nèi)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?qū)⑺黾t外發(fā)光二極管芯片承托在杯型體中部；還包括設(shè)置在固定橋下方、將 連接所述多個固定橋的多個引流環(huán)14 ;所述引流環(huán)與所述杯型體同心；所述固定橋和所述 引流環(huán)的上表面均設(shè)有波浪形的阻流槽。
[0035] 特別的，所述透明介質(zhì)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。
[0036] 實施例2
[0037] 本實施例供一種紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造與實施例1 一致。本實施例中， 所述透明聚光介質(zhì)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。
[0038] 本實施例中，所述石墨烯為帶有甲苯磺?；氖?。
[0039] 本實施例紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)的方法，具體包括以下步驟：
[0040] a.將帶有正極導線和負極導線的紅外發(fā)光二極管芯片固定在所述多個固定橋的 末端；
[0041] b.加熱所述高透光聚碳酸酯材料，使之熔化；在密封罩內(nèi)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(fā)光二極管芯片上，壓緊并使紅外發(fā)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(jié)構(gòu)述體；
[0042] c.將所述封裝結(jié)構(gòu)坯體置于低溫冷水中冷卻；
[0043] d.將所述封裝結(jié)構(gòu)坯體烘干固化，制得所述紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)。
[0044] 進一步的，所述將所述封裝結(jié)構(gòu)坯體置于低溫冷水中冷卻是指將所述封裝結(jié)構(gòu)坯 體置于1°C的低溫冷水中冷卻6S。
[0045] 更進一步的，所述將所述封裝結(jié)構(gòu)坯體烘干固化是指將所述封裝結(jié)構(gòu)坯體置于 3(T35°C溫度的無光條件下烘干固化2小時。
[0046] 本實施例中，上述反光層為二氧化鈦涂料層
[0047] 實施例3
[0048] 本實施例供一種紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造與實施例1 一致。本實施例中， 所述透明聚光介質(zhì)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。
[0049] 本實施例中，所述石墨烯為市售的商品石墨烯。
[0050] 本實施例紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)的制備方法與實施例2 -致。
[0051] 實施例4
[0052] 本實施例供一種紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造與實施例1 一致。本實施例中， 所述透明聚光介質(zhì)層為市售的透明環(huán)氧樹脂。
[0053] 對比例1
[0054] 本對比例提供一種紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其包括反光杯，以及設(shè)置在反光杯 中心的紅外發(fā)光二極管芯片。紅外發(fā)光二極管芯片上覆蓋有半球形的環(huán)氧樹脂層。
[0055] 對比例2
[0056] 本對比例提供一種紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其包括反光杯，以及設(shè)置在反光杯 中心的紅外發(fā)光二極管芯片。紅外發(fā)光二極管芯片上覆蓋有柱形的環(huán)氧樹脂層。
[0057] 近距離通信中紅外光輻射角度測試
[0058] 將紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)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(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)前方5米處。紅外發(fā)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(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)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(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)的 最大輻射角度。其結(jié)果如表1所示。

【權(quán)利要求】
1. 一種紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，包括固定架（1)、安裝在固定架上的紅外發(fā)光二極 管芯片（2)、包裹所述紅外發(fā)光二極管芯片表面的透光層W及穿透透光層而將紅外發(fā)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W及填充在密封罩（3)及紅外發(fā)光二極管芯片間的透明聚光介質(zhì) 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(shè)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(jù)權(quán)利要求1所述的紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述固定架包括一 杯型體（11)，所述杯型體內(nèi)壁表面設(shè)有反光層；所述杯型體內(nèi)壁還設(shè)有多個與杯型體同也 的環(huán)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(jù)權(quán)利要求2所述的紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于：杯型體下部的內(nèi)壁 向杯型體的中也延伸出多個矩形的固定橋（13)，所述多個固定橋?qū)⑺黾t外發(fā)光二極管 芯片承巧在杯型體中部；還包括設(shè)置在固定橋下方、將連接所述多個固定橋的多個引流環(huán) (14);所述引流環(huán)與所述杯型體同也；所述固定橋和所述引流環(huán)的上表面均設(shè)有波浪形的 阻流槽。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述透明圓錐體 (31)的側(cè)面上有多個沿其母線設(shè)置的導光槽（311)。
【文檔編號】H01L33/58GK204230294SQ201420627901
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】馮海濤, 施光典 申請人:深圳萊特光電有限公司