将光学透镜附接到带有电子光源的印刷电路板的方法
【专利摘要】本发明涉及LED组件和用于通过施涂包括硅树脂或环氧树脂的粘合剂并在低温下热固化粘合剂材料来附接光学透镜到具有电子光源的印刷电路板的方法，电子光源例如是LED或OLED。
【专利说明】将光学透镜附接到带有电子光源的印刷电路板的方法
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求2011年5月16日提交的美国临时专利申请61/486716和2012年5月16日提交的美国专利申请13/473427的优先权，它们每一个都通过引用被全文并入本文。
【技术领域】
[0002]本发明概括地涉及将带有或不带有透镜支座的光学透镜附接到具有电子光源的印刷电路板的方法以及所得到的组件。
【背景技术】
[0003]在印刷电路板上存在许多种类型的电子光源，其中包括，例如，发光二极管(LED)和有机发光二极管(OLED)。LED以在120和130度之间的宽发散角发光。在很多应用中需要使光线平行并发散到不同的光线角度和聚焦深度。有大量不同类型的透镜可用于全部的不同风格和形状的LED。将透镜附接到LED的目前的方法是利用非抗紫外线粘合剂或自粘胶。这些粘合剂的持续性通常不会多于几年。这些粘合剂不得不通过手工分配并因此不能被精确地施涂。因为粘合剂被手工分配，所以过程中的变数被大大增加并且对过程的控制被大大消弱。人们挤压分配施涂器的压力在应用和应用之间以及人和人之间都是不同的。人际互动大大增加了这种变数。如果在透镜的应用过程中粘合剂落在LED上或转移到LED上，那么这会对透镜的性能带来有害影响。这是一个十足的劳动密集型的过程，其结果参差不齐并且长期的粘合也不确定。因此，需要一种方式来使过程自动化，从而精确地将粘合剂分配在LED周围以附接透镜，而不使粘合剂转移到LED表面上。本发明解决并克服了这些问题。
【发明内容】
[0004]本发明涉及光学组件和通过施涂包括环氧树脂或硅树脂的粘合剂和任选的低温热固化，将带有或不带有透镜支座的光学透镜附接到具有电子光源例如发光二极管的印刷电路板的方法。
[0005]本发明的其它应用领域将通过下面提供的具体描述而明白易懂。应当理解的是，详细描述和具体的示例虽然指出了本发明的优选实施例，但都是仅用于说明目的而不是用于限制本发明的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]本发明将通过具体描述和附图而被更全面地理解，附图不一定是按比例的，附图中:
图1图示了已知的LED组件。
[0007]图2图示了已知的LED组件。
[0008]图3图示了图2的透镜支座。[0009]图4图示了将透镜支座卡在LED包装上的已知LED组件和方法。
[0010]图5图示了在不使用粘合剂的情况下图4的透镜支座被附接在LED包装上。
[0011]图6图示了在本发明的范围内的LED组件。
[0012]图7是在本发明的范围内的LED组件的特写侧视图。
[0013]图8是在本发明范围内的过程的过程流程图。
【具体实施方式】
[0014]下面对实施例的具体描述本质上仅仅是示例性的，并决非用于限定本发明、其应用或使用。
[0015]本发明涉及一种方法，优选地是一种自动化或计算机化的方法或过程，用于分配粘合剂材料并用于使用粘合剂材料将光学透镜附接到具有电子光源的印刷电路板，电子光源例如是发光二极管(LED)或有机发光二极管(0LED)，在本文中被可互换地称为LED。
[0016]本发明的粘合剂材料包括硅树脂、环氧树脂、或它们的组合。粘合剂材料用作长期的、非退化的粘合剂来将外部的光学透镜结合在LED上并提供对有害的环境因素的保护，例如潮湿和污染物。
[0017]可取的硅树脂粘合剂的特征包括，但不限于，1-部分成分电绝缘、不透明、将塑料LED透镜和透镜支座附接在印刷电路板和塑料基体上的优良粘合性、可在低于2 3 01F 热固化以避免对全部类型的透镜和透镜支座的任何热扭变的柔性硅树脂、具有在约50000厘泊和70000厘泊范围内的粘度以允许一滴滴地分配在LED周围以附接第二透镜或透镜支座的粘稠材料、透镜和透镜支座到全部类型的印刷电路板的优良的粘合并提供了对潮湿和环境污染物的非常好的保护。可用作本发明中的商业上可获得的硅树脂粘合剂的不例包括但不限于Dow 737或738娃树脂密封剂、Shin-Etsu 10-Seal-300、和HumisealR1-2145。优选地，硅树脂粘合剂材料成分包括结晶二氧化硅、有机聚硅氧烷或它们的混合物、或者它们的组合物。有机聚硅氧烷可以是直链有机聚硅氧烷。
[0018]硅树脂粘合剂材料是可低温固化的，优选是在或低于230 T {HO 时在约一小时或更短的时长上固化，这是由于使塑料透镜支座或透镜变形的可能性。根据本发明的粘合剂材料在产品的寿命长度上将透镜或透镜支座固定并且不受紫外(UV)光的影响。硅树脂粘合剂材料还提供了优良的吸震性。
[0019]可取的可热固化的环氧树脂粘合剂的特征包括，但不限于，1-部分成分电绝缘、不透明、具有在约15000厘泊到35000厘泊范围内的粘度的环氧树脂材料(粘稠的糊状材料以用于从选择性涂覆装备中被分配出，该装备包含计算机编程和控制的针分配阀)、可在更低时间和温度(例如在100 c下7-15分钟)下热固化以避免对全部类型的透镜和透镜支座的热扭变的硬环氧树脂、颜色是白到灰、非常结实和坚固、使用NFT 76107方法测得的大于
5.0Mpa的剪切强度、透镜和透镜支座与全部类型的印刷电路板的优良粘合并且提供了对潮湿和环境污染物的非常好的保护。适合用于本发明中的商业上可获得的环氧树脂粘合剂的不例是来自 Protavic America 公司的 Protavic ATE 10120。另外，来自 Ellsworth,Masterbond, Dow Corning, and Polymark公司的导热环氧树脂也是合适的。
[0020]适合用在本发明中的粘合剂材料被用机器人的或其它计算机可编程自动化选择性分配装备精确地分配在LED周围，优选地，该分配装备具有精确针阀，从而将LED的边缘密封到印刷电路板并且提供足够的材料以牢固结合光学透镜或光学透镜支座但不会提供过多的材料从而使其在透镜或透镜支座被附接时转移到LED上。透镜或透镜支座可用手安置。粘合剂材料由机器人的或其它计算机可编程的选择性分配装备或机器施涂。针分配阀的大小由要被分配的材料的类型和材料的量确定。另外，有各种不同类型的针分配阀适合用在根据本发明的方法中，这包括加压分配针阀。通过控制针移动横过印刷电路板的速度和分配粘合剂的空气压力，与手动方法相比过程变数被大大减少，这提供了非常高度的过程控制。计算机控制的针分配阀，例如在Asymtek 940上，通常被编程为以约每秒4英寸到每秒6英寸的速度范围并且以约65磅到75磅的压力范围分配材料。
[0021]商业上可获得的分配装备的示例包括但不限于来自精确阀和自动化(PrecisionValve and Automation)的 Asymtek 940 (使用 DV05 加压分配针)和 PVA6000 (使用 FC100高压分配阀)。
[0022]潜在的终端使用应用包括但不限于需要附接第二光学透镜的全部LED印刷电路板。
[0023]参照附图，附图1图示了已知的LED组件(10)，其包括安装到印刷电路板(13)上的LED (未示出)，多个透镜支座(14)和透镜(12)被附接到LED (未示出)上。图1说明了通过卡合装配的附接，该卡合装备具有制造变化，这些制造变化会改变所附接的透镜的保持强度。在这组件中，使用的是保形涂层(19)，而不使粘合剂。保形涂层指的是被施涂到电子电路的介电材料，用于保护不受潮湿、灰尘、化学物质、和温度极限的影响，这些在没有涂层(未受保护)时可能导致电子系统的故障。保形涂层(19)不提供足够的强度来将透镜
(12)或透镜支座(14)固定到印刷电路板(15)。在有大量的振动和冲击的终端使用应用中，透镜或透镜支座可能被振松并脱落。如在图1中所示，透镜支座(14)是圆锥形的并且透明的透镜(12)被安装在透镜支座(14)内。因此，图1图示了与本发明相比较差的方法和LED组件。
[0024]图2图示了使用透镜支座(22)的已知LED组件(20)和方法，该透镜支座(22)具有自粘材料(21)，其带有可撕去的保护衬材(未示出)。为了将透镜支座(22)安装到印刷电路板(24 )上，衬材被撕去，这暴露出自粘材料(21)，并且透镜支座(22 )被压到印刷电路板
[24]上并在LED(26)上方。这种LED组件(20)和附接方法的问题是自粘材料(21)不会保持在透镜或透镜支座上并且随着时间的流逝会失去其强度以至于透镜或透镜支座脱落。如图2所示，透镜支座(22)的自粘材料(21)具有低结合强度并且因LED (26)在操作中产生的热而变软并且松脱。在板上的任何类型的污染可对粘合强度具有进一步的负面影响。
[0025]有许多其它类型的透镜支座和透镜，它们都要求在LED包装周围的极紧的装配。这些对紧度规定没有给液体粘合剂的手工施涂的变化留有空间。透镜支座与LED包装的界面是在两个部件被组装时的在它们之间的没有任何空间的精确装配。当液体粘合剂用手施涂并且透镜被附接时，材料会很容易转移到LED (26)上并且对光输出具有有害影响。与图2的LED组件和方法相比，本发明的方法精确地施涂了预定量的粘合剂材料并且对特定区域施涂，由此消除了这种问题。
[0026]图3图示了图2中的被附接到印刷电路板(24)并在LED (26)上方的透镜支座
(22)。如所示，即使有间隙空间，这种间隙空间也不多。
[0027]图4图示了将透镜支座(44)卡在LED包装(48)上的已知LED组件和方法。它没有提供良好的保持力，这是因为在制造中的不同的容差。透镜支座(44)容易被震动或撞掉。图4图示了透镜支座(44)和LED包装(48)的界面。
[0028]图5图示了在不使用任何粘合剂的情况下图4的透镜支座(44)如何被附接在LED包装(48)上。没有任何针对潮湿或环境污染物的保护。
[0029]图6图示了在本发明的范围内的LED组件(60)和方法，LED组件(60)具有多个透镜(未示出)或带有被附接的透镜(62)的透镜支座(64)。具体来说，图6图示了在LED基部(68)周围的被分配的粘合剂材料(67)和透镜支座(64)的附接。LED组件(60)任选地被低热固化。如在图6中所示，LED组件(60)是预制构件形式(66)的。本发明的方法使用计算机编程的涂覆装备来选择性地分配粘合剂材料，优选地通过控制或改变针分配阀的类型。图6图示了 LED组件，其具有例如五个透镜支座(64)和透镜(62)，它们被附接到两个印刷电路板(65)中的每一个上。如所示，
粘合剂材料(67)在透镜支座(64)的外轮廓形状内被均匀地或一致地施涂到印刷电路板(65)。在本申请的这种方法中，不需要透明的保形涂层，因为粘合剂材料已经完全密封透镜或附接有透镜的透镜支座到印刷电路板，而不会将任何材料转移到LED顶部发光表面(未示出)上。粘合剂材料的量是根据多种因素确定的，例如，终端使用应用，并且被分配成允许粘合剂材料覆盖LED的基部并密封LED不受污染物影响。
[0030]图7是LED组件60的特写侧视图，LED组件(60)位于面板(66)上，这示出了根据本发明被施涂至印刷电路板(65 )的表面的粘合剂材料(67 )和被牢固地附接到LED包装(未示出)的透镜支座(64)。该被施涂的粘合剂材料提供了所需的机械强度和针对污染物的保护。
[0031]本发明意图处理和解决与分配粘合剂材料以在LED的寿命期间将光学透镜结合到LED包装并提供保护有关的问题。通过在LED周围精确地分配粘合剂，在LED和印刷电路板之间形成保护性密封。通过计算机编程的选择性分配装备对硅树脂或环氧树脂粘合剂的受控和精确施涂消除了粘合剂向LED上的转移。通过目前的手工施涂方法基本上是不可能实现此目的的。目前的粘合剂不提供针对潮湿或污染物的保护，本发明的粘合剂材料却可以。本发明的粘合剂材料在低温下被热固化。
[0032]图8是图示了根据本发明的施涂方法的过程流程图。本发明的方法包括将全部类型的透镜支座和透镜安置到安装在全部类型的印刷电路板上的LED和0LED。板和透镜通常是在未被附接的状态下收到的。本领域技术人员无需过多的实验就容易地知晓那种材料是给定的应用所需要的。
[0033]为了施涂粘合剂材料，选择性涂覆装备的针分配阀被编程为精确地施涂材料到围绕要被附接的透镜或透镜支座的基部的需要区域。透镜或支座用手或通过使用被设计用于保持多个透镜或透镜支座的定制固定装置组装。一旦透镜或透镜支座被组装在LED上，该组件此后被转移到受控热固化炉内以消除或减少使透镜或透镜支座变形的风险。在分配到要被附接到印刷电路板以由此形成光学组件的透镜或透镜支座的外轮廓形状后，粘合剂材料优选在230 被固化约20-30分钟。
[0034]在本发明的方法的另一方面，该方法用于针对例如其中需要对污染物进行额外保护的情况在粘合剂材料内分配保形涂层，优选地光学透明的、非变黄的保形涂层。因此，该方法还包括提供光学透明、非变黄的保形涂层和粘合剂材料，将粘合剂材料施涂到印刷电路板，并将光学透明的、非变黄的保形涂层材料施涂在粘合剂材料的周长上或附近，优选在粘合剂材料的内侧周长上，其中每一者都是在低温热固化之前被施涂。粘合剂材料在印刷电路板上被施涂到透镜或透镜支座的周长并建立了包含光学透明的保形涂层的第二施涂的坝。保形涂层材料是独特的，因为其可被施涂在LED上或转移到它们上并且不会对发光输出有有害影响。
[0035]适合与本发明的方法一起使用的保形涂层的示例包括但不限于硅树脂涂层，例如2010年4月21日提交的共同未决美国专利申请12/799238和2011年5月10日提交的共同未决美国专利申请13/104842中的共有发明，这两个文献中的每一个都通过引用并入本文。硅树脂粘合剂提供了将透镜或透镜支座固定到印刷电路板并提供对严苛环境、高达400叩的极端热量和污染物影响的保护的双重作用。
[0036]示例
进行了附接透镜拉力测试。使用的装备是阿美特克机械力计(Ametek MechanicalForce Gauge)模型L-20-M。用在测试中的环氧树脂粘合剂材料是PROTAVIC ATE 10120，其商业上可从Protavic America公司获得。力(磅)代表将安装在印刷电路板上的透镜拉掉的力的量
【权利要求】
1.一种用于将光学透镜附接到具有电子光源的印刷电路板的方法，该方法包括: 使用自动化粘合剂分配机器施涂粘合剂材料到印刷电路板；以及 将光学透镜或光学透镜支座附接到被施涂的粘合剂材料以形成组件。
2.如权利要求1所述的方法，还包括，对该组件热固化。
3.如权利要求1所述的方法，其中电子光源是发光二极管或者有机发光二极管。
4.如权利要求1所述的方法，其中粘合剂材料包括硅树脂、环氧树脂、或它们的组合。
5.如权利要求4所述的方法，其中粘合剂材料是光学透明的。
6.如权利要求4所述的方法，其中粘合剂材料是非变黄的。
7.如权利要求4所述的方法，其中包括硅树脂的粘合剂材料具有在约50000厘泊到70000厘泊范围内的粘度。
8.如权利要求4所述的方法，其中包括环氧树脂的粘合剂材料具有在约15，000厘泊到35, 000厘泊范围内的粘度。
9.如权利要求4所述的方法，其中环氧树脂具有在使用方法NFT76107测得的大于5.0MPa的剪切强度。
10.如权利要求1所述的方法，其中粘合剂材料是通过由针分配阀精确分配粘合剂材料来施涂的。`
11.如权利要求10所述的方法，其中粘合剂材料是通过加压针分配阀分配的。
12.如权利要求2所述的方法，其中组件被热固化到IlOsC或以下的温度。
13.如权利要求1所述的方法，其中硅树脂粘合剂材料还包括结晶二氧化硅、有机聚硅氧烷或它们的混合物、或者它们的组合。
14.如权利要求1所述的方法，其中有机聚硅氧烷是直链有机聚硅氧烷。
15.一种LED组件，包括: 具有电子光源的印刷电路板， 透镜或附接有透镜的透镜支座，以及 粘合剂材料，其被围绕着透镜或透镜支座的基部施涂到印刷电路板，粘合剂材料包括硅树脂、环氧树脂、或它们的组合。
16.如权利要求15所述的LED组件，其中粘合剂材料是光学透明的。
17.如权利要求15所述的LED组件，其中粘合剂材料是非变黄的。
18.如权利要求15所述的LED组件，其中硅树脂粘合剂材料还包括结晶二氧化硅、有机聚硅氧烷或它们的混合物、或者它们的组合。
19.如权利要求18所述的LED组件，其中有机聚硅氧烷是直链有机聚硅氧烷。
20.—种LED组件，包括: 具有电子光源的印刷电路板， 透镜或附接有透镜的透镜支座， 粘合剂材料，其被围绕透镜或透镜支座的基部精确施涂到印刷电路板，以及保形涂层，其被围绕着透镜或透镜支座的基部施涂到印刷电路板上的粘合剂材料的周长上或附近。
21.如权利要求20所述的LED组件，其中粘合剂材料被热固化。
22.如权利要求20所述的LED组件，其中粘合剂材料包括硅树脂、环氧树脂、或它们的组合。
23.如权利要求22所述的LED组件，其中硅树脂粘合剂材料还包括结晶二氧化硅、有机聚硅氧烷或它们的混合物、或者它们的组合。
24.如权利要求23所述的LED组件，其中有机聚硅氧烷是直链有机聚硅氧烷。
25.如权利要求20所述的LED组件，其中保形涂层包括硅树脂。
26.如权利要求25所述的LED组件，其中保形涂层是非变黄的。
27.如权 利要求25所述的LED组件，其中保形涂层是光学透明的。
【文档编号】H01L21/00GK103733303SQ201280023404
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年5月16日 优先权日:2011年5月16日
【发明者】D.卡托尼, J.D.哈曼 申请人:萨特-R-盾公司