专利名称：固态光源组装装置及其组装方法
技术领域：
本发明涉及一种固态光源组装装置，尤其涉及一种将发光二极管组装到承载架上的组装装置，以及一种将发光二极管组装到承载架上的组装方法。
背景技术：
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)具有亮度高、工作电压低、功耗小、 易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长等优点，因此，其被当作理想光源广泛应用在各种照 明场合中，具体可参阅Jos印h Bielecki等人在文献2007 IEEE, 23rd IEEE SEMI-THERM Symposium 上发表白勺 Thermal Considerations for LED Components in an Automotive Lamp 一文。单个LED的辐射范围通常较为有限，为了适用于需要较大照明范围的场合，可以 将多个LED组装在一个金属板上，一方面，可利用该金属板来承载该多个LED以形成较大的 照明范围，另一方面，可同时利用该金属板传导该多个LED发出的热量以利于LED的散热。为了获得较佳的组装良率，在将LED组装在金属板上时，需要保证该LED的安装面 (即LED与金属板相贴附的面)与该金属板的承载面相平行贴附，否则，组装后的LED与金 属板将无法紧密贴合，由此，该LED发光时所发出的热量将难以经由该金属板进行传导并 散发至外界，如空气中，导致其发生光衰减从而缩短了使用寿命。有鉴于此，提供一种组装良率较高的固态光源组装装置，以及相对应的一种固态 光源组装方法实为必要。
发明内容
下面将以实施例说明一种组装良率较高的固态光源组装装置，以及相对应的一种 固态光源组装方法。—种固态光源组装装置，用于将至少一个固态光源贴附在一个承载架上以组装该 固态光源与该承载架，该固态光源具有一个安装面及一垂直于该安装面的中心轴，该承载 架具有一个用于承载该至少一个固态光源的承载面，该承载面由多个平面区域组成。该固 态光源组装装置包括一个激光发射器、一个组入单元、一个位置调整单元，以及一个激光感 测器。该激光发射器发射一激光束至一个具有一预定法线的预定基准平面上，且该激光束 与该预定法线定义一个入射角。该组入单元用于固持并驱动该至少一个固态光源以使其安 装面贴附该承载面上位于该预定法线上并与该预定基准平面相重合的至少一个平面区域， 且该安装面贴附该平面区域时该预定法线与该固态光源的中心轴相重合。该位置调整单元 用以固持并驱动该承载架运动以使该至少一个平面区域位于该预定法线上并与该预定基 准平面相重合以反射该激光束。该激光感测器接收该经由该至少一个平面区域反射的激光 束以感测该至少一个平面区域是否位于该预定法线上并与该预定基准平面相重合，并将感 测结果反馈至该组入单元。一种固态光源组装方法，其包括以下步骤发射一激光束至一个具有一预定法线的预定基准平面上，且该激光束与该预定法线定义一个入射角；提供一个具有一承载面的承载架，该承载面由多个平面区域组成；固持并驱动该承载架运动以使该承载面的一个平 面区域位于该预定法线上并与该预定基准平面相重合以反射该激光束；接收被反射的激光 束并发出一个感测信号以指示该平面区域已位于该预定法线上并与该预定基准平面相重 合；提供一个具有一安装面的固态光源，该固态光源具有一个垂直于该安装面的中心轴； 固持并驱动该固态光源使其安装面贴附该平面区域，以组装该固态光源与该承载架，且该 安装面贴附该平面区域时该预定法线与该固态光源的中心轴相重合。相对于现有技术，所述固态光源组装装置通过其组入单元及位置调整单元分别对 固态光源及承载架进行驱动，使得该固态光源贴附在该承载架上，同时，该固态组装装置所 包含的激光发射器及激光感测器相结合，以感测承载架上的平面区域是否贴合一预定基准 平面并位于该预定基准平面的预定法线上，从而确保该固态光源的安装面紧密贴附至该承 载架上的平面区域上以组装形成一光源模组。该光源组装装置可获得较佳的固态光源组装 良率，保障组装后固态光源具有较佳的发光特性。
图1是本发明第一实施例提供的固态光源组装装置所组装的LED芯片的结构示意 图。图2是用于承载图1所示LED芯片的承载架的结构示意图。图3是本发明第一实施例提供的固态光源组装装置的结构示意图。图4至图5是本发明第二实施例提供的固态光源组装方法的原理示意图。图6是采用本发明第二实施例提供的固态光源组装方法组装所得的光源模组的 结构示意图。
具体实施例方式下面将结合附图，以对本发明实施例作进一步的详细说明。请参照图1至图3，本发明第一实施例提供的一种固态光源组装装置100，其用于 将一个固态光源20贴附在一个承载架30上，以组装该固态光源20与该承载架30。该固态 光源20可为LED芯片或LED，如图1所示，在本实施例中，该固态光源20为一个具有长方体 轮廓的LED芯片20，且该LED芯片20具有一个安装面200及一中心轴M，其中，该中心轴M 垂直该安装面200并位于该LED芯片的几何中心上。如图2所示，该承载架30可采用金属 制成，其由整体上具有一个沿一预定方向W延伸的弧状轮廓，且包括一个用于承载该LED芯 片20的安装面32。该安装面32大致为对应于该弧状轮廓的凸曲面，且其可细分为多个平 面区域320，即该安装面32为该多个平面区域320所组成。如图3所示，该固态光源组装装置100包括一个组入单元10，一个位置调整单元 12，一个激光发射器14，以及一个激光感测器16。该组入单元10用于固持并驱动该LED芯片20，其可包括一个激励臂IOA及一个 固持元件10B，其中，该固持元件IOB连接于该激励臂IOA的一端以固持该LED芯片20。具 体地，该激励臂IOA可为一个悬臂，且可通过伺服马达系统(图未示)来驱动。当该激励臂 IOA受伺服马达系统驱动时，其可带动该固持元件IOB及其所固持的LED芯片20同步运动。该固持元件IOB具体可为一个夹爪，或为一个吸嘴，在真空状态下，该固持元件IOB可紧紧 吸住该LED芯片20，也即将该LED芯片20固持住。该位置调整单元12用于固持并驱动该承载架30，其包括一个基座120及一个设置 在该基座120上的夹持元件122。其中，该基座120可沿X、Y及Z轴作三轴联动，同时可旋 转以具备角度调节功能。该夹持元件122可为一个夹爪122。当该承载架30放置在该基座 120上时，通过闭合该夹爪122可由承载架30的两侧将该承载架30夹持住。该激光发射器14用于发射一激光束I至一个预定基准平面S。该预定基准平面S 具有一预定法线Τ，该入射激光束I与该预定法线T定义一个入射角a。该激光感测器16 用于接收并感测由承载架30的承载面32所反射的激光束。为了从该承载架30的多个平面区域320中选择最适于贴附该LED芯片20的一 个平面区域320，该固态光源组装装置100可进一步包括一个控制单元17及一个比较单元 18。该控制单元17用于发出一控制信号至该位置调整单元12，以控制该位置调整单元12 驱动该承载架30运动，使得位于该承载面32上的一预定路径上的多个平面区域320分别 位于该预定法线T上并与该预定基准平面S相重合，进而反射该入射激光束I至该激光感 测器16上。该比较单元18用于比较该激光感测器16接收的多个反射激光束II的强度大 小，以选择用于对应贴附该LED芯片20的平面区域320，并发出一个对应于该被选中的平面 区域320的反馈信号至该组入单元10。请一起参照图4至图6，本发明第二实施例提供了一种固态光源组装方法，其采用 该固态光源组装装置100将该LED芯片20与该承载架30组装在一起，该固态光源组装方 法包括以下步骤(1)发射一激光束至一个具有一预定法线的预定基准平面，且该入射激光束与该 预定法线定义一个入射角。如图4所示，激光发射器14发出的激光束I与预定法线T定义了入射角α。(2)提供一个具有一承载面的承载架，该承载面由多个平面区域组成。承载架30的具体结构请再参考图2。(3)固持并驱动该承载架运动以使该承载面的一个平面区域位于该预定法线上并 与该预定基准平面相重合以反射该激光束。利用该夹爪122由承载架30的两侧将该承载架30夹持住后，该基座120移动并 调节该夹爪122所夹持的承载架30的角度，使得该承载架30上的平面区域320与该预定 基准平面S重合，当该平面区域320位于该预定法线T上时，该平面区域320反射该入射激 光束I。(4)接收被反射的激光束并发出一个感测信号以指示该平面区域已位于该预定法 线上并与该预定基准平面相重合。入射激光束I在平面区域320发生反射后，其反射角为β，根据反射定律，入射角 α等于反射角β。反射后的激光束II被该激光感测器16所接收感测，并对应产生一个感 测信号至该组入单元10。(5)提供一个具有一安装面的固态光源，该固态光源具有一个垂直于该安装面的 中心轴。
该固态光源为上述LED芯片20，该LED芯片20的具体结构请再参考图1。
(6)固持并驱动该固态光源使其安装面贴附该平面区域，以组装该固态光源与该 承载架，且该安装面贴附该平面区域时该预定法线与该固态光源的中心轴相重合。 如图5所示，该组入单元10接收到该感测信号时，其利用固持元件IOB吸取该LED 芯片20与安装面200相对的一面，从而固持住该LED芯片20。进一步地，该激励臂IOA驱 动该固持元件IOB运动，以使该固持元件IOB所固持的LED芯片20靠近该平面区域320。 为了保证LED芯片20的安装面200贴附该平面区域320时该预定法线T与该LED芯片20 的中心轴M相重合，该固持元件IOB吸取该LED芯片20时，其中心轴平行于该预定法线T， 且该激励臂IOA驱动该固持元件IOB沿该预定法线T所在的方向靠近并贴附该平面区域 320。可以理解的是，提供多个LED芯片20，并分别重复步骤(1)至(5)，可将该多个LED 芯片20分别贴附至该承载架30上，以组装该多个LED芯片20与该承载架30而形成一个 光源模组400，如图6所示。该光源模组400包括三个贴附在承载架30上的LED芯片20， 其整体上具有较大的照明范围，且每个LED芯片20的安装面200与该承载架30上相应的 平面区域320紧密贴附，其发光时所发出的热量可快速经由该承载架30进行传导并散发至 外界，如空气中，因此，该每个LED芯片20的发光特性得到了较好地保障。在该安装面200贴附该平面区域320前，可在该安装面200及该平面区域320至 少一者上形成一连接层(图未示)，从而在该安装面200贴附该平面区域320时，可加热该 连接层使其融合，以使该安装面200与该平面区域320通过该连接层相贴附。例如，可在该 安装面200与该平面区域320上分别形成一金属合金层，如金锡合金层(Au-Sn)或金银锡 合金(Au-Ag-Sn)层，在该连接层融合时，通过该固持元件IOB压合该LED芯片20以使其安 装面200通过该连接层抵压在该平面区域320上。当该连接层冷却凝固时，该LED芯片20 可更紧密地贴附在该承载架30的平面区域320上。该连接层除了可为金属合金层之外，其 还可为掺杂有金属的导热胶体，如银胶等。进一步地，在一变更的实施方式中，第一、第二实 施例所采用实施的固态光源20也可为LED20，此时，优选地，在该LED20的安装面200及该 平面区域320上可涂覆锡膏，以利用其在凝固时连接该LED20与该承载架30。该LED芯片20与该承载架30也可不通过连接层而是直接相贴附，例如，可采用共 晶接合法(eutectic process)，即在高温及超声波(ultrasonic)环境下压合LED芯片20， 使得LED芯片20的电极层(未标示)与承载架30上的金属键合(bonding)，来达到将LED 芯片20贴附组装至承载架30上的目的。该承载面32上的多个平面区域320通常具有不同的表面粗糙度，为了使LED芯片 20选择表面较平滑的平面区域320进行贴附，在实施步骤(6)前，可进一步包括一个选择该 平面区域320的步骤(6A)驱动该承载架运动使得位于该承载面上一预定路径上的多个平面区域分别 位于该预定法线上并与该预定基准平面相重合，进而反射该入射激光束，比较该激光感测 器接收的多个反射激光束的强度大小，以选择用于贴附该固态光源的平面区域。该预定路径可根据需要进行设定，例如，可移动承载架30使得预定路径U与图6 所示承载架30的延伸方向W相垂直，在该预定路径U上的九个平面区域320中选择一个反 射激光束强度最大的平面区域320以贴附该LED芯片20。优选地，被选中的平面区域的320 面积大于或等于该安装面200的面积，用于贴附该LED芯片20的平面区域320的平均粗糙度(Roughness Average)小于 150nm，其均方根粗糙度(Root Mean Square roughness,RMS roughness)小于 30nmo 可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据 本发明的技术构思做 出其它各种对应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
权利要求
一种固态光源组装装置，用于将至少一个固态光源贴附在一个承载架上以组装该固态光源与该承载架，该固态光源具有一个安装面及一垂直于该安装面的中心轴，该承载架具有一个用于承载该至少一个固态光源的承载面，该承载面由多个平面区域组成，该固态光源组装装置包括一个激光发射器，其发射一激光束至一个具有一预定法线的预定基准平面上，且该激光束与该预定法线定义一个入射角；一个组入单元，其用于固持并驱动该至少一个固态光源以使其安装面贴附该承载面上位于该预定法线上并与该预定基准平面相重合的至少一个平面区域，且该安装面贴附该平面区域时该预定法线与该固态光源的中心轴相重合；一个位置调整单元，用以固持并驱动该承载架运动以使该至少一个平面区域位于该预定法线上并与该预定基准平面相重合以反射该激光束；一个激光感测器，其接收经由该至少一个平面区域反射的激光束以感测该至少一个平面区域是否位于该预定法线上并与该预定基准平面相重合，并将感测结果反馈至该组入单元。
2.如权利要求1所述的固态光源组装装置，其特征在于，进一步包括一个控制单元，用于发出一控制信号至该位置调整单元，以控制该位置调整单元驱动 该承载架运动使得位于该承载面上一预定路径上的多个平面区域分别位于该预定法线上 并与该预定基准平面相重合，进而反射该激光束至该激光感测器上；及一个比较单元，用于比较该激光感测器接收的多个经由该多个平面区域反射的激光束 的强度大小，以选择用于对应贴附该至少一个固态光源的至少一个平面区域，并发出一个 对应于该被选中的平面区域的反馈信号至该组入单元。
3.如权利要求1所述的固态光源组装装置，其特征在于，该固态光源的安装面为曲面。
4.一种固态光源组装方法，其包括以下步骤发射一激光束至一个具有一预定法线的预定基准平面上，且该激光束与该预定法线定 义一个入射角；提供一个具有一承载面的承载架，该承载面由多个平面区域组成； 固持并驱动该承载架运动以使该承载面的一个平面区域位于该预定法线上并与该预 定基准平面相重合以反射该激光束；接收被反射的激光束并发出一个感测信号以指示该平面区域已位于该预定法线上并 与该预定基准平面相重合；提供一个具有一安装面的固态光源，该固态光源具有一个垂直于该安装面的中心轴； 固持并驱动该固态光源使其安装面贴附该平面区域，以组装该固态光源与该承载架， 且该安装面贴附该平面区域时该预定法线与该固态光源的中心轴相重合。
5.如权利要求4所述的固态光源组装方法，其特征在于，在固持并驱动该承载架运动 以使该承载面的一个平面区域位于该预定法线上并与该预定基准平面相重合前，进一步包 括一个选择该平面区域的步骤驱动该承载架运动使得位于该承载面上一预定路径上的多个平面区域分别位于该预 定法线上并与该预定基准平面相重合，进而反射该激光束；比较该激光感测器接收的多个被反射的激光束的强度大小，以选择用于贴附该固态光源的平面区域。
6.如权利要求5所述的固态光源组装方法，其特征在于，当该平面区域被选中时，该被 选中的平面区域所反射的激光束的强度大于位于该预定路径上的其它平面区域所反射的 激光束的强度。
7.如权利要求6所述的固态光源组装方法，其特征在于，被选中的平面区域的面积大 于或等于该固态光源的安装面的面积。
8.如权利要求4所述的固态光源组装方法，其特征在于，在该安装面贴附该平面区域 前，在该安装面及该平面区域至少一者上形成一连接层；在该安装面贴附该平面区域时，加 热该连接层使其融合以使该安装面与该平面区域通过该连接层相贴附。
9.如权利要求8所述的固态光源组装方法，其特征在于，在该连接层融合时，压合该固 态光源以使其安装面通过该连接层抵压在该平面区域上。
10.如权利要求4所述的固态光源组装方法，其特征在于，该固态光源沿该预定法线所 在的方向靠近并贴附该平面区域。
全文摘要
一种固态光源组装装置，用于将至少一个固态光源贴附在一个承载架上以组装该固态光源与该承载架。该固态光源组装装置包括一个激光发射器、一个组入单元、一个位置调整单元，以及一个激光感测器。该组入单元及位置调整单元分别对固态光源及承载架进行驱动，使得该固态光源贴附在该承载架上。该激光发射器及激光感测器相结合，以感测承载架上的平面区域是否贴合一预定基准平面并位于该预定基准平面的预定法线上，从而确保该固态光源的安装面紧密贴附至该承载架上的平面区域上以组装形成一光源模组。另外，本发明还涉及一种对应于该固态光源组装装置的固态光源组装方法。
文档编号F21V21/116GK101858503SQ20091030146
公开日2010年10月13日 申请日期2009年4月10日 优先权日2009年4月10日
发明者赖志铭 申请人:富士迈半导体精密工业(上海)有限公司;沛鑫能源科技股份有限公司