CN102364709A

CN102364709A - 大功率发光二极管封装结构

Info

Publication number: CN102364709A
Application number: CN2011103341625A
Authority: CN
Inventors: 姚光锐; 范广涵; 郑树文; 张涛; 龚长春; 许毅钦; 贺龙飞
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 2011-10-29
Filing date: 2011-10-29
Publication date: 2012-02-29

Abstract

本发明大功率发光二极管封装结构，其特征在于包括散热基板、LED芯片、透镜和电路层，散热基板上表面有凸起，LED芯片安置在散热基板上表面的凸起上，电路层通过粘合层粘合在散热基板上表面，电路层设有内部电极和用于与电源连接的外部电极，内部电极位于所述孔的边缘，LED芯片的引线与所述内部电极连接，透镜位于LED芯片上方，该结构使得LED芯片直接经过基板向空气散热，基板兼有热沉的功能，可以有效地降低LED的结温。该封装结构降低整个传热过程的热阻，可以用于大功率LED的散热，实现高效照明，并且工艺简单，易于制作。

Description

大功率发光二极管封装结构

技术领域

本发明涉及LED芯片封装技术领域，尤其是涉及一种大功率LED的封装结构。

背景技术

LED光源因具有驱动电压低、光通量高、寿命长、结构小以及安全、高效、节能等诸多优点，已成为替代传统照明光源的最佳光源选择。但是，随着大功率LED在路灯、汽车灯、室内照明和液晶显示中的逐步应用。LED散热成为LED应用的一个瓶颈，因为它严重影响LED的亮度和LED的使用寿命。

举例而言，当LED的p-n结温（Junction Temperature）为25℃（典型工作温度）时亮度为100，而温度升高至75℃时亮度就减至80，到125℃剩60，到175℃时只剩40。很明显的，结温与发光亮度是呈反比线性的关系，温度愈升高，LED亮度就愈转暗。　　温度对亮度的影响是线性，但对寿命的影响就呈指数性，同样以结温为准，若一直保持在50℃以下使用则LED有近20,000小时的寿命，75℃则只剩10,000小时，100℃剩5,000小时，125℃剩2,000小时，150℃剩1,000小时。温度光从50℃变成2倍的100℃，使用寿命就从20,000小时缩成1/4倍的5,000小时，伤害极大。

现有的大功率LED芯片的封装结构大多只考虑竖直向下方向的散热，而且在大功率LED芯片和散热基板之间加有散热小金属块，还有就是引线越过反射杯。这些都需要作出很多改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有LED芯片散热问题，提供结构简单、散热效果好、光电转换效率高的大功率发光二极管封装结构，具体技术方案如下。

大功率发光二极管封装结构，包括散热基板、LED芯片、透镜和电路层，散热基板上表面有凸起，LED芯片安置在散热基板上表面的凸起上，电路层通过粘合层粘合在散热基板上表面，且电路层开有供所述凸起穿过的孔，电路层设有内部电极和用于与电源连接的外部电极，内部电极位于所述孔的边缘，LED芯片的引线与所述内部电极连接，透镜位于LED芯片上方。

作为上述大功率发光二极管封装结构进一步改进的技术方案，所述LED芯片通过固晶胶直接粘合在散热基板上表面的凸起上，透镜内的LED芯片的周围填充有密封剂，透镜的内壁和密封剂之间还设有荧光粉层。

作为上述大功率发光二极管封装结构进一步改进的技术方案，还包括反射杯，LED芯片和所述凸起位于反射杯中， LED芯片和所述内部电极的连接处位于反射杯中。

作为上述大功率发光二极管封装结构进一步改进的技术方案，透镜内的LED芯片的周围填充有密封剂，反射杯的外侧向外延伸至接触所述外部电极。

作为上述大功率发光二极管封装结构进一步改进的技术方案，所述内部电极的高度大于或等于所述凸起的高度。

作为上述大功率发光二极管封装结构进一步改进的技术方案，凸起为方块状或杯状。

作为上述大功率发光二极管封装结构进一步改进的技术方案，凸起为杯状，杯状凸起内表面涂有高反射物质，LED芯片位于凸起的内底部。

作为上述大功率发光二极管封装结构进一步改进的技术方案，所述内部电极和凸起均位于透镜内，内部电极与LED芯片的引线连接处位于杯状凸起的顶端，杯状凸起内的LED芯片的周围填充有密封剂，密封剂中掺有荧光粉。

作为上述大功率发光二极管封装结构进一步改进的技术方案，散热基板的下表面加工成鳍片。

作为上述大功率发光二极管封装结构进一步改进的技术方案，所述LED芯片有多个。

散热基板是高热导材料，包括铜基板，铝基板，共烧陶瓷基板和其它高热导材料制成的基板。根据热量在散热基板中的传导规律，设计出独特的尺寸和外形，一方面缩短热传导路径，实现传输效率的最大化。另一方面增大散热基板与空气的接触面积，形成对流散热，增强散热效果。LED芯片通过银胶或金属共晶焊与散热基板直接相连，散热基板不需要联接别的散热设备，LED芯片的热量直接通过散热基板向空气辐射，这样传热路径就很短，传热效率大大提高，而且封装结构简单，制作方便。散热基板表面可以是水平面，反射杯另外加在LED芯片周围，反射杯的材料可以是金属、金属合金、陶瓷、塑料。把反射杯的体积变大后，反射杯本身也可起到很好的散热效果。本发明的引线和电极的连接是在反射杯内部完成的，这样使得引线不长，增强了LED的稳定性和安全性。

在热传导路径方面，本发明让LED芯片直接把热量传给散热基板，省去了传统封装中的散热小金属块。在对流辐射方面，对散热基板进行了充分的结构优化。另外，引线和电极连接在反射杯内部完成，因为封装材料的热胀系数差别很大，LED芯片发热后，会产生热压，引线脱离是常见的LED故障，本发明的设计引线很短，故减掉了这一步安全因素。本发明中的灵活应用反射杯，反射杯可以作为有效的散热手段。本发明的散热结构可以用于LED芯片，也可用于LED芯片模组。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

1）本发明的引线和电极的连接是在反射杯内部完成的，引线很短。

2）荧光物质远离LED芯片，而且其截面呈弧线形状。

3）本发明散热基板有独特凸起设计。

4）本发明的反射杯大小可以灵活改变，可以发挥散热效果，

5）本发明的LED芯片热量传导路径短。

6）本发明封装结构非常简单，加工方便，可以节省材料和降低成本。

本发明一方面缩短传热路径；另一方面增大散热基板与空气接触面积，增强对流辐射。

附图说明

图1为第一实施例的大功率LED封装结构示意图。

图2为第二实施例的大功率LED封装结构示意图。

图3为第三实施例的大功率LED封装结构示意图。

图中：11散热基板；113凸起；2粘合层；3电路层；31外部电极；32内部电极；5反射杯；6固晶胶；8引线；7LED芯片；10透镜；9密封剂；12反射杯内表面；14荧光粉层。

具体实施方式

参阅图1至图3所示，本发明给出的大功率LED封装结构的较佳实施例，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示：散热基板11在中心位置有个方块状的凸起113，LED芯片7通过固晶胶6固定在凸起113上。散热基板11上面有粘合层2和电路层3。散热基板11是绝缘材料时，比如共烧陶瓷，粘合层2可以导电，散热基板11导电时，比如铜，粘合层2同时也是绝缘层。粘合层2和电路层3中心位置开孔，开孔处大小和凸起113的尺寸相匹配，凸起113上面的LED芯片7发出的热量在向下方传输过程中，不经过粘合层2和电路层3，而是直接通过固晶胶6向散热基板11辐射，散热基板11直接向空气辐射。电路层3有外部电极31和内部电极32，外部电极31连接外部电源，内部电极32通过引线8和LED芯片7相连。配合凸起113和LED芯片7的高度，电路层3的内部电极32的高度可以改变。这里没有放置反射杯5，考虑到LED芯片高度较高，LED芯片出光的发散角度将会很大。在密封剂9和透镜10之间放置一层荧光物质14，它可以转换LED芯片7的出射光的波长。荧光物质14远离LED芯片，并且其界面呈弧状，由于远离LED芯片，而LED芯片是热源，所以很好地避免荧光物质的老化，另一方面，荧光物质分布更加均匀，其对光的转换效率会更高，同时，混合后产生的白光光强度分布会更加均匀。

如图2所示：该结构和图7基板相同，差别在于LED周围加了反射杯5，反射杯5经过向外延伸直至接近外电极而变大，同时杯状部分不变。反射杯5可以很好地发挥横向散热作用。反射杯5把LED芯片7包围，它的内表面12由高反射物质做成，比如聚合物，金属银，铝等，把LED侧向出射的光向上反射出去。内部电极32也在反射杯7内部，因此它和LED芯片7相连在反射杯7内部完成，这样引线就可以很短，增强的LED的稳定性。反射杯7内部填充密封剂9，密封剂(9通常用硅胶，硅胶有很多优点，它折射率大；不会变黄；保持凝胶状。很好地保护LED芯片7和引线8。密封剂9中可以混合光转换材料，达到光转换效果。密封剂9上方是一个透镜10。透镜10可以由弹性塑料、玻璃、树脂、亚克力等物质制成。透镜可以更大一些，把整个反射杯都包围，透镜的形状可以改变。通过反射杯5和透镜10改变了LED芯片7出光的发散角度。这里没有放置荧光物质14。这里，可以改变凸起113的高度或者反射杯的尺寸或者透镜的形状来达到满足需求的配光曲线。结构有一个明显的优点就是，由于引线8位于反射杯内部，并且很短，因为引线断裂而导致LED失效的概率必然会大大地降低。

如图3所示：该结构和图1很相似，差别在于凸起113的上表面是个凹面，凸起113的内表面12是一种高反射率物质，凸起113具备了反射杯5的功能。这里，散热基板11的下表面也可以加工出鳍片，以增强散热。密封剂9可以掺有荧光粉，处理保护作用，也起光转换作用，使得两者波长的光混合产生白光，荧光粉的材料成分可以是YAG。图中的结果很简单，反射杯和散热基板是一个整体，电路层3可以由经过弯曲处理的金属片做成，并且和其上的内外电极32和31成为一个整体。该结构的优点，简化了LED封装结构，同时，增强了散热效果。

Claims

1.大功率发光二极管封装结构，其特征在于包括散热基板（11）、LED芯片（7）、透镜（10）和电路层（3），散热基板（11）上表面有凸起（113），LED芯片（7）安置在散热基板（11）上表面的凸起（113）上，电路层（3）通过粘合层粘合在散热基板上表面，且电路层（3）开有供所述凸起穿过的孔，电路层（3）设有内部电极（32）和用于与电源连接的外部电极（31），内部电极（32）位于所述孔的边缘，LED芯片（7）的引线（8）与所述内部电极（32）连接，透镜（10）位于LED芯片（7）上方。

2.根据权利要求1所述大功率发光二极管封装结构，其特征在于LED芯片（7）通过固晶胶（6）直接粘合在散热基板（11）上表面的凸起上，透镜（10）内的LED芯片（7）的周围填充有密封剂（9），透镜（10）的内壁和密封剂（9）之间还设有荧光粉层（14）。

3.根据权利要求1所述大功率发光二极管封装结构，其特征在于还包括反射杯（5），LED芯片（7）和所述凸起位于反射杯（5）中， LED芯片（7）和所述内部电极（32）的连接处位于反射杯（5）中。

4.根据权利要求1所述大功率发光二极管封装结构，其特征在于透镜（10）内的LED芯片（7）的周围填充有密封剂（9），反射杯（5）的外侧向外延伸至接触所述外部电极。

5.根据权利要求5所述大功率发光二极管封装结构，其特征在于所述内部电极（32）的高度大于或等于所述凸起的高度。

6.根据权利要求1所述大功率发光二极管封装结构，其特征在于，凸起（113）为方块状或杯状。

7.根据权利要求6所述大功率发光二极管封装结构，其特征在于，凸起（113）为杯状，杯状凸起（113）内表面涂有高反射物质，LED芯片（7）位于凸起（113）的内底部。

8.根据权利要求7所述大功率发光二极管封装结构，其特征在于，所述内部电极和凸起均位于透镜（10）内，内部电极与LED芯片（7）的引线连接处位于杯状凸起（113）的顶端，杯状凸起（113）内的LED芯片（7）的周围填充有密封剂（9），密封剂（9）中掺有荧光粉。

9.根据权利要求1~8任一项所述大功率发光二极管封装结构，其特征在于散热基板（11）的下表面加工成鳍片。

10.根据权利要求1~8任一项所述大功率发光二极管封装结构，其特征在于所述LED芯片（7）有多个。