專利名稱：一種大功率照明級(jí)led光源速導(dǎo)熱封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光源封裝，特別涉及一種大功率照明級(jí)LED光源速導(dǎo)熱封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
LED (發(fā)光二極管)封裝是指發(fā)光芯片的封裝，相比集成電路封裝有較大的不同。 LED的封裝不僅要求能夠保護(hù)燈芯，而且還要能夠透光，所以LED的封裝對(duì)封裝材料有特殊的要求。LED封裝具有完成輸出電信號(hào)，保護(hù)管芯正常工作，輸出可見(jiàn)光的功能，既有電參數(shù)，又有光參數(shù)的設(shè)計(jì)和技術(shù)要求，無(wú)法簡(jiǎn)單地使用普通封裝技術(shù)。LED的核心發(fā)光部分是由ρ型和η型半導(dǎo)體組成的ρη結(jié)管芯，當(dāng)ρη結(jié)通過(guò)電流， 電子與空穴相對(duì)移動(dòng)并結(jié)合時(shí)，就會(huì)發(fā)出可見(jiàn)光、紫外光或近紅外光。但是ρη結(jié)區(qū)發(fā)出的光子是非定向的，即向各個(gè)方向發(fā)射的幾率相同。因此并不是管芯產(chǎn)生的所有光都可以釋放出來(lái)，這主要取決于半導(dǎo)體材料質(zhì)量、管芯結(jié)構(gòu)及幾何形狀、封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)與封裝材料。一般情況下，LED的發(fā)光波長(zhǎng)隨溫度變化為0. 2-0. 3nm/°C，光譜寬度隨之增加，影響顏色鮮艷度。另外，當(dāng)正向電流流經(jīng)Pn結(jié)，發(fā)熱性損耗使ρη結(jié)結(jié)區(qū)溫度升高。在室溫附近，溫度每升高1°C，LED的發(fā)光強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)地減少1 %左右。故而封裝散熱性能，在保持 LED工作發(fā)光時(shí)的色純度與發(fā)光強(qiáng)度顯得尤為重要。以往多采用減少其驅(qū)動(dòng)電流的辦法， 降低ρη結(jié)結(jié)區(qū)溫度，來(lái)保持發(fā)光的色純度以及光照強(qiáng)度，多數(shù)的LED的驅(qū)動(dòng)電流都保持在 20mA左右。但是LED的光輸出會(huì)隨著電流的增大而增加，目前很多功率型LED的驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到70mA、IOOmA甚至IA級(jí)，需要改進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)。進(jìn)入21世紀(jì)后，LED的高效化、超高亮度化、全色化不斷發(fā)展創(chuàng)新，紅、橙LED光效已達(dá)到100 lm/ff,綠LED為50 lm/ff,單只LED的光通量也達(dá)到數(shù)十流明(lm)。LED芯片和封裝不再沿襲傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和制造生產(chǎn)模式，在增加芯片的光輸出方面，研發(fā)不僅僅限于改變材料內(nèi)的雜質(zhì)數(shù)量，晶格缺陷和位錯(cuò)來(lái)提高內(nèi)部效率，同時(shí)，如何改善管芯及封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)LED內(nèi)部產(chǎn)生光子出射的幾率，提高光效、解決散熱、取光和熱沉優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)光學(xué)性能?，F(xiàn)已可以生產(chǎn)出0. 5W-—3W大功率LED產(chǎn)品，例如美國(guó)流明(Lumi 1 eds)公司的 Luxeon LED，其特點(diǎn)是利用較大面積的金屬底座，并用鋁基板做為散熱片，將芯片發(fā)光時(shí)所產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)于空氣中。在金屬底座上用單顆大尺寸芯片或多顆小尺寸芯片封裝，也能有效的提高LED的功率和亮度，但也是小幅度的提高，因?yàn)樯嵩聿惶侠?，還是無(wú)法解決芯片工作時(shí)的高熱量問(wèn)題，導(dǎo)致LED芯片容易衰減、崩潰，且工藝較難、成本高，不易推廣。另外，同時(shí)將幾十顆或幾百顆普通LED拼成的燈，該LED高度集中在一基材上，發(fā)光時(shí)高熱無(wú)法散出，而導(dǎo)致LED容易死燈，外面開(kāi)關(guān)恒源電流控制難，電流不大穩(wěn)定容易造成衰減快、一致性不好、壽命短，難以作為照明光源。所以以上技術(shù)都難免存在LED功率小、 亮度低、一致性差、發(fā)熱高、成本高，只能在局部范圍內(nèi)應(yīng)用，如手電筒、城市亮化，而難以平
3民家庭化、社會(huì)化推廣?；谝陨显颍F(xiàn)有人對(duì)此做了改進(jìn)，申請(qǐng)?zhí)枮?00410085385. 2的發(fā)明專利公開(kāi)了一種LED封裝的方法，用此方法也可以生產(chǎn)出超大功率LED，但此方法太籠統(tǒng)，封裝工藝過(guò)于復(fù)雜不成熟，結(jié)構(gòu)不緊湊，美觀，導(dǎo)熱和散熱結(jié)構(gòu)不合理，生產(chǎn)難度較高，生產(chǎn)成本較大，不利于加工大規(guī)模大批量生產(chǎn)，并且其發(fā)光角度是固定的，做成后不易改變，該技術(shù)難以向全社會(huì)推廣。所以，在LED功率不斷提升的情況下，芯片組的大型化與密集化，導(dǎo)致芯片的發(fā)熱量與發(fā)光強(qiáng)度同步提升，為L(zhǎng)ED照明帶來(lái)了光照色純度、光強(qiáng)的穩(wěn)定性以及高強(qiáng)度光照帶來(lái)的眩光問(wèn)題等方面的挑戰(zhàn)。

實(shí)用新型內(nèi)容為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種LED光源封裝結(jié)構(gòu)。該封裝結(jié)構(gòu)在提高封裝LED的功率基礎(chǔ)上，解決了現(xiàn)有封裝結(jié)構(gòu)光散射嚴(yán)重，光照均勻度不良，光斑形狀和光照方向難于控制，眩光干擾嚴(yán)重等問(wèn)題。本實(shí)用新型提供的大功率照明級(jí)LED光源速導(dǎo)熱封裝結(jié)構(gòu)，包括卡圈、光學(xué)透鏡、 LED芯片、熱量緩沖器、底板。透鏡的縱剖面為拱形，透鏡拱頂凹面處有一組棱狀凸起。所述卡圈通過(guò)螺栓固定在熱量緩沖器之上，所述熱量緩沖器通過(guò)螺栓固定在底板上，所述熱量緩沖器為中空鋁合金座體，支架作為L(zhǎng)ED芯片固定座兼熱傳導(dǎo)體，支架置于熱量緩沖器空腔內(nèi)且大小與熱量緩沖器空腔相適配，支架頂端為能反光的凹槽，LED芯片置于凹槽底，凹槽兩邊制有引線孔，引線孔中各置一絕緣導(dǎo)線，絕緣導(dǎo)線頂端作為L(zhǎng)ED芯片正負(fù)引線柱，絕緣導(dǎo)線底端為連接線通到熱量緩沖器底部連接電氣接線端子。本實(shí)用新型的主要改進(jìn)在于，透鏡的縱剖面為拱形，透鏡拱頂凹面處有一組棱狀凸起。該棱狀凸起提供如下有益技術(shù)效果無(wú)眩光干擾，提高LED可視度，防止光污染；提高照明總均勻度；能對(duì)預(yù)定目標(biāo)范圍實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定向照射，有效地提高燈照利用率，避免光損失、電能浪費(fèi)和光污染；還能控制光斑形狀，能投射出矩形光斑，適應(yīng)路燈照明等需要矩形光斑的場(chǎng)合。此外，上述封裝結(jié)構(gòu)中的透鏡由高硼硅光學(xué)玻璃或者K9光學(xué)玻璃制成，利用其耐熱，耐用，耐沖擊，化學(xué)穩(wěn)定性高，機(jī)械性能好的特性，使透鏡足以承受大功率LED長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)散發(fā)的高熱量，提高封裝結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外，上述封裝結(jié)構(gòu)中的支架表面為銀結(jié)構(gòu)層。銀在常用材料中有極高的熱導(dǎo)率， 銀結(jié)構(gòu)層作為散熱基板能將熱量迅速傳至支架內(nèi)部銅基質(zhì)上，構(gòu)成穩(wěn)定有效的熱沉結(jié)構(gòu)。 銀結(jié)構(gòu)層同時(shí)能提高支架表面光潔度，使支架更緊密地結(jié)合于熱量緩沖器腔體，增加散熱面積，提高散熱效果。此外，上述封裝結(jié)構(gòu)中的LED芯片，在支架上的排布，呈橢圓形、或者圓形、或者矩形、或者三角形、或者五邊形、或者六邊形。不同的芯片排布方式，可以制造多種功率、多種光照強(qiáng)度、多種光斑形狀的光源，適應(yīng)不同的光源使用場(chǎng)合。此外，上述封裝結(jié)構(gòu)中的熱量緩沖器，外形為圓臺(tái)，或者圓柱體，或者橢圓柱體，或者多邊形柱體，其底部鑲嵌電氣接線端子，使支架底部電極與電氣接線端子通過(guò)引線連接， 實(shí)現(xiàn)封裝結(jié)構(gòu)外接電源接口布局的標(biāo)準(zhǔn)化。便于LED光源產(chǎn)品模塊化。


圖1 LED封裝結(jié)構(gòu)圖； 圖2光學(xué)透鏡結(jié)構(gòu)圖3新型大功率照明級(jí)LED參數(shù)表；
圖4光學(xué)透鏡俯視圖。 圖中的構(gòu)件為3、支架；1、卡圈；2、光學(xué)透鏡； 3、支架；4、電極；5、LED芯片 6、熱量緩沖器7、電氣接線端子；8、底板；9、棱狀凸起
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型，應(yīng)理解下述具體實(shí)施方式
僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍，在閱讀了本實(shí)用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。實(shí)施例1 一種大功率照明級(jí)LED光源速導(dǎo)熱封裝結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括卡圈1、 光學(xué)透鏡2、支架3、LED芯片5、熱量緩沖器6和底板8，支架3置于熱量緩沖器6中心空腔內(nèi)，光學(xué)透鏡2置于熱量緩沖器6上表面凹槽中，卡圈1通過(guò)螺栓固定在熱量緩沖器6之上， 熱量緩沖器6通過(guò)螺栓固定在底板8上。所述光學(xué)透鏡2的縱剖面為拱形，如圖2所示，透鏡2拱頂凹面處有一組棱狀凸起9。如圖4所示，所述棱狀凸9起沿透鏡2縱剖線排列，棱狀凸起之間相互平行呈柵狀，棱狀凸起9的橫截面為矩形。棱狀凸起9的制造工藝為將 PC工程塑料，或者有機(jī)玻璃，或者光學(xué)玻璃加熱融化為液體后，倒入制造透鏡2的模具中， 然后壓制出棱狀結(jié)構(gòu)，冷卻后，帶有棱狀凸起9的透鏡2成型。該棱狀凸起9可以有效防止眩光，并且使光線形成近似矩形的光斑，提高了燈具的地面照射均勻度，更為如道路照明等需要矩形配光的場(chǎng)所提供了優(yōu)秀的設(shè)計(jì)。實(shí)施例2 作為實(shí)施例1的技術(shù)改進(jìn)，使用高硼硅光學(xué)玻璃或者K9光學(xué)玻璃作為光學(xué)透鏡2的材料，使光學(xué)透鏡2厚度在3mm到20mm之間，其透光率達(dá)到96%，能有效降低光損失。高硼硅光學(xué)玻璃或者K9光學(xué)玻璃能耐200°C高溫，不因高溫影響光學(xué)透鏡2光學(xué)性能，保證封裝結(jié)構(gòu)在高溫下穩(wěn)定工作。實(shí)施例3 作為實(shí)施例1的技術(shù)改進(jìn)，用基質(zhì)為銅，表面為銀結(jié)構(gòu)層的材料制成支架3。支架3能夠有效傳遞熱量和反射光線，支架3的上部是一個(gè)倒錐形結(jié)構(gòu)，與熱量緩沖器中心空腔相匹配，支架3上表面是一個(gè)圓形的凹槽，用于布置LED芯片5和熒光粉，其橢圓形的布晶方式能夠最大限度的發(fā)揮光的使用率，熒光粉采用優(yōu)越的三基色熒光粉，具有光效高，色可調(diào)，顯色性好等特點(diǎn)。在支架3凹槽的兩端有兩個(gè)對(duì)稱的電極引腳。電極引腳以耐高溫塑料絕緣，最高工作溫度可達(dá)300°C。支架3下端的電極4可通過(guò)一定量的強(qiáng)電流，最高耐3000V電壓，電極4與電氣接線端子7通過(guò)引線連接。實(shí)施例4 作為實(shí)施例1的技術(shù)改進(jìn)，改變棱狀凸起9沿透鏡2縱剖線方向的長(zhǎng)度，使以俯視角度觀察所述透鏡時(shí)，棱狀凸起9排列的形狀為圖4所示左右兩邊呈平行直線，上下兩邊呈外凸弧線的四邊形，或者為圓形、橢圓形、多邊形，可以產(chǎn)生矩形、圓形、橢圓形或者指定形狀的光斑，滿足多樣化的照明需求。實(shí)施例5 作為實(shí)施例1的技術(shù)改進(jìn)，用鋁合金或者銅制成熱量緩沖器6，熱量緩沖器6的主體是一個(gè)圓臺(tái)，起到熱量緩沖的作用，熱量緩沖器6下底部是散熱面，并裝有耐高溫電氣接線端子7，熱量緩沖器6上面是一個(gè)圓形凹槽，凹槽中間是進(jìn)過(guò)噴砂處理的有一定弧度的光線反射區(qū)，以提高光的反射率，凹槽的周?chē)且粋€(gè)凹形槽，槽內(nèi)填充硅膠，可以使光學(xué)透鏡2與熱量緩沖器6密合，熱量緩沖器6的中心位置是一個(gè)上大下小的漏斗狀空腔， 與支架3的形狀吻合，提高支架3與熱量緩沖器6的接觸面積，可以有效地傳遞熱量。實(shí)施例6 作為實(shí)施例5的技術(shù)改進(jìn)，利用壓印法、或擠制法、或鑄造法、或接黏法、 或折疊法、或改良式鑄造法、或鍛造法、或切削法、或機(jī)械加工法，在熱量緩沖器6側(cè)面和底板8底面，制成散熱翅片，有助于封裝結(jié)構(gòu)提升散熱效果。如圖3 所示，封裝的 LED 發(fā)光功率在 10W、20W、30W、40W、50W、60W、70W、80W、90W、 IOOff時(shí)，金屬封裝的尺寸相應(yīng)擴(kuò)大。通過(guò)采用本實(shí)用新型所公開(kāi)的LED金屬封裝，燈的外表面工作溫度控制在60°C以下，同時(shí)還能保證良好的光照強(qiáng)度與光照角度。本實(shí)用新型公開(kāi)的大功率照明級(jí)LED光源速導(dǎo)熱封裝結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，加工簡(jiǎn)便， 導(dǎo)熱快，可提高封裝LED的功率和壽命，降低光散射，提高光照均勻度，控制光斑形狀，控制光照方向，無(wú)眩光干擾。
權(quán)利要求1.一種大功率照明級(jí)LED光源速導(dǎo)熱封裝結(jié)構(gòu)，包括卡圈(1)、光學(xué)透鏡(2)、支架 (3 )、熱量緩沖器(6 )和底板(8 )，支架(3 )頂端布有LED芯片(5 )，支架(3 )置于熱量緩沖器 (6)中心空腔內(nèi)，光學(xué)透鏡(2)置于熱量緩沖器(6)上表面凹槽中，卡圈(1)通過(guò)螺栓固定在熱量緩沖器(6)之上，熱量緩沖器(6)通過(guò)螺栓固定在底板(8)上，其特征在于所述的光學(xué)透鏡(2)的縱剖面為拱形，透鏡拱頂凹面處有一組棱狀凸起(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率照明級(jí)LED光源速導(dǎo)熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述光學(xué)透鏡(2)的厚度，在3mm到20mm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率照明級(jí)LED光源速導(dǎo)熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述LED芯片(5)在支架(3)上的布置方式為橢圓形或圓形或矩形或三角形或五邊形或六邊形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率照明級(jí)LED光源速導(dǎo)熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述的熱量緩沖器(6)外形為圓臺(tái)，或者圓柱體，或者橢圓柱體，或者多邊形柱體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率照明級(jí)LED光源速導(dǎo)熱封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述熱量緩沖器(6)底部鑲嵌電氣接線端子(7)，所述支架(3)的底部電極(4)與電氣接線端子(7)通過(guò)引線連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種大功率照明級(jí)LED光源速導(dǎo)熱封裝結(jié)構(gòu)，包括卡圈、光學(xué)透鏡、支架、熱量緩沖器、固定底板，透鏡的縱剖面為拱形，透鏡拱頂凹面處有一組棱狀凸起。所述熱量緩沖器為中空鋁合金座體。所述支架作為L(zhǎng)ED芯片固定座，支架大小與熱量緩沖器空腔相適配，支架頂端為能反光的凹槽，LED芯片置于凹槽底，凹槽兩邊制有引線孔，引線孔中各置一絕緣導(dǎo)線，絕緣導(dǎo)線頂端作為L(zhǎng)ED芯片正負(fù)引線柱，絕緣導(dǎo)線底端為連接線通到熱量緩沖器底部連接接線端子。該封裝結(jié)構(gòu)緊湊，加工簡(jiǎn)便，導(dǎo)熱快，可提高封裝LED的功率和壽命，降低光散射，提高光照均勻度，控制光斑形狀，控制光照方向，無(wú)眩光干擾。
文檔編號(hào)F21V23/00GK201983209SQ20102068983
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者牟小波, 陸春陽(yáng), 陳旭 申請(qǐng)人:江蘇欣力光電有限公司