專利名稱：一種透明陶瓷封裝的led光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED光源，確切地講是一種由透明陶瓷材料封裝的LED光源。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行的LED封裝工藝中由于環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的粘結(jié)性、電絕緣性、 密封性和介電性能且成本較低、易成型等優(yōu)點(diǎn)成為L(zhǎng)ED封裝的主流材料。但是隨著LED亮 度和功率的不斷提高，對(duì)LED的封裝材料提出更高的要求，而環(huán)氧樹脂自身存在的吸濕性、 易老化、耐熱性差、高溫和短波光照下易變色等缺陷暴露了出來，從而大大影響和縮短LED 器件的性能和使用壽命。為了解決環(huán)氧樹脂存在的上述問題，有機(jī)硅材料由于具有良好的 透明性、耐高低溫性、耐候性、絕緣性等，受到了國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是替代環(huán) 氧樹脂的理想材料。但有機(jī)硅作為封裝材料也存在一些缺點(diǎn)，有機(jī)硅的折射率在1. 5左右， 與LED芯片的折射率相差較大，不利于光的輸出；另外，有機(jī)硅雖然較環(huán)氧樹脂在耐熱性、 力學(xué)性能方面有所提高，但在高溫、高腐蝕性等惡劣環(huán)境下工作的能力較差。而且由于有機(jī) 硅的生產(chǎn)工藝較復(fù)雜、成本較高，當(dāng)前市場(chǎng)上的有機(jī)硅價(jià)格十分昂貴，不利于LED的推廣及 應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明提出了一種由透明陶瓷材料封裝的高出光率LED光 源。本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種透明陶瓷封裝的LED光源，由LED芯片、封裝基板、支架、電極和透明陶瓷封裝 材料構(gòu)成，封裝基板和支架組成LED光源骨架，LED芯片固晶于封裝基板，并由金線連接于 正負(fù)電極，其特征在于LED芯片由透明陶瓷封裝，封裝面設(shè)置為平面或曲面，其具體步驟 如下(1)封裝基板和支架制備并組合安裝；(2)選取規(guī)格型號(hào)相同的LED芯片備用；(3)將LED芯片置于相應(yīng)固晶位置由固晶材料固化；(4)將導(dǎo)線焊接于LED芯片兩極后連接于光源正負(fù)電極極；(5)最后由透明陶瓷材料整體封裝，透明陶瓷由模具固化形成帶陣列排布凸點(diǎn)的 出光面或平面出光面，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)LED芯片透明陶瓷材料設(shè)置為平面結(jié)構(gòu)或由模具定型 為突起的弧面結(jié)構(gòu)。 所述LED光源LED芯片發(fā)射光的入射角控制在全反射臨界角以內(nèi)，整個(gè)封裝面形 成多個(gè)凸點(diǎn)陣列排布的出光面。所述LED光源單芯片封裝或多芯片陣列排布后串并聯(lián)整體封裝。所述封裝基板由高導(dǎo)熱金屬或合金制成片狀結(jié)構(gòu)，固晶區(qū)域?yàn)槠矫婊虬纪菇Y(jié)構(gòu)。所述透明陶瓷選用高純?cè)?，通過工藝手段排除氣孔獲得，其折射率大于1. 7。
本發(fā)明的技術(shù)原理LED芯片折射率約2-4，如GaN (η = 2. 5)及GaP (η = 3. 45)均 遠(yuǎn)高于環(huán)氧樹脂或硅氧烷樹脂封裝材料折射率(n = 1.40-1. 53)，折射率差異過大導(dǎo)致全 反射發(fā)生，將光線反射回芯片內(nèi)部而無法有效導(dǎo)出，因此提高封裝材料的折射率將可減少 全反射的發(fā)生。以藍(lán)光芯片/黃色YAG熒光粉的白光LED組件為例，藍(lán)光LED芯片折射率 為2. 5，當(dāng)封裝材料的折射率從1. 5時(shí)提升至1. 7時(shí)，光取出效率提升了近30%;因此，提升 封裝材料的折射率降低芯片與封裝材料間折射率差異來達(dá)到提升出光效能。光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，入射角增大到某一數(shù)值時(shí)，折射角將達(dá)到90°，此 時(shí)光疏介質(zhì)中將不出現(xiàn)折射光線，入射角大于上述數(shù)值時(shí)即會(huì)發(fā)生全反射。通常使用的有 機(jī)硅封裝材料折射率約為1.5，空氣折射率常視為1，因此有機(jī)硅封裝材料發(fā)生全發(fā)射的臨 界角為c = Arcsin(IAi) =Arcsin (1/1. 5) =42°，可見當(dāng)LED芯片發(fā)光角度大于42°時(shí) 光線將很難射出，這也導(dǎo)致集成封裝LED光源光效低于單顆封裝光源，本發(fā)明將集成封裝 LED光源出光面制作成帶有多個(gè)突起的非平面結(jié)構(gòu)，單個(gè)芯片對(duì)應(yīng)于出光面設(shè)置為凸弧曲 面，從LED芯片發(fā)出的光線相對(duì)于弧面的入射角將控制在較小的范圍內(nèi)，如此可減少全發(fā) 射發(fā)生的機(jī)率，僅此技術(shù)可提高現(xiàn)有平面封裝LED光源光效15% -20%。本發(fā)明的有益效果=MgAl2O4透明陶瓷熱導(dǎo)率較高(17. Off/m · K)，約為環(huán)氧樹脂和 有機(jī)硅的十倍，可以使工作中產(chǎn)生的熱量更為及時(shí)地傳遞出去，有利于降低熒光物質(zhì)的工 作溫度，延長(zhǎng)熒光物質(zhì)的壽命，有助于降低芯片結(jié)溫，從而可以提高工作電流，進(jìn)一步提高 LED發(fā)光強(qiáng)度。MgAl204透明熒光陶瓷的折射率在1. 7左右，比環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅有較大提高，有 研究表明當(dāng)封裝材料的折射率從1. 5時(shí)提升至1. 7時(shí)，光取出效率可提升近30%。由于透明熒光陶瓷有比環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅更高的熱導(dǎo)率和折射率，可同時(shí)解決散 熱和高效率問題；由于陶瓷材料有比有機(jī)材料更高的強(qiáng)度、硬度、更耐腐蝕，能夠大幅度提 高LED制品的壽命，并為實(shí)現(xiàn)白光LED在高溫、高沖擊、腐蝕性等惡劣工作環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工 作的使用提供了可能性。
具體實(shí)施例方式一種透明陶瓷封裝的LED光源，由LED芯片、封裝基板、支架、電極和透明陶瓷封裝 材料構(gòu)成，封裝基板和支架組成LED光源骨架，LED芯片固晶于封裝基板，并由金線連接于 正負(fù)電極，其特征在于LED芯片由透明陶瓷封裝，封裝面設(shè)置為平面或曲面，其具體步驟 如下(1)封裝基板和支架制備并組合安裝；(2)選取規(guī)格型號(hào)相同的LED芯片備用；(3)將LED芯片置于相應(yīng)固晶位置由固晶材料固化；(4)將導(dǎo)線焊接于LED芯片兩極后連接于光源正負(fù)電極極；(5)最后由透明陶瓷材料整體封裝，透明陶瓷由模具固化形成帶陣列排布凸點(diǎn)的 出光面或平面出光面，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)LED芯片透明陶瓷材料設(shè)置為平面結(jié)構(gòu)或由模具定型 為突起的弧面結(jié)構(gòu)。LED光源LED芯片發(fā)射光的入射角控制在全反射臨界角以內(nèi)，整個(gè)封裝面形成多 個(gè)凸點(diǎn)陣列排布的出光面。
LED光源單芯片封裝或多芯片陣列排布后串并聯(lián)整體封裝。封裝基板由 高導(dǎo)熱金屬或合金制成片狀結(jié)構(gòu)，固晶區(qū)域?yàn)槠矫婊虬纪菇Y(jié)構(gòu)。透明陶瓷選用高純?cè)?，通過工藝手段排除氣孔獲得，其折射率大于1. 7。實(shí)施例1 用于傳統(tǒng)單顆封裝LED光源，在結(jié)果相仿的情況下將傳統(tǒng)樹脂材料或有 機(jī)硅材料換作MgA1204透明陶瓷，可有效提高取光效率和散熱性能。實(shí)施例2 用于集成大功率LED光源模組封裝有兩種模式，平面封裝和曲面封裝， 平面封裝時(shí)結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)集成大功率LED光源模組相似，而用作曲面封裝時(shí)主要是基于盡量 減少全反射而設(shè)計(jì)，具體做法是透明陶瓷封裝于LED芯片表面及支架內(nèi)，由模具固化形成 帶陣列排布凸點(diǎn)的出光面，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)LED芯片透明陶瓷材料設(shè)置為平面結(jié)構(gòu)或由模具 定型為突起的弧面結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種透明陶瓷封裝的LED光源，由LED芯片、封裝基板、支架、電極和透明陶瓷封裝材 料構(gòu)成，封裝基板和支架組成LED光源骨架，LED芯片固晶于封裝基板，并由金線連接于正 負(fù)電極，其特征在于LED芯片由透明陶瓷封裝，封裝面設(shè)置為平面或曲面，其具體步驟如 下(1)封裝基板和支架制備并組合安裝；(2)選取規(guī)格型號(hào)相同的LED芯片備用；(3)將LED芯片置于相應(yīng)固晶位置由固晶材料固化；(4)將導(dǎo)線焊接于LED芯片兩極后連接于光源正負(fù)電極極；(5)最后由透明陶瓷材料整體封裝，透明陶瓷由模具固化形成帶陣列排布凸點(diǎn)的出光 面或平面出光面，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)LED芯片透明陶瓷材料設(shè)置為平面結(jié)構(gòu)或由模具定型為突 起的弧面結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透明陶瓷封裝的LED光源，其特征在于所述LED光源 LED芯片發(fā)射光的入射角控制在全反射臨界角以內(nèi)，整個(gè)封裝面形成多個(gè)凸點(diǎn)陣列排布的 出光面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透明陶瓷封裝的LED光源，其特征在于所述LED光源 單芯片封裝或多芯片陣列排布后串并聯(lián)整體封裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透明陶瓷封裝的LED光源，其特征在于所述封裝基板 由高導(dǎo)熱金屬或合金制成片狀結(jié)構(gòu)，固晶區(qū)域?yàn)槠矫婊虬纪菇Y(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種透明陶瓷封裝的LED光源，其特征在于所述透明陶瓷 選用高純?cè)?，通過工藝手段排除氣孔獲得，其折射率大于1. 7。
全文摘要
一種透明陶瓷封裝的LED光源，由LED芯片、封裝基板、支架、電極和透明陶瓷封裝材料構(gòu)成，封裝基板和支架組成LED光源骨架，LED芯片固晶于封裝基板，并由金線連接于正負(fù)電極，LED芯片由透明陶瓷封裝，透明陶瓷由模具固化形成帶陣列排布凸點(diǎn)的出光面或平面出光面，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)LED芯片透明陶瓷材料設(shè)置為平面結(jié)構(gòu)或由模具定型為突起的弧面結(jié)構(gòu)。透明陶瓷相較傳統(tǒng)封裝材料具有更高的折射率，由此封裝的LED光源具有較高的取光效率，同時(shí)透明陶瓷在導(dǎo)熱系數(shù)、穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度方面均優(yōu)于傳統(tǒng)封裝材料。
文檔編號(hào)H01L33/54GK102130108SQ201010585810
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者劉平, 繆應(yīng)明, 黃金鹿 申請(qǐng)人:黃金鹿