專利名稱：一種用于照明的led光模組和led芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于LED照明技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及降低LED光模組或LED芯片內(nèi)導(dǎo)熱熱阻，并且提高其內(nèi)電的絕緣強(qiáng)度的封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
LED的一大應(yīng)用是照明，LED照明被認(rèn)為是人類下一代綠色環(huán)保照明技術(shù)。但當(dāng)前 LED照明產(chǎn)品造價(jià)高，阻礙著其應(yīng)用普及，LED照明產(chǎn)品造價(jià)高的根本原因是LED散熱造成。 LED芯片中的LED晶片(也稱裸片)的成本，當(dāng)前只占15%，封裝成本占65%之多，其原因就是散熱問(wèn)題所致。照明燈具的用電安全是一必須滿足的要求，必須達(dá)到安規(guī)要求，安全絕緣強(qiáng)度一般要達(dá)到1500V以上。絕緣與導(dǎo)熱又是相互矛盾的，如果在LED光模組或芯片封裝中，實(shí)現(xiàn)解決有效降低內(nèi)封裝熱阻，又能達(dá)到安全絕緣要求，其意義非常之大，將大大地使整個(gè)LED 燈具(包括電源)的造價(jià)降低?，F(xiàn)公開(kāi)的LED芯片的內(nèi)導(dǎo)熱傳熱熱阻占整個(gè)傳熱熱阻非常大的比例，現(xiàn)產(chǎn)品熱阻最低的也要達(dá)到6°C /W，如果再加上鋁基板上的絕緣層熱阻，最小也要達(dá)到10°C /W。這么高的內(nèi)導(dǎo)熱熱阻，原因是為解決芯片內(nèi)電的絕緣問(wèn)題所致，即使是前述的那么高的內(nèi)導(dǎo)熱熱阻，其電的絕緣強(qiáng)度也是不到2000V，要得到更高安全的用電絕緣強(qiáng)度，熱阻還要增加。有提出采用高導(dǎo)熱陶瓷片(如AIN陶瓷片)作LED芯片中的“熱沉”，可以解決絕緣與傳熱之間的矛盾，但是AIN這類高導(dǎo)熱陶瓷，成本造價(jià)高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)LED封裝內(nèi)部導(dǎo)熱傳熱以及保證用電安全的絕緣(高電壓絕緣)問(wèn)題，依據(jù)傳熱學(xué)基本原理，提出一種新架構(gòu)，不必選用昂貴的AIN之類的高導(dǎo)熱陶瓷，就可以實(shí)現(xiàn)高電壓絕緣，滿足更高的用電安全要求，達(dá)到直接接用市電的安規(guī)要求， 而內(nèi)部導(dǎo)熱阻更低，并且生產(chǎn)效率高，促使整個(gè)LED照明燈具的造價(jià)顯著降低。本實(shí)用新型的LED光模組的構(gòu)成包括有一顆或多顆LED晶片、熱擴(kuò)散板、外層絕緣體、高壓絕緣片以及導(dǎo)熱芯，導(dǎo)熱芯采用金屬材料，最好采用銅質(zhì)或鋁質(zhì)材料。本實(shí)用新型的特征是LED晶片設(shè)置在熱擴(kuò)散板的一面，該面稱為熱擴(kuò)散板的A面，熱擴(kuò)散板采用了銅質(zhì)或鋁質(zhì)材料、或銅鋁復(fù)合材料，熱擴(kuò)散板的面積是其上的LED晶片面積之和的五倍以上，熱擴(kuò)散板的厚度大于0. 35mm ；高壓絕緣片設(shè)置在熱擴(kuò)散板的另一面(該面稱為B面)與導(dǎo)熱芯的一面(也就是導(dǎo)熱芯的熱量導(dǎo)入面，稱為吸熱面)之間；高壓絕緣片采用了燒結(jié)成瓷的陶瓷片，該陶瓷片的厚度不小于0. 15mm;外層絕緣體采用了注射工藝或澆鑄工藝，與導(dǎo)熱芯和高壓絕緣片、以及熱擴(kuò)散板一起注射或澆鑄成型的結(jié)構(gòu)；外層絕緣體圍著熱擴(kuò)散板邊緣側(cè)壁，并與高壓絕緣片相連接，構(gòu)成熱擴(kuò)散板的B面和側(cè)壁周圈被絕緣體包圍。從LED晶片到導(dǎo)熱芯(散熱片)導(dǎo)熱熱阻(LED封裝內(nèi)熱阻)主要是由于LED晶片面積小，形成高熱流密度所致。導(dǎo)熱溫差(即熱阻)與熱流密度和導(dǎo)熱距離成正比，與材料導(dǎo)熱系數(shù)成反比。絕緣材料導(dǎo)熱系數(shù)低(除AIN之類的高導(dǎo)熱陶瓷)，比銅和鋁要小數(shù)十倍。IX Imm大小的晶片，IW發(fā)熱功率，其熱流密度就到106W/m2，現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)采用0. 15mm 厚氧化鋁陶瓷(導(dǎo)熱系數(shù)20W/m*h)作絕緣片，晶片直接設(shè)置在該陶瓷片上，絕緣強(qiáng)度可達(dá) 1500V，但導(dǎo)熱溫差就要達(dá)到7. 50C。本實(shí)用新型中，將晶片設(shè)置在銅或鋁材的熱擴(kuò)散板上，承擔(dān)保證用電安全的高電壓絕緣的高壓絕緣片則設(shè)置在熱擴(kuò)散板與導(dǎo)熱芯之間。同樣是lXlmm，lW發(fā)熱功率的晶片，0. 15mm厚氧化鋁陶瓷作高壓絕緣片，即同樣的絕緣強(qiáng)度，但是高熱流密度經(jīng)熱擴(kuò)散板后，熱流密度下降，若熱流密度降低5倍，則高壓絕緣片上的導(dǎo)熱溫差就可降低到1. 5°C，熱阻降低非常顯著。本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)思想是先不考慮LED晶片與熱擴(kuò)散板之間的絕緣(高電壓絕緣)，首先是降低熱流密度，再實(shí)施高電壓絕緣，就可有效降低內(nèi)導(dǎo)熱熱阻。本實(shí)用新型中的熱擴(kuò)散板，雖然與現(xiàn)產(chǎn)品的熱沉的傳熱過(guò)程類似，但本實(shí)用新型首次明確強(qiáng)調(diào)其最重要作用——熱擴(kuò)散作用，因而稱之為熱擴(kuò)散板，當(dāng)今LED行業(yè)普通都不清楚熱擴(kuò)散的概念及其重要性。由于銅和鋁的導(dǎo)熱系數(shù)高，價(jià)格低，因而首選銅質(zhì)材料或鋁制材料、或銅鋁復(fù)合材料制作熱擴(kuò)散板。作為熱擴(kuò)散作用的熱擴(kuò)散板不僅要采用導(dǎo)熱性高的材料，其面積和厚度也要足夠大。熱擴(kuò)散板的面積應(yīng)是其上的LED晶片面積之和的五倍以上，設(shè)計(jì)時(shí)最好選十倍以上；熱擴(kuò)散板的厚度應(yīng)大于0. 35mm。熱擴(kuò)散板厚度最好大于0. 5mm，一是為了使熱流密度擴(kuò)散得更均勻，二是從強(qiáng)度方面考慮，保證熱擴(kuò)散板的平整度，有利于下端的接觸傳熱。如果晶片為lXlmm，lW，熱擴(kuò)散板的厚度應(yīng)達(dá)到1.0mm以上，其目的和作用就是使熱量在熱擴(kuò)散板內(nèi)有效擴(kuò)散，降低熱流密度。LED晶片最好是直接焊接在熱擴(kuò)散板上，因?yàn)長(zhǎng)ED晶片與熱擴(kuò)散板結(jié)合處熱流密度最高，結(jié)合面的材料(焊料或粘膠)的導(dǎo)熱系數(shù)要盡可能高，金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)高，比如錫的導(dǎo)熱系數(shù)為60W/m · K，數(shù)倍地高于導(dǎo)熱粘膠(比如銀膠)。采用金屬導(dǎo)電材料制成的熱擴(kuò)散板與晶片之間無(wú)絕緣或絕緣強(qiáng)度低，因而熱擴(kuò)散板的高電壓絕緣就成了主要問(wèn)題，承擔(dān)此任務(wù)的是高壓絕緣片和外層絕緣體，高壓絕緣片還要承擔(dān)導(dǎo)熱任務(wù)，因而導(dǎo)熱性要高。燒結(jié)成瓷的陶瓷片，致密、絕緣強(qiáng)度高，導(dǎo)熱系數(shù)高，燒結(jié)成瓷的氧化鋁陶瓷，純度 96% (稱96氧化鋁瓷)，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)20W/m*K。而熔噴氧化鋁膜，由于傳熱方向有空隙， 則導(dǎo)熱系數(shù)下降了一個(gè)數(shù)量級(jí)，陽(yáng)極氧化成的氧化鋁瓷膜，也有孔隙，也導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)下降。因而本實(shí)用新型選用燒結(jié)成瓷的陶瓷片作為高壓絕緣片。氧化鋁陶瓷片，是電子元件中最常用的陶瓷基片，造價(jià)低，導(dǎo)熱系數(shù)高，因而是首選的高壓絕緣片材料。本實(shí)用新型中提出高壓絕緣片的陶瓷片的厚度不小于0. 15mm，一是從制造工藝難度方面考慮，太薄的陶瓷片不容易生產(chǎn)，易破碎；二是從絕緣強(qiáng)度方面來(lái)考慮，希望有絕緣強(qiáng)度達(dá)到1500V以上。達(dá)到滿足安規(guī)要求的絕緣強(qiáng)度，有利于減化驅(qū)動(dòng)電源，比如采用非隔離式驅(qū)動(dòng)電源，就可降低驅(qū)動(dòng)電源的成本。高壓絕緣片的厚度應(yīng)取0. 2 0. 4mm之間，太厚了，熱阻也就太高，0. 3mm厚是比較好的值，此時(shí)的絕緣強(qiáng)度達(dá)到3000V，可滿足各種安規(guī)要求，通過(guò)加大熱擴(kuò)散板的面積和厚度，將熱流密度下降十倍，完全可得到高壓絕緣片處的導(dǎo)熱溫差在2°C以下。外層絕緣體采用注射工藝或澆鑄工藝，與導(dǎo)熱芯和高壓絕緣片、以及熱擴(kuò)散板一起注射或澆鑄成型，可簡(jiǎn)單描述成導(dǎo)熱芯和高壓絕緣片、以及熱擴(kuò)散板被放入外層絕緣體的模具型腔中，外層絕緣體的液態(tài)材料被注射或灌入型腔，一起固化成型。本實(shí)用新型提出采用上述工藝結(jié)構(gòu)的目的有一、生產(chǎn)效率高，特別是采用塑料注射成型，不僅省去上膠 (涂膠)工序，還省去了膠的固化工序和時(shí)間，因而生產(chǎn)效率特別高；二、絕緣質(zhì)量可靠性高，外層絕緣體與高壓絕緣片之間的結(jié)合處是絕緣可靠性最低處，如果采用膠水絕緣密封， 不易保證結(jié)合處的全部空隙都被膠水填充滿，則絕緣質(zhì)量可靠性低，采用本實(shí)用新型提出的工藝成型結(jié)構(gòu)，就容易保證結(jié)合處沒(méi)有空隙，并且粘接成一體，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。外層絕緣體的材料可選擇塑料類(熱熔性塑料和熱固性塑料)、環(huán)氧樹(shù)脂類和硅膠類。高壓絕緣片可以設(shè)計(jì)成與導(dǎo)熱芯焊接(或粘接)成一體的部件，也可以與熱擴(kuò)散板焊接(或粘接)成一體的部件。依據(jù)該第二種設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型又提出一種LED芯片，包括有一顆或多顆LED晶片、熱擴(kuò)散板、外層絕緣體以及高壓絕緣片。其特征是LED晶片設(shè)置在熱擴(kuò)散板的A面，熱擴(kuò)散板采用了銅質(zhì)或鋁質(zhì)材料、或銅鋁復(fù)合材料，熱擴(kuò)散板的面積是其上的LED晶片面積之和的五倍以上，設(shè)計(jì)時(shí)最好大于十倍，熱擴(kuò)散板的厚度大于0. 35mm, 設(shè)計(jì)時(shí)最好大于0. 5mm。高壓絕緣片設(shè)置在熱擴(kuò)散板的B面；高壓絕緣片采用了燒結(jié)成瓷的陶瓷片，該陶瓷片的厚度不小于0. 15mm;外層絕緣體采用了注射工藝或澆鑄工藝，與高壓絕緣片和熱擴(kuò)散板，一起注射或澆鑄成型的結(jié)構(gòu)；外層絕緣體圍著熱擴(kuò)散板邊緣側(cè)壁，并與高壓絕緣片相連接，構(gòu)成熱擴(kuò)散板的B面和側(cè)壁周圈被絕緣體包圍。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是一種本實(shí)用新型LED光模組的特征剖面示意圖，導(dǎo)熱芯為板式結(jié)構(gòu)，示出了本實(shí)用新型LED光模組的基本結(jié)構(gòu)特征。圖2是一種本實(shí)用新型LED光模組的特征剖面示意圖，導(dǎo)熱芯為圓錐形結(jié)構(gòu)。圖3是一種本實(shí)用新型LED光模組的特征剖面示意圖，示出了一種強(qiáng)化提高高壓絕緣片邊緣處絕緣強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)特征，導(dǎo)熱芯為錐形螺柱結(jié)構(gòu)，并設(shè)置有燈芯罩。圖4是一種本實(shí)用新型LED芯片的特征剖面示意圖，采用了高壓絕緣片外邊緣大于熱擴(kuò)散板結(jié)構(gòu)，來(lái)強(qiáng)化提高高壓絕緣片邊緣處絕緣強(qiáng)度。圖5是一種本實(shí)用新型LED芯片的特征剖面示意圖，設(shè)置有定位片，LED晶片鑲嵌在定位片中，示出了一種強(qiáng)化提高高壓絕緣片邊緣處絕緣強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)特征。圖6是一種本實(shí)用新型LED芯片的特征剖面示意圖，采用了熱擴(kuò)散板的B面凸起結(jié)構(gòu)，來(lái)強(qiáng)化提高高壓絕緣片邊緣處絕緣強(qiáng)度。圖7是一種本實(shí)用新型LED芯片的特征剖面示意圖，熱擴(kuò)散板的A面設(shè)置有低壓絕緣層，配有燈芯罩。圖8a是一種本實(shí)用新型LED芯片的特征剖面示意圖，是圖8b中A-A處的剖面圖。圖8b是圖8a的俯視圖。圖9是一種本實(shí)用新型LED光模組的特征剖面示意圖，導(dǎo)熱芯為圓錐形結(jié)構(gòu)，配有球形燈芯罩。圖10是一種斷路保護(hù)元件的電路原理圖。圖中1、晶片，2、高壓絕緣片，3、熱擴(kuò)散板，4、外層絕緣體，5、導(dǎo)熱芯，6、燈芯罩殼，7、透鏡，8、定位片，9、導(dǎo)線，10、焊料或?qū)щ娔z，11、低壓絕緣層，12、電源引線，13、絕緣套， 14、反光杯，15、端子，16、透明保護(hù)層，17、插頭，18、鉤扣，19、穩(wěn)壓二極管，20、可控硅。
具體實(shí)施方式
圖1所示的本實(shí)用新型LED光模組，導(dǎo)熱芯5為平板式結(jié)構(gòu)，并且設(shè)置有安裝固定孔，圖中示出兩顆LED晶片1。帶有多顆LED晶片時(shí)，設(shè)計(jì)應(yīng)注意，LED晶片在熱擴(kuò)散板上分布應(yīng)呈輻射形分散分布，單顆LED晶片功率不要太大，最好不要超過(guò)2瓦。外層絕緣體4圍著熱擴(kuò)散板3的邊緣側(cè)壁，外層絕緣體4延伸到高壓絕緣片2，和高壓絕緣片一起將熱擴(kuò)散板與導(dǎo)熱芯(以及附近的導(dǎo)體)絕緣隔開(kāi)，起到高壓絕緣作用，外層絕緣體的絕緣強(qiáng)度應(yīng)高于高壓絕緣片。圖2所示的本實(shí)用新型LED光模組，與圖1所示的顯著區(qū)別，是導(dǎo)熱芯5結(jié)構(gòu)不一樣，圖2中的導(dǎo)熱芯5采用圓錐形結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱芯5的向外傳熱(向散熱片傳熱)的接觸傳熱面是圓錐柱面，其優(yōu)點(diǎn)有一、加大接觸傳熱面的接觸壓力，只需小的軸向作用力，就可得被放大數(shù)倍(數(shù)十倍)的柱面的接觸壓力，有效解決導(dǎo)熱芯向外(散熱片)的傳熱(接觸傳熱)熱阻，二、降低機(jī)加工精度，減小加工成本，散熱片上的錐孔孔徑和導(dǎo)熱芯的外圓直徑， 如有制造誤差，可以通過(guò)軸向位移來(lái)補(bǔ)償，有效保證接觸傳熱。導(dǎo)熱芯還可采用螺柱形結(jié)構(gòu)，因?yàn)榻佑|傳熱面積增加，比如，60°三角形螺紋的表面是光柱面面積的兩倍，這有利降低接觸傳熱熱阻。圖3所示的本實(shí)用新型LED光模組，設(shè)置有燈芯罩，圖中所示的燈芯罩包括燈芯罩殼6和透鏡7，并利用燈芯罩殼6作為外層絕緣體，即燈芯罩部分與外層絕緣體為一體結(jié)構(gòu)。 當(dāng)然燈芯罩全部也可與外層絕緣體為一體結(jié)構(gòu)，比如去掉透鏡7。圖3中的導(dǎo)熱芯5采用了錐形螺柱結(jié)構(gòu)，錐形螺柱結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱芯綜合了圓錐形結(jié)構(gòu)和螺柱形結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)接觸壓力和接觸面積大。高壓絕緣片與外層絕緣體是兩個(gè)部件，兩種材料，高壓絕緣片厚度薄(一般不超過(guò)0. 5mm)，圖1、2中所示結(jié)構(gòu)，高壓絕緣片2與外層絕緣體4結(jié)合處，絕緣強(qiáng)度低，很容易出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。為加強(qiáng)高壓絕緣片與外層絕緣體結(jié)合處(也就是高壓絕緣片的邊緣處)的絕緣強(qiáng)度，圖3所示的本實(shí)用新型光模組示出了一種結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱芯5的吸熱面設(shè)計(jì)成凸起，凸起邊緣小于高壓絕緣片的邊緣，這樣就留有間隙，該間隙處被燈芯罩殼6的本體材料填充， 如圖3中如所示，采用注射或澆鑄工藝就容易實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)，就可強(qiáng)化提高高壓絕緣片2邊緣處的絕緣強(qiáng)度。圖3中的導(dǎo)熱芯5上開(kāi)有凹槽或孔，燈芯罩殼6(外層絕緣體)的本體材料嵌入該凹槽或孔中，如圖3中4b所示，這樣結(jié)構(gòu)是為了提高燈芯罩殼6與導(dǎo)熱芯5之間的結(jié)合強(qiáng)度。圖4所示的本實(shí)用新型LED燈芯，和圖1所示的光模組區(qū)別有LED燈芯沒(méi)有導(dǎo)熱芯；為強(qiáng)化提高高壓絕緣片2邊緣處的絕緣強(qiáng)度，圖4所示的LED燈芯中，高壓絕緣片2的邊緣大于熱擴(kuò)散板3的邊緣，這樣就可以加大熱擴(kuò)散板邊緣與散熱片(導(dǎo)熱芯)等外設(shè)導(dǎo)體的爬電距離，自然就增加了絕緣強(qiáng)度。設(shè)計(jì)時(shí)，高壓絕緣片的邊緣應(yīng)大于熱擴(kuò)散板的邊緣 0. 5mm以上，以保證足夠、可靠的絕緣強(qiáng)度。圖5所示的本實(shí)用新型LED燈芯，設(shè)置有定位片8，定位片8上開(kāi)有晶片嵌口，LED 晶片1鑲嵌在晶片嵌口中，并一起貼附在熱擴(kuò)散板3的A面，LED晶片與熱擴(kuò)散板的A面之間應(yīng)該采用焊接或粘接連接，最好是焊接，以降低LED晶片與熱擴(kuò)散板之間的熱阻；定位片采用了絕緣片制成，定位片上設(shè)置有電路和引線焊盤(pán)，引線焊盤(pán)靠近LED晶片上的電極焊盤(pán)，兩焊盤(pán)之間的導(dǎo)通連接可采用導(dǎo)線焊接連接，比如超聲波金線球焊，還可以采用焊料焊接連接、導(dǎo)電膠粘接連接。圖5中所示的定位片上的引線焊盤(pán)與LED晶片上的電極焊盤(pán)之間的導(dǎo)通連接是通過(guò)導(dǎo)線9連通，即采用導(dǎo)線焊接連接。定位片表面應(yīng)鍍有反光膜，最好是鋁膜，以提高出光率。圖5中示出了另一種強(qiáng)化提高高壓絕緣片邊緣處絕緣強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，熱擴(kuò)散板3的B 面邊緣采用了倒角結(jié)構(gòu)，高壓絕緣片2的邊緣大于熱擴(kuò)散板3倒角的內(nèi)側(cè)邊緣，如圖中所示，高壓絕緣片與熱擴(kuò)散板尺寸一致，由于有倒角，自然形成三角缺口，圖中還示出，在該三角缺口中被外層絕緣體的本體材料填充，如圖如所示，這樣就提高了熱擴(kuò)散板在高壓絕緣片邊緣處的絕緣強(qiáng)度。在圖6所示的本實(shí)用新型LED芯片中，強(qiáng)化提高高壓絕緣片邊緣處的絕緣強(qiáng)度， 采用了與圖3類似的結(jié)構(gòu)，在熱擴(kuò)散板3的B面采用了凸起結(jié)構(gòu)，與高壓絕緣片2緊貼的面 (承擔(dān)傳熱的面)凸起，凸起的邊緣小于高壓絕緣片2的邊緣，因而在熱擴(kuò)散板3邊緣處與高壓絕緣片2邊緣處形成間隙，圖中示出，該間隙被外層絕緣體的本體材料填充，這樣就可強(qiáng)化提高高壓絕緣片邊緣處的絕緣強(qiáng)度。圖6所示的LED芯片，也采用了定位片8，定位片 8上的引線焊盤(pán)與晶片上的電極焊盤(pán)之間的導(dǎo)通連接通過(guò)焊料(或?qū)щ娔z)10導(dǎo)通連接，即焊料焊接導(dǎo)通連接、導(dǎo)電膠粘接導(dǎo)通連接。LED晶片可分為兩類一是襯底為導(dǎo)電體，比如碳化硅襯底的LED晶片；另一是襯底為絕緣體，比如藍(lán)寶石襯底的LED晶片。如果LED晶片之間采用了串聯(lián)結(jié)構(gòu)，LED晶片又是直接接觸到熱擴(kuò)散板上的金屬(銅或鋁)，只能選用絕緣襯底的LED晶片，并且應(yīng)采用正裝結(jié)構(gòu)，圖1至圖6所示的結(jié)構(gòu)便可以選用。如果采用導(dǎo)電體襯底、或絕緣體襯底，倒裝式 (也稱履晶式)結(jié)構(gòu)，LED晶片之間還是采用串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，則就應(yīng)在熱擴(kuò)散板3的A面設(shè)置有絕緣層，因?yàn)榭紤]到LED晶片與熱擴(kuò)散板的A面之間的熱流密度高，為降低該處的導(dǎo)熱熱阻，該處的絕緣層厚度應(yīng)該薄，該處的絕緣強(qiáng)度低，則就稱此為低壓絕緣層。采用氣相沉積工藝生成的陶瓷膜，比如金剛石、SiC、AlN、BN、BeCKAl2O3等陶瓷膜， 致密、絕緣性好、導(dǎo)熱性高，可用于本實(shí)用新型中的熱擴(kuò)散片A面上的低壓絕緣層。氣相沉積工藝雖然生成的陶瓷膜，致密、導(dǎo)熱性高，但陶瓷膜的厚度薄(幾微米)， 成本高，特別是要得到耐壓上百伏的陶瓷膜(膜厚度要達(dá)到IOym以上)，成本就更高。采用陽(yáng)極氧化工藝，直接從熱擴(kuò)散板表面上的金屬鋁生長(zhǎng)出氧化鋁膜，作為低壓絕緣層，雖然生成的氧化鋁膜的導(dǎo)熱性不如氣相沉積工藝制造的高，但成本低，容易得到較厚的膜，絕緣強(qiáng)度達(dá)到100V以上。設(shè)計(jì)時(shí)，低壓絕緣層的氧化鋁膜厚度應(yīng)小于50 μ m，控制該處的導(dǎo)熱熱阻。雖然銅比鋁貴，更不容易加工成型，但由于熱擴(kuò)散板材料用量非常少，外形簡(jiǎn)單 (片狀)，制造容易，更重要的是LED晶片的熱流密度高，則高導(dǎo)熱性材料更重要，因而熱擴(kuò)散板應(yīng)首先選用銅。要想在銅熱擴(kuò)散片表面生成陽(yáng)極氧化的氧化鋁絕緣層，就應(yīng)采用銅鋁復(fù)合材料，在銅板表面覆有一層鋁。熱擴(kuò)散片A面上的鋁層厚度要薄，其厚度只要夠用于陽(yáng)極氧化所需的鋁厚即可。圖7所示的本實(shí)用新型LED芯片，在熱擴(kuò)散板3的A面設(shè)有低壓絕緣層11，可采用氣相沉積工藝生成的陶瓷膜、或采用陽(yáng)極氧化直接從熱擴(kuò)散板表面上的金屬鋁生長(zhǎng)出的氧化鋁膜。圖7中還示出，LED燈芯設(shè)有燈芯罩，利用燈芯罩殼6作為外層絕緣體，內(nèi)設(shè)置有聚光型反光杯14，并采用了熱擴(kuò)散板3的B面邊緣倒角結(jié)構(gòu)，以及高壓絕緣片2的邊緣大于熱擴(kuò)散板3的邊緣結(jié)構(gòu)，來(lái)強(qiáng)化提高高壓絕緣片邊緣處的絕緣強(qiáng)度。圖中示出，LED晶片的電源引線12，穿過(guò)高壓絕緣片2，熱擴(kuò)散板3以及定位片8，電源引線12與定位片8上的電路相連接(焊接)，并采用了絕緣套13。在熱擴(kuò)散板3上，電源引線12的穿孔處采用了倒角結(jié)構(gòu)，形成三角口，被絕緣體材料填充，強(qiáng)化該處的絕緣強(qiáng)度。圖8a、8b所示的本實(shí)用新型LED燈芯，外層絕緣體4延展伸出兩安裝孔，還設(shè)有兩電源輸入端子15，端子15穿過(guò)外層絕緣體4，一端與定位片8上的印刷電路連通，LED晶片 1前是一層透明保護(hù)層16。圖8a、8b中還示出了一特別的特征LED晶片1是組成組設(shè)置， 每組晶片有三顆晶片，也采用了定位片8，紅藍(lán)雙色白光芯片可采用該設(shè)計(jì)，采用三基色產(chǎn)生白光的芯片也可采用這樣的設(shè)計(jì)。圖9所示的本實(shí)用新型LED光模組，導(dǎo)熱芯5采用了圓錐形結(jié)構(gòu)，燈芯罩為球形， 導(dǎo)熱芯5的下端設(shè)置有鉤扣18，通過(guò)旋轉(zhuǎn)LED光模組，使鉤扣18被鉤卡在散熱片上?？刹捎寐葆敾蜚T接將鉤扣18固定在導(dǎo)熱芯5上。圖中示出，采用了同軸式插頭17，通過(guò)電源引線12與定位片上的印刷電路連通。當(dāng)采用倒裝式結(jié)構(gòu)，又采用了定位片，引線焊盤(pán)在定位片的表面時(shí)，LED晶片上的電極焊盤(pán)就應(yīng)設(shè)置在LED晶片的側(cè)壁上，采用焊料焊接，或?qū)щ娔z粘接，實(shí)現(xiàn)定位片上的引線焊盤(pán)與LED晶片上的電極焊盤(pán)之間的導(dǎo)通連接。圖7中示出，一側(cè)的LED晶片1上的電極焊盤(pán)設(shè)有LED晶片的側(cè)壁上，適用于晶片襯底為導(dǎo)電體的LED晶片。本實(shí)用新型的LED光模組或LED芯片中，設(shè)置有數(shù)多顆LED晶片，又采用串聯(lián)連接，如果某一顆LED晶片失效、斷路，則會(huì)影響該光模組或芯片的工作，因而可以在每顆，或多顆LED晶片上并聯(lián)有斷路保護(hù)元件。圖10示出了一種LED晶片斷路保護(hù)元件的電路原理圖，當(dāng)與之并聯(lián)的LED晶片失效，并且斷路時(shí)，由于電壓升高，超過(guò)圖8中的穩(wěn)壓二極管19 的穩(wěn)定電壓(該電壓可設(shè)定為L(zhǎng)ED正常工作電壓的電壓1. 5倍，或更高點(diǎn))，穩(wěn)壓二極管19 導(dǎo)通，觸發(fā)可控硅20導(dǎo)通，因而電流就繞過(guò)失效、斷路的LED晶片，保證其他正常的LED晶片工作。斷路保護(hù)元件可以設(shè)置在定位片的表面上，也可以采用類似于圖5、6、7中LED晶片鑲嵌于定位片中的鑲嵌結(jié)構(gòu)，鑲嵌在定位片中。在定位片上還可以設(shè)置有或鑲嵌有溫度感應(yīng)元件，用于保護(hù)LED晶片不超溫。比如采用PTC元件，當(dāng)感應(yīng)溫度超過(guò)規(guī)定值時(shí)，關(guān)閉電流，又比如溫度感應(yīng)元件為熱電偶，熱電阻或熱敏電阻，探測(cè)到溫度信號(hào)送到驅(qū)動(dòng)電源中， 調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流。定位片上還可以設(shè)置有或鑲嵌有其它保護(hù)元件(比如防靜電元件)。
權(quán)利要求1.一種用于照明的LED光模組，包括有一顆或多顆LED晶片(1)、熱擴(kuò)散板(3)、外層絕緣體G)、高壓絕緣片O)以及導(dǎo)熱芯(5)，其特征在于熱擴(kuò)散板C3)采用了銅質(zhì)或鋁質(zhì)材料、或銅鋁復(fù)合材料；LED晶片(1)設(shè)置在熱擴(kuò)散板(3)的A面；熱擴(kuò)散板的面積是其上的 LED晶片面積之和的五倍以上，熱擴(kuò)散板的厚度大于0. 35mm ；高壓絕緣片( 設(shè)置在熱擴(kuò)散板(3)的B面與導(dǎo)熱芯(5)的吸熱面之間，高壓絕緣片(2)采用了燒結(jié)成瓷的陶瓷片，該陶瓷片的厚度不小于0. 15mm;外層絕緣體(4)采用了注射工藝或澆鑄工藝，與導(dǎo)熱芯(5)和高壓絕緣片O)、以及熱擴(kuò)散板C3) —起注射成型或澆鑄成型的結(jié)構(gòu)；外層絕緣體圍著熱擴(kuò)散板C3)邊緣側(cè)壁，并與高壓絕緣片( 相連接，構(gòu)成熱擴(kuò)散板C3)的B面和側(cè)壁周圈被絕緣體包圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED光模組，其特征在于導(dǎo)熱芯(5)向外傳熱的接觸傳熱面采用了圓錐形結(jié)構(gòu)、或螺柱結(jié)構(gòu)或錐形螺柱結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的LED光模組，其特征在于導(dǎo)熱芯(5)上開(kāi)有凹槽或孔， 外層絕緣體的本體材料嵌入該凹槽或孔中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED光模組，其特征在于高壓絕緣片( 邊緣處的絕緣強(qiáng)化提高結(jié)構(gòu)采用了，導(dǎo)熱芯(5)的吸熱面凸起結(jié)構(gòu)，該凸起邊緣小于高壓絕緣片O)的邊緣、或高壓絕緣片(2)的邊緣大于熱擴(kuò)散板(3)的邊緣結(jié)構(gòu)、或熱擴(kuò)散板(3)的B面邊緣采用了倒角結(jié)構(gòu)、或熱擴(kuò)散板⑶的B面采用了凸起結(jié)構(gòu)，該凸起的邊緣小于高壓絕緣片⑵的邊緣。
5.一種用于照明的LED芯片，包括有一顆或多顆LED晶片(1)、熱擴(kuò)散板(3)、外層絕緣體以及高壓絕緣片O)，其特征在于熱擴(kuò)散板C3)采用了銅質(zhì)或鋁質(zhì)材料、或銅鋁復(fù)合材料；LED晶片(1)設(shè)置在熱擴(kuò)散板C3)的A面；熱擴(kuò)散板的面積是其上的LED晶片面積之和的五倍以上，熱擴(kuò)散板的厚度大于0.35mm;高壓絕緣片( 設(shè)置在熱擴(kuò)散板(3)的 B面，高壓絕緣片⑵采用了燒結(jié)成瓷的陶瓷片，該陶瓷片的厚度不小于0.15mm;外層絕緣體(4)采用了注射工藝或澆鑄工藝，與熱擴(kuò)散板C3)和高壓絕緣片( 一起注射成型或澆鑄成型的結(jié)構(gòu)；外層絕緣體圍著熱擴(kuò)散板C3)邊緣側(cè)壁，并與高壓絕緣片( 相連接， 構(gòu)成熱擴(kuò)散板(3)的B面和側(cè)壁周圈被絕緣體包圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED芯片，其特征在于高壓絕緣片( 邊緣處的絕緣強(qiáng)化提高結(jié)構(gòu)采用了，高壓絕緣片O)的邊緣大于熱擴(kuò)散板(3)的邊緣結(jié)構(gòu)、或熱擴(kuò)散板(3)的B面邊緣采用了倒角結(jié)構(gòu)、或熱擴(kuò)散板⑶的B面采用了凸起結(jié)構(gòu)，該凸起的邊緣小于高壓絕緣片⑵的邊緣。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED光模組或權(quán)利要求5所述的LED芯片，其特征在于熱擴(kuò)散板的厚度大于0. 5mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED光模組或權(quán)利要求5所述的LED芯片，其特征在于高壓絕緣片(2)所采用的陶瓷片是氧化鋁陶瓷片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED光模組或權(quán)利要求5所述的LED芯片，其特征在于采用了定位片(8)，定位片⑶上開(kāi)有晶片嵌口，LED晶片⑴鑲嵌在晶片嵌口中，并一起貼附在熱擴(kuò)散板的A面，LED晶片(1)與熱擴(kuò)散板(3)的A面之間的連接采用了焊接或粘接連接；定位片(8)采用了絕緣片制成，定位片(8)上設(shè)置有電路和引線焊盤(pán)，引線焊盤(pán)和LED晶片上的電極焊盤(pán)之間的導(dǎo)通連接采用了導(dǎo)線焊接連接、焊料焊接連接、導(dǎo)電膠粘結(jié)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED光模組或權(quán)利要求5所述的LED芯片，其特征在于設(shè)有燈芯罩，燈芯罩全部或部分與外層絕緣體(4)為一體結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種用于照明的LED光模組和LED芯片。LED晶片(1)設(shè)置在熱擴(kuò)散板(3)上，熱擴(kuò)散板(3)采用銅或鋁、或銅鋁復(fù)合材料，厚度大于0.35mm，面積是其上LED晶片面積之和的五倍以上，其目的和作用是降低熱流密度。承擔(dān)高壓絕緣的高壓絕緣片(2)，采用燒結(jié)成瓷的陶瓷片，比如氧化鋁陶瓷片，設(shè)置在熱擴(kuò)散板(3)的另一面，與外層絕緣體(4)一起將熱擴(kuò)散板隔離絕緣。外層絕緣體采用注射或澆鑄工藝，與熱擴(kuò)散板(3)和高壓絕緣片(2)一起成型。這樣的設(shè)計(jì)就可顯著降低內(nèi)導(dǎo)熱熱阻，提高電的絕緣強(qiáng)度，封裝成本有效降低。
文檔編號(hào)H01L33/48GK202094118SQ20112007139
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者秦彪 申請(qǐng)人:秦彪