CN100456504C - 一种超大功率照明级发光二极管金属封装结构 - Google Patents

一种超大功率照明级发光二极管金属封装结构 Download PDF

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Abstract

一种超大功率照明级发光二极管金属封装结构，其包括有翅片形散热器和发光二极管，其特征在于所述的翅片形散热器包括有中空铝合金筒体座体，中空铝合金筒体座体外周面上从上而下分布有环形散热翅片，另有铜柱作为芯片固定座，兼作热传导体，铜柱形状大小与中空铝合金筒体座体内置空腔相适配，至少使铜柱局部表面能贴合着中空铝合金筒体座体内置空腔腔壁，铜柱顶端成型有反光型的凹槽，二极管的发光芯片安置于凹槽底，其凹槽两边制有引线孔，引线孔中各置有一绝缘导线，绝缘导线顶端作为二极管的发光芯片正负引线柱，绝缘导线下端变成连接线通到中空铝合金筒体座体外面作为连接端。它散热结构合理，结构紧凑，能大有效的提高LED的功率，增加光照度，使之能用于照明，满足多种场合的需求，代替普通照明光源。

Description

一种超大功率照明级发光二极管金属封装结构
技术领域
本发明是涉及一种发光二极管封装散热结构。
背景技术
随着发光二极管(Light Emitting Diode简称LED)技术领域不断的创新，不断的有新发明专利出现，现已可以生产出0.5W-3W大功率LED产品，例如美国流明(Lumileds)公司的LuxeonLED a，请参照图1，其特点是利用较大面积的金属底座b，并用铝基板c做为散热片，将芯片d发光时所产生的热传导于空气中。在金属底座上用单颗大尺寸芯片或多颗小尺寸芯片封装，也能有效的提高LED的功率和亮度，但也是小幅度的提高，因为散热原理不太合理，还是无法解决芯片工作时的高热量问题，导致LED芯片容易衰减、崩溃，且工艺较难、成本高，不易推广。
另外又如几十颗或几百颗普通LED拼成的灯，请参照图2，该LED高度集中在一基材上，发光时高热无法散出，而导致LED容易死灯，外面开关恒源电流控制难，电流不大稳定容易造成衰减快、一致性不好、寿命短，难以作为照明光源。
所以以上技术都难免存在LED功率小、亮度低、一致性差、发热高、成本高，只能在局部范围内应用，如手电筒、城市亮化，而难以平民家庭化、社会化推广。
基于以上原因，现有人对此做了改进，申请号为200410085385.2的发明专利公开了一种LED封装的方法，请参照图3，用次方法也可以生产出超大功率LED，但此方法太笼统，封装工艺过于复杂不成熟，结构不紧凑，美观，导热和散热结构不合理，生产难度较高，生产成本较大，不利于加工大规模大批量生产，并且其发光角度是固定的，做成后不易改变，该技术难以向全社会推广。
针对于此，为符合市场需求，为了社会技术的进步，寻求一工艺简单、易于规模生产、更廉价、更美观、更加具有合理易行的散热原理、更利于推广的超大功率照明级LED封装技术，势在必行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种超大功率照明级发光二极管金属封装结构，它散热结构合理，结构紧凑，能有效地提高LED的功率，增加光照度，使之能用于照明，满足多种场合的需求，代替普通照明光源。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种超大功率照明级发光二极管金属封装结构，其包括有翅片形散热器和发光二极管，其特征在于所述的翅片形散热器包括有中空铝合金筒体座体，中空铝合金筒体座体外周面上从上而下分布有环形散热翅片，另有铜柱作为芯片固定座，兼作热传导体，铜柱形状大小与中空铝合金筒体座体内置空腔相适配，至少使铜柱局部表面能贴合着中空铝合金筒体座体内置空腔腔壁，铜柱顶端成型有反光型的凹槽，二极管的发光芯片安置于凹槽底，其凹槽两边制有引线孔，引线孔中各置有一绝缘导线，绝缘导线顶端作为二极管的发光芯片正负引线柱，绝缘导线下端变成连接线通到中空铝合金筒体座体外面作为连接端。
非常有益的改进是，所述的中空铝合金筒体座体分成中上部铝合金筒体和下部台阶状铝合金底座，底座中心制有不透底的圆孔，底座边缘制有安装孔，铜柱也呈现台阶状，上部与内置空腔涨紧连接，下部与底座中心的圆孔涨紧连接，并且，在中上部铝合金筒体下部或底座上制有连接线通到外面的开口；这样使铜柱上粗部与散热翅片完全紧密接合，成一整体，以利于把铜柱顶端凹槽里芯片发光时所产生的高热完全有效传导于散热翅片上，铜柱下细部也紧密完全压入到散热底座的圆孔，形成一接触于发热源的底座，也使散热底座和散热翅片有机的紧密牢固结合成一整体，增加整体散热面和散热效果，连接结构设计合理简单，装配容易。
非常有益的改进是，所述的铝合金筒体上部外周制有螺纹，螺纹连接有中间开有圆孔的旋帽，使光学凸透镜和密封圈固定在旋帽与铝合金筒体口槽之间，这样凸透镜就紧扣于散热翅片的顶端碗口内，且随着凸透镜在碗口内位置上下移动，而可以轻易改变超大功率照明级发光二极管发光角度的变化，往下移动，发光角度增大，往上移动，发光角度变小，从而可以满足各种场合使用要求。
作为改进，所述的口槽做成碗杯形状，表面涂有反光层，以提高反光效果。
进一步改进，所述的凹槽底部涂有绝缘胶，将多颗二极管发光芯片置于绝缘胶固定住，芯片间与引线柱之间是焊接连接，在芯片表面涂上一层荧光粉，这样使多颗芯片连接成一整体，激射发光后光斑混合均匀一致，无杂色，更加干净，满足照明的需要。
所述的绝缘导线优选采用漆包线，顶端镀银，它制造生产方便，触点导电性能良好。
并且底座顶部台阶表面成型有出线槽，使出线槽的槽口成为连接线通到外面的开口以方便漆包线进行引线安装。
最后，所述的中上部铝合金筒体做成中空圆柱体形状，铜柱截面也为圆形，这样导热和散热性能最好，当然也可以采用正多边形形状或者是其他形状，效果相对逊色一些。
与现有技术相比，本发明的优点在于：结构紧凑，成本低，工艺合理简单，容易掌握操作，散热结构合理，能有效地提高LED的功率，增加光照度，而且发光角度可以变动调整，使之能用于照明，满足多种场合的需求，代替普通照明光源，而且该技术生产出的LED灯又保持普通LED环保节能，寿命长，响应快，颜色自然等优势，并克服消除了原背景技术中几种和近期大功率封装的工艺复杂、成本高、功率小、光强易衰，散热效果差、芯片容易破损等缺陷。
附图说明
图1是美国流明公司具有散热装置的LED剖面结构示意图；
图2是多颗普通LED组合装置俯视图；
图3是一申请号为200410085385.2的发明专利公开了一种LED封装立体结构分解图；
图4是本发明超大功率照明级发光二极管金属封装结构立体图；
图5是本发明超大功率照明级发光二极管金属封装结构分解图；
图6是本发明超大功率照明级发光二极管金属封装结构剖面图；
图7是本发明超大功率照明级发光二极管金属封装结构俯视图；
图8是本发明超大功率照明级发光二极管金属封装结构仰视图；
图9是本发明超大功率照明级发光二极管金属封装结构侧视图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
请参照图5、图6分别是本发明的分解和剖面图，图5中有一铝合金做的中间开口的圆形旋帽16，旋帽16内下边缘有旋纹，这部件是用普通仪表车加工出后氧化得到。另有一玻璃光学凸透镜17和硅橡胶垫圈作为密封圈18。翅片形散热器1包括有中空铝合金筒体座体3，中空铝合金筒体座体3外周面上从上而下分布有环形散热翅片4。中空铝合金筒体座体3分成中上部铝合金筒体11和下部台阶状铝合金底座12，其中，用仪表车加工成的一中空筒体11呈现圆柱体形，中心是内置空腔6，在中空筒体11的圆柱形表面成型有铝合金散热翅片4，且中空筒体11顶端开成碗杯型，作为口槽19，然后去氧化，氧化后再对带散热翅片中空筒体11的顶端碗杯轻轻刮搽，以提高碗杯反光效果。另有一先用仪表车做出上粗下细的阶梯式铜柱5，铜柱5呈实心，上部外周表面也呈圆形，与中空筒体的内置空腔6大小形状相适配，铜柱上粗部20的顶面对称地各开有一孔9，孔9从上粗部下表面两边缘伸出，然后在孔9中穿入一根专用漆包线作为绝缘导线10，绝缘导线10上端镀银后做为芯片引线柱，铜柱上粗部20顶端开有一凹槽7，凹槽7深浅由产品要求决定，因为深浅影响整个封装后发光角度。开好后拿去给其镀银，这样就形成一反光凹槽和在凹槽上绝缘的引线柱。凹槽7底涂有绝缘胶，多颗芯片8置于绝缘胶上，等芯片固定好再用金丝球焊机进行芯片间和芯片与引线柱间的连接，连接后再给芯片8涂上一层专用萤光粉，用芯片8发光激射荧光粉发出不同色温的光，因为多颗芯片8连接成一整体，激射发光后光斑混合均匀一致，无杂色干净。另有用仪表车加工出的一个三层阶梯圆柱状散热底座12，其中间为一不穿透底座的圆孔13，底座最下阶梯开有2个或多个螺孔作为安装孔14。散热底座12顶部台阶20表面上开有并行的2道出线槽21。带散热翅片的中空筒体11和散热底座12都是圆柱状的，那是因为圆柱型相比其他形状散热表面积最大，更容易迅速散热而保护发光芯片寿命。
实心铜柱5压入带散热翅片的中空筒体11中，使铜柱上粗部20与中空筒体的内置空腔6完全紧密接合，成一整体，这样以利于把铜柱顶端凹槽里芯片8发光时所产生的高热完全有效传导于散热翅片4上，铜柱下细部21也紧密完全压入到散热底座的圆孔13中，形成一接触于发热源的底座12，也使散热底座12和带散热翅片的中空筒体11有机的紧密牢固结合成一整体，增加整体散热面和散热效果。漆包线下端连接线通过底座12出线槽21的槽口15通到外面做为连接端，使引线更加方便。
因为铜容易加工、导热性高、且导热均匀、常见的缘故，所以用铜柱作为发光芯片的承载体并将散热翅片的中空筒体和散热底座紧密连接。
玻璃凸透镜17放入带散热翅片的中空筒体11顶端的碗杯型口槽19里，然后再在碗口边缘放一硅橡胶垫圈作为密封圈18，旋上铝合金旋帽16，使旋帽16螺纹连接在中空筒体11顶端。有了此密封圈和旋帽，可以免凸透镜掉落，防水、防尘、防潮，保护住发光的芯片8，并可以根据客户要求产品用途而凸透镜17放置位置上下移动，用来改变发光角度。
这样，一合理美观超大功率照明级LED就做出来，而且假如里面芯片的坏掉，可以很方便的修理和维护，修理时只需把旋帽16拧下，取出凸透镜17，用专业工具取出铜柱5，刮掉凹槽底芯片8，重新焊接个芯片上去就行了，做到不浪费材料。
旋帽16、带散热翅片的中空筒体11和散热底座12都是圆柱状的，制作材料都为铝合金，它充分利用圆柱型比其他形状散热表面积最大的优点，更容易迅速散热而保护发光芯片寿命，而且因为铝合金具有轻巧、坚固、导热快、廉价常见、易加工等特点，使该产品每个部位都是紧密结合，外观紧凑，符合审美要求。
可以根据各部件大小比例配合，能生产出5W、10W、15W、20W、25W、30W、35W、40W、45W、50W。甚至更大功率的，60W-100W。
这样的制作方法，容易操作可行，工厂可以规模化生产，我公司已经量化，而且其散热结构科学合理，通过对产品的老化实验，该5W、10W、20W、30W、40W、50WLED各一组，老化了500个小时。
在室温25℃时，该产品工作时温度不超过65℃，光强衰减不超过15％，
在室温35℃时，该产品工作时温度不超过75℃，光强衰减不超过17％，
在室温40℃时，该产品工作时温度不超过80℃，光强衰减不超过18℃，
超大功率照明级LED参数表格
名称 电压(v) 电流量(mA) 光通量(1m) 尺寸(mm)   外表面工作温度(°) 发光角度(°)
  30W   16-18   1750   750   65*75*70   60-70   30-160
25W 13-15 1750 600   下同等比例缩小 60-70 30-160
  20W   13-15   1400   480   **   60-70   30-160
  15W   10-12   1400   360   **   60-70   30-160
  10W   10-12   1050   270   **   50-60   30-160
  5W   3.2-3.4   1400   120   **   50-60   30-160
这样看来该超大功率照明级LED工作时间的表面温度始终不超过80度，衰减不超过20％，这样就完全具有普通LED优势，但同时功率和亮度大大的提高了，完全可以满足照明市场的要求，同时，它的制造工艺又简单可行，完全可以规模生产，产品外观设计完美，既可以和照明设施配套使用，又可以单独使用，很利于向社会推广。
本发明的设计是独到和成熟的，在不背离本发明实质的情况下，熟悉本领域的技术人员对此发明做出相应的改动和变形，但这些相应的改变和变型都应属于本发明权利的保护范围之内。

Claims (9)

1、一种超大功率照明级发光二极管金属封装结构，其包括有翅片形散热器(1)和发光二极管(2)，其特征在于所述的翅片形散热器(1)包括有中空铝合金筒体座体(3)，中空铝合金筒体座体(3)外周面上从上而下分布有环形散热翅片(4)，另有铜柱(5)作为芯片固定座，兼作热传导体，铜柱(5)形状大小与中空铝合金筒体座体(3)内置空腔(6)相适配，至少使铜柱(5)局部表面能贴合着中空铝合金筒体座体内置空腔(6)腔壁，铜柱(5)顶端成型有反光型的凹槽(7)，二极管的发光芯片(8)安置于凹槽底，其凹槽(7)两边制有引线孔(9)，引线孔(9)中各置有一绝缘导线(10)，绝缘导线(10)顶端作为二极管的发光芯片(8)正负引线柱，绝缘导线(10)下端变成连接线通到中空铝合金筒体座体(3)外面作为连接端。
2、根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于所述的中空铝合金筒体座体(3)分成中上部铝合金筒体(11)和下部台阶状铝合金底座(12)，底座(12)中心制有不透底的圆孔(13)，底座(12)边缘制有安装孔(14)，铜柱(5)也呈现台阶状，上部与内置空腔(6)涨紧连接，下部与底座中心的圆孔(13)涨紧连接，并且，在中上部铝合金筒体(11)下部或底座(12)上制有连接线通到外面的开口。
3、根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于所述的铝合金筒体(11)上部外周制有螺纹，螺纹连接有中间开有圆孔的旋帽(16)，使光学凸透镜(17)和密封圈(18)固定在旋帽(16)与铝合金筒体口槽(19)之间。
4、根据权利要求3所述的封装结构，其特征在于所述的口槽(19)做成碗杯形状，表面涂有反光层。
5、根据权利要求4所述的封装结构，其特征在于所述的凹槽(7)底部涂有绝缘胶，将多颗二极管的发光芯片(8)置于绝缘胶固定住，芯片间与引线柱之间是焊接连接，在芯片(8)表面涂上一层荧光粉。
6、根据权利要求5所述的封装结构，其特征在于所述的绝缘导线(10)采用漆包线，顶端镀银。
7、根据权利要求6所述的封装结构，其特征在于所述的底座(12)顶部台阶(20)表面成型有出线槽(21)，使出线槽的槽口(15)成为连接线通到外面的开口。
8、根据权利要求7所述的封装结构，其特征在于所述的中上部铝合金筒体(11)做成中空圆柱体形状或正多边形形状。
9、根据权利要求8所述的封装结构，其特征在于所述的铜柱(5)截面为圆形或正多边形形状。
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