CN101097973A - 大功率led二维光源 - Google Patents

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梁秉文
刘乃涛
张佃环
毛家燕
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Abstract

本发明提供了一种大功率LED二维光源，在金属铝基印刷电路板上直接封装焊接或贴装有大功率LED芯片，芯片焊装区域加工有碗状凹坑，凹坑的四周经抛光镀银形成光反射区，芯片周围配置有内表面镀银的光反射碗并固定在铝基电路板上，芯片出光口封有硅类透明树脂并呈曲面形状，光反射碗上罩有透镜，配装有电气连接结构。本发明既可制作单体产品，也可制作多单元集束形式的产品，具有标准间距连接端口，实现低成本、高度集成化的面光源，具有优越的散热功能和均匀的发光效果，适合各类照明灯具的通用半导体照明光源。

Description

大功率LED二维光源
技术领域
本发明涉及大功率发光二极管(LED)二维光源，属于半导体照明技术领域。
背景技术
近年来，LED光源得到日益广泛的应用，但是以单芯片封装的LED向大功率方向发展的进程中受到了巨大制约。传统的功率型LED封装结构如图1所示，包括LED芯片1、热沉2、金属丝线3、硅胶4、支架5、塑料座6、透镜7。由铜片冲成支架5，通过二次注塑包含有支架的塑料座6；热沉2利用冲压方式成形并电镀，将热沉2与塑料座6进行嵌装，受零件尺寸公差的影响会有较多的装配不牢固的次品产生；将大功率大尺寸LED芯片1安放在热沉2上，通过金属丝线3将LED芯片1与支架相连，透镜7倒扣在塑料座6上，内部填充硅胶4，工序中极易产生气泡，并会产生不良的封装产品，出现透镜的脱落。显而易见，传统的大功率LED封装所用的零部件较多，制造加工过程中手工操作工序繁，结构复杂，难以保证产品的质量稳定性，不适合大批量生产。
而且这类封装产品还需进行电热的转接才能应用，将LED封装产品用导热胶贴合在一片铝基电路板片8的正中央，再将支架与铝基板的焊盘通过锡焊进行连接。在这道工艺中存在两大问题：一、定位偏心，会在LED产品后期应用中造成光斑的偏心；二、导热胶涂抹不当，会造成热沉与散热铝基片之间热阻过大，使LED热量不能得到充分散发，导致LED芯片的内部温度升高，严重影响到LED光源的出光效率和工作寿命。而且合格的单芯片封装的LED产品在最终使用时，仍然不能利用贴片方式进行批量生产，也无法利用标准的接插件进行电气连接；需要配置多个LED时，单个LED芯片封装部件的组合相当困难，在结构设计和组装上显得非常繁琐，组合后的各个LED的热量传导路径差异很大，有的单体LED的热量得不到充分散发，将影响整体的工作。
目前，对于3 W以上的LED芯片的封装在散热方面遇到了较大的困难，大功率LED单灯封装成本较高，将直接增加灯具成本，直接影响到大功率LED在照明领域的推广和应用。
发明内容
本发明的目的是能满意地解决现有技术存在的不足，提供一种大功率LED二维光源，采用LED芯片在金属铝基电路板直接封装，集成功率芯片于一体，实现面光源的功能，成为适合各类照明灯具的通用半导体照明光源。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
大功率LED二维光源，其特征在于：在金属铝基印刷电路板上直接封装焊接或贴装有大功率LED芯片，芯片周围配置有光反射碗并固定在铝基电路板上，芯片出光口封有硅类透明树脂，光反射碗上罩有透镜，配装有电气连接结构。
进一步地，上述的大功率LED二维光源，所述的金属铝基印刷电路板为厚度0.5～4mm的铝或铝合金板材，在金属铝基印刷电路板上的LED芯片焊接区域设有碗状凹坑，其直径为0.5～4mm，深度为0.3～1mm，凹坑的四周为抛光镀银面。所述的大功率LED芯片为RGB三基色芯片。所述的光反射碗为注塑模压塑料件，其内表面为镀银面。所述硅类透明树脂的表面呈曲面形状。
再进一步地，上述的大功率LED二维光源，所述的金属铝基印刷电路板上设有6个标准间距的焊盘。
更进一步地，上述的大功率LED二维光源，在金属铝基印刷电路板上设有两个以上LED芯片焊接区域，并在电路板上下端设有电气连接插座。
本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
①大功率LED裸芯片直接封装在金属电路板上，二维光源产品体积缩小，制造工序大大简化，提高了自动化生产水平，产品成本明显降低，质量显著改善，实现模块化标准化规模化生产。
②在金属电路板上设计芯片反射碗和光亮镀膜，采用高可靠性和高透光性的新型硅胶对芯片进行封固，在高温固化过程中通过专用的工艺模具成型，使透明树脂表面产生特殊的曲面。并利用特殊设计的光学透镜进行调整，可以有效地控制出光角度和光强分布，二维光源的整体散热性能和出光效果大幅提高，大功率的点光源变成发光均匀的面光源，提高了视觉舒适性。
③解决了大功率LED的发热问题，形成有效的散热通道，将温升对大功率LED稳定性的影响降到最低程度，实现灯具的超薄化。
④二维光源既可以单体产品的形式出现，还可形成一种多单元集束形式的产品；二维光源产品具有6个标准间距的焊盘，可以直接与控制线路相连，通过不同连接，可形成共阳或共阴的出线方式；产品的上下部位设有标准间距的连接端口，可以配装电气连接插座，用来二次电气的任意串并联组合，扩展光源的数量，在功率长度尺寸方面具有极大的灵活性。
⑤实现了灯光照明的数字化控制，在低驱动电流条件下可维持其流明效率；对于RGB多晶型混光而形成白光，可通过数字RGB混合控制系统，在很大范围内任意调节LED的亮度、颜色和色调，给人一种全新的视觉享受。
⑥推动了相关应用领域的发展，不仅用于通用照明，还可作为行业关键共性技术，二维光源模块可通过封装小功率芯片制作成全彩屏显示模块、通过封装大功率芯片制成高光通量白光模块，还可通过封装三基色大功率芯片制作成大屏幕液晶用LED背光源，因此二维光源技术的突破将对LED全彩显示屏、户外半导体照明、大屏幕LCD背光源等应用领域产生深远的影响。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：背景技术中功率型LED封装结构示意图；
图2：本发明单体二维光源的结构示意图；
图3：本发明单体二维光源金属铝基电路板示意图；
图4：本发明集束形式二维光源金属铝基电路板示意图。
具体实施方式
大功率发光二极管(LED)二维光源，采用LED芯片在金属铝基电路板直接封装，集成功率芯片于一体，形成低成本、高度集成化的面光源，具有优越的散热功能和均匀的发光效果。
本发明单体二维光源的结构如图2所示，包括：大功率发光二极管芯片11，金属丝线12，金属铝基电路板19以及碗状凹坑18，塑料光反射碗14，封装的透明树脂13以及用工艺模具成型的曲面17，透镜15和电气连接插座16。
单体二维光源产品的金属铝基电路板如图3所示，图中：铝合金板材31、碗状凹坑32、塑料光反射碗定位孔34、标准间距的焊盘33、连接插座定位孔36以及二维光源安装孔35。
集束形式二维光源(以三联体为例)金属铝基电路板如图4所示，图中：金属电路基板铝合金板材41、碗状凹坑42、塑料光反射碗定位孔44、标准间距的焊盘43、连接插座定位孔46以及二维光源安装孔45。
大功率LED二维光源，采用发光二极管直接电路板上封装工艺COB(Chip on Board)方式，大功率LED芯片11通过金属铝基电路板直接封装，尺寸减小，结构紧凑，集成度高，改善了灯具的散热效果，实现了灯具的超薄结构设计，使照明灯具与建筑融合一体化。
金属电路板19采用铝合金板材，在铝金属板上贴一层绝缘层，并在绝缘层上进行铜层贴合，通过相关工艺完成铝基电路板的加工。金属电路板19与芯片11进行一体化设计，由于电路板上线数较多、间隙较细，考虑到散热因素，金属基印刷电路板19采用厚度为0.5～4mm的铝或铝合金的板材，在金属电路板上LED芯片焊接区域设置碗状凹坑18，凹坑18的四周经抛光镀银后成为光反射区，达到提升出光效率的目的。碗状凹坑18的加工采取冲压方式或立铣刀铣削方法，凹坑18直径为0.5～4mm，深度在0.3～1mm。大功率LED芯片11直接焊接或贴装在凹坑18底部的铝基板19上。
根据二维光源的应用场合，焊接或贴装的芯片11可以是大功率RGB三基色芯片，用一种专用的数字RGB混合控制系统进行控制，通过配置RGB三基色的工作电流数值调整二维光源的亮度和颜色，获得绚丽缤纷色彩；在混色为白光而作为照明时，可通过配置RGB三基色的工作电流数值来调整白光的色温，得到非常满意的舒适度和显色评价指数，并获得较大的光输出能量。RGB三基色芯片用金属丝线12与金属电路板上导电线路进行焊接实现电气连接。芯片四周配置有以注塑模压方式生产的塑料光反射碗14，光反射碗14同时作为透镜15的底座，且固定于铝基电路板19上，起到防护芯片和固定透镜的双重作用，反射碗的内壁四周光亮镀银，具有良好的反射效果。
由于LED的光特性与白炽灯泡和荧光灯不同，光色的均匀性非常重要，本发明大功率LED二维光源，在反射碗内部LED芯片出光面封固新型硅类透明树脂，其固折射率处于空气和LED芯片之间，在高温固化过程中通过专用的工艺模具成型，使透明树脂表面产生特殊的曲面17，形成一定的角度，从而使光线能够高效照射。在二维光源的出光面上罩有同样以注塑模压方式生产的透镜15，此透镜15经过专业的光学设计，形成光散射面，使大功率的点光源变成发光均匀的面光源，提高光线的均匀性和柔和性。
单一的二维光源产品具有6个标准间距的焊盘，可直接与控制线路相连，二维光源产品在应用方面减少了扩展难度，连接成共阳或共阴的出线方式，也可进行二次电气的任意串并联组合，扩展光源的数量，在功率长度尺寸方面与实际运用相匹配，具有极大的灵活性。焊盘用锡膏焊接安装标准的接插件，方便地与外部进行电气连接。单一的二维光源产品不加二次散热可直接使用，也可设计和加装二次光学部件，制成适合通用照明的半导体光源。
二维光源既可以以单体产品的形式出现，还可以形成一种多单元集束形式的产品。金属基印刷电路板上设置两个以上LED芯片焊接区域，产品的上下部位同样设计具有标准间距的连接端口，可配装上电气连接插座，在应用需要的场合也可以将它们进行串并联加以扩展，这种集束式的二维光源进一步适应各种应用照明灯具，同样具有极大的灵活性。
以上通过具体实施例对本发明技术方案作了进一步说明，给出的例子仅是应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的一种限制。

Claims (7)

1.大功率LED二维光源，其特征在于：在金属铝基印刷电路板上直接封装焊接或贴装有大功率LED芯片，芯片周围配置有光反射碗并固定在铝基电路板上，芯片出光口封有硅类透明树脂，光反射碗上罩有透镜，配装有电气连接结构。
2.根据权利要求1所述的大功率LED二维光源，其特征在于：所述的金属铝基印刷电路板为厚度0.5～4mm的铝或铝合金板材，在金属铝基印刷电路板上的LED芯片焊装区域设有碗状凹坑，其直径为0.5～4mm，深度为0.3～1mm，凹坑的四周为抛光镀银面。
3.根据权利要求1所述的大功率LED二维光源，其特征在于：所述的大功率LED芯片为RGB三基色芯片。
4.根据权利要求1所述的大功率LED二维光源，其特征在于：所述的光反射碗为注塑模压塑料件，其内表面为镀银面。
5.根据权利要求1所述的大功率LED二维光源，其特征在于：所述硅类透明树脂的表面呈曲面形状。
6.根据权利要求1所述的大功率LED二维光源，其特征在于：所述的金属铝基印刷电路板上设有6个标准间距的焊盘。
7.根据权利要求1所述的大功率LED二维光源，其特征在于：在金属铝基印刷电路板上设有两个以上LED芯片焊接区域，并在电路板上下端设有电气连接插座。
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