CN101436638A

CN101436638A - 大功率led封装结构

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Publication number: CN101436638A
Application number: CNA2008102438640A
Authority: CN
Inventors: 王海军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-16
Filing date: 2008-12-16
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2028-12-16
Also published as: CN101436638B

Abstract

本发明涉及一种大功率LED封装结构，尤其是一种散热效果好，可提高亮度减少光衰的大功率LED封装结构。其主要采用支架在基板上表面通过第一粘结剂层粘结有呈圆环状、竖直设置的支架，在支架的内孔所围区域对应的基板上表面设有LED发光芯片，在LED发光芯片与支架的内孔侧壁之间的空隙内充塞有硅胶，支架的顶端面上压盖有透镜，透镜底端面与支架的顶端面之间设有第二粘结剂层，在支架外壁面开设有与内孔连通的灌胶通道，基板、支架与透镜均由高纯透明的水晶晶体或石英制成。本发明具有发光效率高、导热率好、安装牢固、抗冲击、耐振动、耐高温与性能稳定可靠等特点。

Description

大功率LED封装结构

技术领域

本发明涉及一种大功率LED封装结构，尤其是一种散热效果好可提高亮度减少光衰的大功率LED封装结构。

背景技术

大功率LED是一类可直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件，具有工作电压低，耗电量小，发光效率高，发光响应时间极短，光色纯，结构牢固，抗冲击，耐振动，性能稳定可靠，重量轻，体积小，成本低等一系列特性，在LED产业链接中，上游是LED衬底晶片及衬底生产，中游的产业化为LED芯片设计及制造生产，下游归LED封装与测试，研发低热阻、高散热性、优异的光学特性、高透光、可靠的透镜。并与高散热性封装结构技术相结合是新型大功率LED走向实用、走向市场的产业化必经之路。

传统的LED器件封装透镜只能利用芯片发出的约50％的光能，由于发光半导体与封闭的环氧胶，透镜间的折射率相差较大，致使内部的全反射临界角很小，有源层产生的光只有小部分被取出，大部分在芯片、透镜、荧光材料与硅胶间，经无数次反射，漫射后在射出。与此同时发光芯片发出的光的部分被透镜本体吸收，成为超高亮度LED芯片取光效率很低的根本原因。如何将内部与透镜间不同材料折射、反射消耗掉的50％的光能加以利用，是当今业界亟须解决的问题，在这其中的透镜的吸收光能部分是急需解决的问题。

同时大功率LED的散热的问题一直是LED产业界急待要解决的问题。目前市场中可以见到是塑料的与铜的支架，或比较理想的现在有用陶瓷来做基板，在其上方设有一个金属环，同时将透镜放置金属环上，这种方式的导热情况也不是太理想。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种发光效率高、导热率好、安装牢固、抗冲击、耐振动、耐高温与性能稳定可靠的散热效果好可提高亮度减少光衰的大功率LED封装结构。

按照本发明提供的技术方案，散热效果好可提高亮度减少光衰的大功率LED封装结构，包括基板、支架、透镜与LED发光芯片，支架在基板上表面通过第一粘结剂层粘结有呈圆环状、竖直设置的支架，在支架的内孔所围区域对应的基板上表面设有LED发光芯片，在LED发光芯片与支架的内孔侧壁之间的空隙内充塞有硅胶，支架的顶端面上压盖有透镜，透镜底端面与支架的顶端面之间设有第二粘结剂层，在支架外壁面开设有与内孔连通的灌胶通道，基板、支架与透镜均由高纯透明的水晶晶体或石英制成。

所述的内孔为倒置的圆锥形。所述灌胶通道为灌胶槽体或者灌胶孔。透镜底端面外径小于基板顶端面的外径。

基板断面呈T字形。透镜外侧的支架上表面设有上钩体，在基板的内凹部下表面设有下钩体，在基板和支架的侧壁外侧设有将上钩体外端与下钩体连接一体的连接环，并在连接环壁体上开设有若干贯穿其壁体的伸缩槽。上钩体的内侧壁为自下而上向外发散的锥面，下钩体的内侧壁为自下而上向内收拢的锥面。第一粘结剂层与第二粘结剂层为环氧树脂。

基板整体嵌入与其相连的金属基板内。基板本体的下表面开设有散热沟渠。

本发明具有发光效率高、导热率好、安装牢固、抗冲击、耐振动、耐高温与性能稳定可靠等特点。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是图1中的支架结构俯视图。

图3是本发明实施例2的结构示意图。

图4是图3中的钩环结构俯视图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图所示：本发明主要由基板1、支架2、透镜3、LED发光芯片4、第一粘结剂层5、内孔6、硅胶7、第二粘结剂层8、灌胶通道9、金属基板10、上钩体11、下钩体12、连接环13、伸缩槽14与散热沟渠15等构成。

实施例1

如图1、2所示，散热效果好可提高亮度减少光衰的大功率LED封装结构，包括基板1、支架2、透镜3与LED发光芯片4，支架在基板1上表面通过第一粘结剂层5粘结有呈圆环状、竖直设置的支架2，在支架2的内孔6所围区域对应的基板1上表面设有LED发光芯片4，在LED发光芯片4与支架2的内孔6侧壁之间的空隙内充塞有硅胶7，支架2的顶端面上压盖有透镜3，透镜3底端面与支架2的顶端面之间设有第二粘结剂层8，在支架2外壁面开设有与内孔6连通的灌胶通道9。

基板1、支架2与透镜3均由高纯透明的水晶晶体或石英制成。所述的内孔6为倒置的圆锥形，形成反射汇聚光线的作用。所述灌胶通道9为灌胶槽体或者灌胶孔。透镜3底端面外径小于基板1顶端面的外径。基板1整体嵌入与其相连的金属基板10内。

实施例2

如图3、4所示，散热效果好可提高亮度减少光衰的大功率LED封装结构，包括基板1、支架2、透镜3与LED发光芯片4，支架在基板1上表面通过第一粘结剂层5粘结有呈圆环状、竖直设置的支架2，在支架2的内孔6所围区域对应的基板1上表面设有LED发光芯片4，在LED发光芯片4与支架2的内孔6侧壁之间的空隙内充塞有硅胶7，支架2的顶端面上压盖有透镜3，透镜3底端面与支架2的顶端面之间设有第二粘结剂层8，在支架2外壁面开设有与内孔6连通的灌胶通道9。

基板1、支架2与透镜3均由高纯透明的水晶晶体或石英制成。所述灌胶通道9为灌胶槽体或者灌胶孔。透镜3底端面外径小于基板1顶端面的外径。基板1整体嵌入与其相连的金属基板10内。

基板1断面呈T字形。透镜3外侧的支架2上表面设有上钩体11，在基板1的内凹部下表面设有下钩体12，在基板1和支架2的侧壁外侧设有将上钩体11外端与下钩体12连接一体的连接环13，并在连接环13壁体上开设有若干贯穿其壁体的伸缩槽14。上钩体11的内侧壁为自下而上向外发散的锥面，下钩体12的内侧壁为自下而上向内收拢的锥面。第一粘结剂层5与第二粘结剂层8为环氧树脂。

近代应用X射线分析的方法，具体揭示了大量晶体的内部结构。现已证明，一切晶体不论其外形如何，它的内部质点(原子、离子和分子)都是作规律排列的，这种规律主要表现为质点的周期重复，从而构成了所谓格子状构造。因此，按照现代的概念，物质中凡是质点做规律排列，即具有格子构造者称为结晶质。结晶质在空间的有限部分即为晶体。由此，我们可以对晶体下定义为：晶体是具有格子构造的固体。

水晶是具有格子构造的固体，所以称它为晶体。而石英玻璃状似固体，但其内部质点不作规律排列，即不具格子构造，所以称它为非晶质或非晶质体。具体地说，在水晶晶体中每个硅原子周围的氧原子的排列是一样的，这种规律叫做近程规律；不但如此，在水晶晶体中硅和氧的这种排列方式在空间作有规律的重复而形成格子构造，这种规律称为远程规律。但在石英玻璃的结构中只有近程规律，则没有远程规律，也就不能形成格子构造，而称为非晶质体。

基板1的材料为导热率高的水晶或石英材料，优选的是水晶；其形态可以是任意外形，优选的是长方形。由水晶制成的基板1，上、下表面都是平面，并在放置LED发光芯片4的地方穿孔，用来更好的导热，也可以在基板1上使用银胶等，使用时，有良好导热性能的液体材料涂在基板1的二面，通过在基板1上穿透的孔洞将基板的上下二个面导通用来加速导出热源，加快导热。同时也可以在基板与外部金属基板相连接的面基板本体上有多个纵向或纵横的散热沟渠15，以达到扩大基板底部散热面积，加速散热的目地。

本发明中提到的支架2外形可为任意有起到支撑透镜3的作用，并在支架2内部放置LED发光芯片4，其材料选用水晶或石英制成，优选的支架2的外观是一个具有一定厚度的圆环体。(支架2的内孔6是一个喇叭的外形，用于汇集LED发光芯片4边沿的光线。可以在LED发光芯片4上方涂布荧光粉胶压上透镜3，灌注硅胶密封后使用一个压力重力砣，将这一重力砣的下压力通过透镜3将涂布在芯片上方的荧光胶挤压成一个界与透镜4与芯片间均匀的一个荧光层，改良了发出的光的光环光晕的现象。

在选用水晶材料作为支架2时，在组合透镜3、支架2与基板1时，优选的是将支架2本体与透镜3通过第二粘结剂层8相粘连，在支架2外壁面开设有与其内孔连通的灌胶通道9，形成一个灌注硅胶7的通路。

本发明中提到的透镜3所选择的也是水晶或石英材质制成。其优选的可以是一个由实心半球体形成的透镜，本发明中透镜3根据发光角度的不同的要求可以是正半球，或大半球，或小半球，或是个球形。

在使用石英作为材质制备的大功率LED的基板1、支架2、透镜3中，基板1可以根据要求是任意的外形。以圆形光斑来设计，优选的是将基板1作成一个圆形并在其上制备一个与其相匹配的支架2，支架2的外形为一个具有一定厚度的圆环体。

电气系统因是众所公知的方式在此不作另外的详细介绍。同时因为水晶与石英具有非常好的导热性能可以将光线(LED工作时产生的温度)中的热能快速导出。提高了LED的使用寿命，增加了它的价值。

基板如图所示为一个长方形的外观。两端各有一个“+”、“—”级的接线端。将LED发光芯片4用银胶固定在基板1的中心处，待银胶固化后打上金线，将透镜3与支架2的组合件的本体与基板1相粘合处涂抹第一粘结剂层5(环氧树脂胶)，并将透镜3用第二粘结剂层8粘合在LED发光芯片4上方。待第一粘结剂层5、第二粘结剂层8固化后，由支架2的灌胶通道9穿处灌注硅胶7。形成一个完整的大功率LED。

为了加强支架2与基板1的结合强度，在透镜3外侧的支架2上表面设有上钩体11，在基板1内凹下表面设有下钩体12，在基板1和支架2的侧壁设有将上钩体11外端与下钩体12连接一体的连接环13，并在连接环13壁体上开设有若干贯穿其壁体的伸缩槽14，该伸缩槽14使得向下插接该钩体时，使整体钩体可向外撑开。上钩体11的内侧壁为自下而上向外发散的锥面，下钩体12的内侧壁为自下而上向内收拢的锥面。通过这种钩体可将支架2与基板1牢牢结合一体。

本发明突破性的采用水晶晶体制备基板1、支架2与透镜3。提高了大功率LED的热源散发速度。本发明使用环氧胶粘连基板1、支架2与透镜3，解决了水晶无法模压成形的困难。本发明使用支架2，或基板1本体所具有的折射与反射的特性将其制成具有反射汇聚功能，加强光的导向，减少了漫射提高了它的使用价值。本发明中基板1的本体是由水晶制成，基板1的底部与侧面都有热源散发，通过埋入与其相连的金属基板10本体中，从而加大了基板1与金属基板10间的接触面积，更进一步的加速了散发热源。本发明中基板1、支架2与透镜3的封装材料选用的是水晶晶体，可以受300度以上的高温所以。本发明的封装可以通过回流焊的方式，大大的节约了成本。

Claims

1、一种大功率LED封装结构，包括基板(1)、支架(2)、透镜(3)与LED发光芯片(4)，其特征是：支架在基板(1)上表面通过第一粘结剂层(5)粘结有呈圆环状、竖直设置的支架(2)，在支架(2)的内孔(6)所围区域对应的基板(1)上表面设有LED发光芯片(4)，在LED发光芯片(4)与支架(2)的内孔(6)侧壁之间的空隙内充塞有硅胶(7)，支架(2)的顶端面上压盖有透镜(3)，透镜(3)底端面与支架(2)的顶端面之间设有第二粘结剂层(8)，在支架(2)外壁面开设有与内孔(6)连通的灌胶通道(9)，基板(1)、支架(2)与透镜(3)均由高纯透明的水晶晶体或石英制成。

2、如权利要求1所述的大功率LED封装结构，其特征是：所述的内孔(6)为倒置的圆台形。

3、如权利要求1所述的大功率LED封装结构，其特征是：所述灌胶通道(9)为灌胶槽体或者灌胶孔。

4、如权利要求1所述的大功率LED封装结构，其特征是：透镜(3)底端面外径小于基板(1)顶端面的外径。

5、如权利要求1所述的大功率LED封装结构，其特征是：基板(1)断面呈T字形，透镜(3)外侧的支架(2)上表面设有上钩体(11)，在基板(1)的内凹部下表面设有下钩体(12)，在基板(1)和支架(2)的侧壁外侧设有将上钩体(11)外端与下钩体(12)连接一体的连接环(13)，并在连接环(13)壁体上开设有若干贯穿其壁体的伸缩槽(14)。

6、如权利要求5所述的大功率LED封装结构，其特征是：上钩体(11)的内侧壁为自下而上向外发散的锥面，下钩体(12)的内侧壁为自下而上向内收拢的锥面。

7、如权利要求1所述的大功率LED封装结构，其特征是：第一粘结剂层(5)与第二粘结剂层(8)为环氧树脂。

8、如权利要求1所述的大功率LED封装结构，其特征是：基板(1)整体嵌入与其相连的金属基板(10)内。

9、如权利要求1所述的大功率LED封装结构，其特征是：基板(1)本体的下表面开设有散热沟渠(15)。