CN101692448A - 多芯片led集中封装散热结构及其封装技术 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多芯片LED集中封装散热结构及其封装技术，包括大型热沉板、LED芯片、PCB板、绝缘层，所述PCB板固定于热沉板之上，在PCB板和热沉板之间还设有一层绝缘层，所述LED芯片集中排布封装于热沉板之上，其特征在于，在所述热沉板上有若干封装位置，在每个封装位置都设置有一个凹槽；所述LED芯片的负极焊接到热沉板，LED芯片的阳极线焊接到PCB板上；整个LDE芯片被封胶于凹槽内。热传导路径大大缩短，对于芯片上表面的热量不再是只能通过衬底的底面传导到热沉，而是让衬底的其余5个面都有热传导途径，LED芯片整体被封胶包裹也能更加有利于热量均匀传导和散发。

Description

多芯片LED集中封装散热结构及其封装技术
【技术领域】
本发明涉及LED照明设备领域，尤其涉及一种多芯片LED集中封装技术和运用这种技术的新型散热结构。
【背景技术】
所谓的LED即为半导体发光二极管，是一种新型的能直接将电能转化为光能的电子元器件，半导体元器件通常对温度都十分敏感，对于大功率LED来说，驱动电流一般在几百毫安以上，P-N结的升温非常明显，在一般的LED光源设备中，都是需要将若干颗大功率的LED芯片密集矩阵排列在一起使用，这样一来热量累积，散热不迅速就成为一个很严重的问题。对于大功率的LED来说，长时间发热或者过高的温度都会严重影响元器件的效率、稳定性和使用寿命。围绕解决LED芯片散热问题，不断研发各种技术手段和散热方式，主要有寻找新型热沉材料、改进散热基板结构、安装强制散热装置等等。
从芯片本身结构上来说，芯片结构包括一个衬底、外延片和PN结的两个电极，常用的衬底有蓝宝石、碳化硅和硅，而PN结的两个电极是就在衬底外延片之上加工出来的，LED发光就是在两极之间的量子阱流动，由电能转化为光能，所以究其根源LED的发热点在于最顶端PN结之间的量子阱，然后再通过衬底然后在通过热沉导热、散热。衬底的热传导系数很小，本身就不是热能的优良导体，所以散热问题才会一直成为大功率LED进一步发展的掣肘所在。
【发明内容】
本发明所要解决的问题是：在LED芯片的P结和N结之间的量子阱是发热的关键部位，而一般的传导热或者是散热都是要通过芯片下的衬底然后到热沉结构，衬底的热传导系数很小，容易有热量的沉积，最接近量子阱的N结上也有存在大量的热量，需要一个传导路径短的热传导途径才能良好解决散热问题。
本发明解决上述问题的技术方案是：所述多芯片LED集中封装散热结构，包括大型热沉板、LED芯片、PCB板、绝缘层，所述PCB板固定于热沉板之上，在PCB板和热沉板之间还设有一层绝缘层，所述LED芯片集中排布封装于热沉板之上，其特征在于，在所述热沉板上有若干封装位置，在每个封装位置都设置有一个凹槽；所述LED芯片的负极焊接到热沉板，LED芯片的阳极线焊接到PCB板上；整个LDE芯片被封胶于凹槽内，LED芯片的上表面和热沉板平面平行。
在热沉板上每个凹槽的一边打孔，在孔里面镶嵌一根铜柱，铜柱的直径范围是0.3-0.8mm，所述LED芯片的负极焊接到所述铜柱上，所述铜柱也可以采用其他导电性能良好的金属替代，能吸收和传导从N结传出来的热量。
在热沉板最外层覆盖了一层保护层，用于保护电子线路，防止氧化和脱落；
所述LED芯片底部通过固定用胶固定于热沉板的凹槽内，所述的固定LED芯片的方式是，先在热沉上开凹槽，所述凹槽呈现立方体形、圆柱体形、椭圆体形或者是由抛物线旋转所形成下陷的形状；优选直径为2-6mm的圆形凹槽，比较易于加工，然后在凹槽内加入固定用胶，放置芯片固定，加热凝固，焊接线路之后就用封胶封装好芯片即可。
所述大型热沉板根据需要设置若干个封装位置，呈矩阵排布、圆形排布；在热沉板上首先需要制作一层绝缘层，然后根据需要制作一层PCB板，最后制作一层保护层，用于保护PCB板和线路防氧化和脱落；
所述大型热沉板采用散热性能良好的铝、铜金属材料制作；
所述封胶可以采用UV胶、硅胶。
本发明的有益效果是：LED芯片嵌入到热沉表平面以下，热传导路径大大缩短，对于芯片上表面的热量不再是只能通过衬底的底面传导到热沉，而是让衬底的其余5个面都有热传导途径，LED芯片整体被封胶包裹也能更加有利于热量均匀传导和散发。另外负极直接连接到镶嵌于热沉板内部的铜柱上，加大了从LED芯片表面散热的效率。
【附图说明】
图1是本发明一实施例单元结构示意图；
图2是本发明一实施例整体结构示意图。
图中：1、热沉板；2、LED芯片；3、PCB板；4、凹槽；5、负极；6、阳极线；7、固定用胶；8、封胶；9、铜柱；10、保护层；11、绝缘层。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
参见说明书附图，可见本实用新型所涉及的多芯片LED集中封装散热结构，包括大型热沉板1、LED芯片2、PCB板3、绝缘层11，所述PCB板3固定于热沉板1之上，在PCB板3和热沉板1之间还设有一层绝缘层11，在实际生产中，通常是根据实际需要将若干颗LED芯片2集中排布封装于热沉板1之上，集成多芯片封装于一体的LED照明设备。
在所述热沉板1上有若干封装位置，在每个封装位置都设置有一个凹槽4；所述凹槽4呈现立方体形、圆柱体形、椭圆体形或者是由抛物线旋转所形成下陷的形状；优选直径2-6mm的圆形孔，比较易于加工，然后在凹槽内加入固定用胶，加热，然后放置LED芯片并且固定，焊接好线路之后就用封胶封装好LED芯片即可，用于封装芯片的封胶8可以采用UV胶、硅胶。
所述热沉板1的处理过程是：先要用数控铣床铣床出凹槽4，然后在热沉板1上首先需要制作一层绝缘层11，然后根据需要制作一层PCB板3，最后制作一层保护层10，用于保护PCB板和线路防氧化和脱落。
被封装到热沉板1上的LED芯片2上有负极5和阳极线6，负极5焊接到热沉板1，而LED芯片2的阳极线6焊接到PCB板3上；实际上更加优选的方式是在热沉板1上每个凹槽4一边打孔，镶嵌一根铜柱9，铜柱9的直径在0.3-0.8mm，所述LED芯片2的负极5焊接到所述铜柱9上；从图中可以看到整个LED芯片2被封胶于凹槽4内，LED芯片2的上表面和热沉板1上表面平行，但是根据不同情形，将上表面做得比热沉平面低一点或者是高一点都是在本专利保护范围内。
所述LED芯片2通过固定用胶固定于热沉板1的凹槽4内；所述凹槽4呈现立方体形、圆柱体形、椭圆体形或者是由抛物线旋转所形成下陷的形状；
所述大型热沉板1根据需要设置若干个封装位置，呈矩阵排布、圆形排布；产品有不同的需求时可以有不同的布置方式。
所述大型热沉板1采用散热性能良好的铝、铜金属材料制作；热沉板1的主要作用在于把热量吸收到并传导出去。
本发明的有益效果是：LED芯片嵌入到热沉表平面以下，热传导路径大大缩短，对于芯片上表面的热量不再是只能通过衬底的底面传导到热沉，而是让衬底的其余5个面都有热传导途径，LED芯片整体被封胶包裹也能更加有利于热量均匀传导和散发。另外LED芯片的负极直接连接到镶嵌于热沉板内部的铜柱上，加大了从LED芯片上散热的效率。能很好解决多芯片封装技术领域中散热不易的问题。

Claims (10)

1.一种多芯片LED集中封装散热结构，包括大型热沉板、LED芯片、PCB板、绝缘层，所述PCB板固定于热沉板之上，在PCB板和热沉板之间还设有一层绝缘层，所述LED芯片集中封装于热沉板之上，其特征在于，在所述热沉板上有若干封装位置，在每个封装位置都设置有一个凹槽；所述LED芯片的负极焊接到热沉板，LED芯片的阳极线焊接到PCB板上；整个LDE芯片被封胶于凹槽内。
2.根据权利要求1所述多芯片LED集中封装散热结构，其特征在于，在所述热沉板上每个凹槽的一边打孔，在孔里面镶嵌一根铜柱，铜柱的直径范围是0.3-0.8mm，所述LED芯片的负极焊接到所述铜柱上。
3.根据权利要求1所述多芯片LED集中封装散热结构，其特征在于，较佳布置方式是让LED芯片的上表面和热沉板平面呈平行。
4.根据权利要求1所述多芯片LED集中封装散热结构，其特征在于，在热沉板最外层覆盖了一层保护层；所述LED芯片底部有固定用胶。
5.根据权利要求1所述多芯片LED集中封装散热结构，其特征在于，所述固金凹槽呈现立方体形、圆柱体形、椭圆体形或者是由抛物线旋转所形成下陷的形状。
6.根据权利要求1所述多芯片LED集中封装散热结构，其特征在于，所述大型热沉板根据需要设置若干个封装孔位，所有的封装孔位呈矩阵排布、圆形排布或者根据需要方式排布。
7.根据权利要求1所述多芯片LED集中封装散热结构，其特征在于，所述大型热沉板采用散热性能良好的铝、铜金属材料制作。
8.根据权利要求1所述多芯片LED集中封装散热结构，其特征在于，所述封胶可以采用UV胶、硅胶。
9.根据权利要求1所述多芯片LED集中封装散热结构的封装技术，其特征在于，所述LED芯片底部通过固定用胶固定于热沉板的凹槽内，所述的固定LED芯片的方式是，先在热沉板上开凹槽，所述凹槽呈现立方体形、圆柱体形、椭圆体形或者是由抛物线旋转所形成下陷的形状；优选为直径2-6mm的圆形凹槽，比较易于加工，然后在凹槽内加入固定用胶，放置芯片固定，加热凝固，焊接线路之后就用封胶封装好芯片即可。
10.根据权利要求9所述多芯片LED集中封装散热结构的封装技术，其特征在于，在所述热沉板上首先需要制作一层绝缘层，然后根据需要制作一层PCB板，最后制作一层保护层，用于保护PCB板和线路防氧化和脱落。
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