CN102142508A

CN102142508A - 一种高功率高亮度led光源封装结构及其封装方法

Info

Publication number: CN102142508A
Application number: CN2010105918628A
Authority: CN
Inventors: 刘兴胜; 李小宁; 彭晨晖; 郑艳芳; 王警卫
Original assignee: Xian Focuslight Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Focuslight Technology Co Ltd
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2010-12-16
Publication date: 2011-08-03

Abstract

本发明公开了一种高功率高亮度LED光源封装结构及其封装方法，该封装结构包括绝缘导热线路板、电极连接端口、电极连接块、热敏电阻、LED芯片。采用回流焊接或者贴片工艺将LED芯片的正极贴在覆金属引线的绝缘导热线路板上，将热敏电阻安装在靠近LED芯片的位置上；将电极连接端口安装在电极连接块上，然后与金属引线连焊接，制成高功率高亮度LED的光源。本发明兼具导热和绝缘的优点，且绝缘导热线路板与芯片的热膨胀系数比较匹配，散热性好的优点，主要应用于各种显示光源，背景光源，照明光源。

Description

一种高功率高亮度LED光源封装结构及其封装方法

技术领域

本发明属于LED光源技术领域，涉及LED光源封装，尤其是一种高功率高亮度LED光源封装结构及其封装方法。

背景技术

投影显示系统通常使用的光源为超高压水银灯(UHP)、金属卤化物灯、氙灯及卤素灯。多年来人类一直在寻找和开发固体发光光源，随着发光材料的开发和半导体制作工艺的改进，半导体照明用发光二极管效率不断提高。目前，超高压水银灯是投影装置的主流光源。发光二极管(简称LED)是一类直接将电能转化为光能的半导体器件。LED具有工作电压低、耗电量小、发光效率高、响应时间短、耐震动、稳定性高、体积小等一系列优点，广泛应用于指示灯、LCD背光、LED显示屏、装饰以及固态照明等各个领域。近年来，随着半导体发光材料的发展，LED在各种照明领域中越来越受到世人的瞩目，目前人们正努力研究用LED作为新型投影光源。相比高压水银灯光源，LED具有以下优点：

(1)效率高，近年来，LED的发光效率每年约以20lm/W的速度提升，现已达到100lm/W以上，而且由于LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，所以其可见光的转换效率远高于其它光源。白炽灯是最常用的照明光源，其可见光效率仅为10％～20％。

(2)色纯度高，UHP发出的光是全频段波长连续的光，而LED发出的光是单波峰的光，波峰半高宽只有几十纳米，色彩远比UHP更为鲜艳。

(3)能耗小，LED的功率一般在0.05～1W，通过集群方式可以满足不同的需要，浪费很少，而UHP灯的耗能是LED的30倍左右。

(4)寿命长，LED寿命可以达到100000h，而UHP灯的寿命只有2000h左右。

(5)响应时间短，LED的响应时间为纳秒级，在显示上可采用LEDRGB三基色组合取代白光光源，通过时序电路驱动LED发光，投影系统中的色轮及其相关机械装置可以被取消，投影机可实现小型化、轻量化。

(6)绿色环保，LED光谱集中在可见光波段，光谱几乎没有紫外线和红外线，热量、辐射很少，器件中不含有害物质。此外，LED还具有驱动容易、颜色再现范围大等优点。

目前国际上商业化的LED光源，多采用将芯片直接粘接在PCB电路板上或者将芯片封装在陶瓷上，然后再焊接或粘贴在PCB电路板上。以上两种封装形式都有以下缺点：

(1)散热性差，以上两种封装形式都使用PCB线路板，从而使散热效率低。

(2)结构复杂，需要多层结构，造成工艺复杂，增加成本。

(3)热膨胀系数不匹配，直接焊接在PCB电路板上的方式，芯片同热沉的热沉与LED芯片热膨胀系数不匹配，影响LED性能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高功率高亮度LED光源封装结构及其封装方法，本发明通过对LED光源封装结构的优化设计，能够解决现有技术中LED封装结构散热效率不高，稳定性差的问题，并且能够改善LED芯片同热沉热膨胀系数不匹配的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案解决的：

这种高功率高亮度LED光源封装结构，包括绝缘导热线路板、电极连接端口、电极连接块和LED芯片；所述绝缘导热线路板上覆有金属引线，所述金属引线包括正极金属引线和负极金属引线；LED芯片的正极面焊接在绝缘导热线路板的正极金属引线上，LED芯片的负极通过连接线A与绝缘导热线路板上的负极金属引线相连；所述电极连接端口安装在电极连接块上，并与所述金属引线连接。

上述绝缘导热线路板上于靠近所述LED芯片的位置固定有用于监测LED芯片的热敏电阻。

上述LED芯片是RGB单色或混色的三基色LED芯片或者白光芯片。

上述LED芯片的个数是一个或者多个；当LED芯片的个数为多个时，多个芯片采用串联、并联、串并联结合或者分别独立与所述金属引线连接。

为了提高导热效率，以上所述的绝缘导热线路板可选择陶瓷、金刚石或其他绝缘高导热材料；金属引线的材质为铜或金或其他导电性好的金属材料。

在本发明的较佳实施例中，在所述绝缘导热线路板上还设置有热沉、散热片或散热风扇或其他制冷器。

在本发明的实施例中，可以在LED芯片与金属引线之间设置用于保护LED芯片的二极管。

以上所述的连接线A为金属材料。

本发明还提出一种LED光源封装结构的封装方法，具体包括以下步骤：

1)首先准备绝缘导热线路板、电极连接端口、电极连接块、热敏电阻、LED芯片；

2)采用回流焊接或者贴片工艺将LED芯片的正极贴在覆金属引线的绝缘导热线路板上，将热敏电阻安装在靠近LED芯片的位置上；

3)将电极连接端口安装在电极连接块上，并与金属引线焊接，完成整个LED光源封装结构。

本发明具有以下优点：

(1)散热性好，本发明中LED芯片直接贴片在覆金属引线的绝缘导热线路板上，芯片与散热部位的距离更近，因此散热能力大大增强，这种增加了散热能力的结构，可显著提高输出的功率而不用担心散热的问题；

(2)热膨胀系数匹配，本发明中绝缘导热线路板的热膨胀系数接近LED芯片，减少了热压应力的影响。

(3)生产成本低，无需热沉，结构简单，大大降低了生产制造成本。

(4)出射光斑均匀，由于各个芯片可单独控制，可调节不同位置的光强达到均匀光斑输出。

附图说明

图1为本发明的各部件拆解示意图；

图2为本发明的整体结构图；

图3为本发明的热分布模拟图；

图4为本发明封装之后红光模块测试结果；

图5为本发明封装之后绿光模块测试结果；

图6为本发明封装之后蓝光模块测试结果。

其中：1为绝缘导热线路板；2为金属引线；3为电极连接端口；4为电极连接块；5为热敏电阻；6为LED芯片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1和图2，该种高功率高亮度的LED光源封装结构，包括绝缘导热线路板1、电极连接端口3、电极连接块4、热敏电阻5、LED芯片6。其中绝缘导热线路板1上覆有金属引线2，该金属引线2包括有分别排列成矩阵式的正极金属引线和负极金属引线。LED芯片6的正极面焊接在绝缘导热线路板1上的正极金属引线上，LED芯片6负极通过连接线A(选用金线)与绝缘导热线路板1上的负极金属引线相连。热敏电阻5安装在靠近LED芯片6的位置上，用于监测LED芯片6周围的温度；电极连接端口3安装在电极连接块4上，并与金属引线2的伸出端焊接。

本发明的LED芯片6是LED RGB三基色芯片或者白光芯片，其LED芯片6的个数可以是一个，也可以是多个，当LED芯片6的个数为多个时，多个芯片可采用串联、并联、串并联结合或者分别独立与金属引线2连接的方式。，其中串并联结合是指可以采用多个芯片先串联然后再与其他芯片并联，也可以采用多个芯片形成串联组然后与多个形成并联组的芯片连接的方式。因此，串并联结合可以在合理的范围内随意搭配芯片，使其的输出满足最终的要求。由于芯片发热量较大，本发明要求绝缘导热线路板1具有良好的导热能力，在本发明的较佳实施例中，绝缘导热线路板1采用陶瓷板或者金刚石板或者金刚石铜复合材料。当本发明的LED芯片6的个数较多，工作时发热量较大时，可以在绝缘导热线路板1上设置散热片、散热风扇或制冷器的方式，来加强散热。

本发明还提出一种LED光源封装结构的封装方法，其具体包括以下步骤：

1)首先准备绝缘导热线路板1、电极连接端口3、电极连接块4、热敏电阻5、LED芯片6；

(2)将导热板1用有机溶液和去离子水清洗干净、烘干，然后直接将金属箔在高温下直接烧结到导热板上形成金属层，该金属层厚度0.1-1.0毫米，完成后放入氮气柜中储存待用；

(3)在覆金属层的导热板1上刻蚀金属引线2，使金属层被刻蚀成如图1所示成阵列形式排列在导热板1上的正极金属引线和负极金属引线；使正极金属引线和负极金属引线的引出端集中在导热板1的一边侧；

(4)采用回流焊接或者贴片工艺将LED芯片6的正极贴在陶瓷板1上并且使其正极与正极金属引线相连，将LED芯片6的负极与负极金属引线焊接；将热敏电阻5安装在靠近LED芯片6的位置上；

(5)将电极连接端口3安装在电极连接块4上，然后与金属引线2的引出端焊接，从而完成LED光源封装结构的封装。

本发明的工作原理如下：

首先，将电极连接块4与电源相连。工作时，电源通过导线给LED芯片6供电，芯片发光。芯片发光的同时会产生大量的热，热会传导至绝缘导热线路板1上。金刚石或其他高导使得芯片散发的热量很容易散掉，当散热量不能满足要求时，也可根据需要加一些散热片、风扇或制冷器进行散热。还可以安装保护二极管对芯片起保护作用，以免出现过载。同时，靠近LED芯片6的热敏电阻5可探测LED芯片6周围的温度，反馈回控制器，一旦温度超过一定范围，停止供电。

如果是多个LED芯片根据需要可分别对单个芯片进行控制，这样可以对每个芯片的亮度分别控制，可保证最后光斑的均匀性。

实施例

根据本发明的高功率高亮度LED光源封装结构及其封装方法，本实施例制作出了高功率高亮度的LED光源，其结构也如图2所示，以下给出这种高功率高亮度LED光源的测试结果。

如图3所示，此高功率高亮度LED光源在热沉为25℃，风速为4.8m/s下工作时，其芯片工作温度只有56℃，本发明的光源模块热阻为0.87K/W。

图4为本发明封装之后红光模块测试结果，可知红光模块在6A电流下可输出400lm的红光。

图5为本发明封装之后绿光模块测试结果，可知绿光模块8.1A电流下可输出1150lm的绿光。

图6为本发明封装之后蓝光模块测试结果，可知蓝光模块8.1A电流下可输出200lm的蓝光。

综上所述，本发明兼具导热和热沉绝缘的优点，且绝缘导热线路板与芯片的热膨胀系数比较匹配，散热性好。本发明主要应用于各种显示光源，背景光源，照明光源。

Claims

1.一种高功率高亮度的LED光源封装结构，其特征在于：包括绝缘导热线路板(1)、电极连接端口(3)、电极连接块(4)和LED芯片(6)；所述绝缘导热线路板(1)上覆有金属引线(2)，所述金属引线(2)包括正极金属引线和负极金属引线；LED芯片(6)的正极面焊接在绝缘导热线路板(1)的正极金属引线上，LED芯片(6)的负极通过连接线A与绝缘导热线路板(1)上的负极金属引线相连；所述电极连接端口(3)安装在电极连接块(4)上，并与所述金属引线(2)连接。

2.根据权利要求1所述的高功率高亮度LED光源封装，其特征在于：所述绝缘导热线路板(1)上于靠近所述LED芯片(6)的位置固定有用于监测LED芯片(6)的热敏电阻(5)。

3.根据权利要求1所述的高功率高亮度LED光源封装，其特征在于：所述LED芯片(6)是RGB单色或混色的三基色LED芯片或者白光芯片。

4.根据权利要求1所述的高功率高亮度LED光源封装，其特征在于：所述LED芯片(6)的个数是一个或者多个。

5.根据权利要求4所述的高功率高亮度LED光源封装，其特征在于：当所述LED芯片(6)的个数为多个时，多个芯片采用串联、并联、串并联结合或者分别独立与所述金属引线(2)连接。

6.根据权利要求1所述的高功率高亮度LED光源封装，其特征在于：所述绝缘导热线路板(1)是陶瓷、金刚石或金刚石铜复合材料。根据权利要求1所述的高功率高亮度LED光源封装，其特征在于：所述绝缘导热线路板(1)上设置有热沉、散热片、散热风扇或制冷器。

7.根据权利要求1所述的高功率高亮度LED光源封装，其特征在于：所述LED芯片(6)与金属引线(2)之间设置有用于保护LED芯片(6)的二极管。

8.根据权利要求1所述的高功率高亮度LED光源封装，其特征在于：所述连接线A为金属线。

9.一种权利要求1或2所述LED光源封装结构的封装方法，其特征在于：

1)首先准备绝缘导热线路板(1)、电极连接端口(3)、电极连接块(4)、热敏电阻(5)、LED芯片(6)；

2)采用回流焊接或者贴片工艺将LED芯片(6)的正极贴在覆金属引线(2)的绝缘导热线路板(1)上，将热敏电阻(5)安装在靠近LED芯片(6)的位置上；

3)将电极连接端口(3)安装在电极连接块(4)上，并与金属引线(2)焊接，完成整个LED光源封装结构。