CN102437266A - Led封装结构 - Google Patents

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Abstract

一种LED封装结构，其包括一LED芯片，及一散热器，该LED芯片直接定位于该散热器上。该LED封装结构省略了繁杂的中间环节，整体制作成本大幅下降，产品的一致性得到提高；热阻明显下降，相同功率下体积大大缩小，寿命得以延长，亮度得到提升，光衰速度变慢，使LED向大功率照明发展的技术上升到了一个新的台阶。

Description

LED封装结构
【技术领域】
本发明涉及一种LED封装结构，特别涉及一种具有良好散热性能的LED封装结构。
【背景技术】
随着技术的进步，发光二极管(LIGHT EMITINGDIODE，简称LED)的应用日益广泛，尤其是LED的功率不断改进提高，LED逐渐由信号显示向照明光源的领域延伸发展。随着大功率LED的推广，面临最大的问题是发光总亮度低。为提高发光总亮度，一般采取提高单颗LED亮度，及将多颗封装好的LED灯珠，采取串并联集合在一起的办法。无论提高单颗芯片的亮度，还是串并联集合在一起的方法，都要加大功率，都会急剧加大热的产生。
LED目前仅有35％左右的电能转换成了光能辐射出来，其余65％左右的电转变成了热。小功率LED产热总量少，发热问题不突出，而大功率照明用LED，其功率是原来小LED的几十，几百倍，发热问题一下变成了影响LED寿命及发光效率的最关键因素之一，并成为阻碍照明推广最大瓶颈问题。传统的LED散热装置的结构如图1所示，该LED封装1包括一个比如用InGaN半导体制成的LED芯片12，一个用于在其上固定LED芯片12并且同时具有散热功能的热沉14，该热沉14一般为一热辐射组件或者一金属块，一个用于容纳该热沉14的壳体16，一个用于密封该LED芯片12以及热沉14顶部的硅树脂密封18，一个用于覆盖该硅树脂密封18和一对金线20的透镜22，该金线20用于给LED芯片12提供电压。同时，金线20和输出电极24电气连接。该LED芯片12通过焊料30和一个衬底13相连接，并通过银胶32将LED芯片12固定在该热沉14上，该热沉14用导热胶34粘在铝基线路板26上，该铝基线路板26涂覆导热硅脂36后与散热器28固定。其产生热能的散热渠道如下：LED芯片12经过衬底13到达热沉14，由热沉14经过导热胶34到铝基线路板26，再从铝基线路板26经过导热硅脂传到散热器28，最后由散热器28散发到空气中。
该LED封装结构1的封装形式及热传递过程需依次穿过9道屏障，但由于导热胶，导热硅脂，空气属导热系数小的介质，由其构成的散热途径为高热阻环节，造成传统LED散热装置的LED芯片12工作时产生的热量要经过多个高热阻环节散发，散热不良，而LED芯片12及与它接触的材料(环氧树脂，荧光粉)的稳定性对温度很敏感，高温会加速LED芯片12，环氧树脂，荧光粉的性能劣化，使LED芯片12光效衰退，环氧树指变黄，透光率下降，荧光粉光转换效率降低。这些变化的结果使得以光能形式的能量输出越来越小，更多的输入能量会转化成热能，温度会进一步上升。所以，传统散热结构的散热不良意味着LED工作寿命缩短。同时，该LED封装结构使制造工序非常繁杂，故在制造过程中不易保持产品的一致性。
【发明内容】
为克服现有技术之散热不良问题，本发明提供一种具有良好散热性能之LED封装结构。
本发明解决技术问题的技术方案是：提供一种LED封装结构，其包括一LED芯片，及一散热器，该LED芯片直接定位于该散热器上。
优选地，该LED芯片包括一P极与N极，该P极与N极分别设置于该LED芯片之顶部，即远离该散热器一侧；或该P极与N极分别设置于该LED芯片之两侧，即LED芯片顶部与底部；或该P极与N极分别设置于该LED芯片之底部，即邻近该散热器一侧。
优选地，该LED芯片通过共晶焊或粘胶定位于该散热器上。
优选地，该散热器进一步包括一绝缘层，该绝缘层设置于该散热器之顶面，面对于该LED芯片。
优选地，该散热器进一步包括一导电层，设置于该绝缘层之上，面对于该LED芯片。
优选地，该LED芯片之P极与N极由超声焊引出。
优选地，该LED芯片之P极与N极由该导电层引出。
优选地，进一步包括多颗LED芯片串并联电连接，与提供该LED封装结构之电源连接线对应的LED芯片之P极与N极由该导电层引出，非与电源连接线对应的LED芯片之P极与N极由超声焊引出。
优选地，该芯片间用金线、铝线、铜线通过超声焊进行连接。
优选地，该芯片间用金线、铝线、铜线通过导电层进行连接。
优选地，该散热器上设置一凹槽，或界定一V型槽，或界定一
Figure BSA00000384099800031
型槽，或界定一突起，该LED芯片设置于该凹槽或V型槽或
Figure BSA00000384099800032
型槽或突起的平面上。
优选地，该散热器与芯片相对的平面，凹槽，V型槽或
Figure BSA00000384099800033
型槽四周设置一反光层。
优选地，该反光层通过离子封孔染色处理，封孔成与芯片发光色相同的颜色以增强反光效果，或封孔成与芯片发光色不相同的颜色以增加美观效果。
优选地，该导电层通过粘结，锚固，卡槽卡固一导电金属箔，或导线的方式制作，或是用印刷电路板工艺制作。
优选地，该散热器由铜材料或铝材料制作。
与现有技术相比，本发明LED封装结构由于采用将芯片直接设置于散热器上之结构，省略了繁杂的中间环节，整体制作成本大幅下降，产品的一致性得到提高；热阻明显下降，相同功率下体积大大缩小，寿命得以延长，亮度得到提升，光衰速度变慢，使LED向大功率照明发展的技术上升到了一个新的台阶。
【附图说明】
图1是现有技术LED封装结构的剖面示意图。
图2本发明LED封装结构第一实施例的剖面示意图。
图3是本发明之LED封装结构第一实施例的一变形实施方式的剖面示意图。
图4是本发明之LED封装结构的散热器变形结构一示意图。
图5是本发明之LED封装结构的散热器变形结构二示意图。
图6是本发明之LED封装结构的散热器变形结构三示意图。
图7是本发明之LED封装结构的散热器变形结构四示意图。
图8是本发明之LED封装结构的散热器变形结构五示意图。
图9是本发明之LED封装结构的散热器变形结构六示意图。
图10是本发明之LED封装结构的散热器变形结构七示意图。
图11是本发明之LED封装结构的散热器变形结构八示意图。
图12是本发明之LED封装结构的散热器变形结构九示意图。
图13是本发明之LED封装结构的散热器变形结构十示意图。
图14是本发明之LED封装结构第二实施例的剖面示意图。
【具体实施方式】
请参阅图2与图3，本发明LED封装结构第一实施例之示意图。该LED封装结构2包括一LED芯片21及一散热器23，该LED芯片21直接定位于该散热器23上，其定位的方式可以是直接共晶焊(如图1所示)或通过粘结层23直接粘接定位(如图2所示)。在该结构中，芯片21的P极与N极均设置于远离散热器23的一侧，即芯片的顶部，该P极与N极直接通过超声焊分别引出。当该芯片21与芯片21间距离较短时，可用金线、铝线、铜线等通过超声焊进行连接。该散热器23由铜材料或铝材料制作。
该LED封装结构2有多种运用领域，同时根据不同应用领域的需求也具有多种变形结构，从而该芯片21与该散热器23的相对位置也出现多种变化，如图4到图13所示。请参考图4，为一般的LED产品较常用之结构，该LED芯片21直接设置于该散热器231上，该散热器231之散热鳍片纵向延伸，纵向散热，另该散热器231的散热鳍片亦可以横向延伸，横向散热。该散热器231的散热鳍片可设置为方形，或圆柱形，以利于不同方向的风进行散热。
请参考图5，该LED封装结构2用于一般的射灯与照明灯中，该芯片21直接设置于该散热器233上，该散热器233之散热鳍片呈辐射状，360度全方位散热。
请参考图6，该LED封装结构2也用于一般的射灯与照明灯中，该芯片21直接设置于该散热器233’上的底部，该散热器233’之散热鳍片呈辐射状，360度全方位散热，同时其中间部设置一空孔2331的结构，用于放置控制器。
请参考图7，该LED封装结构2用于一般的路灯结构中，该散热器234的顶面上设置一凹槽，该多颗芯片21设置于散热器234的凹槽中，该凹槽内壁进行了抛光处理，其凹槽深度及斜度根据取光用途与使用环境可灵活设计。
请参考图8与图9，该LED封装结构2用于汽车射灯、投影仪、机器设备中，该LED芯片21直接设置于该散热器235，236上，该散热器235与236未设置散热鳍片的结构，其通过螺丝等紧固件或焊接固定在其他更大的热的导体上进行热量传递，如投影机的机壳，汽车的车壳、底盘，设备中的热的导体上，甚至墙体，地面等。
请参考图10，该LED封装结构2用于手电筒的结构中，该LED芯片21直接设置于该散热器238之顶面上。
请参考图11，该LED封装结构2用于矿灯的结构中，该散热器239的中部界定了一V型槽，该LED芯片21直接设置于该散热器239之V型槽的底部，该散热器239的散热鳍片分布于该V型槽的外围。该V型槽的内侧涂布有反光层，用于汇聚光束至预设光束范围。该V型槽亦可设置为
Figure BSA00000384099800061
型结构。
请参考图12，该LED封装结构2用于探照灯的结构中，该散热器2310的中部界定了一V型槽，该LED芯片21直接设置于该散热器2310之V型槽的底部，该散热器2310的散热鳍片分布于该V型槽的外围与底部。该V型槽的内侧涂布有反光层，用于汇聚光束至预设光束范围。该V型槽亦可设置为型结构或一突起结构。
请参考图13，该LED封装结构2直接设置于散热器2311上，但该散热器2311为一热管结构。
请参考图14，本发明LED封装结构的第二实施方式，该LED封装结构3包括一LED芯片31及一散热器33，该LED芯片31直接定位于该散热器33上，其定位的方式可以是直接共晶焊或通过粘结层直接粘接定位。在该结构中，芯片31的P极与N极均设置于散热器33的一侧，即芯片31的底部。
该散热器33之顶部包括一绝缘层332及一导电层331，该导电层331设置于该绝缘层332与该芯片31之间。该导电层331通过粘结，锚固，卡槽卡固一导电金属箔或导线的方式制作，或是用印刷电路板工艺制作。其与芯片31底端连接并引出P极与N极，同时该芯片31与芯片31间亦通过导电层331进行电性连接。
相较于现有技术，本发明LED封装结构2，3由于采用将芯片21，31直接设置于散热器23，33上之结构，省略了繁杂的中间环节，整体制作成本大幅下降，产品的一致性得到提高；热阻明显下降，相同功率下体积大大缩小，寿命得以延长，亮度得到提升，光衰速度变慢，使Led向大功率照明发展的技术上升到了一个新的台阶。
本发明LED封装结构并不限于上述实施方式所述，如，该芯片31的P极与N极分别设置于芯片的两侧，即顶部与底部，设置于顶部的电极由超声焊引出，设置于底部的电极由散热器33上的导电层331引出。又，当该芯片21与芯片21通过超声焊进行芯片21间的电性连接时，为提高安全系数，线与散热器23间增加一绝缘层。再，还可于线，导电层之上再增加一保护层，或将线放入槽中加以保护。另，该V型槽或该型槽设置反光层，反光层可用抛光法、涂层法，液体法，溅射法、真空镀层法(蒸化真空沉积法)、电镀、氧化方式制成。当为铝材散热器时，并通过氧化的方法制作反光层时，该氧化层进一步通过离子封孔、染色处理，提高美观效果，具有与芯片发光色相同的颜色时，提高反光效果。且，当该LED封装结构包括多颗LED芯片31串并联电连接时，与电源连接线对应的LED芯片31之P极与N极由该导电层331引出，非与电源连接线对应的LED芯片之P极与N极由超声焊引出。
同时，该LED封装结构也适用于其他大功率芯片，包括不限于LED、功率集成电路、大功率稳压电源、大功率音响芯片、CPU等高功率芯片的散热封装。

Claims (15)

1.一种LED封装结构，其包括一LED芯片，及一散热器，该LED芯片定位于该散热器上。
2.如权利要求1所述的一LED封装结构，其特征在于：该LED芯片包括至少一P极与N极，该P极与N极分别设置于该LED芯片之顶部，即远离该散热器一侧；或该P极与N极分别设置于该LED芯片之两侧，即LED芯片顶部与底部；或该P极与N极分别设置于该LED芯片之底部，即邻近该散热器一侧。
3.如权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于：该LED芯片通过共晶焊或粘胶定位于该散热器上。
4.如权利要求2所述的LED封装结构，其特征在于：该散热器进一步包括一绝缘层，该绝缘层设置于该散热器之顶面，面对于该LED芯片。
5.如权利要求4所述的LED封装结构，其特征在于：该散热器进一步包括一导电层，设置于该绝缘层之上，面对于该LED芯片。
6.如权利要求2所述的LED封装结构，其特征在于：该LED芯片之P极与N极由超声焊引出。
7.如权利要求5所述的LED封装结构，其特征在于：该LED芯片之P极与N极由该导电层引出。
8.如权利要求5所述的LED封装结构，其特征在于：进一步包括多颗LED芯片串并联电连接，与提供该LED封装结构之电源连接线对应的LED芯片之P极与N极由该导电层引出，非与电源连接线对应的LED芯片之P极与N极由超声焊引出。
9.如权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于：该芯片间用金线、铝线、铜线通过超声焊进行连接。
10.如权利要求5所述的LED封装结构，其特征在于：该芯片间用金线、铝线、铜线通过导电层进行连接。
11.如权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于：该散热器上设置一凹槽，或界定一V型槽，或界定一
Figure FSA00000384099700021
型槽，或界定一突起，该LED芯片设置于该凹槽或V型槽或
Figure FSA00000384099700022
型槽或突起的平面上。
12.如权利要求11所述的LED封装结构，其特征在于：该散热器与芯片相对的平面，凹槽，V型槽或
Figure FSA00000384099700023
型槽四周设置一反光层。
13.如权利要求12所述的LED封装结构，其特征在于：该反光层通过离子封孔染色处理，封孔成与芯片发光色相同的颜色以增强反光效果，或封孔成与芯片发光色不相同的颜色以增加美观效果。
14.如权利要求5所述的LED封装结构，其特征在于：该导电层通过粘结，锚固，卡槽卡固一导电金属箔，或导线的方式制作，或是用印刷电路板工艺制作。
15.如权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于：该散热器由铜材料或铝材料制作。
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