CN102644867A - 一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡 - Google Patents
一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，包括壳体、电路板和发光二极体，电路板设置在壳体中，所述发光二极体设置在电路板上，其所述壳体为非金属的内空壳体，下侧面设有透气孔，所述电路板下侧面设有与发光二极体一一相对固定的散热柱，通过与发光二极体一一独立对应的散热柱散热，有效增大散热面积的散热柱体对其所对应的发光二极体实现独立散热的技术效果，可以使LED灯在发光时产生的热量较好的向空气中传递散热而解决了LED灯使用过程中的热量传递和散热问题，保证了LED灯的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED灯泡，更具体地说，涉及一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡。
背景技术
随着电子技术的进步，利用LED照明灯具越来越普遍，LED是利用半导体通电后的发光性能发光的，由于LED是一种寿命长、功率低、无辐射的绿色环保光源，因此被广泛应用于背光源、显示屏、交通信号灯、城市亮化等领域。在未来，更将取代白炽灯、节能灯照明应用，成为新一代的照明光源，广泛应用于室内外普通照明及特殊照明。
传统的发光二极体散发的热量都是依靠电路基板传导给铝金属灯座体并与外界空气接触来传导散发热量的，集成LED晶片的线路基板与金属灯座相贴合连接实现传导散热效果，但两者相贴合存在漏电的安全隐患，同时如需提高散热效果则需增大铝金属灯座的散热面积，受灯体限定体积限制该体积铝金属灯座的散热效果，因而不能充分满足LED所发热所需的散热效果，尤其是大功率的LED灯在长时间地工作时其发热量大，如果不能很好地解决散热问题，会严重影响灯具的使用寿命，而且在长时间的使用过程中会导致电路基板的老化，缩短了灯体的使用寿命。同时，为达到高亮度而采用大功率晶片，当前大功率二极体封装技术主要是单晶大功率封装，其虽可以获得较高的光通量，但其光效低，且发热量高，发热量集中在一个晶片上，对晶片的可靠性及寿命均有较大的影响，同时当前发光体二极体结构其热通道与电通道为共用一个通道，甚至有的设计并没有独立导热通道，而电通道主要是靠键合金线将晶片正负电极与支架焊脚连接起来，所以晶片发出的热量会对二极体电路结构有较大的热影响，影响到金线与支架焊接的可靠性，及因为没有独立的导热通道，对晶片的光衰也会有很大的影响。因此，如何解决上述问题，成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明旨在提供一种采用多晶串并集成、热电分离设计，具有高光效，独立的热、电通道、结构简单、散热效果好的具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡。
为解决上述技述问题，本发明的一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，包括壳体、电路板和发光二极体，电路板设置在壳体中，所述发光二极体设置在电路板上，其所述壳体为内空的壳体、其壁面设有透气孔，所述电路板下侧面设有与发光二极体一一相对固定的散热柱。通过与发光二极体一一独立对应的散热柱散热，有效增大散热面积的散热柱体对其所对应的发光二极体实现独立散热的技术效果，可以使LED灯在发光时产生的热量较好的向空气中传递散热而解决了LED灯使用过程中的热量传递和散热问题，保证了LED灯的使用寿命。同时，非金属的壳体保证光电分离充分绝缘的技术效果。
上述的一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，所述散热柱包括导热铜管体和设在导热铜管体表面的散热石墨层。充分利用铜管体导热性能把发光二极体的导量向外传导过来，与此同时利用石墨散热的特性把铜管体的热量散发到空气中去，有效地提高了LED灯的散热效果。
上述的一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，所述导热铜管体的上端设为密封的平台面。利用上端的平台面与发光二极体底面充分贴合传导热量，同时利用筒管体内外表面散热表面与平台面形成散热面实现有效传导散热的技术效果。
上述的一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，所述散热石墨层外表形成均布的散热槽。使石墨层的散热面积实现有效增加的技术效果。
上述的一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，所述壳体包括透光壳罩、塑料壳座和灯头，透光壳罩和塑料壳座螺纹连接，灯头和塑料壳座固定连接。简单的组装结构实现拆装方便、连接稳固的技术效果。
上述的一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，所述电路板在发光二极体的位置设置通孔，在通孔的侧边设置导通线路连接发光二极体，发光二极体设置在通孔与对的电路板上。在线路板上开孔，发光二极体通过连接脚与线路板电路导通并形成固定，使散热柱穿设在线路板中，其内端面直接与发光二极体直接接触散热，实现发光二极体和线路板的光电热分离技术效果，发光二极体发出的热量不会传导至线路板和通过线路板传导散热，使线路板不会因受热而影响使用性能和寿命，发光二极体发出的热量又有独立传导散热的技术效果。
上述的一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，所述散热柱上端定位在通孔中、其端面与发光二极体底面相紧贴。在线路板上开孔，发光二极体通过连接脚与线路板电路导通并形成固定，使散热柱穿设在线路板中并与线路板固定，其内端面直接与发光二极体直接接触散热，实现发光二极体和线路板的光电热分离技术效果，发光二极体发出的热量不会传导至线路板和通过线路板传导散热，使线路板不会因受热而影响使用性能和寿命，发光二极体发出的热量又有独立传导散热的技术效果。
上述的一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，所述发光二极体包括贴片式支架、发光二极体晶片和金线，支架上表面形成凹杯，支架的左右两侧设有独立导通至凹杯两侧中的导电通道、底面设有中部通至凹杯中部的导热通道，发光二极体晶片通过导热绝缘胶与导热通道相贴合、其两极分别通过金线与导电通道电连接，凹杯中灌封由硅胶与荧光粉混合体构成的荧光胶体。采用上述结构的本发明的导电通道和导热通道之间形成相隔离独立，实现热电分离的技术效果，热电分离设计使LED晶片工作时散发的热量能及时独立地传导至散热基板上，减小热量对第二点焊接可靠性及晶片寿命的影响。
上述的一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，所述发光二极体晶片包括并联每组由至少二个相串联的小功率晶片串高集成封装方式构成。
上述的一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，每组相串联的小功率晶片串的为二～四个，由二至六组小功率晶片串相并联构成。采用小功率晶片，高集成度封装方式，并采用新型LED贴片热电分离设计的发光二极体，小功率晶片和高集成度封装实现获得更高的光通量及高光效性能。
一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体的封装方法，包括如下步骤：
(1)将串并排列方式的发光二极体晶片通过高导热、低热阻的导热绝缘胶用高精度的自动固晶机固定在具有独立的热、电通道结构的二极体支架的热通道上，然后用工业烤箱高温烘烤固化；
(2)再用高纯度的键合金线，通过高精度的超声波焊线机，将发光二极体晶片与支架的导电通道进行键合焊接。
(3)根据发光二极体光的参数要求，采用蓝光激发荧光粉混合白光的方式将高折射率的硅胶与荧光粉进行混合配胶的荧光胶体灌封到支架杯壳内，然后用工业烤箱高温烘烤固化制成胶体；经过如上工艺，即制成高集成高光效的热电分离功率型发光二极体。
上述的一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体的封装方法，所述键合金线为99.99％高纯度金线。
上述的一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体的封装方法，所述荧光胶体为90～96％的1.53高折射率硅胶与10％～4％的荧光粉混合构成。
本发明采用上述结构后，一种高集成高光效的热电分离设计的功率型发光二极体，采用小功率晶片，串并后的晶片功率不超过1W，通过串并的高集成封装方式，获得高光通量及高光效，解决目前功率型发光二极体光效普遍不高的问题。
同时采用热电分离设计，具有独立的导电通道及导热通道的新型LED贴片支架，将热与电有效区分独立，解决晶片发光时的热量对金线与支架焊接品质的影响，保证产品的焊接可靠性。独立的导热通道能将热量及时有效的热量散出，减小热量对晶片寿命的影响，解决当前晶片热量没有独立的导热通道，热量不能有效散出，对晶片寿命及品质的影响。
本发明与现有技术相比具有结构简单、制造成本低的优点，具有良好的推广价值。
附图说明
下面将结合附图中的具体实施例对本发明作进一步地详细说明，以便更清楚直观地理解其发明实质，但不构成对本发明的任何限制。
图1为本发明的立体拆装结构示意图；
图2为本发明散热柱的竖直剖面结构示意图；
图3为本发明散热柱的水平剖面结构示意图；
图4为本发明散热柱的立体结构示意图；
图5为本发明电路板的水平剖面结构示意图；
图6为本发明电路板的剖面结构示意图；
图7为本发明发光二极体、电路板和散热柱组合状态的剖面结构示意图；
图8为本发明发光二极体的剖面结构示意图；
图9为图8的俯视结构示意图；
图10为图8的仰视结构示意图；
图11为图10的右视图；
图12为本发明发光二极体贴片式支架的剖面结构示意图；
图13为本发明发光二极体晶片的其中一种电路结构实施示意图；
图14为本发明发光二极体晶片的另一种电路结构实施示意图；
图15为本发明发光二极体晶片的再一种电路结构实施示意图；
图16为本发明发光二极体晶片封装方法的流程示意图。
图中：1为壳体，11为透光壳罩，12为塑料壳座，13为灯头，2为电路板，21为通孔，3为发光二极体，31为贴片式支架，31a为凹杯，31b、31c为导电通道，31d为导热通道，32为发光二极体晶片，33为金线，4为散热柱，41为导热铜管体，42为散热石墨层，42a为散热槽。
具体实施方式
如图1～图7所示：一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，包括壳体1、电路板2和发光二极体3，电路板2设置在壳体1中，发光二极体3设置在电路板2上，壳体1为非金属内空的壳体，下侧面设有透气孔1a，电路板2下侧面设有与发光二极体3一一相对固定的散热柱4。
如图2～图4、图7所示，散热柱4包括导热铜管体41和设在导热铜管体41表面的散热石墨层42。
如图2所示，导热铜管体41的上端设为密封的平台面41a。
散热石墨层42外表形成均布的散热槽42a。
如图1所示，壳体1包括透光壳罩11、塑料壳座12和灯头13，透光壳罩11和塑料壳座12螺纹连接，灯头13和塑料壳座12固定连接。
如图5～7所示，电路板2在发光二极体3的位置设置通孔21，在通孔21的侧边设置导通线路连接发光二极体3，发光二极体3设置在通孔21与对的电路板2上。电路板2为铝基板或PCB板。
散热柱4上端定位在通孔21中、其端面与发光二极体3底面相紧贴。
如图8～11所示，发光二极体3包括贴片式支架31、发光二极体晶片32和金线33，支架31上表面形成凹杯31a，支架31的左右两侧设有独立导通至凹杯31a两侧中的导电通道31b、31c、底面设有中部通至凹杯31a中部的导热通道31d，发光二极体晶片32通过导热绝缘胶31e与导热通道31d相贴合、其两极分别通过金线33与导电通道31b、31c电连接，凹杯31a中灌封由硅胶与荧光粉混合体构成的荧光胶体31f。
如图13～15所示，发光二极体晶片32包括并联每组由至少二个相串联的小功率晶片串高集成封装方式构成。
每组相串联的小功率晶片串的为二～四个，由二至六组小功率晶片串相并联构成。
如图16所示，本发明具体实施时，一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体的封装方法，包括如下步骤：
(1)将串并排列方式的发光二极体晶片32通过高导热、低热阻的导热绝缘胶31e用高精度的自动固晶机固定在具有独立的热、电通道结构的二极体支架的热通道上，然后用工业烤箱高温烘烤固化；
(2)再用高纯度的键合金线33，通过高精度的超声波焊线机，将发光二极体晶片32与支架的导电通道31b、31c进行键合焊接。
(3)根据发光二极体光参数要求，采用蓝光激发荧光粉混合白光的方式将高折射率的硅胶与荧光粉进行混合配胶的荧光胶体31f灌封到支架杯壳内，然后用工业烤箱高温烘烤固化制成胶体；经过如上工艺，即制成高集成高光效的热电分离功率型发光二极体。
键合金线33为99.99％高纯度金线。
硅胶的折射率为1.53、硬度为41D。
荧光胶体31f为90～96％的1.53高折射率硅胶与10％～4％的荧光粉混合构成。其中荧光粉由YAG粉和O粉构成。
支架：具有热电分离、功率为1w。
晶片：GAN LED芯片表面粗化，增加表面取光效率，电极平化，增加电流扩散能力。
导热绝缘胶：导热率为0.2W/Mk。
综上所述，本发明已如说明书及图示内容，制成实际样品且经多次使用测试，从使用测试的效果看，可证明本发明能达到其所预期之目的，实用性价值乃无庸置疑。以上所举实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围。
Claims (10)
1.一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，包括壳体(1)、电路板(2)和发光二极体(3)，电路板(2)设置在壳体(1)中，所述发光二极体(3)设置在电路板(2)上，其特征在于：所述壳体(1)为内空的壳体、其壁面设有透气孔(1a)，所述电路板(2)下侧面设有与发光二极体(3)一一相对固定的散热柱(4)。
2.根据权利要求1所述一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，其特征在于：所述散热柱(4)包括导热铜管体(41)和设在导热铜管体(41)表面的散热石墨层(42)。
3.根据权利要求2所述一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，其特征在于：所述导热铜管体(41)的上端设为密封的平台面(41a)。
4.根据权利要求1所述一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，其特征在于：所述散热石墨层(42)外表形成均布的散热槽(42a)。
5.根据权利要求1所述一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，其特征在于：所述壳体(1)包括透光壳罩(11)、塑料壳座(12)和灯头(13)，透光壳罩(11)和塑料壳座(12)螺纹连接，灯头(13)和塑料壳座(12)固定连接。
6.根据权利要求1所述一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，其特征在于：所述电路板(2)在发光二极体(3)的位置设置通孔(21)，在通孔(21)的侧边设置导通线路连接发光二极体(3)，发光二极体(3)设置在通孔(21)与对的电路板(2)上，所述散热柱(4)上端定位在通孔(21)中、其端面与发光二极体(3)底面相紧贴。
7.根据权利要求1所述一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，其特征在于：所述发光二极体(3)包括贴片式支架(31)、发光二极体晶片(32)和金线(33)，支架(31)上表面形成凹杯(31a)，支架(31)的左右两侧设有独立导通至凹杯(31a)两侧中的导电通道(31b、31c)、底面设有中部通至凹杯(31a)中部的导热通道(31d)，发光二极体晶片(32)通过导热绝缘胶(31e)与导热通道(31d)相贴合、其两极分别通过金线(33)与导电通道(31b、31c)电连接，凹杯(31a)中灌封由硅胶与荧光粉混合体构成的荧光胶体(31f)。
8.根据权利要求8所述一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，其特征在于：所述发光二极体晶片(32)包括并联每组由至少二个相串联的小功率晶片串高集成封装方式构成。
9.根据权利要求8所述一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体灯泡，其特征在于：每组相串联的小功率晶片串的为二～四个，由二至六组小功率晶片串相并联构成。
10.一种具有高集成高光效的热电分离功率型发光二极体的封装方法，包括如下步骤：
(1)将权利要求8或9所述串并排列方式的发光二极体晶片(32)通过高导热、低热阻的导热绝缘胶(31e)用高精度的自动固晶机固定在如权利要求7所述具有独立的热、电通道结构的二极体支架的热通道上，然后用工业烤箱高温烘烤固化；
(2)再用高纯度的键合金线(33)，通过高精度的超声波焊线机，将发光二极体晶片(32)与支架的导电通道(31b、31c)进行键合焊接。
(3)根据发光二极体光的参数要求，采用蓝光激发荧光粉混合白光的方式将高折射率的硅胶与荧光粉进行混合配胶的荧光胶体(31f)灌封到支架杯壳内，然后用工业烤箱高温烘烤固化制成胶体；经过如上工艺，即制成高集成高光效的热电分离功率型发光二极体。
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