CN102646779A - 陶瓷基功率型发光二极管及其封装方法 - Google Patents

陶瓷基功率型发光二极管及其封装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开陶瓷基功率型发光二极管及其封装方法，陶瓷基功率型发光二极管包括光学透镜、覆铜层、陶瓷基板、负电极、粘结胶、正电极、LED芯片、正电极焊线和负电极焊线，光学透镜可以将LED芯片所对应0至β发光角度光线反射到有效出光角度，提高LED出光率，陶瓷材料基板的热膨胀系数与LED芯片热膨胀系数接近。通过单独制备光学透镜，LED芯片粘接到陶瓷基板上，进行焊接正电极焊线和负电极焊线，之后涂覆荧光粉，再将光学透镜粘接在陶瓷基板上，形成简化的LED封装方法。本发明可以提高芯片出光率，同时避免芯片和基板膨胀系数不同导致的开裂现象产生，延长功率型LED使用寿命。

Description

陶瓷基功率型发光二极管及其封装方法
技术领域
本发明涉及功率型发光二极管技术领域，具体涉及陶瓷基功率型发光二极管及其封装方法。
背景技术
半导体照明技术日渐成熟，其中发光二极管（LED）灯具及其应用面逐渐扩大，市场需求量也很大。功率型LED是由蓝光LED芯片、YAG:Ge荧光粉、基板等制作白光LED。随着LED灯具的大量推广和应用，也逐渐显现出功率型LED 技术目前尚有许多不足之处：（1）LED芯片工作温度高有芯片与基板脱离的现象，其主要原因是芯片材料与基板材料热膨胀系数不同造成，导致LED使用寿命降低；（2）功率型LED由于光学透镜在小角度时，光提出比较低；（3）功率型LED封装复杂，其主要问题是芯片与光学透镜一起高温固化，影响芯片性能。
目前国内外制造功率型LED公司很多，并具有专利技术，其中相当多国外公司专利在中国获得了专利权(例如专利号ZL200910037231.9、ZL 200810002321.X、ZL200880112148.7、ZL 200510075355.8)。但是这些专利与本发明技术路线不同，本发明重点是解决LED芯片及陶瓷材料的热沉导热技术，以及LED芯片出光率技术，有效降低LED的整体温度，保证长期的使用寿命，提高功率型LED封装过程中出光效率。
发明内容
本发明的目的是针对上述功率型LED中存在的技术问题，提供陶瓷基功率型发光二极管及其封装方法，利用陶瓷热沉基板、高芯片出光率与光学透镜技术，提高芯片出光率，延长功率型LED使用寿命，具体技术方案如下。
陶瓷基功率型发光二极管，其包括光学透镜、覆铜层、陶瓷基板、负电极、粘结胶、正电极、LED芯片、正电极焊线和负电极焊线，所述覆铜层固定在陶瓷基板上，覆铜层上具有负电极和正电极，覆铜层不覆盖陶瓷基板上用于安装LED芯片和光学透镜的位置，LED芯片粘在陶瓷基板上；LED芯片的正极通过正电极焊线与所述正电极连接，LED芯片的负极通过负电极焊线与所述负电极焊接，光学透镜粘贴在陶瓷基板上且覆盖LED芯片，光学透镜的底端具有用于与陶瓷基板粘接的透镜固定平面和用于对LED芯片发光角度β内的光线进行反射形成出射光的透镜反光斜面。
上述的陶瓷基功率型发光二极管中，所述陶瓷基板的材料与LED芯片的材料热膨胀系数相同或相近。
上述的陶瓷基功率型发光二极管中，在覆铜层或覆铜层与陶瓷基板粘合后的整体结构上开有用于安装光学透镜的固定透镜平面和固定透镜斜面。
上述的陶瓷基功率型发光二极管中，所述LED芯片表面涂覆有荧光粉。
上述的陶瓷基功率型发光二极管中，于LED芯片发光角度β小于10°。所述透镜反光斜面对LED芯片发光角度β内的光线进行全反射形成出射光。
上述陶瓷基功率型发光二极管的封装方法，包括如下步骤：
（1）采用电路板制造工艺将覆铜层粘接并压制到陶瓷基板上，在覆铜层上制作正电极和负电极。
（2）在覆铜层或覆铜层与陶瓷基板粘合后的整体结构上制作固定透镜平面和固定透镜斜面，用于固定光学透镜；
（3）将LED芯片粘接到陶瓷基板上，并涂覆荧光粉，之后进行固化；
（4）将具有透镜固定平面和透镜反光斜面的光学透镜粘接到陶瓷基板上，并与固定透镜平面和固定透镜斜面紧密配合，即封装成陶瓷基功率型LED。
上述陶瓷基功率型发光二极管的封装方法中，所述光学透镜选用树脂材料制作，光学透镜外圆半径R1，光学透镜内圆半径R2，光学透镜的顶部为球面的一部分，底部具有透镜固定平面和透镜反光斜面，透镜反光斜面与水平线的角度α，透镜反光斜面位于所对应LED芯片发光角度β内。
上述陶瓷基功率型发光二极管的封装方法中，LED芯片发光角度β小于10°。
与现有技术相比，本发明的有益之处是陶瓷基功率型LED光学透镜及反射光斜面，可以将LED芯片对应的0至β发光角度的光线反射到LED有效出光角度，提高LED出光率，其中陶瓷材料热沉的热膨胀系数与芯片（GaN材料及蓝宝石衬底）热膨胀系数相同或接近，使得功率型LED工作温度较高时芯片与热沉基板同时热胀和冷缩性能一致，避免芯片和基板膨胀系数不同导致的开裂现象产生。简化的陶瓷基功率型LED封装工艺技术，单独制备光学透镜，LED芯片粘接到陶瓷基板上，进行焊接正电极焊线和负电极焊线，之后涂覆荧光粉，再将光学透镜粘接在陶瓷基板上，即封装成LED。
附图说明
图1是实施方式中陶瓷基功率型发光二极管的整体结构图。
图2是图1所示陶瓷基功率型发光二极管的封装结构图。
图3是图2所示封装结构的剖视图。
图4是图1中光学透镜的总体结构图。
图5是光学透镜剖视图。
在图1至图6中，1是光学透镜，2是覆铜层，3是陶瓷基板，4是负电极，5是粘结胶，6是正电极，7是LED芯片，8是正电极焊线，9是负电极焊线，10是固定透镜平面，11是固定透镜斜面，12是透镜固定平面，13是透镜外圆半径R1，14是透镜内圆半径R2，15是透镜反光斜面，16是透镜反光斜面与水平线的角度α，17是透镜反光射光斜面所对应的LED芯片发光角度β。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。
如图1、图2、图3，陶瓷基功率型发光二极管，其包括光学透镜1、覆铜层2、陶瓷基板3、负电极4、粘结胶5、正电极6、LED芯片7、正电极焊线8和负电极焊线9，所述覆铜层2固定在陶瓷基板3上，覆铜层2上具有负电极4和正电极6，覆铜层2不覆盖陶瓷基板3上用于安装LED芯片7和光学透镜1的位置，LED芯片7粘在陶瓷基板3上；LED芯片7的正极通过正电极焊线8与所述正电极6连接，LED芯片7的负极通过负电极焊线9与所述负电极4焊接，光学透镜1粘贴在陶瓷基板上且覆盖LED芯片7，光学透镜1的底端具有用于与陶瓷基板粘接的透镜固定平面和用于对LED芯片发光角度β内的光线进行反射形成出射光的透镜反光斜面。
如图3，固定透镜平面10可以为环形平面除去正电极和负电极在该平面上的投影部分，固定透镜斜面11可为以固定透镜平面为顶面的圆台侧面部分，如图4、图5，光学透镜1具有透镜固定平面和透镜反光斜面，光学透镜1的透镜固定平面与所述固定透镜平面10粘接，光学透镜1的透镜反光斜面的背面与所述固定透镜斜面11粘接。
 封装实例：按照图1至图5制造陶瓷基功率型LED，采用电路板制造工艺技术，将覆铜层粘接并压制到陶瓷基板上，按照图2制作正电极和负电极，按照图2制作固定透镜平面和固定透镜斜面，用于固定光学透镜，按照图2将LED芯片粘接到陶瓷基板上，并涂覆荧光粉，之后进行固化，选用树脂等材料，按照图4和图5制作光学透镜，透镜外圆半径R1，透镜内圆半径R2，具有透镜固定平面、透镜反光斜面，透镜反光斜面与水平线的角度α、透镜反光斜面所占LED芯片发光角度β，光学透镜制作完成，其中要求LED芯片发光角度β小于10°，使得LED芯片发出的光形成全反射特性，也可以选择利用蒸镀Al或SiO2材料等工艺使得反射光斜面形成反射面，该斜面具有反光效果好特性，将经过蒸镀后的光学透镜粘接到陶瓷基板上，并固定透镜平面和固定透镜斜面紧密配合，封装成陶瓷基功率型LED。
简化的陶瓷基功率型LED封装工艺技术，单独制备光学透镜，LED芯片粘接到陶瓷基板上，进行焊接正电极焊线和负电极焊线，之后涂覆荧光粉并固化，再将光学透镜粘接在陶瓷基板上，形成简化的LED封装工艺。

Claims (10)

1.陶瓷基功率型发光二极管，其特征在于包括光学透镜（1）、覆铜层（2）、陶瓷基板（3）、负电极（4）、正电极（6）、LED芯片（7）、正电极焊线（8）和负电极焊线（9），所述覆铜层（2）固定在陶瓷基板（3）上，覆铜层（2）上具有负电极（4）和正电极（6），覆铜层（2）不覆盖陶瓷基板（3）上用于安装LED芯片（7）和光学透镜（1）的位置，LED芯片（7）粘在陶瓷基板（3）上；LED芯片（7）的正极通过正电极焊线（8）与所述正电极（6）连接，LED芯片（7）的负极通过负电极焊线（9）与所述负电极（4）焊接，光学透镜（1）粘贴在陶瓷基板上且覆盖LED芯片（7），光学透镜（1）的底端具有用于与陶瓷基板粘接的透镜固定平面和用于对LED芯片发光角度β内的光线进行反射形成出射光的透镜反光斜面。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基功率型发光二极管，其特征在于所述陶瓷基板（3）的材料与LED芯片的材料热膨胀系数相同或相近。
3.根据权利要求1所述的陶瓷基功率型发光二极管，其特征在于在覆铜层（2）或覆铜层（2）与陶瓷基板（3）粘合后的整体结构上开有用于安装光学透镜（1）的固定透镜平面（10）和固定透镜斜面（11）。
4.根据权利要求1所述的陶瓷基功率型发光二极管，其特征在于所述LED芯片表面涂覆有荧光粉。
5.根据权利要求1所述的陶瓷基功率型发光二极管，其特征在于LED芯片发光角度β小于10°。
6.根据权利要求1所述的陶瓷基功率型发光二极管，其特征在于所述透镜反光斜面对LED芯片发光角度β内的光线进行全反射形成出射光。
7.陶瓷基功率型发光二极管的封装方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）采用电路板制造工艺将覆铜层粘接并压制到陶瓷基板上，在覆铜层上制作正电极和负电极；
（2）在覆铜层（2）或覆铜层（2）与陶瓷基板（3）粘合后的整体结构上制作固定透镜平面和固定透镜斜面，用于固定光学透镜；
（3）将LED芯片粘接到陶瓷基板上，并涂覆荧光粉，之后进行固化；
（4）将具有透镜固定平面和透镜反光斜面的光学透镜粘接到陶瓷基板上，并与固定透镜平面和固定透镜斜面紧密配合，即封装成陶瓷基功率型LED。
8.根据权利要求7所述陶瓷基功率型发光二极管的封装方法，其特征在于所述光学透镜选用树脂材料制作，光学透镜外半径R1，光学透镜内半径R2，光学透镜的顶部为球面的一部分，底部具有透镜固定平面和透镜反光斜面，透镜反光斜面与水平线的角度α，透镜反光斜面位于所对应LED芯片发光角度β内。
9.根据权利要求7所述陶瓷基功率型发光二极管的封装方法，其特征在于LED芯片发光角度β小于10°。
10.根据权利要求7所述陶瓷基功率型发光二极管的封装方法，其特征在于利用蒸镀Al或SiO2材料工艺使得透镜反光斜面形成反射面。
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