CN102820409A - 一种大功率led支架及大功率led封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率LED支架，包括导电脚以及包裹所述导电脚的基座，所述基座的顶部形成一凹腔，所述凹腔底部固设一热沉，所述基座为耐高温材料制作，所述的耐高温材料主要是液晶高分子聚合物，且含有多个填料颗粒。本发明具有高耐热性、高出光效率、高紫外光屏蔽性以及成本低廉的优点，相对于现今使用的PPA支架，本发明有更高的耐热性能，从而与用于将LED焊接到底座上的金锡共晶焊料有很好的相容性，提高了LED灯具的生产效率；相对于现今使用的陶瓷支架，本发明可通过注塑成型的方法实现高效率、低成本生产。另外本发明还公开了一种采用上述支架的大功率LED封装结构。

Description

一种大功率LED支架及大功率LED封装结构
技术领域
     本发明涉及一种用于LED封装的支架，具体是一种耐高温且适用于大功率发光二极管（LED）封装的支架，以及使用上述支架的大功率LED封装结构。
背景技术
白光发光二极管(Lighting Emitting Diode)具有效率高，寿命长，可靠性高，环保节能，应用灵活等诸多优点，被普遍认可为第四代的照明光源，具有广阔的发展前景。制作大功率的光源更是未来LED主要发展的趋势，随着LED技术的进展，LED的光效率增加，导致更多的光和热被耗散掉，这要求LED具有更好的耐热性能和反射光的能力。大功率发光二极管封装支架基座是把发光二极管芯片向侧面发出的光大部分甚至全部反射出去的元件。因此，形成基座的材料必须具有良好的不透明性、反射性和耐热性。
目前，大功率LED封装支架的基座都是使用类似于尼龙的聚邻苯二甲酰胺（PPA）的塑料组合物制成。在该塑料组合物中加入了纤维玻璃颗粒和氧化钛颗粒以提供反射性，让该塑料组合物具有一定的耐热性和反射性且成本低。但是，在大功率LED封装过程中，该塑料组合物因为它的耐热性不够好而很难使用高回流温度的回流焊封装。另外，因为该塑料组合物比用于将LED焊接到底座上的金锡共晶焊料有更低的熔融温度，所以该塑料组合物与使用广泛的金锡共晶焊料缺少相容性，妨碍着大功率LED性能的提高。
针对上述情况，也有人使用陶瓷为基座，这种陶瓷基座可提供良好的传导率和耐热性，从而很好的解决了以PPA为主的塑料组合物的缺陷。但是，由于陶瓷本身工艺与原料的原因导致使用陶瓷支架的成本相对较高，较高的成本变成了LED快速推向市场的障碍。
现今，各公司都希望能够找到一种耐高温、成本低的大功率LED支架。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高温、成本低的大功率LED支架。
为了达到上述技术目的，本发明采取的技术手段是一种大功率LED支架，包括导电脚以及包裹所述导电脚的基座，所述基座的顶部形成一凹腔，所述凹腔底部固设一热沉，所述基座为耐高温材料制作，所述的耐高温材料主要是液晶高分子聚合物，且含有多个填料颗粒。
有益效果：本发明具有高耐热性、高出光效率和高紫外光屏蔽性，并且成本低廉的优点，相对于现今使用的PPA支架，本发明有更高的耐热性能，从而与用于将LED焊接到底座上的金锡共晶焊料有很好的相容性，提高了LED灯具的生产效率；相对于现今使用的陶瓷支架，本发明可通过注塑成型的方法实现高效率、低成本生产。
优选地，所述基座为白色基座。
优选地，所述基座高度为0.8mm~1.5mm，所述热沉高度为0.1mm~0.5mm。
优选地，所述所述液晶高分子聚合物包括了以下化学基团：对羟基苯甲酸、联苯二酚、酸酐、对苯二甲酸、4，4-苯甲酸、2，6-萘二甲酸、6-乙酰氧基-2-萘甲酸。
优选地，所述耐高温材料含有15%~55%的填料。
优选地，所述填料包括纳米TiO2、被ZnO包覆的TiO2、CeO2、CaCO3和玻璃。
优选地，所述纳米TiO2以及被ZnO包覆的TiO2在耐高温材料中的含量为12%~23%。
优选地，所述ZnO在耐高温材料中的含量小于0.8%。
优选地，所述纳米TiO2的晶体结构为金红石。
优选地，所述被ZnO包覆的TiO2的晶体结构为锐钛矿，外层ZnO颗粒大小为0.1nm~0.4nm，被ZnO包覆的TiO2颗粒大小小于80nm。
优选地，所述金红石纳米TiO2颗粒掺杂有亚铁离子或者是经过氨基硅烷偶联剂改性处理。
优选地，所述凹腔的底部和侧面有一层光反射薄膜。
本发明还提供了一种采用前述一种大功率LED支架的大功率LED封装结构，其中LED芯片固定在热沉上，所述芯片与所述导电脚电连接，所述LED芯片被封装胶体覆盖，所述封装胶体填充在所述凹腔内将LED芯片覆盖。
有益效果：本发明提供的大功率LED封装结构成功引入了高回流温度的回流焊技术，提高了LED灯具的生产效率。
优选地，所述封装胶体为荧光胶体。
优选地，所述导电脚是一立方体，所述导电脚的上端部为焊线区，所述导电脚的底面与热沉的底面以及基座的底面平齐，所述导电脚正对热沉的外侧面与基座的侧面平齐，所述导电脚与热沉之间预留有绝缘间隙。
优选地，所述导电脚包括焊盘以及沿焊盘向下折弯的延展部，所述延展部穿过基座的底部端面并在基座的底部端面形成一折边，所述折边的底面与热沉的底面以及基座的底面平齐，所述焊盘与热沉之间预留有绝缘间隙。
附图说明
     本发明将在一下详细的说明书中结合附图来全面描述，其中：
图1为本发明的正面结构示意图；
图2为本发明的底部结构示意图；
图3为图1中A-A剖面的结构示意图；
图4为本发明另一优选方案的结构示意图；
图5为本发明的封装结构示意图；
图6为本发明另一优选方案的结构示意图。
具体实施方式
如图1、2、3所示，本发明公开了一种大功率LED支架，包括导电脚1a、1b以及包裹所述导电脚1a、1b的基座2，所述基座2的顶部形成一凹腔6，所述凹腔6底部固设一热沉3，所述基座2为耐高温材料制作，所述的耐高温材料主要是液晶高分子聚合物，且含有多个填料颗粒。
在模制材料制备过程中，将填料颗粒均匀地混炼到液晶高分子聚合物中。优选地，可通过已知的混炼和模制成型方法实现填料颗粒在材料的外表面附近更多。
因液晶高分子聚合物只需要羟基苯甲酸、酸酐、联苯二酚、对苯二甲酸便可熔融聚合而成，耐热性能更可达到410℃以上，但其颜色为微黄色。由于本发明公开的一种大功率LED支架用于LED封装，因此要求支架具有良好的光反射能力，故在熔融聚合液晶高分子聚合物时另外加入4，4-苯甲酸、2，6-萘二甲酸、6-乙酰氧基-2-萘甲酸等化学基团使液晶高分子聚合物变白，从而有效的提高支架的反射能力，另加入上述化学基团后虽降低了液晶高分子聚合物的耐热性能，但其耐热性能仍大于350℃，因此与用于将LED焊接到底座上的金锡共晶焊料有很好的相容性，提高了LED灯具的生产效率。
本发明公开的一种大功率LED支架中所述基座2的高度为0.8mm~1.5mm，优选1.1mm，所述热沉3的高度为0.1mm~0.5mm，优选0.3mm。
本实施例中，支架为一个面积是7mm乘7mm，高为1.4mm（其中基座2高为1.1mm，热沉3高为0.3mm）的长方体支架，相对于传统的1W大功率LED支架中3mm的热沉高度，本发明公开的一种大功率LED支架具有很短的热输送路径，散热性能高，另外热沉3呈倒“凸”状，有效增加了封装后湿气到达芯片出的路径，增强了支架的气密性，并且可以提高最大的反光面积，提升光萃取率。
本发明公开的一种大功率LED支架中，填料颗粒大小为400nm以下，填料颗粒占所述耐高温材料的15%到55%之间。
所述耐高温材料的优选方案为液晶高分子聚合物占68%，金红石型纳米TiO2占20%，锐钛矿型TiO2占0.3%，CeO2占0.9%，CaCO3占10%，玻璃占0.7%。
金红石型纳米TiO2的粒径为34nm，锐钛矿型TiO2的粒径为40nm，ZnO的粒径为0.2nm，CaCO3的粒径为100nm。
经过折射率的比较和实验发现，金红石型纳米TiO2以其折射率n=2.71为最好，故优选金红石型纳米TiO2，并且把金红石型纳米TiO2颗粒经氨基硅烷偶联剂改性处理，改性后的金红石型纳米TiO2具有更好的分散性，颗粒间不容易团聚，能够更好的与液晶高分子聚合物混合；改性后的金红石型纳米TiO2更具有活性，能够以共价键结合的方式引入到玻纤上，使液晶高分子聚合物的力学、热学、耐久性能有较好的提高；改性后的金红石型纳米TiO2具有良好的紫外光屏蔽能力。填料CaCO3能对液晶该分子聚合物的抗拉性能有着明显的改善以此改善支架的抗拉能力。
紫外光通常会被吸收到有机材料中，从而破坏聚合物链。因此，优选在耐高温材料中包括氧化锌及其包覆的TiO2（经研究发现合成的ZnO包覆超细锐钛矿型TiO2比锐钛矿型超细TiO2、金红石型TiO-2及市售氧化锌的紫外吸收能力都有明显提高）、CeO2（CeO2与ZnO混合的复合粉体的紫外光屏蔽性能比单一的性能高）。这些无机紫外稳定剂可以在波长300nm~450nm的范围内改善反射率，保护材料免受紫外光降解，另外也降低了紫外光对荧光胶、填充硅胶的影响。
本发明公开的一种大功率LED支架还可以在支架凹腔6的底部和侧面形成一层光反射膜，形成方法可以是电浆离子法、蒸镀法、电镀、溅射。光反射膜可为金属膜或无机材料膜或金属膜加无机材料膜，金属膜材料可选用：金、银、铝及其合金。上述无机材料膜可为二氧化钛（TiO2，n=2.6）或硫化锌（ZnS，n=2.35）。优选地，光反射膜为纳米级光反射膜。
以一较佳实施例而言，光学薄膜制造方法为蒸镀法，其方法为：将薄膜材料固态转化为气态或离子态，而气态或离子态的材料籍由蒸发方式，抵达支架表面。当气态或离子态材料抵达支架表面后，逐渐沉积形成薄膜（薄膜厚度优选113nm到145nm之间），为了使薄膜能拥有高纯度，较宜者应于高真空环境下沉积。
以另一较佳实施例，薄膜可利用离子电浆辅助电子枪方式沉积而成（薄膜厚度优选568nm到725nm之间）。离子源的功率须视支架材料性质调整强弱。
本发明公开的一种大功率LED支架中凹腔6的侧面向外倾斜40度，两侧面相互对称，能让射到凹腔6侧面的光大部分反射出去，并且凹腔6的平面面积在18mm2到33mm2之间，具有宽阔的光发散空间，让更多的光不用经过反射直接发散出去，减少了光在反射过程中的损失。支架的导电脚1a、1b上端部为焊盘11a、11b，焊盘11a、11b为非对称状，有利于固晶机有效分辨支架的正负极，杜绝固晶固反情况的出现，并有效提高封装效率。
导电脚1a、1b包括焊盘11a、11b（焊盘11a、11b位于凹腔6的底部）以及沿焊盘11a、11b向下折弯的延展部12。所述延展部12穿过基座的底部端面20并在基座的底部端面20形成一折边13，所述折边的底面10与热沉的底面30以及基座的底面20平齐，所述焊盘与热沉之间预留有绝缘间隙7，所述绝缘间隙7的宽度H为0.1mm~0.3mm，优选0.1mm或0.2mm，以提供更大的反光区域，提升光萃取效率。
本发明的另一种优选的实施方式如图4所示，即导电脚1a、1b是一立方体，所述导电脚1a、1b的上端部11a、11b为焊盘，所述导电脚1a、1b的底面10与热沉3的底面30以及基座2的底面20平齐，所述导电脚1a、1b正对热沉3的外侧面12与基座2的侧面22平齐，所述导电脚1a、1b与热沉3之间预留有绝缘间隙。
如图5所示，本发明还提供一种采用前述一种大功率LED支架9的大功率LED封装结构，包括LED支架9、固定在LED支架9内的LED芯片4以及覆盖LED芯片4的封装胶体5，所述支架9包括导电脚1a、1b以及包裹所述导电脚1a、1b的基座2，所述基座2的顶部形成一凹腔6，所述凹腔6底部固设一热沉3，所述导电脚包括焊盘11以及沿焊盘向下折弯的延展部12，所述延展部12穿过基座2的底部端面20并在基座的底部端面20形成一折边13，所述焊盘11与热沉3之间预留有绝缘间隙7，所述LED芯片4固定在热沉3上，所述芯片4与所述焊盘11电连接，所述封装胶体5填充在所述凹腔6内将LED芯片4覆盖；所述折边13的底面10与热沉3的底面30以及基座2的底面20平齐，以便于后续的LED灯珠的自动化分光。本发明所述热沉3的顶部形成有一凹陷部31，该凹陷部31用来盛放LED芯片4。
本发明所述封装胶体5为荧光胶体，该荧光胶体为均匀混合有荧光粉的封装胶体。优选LED芯片4为蓝光LED芯片，所述荧光胶体为黄色荧光胶体，此时蓝光LED芯片激发黄色荧光胶体可以得到白光。以上均是方便说明本发明的封装结构的实施例，本发明的保护范畴不局限于此。
本发明的封装结构的另一实施方式如图6所示，即导电脚1a、1b是一立方体，导电脚1a、1b的上端部11a、11b为焊线区，所述导电脚1a、1b的底面10与热沉3的底面30以及基座2的底面20平齐，所述导电脚1a、1b正对热沉3的外侧面12与基座2的侧面22平齐，所述导电脚1a、1b与热沉3之间预留有绝缘间隙，LED芯片4固定在热沉3上，封装胶体5覆盖LED芯片4。
以上所述仅以方便说明本发明，在不脱离本发明的创作精神范畴内，熟知此技术的人员所做的任何简单的修饰与变形，仍属于本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种大功率LED支架，包括导电脚以及包裹所述导电脚的基座，所述基座的顶部形成一凹腔，所述凹腔底部固设一热沉，其特征在于：所述基座为耐高温材料制作，所述的耐高温材料主要是液晶高分子聚合物，且含有多个填料颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种大功率LED支架，其特征在于：所述基座为白色基座。
3.根据权利要求2所述的一种大功率LED支架，其特征在于：所述基座高度为0.8mm~1.5mm，所述热沉高度为0.1mm~0.5mm。
4.根据权利要求3所述的一种大功率LED支架，其特征在于：所述液晶高分子聚合物包括了以下化学基团：对羟基苯甲酸、联苯二酚、酸酐、对苯二甲酸、4，4-苯甲酸、2，6-萘二甲酸、6-乙酰氧基-2-萘甲酸。
5.根据权利要求4所述的一种大功率LED支架，其特征在于：所述耐高温材料含有15%~55%的填料。
6.根据权利要求5所述的一种大功率LED支架，其特征在于：所述填料包括纳米TiO2、被ZnO包覆的TiO2、CeO2、CaCO3和玻璃。
7.根据权利要求6所述的一种大功率LED支架，其特征在于：所述纳米TiO2以及被ZnO包覆的TiO2在耐高温材料中的含量为12%~23%。
8.根据权利要求6所述的一种大功率LED支架，其特征在于：所述ZnO在耐高温材料中的含量小于0.8%。
9.根据权利要求6所述的一种大功率LED支架，其特征在于：所述纳米TiO2的晶体结构为金红石。
10.根据权利要求6所述的一种大功率LED支架，其特征在于：所述被ZnO包覆的TiO2的晶体结构为锐钛矿，外层ZnO颗粒大小为0.1nm~0.4nm，被ZnO包覆的TiO2颗粒大小小于80nm。
11.根据权利要求9所述的一种大功率LED支架，其特征在于：所述金红石纳米TiO2颗粒掺杂有亚铁离子或者是经过氨基硅烷偶联剂改性处理。
12.根据权利要求3所述的一种大功率LED支架，其特征在于：所述凹腔的底部和侧面有一层光反射薄膜。
13.一种采用如权利要求1到12任一项所述的大功率LED支架的大功率LED封装结构，其特征在于：LED芯片固定在热沉上，所述LED芯片与所述导电脚电连接，所述LED芯片被封装胶体覆盖，所述封装胶体填充在所述凹腔内将LED芯片覆盖。
14.根据权利要求13所述的一种大功率LED封装结构，其特征在于：所述封装胶体为荧光胶体。
15.根据权利要求14所述的一种大功率LED封装结构，其特征在于：所述导电脚是一立方体，所述导电脚的上端部为焊线区，所述导电脚的底面与热沉的底面以及基座的底面平齐，所述导电脚正对热沉的外侧面与基座的侧面平齐，所述导电脚与热沉之间预留有绝缘间隙。
16.根据权利要求14所述的一种大功率LED封装结构,其特征在于：所述导电脚包括焊盘以及沿焊盘向下折弯的延展部，所述延展部穿过基座的底部端面并在基座的底部端面形成一折边，所述折边的底面与热沉的底面以及基座的底面平齐，所述焊盘与热沉之间预留有绝缘间隙。
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