CN103107276A - 一种led封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED封装结构，其包括封装基板以及发光LED芯片，所述封装基板具有至少一凹槽状的反射杯，所述发光LED芯片与该封装基板之间设置一导热衬底，所述导热衬底采用银基做热衬材料，所述导热衬底通过锡片焊与封装基板固定连接。本发明通过吸热铜块的快速的把LED发出的热量导出，在铝制散热器和LED之间加入吸热铜块进一步加强了散热效果；采用以锡片作为晶粒与热衬之间的连接材料，进一步增强导热效果，此外，既充分考虑散热器的性价比，将不同特点的散热器结合在一起，做到高效散热并使成本控制合理化、且结构简单，提高了光效。

Description

一种LED封装结构
技术领域
本发明涉及半导体发光装置，尤其是涉及一种有效散发半导体发光元件LED工作中产生的热量的封装结构。
背景技术
近年来随着大功率白光LED封装技术的发展，LED封装先后经历了支架式（Lamp LED）、贴片式（SMD LED）、功率型LED（Power LED）等发展阶段。随着晶片功率的增大，特别是固态照明技术发展的需求，对LED封装的光学、热学、电学和机械结构等提出了新的、更高的要求。其中，散热对于功率型LED器件来说至关重要。如果不能将电流产生的热量及时地散出，保持PN结的结温在允许范围内，将无法获得稳定的光输出和维持正常的器件寿命。
常用LED芯片封装到热沉降上主支架上，然后把热沉降主支架安装固定到一个大型的散热器件上，比如散热基板或者铝制基板，热沉降主支架和散热器之间的固定连接通过导热膏或者具有可焊接性材料等导热性能良好的材料传送热量，热量通过热沉、导热材料、铝基板等散热通道后经散热器扩散出去。由于LED芯片散热需要经过的导热通道的中间介层多，而且LED热沉与散热器之间的介质为空气或者硅脂，中间介层导热率较低，因此散热性能不佳；通过导热膏或者具有可焊接性材料连接，机械稳定性差。
为了改善上述缺陷，通常会在热沉降主支架上与散热器件增加导热衬底，LED行业常用的导热衬底与基座之间通过固晶胶或者银胶固定。但是，银胶或固晶胶的热阻为10～25W/(m·K)，如果采用银胶或固晶胶作为连接材料，就等于人为地在芯片与热衬之间加上一道热阻。其次，银胶固化后的内部基本结构为环氧树脂骨架+银粉填充式导热导电结构，这种结构的热阻极高且TG点（GlassTransition Temperature，玻璃态转化温度点）较低，对器件的散热与物理特性的稳定极为不利，且结构复杂。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种散热效率高、结构简单的LED封装结构。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种LED封装结构，其包括封装基板以及发光LED芯片，所述封装基板具有至少一凹槽状的反射杯，其特征在于：所述发光LED芯片与该封装基板之间设置一导热衬底，所述导热衬底采用银基做热衬材料，所述导热衬底通过锡片焊与封装基板固定连接。本发明利用银的高导热率将晶粒产生的热量高效地传递给外部的散热结构，再通过散热机构将热量散出，做到高效散热并使成本控制合理化。同时，本发明采用以锡片作为晶粒与热衬之间的连接材料，由于锡的导热系数为67W/（m·K），热阻约为16℃/W，可以获得较为理想的导热效果。与传统的银胶相比，锡的导热效果与物理特性远优于银胶。
作为本发明的一种改进，所述封装基板的材料为陶瓷，其包括上部及下部，所述反射杯设置于封装基板上部，在所述反射杯的底面设置有环形凹槽，所述环形凹槽内填充有无机熔封介质材料，两陶瓷层间用无机介质材料烧结方式连接。封装基板上下部陶瓷结合改用无机熔封介质材料烧结的连接工艺，使得上下部陶瓷材料热膨胀系数一致，当温度变大时，不会出现漏气现象，气密性得以保证，保护了LED芯片及其封装材料，从而提高了LED产品的耐环境性，且可以提高封装基座整体机械强度及散热性能。
所述反射杯的上端设有透镜，透镜与反射杯形成一密封的腔体，所述透镜为含萤光粉的玻璃片。通过在LED芯片表面布置一个聚焦透镜，并将含萤光粉的玻璃片置于距晶片一定位置，不仅提高了器件可靠性，而且大大提高了光效。
所述吸热铜块封装基板的下端还连接有一吸热铜块，所述吸热铜块与封装基板接触的表面的面积大于与之连接的封装基板的接触面的面积。
优选的，所述LED封装结构还包括铝制散热器，所述吸热铜块镶嵌在铝制散热器上。所述吸热铜块镶嵌在铝制散热器上，机械强度增加，稳定性好。
本发明通过吸热铜块的快速的把LED发出的热量导出，铜的导热系数是401W/(m.K)铝的导热系数是237W/(m.K)，，根据导热系数越高散热效果越好的特点，在铝制散热器和LED之间加入吸热铜块进一步加强了散热效果。再者，吸热铜块与封装基板接触的表面的面积大于与之连接的封装基板的接触面的面积，使得封装基板与吸热铜块之间具有面积较大的热接触界面，热量可以较为分散的通过封装基板传递到吸热铜块上，进而传递到铝制散热器，从而提高整个发光二极管封装结构的热传导效率，延长发光二极管封装结构的使用寿命。此外，既充分考虑散热器的性价比，将不同特点的散热器结合在一起，做到高效散热并使成本控制合理化。
优选的，所述反射杯内壁及LED芯片上覆设有防硫防氧膜，在防硫防氧膜上设置硅胶，填充在透镜与反射杯形成的腔体内。
具体的，所述防硫防氧膜采用氟化聚合物或硅化聚合物或聚酰亚氨化合物制成。在防硫防氧膜上设置硅胶，填充腔体，防硫防氧膜能耐130度以上的温度，且内应力小，封装成品在温度差异大的环境下不易死灯，能够保留硅胶耐高温、低应力的优点，封装及使用性能稳定，同时防硫化、防氧化等优点，能够确保产品不会因封装基板氧化、硫化而造成严重光衰。
优选的，LED芯片通过金线与外部电源电连接。
本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果：
本发明通过吸热铜块的快速的把LED发出的热量导出，在铝制散热器和LED之间加入吸热铜块进一步加强了散热效果；采用以锡片作为晶粒与热衬之间的连接材料，进一步增强导热效果，此外，既充分考虑散热器的性价比，将不同特点的散热器结合在一起，做到高效散热并使成本控制合理化、且结构简单，提高了光效。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种LED封装结构，其包括封装基板1以及发光LED芯片2，所述封装基板1具有至少一凹槽状的反射杯3，LED芯片2安装在封装基板1上，所述发光LED芯片2与该封装基板1之间设置一导热衬底4，所述导热衬底3采用银基做热衬材料，所述导热衬底通过锡片5与封装基板焊接。
所述反射杯的上端设有透镜6，透镜5与反射杯3形成一密封的腔体，所述透镜为含萤光粉的玻璃片。通过在LED芯片表面布置一个聚焦透镜，并将含萤光粉的玻璃片置于距晶片一定位置，不仅提高了器件可靠性，而且大大提高了光效。
所述封装基板1的材料为陶瓷，其包括上部11及下部12，所述反射杯3设置于封装基板上部11，在所述反射杯的底面设置有环形凹槽，所述环形凹槽内填充有无机介质材料13，两陶瓷层间用无机介质材料13烧结方式连接。封装基板1上下部陶瓷结合改用无机熔封介质材料烧结的连接工艺，使得上下部陶瓷材料热膨胀系数一致，当温度变大时，不会出现漏气现象，气密性得以保证，保护了LED芯片2及其封装材料，从而提高了LED产品的耐环境性。用于提高封装基座整体机械强度及散热性能。
所述封装基板的下端还连接有一吸热铜块7，所述吸热铜块7与封装基板1接触的表面的面积大于与之连接的封装基板1的接触面的面积。
所述LED封装结构还包括铝制散热器8，所述吸热铜块7镶嵌在铝制散热器上。所述吸热铜块镶嵌7在铝制散热器8上，机械强度增加，稳定性好。
本发明通过吸热铜块7的快速的把LED发出的热量导出，铜的导热系数是401W/(m.K)铝的导热系数是237W/(m.K)，，根据导热系数越高散热效果越好的特点，在铝制散热器和LED之间加入吸热铜块进一步加强了散热效果。此外，既充分考虑散热器的性价比，将不同特点的散热器结合在一起，做到高效散热并使成本控制合理化。
所述反射杯3内壁及LED芯片上覆设有防硫防氧膜9，在防硫防氧膜上设置硅胶10，填充在透镜6与反射杯3形成的腔体内。在防硫防氧膜9上设置硅胶10，填充腔体，能够保留硅胶耐高温、低应力的优点，封装及使用性能稳定，同时防硫化、防氧化等优点，能够确保产品不会因封装基板1氧化、硫化而造成严重光衰。
优选的，LED芯片通过金线与外部电源电连接。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种LED封装结构，其包括封装基板以及发光LED芯片，所述封装基板具有至少一凹槽状的反射杯，其特征在于：所述发光LED芯片与该封装基板之间设置一导热衬底，所述导热衬底采用银基做热衬材料，所述导热衬底通过锡片焊与封装基板固定连接。
2.根据权利要求1所述LED封装结构，其特征在于：所述封装基板的材料为陶瓷，封装基板包括上部及下部，所述反射杯设置于封装基板上部，在所述反射杯的底面设置有环形凹槽，所述环形凹槽内填充有无机熔封介质材料，两陶瓷层间用无机介质材料烧结方式连接。
3.根据权利要求1所述LED封装结构，其特征在于：所述反射杯的上端设有透镜，透镜与反射杯形成一密封的腔体，所述透镜为含萤光粉的玻璃片。
4.根据权利要求3所述LED封装结构，其特征在于：所述封装基板的下端还连接有一吸热铜块，所述吸热铜块与封装基板接触的表面的面积大于与之连接的封装基板的接触面的面积。
5.根据权利要求4所述LED封装结构，其特征在于：所述LED封装结构还包括铝制散热器，所述吸热铜块镶嵌在铝制散热器上。
6.根据权利要求3所述LED封装结构，其特征在于：所述反射杯内壁及LED芯片上覆设有防硫防氧膜，在防硫防氧膜上设置硅胶，填充在透镜与反射杯形成的腔体内。
7.根据权利要求1至6任一项所述LED封装结构，其特征在于：所述发光LED芯片通过金线与外部电源电连接。
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