CN103199088B - 一种自散热led光源及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自散热LED光源及制造方法，一种自散热LED光源，包括散热基板、正负电气引线、LED发光芯片组和硅胶荧光粉混合物，所述LED发光芯片组中的各个LED发光芯片进行电气连接，正负电气引线通过硅胶粘接在散热基板上，各个LED发光芯片通过透明硅胶固定在散热基板上，LED发光芯片组的两端分别连接正负电气引线，硅胶荧光粉混合物对LED发光芯片组进行封装，本发明是一种采用陶瓷板或陶瓷管与镀银铜片粘接，并用小功率LED芯片封装的可独立散热的新型LED光源，自散热LED光源散热材料采用的氧化铝陶瓷，所述电气引线采用铜型材冲压，成本低；所述自散热光源结构简单，所原材料成份主要是氧化铝陶瓷、铜、硅胶、和LED芯片，其物性稳定，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及一种自散热LED光源及制造方法。
背景技术
随着生产技术的高速发展，发光二极管性能的飞速提高，它的应用领域日益拓展。从初期的显示领域进入到今天的照明领域，先是装饰照明，接着是户外照明，现在已开始进入室内照明和家居照明领域，但是要在这两个领域中推广使用，以往LED为光源的灯具遇到的光效问题、光通量维持率问题等都已解决，现在的瓶颈是LED的散热问题、材料的稳定性问题和性价比。目前，LED灯具所用散热器是金属材料，如铝、铜，也有用到成形陶瓷，随着LED灯具功率的提高，这几种材料做成的散热器为达到散热效果必须增大散热器体积或散热面积，因此体积大、制作工艺复杂、成本高；并且整灯体积也相应较大，用的原材料增加而成本较高；这类散热器与LED光源联接部分采用散热硅脂或硅胶片散热，而散热硅的导热系数较低，一般为1～3W/m·K，因此增大了整体的热阻。目前国内LED光源封装的支架用铝基板(铜基板)与耐高温塑胶(或有机硅粘接)结合成形，例如仿流明支架、贴片支架3528、5050和集成30-100W支架，此类支架的金属与塑胶结合性较差，塑胶黄变，易产生气泡、色温一致性和硅胶成本高等问题。国外LED光源封装一般采用陶瓷结构，其生产工艺复杂，陶瓷成本高售价贵，并有专利保护。随着LED光源功率和亮度的不断提高，LED灯具产品的性能要求也不断提高，现有的封装结构和所用材料已不能满足要求。现有LED照明灯具所用的LED光源采用1W大功率LED芯片，其光功率大，但热功率也大，并且在单位面积上热量很集中，芯片温结高，因而提高了散热设计难度。目前节能灯的售价约1～3元/W，而LED灯约需5～10元/W，两者相差4～5倍。如何提供价格和节能灯相差不大而性能又远胜于节能灯的LED灯具已是当务之急。
发明内容
针对上述技术缺陷，本发明提出一种自散热LED光源及制造方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种自散热LED光源，包括散热基板、正负电气引线、LED发光芯片组和硅胶荧光粉混合物，所述LED发光芯片组中的各个LED发光芯片进行电气连接，所述正负电气引线通过硅胶粘接在散热基板上，所述各个LED发光芯片通过透明硅胶固定在散热基板上，所述LED发光芯片组的两端分别连接正负电气引线，所述硅胶荧光粉混合物对LED发光芯片组进行封装。
进一步的，所述散热基板为纯度99.9％氧化铝陶瓷，其散热系数25W/m.K以上。
进一步的，所述氧化铝陶瓷可烧结成白色不透明或白色透明，当为白色不透明氧化铝陶瓷时，使其成矩形或圆形；当为白色透明氧化铝陶瓷时，使其成矩形、圆形与管形。
进一步的，所述正负电气引线采用红铜片，表面镀银。
进一步的，所述各个LED发光芯片之间采用金线焊接串联或并联。
进一步的，当所述正负电气引线围成发光区域，当氧化铝陶瓷为矩形或者圆形时，荧光粉胶固定在所述正负电气引线之间。
进一步的，当所述氧化铝陶瓷为透明管形时，LED发光芯片组固定于透明管正中间，在透明陶瓷管内填充并固化有荧光粉胶。
一种制作自散热LED光源方法，包括如下步骤：
71)当为平面型封装：制做陶瓷基板，陶瓷基板形状可以是矩形或圆形，其散热面积按LED发光芯片数量和热功率大小模拟、计算；
72)依据上述陶瓷基板形状制作电气引线；
73)将电气引线用硅胶粘接在陶瓷基板上；
74)采用透明硅胶将LED发光芯片组中各个LED发光芯片置于陶瓷基板相应位置，由高温烘烤使透明硅胶固定；
75)用金丝焊接各个LED发光芯片后跟正负电气引线分别接通；
76)将荧光粉胶水点入LED芯片区域内烘烤并固化。
一种制作自散热LED光源方法，包括如下步骤：
81)当为圆柱形封装：陶瓷管直径与透明陶瓷基条面积按LED发光芯片大小和热功率模拟、计算；
82)依据陶瓷管和陶瓷基条制作电气引线；
83)将电气引线用硅胶粘接在陶瓷基条上；
84)采用透明硅胶将LED发光芯片置于陶瓷基条相应位置，由高温烘烤使透明硅胶固定；85)将透明陶瓷基条固定于透明陶瓷管正中间部位。
86)将荧光粉胶水填充入透明陶瓷管内，烘烤并固化。
本发明的有益效果在于：本发明是一种采用高导热率、高透光率、高折射率的陶瓷板或陶瓷管与镀银铜片粘接，并用小功率LED芯片封装的可独立散热的新型LED光源。自散热LED光源散热材料采用的氧化铝陶瓷，目前技术成熟，成本低，且性能稳定；所述电气引线采用铜型材冲压，成本低；所述自散热光源结构简单，所原材料成份主要是氧化铝陶瓷、铜、硅胶、和LED芯片，其物性稳定，成本低廉。达到自散热LED光源性价比要求。
附图说明
图1为本发明的平面矩形自散热LED光源结构图；
图2为本发明的平面圆形自散热LED光源结构图；
图3为本发明的管形自散热LED光源结构图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，平面矩形自散热LED光源，包括散热基板2、正负电气引线1、LED发光芯片组和硅胶荧光粉混合物5，该散热基板2呈矩形，所述LED发光芯片组中的各个LED发光芯片3进行电连接，所述正负电气引线1通过硅胶粘接在散热基板2上，所述各个LED发光芯片3通过硅胶固定在散热基板2上，所述LED发光芯片组的两端分别连接正负电气引线1，所述硅胶荧光粉混合物5对LED发光芯片组进行封装。
如图2所示，平面圆形自散热LED光源，包括散热基板2、正负电气引线1、LED发光芯片组和硅胶荧光粉混合物5，该散热基板2呈圆形，所述LED发光芯片组中的各个LED发光芯片3进行电连接，所述正负电气引线1通过硅胶粘接在散热基板2上，所述各个LED发光芯片3通过硅胶固定在散热基板2上，所述LED发光芯片组的两端分别连接正负电气引线1，所述硅胶荧光粉混合物5对LED发光芯片组进行封装。
如图3所示，管型自散热LED光源，包括散热基板2、正负电气引线1、LED发光芯片组和硅胶荧光粉混合物5，散热基板2包括透明陶瓷条6和透明陶瓷管8，所述LED发光芯片组中的各个LED发光芯片3进行电连接，所述正负电气引线1通过硅胶粘接在透明陶瓷条6的两端，例如正电气引线粘接一端，负电气引线7粘结另一端，所述各个LED发光芯片3通过硅胶固定在散热基板2上，所述LED发光芯片组的两端分别连接正负电气引线1，所述硅胶荧光粉混合物5对LED发光芯片组进行封装。
上述散热基板2是较大散热面积的高散热系数的氧化陶瓷或玻璃；散热基板2由模具成形或切割矩形，或者圆形具体如图2所示，管型具体结构如图3所示；正负电气引线1材质为红铜片，由模具冲压成型，表面镀银，由模具冲压成矩如图1所示的、圆形如图2所示，或引线电极如图3所示。正负电气引线1由硅胶粘接在散热基板2上，其中在图1和图2的结构中，除了引出导线外，电气引线的另一个作用在于围成发光区域从而固定荧光粉胶，防止荧光粉胶流出。电气引线直接与绝缘性能好的陶瓷基板结合，提高了整个LED光源的耐高压性能，可耐压4000V以上。
多颗小功率LED发光芯片3集成固定于散热基板2，由金线焊接成电气回路根据需要可串联或者并联。当散热基板采用氧化铝陶瓷时，由纯度99.9％氧化铝烧结而成，其散热系数25W/m·K以上，该氧化铝陶瓷可烧结成白色不透明和白色透明，白色不透明氧化铝陶瓷模具成形，可做成矩形或圆形；白色透明氧化铝陶瓷可做成矩形、圆形与管形；其中矩形和圆形基板可增加平面散热面积；管形基板用于围绕矩形基板而增加三维散热面积。白色不透明氧化铝陶瓷板光反射型式为漫反射，漫反射率95％以上，相对于铝、铜镀银材质基板的镜面反射率提高10％以上，封装成LED光源可提高光利用率，减少了光损耗产生的热量；所述白色透明陶瓷，其折射率大于1.7，而硅胶材料或透明塑胶(如PC)的折射率低于1.5，LED芯片的折射率约2.0，当基板的折射提高0.2时，光利用率提升大于20％，从而减少光损耗产生的热量。
所述多颗小功率LED发光芯片集成固定于散热基板2，是将多个高光效而价格相对低廉的小尺寸发光二极管芯片串联或者并联，封装成高电压低电流驱动的具有功率型LED光源模块。小功率芯片集成封装相对于0.5W-3W功率型LED芯片封装的热量产生更分散。例如将16个面积为10mil*23mil的小芯片进行全部串联，输入20mA的电流，LED功率为1W(LED芯片的正向压降为3.2V)，这就相当于将1W芯片产生的热量分散成16份来散热，从而分散了热源，大大降低了LED芯片结温。这样的封装模块具有很好的实用价值，同时集成封装技术很容易处理对芯片之间的串联，技术及生产效率都不是瓶颈。
较大散热面积自散热技术原理：单颗LED发光芯片的承载区需要足够大的面积，目的是增加热传导率，降低LED发光芯片的结温，芯片承载区的面积设定取决于以下两个因素：(1)LED发光芯片工作时发出的热量；(2)散热基板的热阻，其主要因素是承载LED发光芯片的面积；例如单颗LED发光芯片工作时承受的电功耗是0.07W，光能转换率为35％，则剩下的65％的电功率全部转化为热能，即单颗LED发光芯片总热功率为0.046W。假设环境温度为25℃，控制芯片结温为70℃以内，则单颗LED发光芯片承载区面积大约为2mm*2mm。考虑到多颗LED发光芯片集成时热密度较高，单颗芯片承载区的面积放大至4mm*4mm，当散热面积越大，结温越低，LED发光芯片稳定性会更好。
利用基板基板材料的导热性能、透明基板的光提取率高而减少热量产生、较大散热面积自散热技术原理、小功率LED发光芯片集成封装成大功率型光源来分散发热源降低LED芯片结温四项散热技术的结合，从而达到光源自身的独立散热，无需加其它外接散热器。
自散热LED光源的制造方法：
当要制作平面型封装即矩形或者圆形时：制做散热基板，散热基板可以是矩形或圆形，其散热面积按LED芯片数量和热功率大小模拟、计算，该具体模拟和计算方法可采用业内常规的步骤；当要制作圆柱形即管型封装：透明陶瓷管直径与透明陶瓷基条面积按LED芯片大小和热功率模拟、计算，该具体模拟和计算方法可采用业内常规的步骤；依据上述散热基板、陶瓷管和陶瓷基条制作对应形状的正负电气引线；将正负电气引线用硅胶粘接在对应的散热基板或陶瓷管和陶瓷基条上；采用透明硅胶将LED发光芯片置于散热基板或陶瓷管和陶瓷基条相应位置，由高温烘烤使透明硅胶固定；用金丝4焊接每颗LED发光芯片并分别与正电气引线、负电气引线接通。最后将荧光粉胶水点入LED发光芯片区域，或将荧光粉胶水填充入透明陶瓷管内，烘烤并固化。按功率大小在电气引线端输入额定电流，LED发光芯片发光，LED发光芯片热量通过散热基板或陶瓷基管散发出去，自散热光源功率为1W时，在直径50mm的密封铁球内，环境温度为25℃时，自散热光源温结在70℃以下，不需要附加散热器，而形成自主散热的LED光源。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。
Claims (3)
1.一种自散热LED光源，包括散热基板、正负电气引线、LED发光芯片组和硅胶荧光粉混合物，所述LED发光芯片组中的各个LED发光芯片进行电气连接，所述正负电气引线通过硅胶粘接在散热基板上，所述各个LED发光芯片通过透明硅胶固定在散热基板上，所述LED发光芯片组的两端分别连接正负电气引线，所述硅胶荧光粉混合物对LED发光芯片组进行封装；所述散热基板为纯度99.9％氧化铝陶瓷，其散热系数25W/m.K以上；所述氧化铝陶瓷为白色不透明或白色透明，当为白色不透明氧化铝陶瓷时，使其成矩形或圆形；当为白色透明氧化铝陶瓷时，使其成矩形、圆形或管形；所述正负电气引线采用红铜片，表面镀银，所述各个LED发光芯片之间采用金线焊接串联或并联，其特征在于，所述正负电气引线围成发光区域，当氧化铝陶瓷为矩形或者圆形时，荧光粉胶固定在所述正负电气引线之间。
2.一种制作自散热LED光源方法，其特征在于，包括如下步骤：
21)当为平面型封装：制做陶瓷基板，陶瓷基板形状是矩形或圆形，其散热面积按LED发光芯片数量和热功率大小模拟、计算；
22)依据上述陶瓷基板形状制作电气引线；
23)将电气引线用硅胶粘接在陶瓷基板上；
24)采用透明硅胶将LED发光芯片组中各个LED发光芯片置于陶瓷基板相应位置，由高温烘烤使透明硅胶固定；
25)用金丝焊接各个LED发光芯片后跟正负电气引线分别接通；
26)将荧光粉胶水点入LED芯片区域内烘烤并固化。
3.一种制作自散热LED光源方法，其特征在于，包括如下步骤：
31)当为圆柱形封装：陶瓷管直径与透明陶瓷基条面积按LED发光芯片大小和热功率模拟、计算；
32)依据陶瓷管和陶瓷基条制作电气引线；
33)将电气引线用硅胶粘接在陶瓷基条上；
34)采用透明硅胶将LED发光芯片置于陶瓷基条相应位置，由高温烘烤使透明硅胶固定；
35)将透明陶瓷基条固定于透明陶瓷管正中间部位；
36)将荧光粉胶水填充入透明陶瓷管内，烘烤并固化。
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