CN104344244A - 模块式的一体化多层式led灯管 - Google Patents

Abstract

一种模块式的一体化多层式LED灯管，主要包含：模块化LED基座、散热基座及模块化导线架，其中模块化LED基座将具有沟槽结构的基座、照明单元及桥接单元整合成模块化LED基座，并且将散热基座设置成如花朵状以实质增加散热基座的散热面积及散热效率，使照明单元的温度保持在适当范围中，以维持最佳发光效能，此外，还提供能使电路单元及桥接单元构成电气连接的模块化导线架，因此，本发明具有模块化LED基座、散热基座及模块化导线架皆能被预先制作，并可随时根据实际需求而组装成各种不同规格的灯管，模块化的组装快速的优点，从而使整体制作时间及制作成本都能有效减少。

Description

模块式的一体化多层式LED灯管

技术领域

一种LED灯管，尤其是一种具有模块化LED基座、散热基座及模块化导线架的模块式的一体化多层式LED灯管。

背景技术

发光二极管(Light emitting diode，LED)具有低耗能、使用寿命长、体积小、反应快等特点，且近年来其技术的发展可说是日趋成熟，故已逐渐地取代传统的灯具，尤其是将LED应用在使用量最大的日光灯管方面，即LED灯管，更是目前业界研究的主流课题。

现有灯管式LED灯具主要包括：一灯管、一散热板、一电路板、多个LED发光元件及二导电端盖。散热板置入灯管内，电路板贴接于散热板上，多个LED发光元件电性连接电路板。

组装时，必须先将LED发光元件电性焊接在电路板上，再将LED发光元件与电路板的元件固定至散热板上。上述中所提到的构件都是已制作完成的成品，其中，LED发光元件是经由上游的晶圆制作、中游的晶粒制作及下游的晶粒封装等多道制程才能被一一的制作出来。另外，电路板则是通过贴附蚀刻阻剂（压膜或涂布），经过曝光显影、蚀刻等多道制程后而制作出来。

现有灯管式LED灯具中的LED发光元件及电路板都是使用经由经多道制程而完成的成品，上述中所提到的多道制程及封装结构都是用于LED发光元件及电路板的封装上，并不是为LED灯管量身打造的制程及封装结构，实际上，LED发光元件及电路板中的许多结构与LED灯管无关，但却会造成LED灯管制作成本无法降低，也浪费了许多原料及元件。

以LED发光元件的制作为例，上游厂将晶圆成型后，将晶圆运送给中游厂以成型晶粒，最后再交由下游厂封装晶粒，下游厂封装晶粒是针对每一个晶粒一一的封装导线架及荧光胶等原料及构件，而晶粒皆需封装，因此封装时就必须使用到大量的原料及大量的构件。此外，现有的LED发光元件的制程，还必须考虑上、中、下游间的运送成本及运送中造成晶粒受损的问题。因此，现有技术存有制程过于繁复，且许多制程对LED灯管根本无实质功效，反而会降低LED灯管的可靠度，且还有制作成本高、制作时间过长及良率等问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种模块式的一体化多层式LED灯管，包含：一模块化LED基座，具有一出光侧，该出光侧上形成一沟槽，该沟槽的底面上固设至少一照明单元及至少一桥接单元，该至少一照明单元通过打线接合技术与该至少一桥接单元构成电气连接，其中该至少一照明单元由多个LED晶粒组成，至少一桥接单元由多个导电元件组成，两LED晶粒之间设置至少一导电元件，或两导电元件之间设置至少一LED晶粒；一散热基座，该模块化LED基座设置于该散热基座之上，该散热基座外周面的两侧设置相对应的两圆形槽；一电路单元，设于该散热基座上，该电路单元设置于该沟槽的外侧；一光学层，覆盖该至少一照明单元及该至少一桥接单元；一保护层，覆盖于该光学层之上；以及一扩散罩，两侧朝内分别形成呈圆形的一凸耳部，该两凸耳部分别套设于该散热基座的两圆形槽内，以使该扩散罩结合于该散热基座上，且位于该LED晶粒的出光路径上。

本发明利用沟槽与凹槽具有狭小空间的特点来容置该光学层及该保护层，因此只要使用少量的原料就能把沟槽与凹槽填满，并于该LED晶粒上形成该光学层及该保护层，进而达成大幅降低原料用量及降低制作成本的目的。

本发明的一特点在于，当在该模块化LED基座的该沟槽上完成LED晶粒及导电芯片的设置，接着于LED晶粒上形成该光学层及该保护层，就能完成LED灯管的制作，如此省去很多不必要的制程，有效缩短制作时间、简化制程及提升良率。

本发明的另一特点在于，利用导电元件连接所有LED晶粒，这样能够根据不同的使用目的而增加或缩减LED晶粒彼此之间的间距，因此能够被适当的调整LED晶粒的设置密度，而使LED灯管的亮度最佳化，同时打线接合时，由于LED晶粒与导电元件的间距也能保持在适当的距离中，因此不易发生断线问题。

本发明以模块化结构及一体化结构的概念，将具有沟槽结构的基座、照明单元及桥接单元整合成模块化LED基座，并且将散热基座设置成如花朵状以实质增加其散热面积，使LED灯管得以长时间保持最佳发光效能，此外还提供能使电路单元及桥接单元构成电气连接的模块化导线架。

因此，本发明具有模块化LED基座、散热基座及模块化导线架皆能被预先制作，并可随时根据实际需求而组装成各种不同规格的灯管，模块化的组装快速的优点，从而使整体制作时间及制作成本都能有效减少。

附图说明

图1为本发明模块式的一体化多层式LED灯管的模块化LED基座的示意图；

图2a为本发明散热基座的一较佳实施例的示意图；

图2b为本发明散热基座的另一较佳实施例的示意图；

图2c为本发明散热基座的又一较佳实施例的示意图；

图3a为本发明导电元件的一较佳实施例的示意图；

图3b为本发明导电元件的另一较佳实施例的示意图；

图4为本发明模块式的一体化多层式LED灯管的一较佳实施例的立体示意图；

图5为图4的立体分解图；

图6为本发明模块式的一体化多层式LED灯管的另一较佳实施例的立体示意图；

图7为本发明模块式的一体化多层式LED灯管的又一较佳实施例的立体示意图；

图8为本发明模块式的一体化多层式LED灯管的再一较佳实施例的立体示意图。

其中，附图标记说明如下：

10       模块式的一体化多层式LED灯管

1        模块化LED基座

11       沟槽

1a       固定座

11a      第一定位孔

13a      第二定位孔

2        散热基座

21       容置空间

23       导引槽

25       圆形槽

27       滑槽

271      槽间

28       散热鳍片

31LED    晶粒

33       导电元件

331      导电线路

333      接合垫

335      焊球

41       外部导线

43       模块化导线架

431      封装模块

4311     定位凸块

4313     凹槽

43131    导电窗部

433      导线架

4331     导线板

5        电路单元

51       正极

53       负极

55       电源导线

6        扩散罩

61       凸耳部

100      光学层

200      保护层

ES       出光侧

W        接线

具体实施方式

以下配合图式及元件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，以使熟悉本领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。

参考图1，为本发明模块式的一体化多层式LED灯管的模块化LED基座的示意图。如图1所示，本发明模块式的一体化多层式LED灯管10包含一模块化LED基座1，该模块化LED基座1具有一出光侧ES，该出光侧ES上形成一沟槽11，该沟槽11的底面上设置至少一照明单元及至少一桥接单元，其中该沟槽11的两侧壁为一非垂直面，该沟槽11的两侧壁的倾斜角度各介于40至65度之间。较佳的，该沟槽11为线性沟槽。

该至少一照明单元通过打线接合技术与该至少一桥接单元构成电气连接，其中该至少一照明单元由多个LED晶粒31组成，该至少一桥接单元由多个导电元件33组成，该LED晶粒31与该导电元件33通过打线接合构成电气连接，其中，相对的两LED晶粒31之间设置至少一导电元件33，或相对的两导电元件33之间设置至少一LED晶粒31，较佳的，上述打线接合所使用的接线W为金线或其它具有导电性的导线，如图1所示。

要注意的是，该LED晶粒31与该导电元件33的配置方式视实际需要而定，例如一LED晶粒31接一导电元件33再接一LED晶粒31的规则依序排列，但亦可设置成一LED晶粒31旁接着连续两个、三个导电元件33，也可以一次连续设置多个LED晶粒31，但LED晶粒31与导电元件33的配置数目与配置方式视实际需要而定，在此仅是说明用的实例而已，并非用以限制本发明的范围。

参考图2a，为本发明散热基座的一较佳实施例的示意图。如图2a所示，本发明更包含一散热基座2，该模块化LED基座1固定于该散热基座2上，其中该散热基座2利用铝材或其它具有导热性的金属经挤制而成，概呈半圆形中空管座，该散热基座2内具有一容置空间21，该容置空间21内容置一LED驱动单元（图面未显示）。

该散热基座1外周面的两侧更设置相对应的两导引槽23及相对应的两圆形槽25，该两导引槽23便于机台导引该散热基座1前进，且该散热基座1的下半部形成有用以散热的多个散热鳍片28。

该散热基座2顶部的两侧分别形成相互对应的两滑槽27，该两滑槽27之间形成有一槽间271，该模块化LED基座1可配置于该槽间271。或者，该模块化LED基座1的底部之下更形成一固定座1a，利用该固定座1a使该模块化LED基座1固定于该散热基座2上。

请再参考图2a，本发明还至少包含一电路单元5（两电路单元5亦可），该电路单元5设于该散热基座1上，且位于该沟槽11的外侧，或如图2a所示，将该电路单元5设置于该两滑槽27的其中之一，该电路单元5与该导电元件33并各以一外部导线（External connector）41构成电气连接。

当本发明只使用一个电路单元5，该电路单元5上具有一正极51及一负极53，并且该正极51及该负极53的一端分别引接有一电源线路55，该电源线路55再连接于该LED驱动单元。

较佳的，该电路单元5的正极与负极与该导电元件33的位于两端的两导电元件33之间跨接有外部导线（External connector）41。该电路单元5可以是印刷电路板(printed circuit board,PCB)、陶瓷电路板或其它适当的电路板。

若使用两电路单元5，则两电路单元5的其中之一作为正极，而另一个则作为负极，两电路单元5则分别引接一电源线路。

参考图2b，为本发明散热基座的另一较佳实施例的示意图，参考图2c，为本发明散热基座的又一较佳实施例的示意图。如图2b及图2c所示，该散热基座2的下半部形成有用以散热的多个散热鳍片28，该散热鳍片28配置成放射状，使该散热基座1犹如花朵状。其中该模块化LED基座1与该电路单元5固设于该散热基座1的顶部上，其中每一个散热鳍片28的表面皆为波浪状。

如花朵状的该散热基座2的散热鳍片28呈相互平行排列，并且该散热鳍片28更可具有一弧度，以增加该散热基座1的实质散热面积，从而提高散热速率。

较佳的，该散热鳍片28中越靠外侧的散热鳍片越小，而该散热鳍片28中越靠中央的散热鳍片越大，也就是说，该散热鳍片28中对应于模块化LED基座1的中央部份具有最大的散热面积，因此能快速且直接的将该模块化LED基座1的热能吸收并排散，以提高散热效率。

要注意的是，上述散热鳍片的配置方式、配置数目及配置尺寸视实际需要而定，在此仅是说明用的实例而已，并非用以限制本发明的范围。

参考图3a，为本发明导电元件的一较佳实施例的示意图。参考图3b，为本发明导电元件的另一较佳实施例的示意图。如图3a所示，该导电元件33的顶部形成有一导电线路331及两接合垫（Bond Pads）333，该两接合垫333连接于该导电线路331的两端，该两接合垫333为打线接合或焊接用的接点处，图3a所显示的导电元件33较适用于LED晶粒31与导电元件33之间的连接作业，即打线接合作业。

或者，更可在该两接合垫333的其中之一上设置一焊球（Solder Ball）335，如图3b所示，图3b所显示的导电元件33中，焊球335能承受较高温度且较耐热，因此适用于与外部导线4的较高温的连接作业，即焊接作业。具体而言，该外部导线41的一端焊接于该焊球335，如图1所示。

导电元件33具有多层结构，其中导电元件33的底层为硅芯片（SiliconChips）、陶瓷芯片（Ceramic Chips）、玻璃芯片（Glass Chips）、或其它不易产生水气或吸湿性强（non-moisture material）的芯片材质，导电元件33的底层上依序形成有一钛金属（Titanium metal）层及一铝金属（Aluminum metal）层，该钛金属层及该铝金属层通过凸块制程（Bumping Process）而形成。

参考图4，为本发明模块式的一体化多层式LED灯管的一较佳实施例的立体示意图，参考图5，为图4的立体分解图。如图4所示，本发明进一步设置有一模块化导线架43，该模块化LED基座1的底部之下更形成一固定座1a，该模块化LED基座1以该固定座1a固定于该散热基座2上，其中该固定座1a中设置有至少一第一定位孔11a及一第二定位孔13a，该第一定位孔11a与该第二定位孔13a设置于对应于该沟槽11的前侧及后侧，图中只显示设置于该沟槽11前侧的该第一定位孔11a与该第二定位孔13a，未显示置于该沟槽11后侧的该第一定位孔11a与该第二定位孔13a；该模块化导线架43由一封装模块431及一导线架433构成。

在本发明的另一实施例中，该第一定位孔11a与该第二定位孔13a也可直接设置于该散热基座2上。

该封装模块431的底部突设出与该第一定位孔11a或与该第二定位孔13a相对应的一定位凸块4311，且该封装模块431的顶部对应于该沟槽11的部份形成有一凹槽4313。

且该封装模块431只包覆部份的导线架433，其中该导线架433对应于该电路单元5的一侧延设出一导线板4331，该导线板4331为不被该封装模块431所包覆的部份且电性连接于该两电路单元5，此外，该凹槽4313的底面开设有使该导线架433露出的一导电窗部43131，其中该导电窗部43131与该导电元件33的位于两端的两导电元件33的其中之一之间跨接有一外部导线41。

该封装模块431的定位凸块4311插设于该第一定位孔17及该第二定位孔19中，此时，该封装模块431与该模块化LED基座1相对应的端面相互贴合，且该沟槽11连通于该凹槽4313。

上述焊球335或模块化导线架43需电气绝缘于该模块化LED基座1，以避免造成短路。

参考图6，为本发明模块式的一体化多层式LED灯管的另一较佳实施例的立体示意图。如图6所示，该散热基座2上可以设置多个模块化LED基座1。

参考图7，为本发明模块式的一体化多层式LED灯管的又一较佳实施例的立体示意图。如图7所示，本发明更包含一扩散罩6，该扩散罩6的两侧朝内分别形成一凸耳部61呈圆形，该凸耳部61套设于该散热基座2的该圆形槽25内，以使该扩散罩6结合于该散热基座2上，且位于该LED晶粒31的出光路径上，该扩散罩6使该LED晶粒31发出的光线能向外均匀的扩散，使LED灯管的照明更为明亮，照射角度更大。

参考图8，为本发明模块式的一体化多层式LED灯管的再一较佳实施例的立体示意图。本发明进一步包含一光学层100，该光学层100形成于该沟槽11中而覆盖该LED晶粒31与该导电元件33，该光学层100用以于该LED晶粒31发出的光线产生光学作用而得到预期的光学效果，例如混光或调整色温等的光学效果，其中该光学层100主要由荧光胶或混合有荧光胶的硅胶所组成。本发明进一步包含一保护层200，覆盖于该光学层100之上，而将水气及粉尘异物阻隔在外，藉以避免该光学层100等光学元件变质劣化，其中该保护层200主要由硅胶组成。

请参考图8，并配合图4所示，该光学层100及该硅胶层200可设置于该沟槽11及该凹槽4313内，该模块化导线架43的该凹槽4313具有局限于液状的该光学层100及该硅胶层200的作用，避免在液状、还未固化的该光学层100及该硅胶层200流泄，从图4也可清楚看到，该凹槽4313与该沟槽11构成具有狭小空间的槽室，因此有助于该光学层100及该硅胶层200的成型，也能降低材料用量。

本发明利用沟槽与凹槽4313具有狭小空间的特点来容置该光学层及该保护层，因此只要使用少量的原料就能把沟槽与该凹槽填满，并于该LED晶粒上形成该光学层及该保护层，进而达成大幅降低原料用量及降低制作成本的目的。

本发明的一特点在于，当于该模块化LED基座的该沟槽上完成LED晶粒及导电芯片的设置，接着于LED晶粒上形成该光学层及该保护层，就能完成LED灯管的制作，如此省去很多不必要的制程，有效缩短制作时间、简化制程及提升良率。

本发明的另一特点在于，利用导电元件连接所有LED晶粒，这样能够根据不同的使用目的而增加或缩减LED晶粒彼此之间的间距，因此能够被适当的调整LED晶粒的设置密度，而使LED灯管的亮度最佳化，同时打线接合时，由于LED晶粒与导电元件的间距也能保持在适当的距离中，因此不易发生断线问题。

本发明以模块化结构及一体化结构的概念，将具有沟槽结构的基座、照明单元及桥接单元整合成模块化LED基座，并且将散热基座设置成如花朵状以实质增加其散热面积，使LED灯管得以长时间保持最佳发光效能，此外还提供能使电路单元及桥接单元构成电气连接的模块化导线架。

因此，本发明具有模块化LED基座、散热基座及模块化导线架皆能被预先制作，并可随时根据实际需求而组装成各种不同规格的灯管，模块化的组装快速的优点，使整体制作时间及制作成本都能有效减少。

以上所述仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制。因此，凡有在相同的发明精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。

Claims (12)

1.一种模块式的一体化多层式LED灯管，其特征在于，包含：

一模块化LED基座，具有一出光侧，该出光侧上形成一沟槽，该沟槽的底面上固设至少一照明单元及至少一桥接单元，该至少一照明单元通过打线接合技术与该至少一桥接单元构成电气连接，其中该至少一照明单元由多个LED晶粒组成，至少一桥接单元由多个导电元件组成，两LED晶粒之间设置至少一导电元件，或两导电元件之间设置至少一LED晶粒；

一散热基座，该模块化LED基座设置于该散热基座之上，该散热基座外周面的两侧设置相对应的两圆形槽；

一电路单元，设于该散热基座上，该电路单元设置于该沟槽的外侧；

一光学层，覆盖该至少一照明单元及该至少一桥接单元；

一保护层，覆盖于该光学层之上；以及

一扩散罩，两侧朝内分别形成呈圆形的一凸耳部，该两凸耳部分别套设于该散热基座的两圆形槽内，以使该扩散罩结合于该散热基座上，且位于该LED晶粒的出光路径上。

2.如权利要求1所述的模块式的一体化多层式LED灯管，其特征在于，该沟槽的两侧壁为一非垂直面，该沟槽的两侧壁的倾斜角度各介于40至65度之间。

3.如权利要求1所述的模块式的一体化多层式LED灯管，其特征在于，该散热基座利用铝材经挤制而成形，呈半圆形中空管座，该散热基座内具有一容置空间，该散热基座顶部的两侧分别形成相互对应的两滑槽，该两滑槽之间形成有一槽间，该模块化LED基座可配置于该槽间中，该电路单元可配置于该两滑槽的其中之一。

4.如权利要求3所述的模块式的一体化多层式LED灯管，其特征在于，更包含一LED驱动单元，该LED驱动单元设置于该容置空间中。

5.如权利要求1或3所述的模块式的一体化多层式LED灯管，其特征在于，该散热基座的下半部形成有多个散热鳍片，该散热鳍片配置成放射状如花朵状，且每一个散热鳍片的表面皆呈波浪状。

6.如权利要求5所述的模块式的一体化多层式LED灯管，其特征在于，该散热鳍片呈相互平行排列，该散热鳍片更具有一弧度。

7.如权利要求1所述的模块式的一体化多层式LED灯管，其特征在于，该电路单元的正极与负极与导电元件的位于两端的两导电元件之间各以一外部导线构成电气连接。

8.如权利要求1或7所述的模块式的一体化多层式LED灯管，其特征在于，该导电元件的顶部形成有一导电线路及两接合垫，该两接合垫连接于该导电线路的两端，该两接合垫为打线接合的接点。

9.如权利要求8所述的模块式的一体化多层式LED灯管，其特征在于，在该两接合垫的其中之一之上设置一焊球，该外部导线的一端焊接于该焊球。

10.如权利要求9所述的模块式的一体化多层式LED灯管，其特征在于，该导电芯片包含多层结构，该导电芯片的底层为硅晶圆、陶瓷芯片或玻璃芯片，于该导电芯片的底层向上依序形成有一钛金属层及一铝金属层，该钛金属层及该铝金属层通过凸块制程而形成。

11.如权利要求1所述的模块式的一体化多层式LED灯管，其特征在于，该两电路单元与该导电元件之间各以一模块化导线架构成电气连接。

12.如权利要求11所述的模块式的一体化多层式LED灯管，其特征在于，该模块化LED基座的底部之下更形成一固定座，该固定座固定于该散热基座上，其中该固定座设置有至少一第一定位孔及一第二定位孔，该第一定位孔与该第二定位孔各设置于对应于该沟槽的前侧及后侧，该模块化导线架由一封装模块及导线架构成，该封装模块的底部突设出与该第一定位孔和该第二定位孔相对应的一定位凸块，且该封装模块的顶部对应于该沟槽的部份形成有一凹槽，且该封装模块只包覆部份的导线架，该导线架对应于该电路单元的一侧延设出一导线板，该导线板为不被该封装模块所包覆的部份且电性连接于该电路单元，该凹槽的底面开设有使该导线架露出的一导电窗部，其中该导电窗部与该导电元件的位于两端的两导电元件的其中之一之间跨接有一外部导线，该封装模块的该定位凸块插设于该第一定位孔或该第二定位孔中，此时，该封装模块与该模块化LED基座相对应的端面相互贴合，且该沟槽连通于该凹槽。