CN105070808A - 一种提高发光效率的多晶led支架及其固晶方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高发光效率的多晶LED支架及其固晶方法，包括多晶LED支架载体，多晶LED支架载体上表面设有呈凹腔状的腔体，在凹腔状的腔体中设有两个并列的独立支架腔体，两个并列的独立支架腔体侧壁呈锥面，两个支架腔体中间有一个支架横梁，支架横梁表面设有镀银层；每个支架腔体底面由隔离块分隔为固晶区和焊线区，在固晶区和支架横梁的镀银层上设有至少一个芯片，芯片之间通过引线与焊线区连接，凹腔状的支架腔体中填充有荧光粉层。该多晶LED支架发光效率高，多颗芯片散热好，使用寿命也较长。通过TracePro仿真方法得到多颗芯片最佳排布方式，依据该方式排布的多晶LED支架发光效率大大提高，显色指数和热阻率得到了大幅度提升。

Description

一种提高发光效率的多晶LED支架及其固晶方法

技术领域

本发明涉及一种提高发光效率的多晶LED结构及其固晶方法，属于LED照明技术领域。

背景技术

目前，由于传统的单颗大功率LED光源中只存在一个LED芯片，造成该LED芯片在连续的工作中，产生的热能不能及时排出，造成LED芯片的工作温度过高，使器件长时间在高温下，造成芯片的损坏，从而使LED光源无法继续使用。反观在相同的总功率之下，小功率芯片不但有更高的流明数，而且由于热源分散在各个芯片上，反而较不易产生热点。因此单纯以光和热的特性表现上，小功率多晶封装占了上风。然而，由于现有的小功率贴片LED支架发光角度受限，支架碗杯只有一个腔体，多颗芯片无法有效散热，用其封装出的多晶LED发光效率比较低，使用寿命也较短。

因此，为了得到发光效率高、可靠性好的多晶LED，本发明提供了一种发光效率高的多晶LED及其固晶方法，且在保证发光效率和可靠性的基础上，提高了多晶LED的显色指数。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种提高发光效率的多晶LED的支架，针对现有技术存在的缺陷，该多晶LED支架发光效率高，多颗芯片散热好，使用寿命也较长。

本发明的另一目的在于提供一种提高发光效率的多晶LED的支架的固晶方法，通过TracePro仿真方法得到多颗芯片最佳排布方式，依据该方式排布的多晶LED支架发光效率大大提高，显色指数和热阻率得到了大幅度提升。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种提高发光效率的多晶LED支架，包括多晶LED支架载体，所述多晶LED支架载体上表面设有呈凹腔状的腔体，在凹腔状的腔体中设有两个并列的独立支架腔体，两个并列的独立支架腔体侧壁呈锥面，两个支架腔体中间有一个支架横梁，支架横梁表面设有镀银层；每个支架腔体底面由隔离块分隔为固晶区和焊线区，在固晶区和支架横梁的镀银层上设有至少一个芯片，芯片之间通过引线与焊线区连接，凹腔状的腔体中填充有荧光粉层。

进一步地，所述两个支架腔体为相互独立的金属区，多晶LED支架载体材质为PPA、PCT或者EMC塑料材质。

进一步地，所述隔离块材质为PPA。

进一步地，所述支架腔体侧壁材质为PPA、PCT或者EMC塑料材质，其倾斜度为100°-160°。

进一步地，所述支架横梁的高度低于多晶LED支架载体表面。

进一步地，所述多晶LED支架载体的形状为长方形、正方形或者左右对称的四边形。

进一步地，所述多晶LED支架载体底部两侧分布正负极引脚，在正负极引脚内侧依次设有热沉、隔离块和横梁底部，多晶LED支架载体底部背面设有两块散热片。

进一步地，所述正负极引脚的材质为铜、银或者铝导电导热的材料。

进一步地，在所述多晶LED支架的两个独立支架腔体内设置多颗蓝光芯片，在所述隔离块表面镀银层上设置多颗彩光芯片，彩光芯片为红光芯片或绿光芯片，多颗蓝光芯片和彩光芯片的控制电路通过绝缘块隔开，采用双电路控制实现显指调节。

相应地，本发明还提供了一种提高发光效率的多晶LED支架的固晶方法，包括下述步骤：

1)在多晶LED支架载体的两个独立支架腔体内根据需要设置芯片数；

2)根据光学追迹软件TracePro仿真出不同芯片颗数及芯片固晶位置，确定多晶最佳的芯片排布位置；

根据所述TracePro仿真时，当多颗芯片采用不同排布位置封装后的多晶LED的光强分布曲线接近朗伯体分布时，表明此时的芯片排布位置为最佳的芯片排列方式；

所述朗伯体分布指封装后的多晶LED发光体在不同角度的最大辐射强度满足下式：

Ι_θ＝Ι₀cosθ

其中θ为封装后多晶LED发光面源与多晶LED表面法线夹角，Ι_θ为多晶LED发光面源在θ角方向及其法线方向的辐射强度，Ι₀为多晶LED发光面源在θ角方向及其法线方向的发光强度；

3)使用固晶胶将多颗芯片粘结在独立支架腔体内；固晶胶粘度为26-40Pa·s，导热率为0.2-0.6W/m·k，在25-150℃时线膨胀系数为150-220ppm，固化后硬度为ShoreD56-80，在400nm/2mm时，透光率达到70％以上；

4)经固晶烘烤后，然后进行焊线、点胶、点胶烘烤，即可得到发光效率高的多晶LED。

相对于现有的多晶LED，本发明的有益效果在于：

(1)该多晶LED有两个支架腔体，支架腔体侧壁有一定的倾斜度，支架腔体形状为两个倒梯形，发光角度大，从而提高了多晶LED的发光效率。

(2)该多晶LED两个支架腔体背部均有散热片，散热面积大，独立的支架腔体分担了多颗芯片散发的热量，增加了多晶LED的寿命和稳定性。

(3)该多晶LED通过双控制电路在两个支架腔体的连接处横梁上设计了彩光芯片，用以提高多晶LED的显色指数，且因彩光芯片本身自有的亮度，在实现高显的同时，也提升了多晶LED的亮度。

(4)本发明结构简单，既可封装串联的多晶LED，也可封装并联的多晶LED，设计合理，有利于多晶LED的更好发展。

(5)本发明根据光学追迹软件TracePro仿真出不同芯片颗数及芯片固晶位置，确定多晶最佳的芯片排布位置；依据该方式排布的多晶LED支架发光效率大打提高，显色指数和热阻率得到了大幅度提升。

附图说明

图1是本发明提供的多晶LED支架俯视示意图。

图2是本发明提供的多晶LED支架的侧视剖面图。

图3是本发明提供的多晶LED支架的背面图。

图4是应用本发明封装的双晶串联LED俯视示意图。

图5是本发明双晶串联LED封装完成后的侧视剖面图。

图6是应用本发明封装的双晶并联LED俯视示意图。

图7是应用本发明封装的四晶串联LED俯视示意图。

图8是朗伯体分布图。

图9是多晶LED光强分布曲线。

其中，1、正极引脚，2、负极引脚，3、多晶LED支架载体，41、支架腔体Ⅰ，42、支架腔体Ⅱ，5、隔离块，6、腔体侧壁，7、支架横梁，8、横梁底部PPA层，9、支架缺角，10、热沉，11、散热片，12、蓝光芯片Ⅰ，13、蓝光芯片Ⅱ，14、蓝光芯片Ⅲ，15、蓝光芯片Ⅳ，16、彩光芯片，17、荧光粉层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

请参阅图1，一种提高发光效率的多晶LED的支架，包括多晶LED支架载体3，多晶LED支架载体3上表面设有呈凹腔状的腔体，在凹腔状的腔体中设有两个并列的独立支架腔体Ⅰ41和支架腔体Ⅱ42，两个并列的独立支架腔体侧壁6呈锥面，其底面面积小于开口面积。两个支架腔体中间有一个支架横梁7，支架横梁7表面设有镀银层，图1中，支架横梁7下方为横梁底部PPA层8；每个支架腔体底面由隔离块5分隔为固晶区和焊线区，在固晶区和支架横梁7表面的镀银层上设有至少一个芯片，芯片之间通过引线与焊线区连接，凹腔状的腔体中填充有荧光粉层17，见图5所示。

多晶LED支架载体3材质为PPA、PCT或者EMC。隔离块5材质为PPA。腔体侧壁6材质为PPA、PCT或者EMC等塑料材质，其倾斜度为100°-160°。

支架横梁7的高度低于多晶LED支架载体3表面，支架横梁表面为镀银层，两个腔体通过支架横梁7隔离。在多晶LED支架载体3上设有支架缺角9代表负极。

多晶LED支架载体3的形状为长方形、正方形或者左右对称的四边形。

如图2所示，多晶LED支架载体3底部由两侧分布的正极引脚1和负极引脚2、依次设在正极引脚1和负极引脚2内侧的热沉10、隔离块5及横梁底部8组成。正极引脚1和负极引脚2的材质为铜、银或者铝等导电导热的材料。

如图3所示，在LED支架载体3底部背面设有两块散热片11。

支架制备过程中选用PPA、PCT或者EMC等塑料材质，开好模具后，经过冲压-电镀-注塑-裁切等工艺，就形成了本发明具有两个腔体结构的多晶LED支架。

如图4所示，在LED支架两个支架腔体内根据需要的蓝光芯片数进行多晶LED的封装，可根据需要设计多晶LED支架的大小和形状，可进行双晶、三晶、四晶、五晶、六晶等多晶LED的串并联封装。

LED支架横梁表面镀银，上面可以放置彩光芯片16，彩光芯片16为红光芯片或绿光芯片，彩光芯片的底部电极通过银胶与腔体焊线区进行电连接，用于提高多晶LED的显色指数和亮度。

多颗蓝光芯片和彩光芯片的控制电路通过PPA绝缘块隔开，采用双电路控制实现显指调节。

封装时，在多晶LED支架载体的两个独立支架腔体内根据需要设置芯片数；根据芯片颗数的不同，利用光学追迹软件TracePro，根据多晶LED的芯片颗数仿真出不同芯片颗数及芯片固晶位置对光强分布的影响，确定出双晶、三晶、四晶、五晶、六晶等多晶产品最佳的芯片排布位置。本发明多晶LED主要用于室内外及景观等全区域照明，因此，理想的LED光源分布应接近于朗伯体分布(图8)，朗伯体分布是指发光强度的空间分布符合余弦定律的(封装后的多晶LED)发光体(不论是自发光或是反射光)，其在不同角度的最大辐射强度满足下式要求：

Ι_θ＝Ι₀cosθ

其中θ为封装后多晶LED发光面源与多晶LED表面法线夹角，Ι_θ为多晶LED发光面源在θ角方向及其法线方向的辐射强度，Ι₀为多晶LED发光面源在θ角方向及其法线方向的发光强度；

使用TracePro仿真时，当采用不同排布位置封装后的多晶LED的光强分布曲线(图9)接近朗伯体分布时，表明此时的芯片排布位置为最佳的芯片排列方式。

然后选用粘度为26-40Pa·s，导热率为0.2-0.6W/m·k，在25-150℃时线膨胀系数为150-220ppm，固化后硬度为ShoreD56-80，在400nm/2mm时，透光率达到70％以上的固晶胶将多颗芯片粘结在独立支架腔体内；通过调整固晶、焊线工艺参数进行多晶LED的固晶、焊线工序，然后通过荧光粉的设计选型及发光光谱的设计，采用互补色原理，对发光光谱进行补充，经点胶烘烤后，即可得到发光效率高、可靠性好的多晶LED。

下面给出几个本发明提供的多晶LED的具体实施例：

实施例1：

参照图4，应用本发明封装的双晶串联LED。将两颗蓝光芯片Ⅰ12和蓝光芯片Ⅱ13分别粘结在多晶LED支架载体3的两个腔体的固晶区中，所用固晶胶为绝缘胶或者银胶，将彩光芯片16的红光芯片或绿光芯片通过银胶粘接在两个腔体之间的支架横梁7表面，固晶烘烤后，按图4所示方式焊线，蓝光芯片Ⅰ12负极和蓝光芯片Ⅱ13的正极焊在支架横梁7镀银层同一点处，以此导通，0.5W蓝光芯片Ⅰ12正极连接与正极引脚相邻的支架腔体Ⅰ的镀银层，0.5W蓝光芯片Ⅱ13的负极焊在由隔离块5分隔的焊线区内与负极引脚2相连。蓝光芯片与彩光芯片形成双电路控制。然后点胶，图5是本发明双晶串联LED封装完成后的侧视剖面图，荧光粉层17填充在多晶LED支架载体3的凹腔中，最后点胶烘烤即形成双晶串联LED。

采用此方式封装的1W双晶串联LED发光角度为145°，发光效率为130lm/W，显色指数为85，光电性能均优于现有技术的双晶串联1WLED。见下述表1。

实施例2：

参照图6，应用本发明封装的双晶并联LED。将两颗蓝光芯片Ⅰ12和蓝光芯片Ⅱ13分别粘结在多晶LED支架载体3的两个支架腔体中，所用固晶胶为绝缘胶或者银胶，将彩光芯片16的红光芯片或绿光芯片通过银胶粘接在两个支架腔体之间的支架横梁7表面，固晶烘烤后，按图6所示方式焊线，0.5W蓝光芯片Ⅰ12负极焊在腔体41的焊线区，0.5W蓝光芯片Ⅱ13的负极焊在腔体42的焊线区，以此达到并联的效果。然后经过点胶、点胶烘烤即形成双晶并联LED。

采用此方式封装的1W双晶并联LED发光角度为145°，发光效率为126lm/W，显色指数为86，光电性能均优于现有技术的双晶并联1WLED。见下述表1。

实施例3：

参照图7，应用本发明封装的四晶串联LED。将蓝光芯片Ⅰ12、蓝光芯片Ⅲ14粘结在多晶LED支架腔体41中，蓝光芯片Ⅱ13、蓝光芯片Ⅳ15粘结在多晶LED支架腔体42中，所用固晶胶为绝缘胶或者银胶，将彩光芯片16的红光芯片或绿光芯片通过银胶粘接在两个支架腔体之间的支架横梁7表面，固晶烘烤后，按图7所示方式焊线，0.5W蓝光芯片Ⅰ12负极和蓝光芯片Ⅲ14的正极连接，0.5W蓝光芯片Ⅲ14的负极与蓝光芯片Ⅱ13的正极焊在支架横梁镀7银层同一点处，0.5W蓝光芯片Ⅱ13的负极与0.5W蓝光芯片Ⅳ15的正极连接，0.5W蓝光芯片Ⅳ15的负极焊在腔体42的焊线区，以此导通。然后经过点胶、点胶烘烤即形成四晶串联LED。

采用此方式封装的2W四晶串联LED发光角度为145°，发光效率为132lm/W，显色指数为88，光电性能均优于现有技术的四晶串联2WLED。见下述表1。

表1本发明多晶LED与现有技术多晶LED性能对比

表1为本发明多晶LED与现有技术多晶LED性能的对比，从表中可以看出，本发明双晶串联1WLED、双晶并联1WLED、四晶串联2WLED与现有技术双晶串联1WLED、双晶并联1WLED、四晶串联2WLED相比，其发光角度、发光效率、显色指数、热阻、光衰均优于现有技术的多晶LED。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种提高发光效率的多晶LED支架，包括多晶LED支架载体，其特征在于，所述多晶LED支架载体上表面设有呈凹腔状的腔体，在凹腔状的腔体中设有两个并列的独立支架腔体，两个并列的独立支架腔体侧壁呈锥面，两个支架腔体中间有一个支架横梁，支架横梁表面设有镀银层；每个支架腔体底面由隔离块分隔为固晶区和焊线区，在固晶区和支架横梁的镀银层上设有至少一个芯片，芯片之间通过引线与焊线区连接，凹腔状的支架腔体中填充有荧光粉层。

2.如权利要求1所述的提高发光效率的多晶LED支架，其特征在于，所述两个支架腔体为相互独立的金属区，多晶LED支架载体材质为PPA、PCT或者EMC塑料材质，所述隔离块材质为PPA。

3.如权利要求1所述的提高发光效率的多晶LED支架，其特征在于，所述支架腔体侧壁材质为PPA、PCT或者EMC塑料材质，其倾斜度为100°-160°。

4.如权利要求1所述的提高发光效率的多晶LED支架，其特征在于，所述支架横梁的高度低于多晶LED支架载体表面。

5.如权利要求1所述的发光效率高的多晶LED支架，其特征在于，所述多晶LED支架载体的形状为长方形、正方形或者左右对称的四边形。

6.如权利要求1所述的提高发光效率的多晶LED支架，其特征在于，所述多晶LED支架载体底部两侧分布正负极引脚，在正负极引脚内侧依次设有热沉、隔离块和横梁底部，多晶LED支架载体底部背面设有两块散热片。

7.如权利要求6所述的提高发光效率的多晶LED支架，其特征在于，所述正负极引脚的材质为铜、银或者铝导电导热的材料。

8.如权利要求1所述的提高发光效率的多晶LED支架，其特征在于，在所述多晶LED支架的两个独立支架腔体内设置多颗蓝光芯片，在所述隔离块表面镀银层上设置多颗彩光芯片，彩光芯片为红光芯片或绿光芯片，多颗蓝光芯片和彩光芯片的控制电路通过绝缘块隔开，采用双电路控制实现显指调节。

9.如权利要求8所述的提高发光效率的多晶LED支架，其特征在于，所述多颗蓝光芯片和彩光芯片采用双晶、三晶、四晶、五晶、六晶多晶LED的串并联结构封装。

10.一种提高发光效率的多晶LED支架的固晶方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)在多晶LED支架载体的两个独立支架腔体内根据需要设置芯片数；

2)根据光学追迹软件TracePro仿真出不同芯片颗数及芯片固晶位置，确定最佳的多晶芯片排布位置；

根据所述TracePro仿真时，当多颗芯片采用不同排布位置封装后的多晶LED的光强分布曲线接近朗伯体分布时，表明此时的芯片排布位置为最佳的芯片排列方式；

所述朗伯体分布指封装后的多晶LED发光体在不同角度的最大辐射强度满足下式：

Ι_θ＝Ι₀cosθ

其中θ为封装后多晶LED发光面源与多晶LED表面法线夹角，Ι_θ为多晶LED发光面源在θ角方向及其法线方向的辐射强度，Ι₀为多晶LED发光面源在θ角方向及其法线方向的发光强度；

3)使用固晶胶将多颗芯片粘结在独立支架腔体内，固晶胶的粘度为26-40Pa·s，导热率为0.2-0.6W/m·k，在25-150℃时线膨胀系数为150-220ppm，固化后硬度为ShoreD56-80，在400nm/2mm时，透光率达到70％以上；

4)经固晶烘烤后，然后进行焊线、点胶、点胶烘烤，即可得到发光效率高的多晶LED。