CN108011007B - Led封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED封装结构，包括：底层结构(10)，包括：散热基板和芯片，所述芯片固接于所述散热基板上，其中，所述散热芯片具有斜圆槽表面。透镜结构(20)，设置于所述底层结构(10)之上，所述透镜结构(20)包括：中间透镜层和第二透镜单元(22)，所述第二透镜单元(22)设置于所述中间透镜层之上，其中，所述中间透镜层包括多个层叠设置的第一透镜单元(21)。本发明LED封装结构散热基板上具有中间斜圆槽，在强度不变的情况下降低了散热基板的制作成本，且中间斜圆槽可以增加空气流通通道，利用烟囱效应提升空气的热对流速率，增加了散热效果。
Description
技术领域
本发明属于LED技术领域，具体涉及一种LED封装结构。
背景技术
大功率LED封装由于结构和工艺复杂，并直接影响到LED的使用性能和寿命，一直是近年来的研究热点，特别是照明级大功率LED散热封装更是研究热点中的热点，随着大功率LED芯片性能的迅速提高，功率型LED 的封装技术不断改进以适应形势的发展，从开始的引线框架式封装到多芯片阵列组装，再到如今的3D阵列式封装，其输入功率不断提高，而封装热阻显著降低。为了推动LED在普通照明领域的发展，迸一步改善LED封装的热管理将是关键之一。在封装过程中LED芯片、金线、封装树脂、透镜、以及芯片热沉等各个环节，散热问题都必须很好地重视。
因此，如何研制合适的结构和材料、制备工艺和参数来设计和制备低接口热阻、高散热性能的封装结构对于未来大功率LED封装的散热性能的提高和发展具有非常现实的意义。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种LED封装结构。
本发明的一个实施例提供了一种LED封装结构，包括：
底层结构10，包括：散热基板和芯片，所述芯片固接于所述散热基板上，其中，所述散热芯片具有斜圆槽表面；
透镜结构20，设置于所述底层结构10之上，所述透镜结构20包括：中间透镜层和第二透镜单元22，所述第二透镜单元22设置于所述中间透镜层之上，其中，所述中间透镜层包括多个层叠设置的第一透镜单元21。
在本发明的一个实施例中，所述芯片为RGB三基色LED灯芯。
在本发明的一个实施例中，所述散热基板表面的斜圆槽与散热基板表面的夹角的取值范围为1～10度。
在本发明的一个实施例中，所述第一透镜单元21包括：第一下硅胶层 211、第一透镜层212、第一上硅胶层213，其中，所述第一透镜层212包括多个透镜球。
在本发明的一个实施例中，所述多个透镜球呈菱形或者矩形均匀排列在所述第一下硅胶层211和所述第一上硅胶层213内。
在本发明的一个实施例中，所述透镜球的半径R大于10μm。
在本发明的一个实施例中，所述透镜球之间的间距A大于5μm。
在本发明的一个实施例中，所述中间透镜层从所述底层结构到所述第二透镜单元22方向折射率依次递增。
在本发明的一个实施例中，所述第二透镜单元22包括：第二下硅胶层 221、第二透镜层222、第二上硅胶层223，其中，所述第一上硅胶层223 的上表面为弧形。
在本发明的一个实施例中，所述第二上硅胶层223的折射率小于1.5。
本发明实施例的有益效果如下：LED封装结构的散热基板上具有中间斜圆槽，在强度不变的情况下降低了散热基板的制作成本，且中间斜圆槽可以增加空气流通通道，利用烟囱效应提升空气的热对流速率，增加了散热效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种LED封装结构的剖面结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种RGB三基色LED灯芯合成白光结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种斜圆槽散热基板结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种透镜球为菱形均匀排列的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种透镜球为矩形均匀排列的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种LED封装结构的剖面结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种LED封装结构的制备工艺示意图；
图8(a)～图8(d)为本发明实施例提供的制备第一透镜层的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种LED封装结构的剖面结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种RGB三基色LED灯芯合成白光结构示意图；图3为本发明实施例提供的一种斜圆槽散热基板结构示意图；包括：
底层结构10，包括：散热基板和芯片，所述芯片固接于所述散热基板上，其中，所述散热芯片具有斜圆槽表面；
透镜结构20，设置于所述底层结构10之上，所述透镜结构20包括：中间透镜层和第二透镜单元22，所述第二透镜单元22设置于所述中间透镜层之上，其中，所述中间透镜层包括多个层叠设置的第一透镜单元21。
其中，所述芯片为RGB三基色LED灯芯。
其中，所述散热基板表面的斜圆槽与散热基板表面的夹角的取值范围为1～10度。
其中，所述第一透镜单元21包括：第一下硅胶层211、第一透镜层212、第一上硅胶层213，其中，所述第一透镜层212包括多个透镜球。
请参见图4和图5，图4为本发明实施例提供的一种透镜球为菱形均匀排列的结构示意图；图5为本发明实施例提供的一种透镜球为矩形均匀排列的结构示意图，其中，所述多个透镜球呈菱形或者矩形均匀排列在所述第一下硅胶层211和所述第一上硅胶层213内。
其中，所述透镜球的半径R大于10μm。
其中，所述透镜球之间的间距A大于5μm。
其中，所述中间透镜层从所述底层结构到所述第二透镜单元22方向折射率依次递增。
其中，所述第二透镜单元22包括：第二下硅胶层221、第二透镜层222、第二上硅胶层223，其中，所述第一上硅胶层223的上表面为弧形。
其中，所述第二上硅胶层223的折射率小于1.5。
本发明实施例有益效果如下：
1、散热基板上具有中间斜圆槽，在强度不变的情况下降低了散热基板的制作成本，且中间斜圆槽可以增加空气流通通道，利用烟囱效应提升空气的热对流速率，增加了散热效果；
2、本LED封装结构相比现有技术中需要采用荧光粉的封装结构相比，不会产生高温引起荧光粉量子效率下降的问题；
3、透镜球可以呈矩形均匀排列，或者菱形排列，可以保证光源的光线在集中区均匀分布。
实施例二
请再次参见图1，在上述实施例的基础上，本实施例以中间透镜层含有一个第一透镜单元为例，详细对LED封装结构的设计参数进行说明。
所述LED封装结构100包含依次层叠设置的第一下硅胶层、第一透镜层、第一上硅胶层、第二下硅胶层、第二透镜层、第二上硅胶层。
制备第一透镜层、第一下硅胶层、第一上硅胶层、第二下硅胶层、第二透镜层、第二上硅胶层的材料分别为第一硅胶材料、第二硅胶材料、第三硅胶材料、第四硅胶材料、第五硅胶材料、第六硅胶材料。
其中，第一硅胶材料和第五硅胶材料可以相同或者不同，可以为聚碳酸脂或聚甲基丙烯酸甲脂或玻璃。
其中，第二硅胶材料可以为改性环氧树脂、有机硅材料等。
其中，第三硅胶材料、第四硅胶材料可以相同也可以不同，可以为环氧树脂、改性环氧树脂、有机硅材料等。
其中，第六硅胶材料为环氧树脂、改性环氧树脂、有机硅材料、甲基 1.41折光率硅橡胶、苯基高折(1.54光折射率)有机硅橡胶。
其中，第一硅胶材料、第二硅胶材料、第三硅胶材料、第四硅胶材料、第五硅胶材料、第六硅胶材料的折射率可以通过对成分的调节进行调整。
为了均衡LED封装结构的透光率和散热率均能达到较高状态，相关工艺参数设计如下：
其中，第一透镜层的折射率大于第一上硅胶层和第一下硅胶层的折射率，第二透镜层的折射率大于第二上硅胶层和第二下硅胶层的折射率，第一下硅胶层、第一上硅胶层、第二下硅胶层、第二上硅胶层的折射率依次增大，这样设计是为了抑制出射光的全发射，因为全反射会导致出射光变少，全反射到内部的光会被吸收变为无用的热量。
同时，第二上硅胶层的折射率需要小于1.5，这样第二上硅胶层的折射率与空气之间形成折射率差较小因此会进一步抑制全发射效应。
其中，为了使出射光从第一透镜层的透镜球出射后不会发散为聚拢状态，第一透镜层和第二透镜层的距离K需要满足小于两倍的第一透镜的焦距f1，其中，第一透镜层中透镜球的焦距f1为：
其中，R是第一透镜层中透镜球的半径，n2是第一透镜层中透镜球硅胶材料的折射率，n1是第一上硅胶层硅胶材料的折射率。
其中，第二上硅胶层的厚度需要高出第二透镜层的透镜球顶面 50—500μm。
优选地，为了达到最优的透光率并均衡散热率，透镜球半径R大于 10μm，第一透镜层的透镜到底层结构的距离L大于2μm，透镜球之间的间距A大于5μm，封装材料的总厚度H范围为1000～1200μm。
其中，第二上硅胶层还可以制备为扁平、抛物面、半圆形，其中半球形出光角最大，适合于普通照明应用；抛物面出光角最小，适合于局部照明应用；而扁平形介于两者之间，适合于指示照明。
同理，请参见图6，图6为本发明实施例提供的另一种LED封装结构的剖面结构示意图；该LED封装结构的中间透镜层具有两个第一透镜单元。
由本发明实施例中间透镜层具有一个第一透镜单元的LED封装结构，同理，我们可以得到中间透镜层具有多个第一透镜单元的LED封装结构，这里不再一一详述。
本发明实施例有益效果如下：
1、采用厚铝材料制作散热基板，热容大，导热性能好，且厚铝散热基板不容易变形，因此与散热装置能够紧密接触，散热效果好；
2、在散热基板上制作中间斜圆槽，在强度不变的情况下降低了散热基板的制作成本，且中间斜圆槽可以增加空气流通通道，利用烟囱效应提升空气的热对流速率，增加了散热效果；
3、本封装工艺相比现有技术中需要采用荧光粉的封装工艺相比，不会产生高温引起荧光粉量子效率下降的问题；
4、与芯片接触的硅胶采用耐高温硅胶，因此不会产生硅胶老化引起透光率下降的问题；
5、透镜改变了光的传播方向，可以有效地抑制全反射效应，有利于更多的光发射到LED外面，即增大了LED器件的外量子效率，或者提高LED 的发光效率。
6、透镜球可以呈矩形均匀排列，或者菱形排列，可以保证光源的光线在集中区均匀分布；
7、底层硅胶折射率小于上层硅胶，透镜球材料的折射率大于上下层硅胶折射率，硅胶层的折射率从下到上依次增大，可以保证芯片的能够更多的透过封装材料照射出去。
实施例三
本实施例在上述实施例的基础上，详细介绍一种LED封装结构的制作工艺，请参见图7，图7为本发明实施例提供的一种LED封装结构的制备工艺示意图；具体步骤如下：
S31：准备RGB三基色LED灯芯。
请再次参见图2，其中，RGB三基色LED灯芯包括：红光LED、绿光 LED、蓝光LED。三种LED分别发出红光、绿光和蓝光而最终合成白光。
S32：准备支架和散热基板。
S321：制备散热基板。请再次参见图3，该散热基板由材料选择铝材料，在散热基板表面沿宽度方向钻孔形成斜圆槽，斜圆槽的形成还可以采用铸造或者其它方式形成。
其中，铝材料热容大，导热效果好，不易变形，与散热基板可以紧密接触，散热效果好。
其中，圆槽中轴与散热基板平面呈一定夹角，夹角范围为1～10度。
其中，散热基板的圆槽半径Rb为0.1～0.5mm，圆槽间距Lb为0.5～10mm。
其中，散热基板厚度Db的范围为90-140μm，芯片宽度Wb大于20μm，面积根据灯具的需求面积进行剪裁。
S322：其中，支架和散热基板必须保持干净，需要将支架和散热基板上面的污渍，尤其是油渍清洗干净，并进行烘干，保持支架和散热基板的干燥状态。
S33：形成底层结构。
按照步骤S22准备好支架和散热基板后，将RGB三基色LED灯芯焊接在散热基板上形成底层结构，并将RGB三基色LED灯芯的引线焊接在散热基板上，采用标准的回流焊接工艺，具体包括：印刷焊料、固晶检验、回流焊接三个处理流程。
S34：制备透镜结构。其中，透镜结构包括一个第一透镜单元组成的中间透镜层和第二透镜单元，其中，第一透镜单元包括：第一下硅胶层、第一透镜层、第一上硅胶层。
S341：制备第一下硅胶层和第一透镜层。请参见图8(a)～图8(d)，图8(a)～图8(d)为本发明实施例提供的制备第一下硅胶层和第一透镜层的工艺流程示意图；
S3411：将两个相同的透镜模具10和透镜模具11对称放置，其中，两个透镜模具中对应的半球形凹槽对称放置以形成一个完整球形。
S3412：从两个透镜模具侧方空隙处注入第一硅胶材料，直至将两个透镜模具上的半球形凹槽和空隙填满，以形成多个透镜球，多个透镜球之间通过第二硅胶相连，请参见图8(a)。
S3413：去掉一个透镜模具，形成带有透镜模具的第一透镜层，请参见图8(b)。
S3414：在所述底层结构上涂覆第二硅胶材料硅胶形成所述第一下硅胶层，将带有第一透镜模具的所述第一透镜层置于所述第一下硅胶层中，将整个结构包括第一透镜层、第一下硅胶层、底层结构进行烘烤，烘烤温度为90～125℃，烘烤时间为15～60分钟，请参见图8(c)。
S3415：去掉剩余的透镜模具以形成第一透镜层，第一透镜层具有多个硅胶透镜球，请参见图8(d)。其中，多个透镜球呈矩形或者菱形均匀排列，请再次参见图4和图5。
S342：形成第一上硅胶层。在第一透镜层上涂覆第三硅胶材料形成第一上硅胶层以形成第一透镜单元即中间透镜层。
其中，中间透镜层包括一个第一透镜单元。
重复步骤S241即可制备含有多个第一透镜单元的中间透镜层，这里不再一一详述。
S343：同理，重复步骤S241分别采用第四硅胶材料和第五硅胶材料分别形成第二下硅胶层和第二透镜层。
S344：形成第二上硅胶层。
在第二透镜层上涂覆第六硅胶材料形成第二上硅胶层，采用半球形模具在第二上硅胶层上形成一个弧形以形成第二透镜单元。
S35：对整个LED封装结构进行长烤。请参考图7，图7为本发明实施例提供的一种LED封装工艺形成的LED封装结构的剖面结构示意图。
其中，LED封装结构包括：依次层叠设置的底层结构21，第一下硅胶层22、第一透镜层23、第一上硅胶层24、第二下硅胶层25、第二透镜层26、第二上硅胶层27。
将整个封装结构：底层结构、第一透镜单元、第二透镜单元进行烘烤，烘烤温度为100-150℃，烘烤时间为4-12小时。
S36：检测和包装。对整个封装结构进行检测和包装以完成LED封装工艺。
由上面中间透镜层具有一个第一透镜单元的LED封装工艺的详细流程，同理，我们可以制备中间透镜层具有多个第一透镜单元的LED封装工艺，这里不再一一详述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种LED封装结构，其特征在于，包括：
底层结构(10)，包括散热基板和芯片，所述芯片固接于所述散热基板上，其中，所述散热基板具有斜圆槽表面，其中，所述散热基板的所述斜圆槽半径Rb为0.1～0.5mm，所述斜圆槽的间距Lb为0.5～10mm；
透镜结构(20)，设置于所述底层结构(10)之上，所述透镜结构(20)包括中间透镜层和第二透镜单元(22)，所述第二透镜单元(22)设置于所述中间透镜层之上，其中，所述中间透镜层包括多个层叠设置的第一透镜单元(21)；
其中，所述第一透镜单元(21)包括：第一下硅胶层(211)、第一透镜层(212)、第一上硅胶层(213)，其中，所述第一透镜层(212)包括多个透镜球；所述第一透镜层的折射率大于所述第一下硅胶层和所述第一上硅胶层的折射率，所述多个层叠设置的第一透镜单元中的第一下硅胶层、第一上硅胶层从所述底层结构到所述第二透镜单元(22)方向折射率依次递增；
其中，所述第一透镜层和所述第二透镜层的距离K需要满足小于两倍的所述第一透镜的焦距f1，其中，所述第一透镜层中透镜球的所述焦距f1为：
其中，R是所述第一透镜层中透镜球的半径，n2是所述第一透镜层中透镜球硅胶材料的折射率，n1是所述第一上硅胶层硅胶材料的折射率。
2.根据权利要求1所述的LED封装结构，所述芯片为RGB三基色LED灯芯。
3.根据权利要求1所述的LED封装结构，所述散热基板表面的斜圆槽与散热基板表面的夹角的取值范围为1～10度。
4.根据权利要求1所述的LED封装结构，所述多个透镜球呈菱形或者矩形均匀排列在所述第一下硅胶层(211)和所述第一上硅胶层(213)内。
5.根据权利要求4所述的LED封装结构，所述透镜球的半径R大于10μm。
6.根据权利要求4所述的LED封装结构，所述透镜球之间的间距A大于5μm。
7.根据权利要求1所述的LED封装结构，所述第二透镜单元(22)包括：第二下硅胶层(221)、第二透镜层(222)、第二上硅胶层(223)，其中，所述第二上硅胶层(223)的上表面为弧形。
8.根据权利要求7所述的LED封装结构，所述第二上硅胶层(223)的折射率小于1.5。
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