CN109728149A - 抗外源干扰的一体式红外led封装结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抗外源干扰的一体式红外LED封装结构，其特征在于，包括金属基板、陶瓷基板、反射层、抗干扰层、惰性气体层、荧光粉层，所述陶瓷基板设置于所述金属基板上方，所述反射层设置于所述陶瓷基板上，所述反射层上设有开口区域，且所述陶瓷基板部分裸露于所述开口区域；所述开口区域内部设有PCB板、LED芯片，所述PCB板设于所述陶瓷基板上方，所述LED芯片设于所述PCB板上方，所述PCB板、LED芯片外侧设有有机硅环氧树脂层。本发明提出一种在封装结构中将荧光粉层与芯片热隔离的同时开辟独立的荧光粉层散热路径的热设计方法，解决LED封装热传递问题。
Description
技术领域
本发明属于LED封装技术领域，具体涉及抗外源干扰的一体式红外LED封装结构及其制备方法。
背景技术
灯具有节能高效的优点，但是LED芯片的光转换效率在20%-30%左右，剩余能量转换为内能导致芯片温度升高。温度过高会加剧灯具光衰，从而影响灯具寿命。研究表明，温度不仅影响LED芯片的寿命，也会引发荧光粉的热失效问题，甚至当温度高于某一阈值时，荧光粉出现不发光现象，亦即“热猝灭”现象。荧光粉的温升主要来自于荧光粉光吸收的自热作用和LED芯片发热的互热作用。实测表明，在工作状态下，荧光粉温度较芯片温度高。随着白光LED的大量商业化应用，LED芯片的功率也逐步升高到了瓦级以上，LED芯片散热技术成为了制约大功率LED灯应用的关键。
现有的大部分LED封装的热设计集中在提高LED封装外部的散热能力，包括散热器的主动散热和被动散热设计，关于LED封装内部的散热设计，尤其是荧光粉硅胶混合物的散热设计还很少。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种通过LED封装内部的散热设计解决LED封装热传递问题的抗外源干扰的一体式红外LED封装结构，以及其制备方法。
本发明的技术方案为：抗外源干扰的一体式红外LED封装结构，包括金属基板、陶瓷基板、反射层、抗干扰层、惰性气体层、荧光粉层，所述陶瓷基板设置于所述金属基板上方，所述反射层设置于所述陶瓷基板上，所述反射层上设有开口区域，且所述陶瓷基板部分裸露于所述开口区域；所述开口区域内部设有PCB板、LED芯片，所述PCB板设于所述陶瓷基板上方，所述LED芯片设于所述PCB板上方，所述PCB板、LED芯片外侧设有有机硅环氧树脂层；所述抗干扰层设于所述反射层的上方，所述荧光粉层设于所述抗干扰层的上方，所述荧光粉层与所述抗干扰层之间设有惰性气体层。特别的，所述PCB板与LED芯片紧密连接，所述惰性气体层是由设置于透光载体内的惰性气体组成。
进一步的，所述有机硅环氧树脂层内部于所述PCB板、LED芯片的两侧设有第一散热通道。
进一步的，所述陶瓷基板的内部对侧设有第二散热通道。
进一步的，所述第二散热通道的水平截面为“S”型。通过此结构散热通道的设置，能够保证热的均匀传递。
进一步的，所述有机硅环氧树脂层与所述抗干扰层之间设有空隙。
进一步的，所述有机硅环氧树脂层距离所述LED芯片较远的表面为球面结构。
进一步的，所述球面结构的表面的直径为1.2-2.8mm。
进一步的，所述反射层的水平截面为相向设置的直角梯形，所述直角梯形为圆弧型曲边的直角梯形。通过本发明反射层的设计，可有效提高光的反射角度和反射效率，提高光的利用率。
进一步的，所述荧光粉层、惰性气体层、抗干扰层的厚度比为1-1.5:1.2:1.2-1.6。本发明荧光粉层、惰性气体层、抗干扰层的厚度比的设置，能够达到提高发光效率的同时，有效避免外界因素的干扰，保证稳定的光波长范围，保证发光的光色均匀性和一致性。
进一步的，所述金属基板为铝基板。
本发明中，将陶瓷基板和金属板结合，陶瓷基板具有有极好的热传播路径，即LED器件热传导、封装拥有良好热性能，能保证LED器件实现高亮度、高光密度、可靠性高、长寿命，同时保持目标LED结温；再通过金属铝基板的高速导热效应，同时配合内部第一散热通道、第二散热通道，能有效加速导热效率，有效解决了LED封装结构内部热传递的问题。
进一步的，所述抗干扰层为现有技术中的抗干扰粉剂板层。可有效地避免封装结构内部受到外界因素的干扰，保证稳定运行。
进一步的，所述荧光粉层为(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+氮化物荧光粉层。具体的，所述荧光粉层为Sr0.8Ca0.192AlSiN3:0.008Eu2+荧光粉、Sr0.6Ca0.392AlSiN3:0.008Eu2+荧光粉中的任一种或两种的结合。经过发明人的大量实验证明，本发明的荧光粉层能够有效改善白光LED光源的性能，获得显色指数Ra为85，光效为86.8lm/W的优异白光，且其色温能够通过封装条件的简单调变而在4000K～6000K范围内进行调节。
本发明主要解决荧光粉型LED在散热设计中存在的不足，在分析现有荧光粉型LED封装结构及散热特点的基础上，提出在封装结构中将荧光粉层与芯片热隔离的同时开辟独立的荧光粉层散热路径的热设计方法。再通过仿真分析得出，在封装设计中增加荧光粉层与芯片之间的距离、在芯片基座上设置专门用于荧光粉层的热传导通道，能够有效隔离荧光粉层与芯片之间的热传导，同时能够在不增加灯珠径向尺寸的同时改善荧光粉层的散热效果。新的封装方法将芯片和荧光粉层的散热问题相互独立出来，既避免了二者的相互加热问题，又增大了灯珠光学设计的自由度。
一种抗外源干扰的一体式红外LED封装结构的制备方法，包括如下步骤：
S1.将金属基板与陶瓷基板结合，将具有开口区域的反射层通过焊接或胶粘连的方式固定于陶瓷基板上，所述陶瓷基板部分裸露于所述开口区域；
S2.在所述开口区域裸露的陶瓷基板上设置PCB板；
S3.通过胶粘连的方式将LED芯片固定于所述PCB板上，将所述LED芯片和PCB板电连接；
S4.在所述开口区域涂覆有机硅环氧树脂层，并于有机硅环氧树脂层内部在所述LED芯片和PCB板两端设置第一散热通道；
S5.通过胶粘连的方式将抗干扰层固定于所述反射层上，在抗干扰层表面设置中空透光载体，通入惰性气体成为惰性气体层；
S6.在所述惰性气体层上涂覆荧光粉层，所述荧光粉层为(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+氮化物荧光粉层。
本发明的LED封装结构的制备方法工艺简单，适合工业化生产。制备得到的LED封装结构具有发光效率较高、使用寿命较长、光色一致性较好等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
抗外源干扰的一体式红外LED封装结构，包括金属基板1、陶瓷基板2、反射层3、抗干扰层4、惰性气体层5、荧光粉层6，所述陶瓷基板2设置于所述金属基板1上方，所述反射层3设置于所述陶瓷基板2上，所述反射层3上设有开口区域，且所述陶瓷基板2部分裸露于所述开口区域；所述开口区域内部设有PCB板7、LED芯片8，所述PCB板7设于所述陶瓷基板2上方，所述LED芯片8设于所述PCB板7上方，所述PCB板7、LED芯片8外侧设有有机硅环氧树脂层9；所述抗干扰层4设于所述反射层3的上方，所述荧光粉层6设于所述抗干扰层4的上方，所述荧光粉层6与所述抗干扰层4之间设有惰性气体层5。特别的，所述PCB板7与LED芯片8紧密连接，所述惰性气体层5是由设置于透光载体内的惰性气体组成。
进一步的，所述有机硅环氧树脂层9内部于所述PCB板7、LED芯片8的两侧设有第一散热通道91。
进一步的，所述陶瓷基板2的内部对侧设有第二散热通道21。
进一步的，所述第二散热通道21的水平截面为“S”型。通过此结构散热通道的设置，能够保证热的均匀传递。
进一步的，所述有机硅环氧树脂层9与所述抗干扰层4之间设有空隙。
进一步的，所述有机硅环氧树脂层9距离所述LED芯片8较远的表面为球面结构。
进一步的，所述球面结构的表面的直径为1.2-2.8mm。
进一步的，所述反射层3的水平截面为相向设置的直角梯形，所述直角梯形为圆弧型曲边的直角梯形。通过本发明反射层3的设计，可有效提高光的反射角度和反射效率，提高光的利用率。
进一步的，所述荧光粉层6、惰性气体层5、抗干扰层4的厚度比为1-1.5:1.2:1.2-1.6。本发明荧光粉层6、惰性气体层5、抗干扰层4的厚度比的设置，能够达到提高发光效率的同时，有效避免外界因素的干扰，保证稳定的光波长范围，保证发光的光色均匀性和一致性。
进一步的，所述金属基板1为铝基板。
本发明中，将陶瓷基板2和金属板结合，陶瓷基板2具有有极好的热传播路径，即LED器件热传导、封装拥有良好热性能，能保证LED器件实现高亮度、高光密度、可靠性高、长寿命，同时保持目标LED结温；再通过金属铝基板的高速导热效应，同时配合内部第一散热通道91、第二散热通道21，能有效加速导热效率，有效解决了LED封装结构内部热传递的问题。
进一步的，所述抗干扰层4为现有技术中的抗干扰粉剂板层。
进一步的，所述荧光粉层6为(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+氮化物荧光粉层6。具体的，所述荧光粉层6为Sr0.8Ca0.192AlSiN3:0.008Eu2+荧光粉、Sr0.6Ca0.392AlSiN3:0.008Eu2+荧光粉中的任一种或两种的结合。经过发明人的大量实验证明，本发明的荧光粉层6能够有效改善白光LED光源的性能，获得显色指数Ra为85，光效为86.8lm/W的优异白光，且其色温能够通过封装条件的简单调变而在4000K～6000K范围内进行调节。
本发明主要解决荧光粉型LED在散热设计中存在的不足，在分析现有荧光粉型LED封装结构及散热特点的基础上，提出在封装结构中将荧光粉层6与芯片热隔离的同时开辟独立的荧光粉层6散热路径的热设计方法。再通过仿真分析得出，在封装设计中增加荧光粉层6与芯片之间的距离、在芯片基座上设置专门用于荧光粉层6的热传导通道，能够有效隔离荧光粉层6与芯片之间的热传导，同时能够在不增加灯珠径向尺寸的同时改善荧光粉层6的散热效果。新的封装方法将芯片和荧光粉层6的散热问题相互独立出来，既避免了二者的相互加热问题，又增大了灯珠光学设计的自由度。
一种抗外源干扰的一体式红外LED封装结构的制备方法，包括如下步骤：
S1.将金属基板1与陶瓷基板2结合，将具有开口区域的反射层3通过焊接或胶粘连的方式固定于陶瓷基板2上，所述陶瓷基板2部分裸露于所述开口区域；
S2.在所述开口区域裸露的陶瓷基板2上设置PCB板7；
S3.通过胶粘连的方式将LED芯片8固定于所述PCB板7上，将所述LED芯片8和PCB板7电连接；
S4.在所述开口区域涂覆有机硅环氧树脂层9，并于有机硅环氧树脂层9内部在所述LED芯片8和PCB板7两端设置第一散热通道91；
S5.通过胶粘连的方式将抗干扰层4固定于所述反射层3上，在抗干扰层4表面设置中空透光载体，通入惰性气体成为惰性气体层5；
S6.在所述惰性气体层5上涂覆荧光粉层6，所述荧光粉层6为(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+氮化物荧光粉层6。
本发明的LED封装结构的制备方法工艺简单，适合工业化生产。制备得到的LED封装结构具有发光效率较高、使用寿命较长、光色一致性较好等优点。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。需注意的是，本发明中所未详细描述的技术特征，均可以通过本领域中的任一现有技术实现。
Claims (11)
1.抗外源干扰的一体式红外LED封装结构，其特征在于，包括金属基板、陶瓷基板、反射层、抗干扰层、惰性气体层、荧光粉层，所述陶瓷基板设置于所述金属基板上方，所述反射层设置于所述陶瓷基板上，所述反射层上设有开口区域，且所述陶瓷基板部分裸露于所述开口区域；所述开口区域内部设有PCB板、LED芯片，所述PCB板设于所述陶瓷基板上方，所述LED芯片设于所述PCB板上方，所述PCB板、LED芯片外侧设有有机硅环氧树脂层；所述抗干扰层设于所述反射层的上方，所述荧光粉层设于所述抗干扰层的上方，所述荧光粉层与所述抗干扰层之间设有惰性气体层。
2.根据权利要求1所述的抗外源干扰的一体式红外LED封装结构，其特征在于，所述有机硅环氧树脂层内部于所述PCB板、LED芯片的两侧设有第一散热通道。
3.根据权利要求1所述的抗外源干扰的一体式红外LED封装结构，其特征在于，所述陶瓷基板的内部对侧设有第二散热通道。
4.根据权利要求3所述的抗外源干扰的一体式红外LED封装结构，其特征在于，所述第二散热通道的水平截面为“S”型。
5.根据权利要求1所述的抗外源干扰的一体式红外LED封装结构，其特征在于，所述有机硅环氧树脂层距离所述LED芯片较远的表面为球面结构。
6.根据权利要求5所述的抗外源干扰的一体式红外LED封装结构，其特征在于，所述球面结构的表面的直径为1.2-2.8mm。
7.根据权利要求1所述的抗外源干扰的一体式红外LED封装结构，其特征在于，所述反射层的水平截面为相向设置的直角梯形，所述直角梯形为圆弧型曲边的直角梯形。
8.根据权利要求1所述的抗外源干扰的一体式红外LED封装结构，其特征在于，所述荧光粉层、惰性气体层、抗干扰层的厚度比为1-1.5:1.2:1.2-1.6。
9.根据权利要求1所述的抗外源干扰的一体式红外LED封装结构，其特征在于，所述金属基板为铝基板。
10.根据权利要求1所述的抗外源干扰的一体式红外LED封装结构，其特征在于，所述荧光粉层为(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+氮化物荧光粉层。
11.一种抗外源干扰的一体式红外LED封装结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.将金属基板与陶瓷基板结合，将具有开口区域的反射层通过焊接或胶粘连的方式固定于陶瓷基板上，所述陶瓷基板部分裸露于所述开口区域；S2.在所述开口区域裸露的陶瓷基板上设置PCB板；S3.通过胶粘连的方式将LED芯片固定于所述PCB板上，将所述LED芯片和PCB板电连接；S4.在所述开口区域涂覆有机硅环氧树脂层，并于有机硅环氧树脂层内部在所述LED芯片和PCB板两端设置第一散热通道；S5.通过胶粘连的方式将抗干扰层固定于所述反射层上，在抗干扰层表面设置中空透光载体，通入惰性气体成为惰性气体层；S6.在所述惰性气体层上涂覆荧光粉层，所述荧光粉层为(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+氮化物荧光粉层。
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