CN201983209U - 一种大功率照明级led光源速导热封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大功率照明级LED光源速导热封装结构，包括卡圈、光学透镜、支架、热量缓冲器、固定底板，透镜的纵剖面为拱形，透镜拱顶凹面处有一组棱状凸起。所述热量缓冲器为中空铝合金座体。所述支架作为LED芯片固定座，支架大小与热量缓冲器空腔相适配，支架顶端为能反光的凹槽，LED芯片置于凹槽底，凹槽两边制有引线孔，引线孔中各置一绝缘导线，绝缘导线顶端作为LED芯片正负引线柱，绝缘导线底端为连接线通到热量缓冲器底部连接接线端子。该封装结构紧凑，加工简便，导热快，可提高封装LED的功率和寿命，降低光散射，提高光照均匀度，控制光斑形状，控制光照方向，无眩光干扰。

Description

一种大功率照明级LED光源速导热封装结构

技术领域

本实用新型涉及一种光源封装，特别涉及一种大功率照明级LED光源速导热封装结构。

背景技术

LED（发光二极管）封装是指发光芯片的封装，相比集成电路封装有较大的不同。LED的封装不仅要求能够保护灯芯，而且还要能够透光，所以LED的封装对封装材料有特殊的要求。LED封装具有完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出可见光的功能，既有电参数，又有光参数的设计和技术要求，无法简单地使用普通封装技术。

LED的核心发光部分是由p型和n型半导体组成的pn结管芯，当pn结通过电流，电子与空穴相对移动并结合时，就会发出可见光、紫外光或近红外光。但是pn结区发出的光子是非定向的，即向各个方向发射的几率相同。因此并不是管芯产生的所有光都可以释放出来，这主要取决于半导体材料质量、管芯结构及几何形状、封装内部结构与封装材料。

一般情况下，LED的发光波长随温度变化为0.2-0.3nm/℃,光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。另外，当正向电流流经pn结，发热性损耗使pn结结区温度升高。在室温附近，温度每升高1℃，LED的发光强度会相应地减少1﹪左右。故而封装散热性能，在保持LED工作发光时的色纯度与发光强度显得尤为重要。以往多采用减少其驱动电流的办法，降低pn结结区温度，来保持发光的色纯度以及光照强度，多数的LED的驱动电流都保持在20mA左右。但是LED的光输出会随着电流的增大而增加，目前很多功率型LED的驱动电流可以达到70mA、100mA甚至1A级，需要改进封装结构。

进入21世纪后，LED的高效化、超高亮度化、全色化不断发展创新，红、橙LED光效已达到100 lm/W，绿LED为50 lm/W,单只LED的光通量也达到数十流明（lm）。LED芯片和封装不再沿袭传统的设计理念和制造生产模式，在增加芯片的光输出方面，研发不仅仅限于改变材料内的杂质数量，晶格缺陷和位错来提高内部效率，同时，如何改善管芯及封装内部结构，增强LED内部产生光子出射的几率，提高光效、解决散热、取光和热沉优化设计，改进光学性能。

现已可以生产出0.5W---3W大功率LED产品，例如美国流明（Lumileds）公司的Luxeon LED ，其特点是利用较大面积的金属底座，并用铝基板做为散热片，将芯片发光时所产生的热传导于空气中。在金属底座上用单颗大尺寸芯片或多颗小尺寸芯片封装，也能有效的提高LED的功率和亮度，但也是小幅度的提高，因为散热原理不太合理，还是无法解决芯片工作时的高热量问题，导致LED芯片容易衰减、崩溃，且工艺较难、成本高，不易推广。

另外，同时将几十颗或几百颗普通LED拼成的灯，该LED高度集中在一基材上，发光时高热无法散出，而导致LED容易死灯，外面开关恒源电流控制难，电流不大稳定容易造成衰减快、一致性不好、寿命短，难以作为照明光源。所以以上技术都难免存在LED功率小、亮度低、一致性差、发热高、成本高，只能在局部范围内应用，如手电筒、城市亮化，而难以平民家庭化、社会化推广。

基于以上原因，现有人对此做了改进，申请号为200410085385.2的发明专利公开了一种LED封装的方法，用此方法也可以生产出超大功率LED，但此方法太笼统，封装工艺过于复杂不成熟，结构不紧凑，美观，导热和散热结构不合理，生产难度较高，生产成本较大，不利于加工大规模大批量生产，并且其发光角度是固定的，做成后不易改变，该技术难以向全社会推广。

所以，在LED功率不断提升的情况下，芯片组的大型化与密集化，导致芯片的发热量与发光强度同步提升，为LED照明带来了光照色纯度、光强的稳定性以及高强度光照带来的眩光问题等方面的挑战。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种LED光源封装结构。该封装结构在提高封装LED的功率基础上，解决了现有封装结构光散射严重，光照均匀度不良，光斑形状和光照方向难于控制，眩光干扰严重等问题。

本实用新型提供的大功率照明级LED光源速导热封装结构，包括卡圈、光学透镜、LED芯片、热量缓冲器、底板。透镜的纵剖面为拱形，透镜拱顶凹面处有一组棱状凸起。所述卡圈通过螺栓固定在热量缓冲器之上，所述热量缓冲器通过螺栓固定在底板上，所述热量缓冲器为中空铝合金座体，支架作为LED芯片固定座兼热传导体，支架置于热量缓冲器空腔内且大小与热量缓冲器空腔相适配，支架顶端为能反光的凹槽，LED芯片置于凹槽底，凹槽两边制有引线孔，引线孔中各置一绝缘导线，绝缘导线顶端作为LED芯片正负引线柱，绝缘导线底端为连接线通到热量缓冲器底部连接电气接线端子。

本实用新型的主要改进在于，透镜的纵剖面为拱形，透镜拱顶凹面处有一组棱状凸起。该棱状凸起提供如下有益技术效果：无眩光干扰，提高LED可视度，防止光污染；提高照明总均匀度；能对预定目标范围实现准确的定向照射，有效地提高灯照利用率，避免光损失、电能浪费和光污染；还能控制光斑形状，能投射出矩形光斑，适应路灯照明等需要矩形光斑的场合。

此外，上述封装结构中的透镜由高硼硅光学玻璃或者K9光学玻璃制成，利用其耐热，耐用，耐冲击,化学稳定性高，机械性能好的特性，使透镜足以承受大功率LED长时间工作时散发的高热量，提高封装结构稳定性。

此外，上述封装结构中的支架表面为银结构层。银在常用材料中有极高的热导率，银结构层作为散热基板能将热量迅速传至支架内部铜基质上，构成稳定有效的热沉结构。银结构层同时能提高支架表面光洁度，使支架更紧密地结合于热量缓冲器腔体，增加散热面积，提高散热效果。

此外，上述封装结构中的LED芯片，在支架上的排布，呈椭圆形、或者圆形、或者矩形、或者三角形、或者五边形、或者六边形。不同的芯片排布方式，可以制造多种功率、多种光照强度、多种光斑形状的光源，适应不同的光源使用场合。

此外，上述封装结构中的热量缓冲器，外形为圆台，或者圆柱体，或者椭圆柱体，或者多边形柱体，其底部镶嵌电气接线端子，使支架底部电极与电气接线端子通过引线连接，实现封装结构外接电源接口布局的标准化。便于LED光源产品模块化。

附图说明

图1  LED封装结构图；

图2  光学透镜结构图；

图3  新型大功率照明级LED参数表；

图4  光学透镜俯视图。

图中的构件为：

1、卡圈；                      2、光学透镜；                  3、支架；

4、电极；                      5、LED芯片；                  6、热量缓冲器；

7、电气接线端子；       8、底板；              9、棱状凸起

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1：一种大功率照明级LED光源速导热封装结构，如图1所示，包括卡圈1、光学透镜2、支架3、LED芯片5、热量缓冲器6和底板8，支架3置于热量缓冲器6中心空腔内，光学透镜2置于热量缓冲器6上表面凹槽中，卡圈1通过螺栓固定在热量缓冲器6之上，热量缓冲器6通过螺栓固定在底板8上。所述光学透镜2的纵剖面为拱形，如图2所示，透镜2拱顶凹面处有一组棱状凸起9。如图4所示，所述棱状凸9起沿透镜2纵剖线排列，棱状凸起之间相互平行呈栅状，棱状凸起9的横截面为矩形。棱状凸起9的制造工艺为：将PC工程塑料，或者有机玻璃，或者光学玻璃加热融化为液体后，倒入制造透镜2的模具中，然后压制出棱状结构，冷却后，带有棱状凸起9的透镜2成型。该棱状凸起9可以有效防止眩光，并且使光线形成近似矩形的光斑，提高了灯具的地面照射均匀度，更为如道路照明等需要矩形配光的场所提供了优秀的设计。

实施例2：作为实施例1的技术改进，使用高硼硅光学玻璃或者K9光学玻璃作为光学透镜2的材料，使光学透镜2厚度在3mm到20mm之间，其透光率达到96%，能有效降低光损失。高硼硅光学玻璃或者K9光学玻璃能耐200℃高温，不因高温影响光学透镜2光学性能，保证封装结构在高温下稳定工作。

实施例3：作为实施例1的技术改进，用基质为铜，表面为银结构层的材料制成支架3。支架3能够有效传递热量和反射光线，支架3的上部是一个倒锥形结构，与热量缓冲器中心空腔相匹配，支架3上表面是一个圆形的凹槽，用于布置LED芯片5和荧光粉，其椭圆形的布晶方式能够最大限度的发挥光的使用率，荧光粉采用优越的三基色荧光粉，具有光效高，色可调，显色性好等特点。在支架3凹槽的两端有两个对称的电极引脚。电极引脚以耐高温塑料绝缘，最高工作温度可达300℃。支架3下端的电极4可通过一定量的强电流，最高耐3000V电压，电极4与电气接线端子7通过引线连接。

实施例4：作为实施例1的技术改进，改变棱状凸起9沿透镜2纵剖线方向的长度，使以俯视角度观察所述透镜时，棱状凸起9排列的形状为图4所示左右两边呈平行直线，上下两边呈外凸弧线的四边形，或者为圆形、椭圆形、多边形，可以产生矩形、圆形、椭圆形或者指定形状的光斑，满足多样化的照明需求。

实施例5：作为实施例1的技术改进，用铝合金或者铜制成热量缓冲器6，热量缓冲器6的主体是一个圆台，起到热量缓冲的作用，热量缓冲器6下底部是散热面，并装有耐高温电气接线端子7，热量缓冲器6上面是一个圆形凹槽，凹槽中间是进过喷砂处理的有一定弧度的光线反射区，以提高光的反射率，凹槽的周围是一个凹形槽，槽内填充硅胶，可以使光学透镜2与热量缓冲器6密合，热量缓冲器6的中心位置是一个上大下小的漏斗状空腔，与支架3的形状吻合，提高支架3与热量缓冲器6的接触面积，可以有效地传递热量。

实施例6：作为实施例5的技术改进，利用压印法、或挤制法、或铸造法、或接黏法、或折叠法、或改良式铸造法、或锻造法、或切削法、或机械加工法，在热量缓冲器6侧面和底板8底面，制成散热翅片，有助于封装结构提升散热效果。

如图3所示，封装的LED发光功率在10W、20W、30W、40W、50W、60W、70W、80W、90W、100W时，金属封装的尺寸相应扩大。通过采用本实用新型所公开的LED金属封装，灯的外表面工作温度控制在60℃以下，同时还能保证良好的光照强度与光照角度。

本实用新型公开的大功率照明级LED光源速导热封装结构，结构紧凑，加工简便，导热快，可提高封装LED的功率和寿命，降低光散射，提高光照均匀度，控制光斑形状，控制光照方向，无眩光干扰。

Claims (5)

1.一种大功率照明级LED光源速导热封装结构，包括卡圈（1）、 光学透镜（2）、支架（3）、热量缓冲器（6）和底板（8），支架（3）顶端布有LED芯片（5），支架（3）置于热量缓冲器（6）中心空腔内，光学透镜（2）置于热量缓冲器（6）上表面凹槽中，卡圈（1）通过螺栓固定在热量缓冲器（6）之上，热量缓冲器（6）通过螺栓固定在底板（8）上，其特征在于：所述的光学透镜（2） 的纵剖面为拱形，透镜拱顶凹面处有一组棱状凸起（9）。

2.根据权利要求1所述的一种大功率照明级LED光源速导热封装结构，其特征在于：所述光学透镜（2）的厚度，在3mm到20mm之间。

3.根据权利要求1所述的一种大功率照明级LED光源速导热封装结构，其特征在于：所述LED芯片（5）在支架（3）上的布置方式为椭圆形或圆形或矩形或三角形或五边形或六边形。

4.根据权利要求1所述的一种大功率照明级LED光源速导热封装结构，其特征在于：所述的热量缓冲器（6）外形为圆台，或者圆柱体，或者椭圆柱体，或者多边形柱体。

5.根据权利要求1所述的一种大功率照明级LED光源速导热封装结构，其特征在于：所述热量缓冲器（6）底部镶嵌电气接线端子（7），所述支架（3）的底部电极（4）与电气接线端子（7）通过引线连接。

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