CN202013881U - 垂直结构led芯片集成封装结构 - Google Patents

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谭光明
李�浩
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Abstract

垂直结构LED芯片集成封装结构，涉及照明领域。本实用新型的导热基板上设有金属网格电路层，金属网格电路层上设有若干垂直结构LED芯片，LED芯片下端的P极和上端的N极连接至金属网格电路层使各LED芯片相连，所述的金属网格电路层上设有将各LED芯片围绕的光学杯，形成LED光源腔。达到了减小对灯具外形设计的限制、减少光损失、提高灯具散热性能和光效的目的。

Description

垂直结构LED芯片集成封装结构
技术领域
本实用新型涉及照明领域，具体是一种垂直LED芯片集成封装结构。
背景技术
随着半导体照明技术逐渐进步发展，LED应用领域越来越广泛，各界对于环保节能日趋重视。LED已经广泛应用于景观照明和一些特殊的照明领域；但真正应用于普通照明，如道路、隧道、工厂或商场照明还需要更大功率、更高光效的LED光源。
目前，市场上 LED光源封装采用的芯片结构主要有两种：一是水平结构芯片，另一种则是垂直结构芯片。
水平结构芯片的优点在于P极和N极线路都设计在芯片发光面上，可任意对芯片进行串并集成封装的LED光源来满足灯具所需的光通量。其缺陷是，芯片底部为蓝宝石衬底，导热系数只有20-30W/ MK，而此芯片本身散热效果不是很好，所以对灯具的光衰影响较大。
垂直结构芯片因为芯片发光面上只设计了一种N极线路，在与水平结构芯片同等尺寸规格下相比，垂直结构芯片的发光面积上要大10-15%，所以光效也要比水平结构芯片高出10-20%左右；此外垂直结构芯片底部为铜基衬底，铜的导热系数高达300 W/ MK以上，是蓝宝石的10多倍，所以芯片本身的散热效果比水平结构芯片要好几倍。但是，垂直结构芯片在目前的封装和应用行业缺陷也比较多，例如：采用垂直结构芯片只能单颗1W或3W的封装工艺，不能集成封装成更大单颗功率型的LED光源，所以在灯具应用的组装过程需克服很多困难，如：
1）灯具的设计受到单颗LED排列数量和铝基板线路复杂的限制，生产的灯具在外形美观和保证性能方面难以兼顾。
2）单颗1W LED光源封装时需做二次光学处理，组装成灯具后还需做三次光学处理后才能满足照明工程所需的配光曲线及照度均匀性；但是，光学处理的次数越多，LED光源的光通量就会损失越多。
3）采用导热硅脂或导热硅胶垫作为LED光源的导热介质，（其导热硅脂或导热硅胶垫的主要成份结构为：硅酮＋纯银微粒子＋金属氮化物，它的导热系数在0.5W/ MK～2.5W/ MK左右）不足够以满足对LED光源的散热；而且，导热硅脂常常因在高温下工作，内部水分和化学树脂容易蒸发干枯，使LED光源热沉与散热器接触面积越来越减少，长而久之导致LED芯片温度无法正常传导出去，对荧光粉激发性能及寿命影响极大，最终可能直接导致LED烧胶或黑灯。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供一种垂直结构LED芯片集成封装结构，通过将多个垂直结构LED芯片封装在一个光源腔内来减小对灯具外形设计的限制，达到减少光损失、提高灯具散热性能和光效的目的。
为此，本实用新型采用以下技术方案：
垂直结构LED芯片集成封装结构，包括导热基板，其特征在于：所述的导热基板上设有金属网格电路层，金属网格电路层上设有若干垂直结构LED芯片，LED芯片下端的P极和上端的N极连接至金属网格电路层使各LED芯片相连，所述的金属网格电路层上设有将各LED芯片围绕的光学杯，形成LED光源腔。
作为对上述技术方案的完善和补充，本实用新型进一步采取如下技术措施或是这些措施的任意组合：
所述垂直结构LED芯片下端的P极通过一导电导热层固定于金属网格电路层上，上端的N极通过导线连接至金属网格电路层。
所述的金属网格电路层包括若干电路单元，每个电路单元对应一个LED芯片，每个电路单元包括对应垂直结构LED芯片P极的连接面和用于与垂直LED芯片N极相连的连接点。
所述的各电路单元串联或串并联，金属网格电路层还设有用于与外电路相连的正极引线焊盘和负极引线焊盘。
所述的光源腔内填充有胶脂或荧光粉胶脂。
所述的光源腔上覆盖有透镜。
所述的导热基板为铜基板、铝基板、氮化铝基板或氧化铝基板。
所述的导热基板下侧设有可焊接金属衬底层。
所述的可焊接金属衬底层为镍、银或锡的金属层。
有益效果：本实用新型实现了垂直结构LED芯片集成封装，使灯具组装更方便简单，而且只需装一个光学透镜就可以满足照明需求，并有效的避免了原单瓦封装结构的二次配光和灯具多个三次配光后的光损失；LED光源的紧凑结构设计也可配合灯具外形美观做大或做小，并且在灯具内不需做任何线路布置；另外，LED光源基板底部采用镀银、镍或锡工艺，给LED光源配合做成灯具预留了可以与散热器用锡膏或锡合金属焊料焊接的工艺，LED光源与散热器之间采用金属作为热传导介质，比原采用导热硅脂或导热硅胶垫的传导速度快了30多倍以上，也不容易失效。
附图说明
图1、2为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示的垂直结构LED芯片集成封装结构，在LED高导热基板2表面设有金属网格电路层9和LED基座底部的可焊接金属衬底层11，光学杯3固定在LED高导热率基板上金属网格电路层上面密封好；垂直结构LED芯片8采用导电导热介质6固定在金属网格电路层9上中间位置。采用导线4（金线）将垂直结构LED 芯片8上的垂直结构LED芯片N极7与金属网格电路层9连接，各芯片之间可串联或并联；然后用填充胶脂或荧光粉胶脂5分布均匀灌封于LED光学杯内芯片和金线外的光源腔空间内，并用高温将填充胶脂或荧光粉胶脂烘干，以保护金线和芯片不受到外界的影响。此时大功率LED集成封装基本已完成，最后通过LED光源正极引线焊盘10和LED光源正极引线焊盘1通电进行光电测试及分级；而LED光源基板底部的可焊接金属衬底层是为了采用金属焊料（锡膏或锡合金属焊料）与散热器焊接的工艺预留的，此方案可供LED光源老化或长期照明工作使用。
其中，LED芯片发光颜不限，可以是蓝光芯片周边涂覆黄色荧光粉胶脂或其它彩色芯片；另外芯片的数量也可根据实际需要来选择。网格金属电路层为一种可以使垂直结构LED芯片串联或串并联连接使用的线路，其线路金属可以通过电镀或多种表面处理而成。
本实用新型的LED光源封装方法及结构不且能解决单颗1W封装及配合应用造成的几个问题外，更有利的是可以降低比原封装方案20%以上成本，灯具效率比原封装方案效率提升5-10%左右；并且使灯具LED光源能达到了更好散热及最佳的省电节能的效果。
应当指出，本实施例仅列示性说明本实用新型的原理及功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本实用新型的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本领域技术或相关人员参照本专利创新点，还可能设计出类似的结构，这种类似的LED光源导热散热结构也应该纳入本实用新型的权利保护范围。

Claims (9)

1.垂直结构LED芯片集成封装结构，包括导热基板，其特征在于：所述的导热基板上设有金属网格电路层，金属网格电路层上设有若干垂直结构LED芯片，LED芯片下端的P极和上端的N极连接至金属网格电路层使各LED芯片相连，所述的金属网格电路层上设有将各LED芯片围绕的光学杯，形成LED光源腔。
2.根据权利要求1所述的垂直LED芯片集成封装结构，其特征在于：所述垂直LED芯片下端的P极通过一导电导热层固定于金属网格电路层上，上端的N极通过导线连接至金属网格电路层。
3.根据权利要求2所述的垂直LED芯片集成封装结构，其特征在于：所述的金属网格电路层包括若干电路单元，每个电路单元对应一个LED芯片，每个电路单元包括对应垂直LED芯片P极的连接面和用于与垂直LED芯片N极相连的连接点。
4.根据权利要求3所述的垂直LED芯片集成封装结构，其特征在于：所述的各电路单元串联或串并联，金属网格电路层还设有用于与外电路相连的正极引线焊盘和负极引线焊盘。
5.根据权利要求1所述的垂直LED芯片集成封装结构，其特征在于：所述的光源腔内填充有胶脂或荧光粉胶脂。
6.根据权利要求5所述的垂直LED芯片集成封装结构，其特征在于：所述的光源腔上覆盖有透镜。
7.根据权利要求1所述的垂直LED芯片集成封装结构，其特征在于：所述的导热基板为铜基板、铝基板、氮化铝基板或氧化铝基板。
8.根据权利要求1所述的垂直LED芯片集成封装结构，其特征在于：所述的导热基板下侧设有可焊接金属衬底层。
9.根据权利要求8所述的垂直LED芯片集成封装结构，其特征在于：所述的可焊接金属衬底层为镍、银或锡的金属层。
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