CN202901977U

CN202901977U - 一体化倒装型led照明组件

Info

Publication number: CN202901977U
Application number: CN2012206171289U
Authority: CN
Inventors: 田茂福
Original assignee: Individual
Current assignee: Huizhou Tandem Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2022-11-20

Abstract

本实用新型涉及一种一体化倒装型LED照明组件，包括：LED电路；承载所述LED电路的玻璃载体；和直接倒装焊接并封装在所述玻璃载体上上的倒装型LED芯片，其中，所述LED电路和倒装型LED芯片一体化集成在所述玻璃载体上。这种一体化倒装型LED照明组件将极大地改善LED灯的散热性能和出光性能，省略了传统的LED线路板结构，极大地节省材料和人工成本。由于玻璃本身具有良好的透光性能，因此它本身还可作为LED灯的外防护结构，例如直接作为LED灯的灯管。因此，这又将进一步节省材料、价格和安装成本。

Description

一体化倒装型LED照明组件

技术领域

本实用新型涉及LED照明领域，具体涉及一种具有新型的一体化倒装型LED照明组件。

背景技术

现有技术的LED照明灯具中，一般都是采用在独立的传统(柔性)线路板上封装LED，然后外接电路而形成的。

现有技术的柔性线路板，无论是单面板、双面板还是多面板，一般都采用铜材或铜合金材料作为线路层材料。例如，传统的双面柔性线路板中，其柔性线路板的结构为，中间为一层绝缘层(例如由典型的PI材料制成)，在绝缘层的两面分别设有铜箔制作的线路层，在这两层线路层的外侧分别设有(例如粘接、涂镀、涂布或印刷的方式)起到防护作用的覆盖膜层(典型的是CVL或相关的可耐高温的PVC类绝缘材料)。

这种现有技术的柔性线路板的缺陷是多方面的。其中一个重要的缺陷在于，需要有单独的线路板，因而材料成本或采购成本高。另外，LED封装在线路板的LED电路上，而该LED电路一般是置于绝缘层上。绝缘层的材料有许多种，其中最为常用的是聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚酯和聚异戊二稀(PI)材料。聚酰亚胺材料具有非易燃性，几何尺寸稳定，具有较高的抗拉强度，并且具有承受焊接温度的能力，聚酯，也称为聚对苯二甲酸乙二醇酯(简称PET)，其物理性能类似于聚酰亚胺，具有较低的介电常数，吸收的潮湿很小，但是不耐高温。聚酯在低温应用场合呈现出刚性。这些材料均可用于形成绝缘层。

但是，这类绝缘层材料都有着共同的缺点，就是它们的导热性能都很差，一般而言，它们的导热系数一般在大约0.08-0.3W/m·K之间。这会导致LED工作时热量不易散发的散热问题，从而降低LED的使用寿命、耐久性和可靠性。因此，现有技术的LED照明器具，特别是大功率LED器具，还需要加上较大的散热结构，这不仅增加了成本，而且还不易安装和携带，影响了使用领域。

不仅如此，这类聚合物采用也难以适应后续的焊接LED的情形，例如锡焊、感应加热焊接等等。

另外，由于传统正装型LED具有导热路径比较长，热阻较大，而且这种结构的电极和引线也会挡住部分光线出光等等缺陷，传统正装型LED芯片对整个器件的出光效率和热性能而言不是最优的。为了克服正装型LED芯片不足，已经发展出倒装型LED芯片(Flip chip)技术。

倒装型LED芯片的封装法举例而言，首先制备具有适合共晶焊接的大尺寸LED芯片，同时制备相应尺寸的硅基板，并在其上制作共晶焊接电极的金导电层和引出导电层(超声波金丝球焊点)。然后，利用共晶焊接设备将大尺寸倒装型LED芯片与(硅)基板焊在一起。

在现有技术的倒装型LED中，倒装型LED芯片的正负极直接倒装焊接在(硅)基板上而提供倒装型LED，在应用时，还需要将该倒装型LED的(硅)基板用例如导热胶安装在器件或其散热装置上，形成最终的LED发光器件。这种LED发光器件的LED封装结构和工艺比较复杂，尽管采用了导热胶，但由于导热胶本身的导热性能有限，且散热层数多，路径长，因此还会导致高热阻，散热性能不佳等。

因此，随着LED照明应用的越来越广泛，客观上需要有更加优越的LED照明材料、结构和更紧凑、成本更低、散热性和可靠性更高的LED照明器具。

本领域需要一体化的LED照明组件，以满足上述LED照明器具的需要。本技术领域中更需要一体化倒装型LED照明组件，以便更进一步满足技术发展中对更大功率LED照明器具和更高出光率的需求。

鉴于以上所述和其他需要，而提出了本实用新型。

实用新型内容

鉴于以上所述，而提出了本实用新型。本实用新型旨在解决以上的和其它的技术问题。

根据本实用新型的一基本构思，采用玻璃作为LED电路的承载体而将电路直接布置在玻璃上，从而取代现有的绝缘层结构，并且将倒装型LED芯片直接封装在玻璃上的LED电路上，省略了传统的电路板结构，极大地缩短了工艺步骤，大大节省了工艺成本、材料成本，并且简化了LED照明器件的结构且降低了组装成本。

根据本实用新型的另一构思，将倒装型LED芯片一体化集成在所述玻璃载体上的LED电路上，以进一步提高发光效率、改善散热性能和降低制造成本。

具体而言，由于本实用新型的LED照明器具省略了导热性和耐热性差的传统绝缘层，直接将倒装型LED芯片集成在导热性和耐热性要优越得多且透光性极佳的玻璃载体上，因此将极大改善散热性和耐热性，提高透光性，并且可大大简化器件结构和生产成本。

根据本实用新型，提供了一种一体化倒装型LED照明组件，包括：LED电路；承载所述LED电路的玻璃载体；和直接倒装焊接并封装在所述玻璃载体上上的倒装型LED芯片，其中，所述LED电路和倒装型LED芯片一体化集成在所述玻璃载体上。

根据本实用新型的一优选实施例，所述LED电路是一条或多条直接结合在所述玻璃载体上的金属导线；或者是直接印刷在所述玻璃载体上的导电胶体、导电膏体或导电浆体。

根据本实用新型的一优选实施例，所述金属导线是直接粘接在所述玻璃载体上的铜或铜合金条带、铝或铝合金条带。

根据本实用新型的一优选实施例，所述玻璃载体上设有预定电路图案的凹槽，将金属熔融流体浇注或灌注在所述凹槽内形成所述LED电路。

根据本实用新型的一优选实施例，在所述玻璃载体的承载所述LED电路的那一面上布置有阻焊油墨，优选为透明的阻焊油墨。

根据本实用新型的一优选实施例，还包括布置在所述玻璃载体上的与所述LED电路导电连接且与之间隔开一段距离的焊盘，所述倒装型LED芯片上的焊料凸点直接与所述焊盘对准焊接。

根据本实用新型的一优选实施例，还包括附加的热沉，所述热沉与所述LED电路间隔开一段距离。

根据本实用新型的一优选实施例，热沉与所述焊盘直接结合或者从所述焊盘上直接引出。

根据本实用新型的一优选实施例，热沉可以是硅板或陶瓷板，例如氮化硅板。

根据本实用新型的一优选实施例，热沉也可以是导热性能良好的金属板，例如铜板、铝板，或者印刷的导热胶。

根据本实用新型的一优选实施例，所述金属导线是金属条带，所述玻璃是具有插槽的玻璃板，其中，所述金属条带被直接插入在所述插槽内来提供所述LED电路。

根据本实用新型的一优选实施例，还包括：设置在所述玻璃载体的安装所述倒装型LED芯片的那一面上的反光层；或者，设置在所述玻璃载体的未安装所述倒装型LED芯片的那一面上的反光层。

根据本实用新型的一优选实施例，所述反光层是铝膜、银膜、银反光层或白色绝缘反光膜。

根据本实用新型的一优选实施例，所述LED电路是直接丝网印刷在所述玻璃载体上的导电银浆。

根据本实用新型的一优选实施例，所述LED电路是直接丝网印刷在所述玻璃载体上的锡膏。

根据本实用新型的一优选实施例，所述玻璃载体是玻璃灯泡，其中所述LED电路被承载在所述玻璃灯泡的内侧。

根据本实用新型的一优选实施例，所述反光层是铝膜或者银反光层。

根据本实用新型的一优选实施例，所述反光层是白色绝缘反光膜。

根据本实用新型的一优选实施例，所述玻璃载体是玻璃管，其中所述LED电路被承载在所述玻璃管的内部。

根据本实用新型的一优选实施例，所述LED电路上还安装有LED整流器。

根据本实用新型，由于采用玻璃作为LED电路的承载体来取代现有的绝缘层结构，并且将倒装型LED芯片直接封装在玻璃上。玻璃的热导率是现有绝缘层材料的热导率的5-10倍左右，因此将极大地改善LED灯的散热性能。

不仅如此，由于可以将倒装型LED芯片和其他电子元器件采用COB方式直接安装集成在玻璃载体上，因此实际上省略了传统的LED线路板结构，这又将极大地节省材料和人工成本。

另外，由于玻璃本身具有良好的透光性能，因此它本身即可作为LED灯的外防护结构，例如直接作为LED灯的灯管。因此，这又将进一步节省材料、价格和安装成本。

不仅如此，由于玻璃可以自由成型和加工，因此玻璃在作为绝缘、散热、透光载体的同时，还可以加工出各类二次光学曲面，以便对LED发出的光进行各种二次光学成形和处理，以应用于各类特定场合，例如舞台灯，等等。

因此，本实用新型代表着对于传统LED照明领域的一个重要突破和改进。

在以下对附图和具体实施方式的描述中，将阐述本实用新型的一个或多个实施例的细节。从这些描述、附图以及权利要求中，可以清楚本实用新型的其它特征、目的和优点。

附图说明

通过结合以下附图阅读本说明书，本实用新型的特征、目的和优点将变得更加显而易见，在附图中：

图1是根据本实用新型一实施例的作为载体的玻璃板。

图2示意性地显示了本实用新型一实施例的粘结在图1所示玻璃板上的作为LED线路的金属条带。

图3示意性地显示了本实用新型一实施例的联接在图2所示LED线路上的倒装型LED，其中倒装型LED芯片直接封装在玻璃载体上。

图4示意性地显示了本实用新型的与图3所示结构类似的另一实施例，不同之处在于，还提供了玻璃载体上的附加的热沉。

具体实施方式

下面将对本实用新型进行更详细的描述。

玻璃是一种透明，不透气，并具一定硬度的物料。玻璃在日常环境中呈化学惰性，亦不会与生物起作用。玻璃一般不溶于酸(例外：氢氟酸与玻璃反应生成SiF₄，从而导致玻璃的腐蚀)；但溶于强碱，例如氢氧化铯。

狭义的玻璃定义为：熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机物质。根据这个定义，用熔融法以外的其他方法，如真空蒸发、放射线照射、凝胶加热等方法制作的非晶态物质不能称为玻璃。还有组成上不同于无机物质的非晶态金属和非晶态高分子材料也不能称为玻璃。然而，广义的玻璃定义根据制成的材料状态及性质等方法对玻璃进行科学的分类，若某种材料显示出典型的经典玻璃所具有的各种特征性质，那么，不管其组成如何，都可以称之为玻璃。

玻璃是一种无定形体。熔解的玻璃迅速冷却(过冷)，各分子因没有足够时间形成晶体而形成玻璃。

普通玻璃的成分主要是二氧化硅(SiO₂，即石英，砂的主要成分)。而纯硅土熔点为摄氏2000度，因此制造玻璃时一般会加入碳酸钠(Na₂CO₃，即苏打)与碳酸钾(K₂CO₃，钾碱)，这样硅土熔点将降至摄氏1000度左右。但是碳酸钠会使玻璃溶于水中，因此通常还要加入适量的氧化钙(CaO)使玻璃不溶于水。

最普通的玻璃的热传导系数是1.38W/m·K左右。而目前LED电路板中所用的绝缘层材料的导热系数一般在大约0.08-0.3W/m·K之间。因此，普通玻璃的导热系数是常用绝缘层材料的5-17倍之间，其导热性能要远远优于常用绝缘层材料。

另外，玻璃与PI、聚四氟乙烯、橡胶类高分子或绝大多数塑料等材料一样，都是非常好的电绝缘体。这些材料可以在低压下(几百甚至上千伏特)都可用作安全的绝缘体。对于普通的LED应用场合的几伏特至几百伏特高压，显然玻璃是非常合适的绝缘材料。

不仅如此，玻璃对可见光是透明的，其透光率非常高。纯玻璃对红外线亦是透明的，可以造成数公里长，作通讯用途的玻璃纤维。因此，对于LED照明而言，这将为LED照明器具提供附加的非常好的透光性能，而且也改善了LED部分发光不易传播出去而导致的散热问题。

在详细描述本实用新型之前，本领域技术人员应当理解，“元器件”在本申请中应作最宽泛涵义上的理解，即包括所有类型的用于电路的电子元器件、电气元器件或者其它类型的元器件，例如各种电阻，各种表面贴装(SMT)型的元器件，支架型的元器件、各种大功率器件等等，包括大功率LED，等等。

此外，用语“线路板”和“电路板”在本申请可以互换地使用。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。但是，本领域技术人员应当理解，这些实施方式仅仅列举了一些本实用新型的优选实施例，对本实用新型及其保护范围无任何限制。例如，作为导电线路的一实施例的条带的布置并不限于附图所示和具体实施例所述，作为导电线路的另一实施例的导电胶(或导电浆)的布置的位置和方式也并不限于附图所示和具体实施例所述，等等。本领域的普通技术人员在理解本实用新型基本构思的情形下，可以对这些进行一些显而易见的变化和改动，这些都属于本实用新型的范围内。本实用新型的范围仅由权利要求来限定。

如图1所示，提供玻璃载体1，该玻璃载体可以是普通的玻璃板，其厚度例如可在1-20mm左右。根据另一优选实施例，该玻璃载体还可以是圆柱形管，可以将LED线路直接布置在该玻璃管的内侧。该玻璃载体也可以是大致球形的玻璃灯泡。

图2显示了本实用新型一实施例的在玻璃板1上布置的两条LED线路2。当然，本领域技术人员可以理解，可以在线路2上布置一条或者更多条线路2，这取决于特定的应用和设计。

常见的LED线路材是铜箔。但是，也可以用铝材或铝合金(或铝箔)作为线路材料来替代铜箔作为线路层材料，不仅可以保证线路的良好导电性，更关键的一点是将极大地降低线路板的材料成本。例如，铝制线路板的材料成本将是铜箔线路板的四分之一或者甚至更低。当然，本领域技术人员显然可以理解，也可以采用其它材料来作为线路层的材料，例如铁、钢等等，这些都属于本实用新型的范围。

根据一优选实施例，采用铜箔条带2作为LED线路。将例如涂有导电胶或环氧胶粘剂的铜箔条带2直接粘结在玻璃1上，从而得到图2所示的结构。采用导电胶作为粘合剂，将更有利于LED线路2的导电和散热。

根据另一优选实施例，也可以将玻璃板模制成具有插槽，将金属条带2直接插入插槽内来提供设置在玻璃板上的LED线路。

根据另一优选实施例还可以在图1所示玻璃板1上直接涂布导电胶(或导电膏，例如锡膏，或者导电浆体，例如银浆)，从而得到两条或更多条并排布置的LED线路2。在玻璃板上直接涂布导电胶的方法优选可以采用丝网印刷预先设计的电路图形的方式，然后进行固化处理，从而得到固化在玻璃板上的LED电路。

根据本实用新型的另一实施例，也可以在玻璃上直接模制出预定电路图案的凹槽，然后将金属(例如铝、铜、铁、不锈钢或锡，或金属合金，等等)的熔融流体直接浇注(灌注)在该凹槽内，固化后形成LED线路2。

LED线路2的线路图案并不限于本实用新型的附图所示，而是可以根据电路的设计而变化。

然后，可在该LED线路2上倒装LED芯片。

图3示意性地显示了本实用新型一实施例的在图2所示LED线路2上直接倒装焊接并封装的倒装型LED芯片3。

根据一优选实施例，提供倒装型LED芯片3，如果是白光LED，则需要先点胶，上荧光粉。在LED芯片3上提供焊料凸点(或称焊球，例如金焊球)。将其上设有与LED电路导电连接且与之间隔开一段距离的焊盘(图中未显示)的玻璃板倒扣在LED芯片3上，使得玻璃板上的与LED电路导电连接(或直接从LED电路2上引出)的相应焊盘与LED芯片3上的焊料凸点对准，然后例如通过焊接(例如采用波峰焊)，这样就将LED芯片3直接倒装焊接在玻璃板上的与LED电路且与之间隔开一段距离的焊盘上。然后，可对该LED芯片3进行封装(例如采用硅胶封胶)，烘干，测试，从而得到直接封装在该玻璃载体1上的倒装LED。

倒装型LED芯片的其他之前和之后的辅助工艺步骤对于电子元器件领域的普通技术人员是熟知的，因此不再一一赘述。

在图3所示的结构中，倒装型LED芯片3例如用焊球倒装焊接并封装在玻璃载体1的正面上，LED芯片3发光时散发的热将以最短的路径(省略了基板以及将基板结合在载体或附加的热沉上的粘胶层)散发到较大面积的玻璃载体1上，从而有利于散热。

根据另一优选实施例，在图4所示的结构中，为了进一步改善散热，特别是大功率LED芯片的散热，还可以从与LED芯片3的焊料凸点直接对准焊接的相应焊盘引出或直接结合热沉(散热器)4。如图4所示，例如，热沉4在两条LED电路2之间延伸且与之间隔开一段距离。这样，大功率LED芯片3散热的热量的相当一部分就可以被直接通过焊料凸点、焊盘而直接引导至热沉4上。该热沉4可以是硅板或陶瓷板，例如氮化硅板。当然，该热沉4也可以是导热性能良好的金属板，例如铜板、铝板或印刷的导热胶等等(例如该热沉4在设计加工电路图案时即可预留，例如通过直接从金属片上直接冲切或印刷得到)。为了利于散热、避免短路和阻碍出光，该热沉4与LED电路间隔开一段较大的距离。

除了封装倒装型LED芯片外，根据具体的应用和/或设计，在LED电路上还可能需要安装其他电子元器件。根据本实用新型的一优选实施例，在本实用新型的玻璃板线路上贴装或承载的元器件可以包括各类LED和各类电阻。例如，LED的型号可以包括：335，3528，5050，5060，等等。电阻的型号可以包括如下：0603，0805，0812，等等。

根据一优选实施例，可以在本实用新型的玻璃板LED电路上安装LED整流器，以便直接将例如220V交流电直接整流成适合LED正常工作电压的直流电，从而免除了对附加的整流器结构的使用，使得本实用新型的整个一体化倒装型LED照明组件的结构更紧凑，而且成本更低，更便于安装和使用。

显然，本领域设计人员完全可以理解，根据不同的应用场合和客户要求，本实用新型的柔性线路板产品可包含各种类型的LED、电阻和其它元器件等等。

基于倒装型LED芯片的结构局限性，LED芯片总是有一部分光是与设计的出光方向不同，甚至是相反的，即，反向(朝着玻璃载体)出光和侧面出光。

为了进一步提高LED的发光效率，并且便于进一步散热，可以在安装和封装好包括LED芯片3在内的全部元器件的LED线路2上涂刷透明的阻焊油墨，并且在玻璃载体1的背面(即未布置LED线路的那一面)上设置反光层，例如贴反光膜，涂布或镀上反光铝层，反光银层，或贴上光亮铝板，等等。这样，就可以使LED芯片3的朝向玻璃板1发出的光线被反射到预期的正面出光方向上，这样不仅可以大幅度提高LED芯片3的发光效率，并且还可以因此有助于散热。不仅如此，还直接省略了传统倒装型LED芯片在基板上镀反光银膜的需要，节省了工艺步骤和相应的材料和工艺成本，可谓一举三得。

当然，作为在玻璃板背面设置反光层的替代，也可以在玻璃载体1的正面(即安装倒装型LED芯片的那一面)贴上绝缘的白色反光膜。这样也可以同样起到增加反光和提高发光效率的效果。

上文已经介绍了本实用新型的具体实施例。然而应当理解，在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，可进行各种修改。因此，其它的实施例也都属于本实用新型的权利要求的保护范围。因此本实用新型并不限于所公开的附图和具体实施例，本实用新型的范围由权利要求来限定。

Claims

1.一种一体化倒装型LED照明组件，其特征在于，所述一体化倒装型LED照明组件包括：

LED电路；

承载所述LED电路的玻璃载体；和

直接倒装焊接并封装在所述玻璃载体上上的倒装型LED芯片，

其中，所述LED电路和倒装型LED芯片一体化集成在所述玻璃载体上。

2.根据权利要求1所述的LED照明组件，其特征在于：所述LED电路是一条或多条直接结合在所述玻璃载体上的金属导线；或者是直接印刷在所述玻璃载体上的导电胶体、导电膏体或导电浆体。

3.根据权利要求2所述的LED照明组件，其特征在于：所述金属导线是直接粘接在所述玻璃载体上的铜或铜合金条带、铝或铝合金条带。

4.根据权利要求1所述的LED照明组件，其特征在于：所述玻璃载体上设有预定电路图案的凹槽，将金属熔融流体浇注或灌注在所述凹槽内形成所述LED电路。

5.根据上述权利要求中任一项所述的LED照明组件，其特征在于：在所述玻璃载体的承载所述LED电路的那一面上布置有阻焊油墨，优选为透明的阻焊油墨。

6.根据上述权利要求中任一项所述的LED照明组件，其特征在于：还包括布置在所述玻璃载体上的与所述LED电路导电连接且与之间隔开一段距离的焊盘，所述倒装型LED芯片上的焊料凸点直接与所述焊盘对准焊接。

7.根据上述权利要求中任一项所述的LED照明组件，其特征在于：还包括附加的热沉，所述热沉与所述LED电路间隔开一段距离。

8.根据权利要求2所述的LED照明组件，其特征在于：所述金属导线是金属条带，所述玻璃是具有插槽的玻璃板，其中，所述金属条带被直接插入在所述插槽内来提供所述LED电路。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的LED照明组件，其特征在于，还包括：

设置在所述玻璃载体的安装所述倒装型LED芯片的那一面上的反光层；或者

设置在所述玻璃载体的未安装所述倒装型LED芯片的那一面上的反光层。

10.根据权利要求9所述的LED照明组件，其特征在于：所述反光层是铝膜、银膜、银反光层或白色绝缘反光膜。