CN208570660U - 基于cob封装的降低led芯片结温的led光源结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构，它包括多层陶瓷基板、LED芯片阵列、银胶导电线路和荧光胶层，多层陶瓷基板包括透光耐压陶瓷层、透光高导热陶瓷层和透光荧光陶瓷层，透光高导热陶瓷层设在透光耐压陶瓷层与透光荧光陶瓷层之间；银胶导电线路设置在透光荧光陶瓷层的正面上；LED芯片阵列包括若干均匀间隔排布的LED芯片，LED芯片均与银胶导电线路电性连接，所述荧光胶层盖设在LED芯片上。本实用新型可使得LED芯片工作时产生的热量比较充分均匀地传递到多层陶瓷基板上，显著降低了LED芯片工作结点温度，从而提升了LED芯片的发光效率，以有效地实现热传导和转移，从而可以有效解决多个密集排布的LED芯片的散热问题。

Description

基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构

技术领域

本实用新型涉及一种LED光源结构，具体来说，涉及一种基于COB 封装的降低LED芯片结温的LED光源结构。

背景技术

随着LED技术的快速发展，其发光效率不断提高，以及价格不断下降，白光LED制备技术已日趋成熟，LED光源因具有光通量高、寿命长、结构小以及安全、高效、节能等诸多优点，已成为替代传统照明光源的最佳光源选择。

传统的基于COB封装结构的LED光源，通常是将LED芯片直接固晶在高反光率的镜面金属基板上或普通陶瓷基板上，然后通过打金线等方法将LED芯片形成串、并联连接，最后在LED芯片上方通过点胶方式点荧光胶。然而，LED芯片的光电转换效率一般为30％至50％，其在发光时将伴随产生大量的热，从而使得LED芯片周围的温度会到达150℃至200℃。其主要存在以下不足之处：一是LED芯片的使用寿命与出光光效是由其芯片的PN结温度决定的，如果不能及时将LED芯片周围的热量及时散发出去，使得温度降低到LED芯片工作的“舒适温度”，就会造成LED芯片的光效造成断崖式的快速衰减，而影响LED芯片的使用寿命与出光性能，如产生色漂移，出光不均匀等现象，即如果热量不能有效散出，芯片的温度上升会导致光效下降、光衰加剧，严重时可能烧毁芯片；二是由于镜面金属基板或普通陶瓷基板的正面通常是采用点荧光胶的方式，将荧光粉混合透明胶体材料直接涂覆到LED芯片上，而荧光粉在高温下长时间工作会导致非常严重的衰减，影响了LED光源的光效与稳定性，且硅胶在长时间高温下黄变导致光效下降。此外，需要进一步提高集成LED芯片的集成度以形成大功率LED光源，尚需要提高LED的发光效率以及提高基板的散热性能，例如作为金属基板或者陶瓷基板不仅需要具有高的导热率、电绝缘率，还需要具有高的电压击穿强度和荧光特性，而这些多性能要求仅仅通过单一的陶瓷功能层往往是难以同时实现的。

实用新型内容

针对以上的不足，本实用新型提供了一种可使得LED芯片工作时产生的热量比较充分均匀地传递到多层陶瓷基板上，显著降低了LED芯片工作结点温度，从而提升了LED芯片的发光效率，以有效地实现热传导和转移，从而可以有效解决多个密集排布的LED芯片的散热问题的基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构，它包括多层陶瓷基板、设置在多层陶瓷基板上的LED芯片阵列、银胶导电线路和荧光胶层，所述多层陶瓷基板包括透光耐压陶瓷层、透光高导热陶瓷层和透光荧光陶瓷层，透光高导热陶瓷层设置在透光耐压陶瓷层与透光荧光陶瓷层之间，透光高导热陶瓷层的反面贴合在透光耐压陶瓷层的正面上，所述透光高导热陶瓷层的正面贴合在透光荧光陶瓷层的反面上；所述银胶导电线路设置在所述透光荧光陶瓷层的正面上；所述LED芯片阵列包括若干均匀间隔排布的LED芯片，所述LED芯片以阵列形式密集排布于透光荧光陶瓷层的正面上且对应于银胶导电线路的位置，每一所述LED芯片均与银胶导电线路电性连接；所述荧光胶层盖设在所述LED芯片上。

为了进一步实现本发明，所述透光高导热陶瓷层的导热率大于 100W/mK。

为了进一步实现本发明，所述透光荧光陶瓷层的厚度为50～200um。

为了进一步实现本发明，所述透光高导热陶瓷层的厚度为 200～500um。

为了进一步实现本发明，所述透光耐压陶瓷层的厚度为300～500um。

为了进一步实现本发明，所述银胶导电线路是通过沉积的导电银金属通过干法或湿法蚀刻形成在所述透光荧光陶瓷层上。

为了进一步实现本发明，所述可降低LED芯片结温的LED光源结构还包括用于降低菲涅尔损失系数以提高LED芯片的出光效率的透光陶瓷透镜，所述透光陶瓷透镜的数量与所述LED芯片的数量保持一致，每一所述透光陶瓷透镜设置在透光荧光陶瓷层的正面上并相应于LED芯片的位置，并将LED芯片包覆在透光陶瓷透镜内。

为了进一步实现本发明，所述透光陶瓷透镜为半球形、超半球形、半椭球形、棱形或菲涅尔透镜形。

为了进一步实现本发明，所述透光陶瓷透镜的出光面镀增透膜，以在透光陶瓷透镜的透光表层形成出光增透膜层。

为了进一步实现本发明，所述透光陶瓷透镜的入光面依次镀入光增透膜层和入光全反射膜层。

本实用新型的有益效果：

1.本实用新型的基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构，采用多层陶瓷基板代替传统的镜面金属基板，将LED芯片直接通过COB 封装方式封装在多层陶瓷基板的透光荧光陶瓷层上，利用多层陶瓷基板具有的良好的绝缘性能以及高导热性能，及时、高效、快速地将LED芯片工作时产生的热量及时传导散发出去，由于绝缘性能良好的多层陶瓷基板直接与LED芯片接触，中间不需要另外设置热导率均在 0.4～2.0W/mK之间的导热性能比较差的环氧树脂和硅胶层绝缘层，使得多层陶瓷基板与LED芯片的温度相差不超过0.1℃，即多层陶瓷基板与 LED芯片之间没有有机硅胶隔离，多层陶瓷基板上的温度几乎等同于 LED芯片上的温度，从而使得LED芯片工作时产生的热量比较充分均匀地传递到多层陶瓷基板上，更加高效地散发出去，显著降低了封装结构的热阻，有效降低了LED芯片工作结点温度，从而提升了LED芯片的发光效率，同时也提高了LED封装产品的可靠性。

2.本实用新型的基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构，其多层陶瓷基板包括透光耐压陶瓷层、透光高导热陶瓷层和透光荧光陶瓷层，透光高导热陶瓷层能够实现多陶瓷层基横向和径向的热传导以使得整块多层陶瓷基板整体受热均匀而不易产生热量局部聚集，且透光高导热陶瓷层的导热率大于100W/mK，能够有效地实现热传导和转移，从而可以有效解决多个密集排布的LED芯片的散热问题；透光耐压陶瓷层可有效防止高电压静电击穿的问题，以提高电源结构的安全性和稳定性；透光荧光陶瓷层采用纳米氧化铝，其热辐射系数高，有利于通过辐射散热加强热传导，使得多层陶瓷基板上的热量及时有效地传递到透光高导热陶瓷层均匀散去。

3.本实用新型的基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构，在透光的多层陶瓷基板的正面上布置以阵列方式集成设置的LED芯片，并用荧光胶层包覆覆盖在多层陶瓷基板的正面上的LED芯片上，且在多层陶瓷基板的背面设置透光荧光陶瓷层，从而使得LED芯片在工作时可同时激发多层陶瓷基板正、反面的荧光胶层和透光荧光陶瓷层以实现双面发光，有效地提高了LED光源的光效，实验室测得数据表明，其亮度比传统封装结构实现单面发光的LED光源的光效提高150％～200％，更加省电，节约能源，符合环保节能的要求。

4.本实用新型的基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构，其荧光胶层包括晶片保护胶层、绝热隔热层和荧光发光层，在LED芯片与荧光发光层之间设有绝热隔热层，可有效解决荧光发光层的荧光粉硅胶树脂混合物荧光体的光衰，提高LED光源的性能及延长LED光源的使用寿命，使得LED光源在持续工作的过程中，不会导致荧光发光层温度较高，使得荧光发光层中的荧光转化材料的衰减得到较大幅度的降低，有效延长了LED光源的使用寿命，提高了LED光源的光效与稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型带有散热器件与散热灯罩的结构示意图；

图3为本实用新型带有散热器件与散热灯罩的剖视图；

图4为图3的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步阐述，其中，本实用新型的方向以图1为标准。

如图1至图4所示，本实用新型的基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构，它包括多层陶瓷基板1、设置在多层陶瓷基板1上的 LED芯片阵列2、银胶导电线路、透光陶瓷透镜3、荧光胶层4、散热器件5和散热灯罩6，其中：

多层陶瓷基板1为采用现有技术的纳米材料制成的透光瓷层基板，多层陶瓷基板1包括透光耐压陶瓷层11、透光高导热陶瓷层12和透光荧光陶瓷层13，透光高导热陶瓷层12设置在透光耐压陶瓷层11与透光荧光陶瓷层13之间，透光高导热陶瓷层12的反面无缝贴合在透光耐压陶瓷层11的正面上，透光高导热陶瓷层12的正面无缝贴合在透光荧光陶瓷层13的反面上。本实施例中多层陶瓷基板1的透光耐压陶瓷层11、透光高导热陶瓷层12和透光荧光陶瓷层13均可以通过多种公知的涂覆方法形成，例如可以通过溅射、蒸镀、电弧沉积、化学气相沉积、等离子增强化学气相沉积或溶胶凝胶法结合形成。

本实施例的透光荧光陶瓷层13的厚度为50～200um,透光高导热陶瓷层12用于实现多层陶瓷基板1横向和径向的热传导以使得整块多层陶瓷基板1整体受热均匀而不易产生热量局部聚集，本实施例的透光高导热陶瓷层12的导热率大于100W/mK,能够有效地实现热传导和转移，解决多个密集排布的LED芯片的散热问题，透光高导热陶瓷层12厚度为 200～500um；透光耐压陶瓷层11用于防止高电压静电击穿的问题，以提高电源结构的安全性和稳定性，透光耐压陶瓷层11的厚度为300～500um；透光荧光陶瓷层13、透光高导热陶瓷层12和透光耐压陶瓷层11均通过粉末烧结法形成，本实施例的。透光荧光陶瓷层13为荧光材料和陶瓷在高温下共烧结而成的出光效率高的透光性基板。透光荧光陶瓷层13具体可以采用现有技术的纳米氧化铝、纳米氮化铝、纳米氧化锌等散热性能良好的材质制成，本实施例的透光荧光陶瓷层13优选为纳米氧化铝，其热辐射系数高，有利于通过辐射散热加强热传导。

银胶导电线路设置在多层陶瓷基板1的透光荧光陶瓷层13的正面上，本实施例的银胶导电线路是通过沉积的导电银金属通过干法或湿法蚀刻形成在多层陶瓷基板1的透光荧光陶瓷层13的正面上。

LED芯片阵列2包括若干均匀间隔排布的LED芯片，多个LED芯片以阵列形式密集排布于多层陶瓷基板1的透光荧光陶瓷层13的正面上且对应于银胶导电线路的位置，多个LED芯片通过硅胶或者树脂结合并密封在多层陶瓷基板1的透光荧光陶瓷层13的上表面，每一LED芯片均与银胶导电线路电性连接。本实施例中多个LED芯片在透光荧光陶瓷层13的正面上分散布置，并通过多点集成封装方式固定于透光荧光陶瓷层13上， LED芯片是波长为400～500nm范围的可见光LED或波长为250～400nm紫外光LED。本实施例的多个LED芯片采取矩形阵列排布形式进行布置的集成一体化COB封装结构，可将LED芯片通过符合光学设计的多点集成封装方式直接固定在导热性较好的多层陶瓷基板1上，使得LED芯片在发光的过程中产生的热量，能更快捷、高效、及时地通过多层陶瓷基板1 的热传导散去，从而可有效降低LED芯片光源的衰减，提高LED芯片的使用寿命和发光效率，并减少LED芯片固胶支架的制造工艺和成本。优选地，本实施例的均匀间隔排布的LED芯片之间间距为3～8mm，这种小间距的分散的多点封装可形成大功率、小体积的LED灯源，可使单点散热面积增加，既提高了15％的出光效率，又使散热效果更好。

透光陶瓷透镜3用于降低菲涅尔损失系数以提高LED芯片的出光效率，透光陶瓷透镜3的数量与LED芯片的数量保持一致，每一透光陶瓷透镜3通过硅胶或者树脂结合并密封设置在多层陶瓷基板1的透光荧光陶瓷层13的正面上并相应于LED芯片的位置，以将LED芯片包覆在透光陶瓷透镜3内，透光陶瓷透镜3是半球形、超半球形、半椭球形、棱形或菲涅尔透镜形，本实施例的透光陶瓷透镜3是将陶瓷粉在800℃～1800℃之间进行高温烧结，并在600℃～1800℃之间进行退火，获得透光陶瓷，并对烧结出来的透光陶瓷进行加工，加工的方法有切片、研磨、抛光等并制成透镜形状。透光陶瓷透镜3为半球形时的半径可以控制在1mm～40mm之间，能够有效地降低菲涅尔损失系数从而有效地提高LED芯片的出光效率。本实施例的透光陶瓷透镜3采用具有高折射率、高化学稳定性、热稳定性的荧光陶瓷材料制成，能够有效地降低菲涅尔损失系数以提高LED芯片的出光效率和导热性能，能有效地改善荧光转换材料在高温下老化和衰减问题，提高LED芯片寿命，改善LED芯片光均匀性及色温的稳定性。

进一步地，透光陶瓷透镜3的出光面镀增透膜以在透光陶瓷透镜3 的透光表层形成一薄层出光增透膜层31，出光增透膜层31用于增加进入透光陶瓷透镜3的光射出透光陶瓷透镜3的出光率；透光陶瓷透镜3的入光面依次镀入光增透膜层和入光全反射膜层，即在透光陶瓷透镜3的的入光面上镀两层膜，入光增透膜层用于增加LED芯片发出光进入透光陶瓷透镜3的入光率，入光全反射膜的同于防止白光反射以减少白光损失，提高白光出光率，避免LED芯片发出的蓝光侧漏以造成蓝光损失而降低光效。

荧光胶层4包覆在透光陶瓷透镜3上面，荧光胶层4包括晶片保护胶层41、绝热隔热层42和荧光发光层43，晶片保护胶层41盖设在LED 芯片上方并完全覆盖在透光陶瓷透镜3，绝热隔热层42盖设在晶片保护胶层41上，荧光发光层43盖设在绝热隔热层42，本实施例的绝热隔热层42的材质为绝缘、绝热性好的环氧绝缘性树脂，其也可以是聚酰亚胺树脂、有机-无机复合材料或玻璃纤维等材质的绝热隔热层42。绝热隔热层42的设置可有效解决荧光发光层43的荧光粉硅胶树脂混合物荧光体的光衰，提高LED光源的性能及延长LED光源的使用寿命。本实施例的荧光发光层43中添加的荧光材料包括黄色荧光材料、红色荧光材料、绿色荧光材料、蓝色荧光材料、橙色荧光材料、紫色荧光材料中的一种或者多种，本实施例优选为黄色荧光材料，黄色荧光材料采用现有技术的黄色荧光粉。

散热器件5用于对集成布置在多层陶瓷基板1上的LED芯片进行热量的快速导出，以降低LED芯片以及多层陶瓷基板1的温度，散热器件5 固定设置在多层陶瓷基板1上，散热器件5的排风口51位于多层陶瓷基板1的透光耐压陶瓷层11的正面上，以使得散热器件5的排风口51排出的冷空气气流可以沿着透光耐压陶瓷层11的正面所在的平面从透光耐压陶瓷层11一侧向另一侧吹扫，从而利用流动的冷空气不断及时快速带走多层陶瓷基板1上的热量。本实施例的散热器件5采用现有技术的涡轮风扇，涡轮风扇能在较小的空间里输出较大的风量，散热效果更为显著。因此，可利用涡轮风扇可将LED芯片产生的热量及时向外界排出，更好地实现LED芯片工作产生的热量迅速导出，进一步解决LED芯片的散热问题。

散热灯罩6用于形成单向弯折流通的气流以将LED芯片工作产生的热量迅速导出，散热灯罩6为高透光的透明材料制成。散热灯罩6的纵向剖面的截面呈倒“U”形，多层陶瓷基板1呈纵向(多层陶瓷基板1所在的平面与水平面垂直)设置在散热灯罩6内的居中位置，多层陶瓷基板1的第一侧边和第二侧边均与散热灯罩6的内侧壁密封连接，且多层陶瓷基板1的第三侧边与散热灯罩6的“U”形封闭端的内表面保持一定的间隙空间14，多层陶瓷基板1的第四侧边14与散热灯罩6的“U”形开口端的边沿相平齐，以通过多层陶瓷基板1将散热灯罩6分割形成利于空气流通的空气进入通道15和空气流出通道16，空气进入通道和空气流出通道通过间隙空间相互连通以形成使得空气气流迂回流通的弯折通道。进一步地，为了达到更好地将LED芯片工作产生的热量迅速导出，多层陶瓷基板1上对应于其透光耐压陶瓷层11的一面位于空气进入通道内，多层陶瓷基板1上对应于安装有LED芯片的一面位于空气流出通道内，散热器件5的的排风口51的排风口51与空气进入通道的进气口相连通，从而可以利用散热器件5的排风口51将冷空气不断从空气进入通道的进气口鼓入空气进入通道，进入空气进入通道内的冷空气就会在弯折通道内形具有一定压强的单向流动的气流，可加快空气的流速与形成微弱对流的空气湍流，迅速导出并带走热传导在多层陶瓷基板1的透光耐压陶瓷层11的热量，从而极大地降低了LED芯片工作的温度，有效提高了LED光源结构的工作性能以及延长了LED光源结构的使用寿命。进一步地，在散热灯罩6的内壁设有反光杯，以利用反光杯按光学原理将 LED光源发射的光朝一个特定方向释放出来，增加出光效率。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

(1)在透光的多层陶瓷基板的正面上布置以阵列方式集成设置的 LED芯片，并用荧光胶层包覆覆盖在多层陶瓷基板的正面上的LED芯片上，且在多层陶瓷基板的背面设置透光荧光陶瓷层，从而使得LED芯片在工作时可同时激发多层陶瓷基板正、反面的荧光胶层和透光荧光陶瓷层以实现双面发光，有效地提高了LED光源的光效。

(2)采用具有高折射率的透光陶瓷透镜，能够有效降低菲涅尔损失系数，以提高LED芯片的出光效率，增加荧光胶层的发光光效，有效避免LED芯片的出光发生侧漏、散射或者反射等现象而造成光损失。

(3)采用纳米氧化铝制成的透光荧光陶瓷层，由于荧光陶瓷具有高化学稳定性和热稳定性的，能有效改善荧光转换材料在高温下老化和衰减问题，提高LED灯源的使用寿命，改善LED灯源光均匀性及色温的稳定性。

(4)采用导热率大于100W/mK的透光高导热陶瓷层，由于透光高导热陶瓷层的导热性能比目前使用的环氧树脂和硅胶的导热性能都要高几十倍，并使得热量传导得更加充分均匀，一定程度上大幅度地改善了 LED灯源散热问题。

(5)在多层陶瓷基板上增设散热器件以及与散热器件配合的散热灯罩，可加快空气的流速与形成微弱对流的空气湍流，迅速导出并带走热传导在多层陶瓷基板的透光耐压陶瓷层的热量，从而极大地降低了LED 芯片工作的温度，有效提高了LED光源结构的工作性能以及延长了LED 光源结构的使用寿命，能广泛应用于LED制造，特别是大功率白光LED 器件。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，且属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。

Claims (10)

1.一种基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构，其特征在于：它包括多层陶瓷基板、设置在多层陶瓷基板上的LED芯片阵列、银胶导电线路和荧光胶层，所述多层陶瓷基板包括透光耐压陶瓷层、透光高导热陶瓷层和透光荧光陶瓷层，透光高导热陶瓷层设置在透光耐压陶瓷层与透光荧光陶瓷层之间，透光高导热陶瓷层的反面贴合在透光耐压陶瓷层的正面上，所述透光高导热陶瓷层的正面贴合在透光荧光陶瓷层的反面上；所述银胶导电线路设置在所述透光荧光陶瓷层的正面上；所述LED芯片阵列包括若干均匀间隔排布的LED芯片，所述LED芯片以阵列形式密集排布于透光荧光陶瓷层的正面上且对应于银胶导电线路的位置，每一所述LED芯片均与银胶导电线路电性连接；所述荧光胶层盖设在所述LED芯片上。

2.根据权利要求1所述的基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构，其特征在于：所述透光高导热陶瓷层的导热率大于100W/mK。

3.根据权利要求1所述的基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构，其特征在于：所述透光荧光陶瓷层的厚度为50～200um。

4.根据权利要求1所述的基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构，其特征在于：所述透光高导热陶瓷层的厚度为200～500um。

5.根据权利要求1所述的基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构，其特征在于：所述透光耐压陶瓷层的厚度为300～500um。

6.根据权利要求1所述的基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构，其特征在于：所述银胶导电线路是通过沉积的导电银金属通过干法或湿法蚀刻形成在所述透光荧光陶瓷层上。

7.根据权利要求1所述的基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构，其特征在于：所述可降低LED芯片结温的LED光源结构还包括用于降低菲涅尔损失系数以提高LED芯片的出光效率的透光陶瓷透镜，所述透光陶瓷透镜的数量与所述LED芯片的数量保持一致，每一所述透光陶瓷透镜设置在透光荧光陶瓷层的正面上并相应于LED芯片的位置，并将LED芯片包覆在透光陶瓷透镜内。

8.根据权利要求7所述的基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构，其特征在于：所述透光陶瓷透镜为半球形、超半球形、半椭球形、棱形或菲涅尔透镜形。

9.根据权利要求7所述的基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构，其特征在于：所述透光陶瓷透镜的出光面镀增透膜，以在透光陶瓷透镜的透光表层形成出光增透膜层。

10.根据权利要求7所述的基于COB封装的降低LED芯片结温的LED光源结构，其特征在于：所述透光陶瓷透镜的入光面依次镀入光增透膜层和入光全反射膜层。