專利名稱：大功率led發(fā)光組件及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于對大功率LED散熱結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，尤其涉及一種熱傳導(dǎo)性優(yōu)良，散熱結(jié)構(gòu) 成本低的大功率LED發(fā)光組件及制備方法。
背景技術(shù)：
大功率LED工作產(chǎn)生大量熱量，如不將其導(dǎo)出會使芯片結(jié)溫升高，加速亮度衰減 (光衰)，進(jìn)而降低產(chǎn)品亮度與使用壽命，有研究表明，溫度每上升2°C，LED可靠性能會下降 10%?，F(xiàn)有大功率LED發(fā)光組件，從經(jīng)濟(jì)性考慮典型散熱結(jié)構(gòu)如圖1，在導(dǎo)熱銅基片1上通過 膠封7固定有LED芯片2，并由支架3將電極線引出，有的在芯片前方加有透明罩6組成封 裝LED，然后將此封裝后的LED通過導(dǎo)熱膠疊放固定在有絕緣氧化層的鋁基板4上(常用六 角板或圓板)，兩支架電極3焊接于鋁基板絕緣層上的電極5上組成發(fā)光組件。應(yīng)用做燈時(shí) 再將此鋁基板與更大的金屬散熱體連接固定，將熱傳導(dǎo)給燈上散熱體。鋁基板作封裝大功 率LED發(fā)光組件基板，同時(shí)承擔(dān)傳導(dǎo)散熱和作為封裝大功率LED固定基板雙重功能，人們之 所以選擇鋁基板主要是從熱傳導(dǎo)和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面考慮，此為目前應(yīng)用最為廣泛普及的典 型散熱結(jié)構(gòu)。此散熱結(jié)構(gòu)不足一是LED點(diǎn)亮芯片產(chǎn)生熱量，由相對高導(dǎo)熱銅基座傳給低導(dǎo) 熱中間鋁基板，再由鋁基板傳導(dǎo)至應(yīng)用燈具鋁散熱基座，由于鋁熱傳導(dǎo)系數(shù)k值相對較低 只有237 ff/m · K，加上存在導(dǎo)熱性能差的氧化絕緣層及導(dǎo)熱膠，實(shí)際導(dǎo)熱還要降低，實(shí)測鋁 基板背面熱導(dǎo)系數(shù)k值只有220W/m · K (低于鋁熱傳導(dǎo)系數(shù)k值)；二是由于鋁基板吸熱效 應(yīng)及與錫層不親和性造成電極很難焊接，常會有假焊或冷焊不良問題，加長焊接時(shí)間，雖然 會減少假焊或冷焊，但會因焊接熱作用造成LED芯片性能降低；三是組件制備必須二步完 成，第一步封裝LED，第二步與鋁基板疊放組合，并且組合時(shí)支架與鋁基板電極電連接，只能 采用工效低下的手工焊接，造成制備工效相對低。
人們?yōu)樘岣叽蠊β蔐ED發(fā)光組件散熱性能，降低芯片工作產(chǎn)生熱量對LED的損害， 對散熱結(jié)構(gòu)提出多種改進(jìn)，例如有。
中國專利CN201344505大功率LED散熱連接結(jié)構(gòu)，將封裝LED經(jīng)焊盤與鋁線路板 連接，使LED產(chǎn)生熱量經(jīng)支架直接傳導(dǎo)于鋁線路板。中國專利CN201549531U大功率LED封 裝結(jié)構(gòu)，包括銅基板及連接在基板上倒梯形散熱塊，LED芯片放置在倒梯形散熱塊凹槽。中 國專利CN101159300采用導(dǎo)熱性好的銅材作封裝LED散熱基板等等。然而它們組成發(fā)光組 件結(jié)構(gòu)仍然沿用上述現(xiàn)有技術(shù)，將封裝后的LED粘貼在有氧化絕緣層的鋁基板表面焊接電 極，因此上述缺點(diǎn)仍未得到解決。
中國專利CN201416774、CN201417788將封裝散熱基座設(shè)計(jì)為豎向，內(nèi)有通孔插入 鍍銀銅棒，鍍銀銅棒一端與LED芯片熱接觸，另一端與應(yīng)用燈散熱件接觸，通過鍍銀銅棒傳 導(dǎo)達(dá)到快速傳熱散熱。此解決的仍是封裝結(jié)構(gòu)，不僅結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，封裝LED體積大，而且 雖然芯片產(chǎn)生熱可以通過鍍銀銅棒快速導(dǎo)出(不用基座導(dǎo)熱)，但與燈體菜熱配合仍然需 要氧化絕緣層的鋁基板固定，實(shí)際向燈基座導(dǎo)熱性能仍然不佳；其次，采用此結(jié)構(gòu)成本相對 較高，限制了 LED推廣使用。
中國專利CN1^8956大功率LED散熱封裝，采用相變傳熱將LED產(chǎn)生熱量轉(zhuǎn)移到 外部環(huán)境。中國專利CN201242104采用熱管快速散熱結(jié)構(gòu)。雖然相變熱管能夠快速散熱， 但此結(jié)構(gòu)造成封裝LED體積大，而且顯著增加了 LED散熱成本，不具有市場競爭力，不利于 推廣應(yīng)用(經(jīng)濟(jì)性是推廣應(yīng)用重要因素)。中國專利CN200990387大功率LED芯片封裝結(jié) 構(gòu)，將LED晶片直接固定在有絕緣氧化層、帶散熱結(jié)構(gòu)的鋁基板上，通過鋁基板直接散熱， 使晶片、電路、散熱板成一體。此結(jié)構(gòu)不僅造成單顆體積大，而且熱導(dǎo)系數(shù)K值還低于正常 值僅為119mw/k。
現(xiàn)有技術(shù)客觀表明，現(xiàn)有技術(shù)不論采用何種傳熱改進(jìn)，組件仍然基本沿用封裝LED 疊放于有絕緣氧化層的鋁基板表面，通過鋁基板固定、導(dǎo)熱，再由鋁基板與使用燈具散熱結(jié) 構(gòu)接觸的傳熱模式，因此傳熱效率顯然不會高于鋁體；其次，組成組件必須由封裝、固定于 基板分開的二步工藝。
其次，大功率LED封裝，典型結(jié)構(gòu)如圖1為在兩面鍍錫的銅基座1上放置LED芯片 2用膠7固定，外用透光罩6封裝，例如中國專利CN201274^7、C擬916931。此種封裝，因存 在透光罩的二次配光，會使LED出光角度變小，有效角度最大只有120度，同時(shí)透光罩也約 束了芯片散熱。
上述不足仍有值得改進(jìn)的地方。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種導(dǎo)熱性更好，成本更低的大 功率LED發(fā)光組件。
本發(fā)明另一目的在于提供一種發(fā)光角大的大功率LED發(fā)光組件。
本發(fā)明再一目的在于提供一種上述大功率LED發(fā)光組件制備方法。
本發(fā)明第一目的實(shí)現(xiàn)，主要改進(jìn)是摒棄傳統(tǒng)將封裝大功率LED疊放在鋁基板上的 組件模式，采用將封裝的LED嵌入開有通孔的線路板孔中固定組件方式，從而克服現(xiàn)有技 術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。具體說，本發(fā)明大功率LED發(fā)光組件，包括封裝的大功率LED 及固定用基板，其特征在于固定用基板為電子用印刷線路板，封裝大功率LED嵌入印刷線 路板孔中，并使封裝LED導(dǎo)熱基座底面至少齊平或略凸出印刷線路板背面。
在詳細(xì)說明前，先通過對發(fā)明能夠達(dá)到的基本功能及效果作一介紹，以使本領(lǐng)域 技術(shù)人員對本專利技術(shù)方案有一個(gè)明確了解。
本發(fā)明采用上述封裝LED嵌入穿過線路板固定孔組件結(jié)構(gòu)，使得線路板僅起固定 封裝LED功能，封裝LED的導(dǎo)熱基座(通常為銅片)底面可以直接與應(yīng)用燈體散熱件接觸 導(dǎo)熱，相對于現(xiàn)有技術(shù)是由封裝高導(dǎo)熱的銅基座直接向燈體導(dǎo)熱，而不必再通過鋁基板間 接向燈體導(dǎo)熱，因省略一相對低導(dǎo)熱體鋁基板，顯然導(dǎo)熱率要高于現(xiàn)有技術(shù)，可以直接達(dá)到 或接近銅熱傳導(dǎo)系數(shù)401 ff/m ·Κ (高于鋁熱傳導(dǎo)系數(shù)k值)，從而提高了封裝LED導(dǎo)熱散熱 性；并且由于固定用基板僅是固定封裝LED及裝配用，而不再承擔(dān)導(dǎo)熱及散熱功能，所以可 以采用價(jià)格低的多的印刷線路板(PCB板)代替鋁基板，并且此組件結(jié)構(gòu)可以省略電極引線 支架，將LED芯片電極直接由金線焊接在線路板電極上，因而大大降低了組件成本。選擇線 路板，主要是考慮省略再在固定基板表面做電極。封裝基座底面與印刷線路板背面至少齊 平或略凸出背面，是為確保封裝LED散熱基座與應(yīng)用燈具導(dǎo)熱體良好的熱接觸導(dǎo)熱。
本發(fā)明所說封裝LED導(dǎo)熱基座底面略凸出印刷線路板背面，主要是充分確保組件 與燈散熱體安裝時(shí)有良好的接觸導(dǎo)熱，而不會造成組件與燈散熱體組裝時(shí)封裝導(dǎo)熱基座 “懸空”影響導(dǎo)熱，由于實(shí)際封裝用導(dǎo)熱基座厚度通常不超過3mm，并且只要略凸出例如微米 量綱線路板背面，就能滿足此要求，所以此略凸出在微米級量綱即已經(jīng)能夠滿足。
此外，為進(jìn)一步提高組件中封裝LED導(dǎo)熱性，一種更好是使封裝LED芯片用導(dǎo)熱基 座周面鍍銀，這樣芯片產(chǎn)生的熱可以直接通過導(dǎo)熱性更好、且價(jià)格不特別高的鍍銀層傳導(dǎo) 給應(yīng)用燈具散熱體，從而可以使封裝LED導(dǎo)熱基本達(dá)到或接近銀的熱傳導(dǎo)系數(shù)k值429 W/ m· K，更是提高了大功率封裝LED向外導(dǎo)熱性能。此外，封裝導(dǎo)熱基座采用鍍銀后，還可以 將現(xiàn)有銅基座改用其他低價(jià)金屬材料，以沖抵鍍銀層成本。
為不減少或少減少封裝LED發(fā)光角，本發(fā)明組件一種較好結(jié)構(gòu)是封裝LED不加透 明罩，從而避免了加透明罩二次配光帶來的發(fā)光角減小，以及約束散熱的不足。
為確保批量生產(chǎn)效率，適合機(jī)械化作業(yè)，本發(fā)明中封裝用導(dǎo)熱基座與線路板通孔 配合，較好采用機(jī)械緊配合，這樣在線路板通孔中放入封裝用導(dǎo)熱基座既不會掉落，也可以 確保封裝導(dǎo)熱基座底面至少與線路板背面相平，或略凸出線路板背面，確保封裝LED導(dǎo)熱 基座直接向燈體導(dǎo)熱。
印刷線路板，為電子產(chǎn)品通印刷線路板(PCB板)，無特別要求，選擇印刷線路板可 以減少再在固定基板表面做電極。因線路板只是固定、安裝封裝LED用，當(dāng)然本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員能夠理解到還可以采用其他經(jīng)濟(jì)的固定、安裝片材，它等價(jià)于印刷線路板。
本發(fā)明第三目的實(shí)現(xiàn)，一種較好采用封裝與制備組件一次完成，簡化組件制備工 藝。本發(fā)明大功率LED發(fā)光組件制備方法，其特征是按應(yīng)用要求設(shè)計(jì)加工印刷線路板，并在 按放封裝大功率LED位置加工通孔，將封裝LED用導(dǎo)熱基座放入通孔內(nèi)，并使其底面至少齊 平于線路板背平面或略凸出背平面，在導(dǎo)熱基座上放置LED芯片，采用LED封裝工藝，在導(dǎo) 熱基座上封裝LED芯片，其中芯片兩電極與線路板上電極通過弓I線焊接連接。
上述工藝為本發(fā)明產(chǎn)品優(yōu)化工藝，當(dāng)然也顯然可以同現(xiàn)有技術(shù)，采用封裝與組成 組件二步分開工藝，即將封裝好的LED嵌入印刷線路板孔中固定，但從提高生產(chǎn)效率角度， 顯然無此必要。
本發(fā)明中LED封裝方式，基本同現(xiàn)有技術(shù)，只是因組件結(jié)構(gòu)改變而使封裝方式可 以有所改變。線路板通孔及封裝LED銅基座截面形狀不限，例如可以采用現(xiàn)有通用簡單的 圓銅片，本發(fā)明一種較好為采用徑向有凸出或內(nèi)凹限位的圓銅片基座。
本發(fā)明大功率LED發(fā)光組件，相對于現(xiàn)有技術(shù)，由于組件摒棄了傳統(tǒng)將封裝大功 率LED疊放在有絕緣層鋁基板上的模式，采用將封裝LED嵌入穿過開有通孔線路板孔中固 定組裝方式，改變了現(xiàn)有技術(shù)安裝基板需同時(shí)兼具傳熱、散熱及固定雙重功能，為僅具固定 單一功能，不僅減化了組件結(jié)構(gòu)，而且尤其是改變了傳熱路徑，大功率LED芯片產(chǎn)生熱量首 先傳給高導(dǎo)熱的封裝銅基座，然后由封裝銅基座或鍍銀銅基座直接與應(yīng)用燈具散熱件接觸 傳熱，省略中間低導(dǎo)熱的鋁基板傳熱，明顯提高了封裝大功率LED向外導(dǎo)熱性能，使得封裝 LED向燈具導(dǎo)熱，可以分別接近銅或銀熱傳導(dǎo)系數(shù)k值(410或429)，明顯高于現(xiàn)有技術(shù)低 于鋁熱傳導(dǎo)系數(shù)k值的熱傳導(dǎo)，熱傳導(dǎo)系數(shù)k值可以達(dá)到現(xiàn)有采用鋁基板的1. 8倍及以上， 使得大功率LED向外導(dǎo)熱性能更好，從而有利于提高大功率LED長期使用穩(wěn)定性及減少光 衰，延長了有效使用LED壽命。其次，固定基板采用成本遠(yuǎn)低于鋁基板(價(jià)格只有鋁基板的51/3-1/5)的PCB線路板代替，芯片電極直接由金線焊接在線路板上，省略了電極支架，二項(xiàng) 粗略估算可以節(jié)省硬成本約40%左右。并且芯片電極直接由金線焊接于線路板電極上，可 以采用封裝用打線機(jī)打焊，不僅具有極高的焊接效率，而且省略了支架與鋁基板焊接，既提 高了焊接可靠性，又提高效率，還不會因焊接熱損傷芯片；以及制備工藝可以一次完成，大 減化了手工工藝，工藝上更適合批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，還使得生產(chǎn)成本可以得以降低。再 就是，封裝LED不用透光罩，沒有二次配光造成的發(fā)光角減少，具有發(fā)光角大，有效出光角 度可達(dá)到140度以上，并且無透光罩封閉也有利芯片散熱，并且無透光罩在封裝完成后如 發(fā)現(xiàn)有芯片損壞，可以直接進(jìn)行除膠替換芯片，更是降低了制造成本。上述四項(xiàng)使得發(fā)光組 件成本得到進(jìn)一步降低，估算可以節(jié)約成本約50-60%。本發(fā)明大功率LED發(fā)光組件，采用線 路板固定，無引出支架，無透光罩，封裝LED與基板采用嵌入穿過固定(不是疊放)，工藝上 封裝與固定一次完成，這些都構(gòu)成本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)不同識別點(diǎn)。本發(fā)明組件，同現(xiàn)有 技術(shù)，既可以做成單顆大功率LED組件，也可以做成多顆大功率LED組件，是一種性價(jià)比很 高的新型大功率LED發(fā)光組件。
以下結(jié)合二個(gè)示例性實(shí)施例，示例性說明及幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明實(shí)質(zhì)，但實(shí)施 例具體細(xì)節(jié)僅是為了說明本發(fā)明，并不代表本發(fā)明構(gòu)思下全部技術(shù)方案，因此不應(yīng)理解為 對本發(fā)明總的技術(shù)方案限定，一些在技術(shù)人員看來，不偏離本發(fā)明構(gòu)思的非實(shí)質(zhì)性增加和/ 或改動，例如以具有相同或相似技術(shù)效果的技術(shù)特征簡單改變或替換，均屬本發(fā)明保護(hù)范圍。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)大功率LED發(fā)光組件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本專利單顆大功率LED發(fā)光組件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為圖2中封裝用銅基座俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圖2發(fā)光組件俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為圖4后視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本專利三顆大功率LED發(fā)光組件俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 參見圖2-5，以同現(xiàn)有技術(shù)六角基板固定一顆大功率LED為例。采用電 子用PCB板按現(xiàn)有相同線路及安裝孔制成六角基板8，中心在安裝封裝LED位置，加工有與 封裝導(dǎo)熱銅基座1緊配合的通孔(形狀與封裝用銅基座相同)，銅基座1較好采用有對稱 凸耳定位結(jié)構(gòu)(圖3)，并對銅基座進(jìn)行鍍銀處理。制備組件時(shí)，將鍍銀銅基座1嵌放于PCB 板8通孔中，并使銅基座底面至少與PCB板底面齊平，或略凸出底面例如30微米，放上1瓦 大功率LED芯片2，按現(xiàn)有封裝工藝由膠封裝7無透光罩封裝，同時(shí)用打金線機(jī)將LED芯片 2上正、負(fù)兩電極分別焊接于PCB板相應(yīng)電極點(diǎn)5上。應(yīng)用于照明燈具上時(shí)，將制成的大功 率LED組件固定其上，同時(shí)使封裝LED銅基座直接與燈體散熱體接觸導(dǎo)熱。
實(shí)施例2 參見圖6，如實(shí)施例1，其中PCB板8按120度角開有三個(gè)按放封裝LED 通孔，同時(shí)進(jìn)行三顆1瓦LED封裝，構(gòu)成有三顆LED的發(fā)光組件。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在本專利構(gòu)思及具體實(shí)施例啟示下，能夠從本專利公開內(nèi)容及常識直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的一些變形，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到也可采用其他 方法，或現(xiàn)有技術(shù)中常用公知技術(shù)的替代，以及特征的等效變化或修飾，特征間的相互不同 組合，例如安裝基板形狀的改變，不同線路板，嵌放封裝LED數(shù)量的變化，LED芯片功率不 同，固定封裝LED基座材料的變化，等等的非實(shí)質(zhì)性改動，同樣可以被應(yīng)用，都能實(shí)現(xiàn)本專 利描述功能和效果，不再一一舉例展開細(xì)說，均屬于本專利保護(hù)范圍。
本專利所說LED如無特別指明均指功率> 0. 5瓦的大功率LED。
權(quán)利要求
1.大功率LED發(fā)光組件，包括封裝的大功率LED及固定用基板，其特征在于固定用基板 為電子用印刷線路板，封裝大功率LED嵌入印刷線路板孔中，并使封裝LED導(dǎo)熱基座底面至 少齊平或略凸出印刷線路板背面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述大功率LED發(fā)光組件，其特征在于封裝LED芯片用導(dǎo)熱基座周 面有鍍銀層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述大功率LED發(fā)光組件，其特征在于封裝LED導(dǎo)熱基座底面 略凸出印刷線路板背面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述大功率LED發(fā)光組件，其特征在于封裝LED無透明罩。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述大功率LED發(fā)光組件，其特征在于封裝LED導(dǎo)熱基座與線 路板通孔為機(jī)械緊配合。
6.大功率LED發(fā)光組件制備方法，其特征是按應(yīng)用要求設(shè)計(jì)加工印刷線路板，并在按 放封裝大功率LED位置加工通孔，將封裝LED用導(dǎo)熱基座放入通孔內(nèi)，并使其底面至少齊平 于線路板背平面或略凸出背平面，在導(dǎo)熱基座上放置LED芯片，采用LED封裝工藝，在導(dǎo)熱 基座上封裝LED芯片，其中芯片兩電極與線路板上電極通過弓I線焊接連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述大功率LED發(fā)光組件制備方法，其特征是LED芯片電極通過金 線與線路板電極焊接連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述大功率LED發(fā)光組件制備方法，其特征是芯片電極與線路板電 極焊接連接為打金線方式由機(jī)械完成。
全文摘要
本發(fā)明涉及對大功率LED散熱結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，其特征是固定封裝LED基板為電子用印刷線路板，將封裝大功率LED嵌入印刷線路板孔中，并使封裝LED導(dǎo)熱基座底面至少齊平或略凸出印刷線路板背面。不僅減化了組件結(jié)構(gòu)，而且由于改變了傳熱路徑，使LED散熱由封裝導(dǎo)熱基座直接傳導(dǎo)給應(yīng)用燈具散熱體，明顯提高了封裝大功率LED向外導(dǎo)熱性能，可以分別接近導(dǎo)熱基座如銅或銀熱傳導(dǎo)系數(shù)k值；封裝LED不用透光罩，沒有二次配光造成的發(fā)光角減少，具有發(fā)光角大，有效出光角度可達(dá)到140度以上；采用線路板代替鋁基板，以及芯片電極直接由金線焊接在線路板上，省略電極支架，以及封裝、組裝一次完成，不僅提高了制備效率，而且估算可以節(jié)約成本約50-60%。
文檔編號H01L33/64GK102034922SQ20101054939
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者盧國南, 張榮民, 王新華 申請人:宜興市鼎圓光電科技有限公司