專利名稱：一種高功率高亮度led光源封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于LED光源技術(shù)領(lǐng)域，涉及LED光源封裝，尤其是一種高功率高亮度 LED光源封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
投影顯示系統(tǒng)通常使用的光源為超高壓水銀燈(UHP)、金屬鹵化物燈、氙燈及鹵素?zé)?。多年?lái)人類一直在尋找和開發(fā)固體發(fā)光光源，隨著發(fā)光材料的開發(fā)和半導(dǎo)體制作工藝的改進(jìn)，半導(dǎo)體照明用發(fā)光二極管效率不斷提高。目前，超高壓水銀燈是投影裝置的主流光源。發(fā)光二極管(簡(jiǎn)稱LED)是一類直接將電能轉(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體器件。LED具有工作電壓低、耗電量小、發(fā)光效率高、響應(yīng)時(shí)間短、耐震動(dòng)、穩(wěn)定性高、體積小等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于指示燈、LCD背光、LED顯示屏、裝飾以及固態(tài)照明等各個(gè)領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著半導(dǎo)體發(fā)光材料的發(fā)展，LED在各種照明領(lǐng)域中越來(lái)越受到世人的矚目，目前人們正努力研究用LED 作為新型投影光源。相比高壓水銀燈光源，LED具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)效率高，近年來(lái)，LED的發(fā)光效率每年約以201m/W的速度提升，現(xiàn)已達(dá)到 1001m/ff以上，而且由于LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段，所以其可見光的轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于其它光源。白熾燈是最常用的照明光源，其可見光效率僅為10% 20%。(2)色純度高，UHP發(fā)出的光是全頻段波長(zhǎng)連續(xù)的光，而LED發(fā)出的光是單波峰的光，波峰半高寬只有幾十納米，色彩遠(yuǎn)比UHP更為鮮艷。(3)能耗小，LED的功率一般在0. 05 1W，通過集群方式可以滿足不同的需要，浪費(fèi)很少，而UHP燈的耗能是LED的30倍左右。(4)壽命長(zhǎng)，LED壽命可以達(dá)到lOOOOOh，而UHP燈的壽命只有2000h左右。(5)響應(yīng)時(shí)間短，LED的響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)，在顯示上可采用LEDRGB三基色組合取代白光光源，通過時(shí)序電路驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光，投影系統(tǒng)中的色輪及其相關(guān)機(jī)械裝置可以被取消，投影機(jī)可實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化。(6)綠色環(huán)保，LED光譜集中在可見光波段，光譜幾乎沒有紫外線和紅外線，熱量、 輻射很少，器件中不含有害物質(zhì)。此外，LED還具有驅(qū)動(dòng)容易、顏色再現(xiàn)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)際上商業(yè)化的LED光源，多采用將芯片直接粘接在PCB電路板上或者將芯片封裝在陶瓷上，然后再焊接或粘貼在PCB電路板上。以上兩種封裝形式都有以下缺點(diǎn)(1)散熱性差，以上兩種封裝形式都使用PCB線路板，從而使散熱效率低。(2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要多層結(jié)構(gòu)，造成工藝復(fù)雜，增加成本。(3)熱膨脹系數(shù)不匹配，直接焊接在PCB電路板上的方式，芯片同熱沉的熱沉與 LED芯片熱膨脹系數(shù)不匹配，影響LED性能。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種高功率高亮度LED光源封裝結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型通過對(duì)LED光源封裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中LED封裝結(jié)構(gòu)散熱效率不高，穩(wěn)定性差的問題，并且能夠改善LED芯片同熱沉熱膨脹系數(shù)不匹配的問題。本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案解決的這種高功率高亮度LED光源封裝結(jié)構(gòu)，包括絕緣導(dǎo)熱線路板，該絕緣導(dǎo)熱線路板的中部貼有芯片，在所述絕緣導(dǎo)熱線路板的邊沿設(shè)有電源連接模塊，所述芯片的正負(fù)極通過設(shè)于絕緣導(dǎo)熱線路板上的正負(fù)極連接線與電源連接模塊連接，所述電源連接模塊連接至電源上。上述電源連接模塊包括電極連接端口和電極連接塊；所述芯片是LED芯片；所述絕緣導(dǎo)熱線路板上覆有金屬引線，所述金屬引線包括正極金屬引線和負(fù)極金屬引線；LED 芯片的正極面焊接在絕緣導(dǎo)熱線路板的正極金屬引線上，LED芯片的負(fù)極通過連接線A與絕緣導(dǎo)熱線路板上的負(fù)極金屬引線相連；所述電極連接端口安裝在電極連接塊上，并與所述金屬引線連接。上述絕緣導(dǎo)熱線路板上于靠近所述LED芯片的位置固定有用于監(jiān)測(cè)LED芯片的熱敏電阻。上述LED芯片是RGB單色或混色的三基色LED芯片或者白光芯片。上述LED芯片的個(gè)數(shù)是一個(gè)或者多個(gè)；當(dāng)LED芯片的個(gè)數(shù)為多個(gè)時(shí)，多個(gè)芯片采用串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)結(jié)合或者分別獨(dú)立與所述金屬引線連接。為了提高導(dǎo)熱效率，以上所述的絕緣導(dǎo)熱線路板可選擇陶瓷、金剛石或其他絕緣高導(dǎo)熱材料；金屬引線的材質(zhì)為銅或金或其他導(dǎo)電性好的金屬材料。在本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例中，在所述絕緣導(dǎo)熱線路板上還設(shè)置有熱沉、散熱片或散熱風(fēng)扇或其他制冷器。在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，可以在LED芯片與金屬引線之間設(shè)置用于保護(hù)LED芯片的二極管。以上所述的連接線A為金屬材料。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)散熱性好，本實(shí)用新型中LED芯片直接貼片在覆金屬引線的絕緣導(dǎo)熱線路板上，芯片與散熱部位的距離更近，因此散熱能力大大增強(qiáng)，這種增加了散熱能力的結(jié)構(gòu)，可顯著提高輸出的功率而不用擔(dān)心散熱的問題；(2)熱膨脹系數(shù)匹配，本實(shí)用新型中絕緣導(dǎo)熱線路板的熱膨脹系數(shù)接近LED芯片， 減少了熱壓應(yīng)力的影響。(3)生產(chǎn)成本低，無(wú)需熱沉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大大降低了生產(chǎn)制造成本。(4)出射光斑均勻，由于各個(gè)芯片可單獨(dú)控制，可調(diào)節(jié)不同位置的光強(qiáng)達(dá)到均勻光斑輸出。

圖1為本實(shí)用新型的各部件拆解示意圖；圖2為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)圖；圖3為本實(shí)用新型的熱分布模擬圖；圖4為本實(shí)用新型封裝之后紅光模塊測(cè)試結(jié)果；[0033]圖5為本實(shí)用新型封裝之后綠光模塊測(cè)試結(jié)果；圖6為本實(shí)用新型封裝之后藍(lán)光模塊測(cè)試結(jié)果。其中1為絕緣導(dǎo)熱線路板；2為金屬引線；3為電極連接端口 ；4為電極連接塊；5 為熱敏電阻；6為L(zhǎng)ED芯片。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述參見圖1和圖2，該種高功率高亮度的LED光源封裝結(jié)構(gòu)，包括絕緣導(dǎo)熱線路板1， 在絕緣導(dǎo)熱線路板1的中部貼有芯片，在絕緣導(dǎo)熱線路板1的邊沿設(shè)有電源連接模塊，芯片的正負(fù)極通過設(shè)于絕緣導(dǎo)熱線路板1上的正負(fù)極連接線與電源連接模塊連接，電源連接模塊連接至電源上。其中如圖所示，所述的電源連接模塊包括電極連接端口 3和電極連接塊 4 ；所述的芯片是LED芯片6。其中絕緣導(dǎo)熱線路板1上覆有金屬引線2 (即所述的正負(fù)極連接線)，該金屬引線2包括有分別排列成矩陣式的正極金屬引線和負(fù)極金屬引線。LED芯片6的正極面焊接在絕緣導(dǎo)熱線路板1上的正極金屬引線上，LED芯片6負(fù)極通過連接線 A(選用金線)與絕緣導(dǎo)熱線路板1上的負(fù)極金屬引線相連。熱敏電阻5安裝在靠近LED芯片6的位置上，用于監(jiān)測(cè)LED芯片6周圍的溫度；電極連接端口 3安裝在電極連接塊4上， 并與金屬引線2的伸出端焊接。本實(shí)用新型的LED芯片6是LED RGB三基色芯片或者白光芯片，其LED芯片6的個(gè)數(shù)可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)，當(dāng)LED芯片6的個(gè)數(shù)為多個(gè)時(shí)，多個(gè)芯片可采用串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)結(jié)合或者分別獨(dú)立與金屬引線2連接的方式。，其中串并聯(lián)結(jié)合是指可以采用多個(gè)芯片先串聯(lián)然后再與其他芯片并聯(lián)，也可以采用多個(gè)芯片形成串聯(lián)組然后與多個(gè)形成并聯(lián)組的芯片連接的方式。因此，串并聯(lián)結(jié)合可以在合理的范圍內(nèi)隨意搭配芯片，使其的輸出滿足最終的要求。由于芯片發(fā)熱量較大，本實(shí)用新型要求絕緣導(dǎo)熱線路板1具有良好的導(dǎo)熱能力，在本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例中，絕緣導(dǎo)熱線路板1采用陶瓷板或者金剛石板或者金剛石銅復(fù)合材料。當(dāng)本實(shí)用新型的LED芯片6的個(gè)數(shù)較多，工作時(shí)發(fā)熱量較大時(shí)，可以在絕緣導(dǎo)熱線路板1上設(shè)置散熱片、散熱風(fēng)扇或制冷器的方式，來(lái)加強(qiáng)散熱。本實(shí)用新型還提出一種LED光源封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其具體包括以下步驟1)首先準(zhǔn)備絕緣導(dǎo)熱線路板1、電極連接端口 3、電極連接塊4、熱敏電阻5、LED芯片6;(2)將導(dǎo)熱板1用有機(jī)溶液和去離子水清洗干凈、烘干，然后直接將金屬箔在高溫下直接燒結(jié)到導(dǎo)熱板上形成金屬層，該金屬層厚度0.1-1. 0毫米，完成后放入氮?dú)夤裰袃?chǔ)存待用；(3)在覆金屬層的導(dǎo)熱板1上刻蝕金屬引線2，使金屬層被刻蝕成如圖1所示成陣列形式排列在導(dǎo)熱板1上的正極金屬引線和負(fù)極金屬引線；使正極金屬引線和負(fù)極金屬引線的引出端集中在導(dǎo)熱板1的一邊側(cè)；(4)采用回流焊接或者貼片工藝將LED芯片6的正極貼在陶瓷板1上并且使其正極與正極金屬引線相連，將LED芯片6的負(fù)極與負(fù)極金屬引線焊接；將熱敏電阻5安裝在靠近LED芯片6的位置上；(5)將電極連接端口 3安裝在電極連接塊4上，然后與金屬引線2的引出端焊接，從而完成LED光源封裝結(jié)構(gòu)的封裝。本實(shí)用新型的工作原理如下首先，將電極連接塊4與電源相連。工作時(shí)，電源通過導(dǎo)線給LED芯片6供電，芯片發(fā)光。芯片發(fā)光的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，熱會(huì)傳導(dǎo)至絕緣導(dǎo)熱線路板1上。金剛石或其他高導(dǎo)使得芯片散發(fā)的熱量很容易散掉，當(dāng)散熱量不能滿足要求時(shí)，也可根據(jù)需要加一些散熱片、風(fēng)扇或制冷器進(jìn)行散熱。還可以安裝保護(hù)二極管對(duì)芯片起保護(hù)作用，以免出現(xiàn)過載。 同時(shí)，靠近LED芯片6的熱敏電阻5可探測(cè)LED芯片6周圍的溫度，反饋回控制器，一旦溫度超過一定范圍，停止供電。如果是多個(gè)LED芯片根據(jù)需要可分別對(duì)單個(gè)芯片進(jìn)行控制，這樣可以對(duì)每個(gè)芯片的亮度分別控制，可保證最后光斑的均勻性。實(shí)施例根據(jù)本實(shí)用新型的高功率高亮度LED光源封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法，本實(shí)施例制作出了高功率高亮度的LED光源，其結(jié)構(gòu)也如圖2所示，以下給出這種高功率高亮度LED光源的測(cè)試結(jié)果。如圖3所示，此高功率高亮度LED光源在熱沉為25°C，風(fēng)速為4. 8m/s下工作時(shí)，其芯片工作溫度只有56°C，本實(shí)用新型的光源模塊熱阻為0. 87K/W。圖4為本實(shí)用新型封裝之后紅光模塊測(cè)試結(jié)果，可知紅光模塊在6A電流下可輸出 4001m的紅光。圖5為本實(shí)用新型封裝之后綠光模塊測(cè)試結(jié)果，可知綠光模塊8. IA電流下可輸出 11501m的綠光。圖6為本實(shí)用新型封裝之后藍(lán)光模塊測(cè)試結(jié)果，可知藍(lán)光模塊8. IA電流下可輸出 2001m的藍(lán)光。綜上所述，本實(shí)用新型兼具導(dǎo)熱和熱沉絕緣的優(yōu)點(diǎn)，且絕緣導(dǎo)熱線路板與芯片的熱膨脹系數(shù)比較匹配，散熱性好。本實(shí)用新型主要應(yīng)用于各種顯示光源，背景光源，照明光源。
權(quán)利要求1.一種高功率高亮度的LED光源封裝結(jié)構(gòu)，包括絕緣導(dǎo)熱線路板(1)其特征在于在所述絕緣導(dǎo)熱線路板(1)的中部貼有芯片，在所述絕緣導(dǎo)熱線路板(1)的邊沿設(shè)有電源連接模塊，所述芯片的正負(fù)極通過設(shè)于絕緣導(dǎo)熱線路板(1)上的正負(fù)極連接線與電源連接模塊連接，所述電源連接模塊連接至電源上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率高亮度的LED光源封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電源連接模塊包括電極連接端口( 和電極連接塊；所述芯片是LED芯片(6)；所述絕緣導(dǎo)熱線路板(1)上覆有金屬引線O)，所述金屬引線(2)包括正極金屬引線和負(fù)極金屬引線； LED芯片(6)的正極面焊接在絕緣導(dǎo)熱線路板(1)的正極金屬引線上，LED芯片(6)的負(fù)極通過連接線A與絕緣導(dǎo)熱線路板(1)上的負(fù)極金屬引線相連；所述電極連接端口(3)安裝在電極連接塊(4)上，并與所述金屬引線(2)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率高亮度的LED光源封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述絕緣導(dǎo)熱線路板(1)上于靠近所述LED芯片(6)的位置固定有用于監(jiān)測(cè)LED芯片(6)的熱敏電阻(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率高亮度LED光源封裝，其特征在于所述LED芯片(6) 是RGB單色或混色的三基色LED芯片或者白光芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率高亮度LED光源封裝，其特征在于所述LED芯片(6) 的個(gè)數(shù)是一個(gè)或者多個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高功率高亮度LED光源封裝，其特征在于當(dāng)所述LED芯片 (6)的個(gè)數(shù)為多個(gè)時(shí)，多個(gè)芯片采用串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)結(jié)合或者分別獨(dú)立與所述金屬引線 ⑵連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率高亮度LED光源封裝，其特征在于所述絕緣導(dǎo)熱線路板(1)是陶瓷、金剛石或金剛石銅復(fù)合材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率高亮度LED光源封裝，其特征在于所述絕緣導(dǎo)熱線路板(1)上設(shè)置有熱沉、散熱片、散熱風(fēng)扇或制冷器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率高亮度LED光源封裝，其特征在于所述LED芯片(6) 與金屬引線(2)之間設(shè)置有用于保護(hù)LED芯片(6)的二極管。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率高亮度LED光源封裝，其特征在于所述連接線A為金屬線。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種高功率高亮度LED光源封裝結(jié)構(gòu)，該封裝結(jié)構(gòu)包括絕緣導(dǎo)熱線路板、電極連接端口、電極連接塊、熱敏電阻、LED芯片。采用回流焊接或者貼片工藝將LED芯片的正極貼在覆金屬引線的絕緣導(dǎo)熱線路板上，將熱敏電阻安裝在靠近LED芯片的位置上；將電極連接端口安裝在電極連接塊上，然后與金屬引線連焊接，制成高功率高亮度LED的光源。實(shí)用新型兼具導(dǎo)熱和絕緣的優(yōu)點(diǎn)，且絕緣導(dǎo)熱線路板與芯片的熱膨脹系數(shù)比較匹配，散熱性好的優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于各種顯示光源，背景光源，照明光源。
文檔編號(hào)H01L25/075GK202189831SQ20112027134
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者劉興勝, 劉琪, 彭晨暉, 李華榮, 李小寧, 王警衛(wèi), 鄭艷芳 申請(qǐng)人:西安炬光科技有限公司