一种功率led热电分离封装结构及方法
【专利摘要】一种功率LED热电分离封装结构及方法，纵截面为梯形的金属基座置于具有限位坑的绝缘模块的内部中空内，金属基座的外侧表面设置有沟槽贯穿金属基座的上下表面；引脚片插入到沟槽内，并灌注绝缘热塑材料，沟槽和引脚片延伸的方向与金属基座下表面的垂线呈45-60度角，绝缘模块与引脚片设置有防触碰结构，用于防止因绝缘热塑材料流量不均而导致的引脚片与金属基座的电接触，LED芯片安装于金属基座的上表面，本LED的封装结构具有结构稳定，生产成本低，生产效率高，产品良品率高的优点。
【专利说明】一种功率LED热电分离封装结构及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种LED封装结构及方法，尤其是涉及一种功率LED封装。
【背景技术】
[0002]功率LED，尤其是白光功率LED是下一代绿色照明的重要技术路径，并伴随着照明产业市场的不断扩大，功率LED的产业价值不断提升。目前商业化的照明用LED产品都存在着成本高的不利因素，其成本的形成在于封装过程中对LED散热的严格要求，LED芯片在节温过高的状态下会使得寿命缩短，发光品质变差。功率LED在发光时，其电能的很大一部分将会转化成热能，因此功率LED的封装结构设计对LED的光品质和稳定性影响很大。传统的功率LED的封装结构，通常为了提高散热效能，常常会将芯片焊接在金属基体上，通过金属基体的高导热性能，提高LED封装的散热效率。然而该技术路径需要解决热电分离的问题，即要同时兼顾LED芯片与金属导热基体的热接触和LED芯片的稳定可靠的电链接。图1是现有技术中典型的功率LED封装结构，其包括金属基的基座A和封装绝缘材料B，LED芯片设置于金属基座A上，金属基座具有贯通孔，将引脚片插入贯通孔内，并在贯通孔内填充绝缘物质，这种封装结构在生产过程中引脚片往往会因为偏离贯通孔的中心位置而导致引脚与金属基座的电接触，使得封装结构的热电分离性能不稳定。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种功率LED的封装结构，以解决现有功率LED封装结构中热电分离，传统技术工艺复杂、稳定性差的技术问题；
本发明的功率LED封装结构包括:绝缘模块，其内部中空；金属基座，位于该绝缘模块的中空内，并且该金属基座的下表面与该绝缘模块的下表面在同一个平面上；LED芯片，安装于金属基座的上表面，引脚，以与金属基座下表面的垂线呈一定倾斜角的方式贯穿该封装结构，并与LED芯片通过引线电连接；
进一步的，该金属基座上表面面积大于下表面面积，其垂直于水平面的截面呈上边长于下边的梯形；
进一步的，该金属基座的外侧面开设有从上表面至下表面的沟槽，该沟槽与绝缘模块形成容纳引脚的空间；
进一步的，引脚安置于金属基座的边缘沟槽与绝缘模块形成的空间内，并通过绝缘物质与金属基座隔离；
进一步的，该沟槽和引脚片与金属基座下表面的垂线之间的倾角为45-60度；
进一步的，引脚片上端为被折弯的折弯部，折弯部的上表面与金属基座的上表面在同一水平面上。折弯部处的绝缘封装模块具有容纳该折弯部的限位坑，限位坑刚好可以完全容纳该折弯部，因此，限位坑6的深度等于引脚片的厚度，宽度略大于引脚片的宽度，限位坑的宽度要小于沟槽的宽度，限位坑中心与沟槽中心的连线穿过金属基座的中轴线；
进一步的，引脚片和绝缘模块设置有防触碰结构，以防止引脚片的侧面触碰沟槽的侧面；该触碰结构包括引脚片上经冲压形成的凸起，和绝缘模块内侧表面的凹槽，凸起限位于凹槽内，该凹槽的宽度小于金属基座的边缘沟槽的宽度，大致与限位坑的宽度相同，凹槽的中心与沟槽中心的连线穿过金属基座的中轴线；
进一步的，凹槽的位置位于绝缘模块的中间靠下的位置；
本发明还提供一种功率LED的封装方法:
(1)提供绝缘模块，其内部中空，所述中空的结构为上部面积大于下部面积，并且在所述绝缘模块上表面开设有限位坑，所述绝缘模块内侧面还设置有防触碰结构中的凹槽；
(2)提供金属基座，其具有与所述中空的结构匹配的形状，并且在外侧面开设有从上表面至下表面的沟槽；
(3)金属基座从该绝缘模块的上部放置于所述中空内，以使得金属基座能够完全容置于所述绝缘模块的中空内，金属基座的尺寸设置为能够使得除所述沟槽部分外的金属基座的外侧面与所述中空的壁之间的距离小于5毫米，调整金属基座的位置使沟槽与限位坑的位置对应，沟槽与凹槽的位置对应，对应的标准是限位坑中心与沟槽中心的连线穿过金属基座的中轴线，凹槽中心与沟槽中心的连线穿过金属基座的中轴线,所述金属基座的下表面与所述绝缘模块的下表面在同一水平面上；
(4)在金属基座与该绝缘模块之间使用粘性材料进行牢固地粘接，所述沟槽没有所述粘性材料；
(5)将引脚片从沟槽的上部向下插入到沟槽中，所述引脚的长度与沟槽的长度相同，其下端的端面与金属基座的下表面同在一个水平面上，并且所述引脚片的上端具有折弯角，其折弯方向为远离金属基座的方向，并且折弯部分位于所述绝缘模块上表面的限位凹坑内，所述折弯部分的上表面为水平面，所述引脚片还具有经冲压工艺形成的防触碰结构中的凸起，并使得所述凸起限位于凹槽内；
(6)在所述插入有引脚的沟槽内灌注绝缘热塑材料，以使得该金属基座与引脚电隔
离；
(7)绝缘热塑材料固化后，在所述金属基座上安装LED芯片，并对LED芯片与引脚片进行引线连接；
进一步的，所述绝缘模块和金属基座的平行于水平面的截面为多变形或圆形，其垂直于水平面的截面呈上边长于下边的梯形；
进一步的，所述沟槽和引脚延伸的方向与金属基座下表面的垂线之间具有的倾斜角为45-60 度；
进一步的，所述限位凹坑的宽度小于所述沟槽的宽度；凹槽的宽度与限位凹坑的宽度相同，也小于沟槽的宽度；
进一步的，凹槽的位置位于绝缘模块的中间靠下的位置；
由于垂直于水平面的纵截面呈上边长于下边的梯形，因此会在沟槽和引脚片延伸的方向与金属基座下表面的垂线之间具有的倾斜角。当引脚插入沟槽时，在引脚片自身重力的作用下，引脚片自然地依靠绝缘模块的表面而远离金属基座；同时，防触碰结构也解决的在灌胶过程中因绝缘热塑材料流量不均匀导致的引脚片偏离而与金属基座电接触的问题。因此，在封装过程中，不必担心引脚与金属之间的短路，大大提高了生产效率和产品良品率，降低了生产成本，提高了热电分离的稳定性。【专利附图】
【附图说明】
[0004]图1是现有技术中的功率LED封装结构；
图2是本发明实施例提供的一种功率LED封装结构的顶视图；
图3是本实施例提供的一种功率LED封装结构的纵截面图(沿图2中的D-D'方向)
图4为本发明实施例提供的一种功率LED封装结构的引脚片立体图；
图5是图2的局部放大图(图2中的C部)；
图6是在没有防触碰装置的情况下，灌胶过程中绝缘热塑材料流量不均导致的引脚片与金属基座的沟槽侧面触碰。
[0005]【具体实施方式】:
为了使得本发明的目的和有益效果和优点变得更加直观和清除，以下将结合实施例和附图，来对本发明做进一步详细的说明。应当理解，此处提供的具体实施例仅是用以理解本发明，并不能限定本发明；
请参考图2-6，本发明的实施例一方面提供一种功率LED的封装结构:具有多面体或圆柱体的绝缘封装模块(1)，其可由各种已知的绝缘材料通过注塑成型工艺制备得到。以圆柱体为例，该圆柱体的中间为中空部分，该中空部分上下贯通于圆柱体，形成类似中空的管状结构；该中空部分的上部分的面积大于下部分的面积，其纵截面为梯形；
在该绝缘封装模块(I)的中空部分容纳有金属基座(2)，金属基座通过粘性材料粘接牢固，金属基座的形状与中空部分的形状匹配以使得能够较好的结合；在金属基座的外侧面具有两个相对设立的沟槽(5)贯穿金属基座的上下表面，该沟槽(5)与金属基座(2)的下表面的垂线成α角，ct角优选为45-60度,最优选为55度；金属引脚片(3)位于该沟槽(5)内，金属引脚片的宽度d32小于该沟槽(5)的宽度d51，金属引脚片的厚度d31小于沟槽(5)的深度d52。金属引脚片(3)不与金属基座接触，金属引脚片(3)上端为被折弯的折弯部(32)，折弯方向为远离金属基座(2)的方向，折弯部(32)的上表面与金属基座(2)的上表面在同一水平面上；
折弯部(32)处的绝缘封装模块(I)的上表面具有容纳该折弯部(32)的限位坑(6)，限位坑(6)刚好可以完全容纳该折弯部(32)因此，限位坑6的深度(垂直于图2平面的方向上)等于金属引脚片(3)的厚度d31，宽度d61基本与金属引脚片的宽度d32相同；
比较重要的一点是:限位坑(6)的宽度d61要小于沟槽(5)的宽度d51，优选为限位坑(6)的宽度d61为沟槽(5)宽度d51的四分之三，并且限位坑(6)中心与沟槽(5)中心的连线穿过金属基座(2)的中轴线。这样做的优点是使得容纳在限位坑(6)中的金属引脚片(3)不能与沟槽(5)的侧壁接触，从而避免金属引脚片(3)与金属基座(2)电接触；
在沟槽(5)具有填充的绝缘材料(4)，该绝缘材料填满除金属引脚片(3)的全部沟槽
(5)；
在金属引脚片(3)和绝缘封装模块(I)中还设置有防触碰结构(7)，该防触碰结构用于防止在灌胶过程中由于绝缘热塑材料(4)流量不均导致的金属引脚片(3)与金属基座的沟槽(5)的侧面(51，52)相碰触，如图6所示的，在灌胶过程中沟槽(5)—侧的绝缘热塑材料
(4)量大于另一侧，绝缘热塑材料(4)在重力作用下往下移动，虽然金属引脚片(3)的上端折弯部(32)被限位坑(6)限制，但仍然会导致金属引脚片(3)的下端向令一侧移动而触碰到金属基座的沟槽(5)的侧面(51，52)。该防触碰结构(7)包括在金属引脚片(3)的(31)中通过冲压形成的凸起(312)和限位该凸起(312)的在绝缘封装模块(I)的内侧面设置的凹槽(71)，凹槽(71)的宽度(垂直于图3平面的方向)小于沟槽(5)的宽度(d51)，大至等于限位坑(6)的宽度，并且凹槽(71)中心与沟槽(5)中心的连线穿过金属基座的中轴线。该防触碰结构(7)优选设置在绝缘封装模块(I)中部以下，这样能更好的防止金属引脚片(3)与金属基座(2)的碰触；
下面将详细说明一种制造上述功率LED封装结构的方法:
由注塑工艺一体成型制备圆柱体形绝缘封装模块(1)，该绝缘封装模块(I)中间为中空部分，中空部分的上表面面积大于下表面面积，中空部分上下贯通于圆柱体，形成类似中空的管状结构；该中空部分的上部分的面积大于下部分的面积，其纵截面为梯形，该绝缘封装模块上表面设有限位坑(6)，内侧面设置有防触碰结构(7)中的凹槽(71)；
将金属基座(2)从上到下安置于绝缘封装模块(I)的中空部分内，该金属基座(2)具有与中空部分相匹配的形状，即其形状相同，但尺寸略小，以使得金属基座(2)的外侧面与绝缘封装模块(I)内侧面的距离小于5毫米；该金属基座的外侧表面开设有沟槽(5)贯穿金属基座(2)的上下表面；调整金属基座的位置使沟槽(5)与限位坑(6)的位置对应，沟槽(5)与凹槽(71)的位置对应，对应的标准是限位坑(6)中心与沟槽(5)中心的连线穿过金属基座(2)的中轴线，沟槽(5)中心与凹槽(71)中心的连线穿金属基座(2)的中轴线，在金属基座(2)的外侧面与绝缘封装模块(I)内侧面的间隙使用粘接材料粘接牢固；
金属引脚片(3)，具有上端的折弯部(32)和经冲压工艺形成的防触碰结构(7)中的凸起(312)，将金属引脚片(3)从上之下插入沟槽(5)内。使得金属引脚片(2)的折弯部(32)位于限位坑(6)内，防触碰结构(7)中的凸起(312)限位于绝缘封装模块的凹槽(71)内；为使得金属引脚片(3)能够插入沟槽，设置凸起(312)的高度小于沟槽(5)的深度d52的四分之三。于沟槽(5)内从上至下填充绝缘热塑材料(4)，固化；
优选的，防触碰结构(7)的位置位于绝缘模块(I)的中间靠下的位置；在金属基座的上表面贴LED芯片(10)，并用引线与金属引脚片(3)电连接；
本发明的优点和益处通过实施例的详细说明变得清晰，由于金属引脚片受到自身重力G的作用，在倾斜的沟槽(5)内，自然地会远离金属基座(2)，而依靠于绝缘缘封装模块(I)的内表面，同时，限位坑(6)又避免了金属引脚片与沟槽(5)上部与金属基座(2)电接触，防触碰结构(7)解决了因灌胶过程中绝缘热塑材料(4)流量不均匀导致的金属引脚下端与金属基座电接触的问题。因此，本发明大大提高了 LED封装结构的稳定性，工艺简单，良品率闻。
【权利要求】
1.一种功率LED热电分离封装结构，包括:绝缘模块，其内部中空；金属基座，位于所述绝缘模块的中空内，所述金属基座的下表面与所述绝缘模块的下表面在同一个平面上；LED芯片，安装于金属基座的上表面；其特征在:于所述封装结构还包括引脚片，引脚片与绝缘模块具有防触碰结构。
2.如权利要求1所述的一种功率LED热电分离封装结构,其特征在于:金属基座上表面面积大于下表面面积，其垂直于水平面的截面呈上边长于下边的梯形。
3.如权利要求2所述的一种功率LED热电分离封装结构，其特征在于:该金属基座的外侧面开设有一个或多个从上表面至下表面的沟槽，该沟槽与绝缘模块形成容纳引脚的空间。
4.如权利要求3所述的一种功率LED热电分离封装结构，其特征在于:引脚片安置于所述金属基座的沟槽与所述绝缘模块形成的空间内，并通过绝缘物质与金属基座隔离。
5.如权利要求4所述的一种功率LED热电分离封装结构，其特征在于:所述防触碰结构包括引脚片上的凸起和所述绝缘模块内侧面的用于限位所述凸起的凹槽。
6.一种制备功率LED热电分离封装结构的方法，其包括步骤: (1)提供绝缘模块，其内部中空，所述中空的结构为上部面积大于下部面积，并且在所述绝缘模块上表面开设有限位坑，所述绝缘模块内侧面还设置有防触碰结构中的凹槽； (2)提供金属基座，其具有与所述中空的结构匹配的形状，并且在外侧面开设有从上表面至下表面的沟槽； (3)金属基座从该绝缘模块的上部放置于所述中空内，以使得金属基座能够完全容置于所述绝缘模块的中空内，金属基座的尺寸设置为能够使得除所述沟槽部分外的金属基座的外侧面与所述中空的壁之间的距离小于5毫米，调整金属基座的位置使沟槽与限位坑的位置对应，沟槽与凹槽的位置对应，对应的标准是限位坑中心与沟槽中心的连线穿过金属基座的中轴线，凹槽中心与沟槽中心的连线穿过金属基座的中轴线,所述金属基座的下表面与所述绝缘模块的下表面在同一水平面上； (4)在金属基座与该绝缘模块之间使用粘性材料进行牢固地粘接，所述沟槽没有所述粘性材料； (5)将引脚片从沟槽的上部向下插入到沟槽中，所述引脚的长度与沟槽的长度相同，其下端的端面与金属基座的下表面同在一个水平面上，并且所述引脚片的上端具有折弯角，其折弯方向为远离金属基座的方向，并且折弯部分位于所述绝缘模块上表面的限位凹坑内，所述折弯部分的上表面为水平面，所述引脚片还具有经冲压工艺形成的防触碰结构中的凸起，并使得所述凸起限位于凹槽内； (6)在所述插入有引脚的沟槽内灌注绝缘热塑材料，以使得该金属基座与引脚电隔离； (7)绝缘热塑材料固化后，在所述金属基座上安装LED芯片，并对LED芯片与引脚片进行引线连接。
【文档编号】H01L33/62GK103956423SQ201410227585
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】司红康, 叶连, 叶军, 王孝兵, 于宝林, 周洋 申请人:安徽红叶节能电器科技有限公司