专利名称：一种led散热封装结构和led灯的制作方法
技术领域：
一种LED散热封装结构和LED灯
技术领域：
本实用新型属于灯具照明以及散热技术领域，涉及一种将LED裸芯片直接贴装于热管的热端上的LED散热封装结构以及具有该散热封装结构的LED灯。
背景技术：
传统的白炽灯的灯丝以钨为材料，将灯丝密封于与氧气隔绝的环境中，例如密封于中高真空或惰性气体环境中，以确保灯丝的使用寿命。白炽灯泡的发光效率低，逐渐被发光效率高的荧光灯和最近兴起的LED照明灯所代替。传统的大功率LED灯泡结构一般是将一颗或多颗大功率LED芯片先封装成LED灯珠或LED多芯片模组，再将其组装在热沉上。工作时产生的热量通过芯片底部的基板传递至热沉和金属散热片，最终将热量在散热片上以对流换热的方式向空气中导出。 一般来说，LED灯工作是否稳定、品质好坏，与灯体本身的散热至关重要，过高的温度使LED光衰效应明显，LED以及LED驱动器芯片的寿命会急剧下降，普通的金属散热片已经不能满足大功率LED灯的散热，为了加强散热，人们想到了将热管散热技术引入到LED灯的散热中来，目前普遍的是将热管的冷端插入所述散热片或者散热块中，热管的热端与LED灯珠或模组通过机械压接接触来导热，影响了整体的散热效率。另一方面，由于目前传统的LED灯珠和LED模组均是组装在热沉或者金属散热片上，所以受到这种散热结构的影响，目前绝大多数的大功率LED灯泡只能向一半的空间发光，使得这种大功率LED灯泡的应用受到限制，不能完全替代传统的白炽灯泡和紧凑型的气体放电灯泡。
实用新型内容本实用新型的目的就是为了解决现有技术存在的问题，提出了一种LED散热封装结构、以及具有该结构的LED灯。本实用新型的散热封装结构将大功率LED芯片与散热的热沉结构在空间上实现分离，并且使LED芯片直接封装在热管上，从而保证了 LED芯片产热的良好导出，又保证了 LED灯泡能像普通白炽灯一样有更大的发光角。本实用新型的具体技术方案如下本实用新型提供一种LED散热封装结构，其特征在于，该散热封装结构包括LED裸芯片、导热的电绝缘基板、热管以及散热器，所述LED裸芯片安装在所述导热的电绝缘基板上，所述导热的电绝缘基板贴装在热管的热端，冷端插接于散热器中。所述导热的电绝缘基板的两面镀覆有金属过渡层，正面金属过渡层包括芯片粘接焊盘和引线焊盘，所述背面的金属过渡层与热管通过软钎焊连接。所述LED裸芯片连接于所述芯片粘接焊盘上，LED裸芯片的正、负极与引线焊盘相连接。所述引线焊盘位于芯片粘接焊盘的两侧，且引线焊盘位于基板的两侧。所述LED裸芯片通过钎料焊接或者钎料层融化或者通过导热银胶连接于芯片粘接焊盘上，所述LED裸芯片的正、负极通过键合金属丝与引线焊盘相连接。所述热管与导热的电绝缘基板接触面为平面，所述基板的两面为平面。所述LED裸芯片密封在一透明胶水固化成的灯帽中，该灯帽被封盖在混有荧光粉的罩体内，所述罩体与热管的侧平面通过胶水相连。所述LED裸芯片密封于一混合有荧光粉的胶水固化体内。本实用新型还提供一种LED灯，该LED灯包括灯罩、LED散热封装结构、灯座、导线、驱动电源以及接线端子，其特征在于，该LED灯具有上述的LED散热封装结构，所述驱动电源设置于所述灯座内，所述驱动电源通过导线与接线端子连接，所述接线端子安装于热管的中部，所述灯座和灯罩分别安装于散热器的两端。本实用新型有益的技术效果在于本实用新型的LED散热封装结构的LED裸芯片采用高导热材料与导热的电绝缘基板连接，同时导热的电绝缘基板又采用高导热材料与热管连接，这种将LED裸芯片直接封装在热管的热端的结构可称之为管上芯片封装(Chip on Tube,简称COT)。芯片工作时产生的热量通过导热的电绝缘基板传递到热管，并迅速传递到热管的冷端，通过散热器的翅片与空气进行热交换，由于热管的传热效率很高，所以这种将LED裸芯片直接封装在热管的热端的结构减小了热阻的同时加快了热量的传递，使得LED芯片保持在较低的工作温度，延长了 LED芯片的使用寿命。热管同时可以作为一个支撑件，其热端可成形为多边形，每边都可供贴放一颗或多颗LED裸芯片，并且可以随热管伸入灯罩内任意位置，比如，使LED芯片置于灯罩中心，因而，上述LED散热封装结构，不仅可以实现270度或者大于270度的角度发光，而且热管还可以弯曲成各种角度和进行多根热管的组合，丰富了大功率LED灯泡的结构形式。将发光荧光粉涂覆在透明玻璃罩上，不是直接涂在芯片上，之间用空气隔开，芯片产生的过高热量不会使荧光粉变色或者失效，且热量直接通过导热的电绝缘基板传递出来。
图I为本实用新型LED灯泡的剖面图；图2为本实用新型LED散热封装结构的剖面图；图3为本实用新型热管的截面图；图4为本实用新型导热的电绝缘基板的立体结构示意图；图5为安装有LED裸芯片的基板、接线端子贴装在热管上的立体结构局部示意图；图6为图5中的结构LED芯片上安装荧光罩的立体结构示意图；图7为图5中的结构LED芯片上涂覆荧光胶水固化的立体结构示意图。其中I :灯座；2 :驱动电源；3 :散热器；4 :导线；5 :热管；6 :接线端子；7 :混有荧光粉的罩体；8 :灯罩；10 =LED散热封装结构；11 :工作液；12 :泡沫铜；15 :LED裸芯片；16 :键合金属丝17 :灯帽；18 :混合有荧光粉的胶水固化体；20 :导热的电绝缘基板；21 :芯片粘接焊盘；22 :引线焊盘23 :背面的金属过渡层；32 :低温焊料片；33 :接线端子的焊盘。
具体实施方式
为了使实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用来限定本实用新型。实施例I如图1-6所示，本实用新型提供一种LED灯泡，该LED球灯泡包括注塑或者吹塑而成的灯罩8、LED散热封装结构10、灯座I、导线4、驱动电源2以及接线端子6。所述LED散热结构10包括多颗LED裸芯片15、导热的电绝缘基板20、热管5以及散热器3，所述LED裸芯片15安装在所述导热的电绝缘基板20上，所述导热的电绝缘基板20贴装在热管5的一端(即热端)，另一端(即冷端)插接于散热器3中。 所述导热的电绝缘基板20作为LED裸芯片15与热管5之间的绝缘体、传热体以及芯片支撑体，使用高导热电绝缘材料(例如氮化铝陶瓷、氧化铝陶瓷、硅晶片)，该导热的电绝缘基板20的两面镀覆有金属过渡层(如Ti/Ni/Au，Ti/Cu/Au，Ti/Ni/Ag, Ti/Cu/Ag等)，正面金属过渡层包括芯片粘接焊盘21和引线焊盘22，所述背面的金属过渡层23与热管5通过软钎焊连接。所述LED裸芯片15通过钎料焊接或者钎料层融化连接于所述芯片粘接焊盘21上，LED裸芯片的正、负极(压焊点)通过键合金属丝(金丝、铜丝或铝丝)16与引线焊盘22相连接。所述引线焊盘22位于芯片粘接焊盘21的两侧，引线焊盘22位于导热的电绝缘基板20的两侧，所述芯片粘接焊盘21位于导热的电绝缘基板20的中间，多颗LED裸芯片15排列成一列焊接在所述芯片粘接焊盘21上。所述热管5与导热的电绝缘基板20接触面为平面，所述导热的电绝缘基板20的两面为平面，所述导热的电绝缘基板20通过低温焊料片32 (Sn63Pb37，SnAg3CuO. 5等焊料)熔化连接，安装在热管5热端侧面的平面上，热管5可以是多棱柱形，比如两面扁平的棱柱、三棱柱、四棱柱、六棱柱及多棱柱等，也可以是圆柱形，但将热端头部加工成上述的多棱柱形，以提供一些平面来安装导热的电绝缘基板20。热管5的每个侧面都可以安装带LED裸芯片15的导热的电绝缘基板20，在热管5的热端形成一个立体安装的LED发光体。热管5内壁敷有泡沫铜12，热管5内灌注工作液11。热管5的两端(热端和冷端)的头部密封。所述LED裸芯片15以及键合金属丝16密封在一透明胶水固化成的灯帽17中，该灯帽17被封盖在混有荧光粉的罩体7内，所述混有荧光粉的罩体7与热管5的侧平面通过月父水相连并S封。由于热管具有良好的导热性，所以制造LED散热封装结构的方法如下将功率LED裸芯片15 (—颗或多颗)直接贴装在做好了电极以及电路图的导热的电绝缘基板20上，再将导热的电绝缘基板20焊接在热管5的热端，形成管上芯片(Chip onTube,简称COT)的封装样式，然后将热管5的冷端插入带有翅片的散热器3上固定，最后在热管5中灌注工作液11，调整散热工作点并将热管5密封。将透明胶水(硅胶、环氧胶)封盖于LED裸芯片15及其键合金属丝16上，固化成灯帽17 ;然后将预制的混合有荧光粉的罩体7盖于灯帽17和导热的电绝缘基板20上，使用胶水与热管5热端侧平面相连。[0041]所述灯罩8为高折射率的光扩散材料，边缘带有楔形的扣接结构，便于和散热器3的一端相连，所述灯座I安装于散热器3的另一端，所述驱动电源2设置于所述灯座I内，与灯座I形成电路连接，将PCB板或塑封料的接线端子6安装在热管5中部，接线端子6的焊盘33 —端通过导线4连接LED驱动电源2，另一端连接到导热的电绝缘基板20的引线焊盘22上。在正常电源的供电状态下，LED裸芯片15产生的热量通过导热的电绝缘基板20传递至热管5的热端(顶端)，处于热管5的热端的工作液11汽化吸热，迅速流向热管5的冷端，从而将热端热量传递至冷端并通过热管5的冷端连接的具有翅片的散热器3与空气进行热交换。在这个过程中，工作液11在冷端冷凝而液化，通过热管5内壁附着的泡沫铜12的毛细结构移至热端。工作液11在冷端和热端如此循环，从而将热端的热量源源不断地导出至冷端。由于这种结构中LED裸芯片15、导热的电绝缘基板20与热管5采用高导热材料(涉及陶瓷、硅、金属层、软焊料等)直接连接，而热管5具有散热快速，热阻小的优点，使得LED裸芯片15保持在较低的工作温度，延长了 LED灯泡的使用寿命。热管5同时可以作为一个支撑件，其热端可成形为多边形，每边都可供贴放一颗 或多颗LED裸芯片15，并且可以随热管5伸入灯罩8内任意位置，比如，使LED裸芯片15置于灯罩8的中心，因而，上述LED散热封装结构10，不仅可以实现270度或者大于270度的角度发光，其四面皆有出光，光线更加均匀合理，而且热管5还可以弯曲成各种角度和进行多根热管的组合，丰富了大功率LED灯泡的结构形式。将发光突光粉混合或涂覆于透光的壳体中形成混有突光粉的罩体7,突光粉不是直接涂在LED裸芯片15上，热量直接通过导热的电绝缘基板20传递出来，且混有荧光粉的罩体7与灯帽17有分隔，LED裸芯片15产生的过高热量不会使荧光粉变色或者失效。实施例2在上述实施例I中，将发光突光粉混合或涂覆于透光的壳体中形成混有突光粉的罩体7，荧光粉不是直接涂在LED裸芯片15上，热量直接通过导热的电绝缘基板20传递出来，且混有荧光粉的罩体7与灯帽17有分隔，LED裸芯片15产生的过高热量不会使荧光粉变色或者失效。但是这种结构具有制造复杂，成本较高的问题，本实施例提出了与该实施例不同的结构，如图7所示所述LED裸芯片15、键合金属丝16和导热的电绝缘基板20密封于一混合有荧光粉的胶水固化体18内。具体的制造方法为将荧光粉混于胶水(硅胶、环氧胶)中，均匀涂覆于LED裸芯片15上，然后固化形成混合有荧光粉的胶水固化体18。LED裸芯片15背面带有或者不带有可焊接的钎料层，LED裸芯片15通过导热银胶连接于导热的电绝缘基板20的芯片粘接焊盘21之上，LED裸芯片15的正、负极(压焊点)通过键合金属丝16 (金丝、铜丝或铝丝)与导热的电绝缘基板20上两侧的引线焊盘22相连。导热的电绝缘基板20通过低温焊料片32(Sn63Pb37，SnAg3CuO. 5等焊料)熔化连接，安装在热管5热端侧面的平面上，形成COT封装。每个侧面都可以安装带LED裸芯片15的导热的电绝缘基板20，在热管5热端形成一个立体安装的LED发光体。这种灯泡的LED裸芯片15采用银胶固晶，荧光粉胶水覆盖，成本低，制造简单；同时以热管快速散热，使得LED裸芯片15保持在较低的工作温度，延长了使用寿命。其四面皆有出光，光线更加均匀合理。[0050]以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。 ·
权利要求1.一种LED散热封装结构，其特征在于，该散热封装结构包括LED裸芯片、导热的电绝缘基板、热管以及散热器，所述LED裸芯片安装在所述导热的电绝缘基板上，所述导热的电绝缘基板贴装在热管的热端，冷端插接于散热器中。
2.根据权利要求I所述的LED散热封装结构，其特征在于，所述导热的电绝缘基板的两面镀覆有金属过渡层，正面金属过渡层包括芯片粘接焊盘和引线焊盘，所述背面的金属过渡层与热管通过软钎焊连接。
3.根据权利要求2所述的LED散热封装结构，其特征在于，所述LED裸芯片连接于所述芯片粘接焊盘上，LED裸芯片的正、负极与引线焊盘相连接。
4.根据权利要求3所述的LED散热封装结构，其特征在于，所述弓I线焊盘位于芯片粘接焊盘的两侧，且引线焊盘位于基板的两侧。
5.根据权利要求3或4所述的LED散热封装结构，其特征在于，所述LED裸芯片通过钎料焊接或者钎料层融化或者通过导热银胶连接于芯片粘接焊盘上，所述LED裸芯片的正、负极通过键合金属丝与引线焊盘相连接。
6.根据权利要求1-4任一所述的LED散热封装结构,其特征在于,所述热管与导热的电绝缘基板接触面为平面，所述基板的两面为平面。
7.—种LED灯，该LED灯包括灯罩、LED散热封装结构、灯座、导线、驱动电源以及接线端子，其特征在于，该LED灯具有权利要求1-6任一所述的LED散热封装结构，所述驱动电源设置于所述灯座内，所述驱动电源通过导线与接线端子连接，所述接线端子安装于热管的中部，所述灯座和灯罩分别安装于散热器的两端。
专利摘要本实用新型涉及一种LED散热封装结构和LED灯。该散热封装结构包括LED裸芯片、导热的电绝缘基板、热管以及散热器，所述LED裸芯片安装在所述导热的电绝缘基板上，所述导热的电绝缘基板贴装在热管的一端，另一端插接于散热器中。该LED灯包括灯罩、上述的LED散热封装结构、灯座、导线、驱动电源以及接线端子，所述驱动电源设置于所述灯座内，所述驱动电源通过导线与接线端子连接，所述接线端子安装于热管的中部，所述灯座和灯罩分别安装于散热器的两端。由于热管的传热效率很高，所以这种将LED裸芯片直接封装在热管的热端的结构减小了热阻的同时加快了热量的传递，使得LED芯片保持在较低的工作温度。
文档编号F21S2/00GK202651190SQ20112053813
公开日2013年1月2日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者吴懿平, 胡军辉, 安兵, 吕卫文 申请人:吴懿平, 胡军辉