专利名称：大功率led发光组件及制备方法
技术领域：
本发明是关于对大功率LED散热结构的改进，尤其涉及一种热传导性优良，散热结构 成本低的大功率LED发光组件及制备方法。
背景技术：
大功率LED工作产生大量热量，如不将其导出会使芯片结温升高，加速亮度衰减 (光衰)，进而降低产品亮度与使用寿命，有研究表明，温度每上升2°C，LED可靠性能会下降 10%。现有大功率LED发光组件，从经济性考虑典型散热结构如图1，在导热铜基片1上通过 胶封7固定有LED芯片2，并由支架3将电极线引出，有的在芯片前方加有透明罩6组成封 装LED，然后将此封装后的LED通过导热胶叠放固定在有绝缘氧化层的铝基板4上(常用六 角板或圆板)，两支架电极3焊接于铝基板绝缘层上的电极5上组成发光组件。应用做灯时 再将此铝基板与更大的金属散热体连接固定，将热传导给灯上散热体。铝基板作封装大功 率LED发光组件基板，同时承担传导散热和作为封装大功率LED固定基板双重功能，人们之 所以选择铝基板主要是从热传导和经济性两个方面考虑，此为目前应用最为广泛普及的典 型散热结构。此散热结构不足一是LED点亮芯片产生热量，由相对高导热铜基座传给低导 热中间铝基板，再由铝基板传导至应用灯具铝散热基座，由于铝热传导系数k值相对较低 只有237 ff/m · K，加上存在导热性能差的氧化绝缘层及导热胶，实际导热还要降低，实测铝 基板背面热导系数k值只有220W/m · K (低于铝热传导系数k值)；二是由于铝基板吸热效 应及与锡层不亲和性造成电极很难焊接，常会有假焊或冷焊不良问题，加长焊接时间，虽然 会减少假焊或冷焊，但会因焊接热作用造成LED芯片性能降低；三是组件制备必须二步完 成，第一步封装LED，第二步与铝基板叠放组合，并且组合时支架与铝基板电极电连接，只能 采用工效低下的手工焊接，造成制备工效相对低。
人们为提高大功率LED发光组件散热性能，降低芯片工作产生热量对LED的损害， 对散热结构提出多种改进，例如有。
中国专利CN201344505大功率LED散热连接结构，将封装LED经焊盘与铝线路板 连接，使LED产生热量经支架直接传导于铝线路板。中国专利CN201549531U大功率LED封 装结构，包括铜基板及连接在基板上倒梯形散热块，LED芯片放置在倒梯形散热块凹槽。中 国专利CN101159300采用导热性好的铜材作封装LED散热基板等等。然而它们组成发光组 件结构仍然沿用上述现有技术，将封装后的LED粘贴在有氧化绝缘层的铝基板表面焊接电 极，因此上述缺点仍未得到解决。
中国专利CN201416774、CN201417788将封装散热基座设计为竖向，内有通孔插入 镀银铜棒，镀银铜棒一端与LED芯片热接触，另一端与应用灯散热件接触，通过镀银铜棒传 导达到快速传热散热。此解决的仍是封装结构，不仅结构相对复杂，封装LED体积大，而且 虽然芯片产生热可以通过镀银铜棒快速导出(不用基座导热)，但与灯体菜热配合仍然需 要氧化绝缘层的铝基板固定，实际向灯基座导热性能仍然不佳；其次，采用此结构成本相对 较高，限制了 LED推广使用。
中国专利CN1^8956大功率LED散热封装，采用相变传热将LED产生热量转移到 外部环境。中国专利CN201242104采用热管快速散热结构。虽然相变热管能够快速散热， 但此结构造成封装LED体积大，而且显著增加了 LED散热成本，不具有市场竞争力，不利于 推广应用(经济性是推广应用重要因素)。中国专利CN200990387大功率LED芯片封装结 构，将LED晶片直接固定在有绝缘氧化层、带散热结构的铝基板上，通过铝基板直接散热， 使晶片、电路、散热板成一体。此结构不仅造成单颗体积大，而且热导系数K值还低于正常 值仅为119mw/k。
现有技术客观表明，现有技术不论采用何种传热改进，组件仍然基本沿用封装LED 叠放于有绝缘氧化层的铝基板表面，通过铝基板固定、导热，再由铝基板与使用灯具散热结 构接触的传热模式，因此传热效率显然不会高于铝体；其次，组成组件必须由封装、固定于 基板分开的二步工艺。
其次，大功率LED封装，典型结构如图1为在两面镀锡的铜基座1上放置LED芯片 2用胶7固定，外用透光罩6封装，例如中国专利CN201274^7、C拟916931。此种封装，因存 在透光罩的二次配光，会使LED出光角度变小，有效角度最大只有120度，同时透光罩也约 束了芯片散热。
上述不足仍有值得改进的地方。 发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种导热性更好，成本更低的大 功率LED发光组件。
本发明另一目的在于提供一种发光角大的大功率LED发光组件。
本发明再一目的在于提供一种上述大功率LED发光组件制备方法。
本发明第一目的实现，主要改进是摒弃传统将封装大功率LED叠放在铝基板上的 组件模式，采用将封装的LED嵌入开有通孔的线路板孔中固定组件方式，从而克服现有技 术的不足，实现本发明目的。具体说，本发明大功率LED发光组件，包括封装的大功率LED 及固定用基板，其特征在于固定用基板为电子用印刷线路板，封装大功率LED嵌入印刷线 路板孔中，并使封装LED导热基座底面至少齐平或略凸出印刷线路板背面。
在详细说明前，先通过对发明能够达到的基本功能及效果作一介绍，以使本领域 技术人员对本专利技术方案有一个明确了解。
本发明采用上述封装LED嵌入穿过线路板固定孔组件结构，使得线路板仅起固定 封装LED功能，封装LED的导热基座(通常为铜片)底面可以直接与应用灯体散热件接触 导热，相对于现有技术是由封装高导热的铜基座直接向灯体导热，而不必再通过铝基板间 接向灯体导热，因省略一相对低导热体铝基板，显然导热率要高于现有技术，可以直接达到 或接近铜热传导系数401 ff/m ·Κ (高于铝热传导系数k值)，从而提高了封装LED导热散热 性；并且由于固定用基板仅是固定封装LED及装配用，而不再承担导热及散热功能，所以可 以采用价格低的多的印刷线路板(PCB板)代替铝基板，并且此组件结构可以省略电极引线 支架，将LED芯片电极直接由金线焊接在线路板电极上，因而大大降低了组件成本。选择线 路板，主要是考虑省略再在固定基板表面做电极。封装基座底面与印刷线路板背面至少齐 平或略凸出背面，是为确保封装LED散热基座与应用灯具导热体良好的热接触导热。
本发明所说封装LED导热基座底面略凸出印刷线路板背面，主要是充分确保组件 与灯散热体安装时有良好的接触导热，而不会造成组件与灯散热体组装时封装导热基座 “悬空”影响导热，由于实际封装用导热基座厚度通常不超过3mm，并且只要略凸出例如微米 量纲线路板背面，就能满足此要求，所以此略凸出在微米级量纲即已经能够满足。
此外，为进一步提高组件中封装LED导热性，一种更好是使封装LED芯片用导热基 座周面镀银，这样芯片产生的热可以直接通过导热性更好、且价格不特别高的镀银层传导 给应用灯具散热体，从而可以使封装LED导热基本达到或接近银的热传导系数k值429 W/ m· K，更是提高了大功率封装LED向外导热性能。此外，封装导热基座采用镀银后，还可以 将现有铜基座改用其他低价金属材料，以冲抵镀银层成本。
为不减少或少减少封装LED发光角，本发明组件一种较好结构是封装LED不加透 明罩，从而避免了加透明罩二次配光带来的发光角减小，以及约束散热的不足。
为确保批量生产效率，适合机械化作业，本发明中封装用导热基座与线路板通孔 配合，较好采用机械紧配合，这样在线路板通孔中放入封装用导热基座既不会掉落，也可以 确保封装导热基座底面至少与线路板背面相平，或略凸出线路板背面，确保封装LED导热 基座直接向灯体导热。
印刷线路板，为电子产品通印刷线路板(PCB板)，无特别要求，选择印刷线路板可 以减少再在固定基板表面做电极。因线路板只是固定、安装封装LED用，当然本领域普通技 术人员能够理解到还可以采用其他经济的固定、安装片材，它等价于印刷线路板。
本发明第三目的实现，一种较好采用封装与制备组件一次完成，简化组件制备工 艺。本发明大功率LED发光组件制备方法，其特征是按应用要求设计加工印刷线路板，并在 按放封装大功率LED位置加工通孔，将封装LED用导热基座放入通孔内，并使其底面至少齐 平于线路板背平面或略凸出背平面，在导热基座上放置LED芯片，采用LED封装工艺，在导 热基座上封装LED芯片，其中芯片两电极与线路板上电极通过弓I线焊接连接。
上述工艺为本发明产品优化工艺，当然也显然可以同现有技术，采用封装与组成 组件二步分开工艺，即将封装好的LED嵌入印刷线路板孔中固定，但从提高生产效率角度， 显然无此必要。
本发明中LED封装方式，基本同现有技术，只是因组件结构改变而使封装方式可 以有所改变。线路板通孔及封装LED铜基座截面形状不限，例如可以采用现有通用简单的 圆铜片，本发明一种较好为采用径向有凸出或内凹限位的圆铜片基座。
本发明大功率LED发光组件，相对于现有技术，由于组件摒弃了传统将封装大功 率LED叠放在有绝缘层铝基板上的模式，采用将封装LED嵌入穿过开有通孔线路板孔中固 定组装方式，改变了现有技术安装基板需同时兼具传热、散热及固定双重功能，为仅具固定 单一功能，不仅减化了组件结构，而且尤其是改变了传热路径，大功率LED芯片产生热量首 先传给高导热的封装铜基座，然后由封装铜基座或镀银铜基座直接与应用灯具散热件接触 传热，省略中间低导热的铝基板传热，明显提高了封装大功率LED向外导热性能，使得封装 LED向灯具导热，可以分别接近铜或银热传导系数k值(410或429)，明显高于现有技术低 于铝热传导系数k值的热传导，热传导系数k值可以达到现有采用铝基板的1. 8倍及以上， 使得大功率LED向外导热性能更好，从而有利于提高大功率LED长期使用稳定性及减少光 衰，延长了有效使用LED寿命。其次，固定基板采用成本远低于铝基板(价格只有铝基板的51/3-1/5)的PCB线路板代替，芯片电极直接由金线焊接在线路板上，省略了电极支架，二项 粗略估算可以节省硬成本约40%左右。并且芯片电极直接由金线焊接于线路板电极上，可 以采用封装用打线机打焊，不仅具有极高的焊接效率，而且省略了支架与铝基板焊接，既提 高了焊接可靠性，又提高效率，还不会因焊接热损伤芯片；以及制备工艺可以一次完成，大 减化了手工工艺，工艺上更适合批量生产，生产效率高，还使得生产成本可以得以降低。再 就是，封装LED不用透光罩，没有二次配光造成的发光角减少，具有发光角大，有效出光角 度可达到140度以上，并且无透光罩封闭也有利芯片散热，并且无透光罩在封装完成后如 发现有芯片损坏，可以直接进行除胶替换芯片，更是降低了制造成本。上述四项使得发光组 件成本得到进一步降低，估算可以节约成本约50-60%。本发明大功率LED发光组件，采用线 路板固定，无引出支架，无透光罩，封装LED与基板采用嵌入穿过固定(不是叠放)，工艺上 封装与固定一次完成，这些都构成本发明区别于现有技术不同识别点。本发明组件，同现有 技术，既可以做成单颗大功率LED组件，也可以做成多颗大功率LED组件，是一种性价比很 高的新型大功率LED发光组件。
以下结合二个示例性实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明实质，但实施 例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为 对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性增加和/ 或改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。
图1为现有技术大功率LED发光组件结构示意图。
图2为本专利单颗大功率LED发光组件结构示意图。
图3为图2中封装用铜基座俯视结构示意图。
图4为图2发光组件俯视结构示意图。
图5为图4后视结构示意图。
图6为本专利三颗大功率LED发光组件俯视结构示意图。
具体实施方式
实施例1 参见图2-5，以同现有技术六角基板固定一颗大功率LED为例。采用电 子用PCB板按现有相同线路及安装孔制成六角基板8，中心在安装封装LED位置，加工有与 封装导热铜基座1紧配合的通孔(形状与封装用铜基座相同)，铜基座1较好采用有对称 凸耳定位结构(图3)，并对铜基座进行镀银处理。制备组件时，将镀银铜基座1嵌放于PCB 板8通孔中，并使铜基座底面至少与PCB板底面齐平，或略凸出底面例如30微米，放上1瓦 大功率LED芯片2，按现有封装工艺由胶封装7无透光罩封装，同时用打金线机将LED芯片 2上正、负两电极分别焊接于PCB板相应电极点5上。应用于照明灯具上时，将制成的大功 率LED组件固定其上，同时使封装LED铜基座直接与灯体散热体接触导热。
实施例2 参见图6，如实施例1，其中PCB板8按120度角开有三个按放封装LED 通孔，同时进行三颗1瓦LED封装，构成有三颗LED的发光组件。
对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他 方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征的等效变化或修饰，特征间的相互不同 组合，例如安装基板形状的改变，不同线路板，嵌放封装LED数量的变化，LED芯片功率不 同，固定封装LED基座材料的变化，等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本专 利描述功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本专利保护范围。
本专利所说LED如无特别指明均指功率> 0. 5瓦的大功率LED。
权利要求
1.大功率LED发光组件，包括封装的大功率LED及固定用基板，其特征在于固定用基板 为电子用印刷线路板，封装大功率LED嵌入印刷线路板孔中，并使封装LED导热基座底面至 少齐平或略凸出印刷线路板背面。
2.根据权利要求1所述大功率LED发光组件，其特征在于封装LED芯片用导热基座周 面有镀银层。
3.根据权利要求1或2所述大功率LED发光组件，其特征在于封装LED导热基座底面 略凸出印刷线路板背面。
4.根据权利要求1或2所述大功率LED发光组件，其特征在于封装LED无透明罩。
5.根据权利要求1或2所述大功率LED发光组件，其特征在于封装LED导热基座与线 路板通孔为机械紧配合。
6.大功率LED发光组件制备方法，其特征是按应用要求设计加工印刷线路板，并在按 放封装大功率LED位置加工通孔，将封装LED用导热基座放入通孔内，并使其底面至少齐平 于线路板背平面或略凸出背平面，在导热基座上放置LED芯片，采用LED封装工艺，在导热 基座上封装LED芯片，其中芯片两电极与线路板上电极通过弓I线焊接连接。
7.根据权利要求6所述大功率LED发光组件制备方法，其特征是LED芯片电极通过金 线与线路板电极焊接连接。
8.根据权利要求7所述大功率LED发光组件制备方法，其特征是芯片电极与线路板电 极焊接连接为打金线方式由机械完成。
全文摘要
本发明涉及对大功率LED散热结构的改进，其特征是固定封装LED基板为电子用印刷线路板，将封装大功率LED嵌入印刷线路板孔中，并使封装LED导热基座底面至少齐平或略凸出印刷线路板背面。不仅减化了组件结构，而且由于改变了传热路径，使LED散热由封装导热基座直接传导给应用灯具散热体，明显提高了封装大功率LED向外导热性能，可以分别接近导热基座如铜或银热传导系数k值；封装LED不用透光罩，没有二次配光造成的发光角减少，具有发光角大，有效出光角度可达到140度以上；采用线路板代替铝基板，以及芯片电极直接由金线焊接在线路板上，省略电极支架，以及封装、组装一次完成，不仅提高了制备效率，而且估算可以节约成本约50-60%。
文档编号H01L33/64GK102034922SQ20101054939
公开日2011年4月27日 申请日期2010年11月18日 优先权日2010年11月18日
发明者卢国南, 张荣民, 王新华 申请人:宜兴市鼎圆光电科技有限公司