带散热装置的led光源的制作方法

专利名称：带散热装置的led光源的制作方法
技术领域：
带散热装置的LED光源
技术领域：
本实用新型涉及一种LED光源，尤指带散热装置的LED光源。背景技术：
因为LED灯符合低碳经济方向，所以很多灯具厂都转而生产LED灯。市场上生产 的LED灯，从技术角度去分析可以分成两类一类是用小功率的LED组合，例如用三个1W的 LED摆成等边三角形，外加罩壳成为一个灯。从外表上看，它发出的光是均勻的。实际上在 它的光照面上，光的分布是不均勻的。在这种光照下工作极易引起视觉疲劳，伤害人的视 力。另一类是用集成封装方法制作的一个LED光源而制成的灯，这种灯因为只有一个 发光体，光照的一致性和均勻性都比较好。但是LED灯除了通常灯具对光照强度和对光色 的要求外，还有一个非常重要的特点就是要散热，而且灯只能依靠空气对流散热和微小的 辐射散热，这就导致了 LED灯体积大，重量重的缺陷。本人已申请一名称为"LED灯散热 装置及其加工方法"发明专利，提出了采用散热片以插接后夹紧的方式，大幅度地减少了 LED灯的重量和体积，但尚有需待改进、完善之处，其中LED芯片与散热装置为两个独立的 部件，两者的结合部存在热阻，影响了 LED灯的品质提升。

发明内容本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与 改进，提供一种带散热装置的LED光源，以达到进一步降低热阻、提高LED品质的目的。为 此，本实用新型采取以下技术方案带散热装置的LED光源，包括底座、设于底座上表面的复数个LED芯片及便于和驱 动电源连接的电极引出区，其特征在于所述的底座下部延伸有凸筋，所述凸筋的中间开设 有散热槽。底座上部为LED芯片承载体，下部为散热装置，与现有技术中LED光源与散热装 置分体式结构不同，避免两者结合处热阻的产生，LED芯片工作时产生的热量直接通过底座 传递给散热片，中间无粘接层等热阻层，大幅提高散热效率，改善了 LED灯的散热，提高灯 的品质，并且可以使产品标准化、系列化。凸筋及散热槽可增加散热面积，提高散热效率，同 时散热槽可用于插接散热片，增强散热效果，此时的凸筋的两侧面就可作为夹紧的施力面， 使插接在散热槽中的散热片卡止在散热槽中，而无需采用焊接或粘接的方式。作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本实用新型还包括以下附加技术特 征所述的凸筋截面呈梯形、矩形或渐开线齿形，所述的散热槽中插接散热片，散热槽 与散热片过盈配合以使散热片卡止在散热槽中。LED芯片产生的热从底座的上表面传递 至凸筋，凸筋的两侧面用于施力使散热槽向内变形而使散热片卡止在槽内，同时凸筋的设 置增大了散热面积，提高散热效果。采用机械加压的方式固定散热片，提高工作效率，保证 产品质量。底座采用高导热材料，可为金属材料或非金属材料，例如碳纳米材料；散热片由质量轻、导热率高的材料制成，可以是薄片状的金属材料，如铜或铝，也可以是碳素材料，如 石墨、纳米碳、复合碳素材料等，还可以是陶瓷材料，如氮化铝、氧化铝等；底座与散热片分 别制成，在保证各自功能的前提下，有效降低散热装置的重量、成本；散热片与散热槽为过 盈配合以使散热片卡止在散热槽中，散热片与安装座的散热槽壁直接贴附，接触面大，且中 间不存在热阻材料，LED芯片产生的热量通过底座直接传递给紧贴的散热片，热传递快，散 热快，相比同样的散热效果的产品，体积小，重量轻，便于灯具设计、安装。若散热片与安装 座之间采用焊接的方式，虽能获得良好的热连接和机械强度，但对散热片的选材有一定的 限制，如碳纳米材料的散热片是无法直接焊接的，即使是铝材料的散热片，焊接也较为困难 的，要求操作人员的焊接水平高，否则易产生漏焊等情况，影响热传递；若采用粘结的方式， 散热片与安装座之间将形成一粘结层，粘结层的导热率通常不超过2. 0W/MK，这就会在两者 之间形成一道热阻，影响散热效果。所述的底座呈板状，所述凸筋平行排布于底座的背面。所述的底座呈柱状，所述的凸筋呈放射状排布于底座的侧面。底座的截面可呈“T” 形，顶部用于芯片的固定，而下部用于散热片的固定，散热片的除一侧边与散热槽卡接外， 其上侧部可与底座碰触。所述的底座的上表面为LED芯片承载面，所述的LED芯片承载面为平面，其上方设 复数个与LED芯片相配的导电区，LED芯片之间电连接采用串联、并联或串并联结合。一导 电区放一 LED芯片，芯片均与电极引出区电连接。所述的导电区包括置LED芯片区及连线区，所述的置LED芯片区的面积大于LED 芯片面积，所述的导电区与底座之间电绝缘，导电区之间电绝缘。导电区的面积应大于安放 在它上面的芯片面积，以利散热，连线区用于接线，使LED芯片相连接。若底座为导电体，则 需要导电区与底座之间设绝缘层，用于LED芯片之间绝缘，若散热底座由不导电的高导热 的材料制成，则可不设绝缘层，在散热底座上直接制作导电区和电极引出区即可。LED芯片承载面的外周设有高于LED芯片的围框。围框便于透光介质层的涂布，防 止外溢，因围框高于LED芯片，可有效防止LED芯片在制作、使用、运输过程中损坏。设于同一 LED芯片承载面的复数个芯片为同种光色的芯片或为多种光色芯片。以 满足生产不同光色的光源的要求。所述的LED芯片上方覆有光学材料层或光转换材料层。例如在发蓝光的芯片上覆 荧光粉，就可以做成白光LED。有益效果1.有利于提高产品质量。由于光源通过设于底座的散热槽与散热片相连，底座上 部作为LED芯片的承载体，下部作为散热装置的组成部分，大幅度地简化了制灯的工艺流 程，免去了 LED光源焊接或以其它方式安装到单独的散热器上的工序，消除了 LED光源与散 热器间的热阻，降低整体热阻，提高工作可靠性，保证了 LED的寿命，更不会发生因两者之 间接触不良，导热不好，以致损坏LED的情况发生。2.便于实现产业化的批量生产，散热片插接入散热槽后对凸筋两侧施力即可实现 两者可靠连接，采用合适的夹具、治具就可以适应机械化制作，便于大批量生产。3.有利于产品的系列化、通用化，合理地设计好一个产品以后，可以适用于多种 规格产品。例如，原设计用70个12milX12mil芯片来制作一个5W的LED，如果要改成3WLED，只要把芯片面积换小成9milX9mil即可，其它结构都无需改动。对于不同的市电只要 改变串联芯片的个数即可，也无需改动其他结构。4.适应性广，它对平面结构芯片、垂直结构芯片以及倒装芯片都能适用。5.有利于整灯效率的提高，特别是对功率在10W以下的灯效率有较大幅度的提 高。目前功率在10W以下的LED驱动电压多在12V以下，而电流往往达到几百毫安，如此驱 动电源的效率很难做高。一般只能做到50% 60%。应用本方法可以把电压提高到100V 以上，而电流仅几十毫安，驱动电源的效率很容易做到80%以上，大大提高了整灯效率。

图1 (a)是底座剖面结构示意图；图1 (b)是底座立体结构示意图；图2 (a)是芯片布置结构俯视图；图2(b)是图2(a)剖视图；图3是增设围框后的底座结构俯视图；图4是平面结构芯片三串三并电连接示意图；图5是垂直结构芯片三串三并电连接示意图；图6是本实用新型的LED光源结构示意图；图7是底座另一立体结构示意图；图8是LED球泡灯结构示意图。
具体实施方式以下结合说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。如图6所示，本实用新型包括底座1、设于底座1上部的复数个LED芯片3、连接芯 片3的导电件，底座1下部延伸有凸筋11，凸筋中间开有用于插接散热片2的散热槽12，散 热片2与散热槽12为过盈配合以使散热片2卡止在散热槽12中；底座1下部设延伸的凸 筋11，凸筋11截面呈梯形、矩形或渐开线齿形，其中部开有散热槽12。底座1依设计的不 同可具多种形状，呈板状，凸筋11平行排布于底座1的背面，如图1(a)、图1(b)所示，底座 1呈方板状，如图8所示，底座1呈圆板状；如图7所示，底座1也可呈柱状，截面呈“T”形， 顶部用于芯片3的固定，底座1下部的圆弧面均布凸筋11。底座1的上表面为LED芯片承 载面13，其为平面，如图2(a)所示，在LED芯片承载面13上方设复数个与LED芯片3相配 的导电区4及与LED芯片3电连接的电极引出区5，其中导电区4包括置LED芯片区41及 连线区42，置LED芯片区41的面积大于LED芯片3面积，LED芯片3上方覆有光学材料层 或光转换材料层。如图3所示，LED芯片承载面13的外周设有高于LED芯片3的围框7。 若底座1为导电体，则需要在导电区4与导电的底座1之间增设绝缘层6，使导电区之间及 导电区与电极引出区之间的电绝缘，如图2(b)所示。带散热装置的LED光源制作方法包括以下步骤1)底座1加工步骤，制造带凸筋11的底座1 ；2)散热槽12加工步骤，找正定位底座1后，用机加工的方式在凸筋11上开对应的 散热槽12，散热槽12的宽度略大于散热片2厚度；[0036]3)插接散热片2步骤，将散热片2插入散热槽12中；4)变形夹紧步骤，对凸筋11两侧施压，使散热槽12向内变形，使散热片2卡止在 散热槽12中；5)导电区4加工步骤，若底座1为导电体，则在底座1的LED芯片承载面上设绝缘 层6，并在绝缘层6上覆设导电层，导电层经腐蚀后形成导电区4及电极引出区5 ；若底座1 为绝缘体，则直接在的底座1覆设导电层后经腐蚀形成导电区4及电极引出区；6)设围框7步骤，底座1LED芯片承载面外周设围框7，采用直接粘接或卡接的方 式连接；7) LED芯片3粘结、连线步骤，将LED芯片3覆于导电区4上，并通过导线将LED芯 片3与电极引出区5相连。用一种高导热材料制作底座1，最常用的材料就是合金铝，也可以用非金属材料， 例如碳纳米材料。底座1的形状可以是“散热装置”专利中的任何一种，即可以是圆形、多 边形等。但在本实用新型中这个底座1的一个面必须是平面。图1画出了一种最便于制作 的底座1的示意图，如果该底座1的材料是铝，那么可以按照一般制作铝基线路板的工艺， 把它制成一种特殊的新颖的带有散热凸筋11的铝基线路板，即先在基本平的一面上做上 绝缘层6，再覆上导电层，然后把导电层制成设计好的图形。如图2(a)所示，底座1的LED 芯片承载面上的每一个小区是一个独立的导电区4，它和铝质的底座1绝缘，也和相邻的导 电区4绝缘，导电区4的面积有两部分一部分用于放置芯片3，为置LED芯片区41，面积 较大，另一部分面积较小，为连线区42，用于接线以向芯片3底部供电。图2中，电极引出 区5供芯片3电连结的终端和外驱动电源连接之用。芯片3的面积可以从8milX8mil到 50milX50mil，对功率不大的可以用8milX8mil或12milX12mil芯片3。对功率很大的可 以用40milX40mil，甚至更大芯片3。芯片3数量可以从几个到几十个甚至100多个。导 电区4的面积、形状和个数由采用的芯片3种类和数量而定，导电区4的面积应大于安放在 它上面的芯片3面积，且尽可能大，以利散热。电极引处线的设计以便于芯片3之间的电连 接而定。如果散热底座1为不导电且高导热的材料制成，那就可以省去图2(b)中所示的绝 缘层6，在散热底座1上直接制作导电区4和电极弓丨处区。在导电区4和电极弓丨出区5的外 围加上一围框7，便于透光介质层的涂布和对芯片3的保护。如图3所示，这样就成了一种 全新的具备了散热功能的适合集成封装的LED底座1。LED芯片的安装、接线制作，把LED芯片3粘结或焊接到置LED芯片区41上，每一 置LED芯片区41上安放一个芯片3，然后在芯片3之间进行电连接。它们之间可以串联、并 联或串并结合。对于平面结构的LED芯片3，因为芯片3的正、负电极都在芯片3的上表面， 芯片3之间的电连接十分方便。无论是串联、并联或先串联成几组再加以并联都无困难，如 图4所示。如果用的是垂直结构的芯片3，则要用导电的物质，例如焊锡、银浆。把芯片3安 装到导电区4上，导电区4上面积较小的部分连线区42就成了芯片3底面电极的引出线， 就可以通过它来进行电连接。图5画出了一种用垂直结构芯片3电连接的示意图。底座1 面积的大小、所含凸筋11的多少和高度根据需要制作的LED的功率而定。在功率非常小的 情况下，可以不插散热片，而在功率较大的情况下，为改善散热，提高产品性能同时减小体 积和重量。可以采用本人发明的在“散热装置”专利中所述的方法，即凸筋11顶部开一散 热槽12，插入纳米碳片(也可以是其它的高散热材料薄片)。在本方法中，可以用此系列产品中功耗最大的来设计散热，定型以后可以通过选择芯片3的大小来调整功率，所以便于 标准化、系列化。在本实用新型中一个LED中所包含的LED芯片3可以是发单一波长光的，也可以是多种发不同波长光的LED芯片3组合在一起制成一个LED。调整通过每一种光色的LED 芯片3的电流，就可以让LED发出数百种的光色，实现智能化照明。由于光源通过设于底座1的散热槽12与散热片2相连，底座1既作为LED芯片3 的承载体也作为散热装置的组成部分，故大幅度地简化了制灯的工艺流程，免去了 LED光 源焊接或以其它方式安装到单独的散热器上等工序，更免除了 LED光源和散热器接触不良 的弊端，大大提高了灯的可靠性。图6是用本实用新型制作的一个LED光源整体图。对于已确定的LED光源，配上合适的恒流驱动电源，就可以工作了。以目前的电路 制作水平而言，作为驱动电源负载的LED，串联得越多，电源的效率越高，所以本实用新型的 方法对提高整灯的效率也是非常有利的。实施例一现采用本实用新型中把LED芯片3和散热装置结合成一体的方法具体制作了一 3W 白光LED光源，LED底座1的制作，应用“散热装置”这一专利中所描述的方法，我们采用如图7所 示结构的LED底座1。正面是一直径？ 2的圆，背面有6个凸筋11，中间4个凸筋11，每个 凸筋11的中间开有0. 6mm的散热槽12，用来插入厚度为0. 5mm的碳纳米散热片2或其它高 导热材料的散热片2。散热片2的高度根据散热的要求和灯体允许的情况来确定。在本实 例中高为4mm散热片2插入以后用机械的方法把它和凸筋11压紧。底座1的正面上用和制作铝基线路板相同的方法制成安装LED芯片3的图形。在 本实施例中采用63个12mi 1 X 12mi 1的蓝光芯片3，它们按9 X 7矩阵排列，全部串联后从电 极引出区5引出。在LED芯片3安装图形的外围加一个绝缘围框7，限制荧光粉膠涂布区，并保护芯 片3和电连接的金丝8。以后的制作工艺和一般集成封装的工艺类似，即先是固晶，把芯片 3安装在设计好的芯片3安装位置上，下一工序是用金丝8超声焊接，作全部串联的电连接。 再下一个工序是涂布荧光粉并固化，如此就形成了一个集LED芯片3、散热装置为一体的新 颖LED光源。实施例二采用本实用新型的方法，制作一个7W蓝光LED。因LED的功率比实施例1中增加了很多，所以整个LED底座1采用图1中所示的方 形底座1。方形底座1的平面部分尺寸为24mmX 24mm，背部有6个凸筋11，高度在2_10mm， 中间4个凸筋11每个凸筋11中间开有0. 5-0. 6mm的散热槽12，作用和实施例一中的相同。正面也和实施例一类似，制作芯片3安放区。在本例中采用14milX 14mil蓝光芯 片38个排列成9X9的矩阵，全部串联。如图2所示，与方形的底座1相对应，芯片3安装 区外的围框7也做成方形，固定在底座1上，其后制作LED光源的步骤和实施例1中相同， 只是把涂布荧光粉这一工序改成透明光学胶即可。实施例三应用本实用新型方法制作一个可变色彩LED光源。[0057]目前市场上可变色LED都是用红、绿、蓝三种芯片3组成。在本实施例中采用发光 波长为455nm，525nm，585nm，630nm四种芯片3来组成能改变发光颜色的LED光源。在本实施例中，LED底座1结构和实施例2中完全相同。在芯片3的分配上我们 用18个发光波长为455nm芯片3，27个发光波长为525nm，18个发光波长为585nm芯片3， 18个发光波长为630nm芯片3，每种芯片3电极分别引出。用四个电流可调的电源分别去 驱动四种光色的LED芯片3发光。各组不同电流的搭配，可以获得多种色彩。上述光源与其它器件装配后形成各式灯具，如在制作一 3WLED球泡灯时，可采用 实施例一中的LED光源，由于是由63个蓝光芯片3串联而成的，直流驱动电压高达200V左 右，而电流仅15mA。若用220V市电整流后，稍加降压，即可用作对LED光源的驱动。市面 上对几十毫安的集成驱动电路非常普遍，所以可以很方便制成一个高效率、小体积的驱动 电路。把新光源和驱动电源9装入一个外表有通气孔的塑料腔内，顶端加以罩壳，尾部加上 E27或E14等国际通用的电连接件即成一 LED灯，其外形和结果如图8所示。装配方便，易 于实现批量生产。
权利要求带散热装置的LED光源，包括底座(1)、设于底座(1)上表面的复数个LED芯片(3)及便于和驱动电源连接的电极引出区，其特征在于所述的底座(1)下部延伸有凸筋(11)，所述凸筋(11)的中间开设有散热槽(12)。
2.根据权利要求1所述的带散热装置的LED光源，其特征在于所述的凸筋(11)截面 呈梯形、矩形或渐开线齿形，所述的散热槽中插接散热片，散热槽(12)与散热片(2)过盈配 合以使散热片(2)卡止在散热槽(12)中。
3.根据权利要求2所述的带散热装置的LED光源，其特征在于所述的底座(1)呈板 状，凸筋(11)平行排布于底座⑴的背面。
4.根据权利要求2所述的带散热装置的LED光源，其特征在于所述的底座(1)呈柱 状，所述的凸筋(11)呈放射状排布于底座(1)的侧面。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的带散热装置的LED光源，其特征在于所述 的底座(1)的上表面为LED芯片承载面(13)，所述的LED芯片承载面(13)为平面，其上方 设复数个与LED芯片(3)相配的导电区(4)，LED芯片(3)之间电连接采用串联、并联或串 并联结合。
6.根据权利要求5所述的带散热装置的LED光源，其特征在于所述的导电区(4)包 括置LED芯片区(41)及连线区(42)，所述的置LED芯片区(41)的面积大于LED芯片(3) 面积，所述的导电区(4)与底座(1)之间电绝缘，导电区(4)之间电绝缘。
7.根据权利要求6所述的带散热装置的LED光源，其特征在于所述的LED芯片承载 面(13)的外周设有高于LED芯片(3)的围框(7)。
8.根据权利要求7所述的带散热装置的LED光源，其特征在于设于同一LED芯片承 载面(13)的复数个芯片为同种光色的芯片(3)或为多种光色芯片(3)。
9.根据权利要求8所述的带散热装置的LED光源，其特征在于所述的LED芯片(3)上 方覆有光学材料层或光转换材料层。
专利摘要带散热装置的LED光源，涉及一种LED光源。现LED光源的散热效率低，体积大且笨重，生产工序多。本实用新型包括底座、设于底座上表面的复数个LED芯片及便于和驱动电源连接的电极引出区，其特征在于所述的底座下部延伸有凸筋，所述凸筋的中间开设有散热槽。底座上部为LED芯片承载体，下部为散热装置，与现有技术中LED光源与散热装置分体式结构不同，避免两者结合处热阻的产生，LED芯片工作时产生的热量直接通过底座传递给散热片，中间无粘接层等热阻层，大幅提高散热效率，改善了LED灯的散热，提高灯的品质，降低灯体用于容纳LED的体积，并且可以使产品标准化、系列化，且工序少、加工效率高。
文档编号H01L33/48GK201601131SQ20102030046
公开日2010年10月6日 申请日期2010年1月12日 优先权日2010年1月12日
发明者楼满娥, 王铨海, 郭邦俊 申请人:浙江迈勒斯照明有限公司