专利名称：一种集成配光和散热功能的led封装结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的LED封装结构，特别涉及一种集成配光和散热功能的LED 封装结构。
背景技术：
大功率白光LED作为一种新兴的光源，由于具有节能、高可靠性、长使用寿命、环 保等特性，在各种照明领域正迅速推广使用。传统的LED封装通常使用半球型透镜，尽管这 样可以保证较高的出光效率，然而光斑往往是不均匀的圆形光斑，不能直接用于大多数照 明场合，如道路照明、背光源等。通常传统的LED封装结构没有外部散热系统，因此当使用 这些LED时，必须设计与装配附加的散热系统。因此传统LED封装结构不能直接应用于照 明场合，需要另外增加二次光学元件和外部散热系统，这样势必会增加LED系统的体积和 光损失，增加成本，给用户使用带来不便。 美国专利(Pat. No. 6， 541， 800 B2)提出了一种传统的LED封装结构，在该封装形
式中，LED被封装在半球型的透镜中，导致芯片发出的光线不能被精确有效地控制。 美国专利(Pat. No. 7， 111， 964 B2)提出了一种区别于以上传统封装形式的封装结
构，在该封装结构中包含反射和折射曲面来产生近似平行的光束，因此这种封装结构的LED
可以被直接应用于投射照明系统以及探照灯中。但是这种封装结构没有散热措施，若使用
在通用照明领域仍然需要加上二次光学元件以及散热系统。 美国专利(Pat. Application No. 11/255， 915 Al)提出了 一种带有热电元件 (thermal-electric element)的新型封装结构。该封装结构可以提高LED的散热能力，但 是没有包含光学系统。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种体积小、结构简单、成本低的、且无需额外增加二 次光学元件以及散热系统，则可根据不同的应用场合提供相应的光分布(光斑)，并可直接 用于通用照明的集成配光和散热功能的LED封装结构。 为解决上述问题，本发明的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，包括有封 装基座，LED芯片，灌封材料，光学系统和散热装置。LED芯片放置在由封装基座和光学系统 界定的腔体里面，LED芯片被灌封材料包裹并固定在封装基座上，LED芯片的电极连接在封 装基座的电路上。光学系统安装在封装基座上。散热装置安装在封装基座下。
所述封装基座由高导热率材料构成，如硅，金属，陶瓷，塑料或复合材料，如AlSiC， LTCC-M，DBC以及MCPCB。所述封装基座为引线支架，或硅基板，或金属基板，或陶瓷基板，或 复合材料基板，如合金基板，或AlSiC基板，或MCPCB基板，或是上述这些基板的多层复合基 板。所述引线支架或基板通过机械结构或胶水或封装胶或高热导率材料如焊料或银浆结合 在一起。所述封装基座可以包含一个金属柱，金属柱是平顶或杯状的。所述LED芯片可以 是单芯片也可以是以任意形式排列的芯片阵列。
所述灌封材料可以是空气，或粘性材料，或纳米陶瓷，或玻璃，或荧光粉与粘性材料混合物，或是荧光粉与纳米陶瓷的混合物，或是玻璃与荧光粉的混合物，或是上述材料的颗粒状或是层状混合物。所述荧光粉混合物以保型涂覆或自流成型涂覆方式涂覆在LED芯片或LED芯片阵列上。所述荧光粉混合物采用远离涂覆的方法封装于远离LED芯片或是LED芯片阵列的地方。所述粘性材料为一种在300nm至800nm范围内具有高透光率的有机或无机材料，例如环氧树脂，或硅胶，或环氧树脂与硅胶的混合物，或上述粘性材料与荧光粉的混合物。 所述光学系统为单个透镜或多个透镜的组合。所述透镜由基面和外表面组成。所述透镜的基面可以是一个平面或球面或二次曲面或连续的自由曲面，所述透镜的外表面可以是球面或二次曲面或连续的自由曲面或有多个自由曲面拼接而成的非连续曲面。所述透镜的基面或外表面可以有一层含有荧光粉的涂层。所述透镜的外表面可以有一层防灰涂层。所述透镜的材料是一种在300nm至800nm范围内具有高透光率的有机或无机材料，例如聚甲基丙烯酸酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)或玻璃或陶瓷或纳米陶瓷或环氧树脂或硅胶或这些物质的混合体。透镜材料的折射率范围为1. 3 3. 5。所述透镜的制造工艺为注模法或烧结或精密制造。所述透镜通过机械结构固定或通过胶水或封装胶粘接在封装基座上。
所述散热系统是带有平板翅片的热沉或是带有针状翅片的热沉，热沉结构中可包括有热管，风扇或蒸汽腔。所述热沉的材料是铜或铝或具有高热导率的合金。所述封装基座通过具有高热导率的材料粘接在散热装置上。 本发明的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，具有体积小，效率高，结温低，低成本等优点，同时不需要额外的二次光学与散热系统，则可根据不同的应用场合提供相应的光分布(光斑)，并可直接用于通用照明中。
图l为本发明的结构示意图。 图2为本发明的结构示意图。 图3为本发明的结构示意图。 图4为本发明的结构示意图。 图5为本发明的结构示意图。 图6为本发明的结构示意图。 图7为本发明的结构示意图。 图8为本发明的结构示意图。
5
种集成配光和散热功能的LED封装结构第一种具体实施方式
的种集成配光和散热功能的LED封装结构第二种具体实施方式
的种集成配光和散热功能的LED封装结构第三种具体实施方式
的种集成配光和散热功能的LED封装结构第四种具体实施方式
的种集成配光和散热功能的LED封装结构第五种具体实施方式
的种集成配光和散热功能的LED封装结构第六种具体实施方式
的种集成配光和散热功能的LED封装结构第七种具体实 方式的种集成配光和散热功能的LED封装结构第八种具体实施方式
的
具体实施例方式
下面结合附图进一步说明
具体实施例方式实施例1 如图l所示，为本发明的一种集成配光和散热功能的LED封装结构第一种具体实施方式
。其包含一个封装基座l，LED芯片2，荧光粉或掺荧光粉的硅胶3，灌封材料4，自由曲面透镜5以及带针状翅片的热沉8。封装基座l是金属的引线支架。LED芯片2通过银浆或焊料或其它键合材料固定在封装基座1的金属上。LED芯片2的电极连接在封装基座l的电路上。LED芯片2被包裹在荧光粉或掺有荧光粉的硅胶3中。自由曲面透镜5通过卡槽6固定在封装基座1上。被自由曲面透镜5的基面、荧光粉3的上表面以及封装基座1的上边面包围的腔由灌封材料4填充，如硅胶或环氧树脂。封装基座1通过导热膏7粘贴在热沉8上。封装基座1的电极焊接在热沉上的电路上。
实施例2 如图2所示，为本发明的一种集成配光和散热功能的LED封装结构第二种具体实施方式
。其包含一个封装基座l，LED芯片2，荧光粉或掺荧光粉的硅胶3，灌封材料4，自由曲面透镜5，带针状翅片的热沉8以及MCPCB板12。封装基座l是金属的引线支架。LED芯片2通过银浆或焊料或其它键合材料固定在封装基座1的金属上。LED芯片2被包裹在荧光粉或掺有荧光粉的硅胶3中。自由曲面透镜5通过卡槽6固定在封装基座1上。被自由曲面透镜5的基面、荧光粉3的上表面以及封装基座1的上边面包围的腔由灌封材料4填充，如硅胶或环氧树脂。封装基座1通过导热膏7粘贴在MCPCB板12上。MCPCB板12粘贴在热沉8上。
实施例3 如图3所示，为本发明的一种集成配光和散热功能的LED封装结构第三种具体实施方式
。与图2所示的封装结构不同的是，其光学系统由两个透镜5和16组成。
实施例4 如图4所示，为本发明的一种集成配光和散热功能的LED封装结构第四种具体实施方式
。其包含一个封装基座1， LED芯片2，荧光粉或掺荧光粉的硅胶3，由粘性材料做成的自由曲面透镜5以及带针状翅片的热沉8。封装基座1是陶瓷基板。LED芯片2通过银浆或焊料或其它键合材料固定在封装基座1上。LED芯片2的电极连接在封装基座1上的电路上。LED芯片2被包裹在荧光粉或掺有荧光粉的硅胶3中。自由曲面透镜5的材料是硅胶或环氧树脂或玻璃。封装基座1通过导热膏7粘贴在热沉8上。
实施例5 如图5所示，为本发明的一种集成配光和散热功能的LED封装结构第五种具体实施方式
。与图3所示的封装结构不同的是，其LED芯片2是芯片阵列。
实施例6 如图6所示，为本发明的一种集成配光和散热功能的LED封装结构第六种具体实施方式
。与图5所示的LED封装结构不同的是，其散热系统由带有蒸汽腔13的热沉8构成。
实施例7 如图7所示，为本发明的一种集成配光和散热功能的LED封装结构第七种具体实施方式
。其为图6所示的LED封装结构的阵列结构，且散热系统是由带有蒸汽腔13的热沉8及安置于热沉8下的风扇14构成。
实施例8 如图8所示，为本发明的一种集成配光和散热功能的LED封装结构第八种具体实施方式
。与图7所示的LED封装结构不同的是，其散热装置由带有热管15的热沉8构成。
权利要求
一种集成配光和散热功能的LED封装结构，包括封装基座(1)，LED芯片(2)，灌封材料(4)，光学系统和散热装置，其特征在于所述的LED芯片(2)放置在由封装基座(1)和光学系统界定的腔体里面，LED芯片(2)被灌封材料(4)包裹并固定在封装基座(1)上，LED芯片(2)的电极连接在封装基座(1)的电路上；光学系统安装在封装基座(1)上面；散热装置安装在封装基座(1)下面。
2. 根据权利要求1所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于所 述封装基座(1)由高导热率材料构成，如硅、金属、陶瓷、塑料、复合材料如AlSiC， LTCC-M， DBC以及MCPCB。
3. 根据权利要求1所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于所 述封装基座(1)为引线支架，或硅基板，或金属基板，或陶瓷基板，或复合材料基板，如合金 基板，或AlSiC基板，或MCPCB基板，或是上述这些基板的多层复合基板。
4. 根据权利要求3所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于所 述封装基座(1)通过机械结构或胶水或封装胶或高导热率材料如焊料或银浆结合在一起。
5. 根据权利要求1所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于所 述封装基座(1)可以包含一个金属柱，金属柱是平顶或杯状的。
6. 根据权利要求1所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于所 述LED芯片(2)可以是单芯片也可以是以任意形式排列的芯片阵列。
7. 根据权利要求1所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于所 述灌封材料(4)可以是空气，或粘性材料，或纳米陶瓷，或玻璃，或荧光粉混合物如荧光粉 与粘性材料混合物、荧光粉与纳米陶瓷的混合物、玻璃与荧光粉的混合物。
8. 根据权利要求7所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于所 述荧光粉混合物以保型涂覆或自流成型涂覆方式涂覆在LED芯片(2)或LED芯片(2)阵列 上。
9. 根据权利要求7所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于所 述荧光粉混合物采用远离涂覆的方法封装于远离LED芯片(2)或是LED芯片(2)阵列的地方。
10. 根据权利要求7所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于所 述粘性材料为一种在300nm至800nm范围内具有高透光率的有机或无机材料，例如环氧树 脂、硅胶、环氧树脂与硅胶的混合物、或上述粘性材料与荧光粉的混合物。
11. 根据权利要求1所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于所 述光学系统在目标区域形成的各种形状光斑，可以为矩形，或椭圆形，或枕头形等，以满足 不同照明需求。
12. 根据权利要求1所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于所 述光学系统为单个透镜(5)或多个透镜(5)的组合。
13. 根据权利要求12所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于 所述透镜(5)由基面和外表面组成。
14. 根据权利要求13所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于 所述透镜(5)的基面可以是一个平面或球面或二次曲面或连续的自由曲面，所述透镜(5) 的外表面可以是球面或二次曲面或连续的自由曲面或有多个自由曲面拼接而成的非连续曲面。
15. 根据权利要求13所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于 所述透镜(5)的基面或外表面可以有一层含有荧光粉的涂层。
16. 根据权利要求13所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于 所述透镜(5)的外表面可以有一层防灰涂层。
17. 根据权利要求12所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于 所述透镜(5)的材料是一种在300nm至800nm范围内具有高透光率的有机或无机材料，例 如聚甲基丙烯酸酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)或玻璃或陶瓷或纳米陶瓷或环氧树脂或硅胶或 这些物质的混合体；透镜(5)材料的折射率范围为1. 3 3. 5。
18. 根据权利要求12所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于 所述透镜(5)的制造工艺为注模法或烧结或精密制造。
19. 根据权利要求12所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于 所述透镜(5)通过机械结构固定或通过胶水或封装胶粘接在封装基座(1)上。
20. 根据权利要求l所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于所 述散热系统是带有平板翅片的热沉(8)或是带有针状翅片的热沉(8)，热沉(8)的结构中可 包括有热管(15)、风扇(14)或蒸汽腔(13)。
21. 根据权利要求20所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于 所述热沉(8)的材料是铜或铝或具有高导热率的合金。
22. 根据权利要求l所述的一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其特征在于所 述封装基座(1)通过具有高导热率的材料粘接在散热系统上。
全文摘要
一种集成配光和散热功能的LED封装结构，其包括封装基座(1)，LED芯片(2)，灌封材料(4)，一个光学系统以及一个散热装置。LED芯片(2)被放置在由封装基座(1)及光学系统形成的空腔里面，LED芯片(2)通过键合固定在封装基座(1)上并且被包裹在灌封材料(4)中，LED芯片(2)的电极连接在封装基座(1)的电路层上。光学系统安装在封装基座(1)上面。散热装置安装在封装基座(1)的下面。具有体积小，效率高，结温低，低成本等优点，同时不需要额外的二次光学与散热系统，则可根据不同的应用场合提供相应的光分布(光斑)，并可直接用于通用照明中。
文档编号H01L33/64GK101702424SQ20091019326
公开日2010年5月5日 申请日期2009年10月23日 优先权日2009年10月23日
发明者刘宗源, 刘胜, 王恺, 罗小兵, 金春晓, 陈飞 申请人:广东昭信光电科技有限公司