专利名称：一种高功率高亮度led光源封装结构及其封装方法
技术领域：
本发明属于LED光源技术领域，涉及LED光源封装，尤其是一种高功率高亮度LED 光源封装结构及其封装方法。
背景技术：
投影显示系统通常使用的光源为超高压水银灯(UHP)、金属卤化物灯、氙灯及卤素 灯。多年来人类一直在寻找和开发固体发光光源，随着发光材料的开发和半导体制作工艺 的改进，半导体照明用发光二极管效率不断提高。目前，超高压水银灯是投影装置的主流光 源。发光二极管(简称LED)是一类直接将电能转化为光能的半导体器件。LED具有工作电 压低、耗电量小、发光效率高、响应时间短、耐震动、稳定性高、体积小等一系列优点，广泛应 用于指示灯、LCD背光、LED显示屏、装饰以及固态照明等各个领域。近年来，随着半导体发 光材料的发展，LED在各种照明领域中越来越受到世人的瞩目，目前人们正努力研究用LED 作为新型投影光源。相比高压水银灯光源，LED具有以下优点(1)效率高，近年来，LED的发光效率每年约以201m/W的速度提升，现已达到 1001m/ff以上，而且由于LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，所以其可见光的转换效率 远高于其它光源。白炽灯是最常用的照明光源，其可见光效率仅为10% 20%。(2)色纯度高，UHP发出的光是全频段波长连续的光，而LED发出的光是单波峰的 光，波峰半高宽只有几十纳米，色彩远比UHP更为鲜艳。(3)能耗小，LED的功率一般在0. 05 1W，通过集群方式可以满足不同的需要，浪 费很少，而UHP灯的耗能是LED的30倍左右。(4)寿命长，LED寿命可以达到lOOOOOh，而UHP灯的寿命只有2000h左右。(5)响应时间短，LED的响应时间为纳秒级，在显示上可采用LEDRGB三基色组合取 代白光光源，通过时序电路驱动LED发光，投影系统中的色轮及其相关机械装置可以被取 消，投影机可实现小型化、轻量化。(6)绿色环保，LED光谱集中在可见光波段，光谱几乎没有紫外线和红外线，热量、 辐射很少，器件中不含有害物质。此外，LED还具有驱动容易、颜色再现范围大等优点。目前国际上商业化的LED光源，多采用将芯片直接粘接在PCB电路板上或者将芯 片封装在陶瓷上，然后再焊接或粘贴在PCB电路板上。以上两种封装形式都有以下缺点(1)散热性差，以上两种封装形式都使用PCB线路板，从而使散热效率低。(2)结构复杂，需要多层结构，造成工艺复杂，增加成本。(3)热膨胀系数不匹配，直接焊接在PCB电路板上的方式，芯片同热沉的热沉与 LED芯片热膨胀系数不匹配，影响LED性能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高功率高亮度LED光源封 装结构及其封装方法，本发明通过对LED光源封装结构的优化设计，能够解决现有技术中LED封装结构散热效率不高，稳定性差的问题，并且能够改善LED芯片同热沉热膨胀系数不 匹配的问题。本发明的目的是通过以下技术方案解决的这种高功率高亮度LED光源封装结构，包括绝缘导热线路板、电极连接端口、电极 连接块和LED芯片；所述绝缘导热线路板上覆有金属引线，所述金属引线包括正极金属引 线和负极金属引线；LED芯片的正极面焊接在绝缘导热线路板的正极金属引线上，LED芯片 的负极通过连接线A与绝缘导热线路板上的负极金属引线相连；所述电极连接端口安装在 电极连接块上，并与所述金属引线连接。上述绝缘导热线路板上于靠近所述LED芯片的位置固定有用于监测LED芯片的热 敏电阻。上述LED芯片是RGB单色或混色的三基色LED芯片或者白光芯片。上述LED芯片的个数是一个或者多个；当LED芯片的个数为多个时，多个芯片采用 串联、并联、串并联结合或者分别独立与所述金属引线连接。为了提高导热效率，以上所述的绝缘导热线路板可选择陶瓷、金刚石或其他绝缘 高导热材料；金属引线的材质为铜或金或其他导电性好的金属材料。在本发明的较佳实施例中，在所述绝缘导热线路板上还设置有热沉、散热片或散 热风扇或其他制冷器。在本发明的实施例中，可以在LED芯片与金属引线之间设置用于保护LED芯片的
二极管。以上所述的连接线A为金属材料。本发明还提出一种LED光源封装结构的封装方法，具体包括以下步骤1)首先准备绝缘导热线路板、电极连接端口、电极连接块、热敏电阻、LED芯片；2)采用回流焊接或者贴片工艺将LED芯片的正极贴在覆金属引线的绝缘导热线 路板上，将热敏电阻安装在靠近LED芯片的位置上；3)将电极连接端口安装在电极连接块上，并与金属引线焊接，完成整个LED光源 封装结构。本发明具有以下优点(1)散热性好，本发明中LED芯片直接贴片在覆金属引线的绝缘导热线路板上，芯 片与散热部位的距离更近，因此散热能力大大增强，这种增加了散热能力的结构，可显著提 高输出的功率而不用担心散热的问题；(2)热膨胀系数匹配，本发明中绝缘导热线路板的热膨胀系数接近LED芯片，减少 了热压应力的影响。(3)生产成本低，无需热沉，结构简单，大大降低了生产制造成本。(4)出射光斑均勻，由于各个芯片可单独控制，可调节不同位置的光强达到均勻光 斑输出。
图1为本发明的各部件拆解示意图；图2为本发明的整体结构图3为本发明的热分布模拟图；图4为本发明封装之后红光模块测试结果；图5为本发明封装之后绿光模块测试结果；图6为本发明封装之后蓝光模块测试结果。其中1为绝缘导热线路板；2为金属引线；3为电极连接端口 ；4为电极连接块；5 为热敏电阻；6为LED芯片。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步详细描述参见图1和图2，该种高功率高亮度的LED光源封装结构，包括绝缘导热线路板1、 电极连接端口 3、电极连接块4、热敏电阻5、LED芯片6。其中绝缘导热线路板1上覆有金 属引线2，该金属引线2包括有分别排列成矩阵式的正极金属引线和负极金属引线。LED芯 片6的正极面焊接在绝缘导热线路板1上的正极金属引线上，LED芯片6负极通过连接线 A(选用金线)与绝缘导热线路板1上的负极金属引线相连。热敏电阻5安装在靠近LED芯 片6的位置上，用于监测LED芯片6周围的温度；电极连接端口 3安装在电极连接块4上， 并与金属引线2的伸出端焊接。本发明的LED芯片6是LED RGB三基色芯片或者白光芯片，其LED芯片6的个数 可以是一个，也可以是多个，当LED芯片6的个数为多个时，多个芯片可采用串联、并联、串 并联结合或者分别独立与金属引线2连接的方式。，其中串并联结合是指可以采用多个芯 片先串联然后再与其他芯片并联，也可以采用多个芯片形成串联组然后与多个形成并联组 的芯片连接的方式。因此，串并联结合可以在合理的范围内随意搭配芯片，使其的输出满足 最终的要求。由于芯片发热量较大，本发明要求绝缘导热线路板1具有良好的导热能力，在 本发明的较佳实施例中，绝缘导热线路板1采用陶瓷板或者金刚石板或者金刚石铜复合材 料。当本发明的LED芯片6的个数较多，工作时发热量较大时，可以在绝缘导热线路板1上 设置散热片、散热风扇或制冷器的方式，来加强散热。本发明还提出一种LED光源封装结构的封装方法，其具体包括以下步骤1)首先准备绝缘导热线路板1、电极连接端口 3、电极连接块4、热敏电阻5、LED芯 片6;(2)将导热板1用有机溶液和去离子水清洗干净、烘干，然后直接将金属箔在高温 下直接烧结到导热板上形成金属层，该金属层厚度0. 1-1. 0毫米，完成后放入氮气柜中储 存待用；(3)在覆金属层的导热板1上刻蚀金属引线2，使金属层被刻蚀成如图1所示成阵 列形式排列在导热板1上的正极金属引线和负极金属引线；使正极金属引线和负极金属引 线的引出端集中在导热板1的一边侧；(4)采用回流焊接或者贴片工艺将LED芯片6的正极贴在陶瓷板1上并且使其正 极与正极金属引线相连，将LED芯片6的负极与负极金属引线焊接；将热敏电阻5安装在靠 近LED芯片6的位置上；(5)将电极连接端口 3安装在电极连接块4上，然后与金属引线2的引出端焊接， 从而完成LED光源封装结构的封装。
本发明的工作原理如下首先，将电极连接块4与电源相连。工作时，电源通过导线给LED芯片6供电，芯片 发光。芯片发光的同时会产生大量的热，热会传导至绝缘导热线路板1上。金刚石或其他 高导使得芯片散发的热量很容易散掉，当散热量不能满足要求时，也可根据需要加一些散 热片、风扇或制冷器进行散热。还可以安装保护二极管对芯片起保护作用，以免出现过载。 同时，靠近LED芯片6的热敏电阻5可探测LED芯片6周围的温度，反馈回控制器，一旦温 度超过一定范围，停止供电。如果是多个LED芯片根据需要可分别对单个芯片进行控制，这样可以对每个芯片 的亮度分别控制，可保证最后光斑的均勻性。实施例根据本发明的高功率高亮度LED光源封装结构及其封装方法，本实施例制作出了 高功率高亮度的LED光源，其结构也如图2所示，以下给出这种高功率高亮度LED光源的测
试结果。如图3所示，此高功率高亮度LED光源在热沉为25°C，风速为4. 8m/s下工作时，其 芯片工作温度只有56°C，本发明的光源模块热阻为0. 87K/W。图4为本发明封装之后红光模块测试结果，可知红光模块在6A电流下可输出 4001m的红光。图5为本发明封装之后绿光模块测试结果，可知绿光模块8. IA电流下可输出 11501m的绿光。图6为本发明封装之后蓝光模块测试结果，可知蓝光模块8. IA电流下可输出 2001m的蓝光。综上所述，本发明兼具导热和热沉绝缘的优点，且绝缘导热线路板与芯片的热膨 胀系数比较匹配，散热性好。本发明主要应用于各种显示光源，背景光源，照明光源。
权利要求
1.一种高功率高亮度的LED光源封装结构，其特征在于包括绝缘导热线路板(1)、电 极连接端口(3)、电极连接块(4)和LED芯片(6)；所述绝缘导热线路板(1)上覆有金属引 线O)，所述金属引线(2)包括正极金属引线和负极金属引线；LED芯片(6)的正极面焊接 在绝缘导热线路板(1)的正极金属引线上，LED芯片(6)的负极通过连接线A与绝缘导热 线路板(1)上的负极金属引线相连；所述电极连接端口(3)安装在电极连接块(4)上，并与 所述金属引线( 连接。
2.根据权利要求1所述的高功率高亮度LED光源封装，其特征在于所述绝缘导热线 路板⑴上于靠近所述LED芯片(6)的位置固定有用于监测LED芯片(6)的热敏电阻(5)。
3.根据权利要求1所述的高功率高亮度LED光源封装，其特征在于所述LED芯片(6) 是RGB单色或混色的三基色LED芯片或者白光芯片。
4.根据权利要求1所述的高功率高亮度LED光源封装，其特征在于所述LED芯片(6) 的个数是一个或者多个。
5.根据权利要求4所述的高功率高亮度LED光源封装，其特征在于当所述LED芯片 (6)的个数为多个时，多个芯片采用串联、并联、串并联结合或者分别独立与所述金属引线 O)连接。
6.根据权利要求1所述的高功率高亮度LED光源封装，其特征在于所述绝缘导热线 路板(1)是陶瓷、金刚石或金刚石铜复合材料。根据权利要求1所述的高功率高亮度LED光 源封装，其特征在于所述绝缘导热线路板(1)上设置有热沉、散热片、散热风扇或制冷器。
7.根据权利要求1所述的高功率高亮度LED光源封装，其特征在于所述LED芯片(6) 与金属引线(2)之间设置有用于保护LED芯片(6)的二极管。
8.根据权利要求1所述的高功率高亮度LED光源封装，其特征在于所述连接线A为 金属线。
9.一种权利要求1或2所述LED光源封装结构的封装方法，其特征在于1)首先准备绝缘导热线路板(1)、电极连接端口(3)、电极连接块G)、热敏电阻(5)、 LED 芯片(6)；2)采用回流焊接或者贴片工艺将LED芯片(6)的正极贴在覆金属引线(2)的绝缘导热 线路板(1)上，将热敏电阻(5)安装在靠近LED芯片(6)的位置上；3)将电极连接端口(3)安装在电极连接块⑷上，并与金属引线(2)焊接，完成整个 LED光源封装结构。
全文摘要
本发明公开了一种高功率高亮度LED光源封装结构及其封装方法，该封装结构包括绝缘导热线路板、电极连接端口、电极连接块、热敏电阻、LED芯片。采用回流焊接或者贴片工艺将LED芯片的正极贴在覆金属引线的绝缘导热线路板上，将热敏电阻安装在靠近LED芯片的位置上；将电极连接端口安装在电极连接块上，然后与金属引线连焊接，制成高功率高亮度LED的光源。本发明兼具导热和绝缘的优点，且绝缘导热线路板与芯片的热膨胀系数比较匹配，散热性好的优点，主要应用于各种显示光源，背景光源，照明光源。
文档编号H01L33/64GK102142508SQ20101059186
公开日2011年8月3日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者刘兴胜, 彭晨晖, 李小宁, 王警卫, 郑艳芳 申请人:西安炬光科技有限公司