专利名称：一种正装结构led芯片集成封装成交流或直流led光源的方法
技术领域：
本发明涉及一种正装结构LED芯片集成封装成交流或直流LED光源的方法，该正装结构LED芯片是指P电极(即正电极)和N电极(即负电极)同在LED芯片出光面上的LED
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背景技术：
LED封装除少数几家公司采用的是垂直结构的LED芯片封装外(如:CREE，OSRAM),绝大多数采用的是正装结构的LED芯片进行封装，但是其封装出来的LED光源都是采用低压直流供电。而我们生活中常用的电源则是交流电源，这样就会给LED光源在灯具的应用中受到限制。现在常用的方法就是在灯具上配备适当的LED驱动电源，虽然解决了 LED光源的供电问题，但是却增加了灯具的成本、灯具的重量和体积以及灯具的寿命和稳定性。
发明内容
本发明的目的之一在于:提供一种将正装结构的LED芯片集成封装成交流LED光源的方法，进而将该方法应用于实际的LED封装，生产出交流LED光源，一方面降低LED灯具的成本，减少LED灯具的体积和重量，增加LED光源出光的集中性及出光的柔和度，降低LED光源在灯具应用中配光的难度；另一方面降低灯具的设计难度，提高灯具寿命。本发明的目的之二在于:提供一种将正装结构的LED芯片集成封装成直流LED光源的方法，及采用该方法封装的LED光源，从而增加LED光源的光通量，提高LED光源出光的集中性及出光的柔和度，降低LED光源在灯具应用中的配光难度，提高灯具的亮度。本发明的目的之一可以通过以下四种技术方案来实现:
1.技术方案(一)
A.设计制作用于封装的LED支架
a.制作 LED 支架基座 1，如图1a-1、la-2、lb-1、lb-2、Ic-1、lc-2、Id-1、ld-2，采用高导热金属材料(如:金、银、铜、铝等)或高导热金属复合材料(如:银铜合金、铜铝合金等)或高导热非金属材料(如:陶瓷等)或高导热金属与非金属复合材料(如:铜与纳米碳管复合材料、铝与提纯石墨复合材料等)或其它高导热材料制作LED支架基座1，在基座I的中心上表面制作放置芯片的杯2，简称为固晶杯，在基座I的四周(如图la-2、lc-2)或中心下表面(如图lb-2、ld-2)制作固定LED支架的固定孔3或螺杆4或螺孔5。b.制作 LED 支架引线件 6，如图1a-1、la-2、lb-1、lb-2、Ic-1、lc-2、Id-1、ld-2，该引线件6是由耐高温的的绝缘材料制作的绝缘架7和由高导热导电性能佳的金属材料(如:金、银、铜、铝等)或高导热导电性能佳的金属复合材料(如:银铜合金、银铝合金等)或其它高导热导电性能佳的非金属材料或复合材料制作的电极片8组成。电极片8至少2片，都位于绝缘架7的中部，且电极片8的一端靠近固晶杯2或在固晶杯2的内部，以便与LED芯片之间进行电连接，称为第二焊点10 ;电极片8的另一端远离固晶杯2或在固晶杯2的外部，以便与外部电源之间进行电连接，称为电极11。c.基座I与引线架6之间的组装连接
如图 la-l、la-2、lb-l、lb-2、lc-l、lc-2、ld-l、ld-2，基座 I 与引线架 6 之间可以通过耐高温的胶水粘接组装在一起或采用高温热压或直接采用高温射出成型或能使两者紧密结合的其它方式均可。除了采用以上的LED支架外，也可以根据实际情况，采用市场常规LED支架或设计其它外形的支架。
B.根据所设计交流LED光源的供电电压，确定串联LED芯片9的数量。其具体方法如下:首先确定LED光源的供电电压U及所选芯片9的平均压降VF，然后用供电电压U除以LED芯片9的平均压降VF，即为所需串联的LED芯片数量N，一般计
算所得数量取整。如供电电压U是交流220V，所选LED芯片9的平均压降VF为3.5V，则所需串联的LED芯片9的数量=220/3.5=62.85，取整63颗，这里可以适当把LED芯片9的数量增多，可以根据实际情况自行调整。
C.根据所设计交流LED光源的功率，确定LED芯片9的总数量及LED芯片的连接方式。其具体方法如下:首先确定LED光源功率Wt及所选单颗LED芯片9的功率WpS后用LED光源功率胃|除以单颗LED芯片9的功率WE，即为所需LED芯片9的总数量该数量一般取较计算值大一些的整数。根据所设计交流LED光源的供电电压确定串联LED芯片9的数量N及所设计交流LED光源的功率确定LED芯片9的总数量N&之后，可以由此计算出LED芯片的并联组数M，即M=N&/N。那么所设计交流LED光源的LED芯片的连接方式为N串M并。
如LED光源的功率WtS3W，所选LED芯片9的尺寸为10mil*23mil的小芯片，该芯片的额定输入电流为20mA，电压为3.0-3.4V，取平均电压3.2V，其功率为0.064W,则所需LED芯片9的数量=^^/^^=3/0.064=46.875，取整即为47颗。这里可以灵活变通，可以根据实际情况，降低LED芯片9的输入电流IF，从而降低LED芯片9的功率，增加LED芯片9的数量，这样一方面可以确保LED芯片9的使用安全，另一方面可以使设计更灵活多变。
D.排布LED芯片并固定。根据上述确定的LED芯片的连接方式，即N串M并，首先在LED支架基座I的固晶杯2内标记LED芯片9的放置位置，所有LED芯片的排列可以按照矩阵方式排列(如图2a)或交错方式排列(如图2b)或西瓜纹方式排列(如图2c)或其它能使LED光源出光均匀、热量分布均匀的方式排列，然后采用导热性能佳的银胶或其它导热性能好的胶水或物质或采用共晶焊接方式或其它方式将LED芯片9固定到LED支架固晶杯2内相应的位置，而后将LED芯片9与LED芯片9之间及LED芯片9与电极片8上的第二焊点10之间用金线13或银线14或其它导电性能佳的材料进行电连接，最后在LED芯片9的四周及上面封上硅胶或环氧树脂或其它透光性能好的胶水或物质，即可得到集成封装的交流LED光源。如果所需要的LED光源是白光，则应在封胶之前，在LED芯片9的表面涂上荧光粉后再封胶，如果是单色光，则直接进行封胶即可。在上述的LED芯片9的排列方式中，所有LED芯片9的P电极(正电极)必须朝向电极片8上第二焊点10的正极，所有LED芯片9的N电极(负电极)必须朝向电极片8上第二焊点10的负极。
2.技术方案(二)技术方案(二)是在技术方案(一)的基础上进行的优化处理。如图3a、3b、3c，其主要优化内容为:增加与技术方案(一)所用LED芯片9数量相同的LED芯片，然后进行正反排列，即首先增加与技术方案(一)数量相同的LED芯片9，而后将这些LED芯片9按照计算所需的LED芯片串联数量N进行串联起来，组成LED芯片串联组，且保证每组所串联的LED芯片9的P电极(即正极)都朝同一方向，N电极(即负极)也都朝同一方向，然后将这些LED芯片串联组按照技术方案(一)中的固定方式将LED芯片9都固定到LED支架固晶杯2内，其放置方式按照第一组LED芯片的P电极(即正极)朝向电极片8上第二焊点10的正极，第一组LED芯片的N电极(即负极)朝向电极片8上第二焊点10的负极；第二组LED芯片的P电极(即正极)朝向电极片8上第二焊点的负极，第二组LED芯片的N电极(即正极)朝向电极片8上第二焊点的正极；第三组LED芯片的放置方式则与第一组LED芯片的放置方式相同；第四组LED芯片的放置方式则与第二组LED芯片的放置方式相同，一共2M组，依此类推。其实，也可以将第一组LED芯片的放置方式改成第二组LED芯片的放置方式，那么第二组LED芯片的放置方式就改成第一组LED芯片的放置方式；第三组LED芯片的放置方式仍然与第一组LED芯片的放置方式相同，第四组LED芯片的放置方式仍然与第二组LED芯片的放置方式相同，一共2M组，依此类推。按照上述技术方案放置LED芯片组，其组数都是偶数，为2M组，不可能出现奇数。
3.技术方案(三)技术方案(三)是在技术方案(一)和技术方案(二)的基础上进行的优化处理。如图4a-l、4a-2、4a-3、4b-l、4b-2、4b-3、4c-l、4c-2、4c-3、5a、5b、5c，其主要优化内容为:在技术方案(一)和技术方案(二)的基础上增加电容12，并将这些电容12与所用的LED芯片9用金线或银线或其它导电性能佳且便于焊接的材料进行电连接，其连接方式为并联。电容12与所用LED芯片9的并联方式可以是每一个LED芯片9都并联一个电容12或每N个LED芯片串联组成LED芯片串联组后并联一个电容12或每N个LED芯片串联组成LED芯片串联组后，该串联组中η个LED芯片再与电容12并联(这里，N为η的整数倍)，可以根据实际情况进行自行设计。上述的电容12—般选取体积小的贴片电容或其它便于安装于LED支架上的电容。在实际的设计过程中，所选取电容12的电压值应该高于LED光源使用的电压值，如设计一种能在交流220V供电条件下使用的LED光源，则所选取的电容12的电压值应高于220V，可以选电压值为300V左右的电容与LED芯片9进行并联。电容12的电压值可以根据实际的应用适当选取。电容12的容积可根据设计过程中与电容并联的LED芯片的数量、功率及所需供电的时间进行计算后选取。
4.技术方案(四)技术方案(四)是在技术方案(一)、技术方案(二)及技术方案(三)的基础上进行的优化处理。如图6a、6b、6c、6d、6e、6f,其主要优化内容为:在技术方案(一)、技术方案(二)及技术方案(三)的基础上增加电阻或恒流二极管或整流桥或整流二极管或其它能限流或恒流或整流的电子元器件，以下简称为限恒整流元器件17。该限恒整流元器件17是采用金线或银线或其它导电性能好且便于焊接的材料与LED芯片9或电极片8上的第二焊点10进行电连接，其与LED芯片9的连接方式为串联。该限恒整流元器件17在每个LED光源中可以使用一个或多个。使用一个则是将该限恒整流元器件17放置于LED芯片9的最前端或最后端(如图6a、6c、6e)与所有LED芯片进行串联，以限制或稳定LED芯片的总电流；使用多个则是根据所设计LED光源所有并联芯片的组数，每组中串联一个该限恒整流元器件17 (如图6b、6d、6f)，也可以串联几个，只要能达到限流或恒流或整流的效果即可。该限恒整流元器件17在实际应用中，根据LED芯片9所需的限流或恒流或整流效果进行选择。该限恒整流元器件17所达到的限流或恒流或整流的效果是:确保LED芯片9在使用过程中，给LED芯片9的供电电流小于或等于LED芯片9的额定电流。其实这里可以灵活变通，可以根据实际应用的需要作自行调整，即供电电流可以小于LED芯片9的额定电流，可以等于LED芯片9的额定电流，也可以适当大于LED芯片9的额定电流。按照技术方案(一)或技术方案(二)或技术方案(三)或技术方案(四)提供的技术将LED芯片9及其它电子元器件(如:电容、电阻、恒流二极管、整流桥等)排布好后进行固定，而后进行焊线，即是采用金线或银线或其它导电性能好的材料将LED芯片9与LED芯片9之间、LED芯片9与电极片8上第二焊点10之间、LED芯片9与电容12之间、LED芯片9与限恒整流元器件17之间、电容12与电极片8上第二焊点10之间、限恒整流元器件17与电极片8上第二焊点10之间进行电连接，然后将焊线完成的半成品进行封胶处理即可生产出成品LED光源。这里说明一下，如果封装的是单色光LED光源，则将焊线完成的半成品直接封胶处理就可以生产出单色光LED光源；如果封装的是白光LED光源，则在封胶之前涂布荧光粉，然后进行封胶，即可生产出白光LED光源。本发明的目的之二可以通过以下技术方案来实现:
A.设计制作用于封装的LED支架
a.制作 LED 支架基座 1，如图1a-1、la-2、lb-1、lb-2、Ic-1、lc-2、Id-1、ld-2，采用高导热金属材料(如:金、银、铜、铝等)或高导热金属复合材料(如:银铜合金、铜铝合金等)或高导热非金属材料(如:陶瓷等)或高导热金属与非金属复合材料(如:铜与纳米碳管复合材料、铝与提纯石墨复合材料等)或其它高导热材料制作LED支架基座1，在基座I的中心上表面制作放置芯片的杯2，简称为固晶杯，在基座I的四周(如图la-2、lc-2)或中心下表面(如图lb-2、ld-2)制作固定LED支架的固定孔3或螺杆4或螺孔5。b.制作 LED 支架引线件 6，如图 la_l、la_2、lb_l、lb_2、lc_l、lc_2、ld_l、ld_2，该引线件6是由耐高温的的绝缘材料制作的绝缘架7和由高导热导电性能佳的金属材料(如:金、银、铜、铝等)或高导热导电性能佳的金属复合材料(如:银铜合金、银铝合金等)或其它高导热导电性能佳的非金属材料或复合材料制作的电极片8组成。电极片8至少2片，都位于绝缘架7的中部，且电极片8的一端靠近固晶杯2或在固晶杯2的内部，以便与LED芯片之间进行电连接，称为第二焊点10 ;电极片8的另一端远离固晶杯2或在固晶杯2的外部，以便与外部电源之间进行电连接，称为电极11。c.基座I与引线架6之间的组装连接如图3a-l、3a-2、3b-l、3b-2、3c-l、3c-2、3d-l、3d-2，基座 I 与引线架 6之间可以通过耐高温的胶水粘接组装在一起或采用高温热压或直接采用高温射出成型或能使两者紧密结合的其它方式均可。除了采用以上的LED支架外，也可以根据实际情况，采用市场常规LED支架或设计其它外形的支架。B.根据所设计LED光源的额定工作电压VF、额定工作电流IF及所选用的LED芯片9确定LED芯片之间的连接方式。其具体方法如下:首先根据所设计LED光源的额定工作电流IF选取LED芯片9，一般保证所设计的LED光源的额定工作电流IF为所选用的LED芯片9额定电流的整数倍或比所选用的LED芯片9额定电流的整数倍略小或略大均可，也可以比所选用的LED芯片9的额定电流的整数倍小很多，但是不能比选取的LED芯片9额定电流的整数倍大很多，这样一方面会增加LED芯片本身的温度,另一方面会降低LED芯片本身的出光效率。选定LED芯片后，根据所设计LED光源的额定工作电压VF，确定LED芯片9需要串联的LED芯片的数量N ;根据所设计LED光源的额定工作电流IF，确定LED芯片9所需并联的LED芯片组数M,那么所设计的LED光源的连接方式为N串M并，即先把所选取的LED芯片9每N个LED芯片进行串联起来，然后再将N个芯片的串联组选用M组并联。C.排布LED芯片并固定。根据上述确定的LED芯片9的连接方式，N串M并，首先在LED支架基座I的固晶杯2内标记LED芯片9的放置位置，所有LED芯片的排列可以按照矩阵方式排列(如图4a)或交错方式排列(如图4b)或西瓜纹方式排列(如图4c)或其它能使LED光源出光均匀、热量分布均匀的方式排列，然后采用导热性能佳的银胶或其它导热性能好的胶水或物质或采用共晶焊接方式或其它方式将LED芯片9固定到LED支架固晶杯2内相应的位置，而后将LED芯片9与LED芯片9之间及LED芯片9与电极片8上的第二焊点10之间用金线13或银线14或其它导电性能佳的材料进行电连接，最后在LED芯片9的四周及上面封上硅胶或环氧树脂或其它透光性能好的胶水或物质，即可得到集成封装的直流LED光源。如果所需要的LED光源是白光，则应在封胶之前，在LED芯片9的表面涂上荧光粉后再封胶，如果是单色光，则直接进行封胶即可。在上述的LED芯片9的排列方式中，所有LED芯片9的P电极(正电极)必须朝向电极片8上第二焊点10的正极，所有LED芯片9的N电极(负电极)必须朝向电极片8上第二焊点10的负极。本发明的优点在于:
1.采用本发明提供的正装结构LED芯片集成封装成交流LED光源的方法，由于所串联的LED芯片的电压值与所用电源的供电电压值接近，所以可以直接与供电电源连接使用，而不需要配LED驱动电源，从而可以减少LED灯具的体积和重量，降低LED灯具的成本及设计难度。2.采用本发明提供的正装结构LED芯片集成封装成交流LED光源的方法，提高了LED光源的出光稳定性，增加了 LED光源的光通量。家用供电及市电都是交流电，其电压方向是在不停改变的。而LED芯片是一半导体元件，半导体元件都是正向导通，逆向截止，对于LED芯片而言，即是P电极(即正电极)加正向电压，N电极(即负电极)加负电压，LED芯片才会发光。而交流电的电压方向是在不停改变，致使LED芯片在电压反向的情况下是不会发光，出现闪烁。本发明则采用了两种方法来避免这种弊端，一是增加同等数量的LED芯片反向放置；二是在LED芯片旁边并联电容。无论采用以上两种方法中的一种或两种都用，都会确保LED芯片持续发光，不会出现闪烁，从而提高了 LED光源的出光稳定性。增加同等数量的LED芯片，无疑可以增加LED的光通量。3.采用本发明提供的正装结构LED芯片集成封装成交流LED光源的方法，增加了LED的稳定性及可靠性。所有LED芯片出厂，LED芯片厂家会给定一个额定电流值，在该额定电流值范围内使用LED芯片，不会出现任何问题，但是超过了厂家给定的额定电流值，则可能会导致LED光源烧毁、变色、光衰等不良问题的出现。而家用或市电都是交流电，其供电极其不稳定，而本发明则采用串联电阻或恒流二极管或整流桥或整流二极管或其它能限流或恒流或整流的元器件，以提高LED光源的稳定性及可靠性。4.采用本发明提供的正装结构LED芯片集成封装成直流LED光源的方法，可以提高LED光源的总光通量，提高LED光源出光的集中性及出光的柔和度，降低LED光源在灯具应用中的配光设计难度，提高LED灯具的亮度。
:图1a-1为本发明提供的LED平板支架截面 图la-2为本发明提供的LED平板支架平面 图1b-1为本发明提供的LED螺杆支架截面 图lb-2为本发明提供的LED螺杆支架平面 图1c-1为本发明提供的LED线路板支架截面 图lc-2为本发明提供的LED线路板支架平面 图1d-1为本发明提供的LED螺孔支架截面 图ld-2为本发明提供的LED螺孔支架平面 图2a为本发明按照技术方案(一)LED芯片N串M并单向矩阵方式排列的平面 图2b为本发明按照技术方案(一)LED芯片N串M并单向交错方式排列的平面 图2c为本发明按照技术方案(一)LED芯片N串M并单向西瓜纹方式排列的平面图；图3a为本发明按照技术方案(二)LED芯片N串2M并正反交错且按矩阵方式排列的平面 图3b为本发明按照技术方案(二)LED芯片N串2M并正反交错且按交错方式排列的平面 图3c为本发明按照技术方案(二)LED芯片N串2M并正反交错且按西瓜纹方式排列的平面 图4a-l为本发明按照技术方案(三)LED芯片N串M并单向且每个LED芯片并联一个电容按矩阵方式排列的平面 图4a-2为本发明按照技术方案(三)LED芯片N串M并单向且每个LED芯片并联一个电容按交错方式排列的平面 图4a-3为本发明按照技术方案(三)LED芯片N串M并单向且每个LED芯片并联一个电容按西瓜纹方式排列的平面 图4b-l为本发明按照技术方案(三)LED芯片N串M并单向且每个LED芯片串联组并联一个电容按矩阵方式排列的平面 图4b-2为本发明按照技术方案(三)LED芯片N串M并单向且每个LED芯片串联组并联一个电容按矩阵方式排列的平面图； 图4b-3为本发明按照技术方案(三)LED芯片N串M并单向且每个LED芯片串联组并联一个电容按矩阵方式排列的平面 图4c-l为本发明按照技术方案(三)LED芯片N串M并单向且每η个LED芯片串联组并联一个电容按矩阵方式排列的平面 图4c-2为本发明按照技术方案(三)LED芯片N串M并单向且每η个LED芯片串联组并联一个电容按交错方式排列的平面 图4c-3为本发明按照技术方案(三)LED芯片N串M并单向且每η个LED芯片串联组并联一个电容按西瓜纹方式排列的平面 图5a为本发明按照技术方案(三)LED芯片N串2M并正负交错且每个LED芯片并联一个电容按矩阵方式排列的平面 图5b为本发明按照技术方案(三)LED芯片N串2M并正负交错且每个LED芯片串联组并联一个电容按交错方式排列的平面 图5c为本发明按照技术方案(三)LED芯片N串2M并正负交错且每η个LED芯片串联组并联一个电容按西瓜纹方式排列的平面 图6a为本发明按照技术方案(四)LED芯片N串M并单向且所有LED芯片串联一个限恒整流元器件按西瓜纹方式排列的平面 图6b为本发明按照技术方案(四)LED芯片N串M并单向且每个LED芯片并联组中串联一个限恒整流元器件按西瓜纹方式排列的平面 图6c为本发明按照技术方案(四)LED芯片N串2M并正负交错且所有LED芯片串联一个限恒整流元器件按交错方式排列的平面 图6d为本发明按照技术方案(四)LED芯片N串2M并正负交错且每个LED芯片并联组中串联一个限恒整流元器件按交错方式排列的平面 图6e为本发明按照技术方案(四)LED芯片N串2M并正负交错、每个LED芯片并联一个电容且所有LED芯片串联一个限恒整流元器件按矩阵方式排列的平面 图6f为本发明按照技术方案(四)LED芯片N串2M并正负交错、每个LED芯片并联一个电容且每个LED芯片并联组中串联一个限恒整流元器件按矩阵方式排列的平面 图7a为应用本发明提供的发明目的之一中技术方案(一)制作的一交流24V 3W白光LED光源的截面 图7b为应用本发明提供的发明目的之一中技术方案(一)制作的一交流24V 3W白光LED光源的平面 图8a为应用本发明提供的发明目的之一中技术方案(二)制作的一交流36V 5W白光LED光源的截面 图8b为应用本发明提供的发明目的之一中技术方案(二)制作的一交流36V 5W白光LED光源的平面 图9a为应用本发明提供的发明目的之一中技术方案(三)制作的一交流220V 20W白光LED光源的截面 图％为应用本发明提供的发明目的之一中技术方案(三)制作的一交流220V 20W白光LED光源的平面 图1Oa为应用本发明提供的发明目的之一中技术方案(四)制作的一交流IlOV 8W白光LED光源的截面 图1Ob为应用本发明提供的发明目的之一中技术方案(四)制作的一交流IlOV 8W白光LED光源的平面 图1la为应用本发明提供的发明目的之二中技术方案制作的一直流30W白光LED光源的截面 图1lb为应用本发明提供的发明目的之二中技术方案制作的一直流30W白光LED光源的平面 图中:1、基座；2、固晶杯；3、固定孔；4、螺杆；5、螺孔；6、引线架；7、绝缘架；8、电极片；
9、LED芯片；10、第二焊点；11、电极；12、电容；13、金线；14、银线；15、硅胶；16、环氧树脂；17、限恒整流元器件；18、银胶；19、荧光粉胶。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为本发明的限制。
具体实施方式
实施例1:
参照图7a，7b，应用本发明提供的发明目的之一中技术方案(一)制作一交流24V输A3W白光LED光源。采用图lc-l，lc-2中的LED线路板支架制作该交流LED光源，选用的LED芯片为10milX23mil的小芯片。具体方法如下:
(1)制作LED支架。
用铝质镀银材料制作LED支架基座1，在基座I的中心设置固晶杯2。用铜质镀银的铜箔和玻纤维制作LED引线架6，然后采用耐高温的胶水将引线架6粘接到LED支架基座I上即可得到LED线路板支架。
(2)根据所设计交流LED光源的供电电压，确定需要串联LED芯片的数量。
所制作的交流LED光源的使用电压为交流24V，所选用LED芯片9为IOmiIX 23miI的小芯片，其单颗小芯片的平均电压为3.2V，那么所需串联LED芯片9的数量为:24/3.2=7.5，取整即 8 颗。
(3)根据所设计交流LED光源的功率，确定LED芯片9的总数量及连接方式。
该实施例中选用的LED芯片9为10milX23mil的小芯片，其单颗LED芯片9的额
定电流为20mA，平均电压为 3.2V，则单颗LED芯片9的功率为:0.02X3.2=0.064W，那么所需LED芯片的总数量为:3/0.064=46.875，为了连接方便及取整要求，这里取48颗，则所有LED芯片9的连接方式为8串6并。
(4)根据上述确定的LED芯片9的连接方式:8串6并，先在所制作的LED支架基座I的固晶杯2内标记LED芯片9的放置位置，这里LED芯片9的排列方式为西瓜纹方式，而后采用银胶18将LED芯片9固定到固晶杯2内相应位置，用烤箱将银胶固化；再将LED芯片9与LED芯片9之间及LED芯片9与LED支架引线架6电极片8上的第二焊点10之间用金线13进行电连接；然后在LED芯片9的表面涂布荧光粉胶19，用烤箱稍做烘烤，最后在荧光粉胶19的表面涂上硅胶15后用烤箱进行固化，这样应用本发明提供的发明目的之一中技术方案(一)制作的一交流24V输入3W白光LED光源就完成了。
实施例2:
参照图8a，8b，应用本发明提供的发明目的之一中技术方案(二)制作一交流36V输A5W白光LED光源。采用图1b-1，lb-2中的LED线路板支架制作该交流LED光源，选用的LED芯片为9milX21mil的小芯片。具体方法如下:
(1)制作LED支架。
用铜质镀银材料制作LED支架基座1，在基座I的中心制作固晶杯2。用铜质镀银的铜片和塑料PPA制作LED引线架6，然后采用热压将引线架6固定到LED支架基座I上即可得到LED螺杆支架。
(2)根据所设计交流LED光源的供电电压，确定需要串联LED芯片的数量。
所制作的交流LED光源的使用电压为交流36V，所选用LED芯片9为9mil X 21mil的小芯片，其单颗小芯片的平均电压为3.2V，那么所需串联LED芯片9的数量为:36/3.2=11.25，取整即 11 颗。
(3)根据所设计交流LED光源的功率，确定LED芯片9的总数量及连接方式。
该实施例中选用的LED芯片9为9milX21mil的小芯片，其单颗LED芯片9的额定
电流为20mA，平均电压为3.2V，则单颗LED芯片9的功率为:0.02X3.2=0.064W，那么所需LED芯片的总数量为:5/0.064=78.125，为了连接方便及取整要求，这里取77颗，但该技术方案(二)是在技术方案(一)的基础上进行的优化，LED芯片9的数量需增加一倍，则为154颗，那么所有LED芯片9的连接方式为11串14并。
(4)根据上述确定的LED芯片9的连接方式:11串14并，先在所制作的LED支架基座I的固晶杯2内标记LED芯片9的放置位置，这里LED芯片9按照正反交错西瓜纹方式排列(如图8b)，即LED芯片9从整体上看，其排列像西瓜花纹，且第一组由11颗LED芯片9串联组成的LED芯片串联组的P电极(即正电极)朝向LED支架引线架6电极片8上第二焊点10的正极，N电极(即负电极)朝向L ED支架引线架6电极片8上第二焊点10的负极，第二组由11颗LED芯片9串联组成的LED芯片串联组的P电极(即正电极)朝向LED支架引线架6电极片8上第二焊点10的负极，N电极(即负电极)朝向LED支架引线架6电极片8上第二焊点10的正极，第三组LED芯片9的电极指向跟第一组相同，第四组LED芯片9的电极指向跟第二组相同，依此类推；而后采用银胶18将LED芯片9固定到固晶杯2内相应位置，用烤箱将银胶固化；再将LED芯片9与LED芯片9之间及LED芯片9与LED支架引线架6电极片8上的第二焊点10之间用银线14进行电连接；然后在LED芯片9的表面涂布荧光粉胶19，用烤箱稍做烘烤，最后在荧光粉胶19的表面涂上硅胶15后用烤箱进行固化，这样应用本发明提供的发明目的之一中技术方案(二)制作的一交流36V输入5W白光LED光源就完成了。
实施例3:
参照图9a，％，应用本发明提供的发明目的之一中技术方案(二)制作一交流220V输入20W白光LED光源。采用图la-1，la-2中的LED线路板支架制作该交流LED光源，选用的LED芯片为10milX23mil的小芯片。具体方法如下:
(1)制作LED支架。
用铜质镀银材料制作LED支架基座1，在基座I的中心制作固晶杯2。用铜质镀银的铜片和塑料PPA制作LED引线架6，然后采用射出成型将引线架6固定到LED支架基座I上即可得到LED平板支架。
(2)根据所设计交流LED光源的供电电压，确定需要串联LED芯片的数量。
所制作的交流LED光源的使用电压为交流220V，所选用LED芯片9为IOmil X23mil的小芯片，其单颗小芯片的平均电压为3.3V，那么所需串联LED芯片9的数量为:220/3.3=66.7，取整即 66 颗。
(3)根据所设计交流LED光源的功率，确定LED芯片9的总数量及连接方式。
该实施例中选用的LED芯片9为10milX23mil的小芯片，其单颗LED芯片9的额
定电流为20mA，平均电压为3.3V，则单颗LED芯片9的功率为:0.02X3.3=0.066W，那么所需LED芯片的总数量为:20/0.066=303.03，为了连接方便及取整要求，这里取330颗，但该技术方案(三)是在技术方案(一)和技术方案(二)的基础上进行的优化，LED芯片9的数量需增加一倍，则为660颗，那么所有LED芯片9的连接方式为66串10并。
(4)根据上述确定的LED芯片9的连接方式:66串10并，先在所制作的LED支架基座I的固晶杯2内标记LED芯片9的放置位置，这里LED芯片9按照正反交错矩阵方式排列且每个LED芯片都并联一个电容12 (如图％)，即LED芯片9从整体上看，其排列为66*10的矩阵，且第一组由66颗LED芯片9串联组成的LED芯片串联组的P电极(即正电极)朝向LED支架引线架6电极片8上第二焊点10的正极，N电极(即负电极)朝向LED支架引线架6电极片8上第二焊点10的负极，第二组由66颗LED芯片9串联组成的LED芯片串联组的P电极(即正电极)朝向LED支架引线架6电极片8上第二焊点10的负极，N电极(SP负电极)朝向LED支架引线架6电极片8上第二焊点10的正极，第三组LED芯片9的电极指向跟第一组相同，第四组LED芯片9的电极指向跟第二组相同，依此类推，再在排列好的每个LED芯片9旁边并联一个电容12 ;而后采用银胶18将LED芯片9及电容12固定到固晶杯2内相应位置，用烤箱将银胶固化；再将LED芯片9与LED芯片9之间、LED芯片9与电容12之间及LED芯片9与LED支架引线架6电极片8上的第二焊点10之间用金线13进行电连接；然后在LED芯片9的表面涂布荧光粉胶19，用烤箱稍做烘烤，最后在荧光粉胶19的表面涂上硅胶15后用烤箱进行固化，这样应用本发明提供的发明目的之一中技术方案(三)制作的一交流220V输入20W白光LED光源就完成了。
实施例4:
参照图10a，10b，应用本发明提供的发明目的之一中技术方案(二)制作一交流IIOV输入8W白光LED光源。采用图1a-1，la-2中的LED线路板支架制作该交流LED光源，选用的LED芯片为10milX23mil的小芯片。具体方法如下:
(1)制作LED支架。
用铜质镀银材料制作LED支架基座1，在基座I的中心制作固晶杯2。用铜质镀银的铜片和塑料PPA制作LED引线架6，然后采用射出成型将引线架6固定到LED支架基座I上即可得到LED平板支架。
(2)根据所设计交流LED光源的供电电压，确定需要串联LED芯片的数量。
所制作的交流LED光源的使用电压为交流110V，所选用LED芯片9为IOmil X 23mil的小芯片，其单颗小芯片的平均电压为3.3V，那么所需串联LED芯片9的数量为:110/3.3=33.3，取整即 34 颗。
(3)根据所设计交流LED光源的功率，确定LED芯片9的总数量及连接方式。
该实施例中选用的LED芯片9为10milX23mil的小芯片，其单颗LED芯片9的额定电流为20mA，平均电压为3.3V，则单颗LED芯片9的功率为:0.02X3.3=0.066W，那么所需LED芯片的总数量为:8/0.066=121.2，为了连接方便及取整要求，这里取136颗，但该技术方案(四)是在技术方案(一)、技术方案(二)及技术方案(三)的基础上进行的优化，LED芯片9的数量需增加一倍，则为272颗，那么所有LED芯片9的连接方式为34串8并。
(4)根据上述确定的LED芯片9的连接方式:34串8并，先在所制作的LED支架基座I的固晶杯2内标记LED芯片9的放置位置，这里LED芯片9按照正反交错矩阵方式排列、每个LED芯片都并联一个电容12且每34颗LED芯片串联组中都串联一个限恒整流元器件17(如图10b)，即LED芯片9从整体上看，其排列为34*8的矩阵，且第一组由34颗LED芯片9及限恒整流元器件17串联组成的LED芯片串联组的P电极(即正电极)朝向LED支架引线架6电极片8上第二焊点10的正极，N电极(即负电极)朝向LED支架引线架6电极片8上第二焊点10的负极，第二组由34颗LED芯片9及限恒整流元器件17串联组成的LED芯片串联组的P电极(即正电极)朝向LED支架引线架6电极片8上第二焊点10的负极，N电极(即负电极)朝向LED支架引线架6电极片8上第二焊点10的正极，第三组LED芯片9的电极指向跟第一组相同，第四组LED芯片9的电极指向跟第二组相同，依此类推，再在排列好的每个LED芯片9旁边并联一个电容12 ;而后采用银胶18将LED芯片9、限恒整流元器件17及电容12固定到固晶杯2内相应位置，用烤箱将银胶固化；再将LED芯片9与LED芯片9之间、LED芯片9与电容12之间、LED芯片9与限恒整流元器件17之间、LED芯片9及限恒整流元器件17与LED支架引线架6电极片8上的第二焊点10之间用金线13进行电连接；然后在LED芯片9的表面涂布荧光粉胶19，用烤箱稍做烘烤，最后在荧光粉胶19的表面涂上硅胶15后用烤箱进行固化，这样应用本发明提供的发明目的之一中技术方案(三)制作的一交流IlOV输入8W白光LED光源就完成了。
以上所述限恒整流元器件17可以是电阻、恒流二极管、整流桥、整流二极管或其它能限流或恒流或整流的电子元器件。
实施例5:
参照图lla，llb，应用本发明 提供的发明目的之二中技术方案制作一直流24V、1.4A输入30W白光LED光源。采用图ld_l，ld-2中的LED线路板支架制作该交流LED光源，选用的LED芯片为45milX45mil的小芯片。具体方法如下:
(1)制作LED支架。
用铜质镀银材料制作LED支架基座1，在基座I的中心制作固晶杯2。用铜质镀银的铜片和塑料PPA制作LED引线架6，然后采用热压将引线架6粘接到LED支架基座I上即可得到LED螺孔支架。
(2)根据所设计LED光源的额定工作电压VF、额定工作电流IF及所选用的LED芯片9确定LED芯片之间的连接方式。
该实施例中所设计的直流LED光源的额定工作电流为1.4A，电压为24V。
所选用LED芯片9为45mi I X 45mi I的芯片，其单颗LED芯片9的额定电流为350mA，平均电压为3.2V，而所设计的LED光源的额定工作电压为直流24V，那么所需串联LED芯片9的数量为:24/3.2=7.5，取整即8颗；其额定工作电流为1.4A，那么所需并联的LED芯片9的组数为:1.4/0.35=4。则所设计的直流LED光源的连接方式为:8串4并。
(3)根据上述确定的LED芯片9的连接方式:8串4并，先在所制作的LED支架基座I的固晶杯2内标记LED芯片9的放置位置，这里LED芯片9的排列方式为西瓜纹方式，而后采用银胶18将LED芯片9固定到固晶杯2内相应位置，用烤箱将银胶固化；再将LED芯片9与LED芯片9之间及LED芯片9与LED支架引线架6电极片8上的第二焊点10之间用金线13进行电连接；然后在LED芯片9的表面涂布荧光粉胶19，用烤箱稍做烘烤，最后在荧光粉胶19的表面涂上硅胶15后用烤箱进行固化，这样应用本发明提供的发明目的之二中技术方案制作的一直流24V、1.4A输入30W白光LED光源就完成了。
权利要求
1.一种正装结构LED芯片集成封装成交流LED光源的方法，包括以下步骤: A.设计制作用于封装的LED支架； a.用高导热金属材料(如:金、银、铜、铝等)或高导热金属复合材料(如:银铜合金、铜铝合金等)或高导热非金属材料(如:陶瓷等)或高导热金属与非金属复合材料(如:铜与纳米碳管复合材料、铝与提纯石墨复合材料等)或其它高导热材料制作LED支架基座，并在基座的中心位置制作固晶杯； b. 用耐高温的的绝缘材料制作的绝缘架和由高导热导电性能佳的金属材料(如:金、银、铜、铝等)或高导热导电性能佳的金属复合材料(如:银铜合金、银铝合金等)或其它高导热导电性能佳的非金属材料或复合材料制作的电极片组成LED支架引线架； c.基座与引线架之间的组装连接； B.根据所设计交流LED光源的供电电压，确定串联LED芯片9的数量； C.根据所设计交流LED光源的功率，确定LED芯片9的总数量及LED芯片的连接方式； D.排列LED芯片、电容、限恒整元器件，并将它们固定到LED支架固晶杯内； E.用金线或银线或其它导电性能佳的材料将LED芯片、电容、电阻或恒流二极管或整流桥或整流二极管或其它能限流或恒流或整流的电子元器件及引线架上的第二焊点进行电连接； F.在放置LED芯片的杯内填充荧光粉及或其它透明封装材料。
2.根据权利要求1所述的正装结构LED芯片集成封装成交流LED光源的方法，其特征在于:根据LED光源在应用中的供电电压及所选择用于封装的LED芯片的平均电压，计算需要多少数量的LED芯片串联后电压与LED光源的供电电压接近或相等，并将这些数量的LED芯片进行串联，组成串联组；再根据LED光源的总功率及所选择用于封装的LED芯片的功率计算所需LED芯片的总数量；最后根据串联组芯片的数量及所需LED芯片的总数量计算所需并联的LED芯片串联组的组数。
3.根据权利要求1或2所述的正装结构LED芯片集成封装成交流LED光源的方法，其特征在于:LED芯片相对于LED支架引线架上第二焊点或电极的排列方式可以是单向排列，也可以是正负交错排列； 单向排列即是:a.所有LED芯片的P电极(即正电极)朝向LED支架引线架电极片上第二焊点或电极的正极，N电极(即负电极)朝向LED支架引线架电极片上第二焊点或电极的负极；b.所有LED芯片的P电极(即正电极)朝向LED支架引线架电极片上第二焊点或电极的负极，N电极(即负电极)朝向LED支架电引线架极片上第二焊点或电极的正极； 正负交错排列即是:a第一组LED芯片串联组芯片的P电极(即正极)朝向LED支架引线架电极片上第二焊点或电极的正极，第一组LED芯片的N电极(即负极)朝向LED支架引线架电极片上第二焊点或电极的负极；第二组LED芯片的P电极(即正极)朝向LED支架引线架电极片上第二焊点或电极的负极，第二组LED芯片的N电极(即正极)朝向LED支架引线架电极片上第二焊点或电极的正极；第三组LED芯片的排列方式则与第一组LED芯片的排列方式相同；第四组LED芯片的排列方式则与第二组LED芯片的排列方式相同，依此类推。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的正装结构LED芯片集成封装成交流LED光源的方法，其特征在于=LED支架内可以放置电容，且电容与LED芯片之间是并联连接方式，其并联连接方式可以是:每一个LED芯片都并联一个电容或每N个LED芯片串联组成LED芯片串联组后并联一个电容或每N个LED芯片串联组成LED芯片串联组后，该串联组中η个LED芯片再与电容并联(这里，N为η的整数倍)，这里可以根据实际情况进行自行设计。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的正装结构LED芯片集成封装成交流LED光源的方法，其特征在于:LED支架内可以放置限恒整元器件，且限恒整元器件与LED芯片之间是串联连接方式，其串联连接方式可以是:a.将限恒整流元器件放置于LED芯片的最前端或最后端与所有LED芯片进行串联；b.根据所设计LED光源所有并联芯片的组数，每组中串联一个该限恒整流元器件，也可以串联几个。
6.根据权利要求1或5所述的正装结构LED芯片集成封装成交流LED光源的方法，其特征在于:所述限恒整元器件可以为电阻、恒流二极管、整流桥、整流二极管或其它能限流或恒流或整流的电子元器件。
7.一种正装结构LED芯片集成封装成直流LED光源的方法，包括以下步骤: A.设计制作用于封装的LED支架； a.用高导热金属材料(如:金、银、铜、铝等)或高导热金属复合材料(如:银铜合金、铜铝合金等)或高导热非金属材料(如:陶瓷等)或高导热金属与非金属复合材料(如:铜与纳米碳管复合材料、铝与提纯石墨复合材料等)或其它高导热材料制作LED支架基座，并在基座的中心位置制作固晶杯； b.用耐高温的的绝缘材料制作的绝缘架和由高导热导电性能佳的金属材料(如:金、银、铜、铝等)或高导热导电性能 佳的金属复合材料(如:银铜合金、银铝合金等)或其它高导热导电性能佳的非金属材料或复合材料制作的电极片组成LED支架引线架； c.基座与引线架之间的组装连接； B.根据所设计LED光源的额定工作电压VF、额定工作电流IF及所选用的LED芯片9确定LED芯片之间的连接方式； D.排列LED芯片，并将它们固定到LED支架固晶杯内； E.用金线或银线或其它导电性能佳的材料将LED芯片及LED支架引线架电极片上的第二焊点进行电连接； F.在放置LED芯片的杯内填充荧光粉及或其它透明封装材料。
8.根据权利要求1或7所述的正装结构LED芯片集成封装成交流或直流LED光源的方法，其特征在于:所述透明封装材料为硅胶、环氧树脂、矽胶或其它透明物质。
9.根据权利要求1或7所述的正装结构LED芯片集成封装成交流或直流LED光源的方法，其特征在于:所述的LED芯片及其它元器件固定到LED支架基座固晶杯内的方式可以是:a.采用银胶或金胶或其它导热性能好的胶水或物质进行粘接；b.采用锡膏焊接；c.采用共晶焊接；d.采用热超声金球焊接或其它便于焊接或粘接的方式。
10.根据权利要求1或7所述的正装结构LED芯片集成封装成交流或直流LED光源的方法，其特征在于:按照权利要求1及权利要求2或权利要求7提供的方法确定LED芯片的串联数量及并联组数后，其LED芯片的排列可以按照矩阵方式、交错方式、西瓜纹方式或其它能使LED光源出光均勻、热量分布均勻的方式排列。
全文摘要
本发明公开了一种正装结构LED芯片集成封装成交流或直流LED光源的方法，该正装结构LED芯片是指P电极(即正电极)和N电极(即负电极)同在LED芯片出光面上的LED芯片。本发明的优点是，这种正装结构LED芯片集成封装成交流或直流LED光源的方法可以减少LED灯具的体积和重量，降低LED灯具的成本及设计难度，提高了LED光源的出光稳定性，增加LED的光通量，提高LED灯具的亮度。
文档编号F21S2/00GK103162100SQ20111040385
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者钱玉明 申请人:苏州市世纪晶源电力科技有限公司