无烘烤封装型高光效高散热性能高功率LED光源制造技术

本实用新型专利技术涉及一种无烘烤封装型高光效高散热性能高功率ＬＥＤ光源，在铝基散热基板上通过锡铋银环保低温焊锡膏规则焊接有多个ＬＥＤ芯片，在各ＬＥＤ芯片上均涂有硅胶质荧光粉，形成ＬＥＤ发光体，在各发光体外分别罩设一个半球状ＰＣ透镜外壳，在透镜外壳与发光体和散热基板围成的空间内填充有无反射硅胶透镜材料，由此组成无反射高出光率单元ＬＥＤ光源，进而由各个单元ＬＥＤ光源组合扩容成为高光效、高散热性能和高功率的ＬＥＤ光源。该光源可制成广场照明灯、工矿照明灯、路灯、地铁及机场安全照明灯、医院和宾馆用照明灯等ＬＥＤ灯具产品，具有结构设计合理、制作成本低、散热性能好、光效率高、光衰减小、使用寿命长等优点。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本
技术实现思路
属于半导体照明应用
，涉及一种具有高 光效、高散热性能和高功率的LED光源。
技术介绍
近年来，具有节能、环保、长寿命等特性的LED照明市场已在全 球范围内进入了快速稳固的发展阶段。而大功率LED光源产品的研究 开发，主要是以国际上成熟的大功率LED发光芯片为基础所进行的功 率扩展、电源控制、光学设计、散热设计、应用设计等技术的研究开 发。解决了 LED发光芯片的散热及出光率难题，使大功率LED光源能 够最大限度的发挥LED发光芯片的功能。目前，由于单只LED灯的功率< 5w，尚达不到大功率照明的要求， 所以在大功率LED照明领域公知LED照明灯的光源 一般均采用由多只 小于或等于5w的LED芯片通过串联、并联组合而成。其基本封装工 艺结构是在一块散热基板上用银胶粘接多只蓝色发光LED芯片，在 LED芯片上面涂上硅胶质荧光粉，再在荧光粉上面平面封装保护硅 胶。上述公知的大功率LED光源结构虽然基本解决了 LED照明的功率 扩容问题，但它仍存在有出光效率低、功率密度低、组合功率小、散 热不充分、工艺难度大、加工周期长、成本高等不足。致使封装成品 的大功率LED光源性能较低、成^f艮高且功率较小。出现上述问题的 主要原因可以归结为1、在目前公知的大功率LED光源封装结构中，LED芯片所发出 的光束通过焚光粉后射入硅胶时形成180°光源，光线再从硅胶射入空 间。光线是由光密介质射入光疏介质，是两种不同折射率的介质，光 线会发生向偏离法线方向折射现象，当入射角大于临界角时会在硅胶 中产生全反射。其中iu = ns=1.53 ns为硅胶折射率 n2 = nA =1. 0 iu为空气折射率则由斯涅尔公式得6jsirT1( n2/ni) = siif1 ( 1/1. 53) = 41°。 因为硅胶出光面平面所致，光M硅胶射入空气中，仅当光束中 光线入射角度6 < 1x2 = 41、 2 = 82。的部分才能折射输出至 空气空间中，其余很大部分光线在硅胶内部形成全反射损耗，不能输 出到空气空间。如此就会使光通量损失40%左右；另一方面光线在硅 胶内的全反射能量产生热，使LED芯片温度升高，LED芯片工作在较 高温度上时会大幅度降低发光效率，使LED芯片产生发光衰减。2、 常规封装结构通过银胶把大功率LED芯片和散热a粘接在 一起。银胶是由高分子环氧胶和银粉颗粒混合组成的，制备时将银 胶在一定时间(90-120分钟)内以较高的温度(180-200° C)进行加 热，使混合物中的高分子环氧胶固化而完成粘接作用，由混合物中 的银粉颗粒完成导热和导电作用。在银胶固化过程中，高分子环氧 胶对银粉颗粒进行湿润，在银粉颗粒周围形成环氧胶包裹层，使固 化后银胶层的热阻和导电阻值都大幅度增大；电阻增大会使LED芯 片上的电压降(VF)增加，导致LED芯片热功耗加大；而热阻增大又 致使LED芯片上的热量不能充分快速的传导到散热基板上散发出去， 使LED芯片上的温度远高于散热基板的温度。大功率LED芯片工作 在很高温度上，必然会大幅度降低LED芯片的发光效率、降低LED 光源的性能以及降低大功率LED光源的功率密度。又由于银胶的固 化是在高温度(180~ 200° C)和长时间(90~120分钟)下进行的，也 会对LED芯片产生损伤，降低LED芯片的发光效率。此外，用银胶 粘接大功率LED光源的封装难度很大，封装周期^f艮长，成本也很高， 亦4吏对特大功率LED光源的封装难于实现。3、 常规封装用高温固化型硅胶调制荧光粉和制作表面保护透光 层，珪胶的固化过程需要在高温(150。 C)和长时间(120-200分钟)条 件烘烤完成，也会对LED芯片产生损伤，降低LED芯片的发光效率。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术存在的不足，进而提供一种 具有结构设计合理、制作成本低、散热性能好、耗电量低、光效率高、 光衰减小、使用寿命长等优点的无烘烤封装型高光效高散热性能高功 率LED光源。用于实现上述专利技术目的的技术解决方案是这样的所提供的无烘 烤封装型高光效高散热性能高功率LED光源具有一块由表面敷铜镀 镍铝基材料板制成的散热基板,在散热基板上通过加入了中性高粘度的LED芯片，在各LED芯片上面分别涂一层珪胶质荧光粉形成LED 发光体，在散热基板上各发光体外分别罩设一个薄型等厚半球状PC 透镜外壳，在PC透镜外壳与发光体和散热基板围成的空间内填充有 无反射硅胶透镜材料，由此组成无反射高出光率单元LED光源，进而 由各个单元LED光源组合扩容成为高光通量、高散热性能和高功率的 LED光源。与现有技术比较，本技术具有的主要优点是一、 无反射、高出光率本技术采用了无反射单元LED光源功率扩容封装技术，使单 元LED光源的出光角大幅度提高，在单元LED光源内部无光反射， 相邻单元LED光源间光干涉很小，光损拟艮小，使光输出效率较常 见功率扩容扩展技术增加光效率40%以上。二、 高散热性、高功率密度、高性能、特大功率、无需烘烤1、 本技术和目前公知的封装方式相比，使用锡铋银环保低 温焊锡骨，替代了银胶粘接材料。焊锡骨融化粘接是分子结构，银胶 固化粘接是4 颗粒结构，理论分析和实际测试表明，焊锡骨焊接比 银胶固化粘接提高散热效果20 ~ 50倍以上，使LED芯片上的热量能 充分快速的传导到散热基板上M出去，LED芯片和散热J41之间的 温度梯度很小，接近散热基板的温度。2、 焊锡膏焊接比银胶固化粘接的导电电阻要大幅度降低，指使 LED工作压降(VF)降低、热功耗降低，进而使LED芯片上的温度进一 步降低。高功率LED芯片工作在较低温度下，可大幅度提高LED芯片 的发光效率，提高了大功率LED光源的功率密度；此外SMT焊机的使 用，也使高功率LED光源的封装难度减小，封装周期缩短。此外，使 用SMT焊机固化速度快，不需烘烤。3、 焊锡骨焊接比银胶固化粘接的机械强度要大幅度提高；采用 低造价较粗规格硅铝线进行导电连接，使导线抗拉强度增加5倍以 上；采用镀镍铝基板，使导热基板具有很高的抗氧化性。4、 把LED芯片焊接在镀镍铝基板上的全过程，是锡4st4艮环保低 温焊锡骨在SMT机内进行多温段、短时间(全部温段共需要2 ~ 3分钟) 内完成的，最高温度150。 C温段内仅有20秒。避免了银胶的高温度、 长时间固化过程对LED芯片产生损伤，不会降低LED芯片的发光效率。5、 采用具有室温硫化型(RTV)、高透光率、高折射率和高挂壁性 能硅凝胶进行荧光粉调制和表面无反射透镜封装，使用室温固化。避 免了传统硅胶的长时间高温烘烤过程对LED芯片产生损伤，不会降低 LED芯片的发光效率。以上技术方案的实施使LED光源具有高散热性、高功率密度和高 可靠性，大大提高了大功率LED光源的使用寿命；降低了 LED光源的 光衰减。为高性能、特大功率(Po〉 500W)LED光源的批量生产奠定了 基础，提供了技术保障。三、低成本1、 本技术LED光源功率扩容釆用的封装技术和常见封装方 式相比，在相同光通量条件下，可减少LED芯片用量30%,减少珪胶 用量40%。2、 采用镀镍铝基板，替代了昂贵的镀金铝基板。目前市本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无烘烤封装型高光效高散热性能高功率ＬＥＤ光源，其特征在于具有一块由表面敷铜镀镍铝基材料板制成的散热基板（６），在散热基板（６）上通过加入了中性高粘度助焊剂的锡铋银环保低温焊锡膏（５）焊接有多个按行列式灯阵排布组成的ＬＥＤ芯片（４），在各ＬＥＤ芯片（４）上面分别涂一层硅胶质荧光粉（３）形成ＬＥＤ发光体，在散热基板（６）上各发光体外分别罩设一个薄型等厚半球状ＰＣ透镜外壳（１），在ＰＣ透镜外壳（１）与发光体和散热基板（６）围成的空间内填充有无反射硅胶透镜材料（２）。

【技术特征摘要】
1. 一种无烘烤封装型高光效高散热性能高功率LED光源，其特征在于具有一块由表面敷铜镀镍铝基材料板制成的散热基板(6)，在散热基板(6)上通过加入了中性高粘度助焊剂的锡铋银环保低温焊锡膏(5)焊接有多个按行列式灯阵排布组成的LED芯片(...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡家培，胡民海，
申请(专利权)人：胡家培，胡民海，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]