一种高功率高亮度LED光源封装结构及其封装方法技术

本发明专利技术公开了一种高功率高亮度LED光源封装结构及其封装方法。本发明专利技术的封装结构，包括散热板、线路板和LED模块；所述的LED模块是对LED芯片进行接触式散热处理、降低热应力处理以及绝缘处理后制成的LED模块；LED模块焊接在散热板上；线路板焊接或粘结在散热板上，使其分布在LED模块周围并于LED芯片进行电连接。本发明专利技术通过对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，具有稳定性高、存储寿命长、价格低廉等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于LED光源
，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。
技术介绍
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LED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占.(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。
技术实现思路
本专利技术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光源封装方法及封装结构，本专利技术通过对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。本专利技术的目的是通过以下技术方案解决的一种高功率高亮度LED光源封装方法，包括(1)对LED芯片进行接触式散热处理、对LED芯片进行降低热应力处理、对LED芯片进行绝缘处理三个处理环节后制成LED模块；(2)将LED模块焊接在散热板上；(3)将线路板焊接或粘结在散热板上，使其分布在LED模块周围并于LED芯片进行电连接。上述步骤(1)可以具体按照以下步骤执行在LED芯片底面设置应力缓释层对 LED芯片进行降低热应力处理，再设置绝缘层对LED芯片进行绝缘处理，然后采用散热基座对LED芯片进行接触式散热处理后制成LED模块。上述步骤(1)可以具体按照以下步骤执行在LED芯片底面设置应力缓释层对 LED芯片进行降低热应力处理；然后采用散热基座对LED芯片进行接触式散热处理；然后设置绝缘层对LED芯片进行绝缘处理后制成LED模块。上述步骤(1)可以具体按照以下步骤执行在LED芯片底面同时对LED芯片进行降低热应力处理和绝缘处理(比如，采用同一介质应力缓释-绝缘层同时实现降低热应力处理和绝缘处理功能)；然后采用散热基座对LED芯片进行接触式散热处理后制成LED模块。上述步骤(1)可以具体按照以下步骤执行在LED芯片底面同时对LED芯片进行降低热应力处理和散热处理(比如，采用同一介质应力缓释-散热层同时实现降低热应力处理和散热处理功能或者在散热基座上设置突起或者凹槽来同时实现降低热应力处理和散热处理)；然后设置绝缘层对LED芯片进行绝缘处理制成LED模块。上述步骤(1)可以具体按照以下步骤执行在LED芯片底面同时对LED芯片进行降低热应力处理、散热处理和绝缘处理制成 LED模块(比如，采用同一介质应力缓释-散热绝缘层同时实现降低热应力处理和散热处理和绝缘处理功能；或者在具有散热绝缘功能的材料上设置突起或者凹槽来同时实现降低热应力处理和散热处理和绝缘处理功能)。上述方案中，对LED芯片进行降低热应力处理，可以采用热膨胀系数与芯片相差小于20%的材料作为与芯片底面接触的应力缓释层的材料；或者可以在对LED芯片进行绝缘处理或者散热处理时选择的部件上设置突起或者凹槽进行降低热应力处理。上述应力缓释层在LED芯片底面与LED芯片接触或焊接，应力缓释层的材料热导率大于120W/m*K ；所述绝缘处理是由热导率大120W/m*K的绝缘层实现。上述LED芯片可以采用RGB单色或混色的三基色LED芯片；或者所述LED芯片是由多个单元并联或者串联或者混联而成的LED芯片组，所述单元即RGB单色或混色的三基色LED芯片。上述应力缓释层的材料为铜钨合金、陶瓷、金刚石或者金刚石铜复合材料；绝缘层的材料为陶瓷或金刚石；散热基座由铜、铜钨、金刚石或金刚石铜复合材料制成；散热板由铜、铜钨、银、金、金刚石或金刚石铜复合材料制成，或者采用水冷或风冷散热结构。上述应力缓释层的厚度最好小于1. 5mm。本专利技术提供的一种高功率高亮度LED光源封装结构，包括散热板、线路板和LED模块；所述的LED模块是对LED芯片进行接触式散热处理、降低热应力处理以及绝缘处理后制成的LED模块；LED模块焊接在散热板上；线路板焊接或粘结在散热板上，使其分布在LED 模块周围并于LED芯片进行电连接。上述线路板上与靠近所述LED模块的位置固定有用于监测LED芯片温度的热敏电阻。上述LED芯片可以是RGB单色或混色的三基色LED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LED芯片采用串联、并联、串并联结合或者分别独立与所述PCB板进行电连接。上述线路板可以使在高导热率的绝缘板上覆有高导电材料，预制形成电路；或者线路板采用PCB板。工作时，电流通过通过线路板加载在LED芯片上，LED芯片发光，同时大量热散出， 通过散热板将热及时散出。同时为了保持良好的散热效果，LED模块是直接焊接在散热板上，线路板只是分布在绝缘导热板周围。本专利技术具有以下优点(1)散热性好，本专利技术中对LED芯片经过接触式散热处理、进行降低热应力处理、 绝缘处理三个处理环节后制成LED模块，LED模块直接焊接在散热板上，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，本专利技术中对LED芯片进行了降低热应力处理，减少了热压应力的影响，有效的防止芯片断裂。(3)可用硬焊料，存储寿命长，性能稳定。(4) LE本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴胜，李小宁，宗恒军，郑艳芳，王警卫，
申请(专利权)人：西安炬光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：