一種采用cob封裝的大功率led結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)，屬于光電子器件技術(shù)領(lǐng)域。包括散熱器，以及位于散熱器之上的LED芯片結(jié)構(gòu)和封裝層，所述散熱器為電絕緣散熱器。本發(fā)明提供的大功率LED結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有LED結(jié)構(gòu)相比，去掉了絕緣層、金屬基板、導(dǎo)熱硅膠層，縮短了傳熱路徑，改善了散熱性能，降低了芯片結(jié)溫；本發(fā)明封裝層表面為高低起伏的凸起或/和凹陷，有效提高了芯片的出光效率；本發(fā)明散熱器表面開設(shè)凹槽，進一步縮短了散熱路徑，提高了散熱性能；本發(fā)明大功率LED結(jié)構(gòu)制作成本低，結(jié)構(gòu)簡單，有利于實現(xiàn)大規(guī)模批量化生產(chǎn)。
【專利說明】
一種采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，LED)具有體積小、壽命長、功耗低、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于照明、背光顯示、汽車車燈等日常生活中。目前應(yīng)用最廣泛的是大功率LED，但隨著芯片功率的增加，大功率LED的散熱問題越來越嚴(yán)重。集聚在LED芯片上的熱量不僅影響其電子性能，也會影響其亮度和顏色。隨著溫度的升高，光譜會發(fā)生紅移，發(fā)光效率下降;且溫度過高會使熒光粉的效率和壽命降低，造成LED芯片的發(fā)光性能差、壽命低甚至器件的永久損壞。
[0003]COB封裝是指大尺寸封裝支架上固定多顆LED芯片，通過打線相互串并聯(lián)，涂布混合熒光粉硅膠，并固化硅膠的封裝形式，結(jié)構(gòu)如圖1所示。COB封裝中是將多顆LED芯片固定于金屬基板上，通過多顆LED芯片在基板上的合理布局可有效避免金屬基板局部熱量的聚集，在一定程度上緩解了散熱不良的問題，同時多顆LED芯片又會使光亮更加均勻。COB封裝中的散熱途徑為芯片到固晶膠，再到絕緣層，然后通過導(dǎo)熱硅膠傳遞到散熱器件;但是絕緣層的熱導(dǎo)率很低，會影響傳熱效果，且COB封裝中表面涂覆的硅膠雖然會提高取光效率，但還是有光線會因為全反射被限制在芯片內(nèi)部，或者經(jīng)過多次全反射從芯片側(cè)面出射，甚至被吸收消耗掉，降低了芯片的出光效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對【背景技術(shù)】存在的缺陷，提出了一種采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)，有效解決了傳統(tǒng)COB封裝結(jié)構(gòu)中絕緣層的低熱導(dǎo)率導(dǎo)致傳熱差的問題。本發(fā)明大功率LED結(jié)構(gòu)散熱良好，芯片結(jié)溫低，出光率高。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]—種采用⑶B封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括散熱器2，以及位于散熱器之上的LED芯片結(jié)構(gòu)3和封裝層I，所述散熱器2為電絕緣散熱器。
[0007]進一步地，所述封裝層I表面為高低起伏的凸起或/和凹陷，所述凸起或凹陷為規(guī)則或/和不規(guī)則的圖形。
[0008]進一步地，所述封裝層I表面為規(guī)則的三角形凸起結(jié)構(gòu)。
[0009]進一步地，所述封裝層I為低折射率的有機高分子材料和熒光粉的混合物，所述低折射率的有機尚分子材料為環(huán)氧樹脂或娃膠等。
[0010]進一步地，所述散熱器2為電絕緣散熱器，包括陶瓷散熱器、氮化鋁散熱器等。
[0011]進一步地，所述散熱器2表面開設(shè)凹槽，所述LED芯片結(jié)構(gòu)3設(shè)置于凹槽內(nèi)，可有效縮短散熱路徑。
[0012]進一步地，所述散熱器2表面通過機械切割等方法開設(shè)凹槽，開設(shè)的凹槽的深度為
0.05?0.2mm。
[0013]進一步地，所述LED芯片結(jié)構(gòu)3包括多個串聯(lián)或者串并聯(lián)的LED芯片，多個LED芯片之間通過金線或鋁線實現(xiàn)串并聯(lián)連接。
[0014]一種采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟:
[0015]步驟1:在電絕緣散熱器表面通過固晶膠固定多個LED芯片，形成LED芯片結(jié)構(gòu)3;
[0016]步驟2:制備硅基粗化模板；
[0017]步驟3:在步驟I得到的帶LED芯片結(jié)構(gòu)3的電絕緣散熱器表面涂覆有機高分子材料和熒光粉的混合物，作為封裝層，將步驟2得到的硅基粗化模板倒壓在封裝層上，固化，取下粗化模板，即可得到本發(fā)明所述COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明提供的大功率LED結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有LED結(jié)構(gòu)相比，去掉了絕緣層、金屬基板、導(dǎo)熱硅膠層，縮短了傳熱路徑，改善了散熱性能，降低了芯片結(jié)溫;本發(fā)明大功率LED結(jié)構(gòu)的封裝層表面為高低起伏的凸起或/和凹陷，有效提高了芯片的出光效率;本發(fā)明大功率LED結(jié)構(gòu)中的散熱器2表面開設(shè)凹槽，進一步縮短了散熱路徑，提高了散熱性能;本發(fā)明大功率LED結(jié)構(gòu)制作成本低，結(jié)構(gòu)簡單，有利于實現(xiàn)大規(guī)模批量化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0019]圖1為【背景技術(shù)】中的采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的示意圖；其中，I為封裝層，2為散熱器，3為LED芯片結(jié)構(gòu)，4為金線，6為銅箔，7為固晶膠，8為圍壩膠，9為絕緣層，10為金屬基板，11為導(dǎo)熱硅膠；
[0020]圖2為【背景技術(shù)】中的采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的熱仿真圖；
[0021]圖3為【背景技術(shù)】中的采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的光仿真圖；
[0022]圖4為本發(fā)明采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，I為封裝層，2為散熱器，3為LED芯片結(jié)構(gòu)，4為金線，5為表面規(guī)則的三角形凸起結(jié)構(gòu)，6為銅箔，7為固晶膠，8為圍壩膠；
[0023 ]圖5為本發(fā)明采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)中LED芯片的一種串聯(lián)結(jié)構(gòu)；
[0024]圖6為本發(fā)明采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)中LED芯片的一種串并聯(lián)結(jié)構(gòu)；
[0025]圖7為本發(fā)明實施例采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的工藝制備流程圖；
[0026]圖8為本發(fā)明實施例采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的熱仿真圖；
[0027]圖9為本發(fā)明實施例采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的光仿真圖；
[0028]圖10為本發(fā)明實施例采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)中LED芯片的串并聯(lián)方式及尺寸參數(shù)。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和實施例，詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0030]如圖1所示，為【背景技術(shù)】中提到的現(xiàn)有的采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的示意圖，包括散熱器2以及依次位于散熱器2之上的導(dǎo)熱硅膠11、金屬基板10、絕緣層9、LED芯片結(jié)構(gòu)3和封裝層1，所述散熱器2為金屬散熱器，所述LED芯片結(jié)構(gòu)3通過固晶膠7固定于絕緣層9之上，所述散熱器兩端連接銅箔6作為電極引出，散熱器2和LED芯片結(jié)構(gòu)3表面覆蓋封裝層I，用于封裝器件，所述封裝層I的上表面為平整結(jié)構(gòu)，所述圍壩膠8包圍封裝層，防止封裝層材料的溢出。
[0031]進一步地，所述LED芯片結(jié)構(gòu)3包括多個串聯(lián)或者串并聯(lián)的LED芯片，通過全自動COB固晶機實現(xiàn)多個芯片的綁定，然后采用金線4實現(xiàn)多個LED芯片的串并聯(lián)。
[0032]圖2為【背景技術(shù)】中的采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的熱仿真圖；仿真條件為:室溫250C，芯片總熱功率為0.8W。由圖2可知，【背景技術(shù)】的大功率LED結(jié)構(gòu)的芯片結(jié)溫為98.7°C。圖3為【背景技術(shù)】中的采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的光仿真圖；仿真條件為:每個芯片發(fā)射光通量為0.051m，每個芯片光線條數(shù)為10000。由圖3可知，【背景技術(shù)】中采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的出光率為0.31404。
[0033]如圖4所示，為本發(fā)明采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；包括散熱器2，以及位于散熱器之上的LED芯片結(jié)構(gòu)3和封裝層1，所述散熱器2為電絕緣散熱器，所述LED芯片結(jié)構(gòu)3通過固晶膠7固定于散熱器2之上，所述散熱器2兩端連接銅箔6作為電極引出，散熱器2和LED芯片結(jié)構(gòu)3表面覆蓋封裝層I，用于封裝器件，所述圍壩膠8包圍封裝層，防止封裝層材料的溢出。本發(fā)明將LED芯片結(jié)構(gòu)3直接設(shè)置于散熱器2之上，去掉了絕緣層、金屬基板、導(dǎo)熱硅膠，縮短了傳熱路徑，具有更好的散熱性能。
[0034]進一步地，所述封裝層I表面為規(guī)則的三角形凸起結(jié)構(gòu)5，有效提高了芯片的出光效率。
[0035]進一步地，所述散熱器2表面通過機械切割等方法開設(shè)深度為0.05?0.2mm的凹槽，所述LED芯片結(jié)構(gòu)3設(shè)置于凹槽內(nèi)，可有效縮短散熱路徑。
[0036]進一步地，所述封裝層I為低折射率的有機高分子材料和熒光粉的混合物，使用前采用真空脫泡機去除有機高分子材料和熒光粉混合過程中形成的亞微米殘留氣泡。
[0037]進一步地，所述LED芯片結(jié)構(gòu)3包括多個串聯(lián)或者串并聯(lián)的LED芯片(如圖5、6所示)，通過全自動COB固晶機實現(xiàn)多個芯片的綁定;多個LED芯片通過固晶膠固定于散熱器之上，然后采用金線或鋁線實現(xiàn)多個LED芯片的串并聯(lián)。
[0038]進一步地，所述固晶膠7為導(dǎo)電銀漿或?qū)щ婂a漿，采用點膠機涂覆;所述金線4通過自動金絲球焊線機制得;所述圍壩膠8為有機硅膠，作用是防止封裝層材料的溢出。
[0039]實施例
[0040]—種采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)，包括散熱器2，以及位于散熱器之上的LED芯片結(jié)構(gòu)3和封裝層I;所述封裝層I為環(huán)氧樹脂與熒光粉的混合物;所述散熱器2為陶瓷散熱器，散熱器的尺寸為10mm* 10mm* 1.5mm,散熱器翅片的間距會影響與空氣的對流，翅片的厚度會影響與空氣接觸的面積，進而影響散熱器的性能和芯片結(jié)溫，本實施例經(jīng)過多方面優(yōu)化將散熱器翅片厚度設(shè)置為0.5mm，高度設(shè)置為8mm，間距設(shè)置為lmm;LED芯片的間距會影響散熱器表面的溫度梯度和各芯片結(jié)溫分布，也會影響光照度的最大值和平均值，本實施例經(jīng)過多次優(yōu)化后將芯片橫向間距設(shè)置為2mm，縱向間距設(shè)置為2mm，如圖10所示;所述散熱器2表面設(shè)置凹槽，凹槽深度為0.15mm，寬度為0.4mm。
[0041]圖7為本發(fā)明實施例采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的工藝制備流程圖；首先，在陶瓷散熱器表面通過機械切割的方法開設(shè)深度為0.15mm、寬度為0.4mm的凹槽，將銅箔6固定于陶瓷散熱器兩側(cè)，采用自動高精度點膠機將固晶膠7涂覆于凹槽內(nèi)，再采用全自動⑶B固晶機將LED芯片綁定在固晶膠7上，通過自動金絲球焊線機將LED芯片用金線4連接成圖10所示的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)，形成LED芯片結(jié)構(gòu)3;然后采用COB視覺圍壩點膠機將圍壩膠8精確涂覆于銅箔6上，150°C固化30min，隨后采用自動高精度點膠機將封裝層材料涂覆于圍壩膠8所圍區(qū)域，由于封裝層材料自身具有很好的流動性使其表面為平面結(jié)構(gòu)，采用具有規(guī)則的三角形凹陷的硅基粗化模板倒壓在封裝層上，在100?150°C下固化lh，取下粗化模板，即可得到實施例COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)。
[0042]圖8為實施例采用⑶B封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的熱仿真圖；仿真條件為:室溫25°C，芯片總熱功率為0.8W。由圖8可知，實施例采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的芯片結(jié)溫為95.80C，相比【背景技術(shù)】結(jié)構(gòu)降低了 2.9°C。
[0043]圖9為實施例采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的光仿真圖；仿真條件為:每個芯片發(fā)射光通量為0.051m,每個芯片光線條數(shù)為10000。由圖9可知，無論從照度最大值、最小值、平均值，還是光通量、光線總條數(shù)上，本發(fā)明LED結(jié)構(gòu)與【背景技術(shù)】相比，均顯示出更好的結(jié)果，本發(fā)明LED結(jié)構(gòu)的出光率為0.53565，相對于【背景技術(shù)】結(jié)構(gòu)的0.31404有大幅地提高。
【主權(quán)項】
1.一種采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括散熱器(2)，以及位于散熱器之上的LED芯片結(jié)構(gòu)(3)和封裝層(I)，所述散熱器(2)為電絕緣散熱器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述封裝層表面為高低起伏的凸起或/和凹陷。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述凸起或凹陷為規(guī)則或/和不規(guī)則的圖形。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述封裝層表面為規(guī)則的三角形凸起結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述封裝層為低折射率的有機高分子材料和熒光粉的混合物，所述低折射率的有機高分子材料為環(huán)氧樹脂或硅膠。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述電絕緣散熱器為陶瓷散熱器或氮化鋁散熱器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述散熱器(2)表面開設(shè)凹槽，所述LED芯片結(jié)構(gòu)(3)設(shè)置于凹槽內(nèi)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述凹槽采用機械切割法開設(shè)，凹槽的深度為0.05?0.2mm。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述LED芯片結(jié)構(gòu)包括多個串聯(lián)或者串并聯(lián)的LED芯片，多個LED芯片之間通過金線或鋁線實現(xiàn)串并聯(lián)連接。10.—種采用COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟: 步驟1:在電絕緣散熱器表面通過固晶膠固定多個LED芯片，形成LED芯片結(jié)構(gòu)(3); 步驟2:制備娃基粗化t旲板； 步驟3:在步驟I得到的帶LED芯片結(jié)構(gòu)(3)的電絕緣散熱器表面涂覆有機高分子材料和熒光粉的混合物，作為封裝層，將步驟2得到的硅基粗化模板倒壓在封裝層上，固化，取下粗化模板，即可得到本發(fā)明所述COB封裝的大功率LED結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01L33/54GK105932019SQ201610301123
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】周偉, 劉志強, 張小六, 張先偉, 趙建明, 鄒澤亞, 周楊昆
【申請人】電子科技大學(xué), 成都希格瑪光電科技有限公司