CN101694273A - 散热环槽发光二极管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种散热环槽的发光二极管，其特征是：在光学透镜非发光端，距离焊接点附近的内引电极(大截面紫铜极柱)上的绝缘分隔珠之间设置有散热环槽，对胶体封装LED散热环槽由于形成对流散热环槽，大大降低非发光端芯片贴合面到壳体表面的总热阻，实现降低芯片工作时的结温的目的。当采用玻璃作透明外壳，除将LED的焦点热能在真空状态下辐射迅速均化到整个被包容壳体内，从而改善芯片的散热条件外，并且绝缘分隔珠外表面设置反光层，可以克服环氧树脂受UV作用易老化发黑缺点，同时增加芯片正常工作状态下的光的射出效率，制造工艺过程的简化，大幅度地降低了LED的封装制造成本。

Description

散热环槽发光二极管

技术领域：

本发明涉及一种发光二极管(LED)，尤其是一种在光学透镜和绝缘分隔珠之间具有散热环槽的发光二极管。

背景技术：

现有的发光二极管(LED)是由实体环氧树脂外壳LED芯片、支承发光二极管芯片并由环氧树脂绝缘体连接两电极的电极支架、芯片与支架连接线(如果是有色光诱发互补光涂层形成的白光二极管，则有涂敷在蓝色、紫光或紫外光芯片光线射出端并罩住芯片的荧光变色粉涂层)构成，灌封胶体采用一次灌封胶体完成(即支架支撑胶体与光学透镜胶体合为一体)。实体透明透光外壳与LED支架及其他器件实行无间隙灌封，就现有LED来说、由于芯片功率的不断提高，发光强度不断增强，芯片本身的电流密度不断提高，因此芯片处的结点散热问题已经十分突出，再加上芯片被无间隙罩在环氧树脂绝缘体内，由壳头向外的散热通道被阻隔使芯片的散热导热条件变坏，据相关资料介绍芯片外传热能的95％是通过负极传导的，这样热源分布更不均匀，芯片要求的散热矛盾更为突出，中国专利局授权的文献：《发光二极管》专利号200510022149.0，专利公开号：CN100392880C，《发光二极管》专利号200510021787.0专利公开号：CN100373645C公开了两种在光学透镜和绝缘分隔珠之间完全用胶体封闭的发光二极管，进一步的研究发现，由于在内极柱和外引电极间由于对接截面的巨大变化使热量向外传导时在焊接点处形成热湍流和外引电极截面的变小，使用高导热材料材质情况下的散热効果改善不十分明显。对白光发光二极管而言，透明外壳采用环氧树脂灌封后，由于环氧的玻璃化转变温度一般在120至130度，所以允许的工作温度为80度，而芯片所能承受的温度为125度，因此环氧的使用使芯片的光电性能不能充分发挥。并且在绝大多数的户外使用条件下，受紫外线照射(UV)作用易老化发黑使白光LED由于产生光衰，发光强不断减弱。(有资料显示白光LED由于UV作用，在使用在4000小时时光衰达到35％)，因此上述LED存在缺陷，有待于作更进一步的改进。

发明内容：

虽然中国专利《微型光源电极支架》专利号：ZL200620034663.6专利公开号：CN20100440Y，中国专利《发光二极管》专利号2005100221490，专利公开号：CN100392880C发光二极管》专利号200510021787.0专利公开号：CN100373645C制成的LED，电极支架基材用紫铜或铜包覆铁镍合金丝材代替了铁质基材，减小了LED散热通道的热阻，但是进一步的研究表明，热传导的三种方式中在空气中最有効的传递方式是对流，在真空状态下对流方式的热传递効果虽然削弱，但其热幅射能力却大大加强，本发明的目地，通过两次胶体灌封或第一次胶体灌封后第二次玻璃气密性封接，实现LED电极支架针对各功能区的不同要求，分别配置满足使用要求的不同材料质地和不同结构的功能材料，尤其是针对芯片外传热能的95％是通过负极传导的，这样热源分布更不均匀，芯片要求的散热矛盾更为突出的问题，对负极极柱进行最大截面和大体量的结构设计，并在光学透镜和绝缘分隔珠之间设具有散热环槽，芯片通过粘结胶体所传出的焦点热在负极内电极柱上迅速被均化，由于内极柱的大截面中的一段(在光学透镜和绝缘分隔珠之间散热环槽中的紫铜段)未被绝热胶体覆盖因此能很好地与绕柱的介质进行热交换达到良好散热的目的，由于材料的节约和按功能配置功能材料使LED的封装建立在一个更高的性价比平台上，犹其是对于在照明运用中运用的LED通过采用本方案的实施，一方面，使目前占主流的直插式LED支架可以实现0.5w以下的芯片布片，其布片功率扩大将近十倍，使LED点阵式组合光源的集成効率大幅提高，相应加工成本大幅降低。另一方面就现有LED来说由于芯片非发光面散热通道的胶体密封段一般在2～3mm，因此形成了较大热阻的散热通道，本发明中由于绝缘分隔珠的设置使LED使用中所要求的结构强度的实现是由绝缘分隔珠来担当，因此芯片非发光面散热通道的胶体密封段可以设计在0.5mm左右因此其外传热通道上的热阻大大降低。在LED直插式支架结构中电流传导能力是足够的，而其外传热通道上的热阻已经严重影响芯片的焦点热的外传(以直径为0.31mm的紫铜外引线电极为例，其载流量可以达到3A)，因此对在LED散热通道和电流传导通道分别设置是完全必要的，无论采用在光学透镜和绝缘分隔珠之间具有散热环槽的外露对流散热的形式实现热交换，，还是在光学透镜和绝缘分隔珠之间具有散热环槽外罩气密封接的玻璃外壳使散热环槽处的内极柱通过幅射散热的形式实现热交换，都将进一步大大改善LED芯片的散热条件，大降低非发光端芯片贴合面到壳体表面的总热阻，实现降低芯片工作时的结温的目的。在玻璃气密性封接LED生产中，是运用在第一次珠体成型采用胶体封装，与联体模架一起完成机械加工、表面处理后再进行上胶、固晶、打线，再进行玻壳封接来实现的，本方案在玻璃气密性封接生产工艺上，由于等效采用与现有微型灯泡的生产流程基本相同的一种生产工艺，使方案实施的工艺性更加成熟，更能确保产品的大批量生产时的质量，使芯片的许用工作电流提高，在保证LED使用寿命的前提下，消除目前产品在UV作用下环氧树脂壳体易老化的缺陷，形成新的蓝光、紫光或紫外光转变成白光的白光发光二极管的新的制造技术

在本发明中，所述透明透光外壳对胶体封装LED可以采用环氧树脂壳体，也可采用透明透光外壳的其他高分子材料制作。

本发明的制作，对胶体封装LED通过下面方式实现，先将发光二极管复合材料电极(导丝)将其插入联体模架上进行灌封胶体后，待胶体完全固化后，依次进行机械加工、表面处理后制得具有绝缘分隔珠的发光二极管直插式复合材料支架，将绝缘分隔珠发光二极管复合材料电极支架放置于固晶点胶机上，将粘结胶均匀地涂敷于支架的负极极柱截面表面上，再用扩晶机将LED芯片膨胀拉开晶粒后，将晶粒置于固晶点胶机晶片专用夹具上，由固晶点胶头将置于负极极柱截面表面进行点胶和实施布晶。(也可以用人工在放大镜下手动实施)，固晶点胶完成后，再在打线机上实现芯片上两电极与支架外引电极的打线连接(超声波焊接)，最后将已实现固晶打线的发光二极管电极支架半成品置于胶体托架及联体模架组合体上使绝缘分隔珠朝向发光端的一侧与透明绝缘的透明透光外壳间在第二次灌封胶体时在光学透镜和绝缘分隔珠之间设置散热环槽使大截面紫铜极柱裸露形成对流散热环槽，从而制得LED的半成品，通过检测制得成品。

对蓝光、紫光或紫外光转变成白光的白光发光二极管通过下面方式实现，先将发光二极管复合材料电极(导丝)将其插入联体模架上灌封胶体进行灌封胶体后，依次进行机械加工、表面处理后制得具有绝缘分隔珠的发光二极管直插式复合材料支架，将绝缘分隔珠发光二极管复合材料电极支架放置于固晶点胶机上，将粘结胶均匀地涂敷于支架的负极极柱截面表面上，再用扩晶机将发蓝光、紫光或紫外光的LED芯片膨胀拉开晶粒后，将晶粒置于固晶点胶机晶片专用夹具上，由固晶点胶头将置于负极极柱截面表面进行点胶和实施布晶。(也可以用人工在放大镜下手动实施)，固晶点胶完成后，再在打线机上实现芯片上两电极与支架外引电极的打线连接(超声波焊接)，将空心绝缘的透明透光外壳置于一涂敷机上，将空心透明透光外壳的内凹面包容所有蓝色或紫色芯片发出的蓝光或紫光部份均匀地涂敷上荧光变色粉并烘干，最后将已实现固晶打线的发光二极管电极支架半成品与透明绝缘的透明透光外壳，通过封管机实施玻璃管真空溶合自动化组装封接，从而完成本发明的白光发光二极管的制作。

本发明中，对玻璃气密性封接发光二极管所述的空心透明透光外壳可以是玻璃，但也可以用其他透明透光化工材料制作，采用玻璃壳体为最佳，因玻璃的抗UV能力远优于其他透明透光材料。

与现有的同类产品相比较，本发明的有益效果在于：通过两次封装一次为胶体绝缘分隔珠支架封装，第二次为光学透镜壳体封装实现针对LED电极支架和光学透镜壳体各功能区的不同要求，分别配置满足使用要求的不同材料和不同结构功能材料，使LED的封装建立在一个更高的性价比平台上，犹其是对于将在照明运用中运用的LED通过采用本方案，使目前占主流的直插式LED支架上可以实现0.5w以下的芯片布片，其布片功率扩大将近十倍，使LED点阵式组合光源的集成効率大幅提高，相应加工成本大幅降低。对第二次胶体灌封的LED紫铜极柱裸露形成对流散热环槽，将进一步改善LED的散热条件。玻璃气密性封接发光二极管，距离焊接点附直的内引电极(大截面紫铜极柱)上，设置散热环槽，将LED的焦点热能在真空状态下幅射迅速均化到整个被包容壳体内，从而改善芯片的散热条件，荧光变色粉涂层由于是被涂敷的透明绝缘外壳的内凹面上，因此，不再无间隙包容蓝光、紫光或紫外光芯片改善了芯片的散热条件，并通过复合材料支架的高传热材料，将芯片发光时产生的热量迅速传递到散热环槽的裸露电极柱上，使芯片的节点温度控制在125度以下，使芯片在相同功率的前提下寿命得到延长，通过大电流的输入，发光强度得到提高。

本发明的内容结合以下实施例作更进一步的说明，但本发明的内容不仅限于实施例涉及的内容。

附图说明：

图1是实施例中胶体封装发光二极管的结构主视图。

图2是实施例中胶体封装发光二极管的结构府视图。

图3是实施例中玻璃气密性封接发光二极管的结构主视图。

图4是实施例中玻璃气密性封接发光二极管的结构府视图。

具体实施方式：

实施例一：如图1所示，本实施例中的胶体封装发光二极管是由复合材料制成的LED单绝缘珠电极支架，1、绝缘分隔珠，2、外引电极，3、正极大截面紫铜极柱，4、负极大截面紫铜极柱，5，LED芯片6，芯片与支架电极连接线7，芯片沾结胶，8，绝缘的透明透光外壳，9，散热环槽，所述的LED芯片5被置于芯片沾结胶7的表面，即LED芯片5被置于透明透光外壳8透镜的中心部位。芯片与支架电极连接线6分别被超声波焊接于LED复合材料电极支架的正负极柱和芯片正负极上，LED芯片5发出的光射向射出端。透明透光外壳8完成射出光线的二次整理并可靠固定复合材料电极支架的发光端，制成的装有LED芯片的非光线射出端，与绝缘透明透光外壳形成的9，散热环槽，完成芯片传出的热能与空气的对流散热。

实施例二：如图2所示，本实施例中的玻璃气密性封接发光二极管是由复合材料制成的LED绝缘分隔珠电极支架，1、带反光涂层的第一绝缘分隔珠，2、玻璃气密性封接绝缘分隔珠，3、正极大截面紫铜极柱，4、负极大截面紫铜极柱，5、荧光变色粉，6、芯片与支架电极连接线，7，发蓝光、紫光或紫外光的LED芯片，8，反光和导热涂层，9，芯片沾结胶，10，绝缘的透明透光外壳，11，外引电极，12，散热环槽，所述发蓝光、紫光或紫外光的LED芯片7被置于芯片沾结胶9的表面，即LED芯片7被置于透明透光外壳10透镜的中心部位。芯片与支架电极连接线6分别被超声波焊接于LED复合材料电极支架的正负极柱和芯片正负极上，玻璃气密性封接绝缘分隔珠2起绝缘分隔两外引电极引线的作用，同时玻璃气密性封接绝缘分隔珠的反光层将LED芯片7发出的射向反向的光线反射到光射出端。透明透光外壳10的散射光部份的内凹面被荧光变色粉5完全包容，即由发蓝光、紫光或紫外光的LED芯片7所发出的蓝或紫光，必须穿过荧光变色粉5涂层互补成白光后向外散射。即用凹面涂敷有荧光变色粉涂层后的空心透明透光外壳10，罩到复合材料电极支架制成的装有发蓝光或紫光的LED芯片7并实施电极连接的白光LED半成品上，在距离非发光端，距离焊接点附直的内引电极(大截面紫铜极柱)上，设置散热环槽12，将LED的焦点热能迅速均化到整个被包容壳体内，从而改善芯片的散热条件，通过封管机实施玻璃气密性封接绝缘分隔珠实施真空溶合自动化组装封接，实现本发明的玻璃气密性封接LED产品的制造。

Claims (4)

1.一种具有散热环槽的发光二极管，具有胶体封装复合材料电极支架、芯片与支架电极连接线、透明透光外壳、LED芯片、带反光涂层的绝缘分隔珠、荧光粉变色粉涂层，其特征是：在光学透镜非发光端，与距离焊接点附近的内引电极上的绝缘分隔珠之间设置有散热环槽。

2.如权利要求1所述的散热环槽的发光二极管，其特征是：所述透明透光外壳是玻璃外壳。

3.如权利要求1所述的散热环槽的发光二极管，其特征是：所述绝缘分隔珠外表面设置有反光涂层。

4.一种制造权利要求1所述导热环槽的发光二极管的方法，包含以下步骤：

a、首先将发光二极管中的复合材料电极插入联体模架上灌封胶体制得发光二极管中的复合材料电极支架；

b、再将复合材料电极支架放置于固晶点胶机上，将粘结胶均匀地涂敷于支架的负极极柱截面表面上；

c、再用夹具将芯片膨胀拉开晶粒后，将晶粒置于凸台的涂胶表面实施布晶；

d、在打线机上实现芯片上两电极与支架外引电极的打线连接；

e、将已实现固晶打线的发光二极管电极支架半成品实施与透明透光外壳的封接。

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