專利名稱：一種新型透明陶瓷led光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED光源，確切地講是一種新型透明陶瓷LED光源。
背景技術(shù)：
當前，國內(nèi)外現(xiàn)行的LED封裝工藝中由于環(huán)氧樹脂具有優(yōu)良的粘結(jié)性、電絕緣性、 密封性和介電性能且成本較低、易成型等優(yōu)點成為LED封裝的主流材料。但是隨著LED亮度和功率的不斷提高，對LED的封裝材料提出更高的要求，而環(huán)氧樹脂自身存在的吸濕性、 易老化、耐熱性差、高溫和短波光照下易變色等缺陷暴露了出來，從而大大影響和縮短LED 器件的性能和使用壽命。為了解決環(huán)氧樹脂存在的上述問題，有機硅材料由于具有良好的透明性、耐高低溫性、耐候性、絕緣性等，受到了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注，被認為是替代環(huán)氧樹脂的理想材料。但有機硅作為封裝材料也存在一些缺點，有機硅的折射率在1. 5左右， 與LED芯片的折射率相差較大，不利于光的輸出；另外，有機硅雖然較環(huán)氧樹脂在耐熱性、 力學性能方面有所提高，但在高溫、高腐蝕性等惡劣環(huán)境下工作的能力較差。而且由于有機硅的生產(chǎn)工藝較復雜、成本較高，當前市場上的有機硅價格十分昂貴，不利于LED的推廣及應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述傳統(tǒng)封裝材料易老化、折射率不高等缺陷，本發(fā)明提出了一種新型透明陶瓷LED光源。本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種新型透明陶瓷LED光源，由基板、支架、LED芯片、正負電極和透明陶瓷封裝材料構(gòu)成，基板和支架組成LED光源骨架，LED芯片固晶于高導熱基板，并由金線連接于正負電極，LED芯片由透明陶瓷封裝，封裝面設(shè)置為平面或曲面，其具體步驟如下(1)分別制作基板、支架和電極，再將基板、支架和電極組合安裝想成整體光源支架；(2)選取規(guī)格型號相同的LED芯片備用；(3)將LED芯片置于相應(yīng)固晶位置由固晶材料固化；(4)將導線焊接于LED芯片兩極后連接于光源正負電極極；(5)最后由透明陶瓷材料整體封裝，透明陶瓷由模具固化形成帶陣列排布凸點的出光面或平面出光面，對應(yīng)于每一個LED芯片透明陶瓷材料設(shè)置為平面結(jié)構(gòu)或由模具定型為突起的弧面結(jié)構(gòu)。 所述LED光源LED芯片發(fā)射光的入射角控制在全反射臨界角以內(nèi)，整個封裝面形成多個凸點陣列排布的出光面。所述LED光源單芯片封裝或多芯片陣列排布后串并聯(lián)整體封裝。所述封裝基板由高導熱金屬、陶瓷材料或合金制成片狀結(jié)構(gòu)，固晶區(qū)域為平面或凹凸結(jié)構(gòu)。
所述透明陶瓷選用高純原料，通過工藝手段排除氣孔獲得，其折射率大于1. 7。本發(fā)明的技術(shù)原理LED芯片折射率約2-4，如GaN (η = 2. 5)及GaP (η = 3. 45)均遠高于環(huán)氧樹脂或硅氧烷樹脂封裝材料折射率(n = 1.40-1. 53)，折射率差異過大導致全反射發(fā)生，將光線反射回芯片內(nèi)部而無法有效導出，因此提高封裝材料的折射率將可減少全反射的發(fā)生。以藍光芯片/黃色YAG熒光粉的白光LED組件為例，藍光LED芯片折射率為2. 5，當封裝材料的折射率從1. 5時提升至1. 7時，光取出效率提升了近30%;因此，提升封裝材料的折射率降低芯片與封裝材料間折射率差異來達到提升出光效能。光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，入射角增大到某一數(shù)值時，折射角將達到90°，此時光疏介質(zhì)中將不出現(xiàn)折射光線，入射角大于上述數(shù)值時即會發(fā)生全反射。通常使用的有機硅封裝材料折射率約為1.5，空氣折射率常視為1，因此有機硅封裝材料發(fā)生全發(fā)射的臨界角為c = Arcsin(IAi) =Arcsin (1/1.5) = 42°，可見當LED芯片發(fā)光角度大于42°時光線將很難射出，這也導致集成封裝LED光源光效低于單顆封裝光源，本發(fā)明將集成封裝 LED光源出光面制作成帶有多個突起的非平面結(jié)構(gòu)，單個芯片對應(yīng)于出光面設(shè)置為凸弧曲面，從LED芯片發(fā)出的光線相對于弧面的入射角將控制在較小的范圍內(nèi)，如此可減少全發(fā)射發(fā)生的機率，僅此技術(shù)可提高現(xiàn)有平面封裝LED光源光效15% -20%。本發(fā)明的有益效果=MgAl2O4透明陶瓷熱導率較高(17. Off/m · K)，約為環(huán)氧樹脂和有機硅的十倍，可以使工作中產(chǎn)生的熱量更為及時地傳遞出去，有利于降低熒光物質(zhì)的工作溫度，延長熒光物質(zhì)的壽命，有助于降低芯片結(jié)溫，從而可以提高工作電流，進一步提高 LED發(fā)光強度。MgAl204透明熒光陶瓷的折射率在1. 7左右，比環(huán)氧樹脂和有機硅有較大提高，有研究表明當封裝材料的折射率從1. 5時提升至1. 7時，光取出效率可提升近30%。由于透明熒光陶瓷有比環(huán)氧樹脂和有機硅更高的熱導率和折射率，可同時解決散熱和高效率問題；由于陶瓷材料有比有機材料更高的強度、硬度、更耐腐蝕，能夠大幅度提高LED制品的壽命，并為實現(xiàn)白光LED在高溫、高沖擊、腐蝕性等惡劣工作環(huán)境下長時間工作的使用提供了可能性。
具體實施例方式一種新型透明陶瓷LED光源，由基板、支架、LED芯片、正負電極和透明陶瓷封裝材料構(gòu)成，基板和支架組成LED光源骨架，LED芯片固晶于高導熱基板，并由金線連接于正負電極，LED芯片由透明陶瓷封裝，封裝面設(shè)置為平面或曲面，其具體步驟如下(1)分別制作基板、支架和電極，再將基板、支架和電極組合安裝想成整體光源支架；(2)選取規(guī)格型號相同的LED芯片備用；(3)將LED芯片置于相應(yīng)固晶位置由固晶材料固化；(4)將導線焊接于LED芯片兩極后連接于光源正負電極極；(5)最后由透明陶瓷材料整體封裝，透明陶瓷由模具固化形成帶陣列排布凸點的出光面或平面出光面，對應(yīng)于每一個LED芯片透明陶瓷材料設(shè)置為平面結(jié)構(gòu)或由模具定型為突起的弧面結(jié)構(gòu)。所述LED光源LED芯片發(fā)射光的入射角控制在全反射臨界角以內(nèi)，整個封裝面形成多個凸點陣列排布的出光面。所述LED光源單芯片封裝或多芯片陣列排布后串并聯(lián)整體封裝。所述封裝基板由高導熱金屬、陶瓷材料或合金制成片狀結(jié)構(gòu)，固晶區(qū)域為平面或凹凸結(jié)構(gòu)。所述透明陶瓷選用高純原料，通過工藝手段排除氣孔獲得，其折射率大于1. 7。封裝基板由高導熱金屬或合金制成片狀結(jié)構(gòu)，固晶區(qū)域為平面或凹凸結(jié)構(gòu)。透明陶瓷選用高純原料，通過工藝手段排除氣孔獲得，其折射率大于1. 7。實施例1 用于傳統(tǒng)單顆封裝LED光源，在結(jié)果相仿的情況下將傳統(tǒng)樹脂材料或有機硅材料換作MgA1204透明陶瓷，可有效提高取光效率和散熱性能。實施例2 用于集成大功率LED光源模組封裝有兩種模式，平面封裝和曲面封裝， 平面封裝時結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)集成大功率LED光源模組相似，而用作曲面封裝時主要是基于盡量減少全反射而設(shè)計，具體做法是透明陶瓷封裝于LED芯片表面及支架內(nèi)，由模具固化形成帶陣列排布凸點的出光面，對應(yīng)于每一個LED芯片透明陶瓷材料設(shè)置為平面結(jié)構(gòu)或由模具定型為突起的弧面結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種新型透明陶瓷LED光源，由基板、支架、LED芯片、正負電極和透明陶瓷封裝材料構(gòu)成，基板和支架組成LED光源骨架，LED芯片固晶于高導熱基板，并由金線連接于正負電極，其特征在于LED芯片由透明陶瓷封裝，封裝面設(shè)置為平面或曲面，其具體步驟如下(1)分別制作基板、支架和電極，再將基板、支架和電極組合安裝想成整體光源支架；(2)選取規(guī)格型號相同的LED芯片備用；(3)將LED芯片置于相應(yīng)固晶位置由固晶材料固化；(4)將導線焊接于LED芯片兩極后連接于光源正負電極極；(5)最后由透明陶瓷材料整體封裝，透明陶瓷由模具固化形成帶陣列排布凸點的出光面或平面出光面，對應(yīng)于每一個LED芯片透明陶瓷材料設(shè)置為平面結(jié)構(gòu)或由模具定型為突起的弧面結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型透明陶瓷LED光源，其特征在于所述LED光源LED 芯片發(fā)射光的入射角控制在全反射臨界角以內(nèi)，整個封裝面形成多個凸點陣列排布的出光
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型透明陶瓷LED光源，其特征在于所述LED光源單芯片封裝或多芯片陣列排布后串并聯(lián)整體封裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型透明陶瓷LED光源，其特征在于所述封裝基板由高導熱金屬、陶瓷材料或合金制成片狀結(jié)構(gòu)，固晶區(qū)域為平面或凹凸結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型透明陶瓷LED光源，其特征在于所述透明陶瓷選用高純原料，通過工藝手段排除氣孔獲得，其折射率大于1. 7。
全文摘要
一種新型透明陶瓷LED光源，由基板、支架、LED芯片、正負電極和透明陶瓷封裝材料構(gòu)成，基板和支架組成LED光源骨架，LED芯片固晶于高導熱基板，并由金線連接于正負電極，LED芯片由透明陶瓷封裝，透明陶瓷由模具固化形成帶陣列排布凸點的出光面或平面出光面，對應(yīng)于每一個LED芯片透明陶瓷材料設(shè)置為平面結(jié)構(gòu)或由模具定型為突起的弧面結(jié)構(gòu)。透明陶瓷相較傳統(tǒng)封裝材料具有更高的折射率，由此封裝的LED光源具有較高的取光效率，同時透明陶瓷在導熱系數(shù)、穩(wěn)定性和機械強度方面均優(yōu)于傳統(tǒng)封裝材料。
文檔編號H01L33/48GK102244182SQ20111015705
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者徐曉峰 申請人:徐曉峰