專利名稱：一種新型透明陶瓷led光源的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種LED光源，確切地講是一種新型透明陶瓷LED光源。
背景技術：
當前，國內外現行的LED封裝工藝中由于環氧樹脂具有優良的粘結性、電絕緣性、 密封性和介電性能且成本較低、易成型等優點成為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，受到了國內外研究者的廣泛關注，被認為是替代環氧樹脂的理想材料。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、高腐蝕性等惡劣環境下工作的能力較差。而且由于有機硅的生產工藝較復雜、成本較高，當前市場上的有機硅價格十分昂貴，不利于LED的推廣及應用。

發明內容
為了克服上述傳統封裝材料易老化、折射率不高等缺陷，本發明提出了一種新型透明陶瓷LED光源。本發明為了解決其技術問題所采用的技術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)選取規格型號相同的LED芯片備用；(3)將LED芯片置于相應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，對應于每一個LED芯片透明陶瓷材料設置為平面結構或由模具定型為突起的弧面結構。 所述LED光源LED芯片發射光的入射角控制在全反射臨界角以內，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構，固晶區域為平面或凹凸結構。
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。本發明的技術原理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生，將光線反射回芯片內部而無法有效導出，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。光由光密介質射向光疏介質時，入射角增大到某一數值時，折射角將達到90°，此時光疏介質中將不出現折射光線，入射角大于上述數值時即會發生全反射。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生全發射的臨界角為c = Arcsin(IAi) =Arcsin (1/1.5) = 42°，可見當LED芯片發光角度大于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構，單個芯片對應于出光面設置為凸弧曲面，從LED芯片發出的光線相對于弧面的入射角將控制在較小的范圍內，如此可減少全發射發生的機率，僅此技術可提高現有平面封裝LED光源光效15% -20%。本發明的有益效果=MgAl2O4透明陶瓷熱導率較高(17. Off/m · K)，約為環氧樹脂和有機硅的十倍，可以使工作中產生的熱量更為及時地傳遞出去，有利于降低熒光物質的工作溫度，延長熒光物質的壽命，有助于降低芯片結溫，從而可以提高工作電流，進一步提高 LED發光強度。MgAl204透明熒光陶瓷的折射率在1. 7左右，比環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，并為實現白光LED在高溫、高沖擊、腐蝕性等惡劣工作環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)選取規格型號相同的LED芯片備用；(3)將LED芯片置于相應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，對應于每一個LED芯片透明陶瓷材料設置為平面結構或由模具定型為突起的弧面結構。所述LED光源LED芯片發射光的入射角控制在全反射臨界角以內，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構，固晶區域為平面或凹凸結構。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構，固晶區域為平面或凹凸結構。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 用于傳統單顆封裝LED光源，在結果相仿的情況下將傳統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， 平面封裝時結構與傳統集成大功率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計，具體做法是透明陶瓷封裝于LED芯片表面及支架內，由模具固化形成帶陣列排布凸點的出光面，對應于每一個LED芯片透明陶瓷材料設置為平面結構或由模具定型為突起的弧面結構。
權利要求
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)選取規格型號相同的LED芯片備用；(3)將LED芯片置于相應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，對應于每一個LED芯片透明陶瓷材料設置為平面結構或由模具定型為突起的弧面結構。
2.根據權利要求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 芯片發射光的入射角控制在全反射臨界角以內，整個封裝面形成多個凸點陣列排布的出光
3.根據權利要求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整體封裝。
4.根據權利要求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構，固晶區域為平面或凹凸結構。
5.根據權利要求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，對應于每一個LED芯片透明陶瓷材料設置為平面結構或由模具定型為突起的弧面結構。透明陶瓷相較傳統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、穩定性和機械強度方面均優于傳統封裝材料。
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 優先權日2011年6月8日
發明者徐曉峰 申請人:徐曉峰