一種高功率LED的封裝結構的制作方法

本實用新型屬于半導體器件領域，尤其涉及一種用于高功率LED的封裝結構及封裝結構。

背景技術：

傳統的LED的封裝結構如圖1所示，是在LED芯片2表面加上硅膠涂敷層4對LED芯片和金線5進行保護，其LED芯片通過固晶膠3固定在支架1中，此種結構業內稱之為“正裝”結構。

公開日為2015年03月25日，公開號為CN 104465966 A的中國發明專利申請中，公開了一種“白光LED封裝結構及其封裝結構”，其封裝結構包括支架1、至少一個LED倒裝芯片2-1、一個熒光粉膠片6、透明硅膠涂敷層4，其中，LED倒裝芯片設置于LED支架內，LED倒裝芯片的正極貼合于LED支架的正極，LED倒裝芯片的負極與LED支架的負極連接，熒光粉膠片固定設置于LED倒裝芯片發光層的上部且完全覆蓋發光層，LED支架碗杯內灌封透明硅膠，LED倒裝芯片和熒光膠片包裹于透明硅膠內，此種結構業內稱之為“倒裝”結構。

可見，采用上述兩種技術方案封裝的LED芯片，是在芯片表面加上硅膠對芯片(以及金線)進行保護。由于硅膠是熱的不良導體，造成芯片表面熱量無法傳遞出去。且由于折射率的差異造成出光率降低。

其中白光封裝還需加入熒光粉，使藍光LED芯片通過熒光粉后激發為黃光，從而形成白光。

由于熒光粉為顆粒狀的，所以需通過硅膠等介質混合后涂覆與芯片表面。由于硅膠的導熱系數很低(大約在1w/℃左右)，這樣造成實際工作時，LED芯片溫度很高，散熱較為困難。其會導致兩個結果：一是LED芯片溫度高，造成LED芯片發光效率降低，出光減少了；二是過高的溫度導致熒光粉轉化效率降低，造成出光減少且光色溫變化。

對于大功率的LED芯片，上述缺陷顯得尤其明顯，嚴重制約了高功率LED的使用壽命和LED芯片功率的提高。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種高功率LED的封裝結構，其通過在LED芯片發光面上方設置一個固態透光導熱窗口層，在LED芯片周邊設置一個導熱空腔，利用氣體對流或與導熱窗口的接觸傳熱，增加芯片對外的熱傳導能力；同時，由于增加了固態透光導熱窗口層，使得用此結構可以制備大功率紫外封裝器件；本技術方案采用設置固態透光導熱窗口層的結構，由于沒有采用有機物的填充，且可以保護紫外芯片，同時增加了芯片的散熱能力，從而可以實現大功率紫外封裝器件制備；當針對制備白光LED時，在藍光芯片的上部增加了固態透光導熱窗口層，利用氣體對流或與導熱窗口的接觸傳熱，增加芯片對外的熱傳導能力；其在藍光芯片的上部增加了固態透光導熱窗口層，使得硅膠層以及硅膠層中的熒光粉不直接與LED芯片的發熱集中區域接觸，可大幅降低硅膠層及其中的熒光粉的工作溫度，使熒光轉換效率提高，且穩定性增加；本技術方案還可減小全反射角，提高出光率，解決了原有封裝結構出光較低、且色溫漂移的問題，能大幅提升低色溫LED發光器件的使用壽命。

本實用新型的技術方案是：提供一種高功率LED的封裝結構，所述的LED至少包括設置在支架中或基板上的LED芯片，其特征是：

在LED芯片的上方，設有一個固態透光導熱窗口層；

在LED芯片的周圍，設有一個圍壩；

所述的圍壩，以固態透光導熱窗口層為上底邊，以支架或基板為下底邊，由所述的圍壩充當側邊，在LED芯片的周邊，構成一個導熱空腔。

進一步的，當所述的LED芯片與支架或基板之間采用“倒裝”連接結構時，所述的固態透光導熱窗口層與LED芯片之間直接接觸。

具體的，所述的固態透光導熱窗口層為具有透光和導熱性能的透明固態材料層。

進一步的，所述的具有透光和導熱性能的透明固態材料層為藍寶石或玻璃。

進一步的，在所述固態透光導熱窗口層中，設置有導熱孔，所述的導熱孔平行于LED芯片的上表面設置，在固態透光導熱窗口層中構成橫向導熱孔結構。

進一步的，在所述固態透光導熱窗口層中，設置有導熱孔，所述的導熱孔垂直于LED芯片的上表面設置，在固態透光導熱窗口層中構成縱向導孔結構。

具體的，所述的圍壩為圍壩膠或支架。

具體的，所述的LED芯片為藍光芯片、紫外光芯片、紅外光芯片、綠光芯片或紅光芯片。

進一步的，在所述固態透光導熱窗口層的上方，還可設置有硅膠層或含有熒光粉的硅膠層。

本技術方案所述的封裝結構，在LED芯片的上方設置固態透光導熱窗口層，在LED芯片周邊構建導熱空腔結構，在LED芯片的周邊構建了一個散熱通道結構。

與現有技術比較，本實用新型的優點是：

1.當LED芯片與支架或基板之間采用“倒裝”連接結構時，由于LED芯片的出光面與固態透光導熱窗口層直接接觸；如果采用折射率大于硅膠(折射率為1.6左右)的材料時，可以減小全反射角提高出光率；

2.當LED芯片與支架或基板之間采用“倒裝”連接結構時，由于固態透光導熱窗口層緊貼在芯片層表面，故而可以幫助芯片導出部分熱量，從而幫助降低綜合熱阻。特別是采用藍寶石等高透光、高導熱的窗口材料時，效果更為顯著

3.針對多芯片封裝時，由于沒有了硅膠的存在，芯片之間出現了良好的散熱通道，從而降低了LED芯片中心部分的熱量；

4.由于增加了固態透光導熱窗口層，使熒光粉層離開了LED芯片發熱的集中區域，使熒光粉的工作溫度大幅降低，使熒光轉換效率提高，且穩定性增加。解決了原有的出光較低，且色溫漂移的現象；

5.由于固態透光導熱窗口層的存在，可以幫助熒光粉層進行一定的散熱，改善了熒光粉層的工作條件。特別是針對低色溫的器件，由于低色溫的器件要加入大量的紅光熒光粉，而紅光熒光粉的耐溫性能較差。通過該方法封裝后，可以有效降低熒光粉層的溫度，從而大幅提升低色溫器件的工作壽命。

附圖說明

圖1是現有LED芯片的“正裝”封裝結構；

圖2是現有LED芯片的“倒裝”封裝結構；

圖3是本實用新型對“倒裝”LED芯片的封裝結構；

圖4是本實用新型對“正裝”LED芯片的封裝結構；

圖5是固態透光導熱窗口層中橫向導熱結構的結構示意圖；

圖6是固態透光導熱窗口層中縱向導熱結構的結構示意圖。

圖中1為支架，2為LED芯片，3為固晶膠，4為硅膠涂敷層，5為金線，6為熒光粉膠片，7為固態透光導熱窗口層，8為圍壩，9為導熱空腔，10為橫向導熱孔，11為縱向導熱孔。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。

本實用新型的技術方案提供了一種高功率LED的封裝結構，所述的LED至少包括設置在支架中或基板上(以下簡稱為支架)的LED芯片(為了簡潔，以下將圖3中的LED倒裝芯片和圖4中的正裝LED芯片均簡稱為LED芯片)，其發明點在于：

在LED芯片2的上方，設置一個固態透光導熱窗口層7；

在LED芯片的周圍，設置一個圍壩8；

通過設置所述的圍壩，以固態透光導熱窗口層為上底邊，以支架1為下底邊，由所述的圍壩充當側邊，在LED芯片的周邊，構成一個導熱空腔9；

所述的高功率LED封裝結構，通過在LED芯片的上方設置固態透光導熱窗口層和在LED芯片周邊構建導熱空腔結構，在LED芯片的周邊形成了良好的散熱通道，降低了綜合熱阻，從而有助于LED芯片中心部分熱量的導出，提高了出光率，且能大幅提升低色溫LED發光器件的使用壽命。

其固態透光導熱窗口層由具有透光和導熱性能的固態材料構成，可采用藍寶石或玻璃層等高透光率且耐溫的透明固態材料層。

其所述的圍壩采用圍壩膠或支架制成，用于放置和固定固態透光導熱窗口層。

進一步的，在所述固態透光導熱窗口層的上方，設置有硅膠層或含有熒光粉的硅膠層4(見圖3、圖4中所示)。

圖3給出的是對于“倒裝”結構的LED芯片，本技術方案的一個封裝結構實施例。

圖4給出的是對于“正裝”結構的LED芯片，本技術方案的一個封裝結構實施例。

本技術方案所述的高功率LED封裝結構，通過在LED芯片的上方增加設置了固態透光導熱窗口層和在LED芯片周邊構建導熱空腔結構，使得硅膠層以及硅膠層中的熒光粉不直接與LED芯片的發熱集中區域接觸，可有效降低硅膠層及其中的熒光粉的工作溫度，使熒光轉換效率提高，且穩定性增加。

如果是制備白光LED，則在固態透光導熱窗口層上方加入/覆蓋熒光粉層即可(見圖3、圖4中的標記4所示)。其所述的熒光粉層可以采用熒光粉加硅膠的混合 材料，也可以采用熒光粉噴涂等工藝附著在固態透光導熱窗口層上。

本技術方案通過在LED芯片發光面上方設置一個固態透光導熱窗口層，在LED芯片周邊設置一個導熱空腔，利用氣體對流或與導熱窗口的接觸傳熱，增加芯片對外的熱傳導能力。

此外由于本技術方案增加了固態透光導熱窗口層，使得用此封裝結構可以制備大功率紫外封裝器件。因為紫外器件對于有機物壽命影響較大，故而在原有的封裝方式均很難實現大功率紫外模塊的封裝。采用固態透光導熱窗口層的方式，由于沒有采用有機物的填充，且可以保護紫外芯片，同時增加了芯片的散熱能力，從而可以實現大功率紫外封裝器件制備。

當針對制備白光LED時，本技術方案在藍光芯片的上部增加了固態透光導熱窗口層，使得硅膠層以及硅膠層中的熒光粉不直接與LED芯片的發熱集中區域接觸，可大幅降低硅膠層及其中的熒光粉的工作溫度，使熒光轉換效率提高，且穩定性增加；可減小全反射角，提高出光率，解決了原有封裝結構出光較低、且色溫漂移的問題，能大幅提升低色溫LED發光器件的使用壽命。

所述的高功率LED封裝結構，通過在LED芯片的上方設置固態透光導熱窗口層和在LED芯片周邊構建導熱空腔結構，在LED芯片的周邊形成了良好的散熱通道，降低了綜合熱阻，從而有助于LED芯片中心部分熱量的導出，提高了出光率，可克服原有封裝結構出光較低，色溫漂移的缺陷，且能大幅提升低色溫LED發光器件的使用壽命。

進一步的，如圖4中所示，當所述的LED芯片與支架或基板之間采用“倒裝”連接結構時，所述的固態透光導熱窗口層與LED芯片之間直接接觸，以減小全反射角，提高出光率；通過固態透光導熱窗口層幫助LED芯片導出部分熱量，有助于LED芯片中心部分熱量的導出和傳遞，從而降低高功率LED的整體綜合熱阻。

此時，由于LED芯片的出光面與固態透光導熱窗口層直接接觸。若采用折射率大于硅膠(其折射率為1.6左右)的材料時，可以減小全反射角，提高出光率。

其所述的固態透光導熱窗口層由具有透光和導熱性能的固態材料構成；所述的具有透光和導熱性能的固態材料至少包括藍寶石或玻璃。

由于固態透光導熱窗口層緊貼在LED芯片層表面，故而可以幫助LED芯片導出部分熱量，從而幫助降低整個LED的綜合熱阻。特別是采用藍寶石等高透光、高導熱的材料作為固態透光導熱窗口層時，其散熱效果更為顯著。

更進一步的，如圖5、圖6中所示，在所述固態透光導熱窗口層7中，設置有 導熱孔，對于采用“正裝”結構的LED芯片，所述的導熱孔可以平行于LED芯片的上表面設置，在固態透光導熱窗口層中構成橫向導熱結構10。

或者，對于采用“倒裝”結構的LED芯片，所述的導熱孔可以垂直于LED芯片的上表面設置，在固態透光導熱窗口層中構成縱向導熱結構11。

本技術方案所述高功率LED的封裝結構，通過在固態透光導熱窗口層中設置橫向或縱向導熱結構，進一步改善LED芯片的散熱能力及散熱效果。

當采用藍光LED芯片，且LED芯片上方無硅膠層或含有熒光粉的硅膠層時，上述縱向或橫向導熱結構的設置，可明顯改善LED芯片的散熱能力及散熱效果。

本技術方案中的圍壩，可以采用圍壩膠(即常規的粘結膠料或環氧膠均可)制成，目的是為了放置固態透光導熱窗口層，亦可采用類似的支架方式將固態透光導熱窗口層進行相應的固定。

由于本實用新型的技術方案，通過設置固態透光導熱窗口層以及在LED芯片周邊設置導熱空腔，有效地降低了LED芯片的溫度，提高了LED芯片的發光效率；換句話說，在同樣散熱條件和環境溫度下，采用本技術方案，可以使用功率更大的LED芯片，從而提高了LED燈具的可照明功率和發光量，能為用戶提供更高的照度和光流量。

同時，通過設置固態透光導熱窗口層和在LED芯片周邊構建導熱空腔結構，有助于LED芯片中心部分熱量的導出，可提高LED芯片的出光率，克服原有封裝結構出光較低，色溫漂移的缺陷，且能大幅提升低色溫LED發光器件的使用壽命。

本實用新型的技術方案，通過設置固態透光導熱窗口層，還可有效幫助熒光粉層進行一定的散熱，改善熒光粉層的工作條件(特別是針對低色溫的LED芯片或照明燈具)，由于低色溫LED芯片的熒光粉層中需要加入大量的紅光熒光粉，而紅光熒光粉的耐溫性能較差。采用本技術方案所述的方法進行封裝后，可以有效降低熒光粉層的溫度，從而大幅提升低色溫器件壽命。

本實用新型可廣泛用于LED芯片及發光器件的封裝領域。