CN113725203A - 一种实现垂直结构芯片串联的led灯珠 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现垂直结构芯片串联的LED灯珠，LED支架上通过白道分为负极功能区和多个分割出的单独功能区，LED支架的一角设置有标识角，分割出的单独功能区中的六个单独功能区均通过固晶胶固定与芯片，芯片电极通过引线与负极焊盘和正极焊盘连接，负极焊盘和正极焊盘通过锡膏焊接在PCB板上，负极功能区侧设置有负极引脚，正极焊盘侧设置有正极引脚，反光面设置在焊盘四周；所述的芯片电极为负极，芯片底部为正极。本发明采用特殊设计将LED支架正负极的单一整块金属，划分为多块金属，再在多个金属区域分别固晶垂直结构芯片，通过焊接方式进行串联，以达到实现单颗LED灯珠高压的目的。

Description

一种实现垂直结构芯片串联的LED灯珠

技术领域

本发明涉及的是LED技术领域，具体涉及一种实现垂直结构芯片串联的LED灯珠。

背景技术

随着LED的光效不断提高，新的组合式模块的出现，也让单个LED管(模块)的功率不断提高。新型光学设计的突破与开发，使产品单一的局面也有望进一步扭转，这些逐步的改变，都体现出LED发光二极管在照明应用的广阔前景。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同，当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的有发红光、黄光、蓝光和绿光的二极管；当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管；砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。需要重点指出的是，目前，由于LED红光、黄光芯片电压范围在1.8-2.4V，且限制于制程和成本的关系，绝大部分此类芯片均采用垂直结构制作，实际应用中，无法满足高压的使用。

若需要将单颗红、黄光LED达到高压要求，目前的方法是在一款支架上放多颗水平结构的红光芯片，通过串联方式组成高压灯珠。此方式会导致红、黄光高压LED的成本非常高，主要的原因是水平结构的芯片价格比垂直结构的芯片价格高出2-3倍，会造成灯珠成本高好几倍。因此，针对以上方面，需要对现有技术进行合理的改进。

水平结构芯片串联，由于芯片有正负两个电极，芯片可以放置于功能区，焊线时线材可以直接焊接在芯片正负电极上。但如果是垂直结构芯片，芯片上仅有一个电极，则在现有常规的支架上，不能串联多颗单电极芯片。基于上述单电极芯片和常规支架的不匹配，现有的LED灯珠一般只放一颗单电极芯片，无法采用单电极多个芯片串联方案。

目前的LED支架正负极分别由单一的一整块金属（铜材或者铁材）组成，不便于单电极芯片进行串联方案的设计，从而存在如下缺点：

一：影响LED灯珠的信赖性：

从芯片结构分析：

对于制作LED芯片来说,衬底材料的选用是首要考虑的问题，应该采用哪种合适的衬底，需要根据设备和LED器件的要求进行选择；目前国际上的衬底基本上分如下三种材料：蓝宝石（AL2O3）、硅（Si）、碳化硅（SiC）。

SiC和Si材料衬底都是用来做单电极结构芯片的,因为这些衬底材料可导电,仅需在上面做单个电极，采用这种衬底的芯片又叫垂直结构芯片。

双电极结构一般是用蓝宝石作衬底的,因该材料不导电,所以,正负极都做在同一面,所以是双电极，采用这种衬底的芯片又叫水平结构芯片。

双电极芯片较单电极芯片存在以下缺点：

a.双电极芯片的导热性能没有单电极芯片好：

a-a）衬底不同：单电极采用SiC材料，导热系数490W/m·K,要比蓝宝石衬底高出10倍以上（蓝宝石AL2O3导热系数：46W/m·K）； 蓝宝石衬底同时存在以下问题：

1.晶格失配和热应力失配，会在外延层中产生大量缺陷；

2.蓝宝石是一种绝缘体，在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少；

3.增加了光刻，蚀刻工艺过程，制作成本高。

a.接触方式不同：单电极采用L接触（水平接触），热量可以直接由电极导出去；蓝宝石衬底采用V接触（垂直接触），热量散热路径增加。

b.抗静电能力：由于芯片材料和结构差异，单电极芯片的抗静电能力一般优于双电极芯片。

c.焊线方式不同：双电极芯片需要在电极上焊接两根引线；单电极芯片为上下电极，单引线垂直结构，只需单电极引线，电极底部直接通过导电胶或锡膏与支架固定连接，接触面积比在电极上焊引线大，从而在一定程度上可以提升灯珠的信赖性（例如：引线潜在的隐患有：焊接不良，线弧不当，断线等）。

由上述分析可以看出，单电极芯片在散热、ESD抗静电能力上明显优于双电极芯片，LED芯片作为LED灯珠的主要组成部件，芯片性能的好坏也直接影响到LED灯珠的性能。

二，LED芯片成本增加：例如现有的红光、黄光、橙光等单电极芯片，由于不便于串联，针对客户的4V\6V或者更高的电压要求，我们一般需要采用双电极水平结构红光、黄光、橙光芯片串联。但是双电极芯片成本价格远远高于单电极芯片，一般在2-3倍价格左右，而且同尺寸情况下双电极芯片亮度仅为单电极芯片亮度的一半甚至更低，这样就导致了同规格的LED成品需要增加一倍的灯珠颗数，从而造成LED成品的价格偏高，不容易被客户端接受。

综上所述，本发明设计了一种实现垂直结构芯片串联的LED灯珠。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种实现垂直结构芯片串联的LED灯珠，采用特殊设计将LED支架正负极的单一整块金属，划分为多块金属，再在多个金属区域分别固晶垂直结构芯片，通过焊接方式进行串联，以达到实现单颗LED灯珠高压的目的。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种实现垂直结构芯片串联的LED灯珠，包括负极功能区、负极引脚、标识角、正极引脚、引线、芯片、固晶胶、反光面、白道、分割出的单独功能区、负极焊盘和正极焊盘，LED支架上通过白道分为负极功能区和多个分割出的单独功能区，LED支架的一角设置有标识角，分割出的单独功能区中的六个单独功能区均通过固晶胶固定与芯片，芯片电极通过引线与负极焊盘和正极焊盘连接，负极焊盘和正极焊盘通过锡膏焊接在PCB板上，负极功能区侧设置有负极引脚，正极焊盘侧设置有正极引脚，反光面设置在焊盘四周；所述的芯片电极为负极，芯片底部为正极。

作为优选，所述的分割出的单独功能区包括a区焊盘、b区焊盘、c区焊盘、d区焊盘、e区焊盘、f区焊盘和g区焊盘，a区焊盘、b区焊盘、c区焊盘、d区焊盘、e区焊盘、f区焊盘均设置有芯片，a区焊盘的芯片电极连接至负极功能区，a区焊盘通过引线连接至b区焊盘上的芯片电极，b区焊盘通过引线连接c区焊盘上的芯片电极，c区焊盘通过引线连接f区焊盘上的芯片电极，f区焊盘通过引线连接e区焊盘上的芯片电极，e区焊盘通过引线连接d区焊盘上的芯片电极，d区焊盘通过引线与g区焊盘连接。

作为优选，所述的固晶胶采用导电银胶或锡膏等。

作为优选，所述的芯片采用单电极芯片或双电极芯片。

本发明具有以下有益效果：

1、解决垂直结构芯片串联问题：

本方案不仅可以对水平结构芯片串联，也可以将垂直结构芯片串联起来，突破垂直结构芯片不能串联的瓶颈，从而达到对灯珠各种电压的设计；

2、提升LED灯珠信赖性：

a：双电极或多电极等水平结构芯片，由于是蓝宝石衬底，结温过高和散热偏难的问题一直无法突破；

b：单电极LED芯片的ESD优于双电极;

c：单电极LED芯片，只需在一个电极上焊线。双电极或多电极芯片，需要在两个或多个电极上焊线，从而增加了焊线难度，容易出现焊线不良，线弧设计方式不当等隐患。

而且芯片与芯片之间无需再通过线材连接，仅需对LED晶片作线材焊接，焊线难度降低，焊线模式及线弧亦可按照常规方式打线，从而提升产品整体信赖性。

3、降低LED灯珠成本：目前市场上单电极的红，橙光等芯片的价格远低于双电极红，橙光等芯片；如果解决了单电极芯片串联的问题，随着技术的不断发展，蓝绿光等芯片也可以设计成单电极结构，这样会让灯珠更具有性价比。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的焊盘示意图；

图3为本发明的功能区示意图；

图4为本发明实施例的多个功能区划分示意图；

图5为本发明实施例的单电极与双电极芯片的串联示意图；

图6为本发明实施例的另一种单电极与双电极芯片的串联示意图；

图7为本发明实施例的5050支架尺寸示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1-7，本具体实施方式采用以下技术方案：一种实现垂直结构芯片串联的LED灯珠，包括负极功能区1、负极引脚2、标识角3、正极引脚4、引线5、芯片6、固晶胶7、反光面8、白道9、分割出的单独功能区10、负极焊盘11和正极焊盘12，LED支架上通过白道9分为负极功能区1和多个分割出的单独功能区10，LED支架的一角设置有标识角3，分割出的单独功能区10中的六个单独功能区均通过固晶胶7固定与芯片6，芯片电极通过引线5与负极焊盘11和正极焊盘12连接，负极焊盘11和正极焊盘12通过锡膏焊接在PCB板上，负极功能区1侧设置有负极引脚2，正极焊盘12侧设置有正极引脚4，反光面8设置在焊盘四周；所述的芯片6电极为负极，芯片底部为正极。

所述的分割出的单独功能区10包括a区焊盘、b区焊盘、c区焊盘、d区焊盘、e区焊盘、f区焊盘和g区焊盘，a区焊盘、b区焊盘、c区焊盘、d区焊盘、e区焊盘、f区焊盘均设置有芯片，a区焊盘的芯片电极连接至负极功能区，a区焊盘通过引线连接至b区焊盘上的芯片电极，b区焊盘通过引线连接c区焊盘上的芯片电极，c区焊盘通过引线连接f区焊盘上的芯片电极，f区焊盘通过引线连接e区焊盘上的芯片电极，e区焊盘通过引线连接d区焊盘上的芯片电极，d区焊盘通过引线与g区焊盘连接。

所述的固晶胶7采用导电银胶或锡膏等。

所述的芯片6采用单电极芯片。

实施例1：一款封装尺寸的LED：

一：LED支架胶材、形状尺寸的相关替代：

a)：塑胶材质：塑胶材质的作用在于固定功能区，并为电气线路的设计创造出相应安全的空间。因此：

a1）：塑胶材质的颜色和材料可以根据用途有多种设计：如白色PCT、白色PPA、黑色PPA、透明PC、白色EMC、白色陶瓷等；

a2）塑胶材质的形状和尺寸可以根据用途有多种设计。

b）：LED功能区：功能区的作用在于根据用途，设计成不同类型以满足相应的电气排布。因此：

b1）：功能区形状多样：可以和金属支架，塑胶材质结合固定出不同形状结构的功能区域；功能区可以根据用途划分为不同数量及形状的区块；不仅可以对一个功能区进行划分，也可以对两边的功能区进行划分。如图4所示。

b2）：电气设计多样化：不同形状设计的功能区可以排布多种芯片，以实现不同的设计用途。不仅可以实现单电极芯片间的串联，也可以实现单电极与双电极芯片的串联。如图5和图6所示。

c)：支架形状尺寸：支架整体形状尺寸可以根据设计者用途，设计出不同的形状及尺寸,因此：

c1）：支架杯口可以设计为圆形，方形，椭圆形等：

c2）支架尺寸可以设计为3528,5050,2835,5730，EMC3030,EMC5050等。以5050为例，如图7所示：

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种实现垂直结构芯片串联的LED灯珠，其特征在于，包括负极功能区(1)、负极引脚(2)、标识角(3)、正极引脚(4)、引线(5)、芯片(6)、固晶胶(7)、反光面(8)、白道(9)、分割出的单独功能区(10)、负极焊盘(11)和正极焊盘(12)，LED支架上通过白道(9)分为负极功能区(1)和多个分割出的单独功能区(10)，LED支架的一角设置有标识角(3)，分割出的单独功能区(10)中的六个单独功能区均通过固晶胶(7)固定与芯片(6)，芯片电极通过引线(5)与负极焊盘(11)和正极焊盘(12)连接，负极焊盘(11)和正极焊盘(12)通过锡膏焊接在PCB板上，负极功能区(1)侧设置有负极引脚(2)，正极焊盘(12)侧设置有正极引脚(4)，反光面(8)设置在焊盘四周；所述的芯片(6)电极为负极，芯片底部为正极。

2.根据权利要求1所述的一种实现垂直结构芯片串联的LED灯珠，其特征在于，所述的分割出的单独功能区(10)包括a区焊盘、b区焊盘、c区焊盘、d区焊盘、e区焊盘、f区焊盘和g区焊盘，a区焊盘、b区焊盘、c区焊盘、d区焊盘、e区焊盘、f区焊盘均设置有芯片，a区焊盘的芯片电极连接至负极功能区，a区焊盘通过引线连接至b区焊盘上的芯片电极，b区焊盘通过引线连接c区焊盘上的芯片电极，c区焊盘通过引线连接f区焊盘上的芯片电极，f区焊盘通过引线连接e区焊盘上的芯片电极，e区焊盘通过引线连接d区焊盘上的芯片电极，d区焊盘通过引线与g区焊盘连接；所述的芯片(6)采用单电极芯片。

3.根据权利要求1所述的一种实现垂直结构芯片串联的LED灯珠，其特征在于，所述的固晶胶(7)采用导电银胶或锡膏等。

4.根据权利要求1所述的一种实现垂直结构芯片串联的LED灯珠，其特征在于， 所述的芯片(6)采用双电极芯片或双电极芯片。

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