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CN201820758U - 一种带有冷却装置的led集成结构 - Google Patents

一种带有冷却装置的led集成结构 Download PDF

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CN201820758U CN2010205361817U CN201020536181U CN201820758U CN 201820758 U CN201820758 U CN 201820758U CN 2010205361817 U CN2010205361817 U CN 2010205361817U CN 201020536181 U CN201020536181 U CN 201020536181U CN 201820758 U CN201820758 U CN 201820758U
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Abstract

一种带有冷却装置的LED集成结构，包括散热基板、LED芯片，LED芯片与散热基板固定，冷却装置包括设置在散热基板背离LED芯片一侧的散热液体容置箱、密封在散热液体容置箱内的液体冷却介质；散热基板将LED芯片和液体冷却介质隔离且LED芯片的背面完全被液体冷却介质覆盖；散热基板背离LED芯片的一侧与液体冷却介质直接接触并与液体冷却介质液密封，接触散热基板的液体冷却介质连成一片；优点是液体冷却介质不需与外部进行交换就可满足冷却需要，冷热液体之间的流动只需依靠冷热液体的不同比重即可完成，不需任何驱动液体流道装置，结构简单，比散热基板直接与空气接触，冷却效果更好。

Description

一种带有冷却装置的LED集成结构
技术领域
本实用新型涉及一种用于照明、背光源模组、电视机、LED点阵显示屏、投影设备等的带有冷却装置的LED集成结构，特别是涉及一种大功率的LED集成结构的冷却装置。
背景技术
LED光源，特别是大功率的LED光源，发光时热量集中，如果LED芯片产生的热量不及时散发出去，LED光源的温度过高，就会导致LED的光效降低、寿命低等，因此如何将LED芯片发光时产生的热量迅速有效的散发出去成了普及应用LED光源的瓶颈。如何提高LED光源的光效，以及如何提高LED光源的散热性能从而延长使用寿命，是目前行业上的重要技术难题。现有的解决LED光源的散热问题，一种方案是改善LED集成结构，使LED光源产生的热量更易散发出去，另一种方案是增加冷却结构。
现有常用的大功率LED集成结构通常采用支架封装成的单一个体LED发光管再集成的方式。
申请号为200810135621.5的发明专利中，公开了一种发光二极管封装装置、散热基座与电极支架组合及其方法，该发光二极管封装装置包含：一发光二极管晶粒、一由高导热材质制成且供晶粒接触放置的散热基座、一电极支架、一定位单元及一包覆体。散热基座由金属或陶瓷等高导热材质制成，包括底盘、本体及本体顶面的凹陷部。晶粒置于凹陷部的底面。电极支架由金属材质冲出成型，包括一基板及一自基板的镂空区周缘轴向延伸且界定出一容置空间的定位壁。定位单元设于散热基座与电极支架至少其中之一，用以使散热基座嵌卡固定于该电极支架的容置空间中。该定位单元可以是包括至少一个自该电极支架的定位壁内壁面凸出的卡榫凸点，也可以是包括一自该散热基座近顶面处径向向外凸伸的凸缘。包覆体以射出成型方式制成，将相互嵌卡固定的散热基座与电极支架部分包覆结合。
现有的这种发光二极管封装装置、散热基座与电极支架组合及其方法，存在以下缺陷和不足：
1)晶粒通过阶梯柱状的散热基座作第一散热体，由于柱状的散热基座不直接接触空气来散热，而且其具有一定的金属实心长度，由于需要较长的金属传导散热距离才能将热散发于空气，且散热基座与空气的接触面积小，因此晶粒发光时产生的热量会起到热聚集效应。为了提高散热性能，该散热基座一般还需设计与散热基座直接热传导接触的其它高散热性能的金属或陶瓷等散热件，透过散热件来最终散热。这种方式一方面增加了热传导散热的距离，另一方面由于散热基座与散热件分属两个零件，两者就是使用导热胶粘合在一起也还是有巨大的热阻，晶粒发光时基本上会保持散热基座这边温度很高，散热件这边温度与环境温度差不多的现象，达不到将散热基座上的热量迅速散发出去的目的，散热效果很差。
2)由于多了柱状的散热基座及电极支架等，与散热件又是不同的零件，所以零件多结构复杂，厚度较厚，不利于装配，成本也高；发光二极管与布图电路导电层的电性连接需经过电极支架，结构复杂，中间环节的热阻多，降低了LED芯片的发光效率及散热效率。
申请号为200720172030公开了一种引脚式大功率LED器件的封装结构，包括LED晶片、透镜、印刷PCB板、金属热沉体、金线和引脚；金属热沉体包括基座和该基座上的凸台，而且基座的上表面面积至少是凸台的上表面面积的2倍；印刷PCB板与基座胶粘在一起；在印刷PCB板下方的基座上设置有通孔，借助该通孔引脚与印刷PCB板电连接；透镜罩扣LED晶片和印刷PCB板并借助灌胶工艺粘固在印刷PCB板上。这种大功率的引脚式大功率LED器件，虽然增大了金属热沉体的基座面积，但散热效果还是较差，即使另外配置散热器，由于散热时须将LED芯片上的热量传导给凸台和基座上，再传给金属热沉体，再由金属热沉体传导给散热器，由于热传导增加了中间环节，以及很厚的金属传热体对应的很长的传热路径，因此热阻很高，导热效果很差。还有透镜要先靠罩扣在印刷PCB板上，再由灌胶来粘固是很难实现的，因为透镜先靠罩扣在印刷PCB板上时很难定位准确，以及灌胶时会使透镜移位，透镜位置无法准确定义。引脚要与印刷PCB板上方的布图电路电连接并穿过印刷PCB板和金属热沉体，加工复杂，工艺难度大，LED晶片与印刷PCB上的布图电路的电性连接需经过电极支架，结构复杂，中间环节的热阻多。
为了解决现有的大功率LED的集成结构的散热问题，现有技术中提出了LED集成结构的COB(Chip on Board)封装设计。与现有的支架式LED集成结构相比，由于该发明直接将芯片通过银胶或共晶焊料等固定在基板上，可以最大限度的减少中间环节的热阻，从而减少LED芯片p-n结到外部环境的热阻，可提高散热效率和发光效率。这种COB(Chip on Board)封装设计的优点在于每个LED芯片的电极都通过键合电极引线直接与金属焊盘形成欧姆接触，多路LED芯片阵列的形成是通过散热基板与LED芯片的电连接装置实现电性互联，即可实现LED芯片的串并联，又可提高产品的可靠性和合格率。而且外形尺寸小，厚度薄，易于装配，可用于照明、显示仪等对光源装配尺寸要求较高的场合。这种封装设计主要有以下几种方式：
申请号为200920112089.5的发明专利中，公开了一种COB封装的大功率LED路灯用装置，包括透镜、硅胶、金线、芯片、散热板等，在散热板上设置有5-50个凸台，芯片直接固定在散热板的凸台上，再通过散热板和散热板上的散热片散发出去。这种结构的大功率LED路灯，虽然散热效果较好，但由于没有定位透镜或成型透镜的塑胶件，透镜的定位不准，在透镜内预点上硅胶来封装芯片，一方面硅胶用量大，特别是用这种封装方式，封装硅胶固化后有气泡产生，严重影响LED芯片的发光质量，会导致散发出来的光线有光斑，阴影等光学先天缺陷，不利于LED光源的光学二次优化开发。
申请号为200820214808.X的发明专利中，公开了一种高效散热发光的大功率LED封装结构，包括透镜、基板与LED发光芯片，透镜固定于基板上表面，透镜下表面设有向上凸起的安装凹陷，LED发光芯片置于基板上表面并被安装凹陷扣盖，在安装凹陷所扣盖的基板上表面设有正、负发光电极，发光电极与LED发光芯片通过金属线连接，基板上表面设有与发光电极相连的正、负连接电极，在安装凹陷外侧的透镜下表面与基板上表面之间通过环形的胶粘层相粘结，在胶粘层的内孔与安装凹陷所形成的腔体内注满硅胶，在基板上开设有向胶粘层的内孔与安装凹陷所形成的腔体内连通的注胶通道，且透镜与基板均由水晶晶体制成。这种结构的大功率LED封装结构，缺点一是透镜与基板的固定靠胶粘层粘结，粘结固定不牢；缺点二是无定位透镜的定位机构，透镜靠与基板粘结时来定位，定位不准确，灌胶时容易使透镜位置偏离；缺点三是透镜通过粘结层固定在基板上，粘结层容易将注胶通道堵塞，影响注射硅胶；缺点四是电性连接LED发光芯片的金属线需与固定在基板上并置于透镜的安装凹陷部内的发光电极电性连接，发光电极再与连接电极电性连接，连接电极再与布图电路导电层电性连接，中间环节的热阻多，影响散热效率和发光效率。
申请号为200420112507.8的发明专利中，公开了一种大功率LED发光二极管，包括铝基板、银胶、晶片、金线、反射盖，铝基板为凸凹型碗杯形状，即在其中心处的底面有一圆形凹槽，与其对应的上面有一碗杯状凸台，凸台上装有塑胶框架，塑胶框架为圆形，中心设有圆孔，与圆孔同心开有两道凹槽，内外构成低高两道凸沿，底面对称设有两个圆柱脚，并装在碗杯状凸台两边的圆孔中，反射盖弧面较小接近于平盖，其下沿口涂有粘合胶水，装之于塑胶框架的凹槽内。塑胶框架底面涂有粘合胶水，其内填充有胶水。发光体晶片与反射盖底面距离H值较小。铝基板可以是梅花形状，也可以是圆形。该专利的组装步骤是，先将银胶点入铝基板凸台形碗杯内，再将晶片固定在银胶上，放入烤箱内烘烤145C°1小时，然后焊接金线，将镜片的正负极分别用金线焊接在铝基板正负极上，将塑胶框架底面涂上粘合胶水，插入铝基板定位孔内，将胶水填充进塑胶框架内烘烤，再将反射盖涂上粘合胶水，装入塑胶框架的凹槽内即可使用。该专利的缺点一是需要通过粘合胶水将塑胶框架与铝基板固定，在后续的封装工艺过程中，不耐高温，在高温条件下其固定的可靠性会受很大的影响；缺点二是在塑胶框架上没有注入填充胶水的通道，在装反射盖前就需填充胶水，如果不使用模具，胶水的形状无法控制，如果使用模具填充胶水，成本高；缺点三是是填充胶水后再将反射盖上涂上粘合胶水装入塑胶框架的凹槽内固定，这样一方面固定不可靠，位置关系固定不准确，另外反射盖与胶水间会有间隙，间隙内会有空气，也就是反射盖内会有空气，大大影响发光二极管的发光效果。还有该发明专利中的铝基板为碗杯形状，其上只有一个凸台，金线电性连接铝基板的正负极，从其文字和图公开的内容来看，铝基板的正负极不会是布图电路导电层，而是为如200820214808.X专利中公开的发光电极或支架式引脚等。
现有的通过增加冷却装置改善LED集成结构的散热问题，常用的是采用冷却流道散热。在专利号为200820134860.4的实用新型专利中，公开了一种散热结构及具有该散热结构的发光二极管灯具，该实用新型的散热结构包含有一腔体，其间容置有一冷却溶液，并设置有偶数个隔板，以形成一流道，该流道以S形的方式连通，并具有至少一排热区、至少一受热区及至少一缓冲区。该实用新型虽然设有冷却流道，但既没有驱动液体冷却介质流动装置使流道内的液体冷却介质冷热快速交换，又由于排热区置于腔体的两侧，冷却流道接触发光二极管的一侧的流道没有连成一片，因此流道内的液体冷却介质也很难利用液体冷却介质不同的比重进行冷热液体冷却介质的快速交换，液体冷却介质的冷热交换绝大部分是靠液体冷却介质的热传导进行交换，置于腔体的两侧的排热区散热面积又小，当LED芯片产生的热量散发到液体冷却介质中时，由于液体冷却介质的热量本身很难散发出去，液体冷却介质的冷热交换又很慢，因此对LED芯片的冷却效果不好。
实用新型内容
为了解决现有的LED集成结构的冷却装置冷却效果不好、使用不经济的问题，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种液体冷却介质的流动依靠冷热液体冷却介质的不同比重、冷却介质不需与外界交换、热交换快、冷却效率高、冷却效果好、结构简单的带有冷却装置的LED集成结构。
一种带有冷却装置的LED集成结构，包括散热基板、LED芯片，LED芯片与散热基板固定，冷却装置包括设置在散热基板背离LED芯片一侧的散热液体容置箱、密封在散热液体容置箱内的液体冷却介质；散热基板将LED芯片和液体冷却介质隔离且LED芯片的背面完全被液体冷却介质覆盖；散热基板背离LED芯片的一侧与液体冷却介质直接接触并与液体冷却介质液密封，接触散热基板的液体冷却介质连成一片。
作为方案一的第一种改进，冷却装置还包括制冷装置，散热液体容置箱倾斜或垂直水平面布置，制冷装置的吸热端置于散热液体容置箱的顶部。
作为方案一的第二种改进，在散热液体容置箱的外表面延伸设有散热凸出部，在散热凸出部内设有与散热液体容置箱连通的凹孔，在凹孔内充填有液体冷却介质；散热液体容置箱的外表面和散热凸出部的外表面与空气接触。
作为方案三的改进，散热凸出部内的凹孔倾斜或垂直水平面，LED芯片置于散热液体容置箱的下方。
作为方案三或方案四的改进，LED集成结构还包括透镜，定位透镜或成型透镜的塑胶件，电连接LED芯片电极的导线和电连接导线的布图电路导电层，其特征在于：在定位透镜或成型透镜的塑胶件上设有一个或一个以上的第一通孔，在定位透镜或成型透镜的塑胶件的端面上延伸设有固定柱，在散热基板上设有与固定柱配合的第二通孔，固定柱穿过散热基板的第二通孔，在固定柱的端部设有抵挡部；定位透镜或成型透镜的塑胶件通过固定柱和抵挡部与散热基板固定；LED芯片通过固晶工艺直接固定在散热基板上，并置于对应的第一通孔内；布图电路导电层伸入第一通孔的侧壁与LED芯片之间，导线置于第一通孔内，导线一端与LED芯片的电极电连接，导线的另一端与第一通孔与LED芯片之间的布图电路导电层电连接。
作为方案五的第一种改进，在散热基板上设有与散热基板一体成型的一个或一个以上的凸台，LED芯片通过固晶工艺直接固定在凸台的端面上；凸台置于对应的第一通孔内。
作为方案五的第二种改进，LED集成结构还包括PCB板，布图电路导电层直接设置在PCB板上，在PCB板上设有与固定柱配合的第三通孔，固定柱依次穿过PCB板上的第三通孔和散热基板上的第四通孔，再通过热将散热基板、PCB板置于成型定位透镜或成型透镜的塑胶件的模具内，在成型定位透镜或成型透镜的塑胶件时成型有抵挡部。
作为方案五的第三种改进，LED集成结构还包括用来封装LED芯片和导线的封装胶体；透镜通过与第一通孔紧配合或通过压边机热压固定在定位透镜或成型透镜的塑胶件上；在定位透镜或成型透镜的塑胶件上对应第一通孔的位置设有注入封装胶体的注胶通道，注胶通道的胶口置于定位透镜或成型透镜的塑胶件远离抵挡部一侧的端面上，胶口和注胶通道与第一通孔的内侧壁连通；注入封装胶体后，封装胶体进一步将透镜固定；通过将散热基板置于成型定位透镜或成型透镜的塑胶件的模具内在成型定位透镜或成型透镜的塑胶件时成型固定柱端部的抵挡部。
作为方案五的第四种改进，透镜为封装LED芯片和导线的封装胶体；通过将散热基板置于成型定位透镜或成型透镜的塑胶件的模具内在成型定位透镜或成型透镜的塑胶件时成型固定柱端部的抵挡部。
作为方案五的第五种改进，定位透镜或成型透镜的塑胶件为塑胶环，在散热基板上固定有两个或两个以上相互独立的塑胶环。
作为方案五的第六种改进，定位透镜或成型透镜的塑胶件包括塑胶环和将设定个数的塑胶环连接在一起的与塑胶环一起注塑成型的连接筋，定位透镜或成型透镜的塑胶件包括两个或两个以上塑胶环。
作为方案五的第七种改进，定位透镜或成型透镜的塑胶件为板状，在定位透镜或成型透镜的塑胶件上设有两个或两个以上第一通孔。
与现有技术相比，本的有益效果是：
1、采用散热液体容置箱，散热液体容置箱内能容置大量的液体冷却介质，液体冷却介质不需与外部的液体冷却介质进行交换就可满足冷却需要；接触散热基板的液体冷却介质连成一片，接触散热基板的冷却介质没有被隔开，冷热液体之间的流动只需依靠冷热液体的不同比重即可完成，不需任何驱动液体流动装置，结构简单；LED芯片产生的热量传递到散热基板，液体冷却介质吸收散热基板的热量通过热传导和冷热液体的不同比重产生热交换流动将散热基板的热量迅速带走，因此热交换更快，能更快更多地带走由LED芯片产生的热量，因此比散热基板直接与空气接触，冷却效果更好。
2、散热液体容置箱倾斜或垂直水平面布置，制冷装置的吸热端置于散热液体容置箱的顶部，使冷的液体冷却介质总是置于散热液体容置箱的顶层，因为冷的冷却介质的比重大于热的冷却介质的比重，因此散热液体容置箱内的液体冷却介质自动快速产生冷热介质的交换，从而使冷却装置的结构简单，不需要驱动冷却介质流动装置。该结构可主要应用在LED背光源上或者是散热基板倾斜或垂直水平面安装的其他LED光源上。
3、散热凸出部，增大与空气接触面积，在散热凸出部的凹孔内充填有液体冷却介质，增大液体冷却介质与散热液体容置箱和散热凸出部的接触面积，使散热液体容置箱内的液体冷却介质与外界的热交换更快，散热效果更好。
4、靠近LED芯片位置的液体冷却介质的温度总是高于其它液体冷却介质的温度。LED芯片置于散热液体容置箱的下方，因此温度高的冷却介质总是置于液体冷却箱的底层。散热凸出部的凹孔内的液体冷却介质由于凸出部与空气接触面积非常大，散热快，因此温度总是低于其它位置的液体冷却介质的温度。散热凸出部内的凹孔与水平面不平行，因为冷的冷却介质的比重大于热的冷却介质的比重，因此散热液体容置箱内的液体冷却介质自动快速产生冷却介质的交换，从而使冷却装置的结构简单，不需要驱动冷却介质流动装置。
5、LED芯片直接通过固晶工艺直接固定在散热基板上，散热基板背离LED芯片的一侧与散热气体或散热液体直接接触，本结构的散热基板为薄板，散热基板的厚度范围一般在0.2mm至5mm内。这种带有冷却装置的LED集成结构的COB(Chip on Board)封装设计，与现有的带有冷却装置的LED集成结构相比，由于本直接将LED芯片通过银胶或共晶焊料等固定在散热基板上，LED芯片工作时产生的热量经过散热基板薄薄的导热层就直接与散热气体如空气接触或与散热液体接触，接触散热基板的热量因为热冷气体或液体密度差流动效应迅速被带走，从而带走基板的热量，可以最大限度的减少中间环节的热阻，大大减少LED芯片p-n结发热部到外部空气环境或散热液体的传热路径距离，从而大大减少热阻。
6、由于均设有定位透镜或成型透镜的塑胶件，布图电路导电层可伸入定位透镜或成型透镜的塑胶件内，一方面导线可直接与布图电路导电层电连接，不再需要通过导电金属支架将导线与布图电路导电层连接或通过接线脚从背离LED芯片的散热基板穿出与布图电路导电层连接，简化了结构和最大限度的减少中间环节的热阻，散热效果好；另一方面不再需要焊接金属支架或接线脚与布图电路导电层电连接，不需要回流焊或波峰焊，因此封装胶体可以用树脂或硅胶等；而且还可保证LED芯片、电连接导线及其两个焊接端不会暴露于空气中，有利于使用的长寿命。而需要回流焊或波峰焊时，由于回流焊或波峰焊的温度一般在250C°或280C°，封装胶体就不可以使用树脂。由于硅胶的价格远远高于树脂，透光性比树脂差，因此本可以进一步节省成本，提高LED芯片的光学性能。这种COB封装设计的优点在于每个LED芯片2的电极都通过键合导线直接与布图电路导电层形成欧姆接触，多路LED芯片阵列的形成是通过散热基板与LED芯片的电连接装置实现电气互联，即可实现LED芯片的串并联，又可提高产品的可靠性和生产合格率。
7、在散热基板上设有与散热基板一体成型的多个芯片固定凸台，散热基板的面积大大的大于芯片固定凸台顶部的面积，LED芯片通过固晶方式直接固定在芯片固定凸台上。这样一方面大大减少LED芯片产生的热量散发于散热气体即空气中或散热液体中的中间路径距离和大大增加了与散热液体和散热气体的接触面积，大大减少了热积聚效应，可大大提高散热效率和使芯片保持于合适的工作温度，从而保持芯片的长寿命及有效发光效率。芯片固定凸台与散热基板一体成型，因此芯片产生的热量只透过散热基板就直接散发于空气中，故热阻小，散热速度快，不须借助其它散热件来散热，散热效果便相当好由于有芯片固定凸台，使得电连接导线对LED芯片发出的光线的抵挡阴影降到最低，利于光学二次优化！省去了现有的LED支架，也就是省去了LED支架中的散热金属件，及其电极金属脚等多层中间环节，尤其避免了散热金属件与散热基板的两个零件之间产生的高热阻，因此热阻小，导热快散热效果好，结构简单可靠，尤其芯片固定凸台与散热基板一体成型更有利于光源的设计与装配工艺，又节省成本。因此本结构简单可靠，零件少，厚度薄，易于装配，特别适用于对光源要求大功率的场合。
8、布图电路导电层设置于PCB板上时，定位透镜或成型透镜的塑胶件又可实现把散热基板、PCB板固定在一起。使用PCB板，便于布图电路导电层的电路的布图设计，省掉了原来电路布图覆着于散热基板上的复杂的制造工艺，使用了非常成熟的PCB板，大大节省了成本，既简化了工艺又提高了布图电路导电层的可靠性和设计灵活性。同时PCB板具有隔热作用，更利于散热基板上的热量沿与空气接触的一侧散发出去。
9、注胶通道的胶口置于塑胶透镜定位件远离抵挡部一侧的端面上，注胶通道与塑胶透镜定位件的内侧壁连通，便于注胶；由于塑胶透镜定位件是塑胶件，因此胶口和注胶通道易成型。在注入封装胶体前，透镜与塑胶透镜定位件紧配合或热压固定，这样透镜先固定再封装，在封装LED芯片时，透镜不会移位，有利于灌胶和固化工序，特别是比现有的只通过靠硅胶等的粘结力来固定透镜可靠得多。当封装LED芯片时，先把芯片通过固晶方式固定在散热基板芯片固定凸台上，再焊接电连接导线，然后再安装透镜，在抽真空环境中通过塑胶透镜定位件上的注胶口进行注胶，因此，塑胶透镜定位件可实现封装时的透镜位置的精确安装，以及通过抽真空及注胶后把透镜、LED芯片、电连接导线及其两个焊接端、散热基板及其芯片固定凸台固化在一起，特别是封装时这种结构可实现在抽真空环境下封装胶体固化时无气泡产生，对LED芯片的发光质量起到重要的保证作用，不会导致散发出来的光线有光斑，阴影等光学先天缺陷；由于没有了气泡产生的LED芯片发光质量的光学先天缺陷，更有利于LED光源的光学二次优化开发，塑胶透镜定位件使透镜安装方便和实现透镜安装位置精确固定和固定可靠，对光效的聚集利于光学的二次优化，最终实现光学效果好，同时塑胶透镜定位件和透镜又使注胶时硅胶的填充量少，可降低成本。
10、定位透镜或成型透镜的塑胶件通过将散热基板置于成型定位透镜或成型透镜的塑胶件的模具内在成型定位透镜或成型透镜的塑胶件时成型抵挡部将散热基板定位和固定，固定可靠，在后续的封装工艺过程中，能耐高温，在高温条件下其固定的可靠性也不会受影响。定位透镜或成型透镜的塑胶件通过在注塑成形定位透镜或成型透镜的塑胶件时与散热基板固定，一方面省去了将定位透镜或成型透镜的塑胶件安装到散热基板上的安装工序，对于一个散热基板上设有多个定位透镜或成型透镜的塑胶件的情况下，大大节约了生产成本，另一方面定位透镜或成型透镜的塑胶件与散热基板在轴向、径向方向均不存在间隙，即使是液体的冷却介质也可直接与散热基板接触，提高冷却效果，且固定非常可靠，散热基板与定位透镜或成型透镜的塑胶件之间的位置关系可以非常精确，定位透镜或成型透镜的塑胶件上的透镜安装位置尺寸可以非常精确，从而提高带有冷却装置的LED集成结构的光学效果。
11、芯片置于单个的塑胶透镜定位环内，在成型定位透镜或成型透镜的塑胶件时塑胶用量大大减少，降低成本。透镜通过紧配合或热压方式固定在定位透镜或成型透镜的塑胶件上，这样透镜先固定再封装，在封装LED芯片时，透镜不会移位，有利于灌胶和固化工序，特别是比现有的只通过靠硅胶等的粘结力来固定透镜可靠得多。
12、在一块散热基板上的全部塑胶定位环可在注塑时通过连接筋连接成一个整体的定位透镜或成型透镜的塑胶件；也可将一块散热基板上的部分透镜定位环连接为一个整体的定位透镜或成型透镜的在注塑时塑胶件，在一块散热基板上设有两个或两个以上这种定位透镜或成型透镜的塑胶件。一个芯片固定凸台对应一个塑胶透镜定位环，在成型塑胶透镜定位环时塑胶用量少，成本低。通过连接筋将塑胶透镜定位环连接为一个整体，第一是在注塑成型定位透镜或成型透镜的塑胶件时，其模具浇口可以设置在塑胶透镜定位环上或连接筋上，便于模具浇口的布置和在注塑时更利于模具内的塑胶充填平衡，而且不同塑胶透镜定位环之间的塑胶流动通过连接筋来实现，可减少模具浇口的数量和便于模具流道的设计，可用一个模具浇口成型两个或两个以上的塑胶透镜定位环，如在塑胶透镜定位环个数较少的情况下可只直接设计一个直浇口就可成型多个塑胶透镜定位环；第二是可减少固定柱的个数，并不需要在每个塑胶定位环上设有两个或两个以上的固定柱，这样一方面可降低模具制造成本，另一方面可在注塑成型定位透镜或成型透镜的塑胶件时减少塑胶的用量；第三是对于同样大小的塑胶透镜定位环，可将固定柱设计在塑胶透镜定位环和连接筋交界的位置，因此可增加固定柱的横截面；第四是对于同样大小的塑胶透镜定位环，因为成型相邻的透镜定位环的模腔薄壁被连通为成型连接筋的型腔，因此在单位面积内可排列更多的塑胶透镜定位环，模具的使用寿命更长；第五是塑胶透镜定位环与塑胶透镜定位环之间的位置关系更精确、固定更可靠，从而使透镜之间的位置关系更精确，提高光学效果。
13、在一块散热基板可只设有一个板状的定位透镜或成型透镜的塑胶件；也可在一块散热基板上设有两个或两个以上的板状的定位透镜或成型透镜的塑胶件。定位透镜或成型透镜的塑胶件为板状，第一是在注塑成型定位透镜或成型透镜的塑胶件时，其模具浇口设计更灵活，便于模具浇口的布置和在注塑时更利于模具内的塑胶充填平衡；第二是可减少固定柱的个数和可增加固定柱的横截面；第三是单位面积内可布设更多的透镜；第四是透镜之间的位置关系更精确，提高光学效果。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的立体分解示意图。
图2是本实用新型实施例2的立体分解示意图。
图3是本实用新型实施例3仅示出部分结构的立体分解示意图
图4是图3的I部放大图。
图5是本实用新型实施例4仅示出部分结构的立体分解示意图。
图6是本实用新型实施例5仅示出部分结构的立体分解示意图。
图7是本实用新型实施例6的立体分解示意图。
图8是本实用新型实施例6仅示出部分结构的立体分解示意图。
图9是本实用新型实施例7的立体分解示意图。
实施例1
如图1所示，一种带有冷却装置的LED集成结构，包括盖板1、反射板2、散热基板3、LED芯片4、透镜5、透镜定位环6、电连接LED芯片4的电极的金线7和电连接金线7的布图电路导电层8、用来封装LED芯片4和金线7的封装胶体9。
冷却装置包括设置在散热基板3背离LED芯片一侧的设有液体容置空间11的散热件10、散热件10的液体容置空间11与散热基板3形成的液密封的散热液体容置箱、密封在散热液体容置箱内的液体冷却介质。散热基板3将LED芯片和液体冷却介质隔离且LED芯片的背面完全被液体冷却介质覆盖，接触散热基板3的液体冷却介质连成一片。散热基板3背离LED芯片的一侧与液体冷却介质直接接触并与液体冷却介质液密封。在散热件10的外表面延伸设有散热凸出部12，在散热凸出部12内设有与液体容置空间11连通的凹孔23，在凹孔23内充填有液体冷却介质。散热件10的外表面和散热凸出部12的外表面与空气接触。散热凸出部12内的凹孔23垂直水平面，LED芯片置于散热件10的下方。
反射板2置于散热基板3上，盖板1置于反射板2上，散热基板3置于散热件10上。在反射板2上设有与透镜5一一对应的通孔13，在盖板1上安装有与透镜5一一对应的反射罩14。散热件10为导热的散热板。
透镜定位环6选用耐高温的PPA塑料。在透镜定位环6上设有定位透镜5和包覆封装胶体9的第一通孔15，透镜定位环6上延伸设有固定柱16，在固定柱16的端部通过将散热基板3置于成型透镜定位环6的模具内在成型塑胶定位环时成型有抵挡部17，固定柱16与散热基板3间液密封。在透镜定位环6上设有注入封装胶体9的注胶通道18，注胶通道18的胶口19置于透镜定位环6远离抵挡部一侧的端面上，胶口19和注胶通道18与第一通孔15的侧壁连通。
散热基板3由高导热材质的薄板金属或金属合金冲压而成，其材料可以是不锈钢、铜、钨、铝、氮化铝、铬等或其合金。散热基板3包括一平板状的底板，与散热基板3一体成型的凸出底板的复数个芯片固定凸台20，对应每个芯片固定凸台20设有与固定柱16配合的第二通孔21。芯片固定凸台20的横截面为圆形，底板的横截面的面积大大的大于芯片固定凸台20的横截面的面积，至少是芯片固定凸台20的横截面的面积的三倍或三倍以上。在芯片固定凸台20的顶部设有与芯片固定凸台20同心的置放LED芯片4的凹陷部22，凹陷部22的底面为放置LED芯片4的平面。在散热基板3背离芯片固定凸台20的一侧设有置于芯片固定凸台20内与芯片固定凸台20同心的散热盲孔(未示出)。散热基板3背离芯片固定凸台20的一侧与冷却水直接接触。
透镜定位环6的固定柱16穿过散热基板3的第二通孔21，通过固定柱16的端部的抵挡部17散热基板3固定，这样散热基板3与透镜定位环6固定在一起。芯片固定凸台20置于对应的透镜定位环6的第一通孔15内，布图电路导电层8直接设置在散热基板3朝向凸台20的一侧，布图电路导电层8伸入第一通孔15的内侧壁与芯片固定凸台20外侧壁之间，LED芯片4通过固晶工艺直接固定在芯片固定凸台20的端面上，金线7置于透镜定位环6内，金线7一端与LED芯片4的电极电连接，金线7的另一端与伸入透镜定位环6内的布图电路导电层8电连接；透镜5安装在透镜定位环6上与透镜定位环6紧配合固定。通过胶口19和注胶通道18注入的封装胶体9进一步将透镜5固定。
实施例2
如图2所示，与实施例1不同的是，一种带有冷却装置的LED集成结构，还包括PCB板60。透镜定位环61选用耐高温的PPO+GF塑料。散热基板66由高导热材质的陶瓷等压铸而成。布图电路导电层62直接设置在PCB板60上，布图电路导电层62分布在同一个平面上。在PCB板60上对应每个芯片固定凸台63设有与芯片固定凸台63配合的第四通孔64和与固定柱68配合的第三通孔65，PCB板60置于散热基板66设有芯片固定凸台63的一侧并与散热基板66直接接触，PCB板60设有布图电路导电层62的一侧背离接触散热基板66的接触面。
散热基板66的芯片固定凸台63穿过PCB板60的第四通孔64，透镜定位环61的固定柱68穿过PCB板60上的第三通孔65、散热基板66的第二通孔67并与第二通孔67液密封，通过热熔固定柱68的端部形成抵挡部69并与PCB板60、散热基板66固定。
实施例3
如图3、图4所示，与实施例2不同的是，塑胶透镜定位环101通过连接筋102连结为一个整体。在芯片固定凸台103的顶部凹陷部104内通过固晶工艺固定有R色LED芯片108、G色LED芯片109、B色LED芯片110。当散热基板100、PCB板123和塑胶透镜定位环101固定在一起时，芯片固定凸台103置于对应塑胶透镜定位环101的第一通孔124内，设置在PCB板123上的布图电路导电层112、114、116、118、120、122伸入第一通孔124的内侧壁与芯片固定凸台103的外侧壁之间并彼此独立，金线111、113、115、117、119、121置于第一通孔124内。R色的LED芯片108的正极通过金线111与伸入第一通孔124的内侧壁与芯片固定凸台103的外侧壁之间的第一布图电路导电层112电连接，R色的LED芯片108的负极通过金线113与伸入第一通孔124的内侧壁与芯片固定凸台103的外侧壁之间的布图电路导电层114电连接。G色的LED芯片109的正极通过金线115与伸入第一通孔124的内侧壁与芯片固定凸台103的外侧壁之间的布图电路导电层116电连接，G色的LED芯片109的负极通过金线117与伸入第一通孔124的内侧壁与芯片固定凸台103的外侧壁之间的布图电路导电层118电连接。B色的LED芯片110的正极通过金线119与伸入第一通孔124的内侧壁与芯片固定凸台103的外侧壁之间的布图电路导电层120电连接，B色的LED芯片110的负极通过金线121与伸入第一通孔124的内侧壁与芯片固定凸台103的外侧壁之间的布图电路导电层122电连接。
实施例4
如图5所示，与实施例2不同的是，塑胶透镜定位件为透镜定位塑胶板150，透镜定位塑胶板150的个数为一个。在透镜定位塑胶板150上设有六个与散热基板151的芯片固定凸台152一一配合的用来定位透镜154和包覆封装胶体158的第一通孔153。透镜154通过紧配合固定在第一通孔153内。在透镜定位塑胶板150的端面上延伸设有固定柱155，在固定柱155的端部通过将散热基板351、PCB板156置于成型透镜定位塑胶板150的模具内在成型透镜定位塑胶板150时成型有抵挡部157。在透镜定位塑胶板150上设有注入封装胶体158的注胶通道159，注胶通道159的胶口160置于透镜定位塑胶板150远离抵挡部一侧的端面上，胶口160和注胶通道159与第一通孔153的侧壁连通。
实施例5
如图6所示，与实施例1不同，一种带有冷却装置的LED集成结构，包括散热基板200，LED芯片201，透镜202，塑胶透镜成型环203，电连接LED芯片201电极的导线204和电连接导线204的布图电路导电层205。散热基板200由高导热材质的陶瓷等压铸而成。散热基板200包括一平板状的底板211，与散热基板200一体成型的凸出底板211的复数个凸台212，对应每个凸台212设有与固定柱207配合的第二通孔213。布图电路导电层205直接设置在散热基板200上，布图电路导电层205分布在同一个平面上。透镜202置于塑胶透镜成型环的通孔206内并与塑胶透镜成型环固定，透镜202将LED芯片201、导线204封装。
实施例6
如图7、8所示，与实施例5不同的是，在散热基板250上不设有芯片固定凸台，散热基板250为一平板，LED芯片254直接固定在散热基板250上。
冷却装置包括设置在散热基板250背离LED芯片254一侧的设有液体容置空间的散热件251、散热件251的液体容置空间与散热基板250形成的液密封的散热液体容置箱(未示出)、密封在散热液体容置箱内的液体冷却介质、制冷装置252、散热片253。散热基板250将LED芯片254和液体冷却介质隔离且LED芯片254的背面完全被液体冷却介质覆盖，接触散热基板250的液体冷却介质连成一片。散热基板250背离LED芯片254的一侧与液体冷却介质直接接触并与液体冷却介质液密封。散热液体容置箱垂直水平面布置，制冷装置252的吸热端置于散热液体容置箱的顶部，发热端与散热片253贴合。
实施例7
如图9所示，一种带有冷却装置的LED集成结构，包括散热基板、LED芯片(未示出)，LED芯片与散热基板301固定。冷却装置包括设置在散热基板301背离LED芯片一侧的设有液体容置空间302的散热件303、散热件303的液体容置空间302与散热基板301形成的液密封的散热液体容置箱、密封在散热液体容置箱内的液体冷却介质。散热基板301将LED芯片和液体冷却介质隔离且LED芯片的背面完全被液体冷却介质覆盖，接触散热基板301的液体冷却介质连成一片。散热基板301背离LED芯片的一侧与液体冷却介质直接接触并与液体冷却介质液密封。散热件303的外表面与空气接触。
本实用新型并不限于上述实施例。本实用新型散热基板的形状可根据需要设计各种形状，甚至可设计为产品外观件，本实用新型只是截取部分LED芯片单元示意说明。本实用新型中的芯片固定凸台个数可从一个到很多个，本实用新型只是例举几种带有冷却装置的LED集成结构单元。本实用新型中的布图电路导电层只是示意说明。在一个芯片固定凸台上，可固定一个LED芯片，也可固定两个不同颜色的LED芯片，三个R、G、B不同颜色的芯片，或者是三个以上的芯片。当芯片个数不同时，布图电路导电层的设计相应修改，属现有技术，本实用新型不再详细说明。PCB板也可双面均设有布图电路导电层，只要与散热基板接触的一侧的布图导电层表面与散热基板绝缘即可。LED芯片可直接固定在散热基板上，或者是固定在与散热基板一体成型的凹陷部内，或者是通过其它方式固定在散热基板上等，也就是说，本实用新型的冷却装置适用所有的LED集成结构，只需散热基板液密封即可，由于不是本实用新型的实用新型点，故在本实用新型中不再一一详细论述。

Claims (12)

1.一种带有冷却装置的LED集成结构，包括散热基板、LED芯片，LED芯片与散热基板固定，其特征在于：冷却装置包括设置在散热基板背离LED芯片一侧的散热液体容置箱、密封在散热液体容置箱内的液体冷却介质；散热基板将LED芯片和液体冷却介质隔离且LED芯片的背面完全被液体冷却介质覆盖；散热基板背离LED芯片的一侧与液体冷却介质直接接触并与液体冷却介质液密封，接触散热基板的液体冷却介质连成一片。
2.如权利要求1所述的一种带有冷却装置的LED集成结构，其特征在于：冷却装置还包括制冷装置，散热液体容置箱倾斜或垂直水平面布置，制冷装置的吸热端置于散热液体容置箱的顶部。
3.如权利要求1所述的一种带有冷却装置的LED集成结构，其特征在于：在散热液体容置箱的外表面延伸设有散热凸出部，在散热凸出部内设有与散热液体容置箱连通的凹孔，在凹孔内充填有液体冷却介质；散热液体容置箱的外表面和散热凸出部的外表面与空气接触。
4.如权利要求3所述的一种带有冷却装置的LED集成结构，其特征在于：散热凸出部内的凹孔倾斜或垂直水平面，LED芯片置于散热液体容置箱的下方。
5.如权利要求3或4所述的一种带有冷却装置的LED集成结构，其特征在于LED集成结构还包括透镜，定位透镜或成型透镜的塑胶件，电连接LED芯片电极的导线和电连接导线的布图电路导电层，其特征在于：在定位透镜或成型透镜的塑胶件上设有一个或一个以上的第一通孔，在定位透镜或成型透镜的塑胶件的端面上延伸设有固定柱，在散热基板上设有与固定柱配合的第二通孔，固定柱穿过散热基板的第二通孔，在固定柱的端部设有抵挡部；定位透镜或成型透镜的塑胶件通过固定柱和抵挡部与散热基板固定；LED芯片通过固晶工艺直接固定在散热基板上，并置于对应的第一通孔内；布图电路导电层伸入第一通孔的侧壁与LED芯片之间，导线置于第一通孔内，导线一端与LED芯片的电极电连接，导线的另一端与第一通孔与LED芯片之间的布图电路导电层电连接。
6.如权利要求5所述的一种带有冷却装置的LED集成结构，其特征在于：在散热基板上设有与散热基板一体成型的一个或一个以上的凸台，LED芯片通过固晶工艺直接固定在凸台的端面上；凸台置于对应的第一通孔内。
7.如权利要求5所述的一种带有冷却装置的LED集成结构，其特征在于：LED集成结构还包括PCB板，布图电路导电层直接设置在PCB板上，在PCB板上设有与固定柱配合的第三通孔，固定柱依次穿过PCB板上的第三通孔和散热基板上的第四通孔，再通过热将散热基板、PCB板置于成型定位透镜或成型透镜的塑胶件的模具内，在成型定位透镜或成型透镜的塑胶件时成型有抵挡部。
8.如权利要求5所述的一种带有冷却装置的LED集成结构，其特征在于：LED集成结构还包括用来封装LED芯片和导线的封装胶体；透镜通过与第一通孔紧配合或通过压边机热压固定在定位透镜或成型透镜的塑胶件上；在定位透镜或成型透镜的塑胶件上对应第一通孔的位置设有注入封装胶体的注胶通道，注胶通道的胶口置于定位透镜或成型透镜的塑胶件远离抵挡部一侧的端面上，胶口和注胶通道与第一通孔的内侧壁连通；注入封装胶体后，封装胶体进一步将透镜固定；通过将散热基板置于成型定位透镜或成型透镜的塑胶件的模具内在成型定位透镜或成型透镜的塑胶件时成型固定柱端部的抵挡部。
9.如权利要求5所述的一种带有冷却装置的LED集成结构，其特征在于：透镜为封装LED芯片和导线的封装胶体；通过将散热基板置于成型定位透镜或成型透镜的塑胶件的模具内在成型定位透镜或成型透镜的塑胶件时成型固定柱端部的抵挡部。
10.如权利要求5所述的一种带有冷却装置的LED集成结构，其特征在于：定位透镜或成型透镜的塑胶件为塑胶环，在散热基板上固定有两个或两个以上相互独立的所述的塑胶环。
11.如权利要求5所述的一种带有冷却装置的LED集成结构，其特征在于：定位透镜或成型透镜的塑胶件包括塑胶环和将设定个数的塑胶环连接在一起的与塑胶环一起注塑成型的连接筋，定位透镜或成型透镜的塑胶件包括两个或两个以上所述的塑胶环。
12.如权利要求5所述的一种带有冷却装置的LED集成结构，其特征在于：定位透镜或成型透镜的塑胶件为板状，在定位透镜或成型透镜的塑胶件上设有两个或两个以上所述的第一通孔。
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