一种光源封装结构及封装工艺、LED灯泡

技术领域

本发明属于照明技术领域，具体涉及光源封装结构及封装工艺和基于所述封装结构的LED灯泡。

背景技术

发光二极管(Light-Emitting Diode，简称“LED”)以其节能、环保、寿命长、体积小等特点，广泛应用于显示、普通照明等领域。LED行业技术越来越成熟，应用越来越宽广，市场需求量大，并且逐渐取代传统高压卤素灯、钨丝灯，甚至是节能灯，达到真正的节能减排绿化地球。目前，为了满足不同应用领域的需要，LED封装技术在不断进步，LED光源形式日趋多元化。

传统的灯珠式LED灯，由于LED发光具有点光源和方向性等特性，故LED灯很难完全代替传统白炽灯，做到全配光照明。

而最近几年风靡一时的LED灯丝灯虽然能做到与白炽灯接近的配光。但是常规的直条的硬灯丝，受灯丝性质的影响，灯丝灯的样式存在局限性，而柔性的灯丝虽然可以制作成不同的造型，却存在光通量低、光效低的硬伤。

而要实现和白炽灯接近的配光效果，提高光效，其散热问题也是一个需要解决的问题，LED是半导体器件，其P-N结的结温升高、将导致发光效率迅速下降，甚至烧毁P-N结；这类低压大电流功率型LED照明灯，更具体的包括LED灯丝灯，直到今天散热问题仍然是一个长期需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种新型LED灯的封装结构，解决了现有技术LED灯散热缺陷问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种光源封装结构，包括透光的第一封装壳体和第二封装壳体，所述第一封装壳体和第二封装壳体连接形成密封腔A，密封腔A内填充有导热液体或导热气体；密封腔A内设置有光源，所述光源包括有导电引脚，所述导电引脚从所述密封腔A伸出至密封腔A外部空间。

可选择的，所述第一封装壳体和第二封装壳体内表面具有凹槽或凸起。

可选择的，所述第一封装壳体和第二封装壳体外表面具有凸起。

可选择的，还包括中间环，所述中间环安装在第一封装壳体和第二封装壳体中间，分别与第一封装壳体和第二封装壳体密封连接。

可选择的，所述中间环还包括导电引脚安装结构，所述导电引脚穿过所述中间环安装。

可选择的，所述第一封装壳体、第二封装壳体和中间环的内表面有荧光胶。

可选择的，所述第一封装壳体或第二封装壳体设有阀门。

可选择的，所述光源包括LED裸晶芯片和连接所述LED裸晶芯片的导电结构。

可选择的，所述光源还包括基板，所述LED裸晶芯片和连接所述LED裸晶芯片的导电结构安装在所述基板上。

可选择的，所述基板上安装导热结构。

可选择的，还包括驱动电路，所述驱动电路连接所述导电引脚。

本发明还提供一种LED灯泡，包括至少一个上述的光源封装结构，所述光源封装结构外部设有密封的泡壳，所述泡壳和所述光源封装结构之间形成密封腔B，所述密封腔B内填充有导热气体或导热液体。

可选择的，还包括芯柱、灯头和导电连线，所述灯头和所述芯柱连接所述泡壳，灯头用于接入外部电源，导电连线连接灯头、芯柱，且所述光源封装结构的导电引脚连接所述导电连线。

可选择的，所述光源连接有驱动电路，所述驱动电路置于所述密封腔B；

或，所述驱动电路安装在所述灯头内。

本发明还提供一种LED光源封装工艺，其特征在于，用于制作上述光源封装结构，所述工艺包括以下步骤：

在所述第一封装壳体或第二封装壳体设置阀门；

在所述第一封装壳体和第二封装壳体内表面填充荧光胶，烤干；

将所述中间环置于所述第一封装壳体和第二封装壳体之间，通过密封工艺将第一封装壳体、第二封装壳体和中间环密封固定，形成密封腔；

通过所述阀门将密封腔抽真空后填充导热气体或导热液体，然后密封所述阀门。

可选择的，将导电引脚采用注塑的方式一体成型制成所述中间环。

可选择的，所述密封工艺采用超声波密封，或激光密封，或胶水粘合。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明将传统LED光源覆盖在芯片上的覆盖胶去除，在此基础上设计两个封装壳体对裸晶体芯片进行封装，形成一种新型的封装光源。对于此类封装，直接在光源封装结构处进行了散热设计，散热效果较现有的LED灯丝结构光源有大幅度的提高，相应的功率可控范围更大，可以制作光效范围更广的不同产品。同时，基于本技术方案，可以完成体积更小的结构的实现。

从工艺控制设计方向，传统的荧光胶涂覆方式为在壳体内表面涂覆荧光胶，放置烤干，由于荧光胶为流动性物质，且常规的泡壳结构均为弧形或有其他角度的非平面结构，在放置过程中，荧光胶在重力的作用下会出现局部过厚，局部过薄的状态。

(上述的荧光胶涂覆工艺是传统涂覆灯的泡壳的方法，其所指壳体与本技术方案所述的封装壳体非同一概念。)

由于本技术方案是通过两个封装壳体对裸晶芯片进行封装，并在封装结构内填充导热气体或液体，其体积相对较小，对光效要求更高，采用传统工艺的封装壳体的内表面荧光胶的分布不均匀现象更明显。

基于此，本技术方案对两个封装壳体进行内表面处理，在所述第一封装壳体和第二封装壳体内表面设置凹槽或凸起，加大荧光胶在封装壳体内表面的流动阻碍，烤干后的荧光胶分布均匀光效好。所述凹槽和凸起可以是均匀分布，也可以是有规律的不均匀分布。

在另一种实施效果上，壳体内表面的凹槽和凸起与外表面的凸起结合的方式，形成穹顶透光技术，减少眩光。

其他有益效果在实施方式章节进行进一步描述。

附图说明

图1是一种光源封装结构剖面图；

图2是中间环示意图；

图3是导电引脚安装示意图；

图4是光源电路结构示意图；

图5导热结构安装示意图；

图6一种LED灯泡的一种结构示意图；

图7一种LED灯泡的另一种结构示意图；

图8一种LED灯泡的另一种结构示意图；

图9一种LED灯泡的另一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。本发明中所述的第一、第二等词语，是为了描述本发明的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本发明的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1：

如图1所示，一种光源封装结构，包括透光的第一封装壳体101和第二封装壳体102，所述第一封装壳体101和第二封装壳体102连接形成密封腔A，密封腔A内填充有导热液体或导热气体；密封腔A内设置有光源，所述光源包括有导电引脚103，所述导电引脚从所述密封腔A伸出至密封腔A外部空间。

所述第一封装壳体101和第二封装壳体102内表面设有凹槽104。所述第一封装壳体101和第二封装壳体102外表面为光滑表面。所述凹槽和凸起可以是均匀分布，也可以是有规律的不均匀分布。

在其他可执行的实施方式中，所述第一封装壳体101和第二封装壳体102内表面设有凸起。所述第一封装壳体101和第二封装壳体102外表面为光滑表面。同理，所述凸起可以是均匀分布，也可以是有规律的不均匀分布。

在另一种实施方式中，所述第一封装壳体101和第二封装壳体102外表面设有凸起。壳体内表面的凹槽或凸起与外表面的凸起相结合，形成穹顶透光技术，减少眩光。同理，所述凸起可以是均匀分布，也可以是有规律的不均匀分布，比如靠近壳体开口处的凸起分布少，向壳体中心延伸呈渐变状态增多。

以上提到的凸起在本实施例中采用凸点或凸起的圆点形式，在其他实施方式中在符合总体思路的情况下可以做多种变形。

如图2：还包括中间环105，所述中间环105安装在第一封装壳体101和第二封装壳体102中间，分别与第一封装壳体101和第二封装壳体102密封连接。

光源、中间环105、第一封装壳体101和第二封装壳体102密封连接后形成发光引擎，作为一种光源直接应用在各个领域。

所述导电引脚穿过所述中间环105安装。具体的，将导电引脚采用注塑的方式一体成型制成所述中间环105。

所述第一封装壳体101或第二封装壳体102设有阀门106，通过所述阀门将密封腔抽真空后填充导热气体或导热液体，然后密封所述阀门。

所述第一封装壳体101、第二封装壳体102和中间环105的内表面有荧光胶。具体的，所述密封工艺采用超声波密封，或激光密封，或胶水粘合。

所述光源包括LED裸晶芯片和连接所述LED裸晶芯片的导电结构。本实施例中所述光源还包括基板107，所述LED裸晶芯片和连接所述LED裸晶芯片的导电结构安装在所述基板上。也可以不设置基板，导电结构直接连接导电引脚。

如图3，基板107上有导电引脚安装结构103-1，所述导电引脚安装结构103-1固定在基板107上，在生产过程种，导电引脚固定到103-1中，即其固定并电连接导通基板107上的驱动电路或LED芯片。

在传统方案中，LED裸晶芯片表面需要覆盖胶体，用于防尘、防腐蚀功能。所述覆盖胶体是混合荧光粉的胶，具体的通过LED芯片激发荧光粉发出白光。本技术方案将传统发光二极管表面的覆盖胶体去除，减少散热阻碍；同时，通过一个密封装置将LED裸晶芯片保护起来，并通过绝缘液体或气体直接对裸晶结构进行散热。

具体的，一个以上的LED裸晶芯片200通过导电结构201连接，以实现一个以上的LED裸晶芯片串联、并联或串并联混合的组合电连接关系，如图4所示，展示了一个以上的LED裸晶芯片串联组合的电连接关系。本实施例仅展现其中一种发光线形式的实施方式，在其他多种实施方式中可以制作为各种所需的形状结构。此技术方案热阻低，损耗小，转换效率高，光效高，耐温高，寿命长。

当LED裸晶芯片的数量为一个时，LED裸晶芯片上的两个电极引出部分202与一导电结构连接，以实现对一个LED裸晶芯片供电，使LED裸晶芯片发光。

当LED裸晶芯片的数量为两个时，两个LED裸晶芯片可串联或并联，均通过导电结构连接实现，当LED裸晶芯片的数量为三个及以上时，三个LED裸晶芯片之间可以是串联、并联或者串并混合的组合电连接关系，均通过导电结构连接实现。

导电结构的材质，形态，及其与LED裸晶芯片的连接关系和相对位置关系均可作变化，不受限制，可以想到的是，本实施例的一种全周光LED发光装置，在实际量产应用中，考虑到成本、产品良率、稳定性和可靠性等因素，会对导电结构的上述特征做适应性调整和变化。

导电结构为金属材料，可以是金、银、铜、合金、导电塑料、导电橡胶等中的任意一种，不受本实施例列举所限；导电结构与LED裸晶芯片的焊盘连接处呈内凹状，内凹状通过蚀刻、镭射、激光等工艺方式加工实现；内凹状的形态可以是圆形、方形等各种形状，可根据实际封装过程的便捷性，成本等因素综合考虑选择确定，不受本实施例列举所限。

如图5，在其他实施方式中，所述基板上安装导热结构108，所述导热结构108暴露于所述绝缘液体或气体中。所述导热结构108的形状可以是柱形、网形、片形、丝形等各种形式，需要满足的是可以固定在第一密封腔内进行热导流的作用。材料可以采用高导热性的金属材料、碳棒、石墨烯材料等。

基于上述实施例，在应用中发现光源发散方向的热量虽然在绝缘液体或绝缘气体的对流过程中会实现较为快速的循环。但是由于LED裸晶芯片的布置不同，在密封腔A内会产生一定的温差。在基板上设置贯穿的导热结构108，可以依靠所述导热结构108加快热传递。

在其他实施方式中，还包括驱动电路，所述驱动电路连接所述导电引脚。

实施例2：

一种LED光源封装工艺，用于制作实施例1所述的光源封装结构，所述工艺包括以下步骤：

在所述第一封装壳体或第二封装壳体设置阀门；

在所述第一封装壳体和第二封装壳体内表面填充荧光胶，烤干；

将所述中间环105置于所述第一封装壳体和第二封装壳体之间，通过密封工艺将第一封装壳体、第二封装壳体和中间环105密封固定，形成密封腔；

通过所述阀门将密封腔抽真空后填充导热气体或导热液体，然后密封所述阀门。

其中，将导电引脚采用注塑的方式一体成型制成所述中间环105。

具体的，所述密封工艺采用超声波密封，或激光密封，或胶水粘合。

实施例3：

一种LED灯泡，包括至少一个实施例1所述的光源封装结构，所述光源封装结构外部设有密封的泡壳，所述泡壳和所述光源封装结构之间形成密封腔B，所述密封腔B内填充有导热气体或导热液体。还包括芯柱、灯头和导电连线，所述灯头和所述芯柱连接所述泡壳，灯头用于接入外部电源，导电连线连接灯头、芯柱，且所述光源封装结构的导电引脚连接所述导电连线。

在其中一种应用实施中，可以认为密封腔A为放置光源腔，泡壳所形成的密封腔B为保护腔体或二次散热腔。

如图6-9展示了四种光源封装结构，分别为图6所示的，在泡壳内安装一个光源封装结构，通过导电连线固定于所述芯柱上方空间。图7所示的，在泡壳内安装大小递减的三个光源封装结构，通过导电连线并联固定于所述芯柱上方空间。图8所示的，在泡壳内安装大小相同的三个光源封装结构，通过导电连线并联固定于所述芯柱上方空间。图9所示的，在泡壳内安装大小相同的或大小递减的三个光源封装结构，通过导电连线串联固定于所述芯柱上方空间。具体的数量可以按需调整，不做限定。

具体的，所述光源连接有驱动电路，所述驱动电路置于所述密封腔B内；

或，所述驱动电路安装在所述灯头内。

中间环、第一封装壳体和第二封装壳体(下称发光引擎壳体)为半透明或透明、透光密封腔，泡壳也是透光材料。半透明、透光材料透光性能与透明材料相当，但是半透明的材质可以减小光源的刺眼缺陷，在泡壳采用全透明的材料，可以观察到内部发光引擎结构，具有美观性。

在本实施例中，有驱动电路，驱动电路置于所述基板上，上述的导电引脚一端连接所述驱动电路，另一端连接导电连线。

使用本实施例的驱动电路，可以使发光引擎直接连接外部电源，在其中一种特殊实施方式中，发光引擎作为独立光源通过电源线将若干个以发光引擎作为独立光源的结构串联或并联，形成各种应用模式。

在其中一种实施方式中，密封腔A内，注入绝缘液体(或惰性液体)作为散热或导热材料，需要具备高折射率、导热性、绝缘、粘度低的特性，如硅胶类，硅油材料。进一步的，所述绝缘液体需要具有较高的耐热性，保证在长时间加热(点亮)状态下，不会产生性能、颜色上的变质。

密封腔B内，充有惰性气体，优选氦气或氦气的混合气体。基于此，所述发光引擎直接暴露于所述密封腔B内，密封腔B的氦气或氦气的混合气体对发光引擎进行持续散热作用。

本实施例中，光源、中间环、第一封装壳体和第二封装壳体采用硅胶类或塑料类材质，且透光率高。泡壳采用玻璃材质。优选的，中间环、第一封装壳体和第二封装壳体采用导热性优秀的材料或壳体厚度设计更薄。

由于密封腔A注入有液体，玻璃材料易碎的特质不再适用于光源、中间环、第一封装壳体和第二封装壳体的材质选取，优选采用不易碎且透光材质，又因为液体的分子较大，采用硅胶类或塑料类材质并不会对密封性产生影响。泡壳采用玻璃材质，由于玻璃材质不易变形，且密封性能更优，更适用于充氦气或氦气混合气体的形成密封腔B的泡壳。

基于本实施例的上述结构，可以最大程度的减小发光引擎的大小，区别于目前现有LED灯丝结构(LED灯丝灯内部的光源实际投影面积会很大，不美观)。解决了传统灯泡在泡壳上做各种应用变形的限制和成本问题。

中间环、第一封装壳体和第二封装壳体，以及泡壳均可以带荧光粉，也可以是带扩散粉；同时，壳体的颜色可以是透明的，也可以是有色的。同时，发光引擎的形状可以为球状、五角星状、柱状等，泡壳的形状也可以根据实际的应用需求进行调整。

下面，进一步通过实验数据展示液体散热和LED裸晶芯片结构应用的优越性。表1为以密封腔A中裸晶芯片充气体或液体对比常规LED灯充气体或液体在通电情况下的和冷热比情况。

表格中，OK表示数据指标合格，NG表示数据指标不合格，已失效表示产品已死灯。

由上述的数据对比可以看出，

1、“裸晶结构+气体”与“带覆盖胶+气体”相比，最大电流根据芯片大小不同，可以提升到1.5～2.5倍以上。

2、“裸晶结构+液体”与“带覆盖胶+液体”相比，最大电流根据芯片大小不同，可以提升到1.5～3.0倍以上。

其他实施例中，密封腔A也可以充绝缘气体，如氦气或氦气混合气体；密封腔B也可以注入绝缘液体。根据不同的需求进行不同的应用变换。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。