[发明专利]一种使用陶瓷散热的高功率LED灯具

说明书

技术领域

本发明申请为申请日2012年02月27日，申请号为：201210044889.4 ，名称为“一种使用陶瓷散热的高功率LED灯具”的发明专利申请的分案申请。本发明涉及一种LED灯具，尤其是涉及一种使用陶瓷散热的高功率LED灯具。

背景技术

LED灯具由于散热大，如果不能及时进行散热，尤其是大功率LED时间久后将会烧毁电子元器件，影响到LED灯具正常的使用和寿命。现在市场上的使用散热装置通常是使用金属散热方式，但是金属散热没有使用陶瓷材料散热的效果更佳。

此外，使用蓝宝石衬底其优点是化学稳定性好，不吸收可见光、价格适中、制造技术相对成熟，因此成为用于GaN生长最普遍的衬底。在LED的封装过程中，都把蓝宝石衬底面直接固定在散热板上。在LED的工作过程中，其发光区是器件发热的根源。由于蓝宝石衬底本身是一种绝缘体材料，且导热性能比GaN材料较差，所以对这种正装的LED器件其工作电流都有一定的限制，以确保LED的发光效率和工作寿命。为改善器件的散热性能，人们设计了一种LED芯片结构，即倒装结构的LED芯片。

另外，传统的蓝宝石衬底的GaN芯片的结构，电极刚好位于芯片的出光面。由于p-GaN层有限的电导率，因此要求在 p-GaN层表面沉淀一层用于电流扩散的金属层，这个电流扩散层由 Ni和 Au组成，会吸收部分光，从而降低出光效率。如果将芯片倒装，那么电流扩散层 (金属反射层)就成为光的反射层，这样光可通过蓝宝石衬底发射出去，从而提高出光效率。

自从提出芯片的倒装设计之后，人们针对其可行性进行了大量的研究和探索。由于LED芯片设计的局限性，封装良率一直很低，原因如下：第一、N型电极区域相对小，很难与PCB板的相应区域对位；第二、N型电极位置比P型电极位置高很多，很容易造成虚焊、脱焊情形；第三、为制作N型电极，往往要人为地去掉很大一部分有源区，这样大大地减少了器件的发光面积，直接影响了LED发光效率。

再者，虽然LED的发光效率已经超过日光灯和白炽灯，但商业化LED发光效率还是低于钠灯(150lm/W)。那么，哪些因素影响LED的发光效率呢？就白光LED来说，其封装成品发光效率是由内量子效率, 电注入效率, 提取效率和封装效率的乘积决定的。      如图35所示，利用MOCVD、VPE、MBE或LPE技术在衬底30上生长器件（如LED、LD等）结构，从上至下依次分别为衬底30、N型材料层31、发光区32、P型材料层33、P型电极34、P级焊锡层35、PCB板36以及散热板40。其中N型材料层31与散热板40之间还依次连接N型电极37、N级焊锡层38和PCB板39。

该传统的LED倒装芯片存在的技术缺陷如下：

1、在水平方向N型电极37所处位置与P型电极34相距较远，N型电极37对其下方的PCB板39的位置设计有苛刻的要求，影响到封装优良率。

2、N型电极37位置比P型电极34位置高很多，导致其与下方的PCB板39之间的间隙较大，在焊锡时很容易使得N级焊锡层38过长而造成虚焊或脱焊的发生。

3、为了使得N型电极37与其下方的PCB板39可以进行焊接，需要去掉很大一部分发光区，影响到LED芯片的发光效率。

4、电极区域不够大，影响注入电流效率进而影响到LED芯片的发光效率。

5、P型电极与N型电极位在芯片两侧，造成电子流动路径不一，如图36，形成电阻不均匀，芯片发光区发光不均匀，影响到LED芯片的发光效率。

发明内容

本发明设计了一种使用陶瓷散热的高功率LED灯具，其解决了以下技术问题是：

（1）大功率LED灯具由于散热大，如果不能及时进行散热，尤其是大功率LED时间久后将会烧毁电子元器件，影响到LED灯具正常的使用和寿命。

（2）N型电极区和P型电极区相对小，很难与PCB板的相应区域对位，会影响到封装效果和LED产品的优良率；

（3）N型电极位置比P型电极位置高很多，很容易造成虚焊、脱焊情形；

（4）为制作N型电极，往往要人为地去掉很大一部分有源区，这样大大地减少了器件的发光面积，直接影响了LED发光效率；

（5）P型电极及N型电极区域不够大，影响注入电流，直接影响了LED芯片发光效率；

（6）P型电极与N型电极位在芯片两侧，造成电子流动路径不一，形成电阻不均匀，芯片发光区发光不均匀，影响到LED芯片的发光效率。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：