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根据第一方面，提供了一种发光二极管(LED)封装。所述LED封装包括具有第一侧和第二侧的散热器，所述第一侧具有平面表面且所述第二侧相对于所述第一侧是非对称的。一个或多个LED管芯安装在所述散热器的所述第二侧的表面上。特别地，所述散热器的所述第二侧的表面可以是成形的或相对于所述第一侧的表面的平面表面成角度的。

权利要求书1.  一种发光二极管，LED，封装(1，10)，包括： 具有第一侧(2a)和第二侧(2b)的散热器(2，18)，所述第一侧具 有平面表面(2c，20)，且所述第二侧相对于所述第一侧是非对称的；以 及 一个或多个LED管芯(3，12)，其安装在所述散热器的所述第二侧 的表面(2d，16)上。 2.  根据权利要求1所述的发光二极管封装，其中，所述散热器的所 述第二侧的表面是成形的或相对于所述第一侧的平面表面成角度的。 3.  根据前述权利要求中任一项所述的发光二极管封装，其中，所述散 热器的所述第二侧的表面是平面并且相对于所述第一侧的所述表面成一 定夹角。 4.  根据权利要求1或2所述的发光二极管封装，其中，所述散热器的 所述第二侧的表面是曲面。 5.  根据权利要求4所述的发光二极管封装，其中，所述散热器的所述 第二侧的表面是凸面和凹面中任意一种。 6.  根据权利要求1或2所述的发光二极管封装，其中，所述散热器的 所述第二侧的表面是不规则的。 7.  根据权利要求6所述的发光二极管封装，其中，所述散热器的所述 第二侧的表面具有多个平面平台(7)，其中，相邻的平台与所述第一侧的 表面的距离不同。 8.  根据权利要求7所述的发光二极管封装，其中，在每个平台上安装 一个或多个LED管芯。 9.  根据权利要求7或8所述的发光二极管封装，其中，每个平台通过 斜坡部分(8)与相邻的平台分隔，所述斜坡部分相对于所述平台成一定 夹角。 10.  根据权利要求7-9中任一项所述的发光二极管封装，其中，所述 多个平台中的一个或多个与所述第一侧的平面表面平行。 11.  根据权利要求7-10中任一项所述的发光二极管封装，其中，所述 多个平台中的一个或多个相对于所述第一侧的平面表面成一定夹角。 12.  根据权利要求1或2所述的发光二极管封装，其中，所述散热器 的所述第二侧的表面包括凹面凹进部(14)，并且所述一个或多个LED管 芯安装在所述凹进部内。 13.  根据权利要求12所述的发光二极管封装，其中，所述封装包括在 所述凹面凹进部内的多个LED管芯，所述多个LED管芯在所述凹面凹进部 上径向间隔地定位并且向内倾斜。 14.  根据权利要求13所述的发光二极管封装，其中，所述封装包括在 所述凹面凹进部内的多个LED管芯，所述多个LED管芯在所述凹面凹进部 上径向间隔地定位并且朝向一共同点向内倾斜。 15.  根据权利要求12-14中任一项所述的发光二极管封装，其中，所述 凹面凹进部包括多个大致平坦的区域，并且其中，所述一个或多个LED管 芯中的一个或多个安装在所述一个或多个大致平坦的区域上。 16.  根据权利要求12-15中任一项所述的发光二极管封装，其中，所述 封装包括在所述凹面凹进部内的多个LED管芯，并且所述LED管芯之间的 间隙填充有热传输材料(70)，所述热传输材料延伸至所述一个或多个LED 管芯中一个或多个的侧面的至少一部分。 17.  根据权利要求16所述的发光二极管封装，其中，所述热传输材料填 充每个LED管芯之间的间隙并且延伸至每个LED管芯的多个侧面的至少一 部分。 18.  根据权利要求12-17中任一项所述的发光二极管封装，包括在所述 凹面凹进部内的所述一个或多个LED管芯上的封装层(54)。 19.  根据权利要求1-18中任一项所述的发光二极管封装，还包括一个或 多个第一电触点(5，26)，其中，所述一个或多个第一电触点通过所述散热 器电连接至所述一个或多个LED管芯。 20.  根据权利要求19所述的发光二极管封装，其中，所述第一电触点包 括从所述散热器的所述第二侧的表面突出出来的一个或多个突出部(26p)， 每个突出部具有用于连接至电源的触点(30)。 21.  根据权利要求20所述的发光二极管封装，其中，所述突出部延伸通 过电绝缘层(6，28)到达所述电绝缘层的暴露表面，并且与所述散热器的 所述第二侧的表面电接触。 22.  根据权利要求1-18中任一项所述的发光二极管封装，还包括具有第 一表面的电绝缘层(6，28)，所述第一表面具有用于接收来自其电源的电的 第一电源触点(30)和第二电源触点(36)。 23.  根据权利要求22所述的发光二极管封装，包括在所述一个或多个 LED管芯的暴露表面和所述第二电源触点(36)之间的一个或多个焊线(38)。 24.  根据权利要求1-23中任一项所述的发光二极管装置，包括在所述散 热器的所述平面表面(2c，20)上的电隔离层(41)。

说明书LED封装
技术领域
本发明涉及发光二极管，特别但并非排他地涉及具有更好的冷却能力 的LED封装装置。
背景技术
发光二极管(LED)是一种当施加电流时释放光子的p-n结半导体二极 管。图1a示出了包含p型和n型半导体层、基底以及电触点的传统LED管 芯的示例。在将半导体芯片或管芯用于实际应用中之前，半导体芯片或管芯 必须被封装。图1b示出LED封装的示例，其包含图1a所示的传统LED管 芯、封装基底/封装箱、主要的电连接部和通常以透镜形式的主要光学器件。 然后，一个或多个LED封装可以物理连接并且电连接至电路板以形成LED 模块，例如图1c所示。然后，一个或多个LED模块可以被组装成LED设 备，被称为灯具或灯泡。图1d示出LED灯具或灯泡的示例，其包括LED 模块、热沉、反射器和辅助光学器件(辅助透镜)。
LED设备是提供光的非常有效的方式，然而当相当大一部分输入电流转 化成光时，还剩余很大一部分输入电流转化为热，如果要使LED设备正常 工作并具有可接受的寿命，这些热必须被耗散。然而，存在许多冷却LED 的方法，它们都利用某种热耗散设备，热耗散设备例如以间接附接至LED 管芯的热沉的形式。通常，LED管芯生成的热量在最终排放至空气之前必须 通过封装、电路板和热沉以及这些组件之间的任何界面。可以例如通过引入 一个或多个穿过电路板的热通孔将LED封装和热沉更加直接地连接，来改 变热耗散的路径(热路径)。然而，因为与热沉的连接必须通过电路板并且 通孔具有有限的热传输特性，这种装置虽然能够促进冷却但仍然是欠佳的。 另外，人们还知道，使用高热导率的材料代替通常用于电路板的低热导率的 材料。此外，实际上，这种装置虽然能够促进冷却但其热阻抗仍然十分显著。 这主要因为需要同时考虑热路径中通过层的厚度的传导(一维)热阻抗和从 LED管芯的占位面积(foot print)到热沉的占位面积的扩散(三维)热阻抗。 尽管扩散阻抗是热阻抗的主要贡献者，但是在LED封装和模块的热设计中 经常忽略扩散阻抗。
此外，在传统的LED设备中，通常使用多个透镜、反射器和漫射器以 控制来自单个LED管芯的光的提取和分配；然而，这些光学设备的每一个 将产生大约10％的损耗(即反射损耗和传输损耗)，从而减少了设备的光输 出。
鉴于此，需要一种减少现有技术的有关问题、改进的LED封装和模块 装置。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种发光二极管(LED)封装。该LED 封装包括具有第一侧和第二侧的散热器，第一侧具有平面表面，且第二侧相 对于第一侧是非对称的。一个或多个LED管芯安装在散热器第二侧的表面。 特别地，散热器的第二侧的表面可以是成形的或相对于第一侧的表面的平面 表面的成角度的。
散热器的第二侧的表面可以是平面并且相对于第一侧的表面成一定夹 角。
可替代地，散热器的第二侧的表面可以是曲面。那么，散热器的第二侧 的表面可以是凸面和凹面中的任意一种。
作为另一替代，散热器的第二侧的表面可以是不规则的。那么，散热器 的第二侧的表面可以具有多个平面平台，其中，相邻的平台与第一侧的表面 的距离不同。一个或多个LED管芯可以安装在每个平台上。每个平台可以 通过斜坡部分与相邻的平台分隔，斜坡部分相对于平台成一定夹角。多个平 台中的一个或多个可以与第一侧的平面表面平行。多个平台中的一个或多个 可以相对于第一侧的平面表面成一定夹角。
散热器的第二侧的表面可以包括凹面凹进部，并且一个或多个LED管 芯可以安装在凹进部内。那么，封装可以包括在凹面凹进部内的多个LED 管芯，多个LED管芯在凹面凹进部上径向间隔地定位并且向内倾斜。封装 可以包括在凹面凹进部内的多个LED管芯，多个LED管芯在凹面凹进部上 径向间隔地定位并且朝向一共同点向内倾斜。凹面凹进部可以包括多个大致 平坦的区域，其中所述一个或多个LED管芯中的一个或多个安装在所述一 个或多个大致平坦的区域上。
LED封装可以包括在凹面凹进部内的多个LED管芯，并且LED管芯之 间的间隙可以填充热传输材料，热传输材料延伸至所述一个或多个LED管 芯中一个或多个的侧面的至少一部分。热传输材料可以填充每个LED管芯 之间的间隙并且延伸至每个LED管芯的多个侧面的至少一部分。
LED封装还可以包括在凹面凹进部内的所述一个或多个LED管芯上的 封装层。
LED封装还可以包括一个或多个第一电触点，其中，一个或多个第一电 触点通过散热器电连接至一个或多个LED管芯。第一电触点可以包括从散 热器的第二侧的表面突出出来的一个或多个突出部，每个突出部具有用于连 接至电源的触点。突出部可以延伸通过电绝缘层到达电绝缘层的暴露表面， 并且与散热器的第二侧的表面电接触。
LED封装还可以包括具有第一表面的电绝缘层，第一表面具有用于接收 来自其电源的电的第一电源触点和第二电源触点。第一电源触点可以延伸通 过电绝缘层，从而与散热器的第二侧的表面电接触。LED封装还可以包括在 所述一个或多个LED管芯的暴露表面和第二电源触点之间的一个或多个焊 线。
LED封装还可以包括在散热器的平面表面上的电隔离层。
附图说明
现在将仅参照附图通过示例更具体地描述与本发明有关的上述和其他 特征，其中：
图1a示出传统的LED管芯的示例的截面视图；
图1b示出包含图1的传统的LED管芯的传统的LED封装的示例的截 面视图；
图1c示出包含一个或多个图1b所示的传统的LED封装的传统的LED 模块的示例的截面视图；
图1d示出传统的LED设备组成的示例的截面视图；
图2-10示出本文所描述的改进的LED封装的示例性实施例的截面视图；
图11示出本文所描述的LED封装的可替代的示例性实施例的平面视 图；
图12示出图11所示的LED封装的截面视图；以及
图13示出图12所示的LED封装的可替代实施例的截面视图；以及
具体实施方式
本发明的发明人认识到：通过在LED封装级上将LED管芯光学对准能 够减小控制LED管芯的光输出所需的光学设备的数量和/或刚度。特别地， 通过提供一种LED封装，其中的一个或多个LED管芯的方位已经被配置为 使LED封装输出具有期望分布和/或方向性的光，可以减少当LED封装用于 LED设备时所需的光学设备的数量和/或刚度，从而最小化光输出损耗并提 高设备效率。
为了实现LED管芯在LED封装级上的这种方位，本发明的发明人开发 了一种LED封装，其中，在其上LED管芯被安装的在封装内的表面是成形 的(即：非平面)或者相对于封装的平坦的/平面的相反表面(相对的侧面) 成角度的。其上安装LED管芯的表面的成形或成角度加工使得LED管芯的 方位能够按照需要进行配置，同时，平坦的/平面的相反的表面允许在电路板 或热沉上(例如当包含在LED模块中时)直接安装封装。
此外，使用LED封装(其中的LED管芯安装在成形的或相对于该封装 的平坦的/平面的相反表面成角度的表面上)的另外的优点是：在多管芯封装 中，这可以减少热路径中的竞争。特别地，将LED管芯安装在成形的或成 角度的表面增加了在垂直于管芯的底部的方向上(例如在垂直方向)的LED 管芯之间的间隔，限制了相邻管芯之间的距离，并因此降低了对基底和散热 器中的热梯度的竞争。当热扩散阻抗占优势时，这是特别有益的，就像在 LED封装中，其中，扩散阻抗对于管芯局部是最大的，从而使得引入垂直间 隔能够大大降低多个管芯对热阻抗的复合效应。
相反，传统的LED封装和LED模块使用层压材料以使在与LED管芯 的底部平行的方向上(例如水平方向)的管芯间隔，称为节距，是唯一的可 用于减小热竞争和热干扰的参数，这是由于LED管芯的位置被限制在一个 平面表面上。
此外，通过使用在具有非对称表面的散热器上的LED封装，这有效地 增加了散热器的表观厚度，因而减小了热阻抗而不必增加用于热路径的材料 的实际厚度。此外，因为诸如LED管芯的热源的扩散特性引起球形的温度 场，所以使用凹面的/凸面的表面和成角度的表面，结合垂直的和水平的管芯 间隔，使得管芯以最小化它们的热干扰的这种方式被定位。封装中LED管 芯的布置以及安装有LED管芯的散热器的设计所带来的热优势和光优势的 组合补偿了LED封装和模块的整体发光性能。
图2-9示意性地示出了LED封装1的示例性实施例，LED封装1提供 了在LED封装级上LED管芯的光学对准。LED封装1包括具有第一侧2a 和第二侧2b的散热器2，第一侧2a具有平面表面2c而第二侧2b与第一侧 2a不对称。换句话说，第二侧2b的截面形状与第一侧2a的截面形状有差别 /不同，其中，术语“侧”意指散热器的边缘附近的部分或区域/散热器的两半 中任一个。然后，一个或多个LED管芯3安装在散热器2的第二侧2b的表 面2d上。
散热器2由导电和导热材料(例如铜)构成。当LED封装1包含在LED 模块中时，散热器2除去LED管芯中的热并且通过热传导将这些热传递给 热沉，同时也将来自LED管芯的较小区域的热扩散至较大的热沉。散热器2 也提供用于LED管芯3的第一电触点，如本文进一步描述的。图2-9也示出 在每个LED管芯3和通过绝缘层6与散热器2分隔的第二电触点5之间延 伸的焊线4。
图2和3是通过LED封装1的示例性实施例的截面平面视图，其中， 安装有LED管芯3的表面2d与相对的表面2c是成角度的。在图2中，LED 封装1包括单个LED管芯3，而在图3中，LED封装1包括多个LED管芯 3。这种LED封装提供LED管芯的输出光的聚焦或者定向光控制。特别地， 将多个这种LED封装组合在一个LED模块或LED设备中能够提供全部光 输出的径向的或线性的色散或聚焦。
图4-7是通过LED封装1的示例性实施例的截面平面视图，其中，安装 有LED管芯3的表面2d是曲面。在图4和5中，安装有LED管芯3的表 面2d是凹面，而在图6和7中，安装有LED管芯3的表面2d是凸面。在 图4和6中，LED封装1包括单个LED管芯3，而在图5和7中，LED封 装1包括多个LED管芯3。
其中的LED管芯安装在散热器的凹面表面上的LED封装提高了热扩散 的效率，并且为LED管芯提供了更好的保护(即：因为它低于周围表面)。 LED封装的凹面表面也可以具有反射涂层，以引导更多的光向上并离开封 装。其中的LED管芯安装在散热器的凸面表面上的LED封装使得管芯在周 围材料上突出，从而降低进入这些材料中的光损耗(即遮蔽(shadowing))。
图8-10是通过LED封装1的示例性实施例的截面平面视图，其中，安 装有LED管芯3的表面2d是不规则的(即，是不平坦的/多层面的)。特别 地，在图8-10的示例中，其上安装有LED管芯3的表面2d由多个平面平台 7组成，其中，相邻的平台与相对的表面2c之间的距离不同，因此相对于彼 此垂直地位移。然后，一个或多个LED管芯可以安装在每个平台上。
其中的LED管芯安装在相对于彼此垂直位移的平面平台上的LED封装 使得单个管芯更加精确的光学对准成为可能。此外，也为其上安装有LED 管芯的表面提供了近似/类似曲面的形状，同时允许LED管芯和键合的表面 之间更好地接触。这提供了更好的热特性、寿命特性和制造特性。通过示例， 图9中的表面的形状近似为凸面，而图10中表面的形状近似为凹面。
在图8-10所示的实施例中，每个平台7通过一斜坡部分8与相邻的平 台分隔，斜坡部分8与平台成一定夹角。此外，在所示的实施例中，平台7 与散热器2的相对的表面2c的平面表面平行。然而，为了提供特定的光学 特性，平台也可以与散热器2的相对表面2c成一定夹角。
图11-13示出了LED封装的可替代实施例，LED封装提供了LED管芯 在LED封装级上的光学对准。LED封装10包括位于散热器18的第一(上) 表面16上的曲面凹进部14内的一个或多个LED管芯12，散热器18也包括 第二(下)表面20，其功能将在后文描述。可以理解，可以在凹进部内布置 任意数量的管芯12。一个或多个LED管芯12中的每一个通过管芯附着层 22与散热器电结合，附着层22由例如焊料或导电胶形成，从而在需要时允 许电流在LED管芯12和散热器18之间通过。
在图11-13中还示出散热器18连接至的一个或多个第一共同电触点26， 从而向LED封装10之外提供单一的电触点。第一共同触点26可以包括从 散热器18的第一表面16突出出来的突出部26p，从而允许触点26与另外的 电源之间连接。第一共同电触点26也可以突出通过电绝缘层28并且可以包 括在电绝缘层28上表面上的上触点30以方便连接至电源。共同触点26可 以被形成为电绝缘层28的一部分，在这种情况下，形成连接件26b的底部 从而与散热器18的上表面16电接触。
电绝缘层28的上表面34也可以具有一个或多个第二共同电触点36，第 二共同电触点36各自通过焊线38电连接至LED管芯12，因而允许电流在 管芯12和第二电触点36之间通过。LED封装10也可以包括在散热器的底 表面上的电隔离层41。散热器18的上表面也可以具有在一个或多个管芯12 的一个或多个上的封装层54，封装层54可以在所有管芯12上延伸以便保护 管芯12以及可能还保护焊线免受环境损伤和无意的损伤。
图12示出的实施例中，整个底表面50是凹面并且管芯12分别位于凹 面表面上以使外部的管芯12a在箭头I的方向上普遍面向内，因此为多个管 芯12产生的聚集光提供一定程度的聚焦。该装置可以与用作透镜的保护层 54结合应用，因而产生更加聚焦的光输出。
图13的装置不同于图12的装置，图13的装置中，在管芯12的侧面增 加了一些诸如焊料或热传输胶的热的热传输材料70，其至少部分充满凹进部 14并且进一步提高热传输至散热器的程度。该材料可以在管芯之间的间隙中 延伸以至尽可能填充空间。
可以理解，凹面凹进部14可以由布置为大致凹面形状的多个平坦部分 组成，从而允许单个管芯12安装在平坦部分而不是曲面部分。这将允许增 强键合和热传输。
可以理解，通过在成形的或成角度的表面上提供管芯，将可能在优选的 方向对准管芯，并且也将可能通过用热传输材料填充围绕管芯的区域来改善 装置的热传输特性，这也能够进一步加强热传输，因为这时管芯的两侧也直 接连接至散热器。
还可以理解，本文所述的LED封装可以连接至电路板以使其上安装有 LED管芯的散热器的表面面对电路板的表面，并且使散热器的相对的表面裸 露/未覆盖。因此，可以使用热界面材料将热沉附接至散热器的裸露表面，而 不必在热沉和散热器之间插入电路板。通过为该电路板提供一个或多个延伸 穿过电路板的通孔，安装在散热器的相邻表面上的LED管芯可以与通孔对 准，以使LED管芯发出的光通过通孔。现有的装置通常需要LED封装安装 在电路板的上表面，以使任意的热沉必须附接至下表面。那么，需要延伸通 过电路板的复杂的热传递通孔，这是有问题的并且生产成本高。本发明的装 置允许LED封装直接连接至热沉，该热沉也可以用作多个LED封装的共同 热沉。这具有如下有益效果：更广泛地传播热耗散，并且如果未使用直接关 联的LED封装，允许热沉的一部分的热耗散能力用于支持相邻的LED封装 的冷却。