專利名稱：利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率led光源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及照明光源，尤其涉及一種利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED 光源。
背景技術：
LED光源是新一代綠色照明光源，其耗電量只有普通白熾燈的十分之一， 而壽命卻長十倍以上。除此之外，LED光源還具有體積小、堅固耐用、色彩豐 富等優(yōu)點。為了滿足更高光強的要求，LED光源通過提高單個芯片的輸出功率 或者釆用LED陣列的方式來實現(xiàn)。在理想的情況下，匹配的光學材料和適當?shù)?封裝結構能夠充分發(fā)揮LED高效的發(fā)光性能，將大部分的電能轉化為光。但是 由于LED芯片面積非常小，因此大量的熱量無法及時散去，因此導致LED工作 時溫度過高。溫度過高對大功率LED光源的輸出光強和色溫性能有著非常大的 影響，特別是LED芯片的PN結長期工作在高溫狀態(tài)，其光學性能會很快衰減， 嚴重影響LED的使用壽命。這是LED封裝中需要解決的關鍵問題。
從LED光源發(fā)熱特性分析可知，LED封裝基板與散熱器之間的接觸熱阻嚴 重影響LED的散熱性能，特別當封裝基板與散熱器之間的表面不平整時，解決 這一問題的方法在于利用導熱硅膠或其他導熱材料來填充在兩個表面之間。但 是這些材料導熱系數(shù)非常小而且容易老化，影響器件的散熱和長期穩(wěn)定性。如 何在低成本的前提下，采用更好的冷卻方式，使LED光源工作在更低的溫度上 工作，獲得更高的發(fā)光效率，更長的壽命，更高的可靠性，是本發(fā)明要解決的 關鍵問題。
液體金屬是一種在常溫下(如攝氏100度以下)呈現(xiàn)為液態(tài)的金屬，這種 材料具有導熱系數(shù)大，常溫下具有流動性，能滲透到非常細微的空間中，能夠 用來減小兩種不同材料間的接觸熱阻。200510108394.3公開了一種利用液態(tài)金 屬冷卻集成芯片的方法，這種方法主要針對集成芯片散熱，通過在兩個熱界面 間加入液態(tài)金屬減小熱阻。本發(fā)明要解決的LED芯片散熱問題與集成芯片散熱 不同的是，LED芯片必須要安裝在特定結構的封裝基板上，封裝基板上設置有 LED芯片的引出導線、光學反射裝置以及熒光膠層的安裝裝置，封裝基板與散 熱器之間的接觸熱阻是需要解決的主要問題。本發(fā)明充分利用LED封裝基板的 特性，改變封裝基板和散熱器之間接觸面的形態(tài)，使兩個接觸面形成相互咬合 的凹凸表面，大大增加了兩者之間的接觸面積，同時利用液態(tài)金屬的滲透性和流動性將兩個接觸面之間的空隙充滿液態(tài)金屬，利用液態(tài)金屬的高導熱性改善 封裝基板和散熱器之間散熱，這種方法能夠從根本上解決封裝基板和散熱器之 間接觸熱阻過大的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種利用室溫液態(tài)金屬導熱的
大功率LED光源。
一種利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED光源包括LED芯片、凹形封裝基 板、室溫液態(tài)金屬層、密封層、散熱器、熒光膠層；LED芯片安裝在凹形封裝 基板上，凹形封裝基板上設有光學反射面，LED芯片上覆蓋有熒光膠層，凹形 封裝基板安裝在散熱器上，凹形封裝基板與散熱器之間具有空隙，并由密封層 密封，空隙內被室溫液態(tài)金屬層充滿。
一種利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED光源包括LED芯片、板形封裝基 板、室溫液態(tài)金屬層、密封層、散熱器、熒光膠層；LED芯片安裝在板形封裝 基板上，LED芯片上覆蓋有熒光 膠層，板形封裝基板安裝在散熱器上，板形封 裝基板與散熱器之間具有空隙，并由密封層密封，空隙內被室溫液態(tài)金屬層充 滿，板形封裝基板與散熱器之間設有凹凸結構。
一種利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED光源包括LED芯片、碗形封裝基 板、室溫液態(tài)金屬層、密封層、散熱器、熒光膠層；LED芯片安裝在碗形封裝 基板上，碗形封裝基板上設有光學反射面，LED芯片上覆蓋有熒光膠層，碗形 封裝基板安裝在散熱器上，碗形封裝基板與散熱器之間具有空隙，并由密封層 密封，空隙內被室溫液態(tài)金屬層充滿，碗形封裝基板與散熱器之間設有凹凸結 構。
所述的凹凸結構是截面為方形、梯形、三角形、圓形的條狀或點狀凸起物 或凹陷面。
所述的室溫液態(tài)金屬層是一種在攝氏100度以下就呈現(xiàn)為液態(tài)的金屬或合 金，包括以下元素的至少一種鎵、銦、鋅、錫、鎂、銅或金。
所述的散熱器是翅片形散熱器或者熱管散熱器。 所述的密封層是由硅膠或者環(huán)氧樹脂材料構成的薄層。
本發(fā)明充分利用LED封裝基板的特性，改變封裝基板和散熱器之間接觸面 的形態(tài)，使兩個接觸面形成相互咬合的凹凸表面，大大增加了兩者之間的接觸 面積，同時利用液態(tài)金屬的滲透性和流動性將兩個接觸面之間的空隙充滿液態(tài) 金屬，利用液態(tài)金屬的高導熱性改善封裝基板和散熱器之間散熱，這種方法能夠從根本上解決封裝基板和散熱器之間接觸熱阻過大的問題。這種方法的優(yōu)點 在于室溫液體金屬是一種在攝氏100度以下就呈現(xiàn)為液態(tài)的金屬，例如鎵等， 這些金屬具有非常大的導熱系數(shù)，是普通硅膠導熱系數(shù)的幾十倍到上百倍，將 這種材料填充在封裝基板和散熱器之間，LED芯片產(chǎn)生的熱量經(jīng)過封裝基板向 散熱器傳導的熱阻降極大減小，除此之外液態(tài)金屬還會在空隙中產(chǎn)生對流傳熱， 進一步增強了散熱效果。這種方法所起到的效果相當于將封裝基板和散熱器完 全融合在一起。這種融合不同于將封裝基板和散熱器之間的焊接或銀膠綁定， 可以有效避免兩者之間因焊接和綁定帶來的應力和變形問題。為了進一步增加 封裝基板和散熱器之間的散熱面積，在封裝基板和散熱器相接的兩個表面設置 許多凹凸結構，這些結構相互咬合在一起，中間的空隙充滿室溫液體金屬，能
實現(xiàn)更好的傳熱效果，將LED芯片產(chǎn)生的大量熱量傳輸出來，保障LED芯片的 結溫保持在較低水平，從而提高了大功率LED的運行可靠性和使用壽命。


圖1是利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED光源I型結構示意圖； 圖2是利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED光源II型結構示意圖； 圖3是利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED光源m型結構示意圖； 圖4是多芯片陣列的大功率LED光源示結構意圖。 圖5是具有圓臺形凸起的封裝基板示意圖中LED芯片1、凹形封裝基板2、室溫液態(tài)金屬層3、密封層4、散熱 器5、熒光膠層6、凹凸結構7、光學反射面8、板形封裝基板9、碗形封裝基板 10、第一LED芯片ll、第二LED芯片12、第三LED芯片13、第四LED芯片 14、圓臺形凸起15。
具體實施例方式
下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式
。
如圖1所示，利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED光源包括LED芯片1、 凹形封裝基板2、室溫液態(tài)金屬層3、密封層4、散熱器5、熒光膠層6; LED 芯片1安裝在凹形封裝基板2上，凹形封裝基板2上設有光學反射面8， LED 芯片1上覆蓋有熒光膠層6，凹形封裝基板2安裝在散熱器5上，凹形封裝基板 2與散熱器5之間具有空隙，并由密封層4密封，空隙內被室溫液態(tài)金屬層3充 滿。室溫液態(tài)金屬層3是一種在攝氏100度以下就呈現(xiàn)為液態(tài)的金屬或合金， 包括以下元素的至少一種鎵、銦、鋅、錫、鎂、銅或金。散熱器5是翅片形 散熱器或者熱管散熱器。密封層4是由硅膠或者環(huán)氧樹脂材料構成的薄層。LED芯片1產(chǎn)生的光通過熒光膠層6發(fā)出，LED芯片1產(chǎn)生的絕大部分熱 量經(jīng)過凹形封裝基板2向散熱器5傳導。凹形封裝基板2和散熱器5 —般采用 的金屬材質，導熱系數(shù)較高。但是凹形封裝基板2和散熱器5之間依靠接觸傳 熱，由于加工精度的原因，兩個面之間難以做到很好地接觸，因此凹形封裝基 板2和散熱器5之間的接觸熱阻非常大。為了減少接觸熱阻，在凹形封裝基板2 和散熱器5之間添加一層液體金屬層3。這種液態(tài)金屬是一種在攝氏100度以下 就呈現(xiàn)為液態(tài)的金屬或合金，包括以下元素的至少一種鎵、銦、鋅、錫、鎂、 銅或金。例如金屬鎵是一種在攝氏30度即可成為液體的金屬，這種液態(tài)金屬具 有很大的導熱系數(shù)以及很好的流動性和浸潤性，能夠完全滲入到凹形封裝基板2 和散熱器5之間的空隙中。這樣凹形封裝基板2傳導過來的熱量通過液態(tài)金屬 層3傳導到散熱器5。這種液態(tài)金屬具有非常大的導熱系數(shù)，是普通硅膠導熱系 數(shù)的幾十倍到上百倍，將這種材料填充在凹形封裝基板2和散熱器5之間，LED 芯片1產(chǎn)生的熱量經(jīng)過凹形封裝基板2向散熱器5傳導的熱阻降極大減小，除 此之外液態(tài)金屬還會在空隙中產(chǎn)生對流傳熱，進一步增強了散熱效果。這種方 法所起到的效果相當于將凹形封裝基板2和散熱器5完全融合在一起。這種融 合不同于將凹形封裝基板2和散熱器5之間的焊接或銀膠綁定，可以有效避免 兩者之間因焊接和綁定帶來的應力和變形問題。最后為了防止液體金屬的氧化 和流失，在液體金屬層的四周設置有由硅膠或者環(huán)氧樹脂材料構成的密封層4。
如圖2所示，利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED光源包括LED芯片1、 板形封裝基板9、室溫液態(tài)金屬層3、密封層4、散熱器5、熒光膠層6; LED 芯片1安裝在板形封裝基板9上，LED芯片1上覆蓋有熒光膠層6，板形封裝 基板9安裝在散熱器5上，板形封裝基板9與散熱器5之間具有空隙，并由密 封層4密封，空隙內被室溫液態(tài)金屬層3充滿，板形封裝基板9與散熱器5之 間設有凹凸結構7。凹凸結構7是截面為方形、梯形、三角形、圓形的條狀或點 狀凸起物或凹陷面。室溫液態(tài)金屬層3是一種在攝氏100度以下就呈現(xiàn)為液態(tài) 的金屬或合金，包括以下元素的至少一種鎵、銦、鋅、錫、鎂、銅或金。散 熱器5是翅片形散熱器或者熱管散熱器。密封層4是由硅膠或者環(huán)氧樹脂材料 構成的薄層。
這種結構采用的板形封裝基板9上沒有設置光學反射面8。與前面一種凹形 封裝基板2凸出部分埋入到散熱器5中的設計不同，這種設計是直接將板形封 裝基板9安裝在散熱器5的上面。為了進一步增加板形封裝基板9和散熱器5 之間的導熱面積，在板形封裝基板9和散熱器5相接的兩個表面設置凹凸結構7，這些結構相互咬合在一起使得板形封裝基板9和散熱器5具有更大的導熱面積。 在散熱器5上設置相同的凹凸結構7與板形封裝基板9的形狀咬合匹配，然后 通過液體金屬層的填充凹凸結構7之間的空隙，通過液體金屬實現(xiàn)導熱，達到 更好的導熱效果。將LED芯片產(chǎn)生的大量熱量傳輸出來，保障LED芯片的結溫 保持在較低水平，從而提高了大功率LED的運行可靠性和使用壽命。
如圖3所示，利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED光源包括LED芯片1、 碗形封裝基板IO、室溫液態(tài)金屬層3、密封層4、散熱器5、熒光膠層6; LED 芯片1安裝在碗形封裝基板10上，碗形封裝基板2上設有光學反射面8， LED 芯片1上覆蓋有熒光膠層6，碗形封裝基板10安裝在散熱器5上，碗形封裝基 板10與散熱器5之間具有空隙，并由密封層4密封，空隙內被室溫液態(tài)金屬層 3充滿，碗形封裝基板10與散熱器5之間設有凹凸結構7。凹凸結構7是截面 為方形、梯形、三角形、圓形的條狀或點狀凸起物或凹陷面。室溫液態(tài)金屬層3 是一種在攝氏100度以下就呈現(xiàn)為液態(tài)的金屬或合金，包括以下元素的至少一 種鎵、銦、鋅、錫、鎂、銅或金。散熱器5是翅片形散熱器或者熱管散熱器。 密封層4是由硅膠或者環(huán)氧樹脂材料構成的薄層。
圖4給出了一種由LED芯片陣列構成的室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED光 源。由于單個LED芯片功率不高，因此要實現(xiàn)更大功率LED光源，需要將多個 LED芯片排列成陣列來實現(xiàn)照明。這種陣列由LED芯片按照三角形、正方形或 者圓形方式以一定間隔排列而成。而凹形封裝基板2按照LED芯片的排列設置 有安裝芯片的結構，在凹形封裝基板2背面形成了凸形的陣列，在散熱器5上 設置有相互咬合的凹形陣列。在整個凹形封裝基板2和散熱器5的接觸面之間 都由液體金屬層3填充。圖中顯示出第一LED芯片11、第二LED芯片12、第 三LED芯片13、第四LED芯片14安裝在同一個封裝基板上，而液體金屬層3 填充在凹形封裝基板2和散熱器5之間。圖4顯示的是利用圖1結構實現(xiàn)的LED 芯片陣列大功率LED光源，利用圖2和圖3結構也可以實現(xiàn)同樣功能的LED芯 片陣列大功率LED光源。
圖5給出了一種具有圓臺形凸起的封裝基板。這種封裝基板就是圖4中所 采用的凹形封裝基板2，凹形封裝基板2的下面有許多圓臺形凸起15。
權利要求
1.一種利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED光源，其特征在于包括LED芯片(1)、凹形封裝基板(2)、室溫液態(tài)金屬層(3)、密封層(4)、散熱器(5)、熒光膠層(6)；LED芯片(1)安裝在凹形封裝基板(2)上，凹形封裝基板(2)上設有光學反射面(8)，LED芯片(1)上覆蓋有熒光膠層(6)，凹形封裝基板(2)安裝在散熱器(5)上，凹形封裝基板(2)與散熱器(5)之間具有空隙，并由密封層(4)密封，空隙內被室溫液態(tài)金屬層(3)充滿。
2. —種利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED光源，其特征在于包括LED 芯片(1)、板形封裝基板(9)、室溫液態(tài)金屬層(3)、密封層(4)、散熱器(5)、 熒光膠層(6); LED芯片(1)安裝在板形封裝棊板(9)上，LED芯片(1)上 覆蓋有熒光膠層(6)，板形封裝基板(9)安裝在散熱器(5)上，板形封裝基 板(9)與散熱器(5)之間具有空隙，并由密封層(4)密封，空隙內被室溫液 態(tài)金屬層(3)充滿。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED光源， 其特征在于所述的板形封裝基板(9)與散熱器(5)之間設有凹凸結構(7)。
4. 一種利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED光源，其特征在于包括LED 芯片(1)、碗形封裝基板(10)、室溫液態(tài)金屬層(3)、密封層(4)、散熱器(5)、 熒光膠層(6); LED芯片(1)安裝在碗形封裝基板(10)上，碗形封裝基板(2) 上設有光學反射面(8)， LED芯片(1)上覆蓋有熒光膠層(6)，碗形封裝基板(10)安裝在散熱器(5)上，碗形封裝基板(10)與散熱器(5)之間具有空 隙，并由密封層(4)密封，空隙內被室溫液態(tài)金屬層(3)充滿。
5. 根據(jù)權利要求4所述的一種利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED光源， 其特征在于所述的碗形封裝基板(10)與散熱器(5)之間設有凹凸結構(7)。
6. 根據(jù)權利要求2或4所述的一種利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED 光源，其特征在于所述的凹凸結構(7)是截面為方形、梯形、三角形、圓形的條 狀或點狀凸起物或凹陷面。
7. 根據(jù)權利要求1 、 2或4所述的一種利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED ^6源，其特征在于所述的室溫液態(tài)金屬層(3)是一種在攝氏100度以下就呈現(xiàn)為 液態(tài)的金屬或合金，包括以下元素的至少一種鎵、銦、鋅、錫、鎂、銅或金。
8. 根據(jù)權利要求1 、 2或4所述的一種利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED 光源，其特征在于所述的散熱器(5)是翅片形散熱器或者熱管散熱器。
9. 根據(jù)權利要求1 、 2或4所述的一種利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED 光源，其特征在于所述的密封層(4)是由硅膠或者環(huán)氧樹脂材料構成的薄層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用室溫液態(tài)金屬導熱的大功率LED光源。它包括LED芯片、凹形封裝基板、室溫液態(tài)金屬層、密封層、散熱器、熒光膠層；LED芯片安裝在凹形封裝基板上，凹形封裝基板上設有光學反射面，LED芯片上覆蓋有熒光膠層，凹形封裝基板安裝在散熱器上，凹形封裝基板與散熱器之間具有空隙，并由密封層密封，空隙內被室溫液態(tài)金屬層充滿。這種方法利用室溫液態(tài)金屬高導熱性有效解決大功率LED封裝基板與散熱器之間的接觸熱阻問題，實現(xiàn)更好的導熱效果，將LED芯片產(chǎn)生的熱量傳輸出來，保障LED芯片的結溫保持在較低水平，從而提高大功率LED的運行可靠性和使用壽命。
文檔編號F21S2/00GK101666433SQ200910101818
公開日2010年3月10日 申請日期2009年8月27日 優(yōu)先權日2009年8月27日
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