專利名稱：一種基于液態(tài)金屬散熱的螺紋連接結構的大功率led光源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及照明光源，尤其涉及一種基于室溫液態(tài)金屬微孔導熱的大功率 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采用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)姆庋b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， 是本實用新型要解決的關鍵問題。液態(tài)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(最高可達80W/K/m以上)，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。20092019252M公開了一種利用液態(tài)金屬冷卻 LED芯片的方法，這種方法主要針對LED芯片散熱，通過在兩個熱界面間加入液態(tài)金屬減小熱阻。但是那一發(fā)明中還有一個熱界面的導熱問題沒有完全解決，就是芯片與封裝基板之間。這一界面目前是利用銀膠固晶進行連接，銀膠的導熱系數(shù)并不大(約為20W/K/m)，更為復雜的是銀膠需要長時間高溫固化，工藝上復雜而且對芯片會產生熱損傷。為了解決這一難題，本實用新型充分利用LED封裝基板的特性，將封裝基板改成帶有微孔的封裝基板， LED芯片安裝在微孔封裝基板的微孔上，微孔中充滿室溫液態(tài)金屬，微孔封裝基板安裝在散熱器上。這樣LED芯片發(fā)出的熱量直接通過液態(tài)金屬傳導給封裝基板和散熱器。由于室溫液態(tài)金屬的導熱系數(shù)遠高于銀膠，而且液態(tài)金屬具有滲透性和流動性的特點，更加增強了液態(tài)金屬的導熱效果，這樣液態(tài)金屬將兩個熱界面完全融合。在這一 LED芯片封裝過程中完全不需要長時間高溫熱固化，不僅降低了 LED芯片的熱損傷而且降低了生產成本，利用液態(tài)金屬的高導熱性改善LED芯片、封裝基板和散熱器之間散熱性能，這種方法能夠從根本上解決LED芯片、封裝基板和散熱器之間接觸熱阻過大的問題。
發(fā)明內容[0005]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種室溫液態(tài)金屬微孔導熱的大功率LED光源?；谑覝匾簯B(tài)金屬微孔導熱的大功率LED光源包括LED芯片、微孔封裝基板、熒光膠層、室溫液態(tài)金屬、密封層、散熱器、金線、LED芯片電極和微孔；散熱器上順次設有密封層、微孔封裝基板，在微孔封裝基板的微孔上設有LED芯片，微孔封裝基板的微孔內充滿室溫液態(tài)金屬，LED芯片設有LED芯片電極，LED芯片電極上連有金線，LED芯片上覆蓋有熒光膠層。所述的LED芯片為多個，相鄰兩LED芯片上的LED芯片電極之間通過金線相連。所述的微孔封裝基板的微孔直徑小于LED芯片的正方形邊長。所述的熒光膠層的材料是硅膠與熒光粉混合形成的膠體材料。所述的室溫液態(tài)金屬是在攝氏100度以下就呈現(xiàn)為液態(tài)的金屬或合金。所述的金屬或合金是鎵、銦、鋅、錫、鎂、銅或金的一種或多種。所述的密封層的材料是硅膠或者環(huán)氧樹脂。所述的有散熱器是翅片形散熱器或者熱管散熱器。本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有的有益效果在這種LED封裝中，LED芯片底部直接與導熱能力非常好的液態(tài)金屬接觸，而液態(tài)金屬又與微孔基板緊密接觸，并且通過液態(tài)金屬直接與散熱器緊密接觸，LED芯片在工作時產生的熱量被有效的散發(fā)。這種方法使得大功率LED的散熱效果更好，并且減少了 LED封裝的固晶過程，增加了 LED芯片底部的反射率，使光效得到了很大的提升。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，例如金屬鎵及其合金等，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芯片產生的熱量經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)金屬還會在微孔空隙中產生對流傳熱，進一步增強了散熱效果。 這種方法所起到的效果相當于將LED芯片、封裝基板和散熱器完全融合在一起。這種融合不同于將LED芯片、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。這種結構相互結合在一起，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是基于室溫液態(tài)金屬微孔導熱的大功率LED光源的整體結構示意圖；圖2是基于室溫液態(tài)金屬微孔導熱的大功率LED光源的微孔基板結構示意圖；圖中LED芯片1、微孔封裝基板2、熒光膠層3、室溫液態(tài)金屬4、密封層5、散熱器 6、金線7、LED芯片電極8、微孔9。
具體實施方式
以下結合附圖詳細說明本實用新型的具體實施方式
。如圖1、2所示，基于室溫液態(tài)金屬微孔導熱的大功率LED光源包括LED芯片1、微孔封裝基板2、熒光膠層3、室溫液態(tài)金屬4、密封層5、散熱器6、金線7、LED芯片電極8和微孔9 ；散熱器6上順次設有密封層5、微孔封裝基板2，在微孔封裝基板2的微孔9上設有 LED芯片1，微孔封裝基板2的微孔9內充滿室溫液態(tài)金屬4，LED芯片1設有LED芯片電極8，LED芯片電極8上連有金線7，LED芯片1上覆蓋有熒光膠層3。所述的LED芯片1為多個，相鄰兩LED芯片1上的LED芯片電極8之間通過金線 7相連。所述的微孔封裝基板2的微孔9直徑小于LED芯片1的正方形邊長。所述的熒光膠層3的材料是硅膠與熒光粉混合形成的膠體材料。所述的室溫液態(tài)金屬4是在攝氏100 度以下就呈現(xiàn)為液態(tài)的金屬或合金。所述的金屬或合金是鎵、銦、鋅、錫、鎂、銅或金的一種或多種。所述的密封層5的材料是硅膠或者環(huán)氧樹脂。所述的有散熱器6是翅片形散熱器或者熱管散熱器。LED芯片1產生的光通過熒光膠層3發(fā)出，LED芯片1產生的絕大部分熱量經過微孔封裝基板2向散熱器6傳導。微孔封裝基板2和散熱器6 —般采用的金屬材質，導熱系數(shù)較高。LED芯片1安裝在微孔封裝基板2的微孔9上，LED芯片1上的電極8通過金線7 相互連接形成電流通道，微孔9中充滿室溫液態(tài)金屬4，微孔封裝基板2安裝在散熱器6上。 這樣LED芯片1發(fā)出的熱量直接通過液態(tài)金屬4傳導給封裝基板2和散熱器6。為了減少接觸熱阻，在微孔封裝基板2和散熱器6之間填充液體金屬4。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，能夠完全滲入到微孔封裝基板2和散熱器6之間的微孔 9和孔隙中。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，將這種材料填充在微孔封裝基板2和散熱器6之間，LED芯片1產生的熱量經過微孔封裝基板2向散熱器6傳導的熱阻降極大減小，除此之外液態(tài)金屬還會在微孔9中產生對流傳熱，進一步增強了散熱效果。這種方法所起到的效果相當于將LED芯片1、微孔封裝基板 2和散熱器6完全融合在一起。這種融合不同于將封裝基板2和散熱器6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?；谑覝匾簯B(tài)金屬微孔導熱的大功率LED光源的微孔封裝基板2結構，與一般的 LED封裝基板不同的是在金屬基板上分布著許多微孔，每一個微孔對應著一個LED芯片1的安裝位置，微孔9的直徑一般小于LED芯片1的尺寸，這樣LED芯片1覆蓋微孔9上而不會跌落在微孔9中，LED芯片1與微孔9形成一個封閉的圓柱形微孔，其中填充室溫液態(tài)金屬 4。這樣，LED芯片1產生的熱量通過液態(tài)金屬4傳導到微孔封裝基板2和散熱器6上，能實現(xiàn)更好的傳熱效果，將LED芯片產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。
權利要求1.一種基于室溫液態(tài)金屬微孔導熱的大功率LED光源，其特征在于包括LED芯片(1 )、 微孔封裝基板(2)、熒光膠層(3)、室溫液態(tài)金屬(4)、密封層(5)、散熱器(6)、金線(7)、LED 芯片電極(8)和微孔(9)；散熱器(6)上順次設有密封層(5)、微孔封裝基板(2)，在微孔封裝基板(2 )的微孔(9 )上設有LED芯片(1)，微孔封裝基板(2 )的微孔(9 )內充滿室溫液態(tài)金屬(4)，LED芯片(1)設有LED芯片電極(8)，LED芯片電極(8)上連有金線(7)，LED芯片 (1)上覆蓋有熒光膠層(3)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于室溫液態(tài)金屬微孔導熱的大功率LED光源，其特征在于所述的LED芯片(1)為多個，相鄰兩LED芯片(1)上的LED芯片電極(8)之間通過金線 (7)相連。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于室溫液態(tài)金屬微孔導熱的大功率LED光源，其特征在于所述的微孔封裝基板(2)的微孔(9)直徑小于LED芯片(1)的正方形邊長。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于室溫液態(tài)金屬微孔導熱的大功率LED光源，其特征在于所述的熒光膠層(3)的材料是硅膠與熒光粉混合形成的膠體材料。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種基于室溫液態(tài)金屬微孔導熱的大功率LED光源，其特征在于所述的室溫液態(tài)金屬(4)是在攝氏100度以下就呈現(xiàn)為液態(tài)的金屬或合金。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種基于室溫液態(tài)金屬微孔導熱的大功率LED光源，其特征在于所述的金屬或合金是鎵、銦、鋅、錫、鎂、銅或金的一種或多種。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種基于室溫液態(tài)金屬微孔導熱的大功率LED光源，其特征在于所述的密封層(5)的材料是硅膠或者環(huán)氧樹脂。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種基于室溫液態(tài)金屬微孔導熱的大功率LED光源，其特征在于所述的有散熱器(6)是翅片形散熱器或者熱管散熱器。
專利摘要本實用新型公開了一種基于室溫液態(tài)金屬微孔導熱的大功率LED光源。它包括LED芯片、微孔封裝基板、熒光膠層、室溫液態(tài)金屬、密封層、散熱器、金線、LED芯片電極和微孔；散熱器上順次設有密封層、微孔封裝基板，在微孔封裝基板的微孔上設有LED芯片，微孔封裝基板的微孔內充滿室溫液態(tài)金屬，LED芯片設有LED芯片電極，LED芯片電極上連有金線，LED芯片上覆蓋有熒光膠層。在本實用新型中，LED芯片底部直接與導熱能力非常好的液態(tài)金屬接觸，而液態(tài)金屬又與微孔基板緊密接觸，并且通過液態(tài)金屬直接與散熱器緊密接觸，LED芯片在工作時產生的熱量被有效的散發(fā)。使得大功率LED的散熱效果更好，并且減少了LED封裝的固晶過程，增加了LED芯片底部的反射率，使光效得到了很大的提升。
文檔編號F21V17/00GK202082649SQ20112002055
公開日2011年12月21日 申請日期2011年1月23日 優(yōu)先權日2011年1月23日
發(fā)明者符建, 羅曉偉, 陸哲 申請人:符建