專利名稱:一種芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)，所述的熱管理結(jié)構(gòu)包括具有散熱載臺的散熱基板，塊狀熒光體及兩者之間的透明填充材料，可能還包括導(dǎo)熱蓋板；根據(jù)需要還可以增加導(dǎo)熱蓋板使熱量從塊狀熒光體傳導(dǎo)到導(dǎo)熱蓋板再傳導(dǎo)到具有散熱載臺的散熱基板。其中散熱基板具有供塊狀熒光體放置的載臺，所述的載臺還起著為塊狀熒光體提供散熱通道的作用。所述塊狀熒光體為高導(dǎo)熱固體熒光體，其目的在于將熒光層中產(chǎn)生的熱快速地導(dǎo)離到散熱基板上。所述的透明填充材料填充于散熱基板與塊狀熒光體之間的空腔之中。該光源還可以覆蓋導(dǎo)熱蓋板，該蓋板與散熱基板配合用于固定塊狀熒光體并為塊狀熒光體提供額外的散熱通道。其特征在于該熱管理結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了芯片與熒光體分離式散熱，提高LED光源的散熱能力，特別是高光強(qiáng)密度的LED光源。
【專利說明】一種芯片與焚光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及LED光源領(lǐng)域，尤其涉及一種高光強(qiáng)密度LED光源領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] LED作為一種新型光源，由于具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長等特點已經(jīng)被日益廣泛地應(yīng) 用于照明領(lǐng)域?，F(xiàn)階段LED白光的實現(xiàn)方式可分為兩種：一種是不同顏色的LED芯片按照 一定的配比使用直接獲得白光。另一種是藍(lán)光LED芯片加熒光材料的形式（即phosphor converted white LED，PC-WLED)，熒光材料吸收藍(lán)光LED芯片發(fā)出的藍(lán)光，放出其他顏色的 光，這些熒光粉發(fā)出的光與LED芯片發(fā)出的藍(lán)光混合形成白光。
[0003] 上述第二種白光LED，熒光體在吸收LED芯片發(fā)出的藍(lán)光并轉(zhuǎn)化為其他顏色的光 的過程中會損失一部分能量。以黃光熒光粉為例，即使量子效率達(dá)到100%，450nm的藍(lán)光 轉(zhuǎn)化成550nm黃光過程中也要損失一部分能量?？紤]到熒光材料在光轉(zhuǎn)換過程中量子效率 并不可能達(dá)到100%，故熒光材料在使用過程中要耗散更多的能量。這部分耗散的能量最終 將以熱的形式出現(xiàn)，如果熒光材料層的散熱結(jié)構(gòu)沒有處理好將導(dǎo)致熒光層熱聚集，溫度甚 至可能超過芯片節(jié)溫。過高的溫升一方面使熒光層發(fā)生熒光熱淬滅現(xiàn)象，導(dǎo)致熒光材料效 率下降，發(fā)熱量進(jìn)一步升高。另一方面將導(dǎo)致其它封裝材料的老化，如可能導(dǎo)致樹脂發(fā)黃變 色，導(dǎo)致硅膠透過率下降等。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的前述問題，通過在散熱基板上增加散熱載臺將熒 光體發(fā)出的熱量導(dǎo)向散熱基板的方法解決熒光體發(fā)熱導(dǎo)致的溫升問題。
[0005] 該芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)，包括具有散熱載臺的散熱基板，塊狀熒光體 和透明填充物；其特征在于：所述的散熱基板具有散熱載臺用于放置塊狀熒光體并為塊狀 熒光體提供散熱通道。
[0006] 所述的散熱基板含有多顆LED芯片，LED芯片的放置位置為散熱基板的凹槽內(nèi)。 所述的散熱基板采用高導(dǎo)熱的金屬材料、陶瓷材料、單晶材料、復(fù)合材料。所述的散熱基板 采用壓鑄、切割、燒結(jié)加工。所述塊狀熒光體為高導(dǎo)熱的陶瓷熒光體、單晶熒光體、玻璃熒光 體、玻璃陶瓷熒光體、在高導(dǎo)熱不發(fā)光的透明基板上進(jìn)行表面熒光粉涂覆的復(fù)合熒光體、復(fù) 合結(jié)構(gòu)材料。所述的高導(dǎo)熱固體熒光體擁有一個面或多個面能與散熱載臺充分接觸。
[0007] 所述的透明填充物填充于塊狀熒光體和散熱基板凹槽形成的封閉空腔，透明填充 物起著保護(hù)LED芯片和增強(qiáng)出光的作用；其材料可以是絕緣透明的硅膠、樹脂和油，優(yōu)選折 射率介于LED芯片和塊狀熒光體的材料。
[0008] 所述的塊狀熒光體，其與散熱基板的接觸部分通過熱界面材料連接。
[0009] 本實用新型通過使用高導(dǎo)熱固體熒光體的方法防止熒光層的熱聚集，同時通過 為塊狀熒光體提供單獨散熱通道的形式將熒光層產(chǎn)生的熱量導(dǎo)離的方法增強(qiáng)LED光源的 散熱能力，特別在高光強(qiáng)密度LED光源的應(yīng)用上具有極大的散熱優(yōu)勢。

【附圖說明】

[0010] 圖1 一種芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)示意圖一 [0011] 圖2 -種芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)示意圖二
[0012] 圖3 -種芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)示意圖三

【具體實施方式】
[0013] 實施例1 :
[0014] 塊狀熒光體的尺寸為20mmX20mmXlmm，為0. 7mm厚的雙面拋光氧化鋁與0. 3mm熒 光膠組合的復(fù)合熒光體。采用尺寸為25mmX 25mmX Imm的鋁材作為散熱基板，使用圍墻膠 在散熱基板中心畫出18mmX 18mm白色娃膠圍壩。在圍壩內(nèi)均勾固三列LED芯片，每列芯片 10顆，再進(jìn)行10串3并焊線連接。貼裝PCB板充當(dāng)LED光源電極。圍墻膠內(nèi)注滿透明硅 膠，然后將塊狀熒光體覆蓋在硅膠上。外接1.05A的恒流源，總輸入功率為30W。LED光源 點亮后約5min開始達(dá)到熱平衡狀態(tài)，紅外熱成像測試塊狀熒光體的溫度為102°C。此常規(guī) 封裝方案用于與本實用新型方案做對比。
[0015] 使用一種芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)示意圖一結(jié)構(gòu)。11模塊對應(yīng)散熱基板， 12模塊對應(yīng)塊狀熒光體。塊狀熒光體的尺寸為20mmX 20mmX 1mm，為0. 7mm厚的雙面拋光 氧化鋁與0. 3mm熒光膠組合的復(fù)合熒光體。散熱基板載臺尺寸略大于塊狀熒光體尺寸，復(fù) 合熒光體外圈與散熱基板載臺充分接觸，并在他們的接觸面上涂抹導(dǎo)熱硅脂。散熱基板凹 槽尺寸為18mmX 18mm，在散熱基板凹槽內(nèi)均勻固晶三列芯片，每列芯片10顆，再進(jìn)行10串 3并焊線。在凹槽側(cè)邊開槽，貼裝PCB板充當(dāng)LED光源電極。在復(fù)合熒光體和散熱基板凹槽 形成的空腔內(nèi)填充硅膠。外接I. 05A的恒流源，總輸入功率為30W。LED光源點亮后約5min 開始達(dá)到熱平衡狀態(tài)，紅外熱成像測試塊狀熒光體（復(fù)合熒光體）的溫度為75°C。
[0016] 實施例2:
[0017] 使用一種芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)示意圖一結(jié)構(gòu)。11模塊對應(yīng)散熱基板， 12模塊對應(yīng)塊狀熒光體。塊狀熒光體的尺寸為20mmX 20mmX 1mm，為Ce :YAG陶瓷熒光體。 散熱基板載臺尺寸略大于塊狀熒光體尺寸，陶瓷熒光體外圈與散熱基板載臺充分接觸，并 在他們的接觸面上涂抹導(dǎo)熱硅脂。散熱基板凹槽尺寸為18mmX 18mm，在散熱基板凹槽內(nèi)均 勻固晶三列芯片，每列芯片10顆，再進(jìn)行10串3并焊線。在凹槽側(cè)邊開槽，貼裝PCB板充 當(dāng)LED光源電極。在塊狀熒光陶瓷和散熱基板凹槽形成的空腔內(nèi)填充硅膠。外接I. 05A的 恒流源，總輸入功率為30W。LED光源點亮后約5min開始達(dá)到熱平衡狀態(tài)，紅外熱成像測試 塊狀熒光體（Ce :YAG熒光陶瓷）的溫度為65°C。
[0018] 實施例3 :
[0019] 使用塊狀熒光體尺寸為020 mmx2 mm,其材質(zhì)為低溫玻璃熒光體。散熱基板為 Imm厚平板，使用圍墻膠在散熱基板上畫出直徑16mm白色硅膠圍壩。在圍壩內(nèi)固三列LED 芯片，每列芯片10顆，再進(jìn)行10串3并焊線。貼裝PCB板充當(dāng)LED光源電極。圍墻膠內(nèi)注 滿透明硅膠，然后將玻璃熒光體覆蓋在硅膠上。外接I. 05A的恒流源，總輸入功率為30W。 LED光源點亮后約5min開始達(dá)到熱平衡狀態(tài)，紅外熱成像測試玻璃熒光體的溫度為106°C。 此常規(guī)封裝方案用于與本實用新型方案做對比。
[0020] 使用一種芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)示意圖二結(jié)構(gòu)。21模塊對應(yīng)散熱基板， 22模塊對應(yīng)塊狀熒光體，23模塊對應(yīng)散熱蓋板。使用塊狀熒光體尺寸為020 mm x2 mm, 其材質(zhì)為低溫玻璃熒光體。散熱基板由直徑為30_，厚度為4mm的紫銅塊加工而成。散熱 基板凹槽尺寸為直徑16mm，深3mm的圓形，在散熱基板凹槽內(nèi)固三列LED芯片，每列芯片10 顆，再進(jìn)行10串3并焊線。在凹槽側(cè)邊開槽，貼裝PCB板充當(dāng)LED光源電極。載臺尺寸為 外徑20mm，內(nèi)徑為16mm的圓環(huán)，深度為1mm，玻璃焚光體外圈與散熱基板載臺充分接觸，并 在他們的接觸面上涂抹導(dǎo)熱硅脂。在玻璃熒光體和散熱基板凹槽形成的空腔內(nèi)填充硅膠。 外接I. 05A的恒流源，總輸入功率為30W。LED光源點亮后約5min開始達(dá)到熱平衡狀態(tài)，紅 外熱成像測試玻璃熒光體的溫度為78°C。繼續(xù)增加散熱蓋板，散熱蓋板由直徑35_，厚度 2mm的圓形錯板加工而成，中間為直徑16mm的通孔，通孔外是外徑20mm，深度Imm的凹槽。 凹槽對準(zhǔn)塊狀熒光體，將散熱蓋板倒扣于散熱基板上。散熱蓋板下表面各個面涂抹導(dǎo)熱硅 脂用于增強(qiáng)塊狀熒光體到散熱蓋板、散熱蓋板到散熱基板的界面熱傳導(dǎo)能力。光源達(dá)到熱 平衡后，紅外熱成像測試玻璃熒光體的最高溫度為66°C。
[0021] 實施例4:
[0022] 使用一種芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)示意圖二結(jié)構(gòu)。21模塊對應(yīng)散熱基板， 22模塊對應(yīng)塊狀熒光體，23模塊對應(yīng)散熱蓋板。使用塊狀熒光體尺寸為020 mm x2 mm， 其材質(zhì)為玻璃陶瓷熒光體。散熱基板由直徑為30_，厚度為4mm的紫銅塊加工而成。散熱 基板凹槽尺寸為直徑16mm，深3mm的圓形，在散熱基板凹槽內(nèi)固三列LED芯片，每列芯片10 顆，再進(jìn)行10串3并焊線。在凹槽側(cè)邊開槽，貼裝PCB板充當(dāng)LED光源電極。載臺尺寸為外 徑20_，內(nèi)徑為16mm的圓環(huán)，深度為1_，玻璃陶瓷焚光體外圈與散熱基板載臺充分接觸， 并在他們的接觸面上涂抹導(dǎo)熱硅脂。在玻璃陶瓷熒光體和散熱基板凹槽形成的空腔內(nèi)填充 硅膠。外接I. 05A的恒流源，總輸入功率為30W。LED光源點亮后約5min開始達(dá)到熱平衡 狀態(tài)，紅外熱成像測試玻璃陶瓷熒光體的溫度為69°C。繼續(xù)增加散熱蓋板，散熱蓋板由直 徑35mm，厚度2mm的圓形錯板加工而成，中間為直徑16mm的通孔，通孔外是外徑20mm，深 度Imm的凹槽。凹槽對準(zhǔn)塊狀熒光體，將散熱蓋板倒扣于散熱基板上。散熱蓋板下表面各 個面涂抹導(dǎo)熱硅脂用于增強(qiáng)塊狀熒光體到散熱蓋板、散熱蓋板到散熱基板的界面熱傳導(dǎo)能 力。光源達(dá)到熱平衡后，紅外熱成像測試玻璃陶瓷熒光體的最高溫度為58°C。
[0023] 實施例5 :
[0024] 本實施例中散熱基板由銅基層31、絕緣層32、銅箔層33、絕緣層34和銅箔層35組 成。銅基層31為散熱基板的主體。銅箔層33充當(dāng)導(dǎo)電電極層，為了增加白光LED的出光 效率，銅基層31和銅箔層33表面鍍制一層銀薄膜。銅箔層35充當(dāng)塊狀熒光體散熱層，相 當(dāng)于前述實施例中的散熱載臺的作用。使用玻璃熒光體充當(dāng)塊狀熒光體，該玻璃熒光體由 Ce :YAG熒光粉和低溫玻璃微球在500°C燒成。在銅基層31未被覆蓋的區(qū)域固三列LED大 功率芯片，每列芯片10顆，再進(jìn)行10串3并焊線。將熒光玻璃加工成適當(dāng)?shù)某叽缳N于銅箔 層35上，熒光玻璃外圈與銅箔層35充分接觸，并在他們的接觸面上涂抹導(dǎo)熱硅脂。在熒光 玻璃和銅基層31形成的空腔內(nèi)填充硅膠。外接I. 05A的恒流源，總輸入功率為30W。LED 光源點亮后約5min開始達(dá)到熱平衡狀態(tài)，紅外熱成像測試玻璃熒光體表面溫度為74°C。
[0025] 實施例6 :
[0026] 本實施例中使用的散熱基板于實施例3相同。散熱基板由銅基層31、絕緣層32、 銅箔層33、絕緣層34和銅箔層35組成。銅基層31為散熱基板的主體。銅箔層33充當(dāng)導(dǎo) 電電極層，為了增加白光LED的出光效率，銅基層31和銅箔層33表面鍍制一層銀薄膜。銅 箔層35充當(dāng)塊狀熒光體散熱層。使用Ce :YAG透明熒光陶瓷充當(dāng)塊狀熒光體。在銅基層31 未被覆蓋的區(qū)域固三列LED大功率芯片，每列芯片10顆，再進(jìn)行10串3并焊線。將Ce :YAG 透明熒光陶瓷加工成適當(dāng)?shù)某叽缳N于銅箔層35上，Ce :YAG透明熒光陶瓷外圈與銅箔層35 充分接觸，并在他們的接觸面上涂抹導(dǎo)熱硅脂。在Ce :YAG透明熒光陶瓷和銅基層31形成 的空腔內(nèi)填充硅膠。外接I. 05A的恒流源，總輸入功率為30W。LED光源點亮后約5min開 始達(dá)到熱平衡狀態(tài)，紅外熱成像測試玻璃熒光體表面溫度為56°C。
[0027] 上述內(nèi)容只是本使用新型的六個具體實施例，而并非對本使用新型的限制，凡是 依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對上面的實施例所作的任何細(xì)微修改、等同變化與修飾，均仍 然屬于本實用新型的技術(shù)內(nèi)容和范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)，包括具有散熱載臺的散熱基板，塊狀熒光體 和透明填充物；其特征在于：所述的散熱基板具有散熱載臺用于放置塊狀熒光體并為塊狀 熒光體提供散熱通道。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的 散熱基板含有多顆LED芯片，LED芯片的放置位置為散熱基板的凹槽內(nèi)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的 散熱基板采用高導(dǎo)熱的金屬材料、陶瓷材料、單晶材料、復(fù)合材料。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的 散熱基板采用壓鑄、切割、燒結(jié)加工。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述塊 狀熒光體為高導(dǎo)熱的陶瓷熒光體、單晶熒光體、玻璃熒光體、玻璃陶瓷熒光體、在高導(dǎo)熱不 發(fā)光的透明基板上進(jìn)行表面熒光粉涂覆的復(fù)合熒光體、復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的 高導(dǎo)熱固體熒光體擁有一個面或多個面能與散熱載臺充分接觸。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的 透明填充物填充于塊狀熒光體和散熱基板凹槽形成的封閉空腔，透明填充物起著保護(hù)LED 芯片和增強(qiáng)出光的作用；其材料可以是絕緣透明的硅膠、樹脂和油，優(yōu)選折射率介于LED 芯片和塊狀熒光體的材料。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種芯片與熒光體分離式熱管理結(jié)構(gòu)，其特征在于：所述的 塊狀熒光體，其與散熱基板及導(dǎo)熱蓋板的接觸部分通過熱界面材料連接。
【文檔編號】H01L33-64GK204303867SQ201420072291
【發(fā)明者】張紅衛(wèi), 陳寶容, 馮輝輝 [申請人]張紅衛(wèi)