專利名稱：一種將led封裝與應用相結(jié)合的新型散熱方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電子半導體技術領域，特別是涉及一種將LED封裝與應用相結(jié)合的新 型散熱方法和裝置。
背景技術：
目前行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)的傳統(tǒng)LED (Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)，照明產(chǎn)品是 首先將LED芯片封裝成各種形式的LED光源，然后再將封裝好的LED光源固定在照明產(chǎn)品 的散熱器上，配合反光、折光材料進行二次光學設計，再組合電路、外殼，形成完整的LED照 明產(chǎn)品。將LED光源組合各種配件形成LED照明產(chǎn)品的過程在業(yè)內(nèi)也被稱之為“LED的應
田，，①傳統(tǒng)的LED光源封裝形式當前，LED光源封裝主要有單顆封裝和集成封裝兩種形式。單顆封裝的主要產(chǎn)品 有單珠、SMD(貼片)、大功率等，其中SMD也有將幾顆芯片(一般3 5顆之內(nèi))封裝在同 一個支架中的情況，但其主流產(chǎn)品仍然是單顆封裝，故仍將其歸為單顆封裝的產(chǎn)品形式。集 成封裝是在一個較大的支架中，封裝較多的芯片，一般都在幾十顆以上。無論是單顆封裝還是集成封裝，都是先在LED支架上進行固晶、焊線、封膠，然后 再分光分色，進行后處理，形成LED光源成品，這一過程稱之為“LED的封裝”。固晶時，需要 在支架上先涂點固晶膠(銀膠/絕緣膠)，再將LED芯片(此時的LED芯片也被稱之為“裸 晶”)準確地放置在涂點好的固晶膠位置上，最后進行烘烤，使固晶膠固化，牢固地將LED芯 片固定在支架上，以進行超聲波焊線。在這一過程中，固晶膠一方面起到固定LED芯片的作 用，另一方面，在LED芯片工作時，需要將LED芯片內(nèi)部產(chǎn)生的熱量源源不斷地導出。而且， 固晶膠是否能較好地將LED芯片中的熱量導到熱沉(此處的熱沉為支架)上散出，對LED 芯片的工作壽命起到至關重要的作用。②傳統(tǒng)的LED產(chǎn)品應用方式單顆封裝的LED光源需要先焊接在鋁基板上連接驅(qū)動電路，然后再將鋁基板固定 在散熱器上，配合光學設計和外殼，組成LED照明產(chǎn)品成品。集成封裝的LED光源，一般很少使用鋁基板，而是直接與驅(qū)動電路相連，再將光源 固定在散熱器上，配合光學設計和外殼，組成LED照明產(chǎn)品成品。在LED照明產(chǎn)品工作時，LED芯片會將無法轉(zhuǎn)化成光能的電能以熱能的形式散發(fā) 出來，如果不及時將芯片上發(fā)出的熱能導出、散開，就會使熱量集中在LED芯片附近較小的 區(qū)域內(nèi)，從而損壞LED芯片，使其形成不可逆的損傷，影響發(fā)光效率，并縮短LED發(fā)光器件的 使用壽命。散熱器是LED照明產(chǎn)品工作時熱的主要載體、傳導體和散發(fā)體。熱量能否有效傳 導到散熱器上并及時散去，直接影響到LED發(fā)光器件的壽命長短。③傳統(tǒng)的LED封裝和應用形式存在的缺陷A.對于單顆封裝的LED
LED光源與鋁基板固定、連接的載體主要是焊錫，有時也會在光源底部涂抹導熱硅 膠(硅質(zhì))，以利于導熱；鋁基板與散熱器連接時，主要靠螺絲緊固力固定，傳導熱量，也可 在鋁基板底部涂抹導熱硅膠(硅質(zhì))。這樣，在LED照明產(chǎn)品工作時，熱源——LED芯片與主要的有效散熱器件——散熱 器之間，存在固晶膠、支架熱沉、焊錫/導熱硅膠(硅質(zhì))、鋁基板、螺絲/導熱硅膠(硅質(zhì)) 五層媒介。而每一層媒介導熱的效率都不可能是100%。假設固晶膠的導熱效率為％，支架 熱沉的導熱效率為bi，連接LED光源與鋁基板的焊錫/導熱硅膠(硅質(zhì))的導熱效率為C1, 鋁基板的導熱效率為Cl1,連接鋁基板和散熱器的螺絲/導熱硅膠(硅質(zhì))的導熱效率為 則傳統(tǒng)LED照明產(chǎn)品從LED芯片到散熱器之間的導熱效率A1 = B1Xb1Xc1Xd1Xe1 < 1，
b, < 1，C1 < 1，Cl1 <14 0。假設這五個導熱媒介中任何一個或兩個媒介的導熱效率較低，那么就會從整體上 絕對影響產(chǎn)品的導熱性，使熱量集中在芯片內(nèi)，影響芯片發(fā)光效率和壽命長短。熱通道詳見附圖1B.對于集成封裝的LED集成封裝的LED光源一般是在一個比較大的SMD支架上封裝幾十顆甚至上百顆大 功率LED芯片。然后用螺絲直接將光源擰固在散熱器上。這樣，集成封裝的LED照明產(chǎn)品在工作時，熱源——LED芯片與主要的有效散熱器 件——散熱器之間，存在固晶膠、支架熱沉、螺絲三層媒介。假設固晶膠的導熱效率為％，支架熱沉的導熱效率為Iv從LED光源將熱量導向散 熱器的螺絲的導熱效率為％，則傳統(tǒng)LED照明產(chǎn)品從LED芯片到散熱器之間的導熱效率A2 =a2 X b2 X e2 (a2 < 1, b2 < 1, e2 < 1)。熱通道芯片一(固晶膠)—支架熱沉一(螺絲)—散熱器顯然，LED作為新一代的高效節(jié)能光源，廣泛應用在照明領域還存在無法完美解決 散熱的問題。因此，目前需要本領域技術人員迫切解決的一個技術問題就是如何能夠創(chuàng)新 地提出一種有效解決的導熱、散熱方式，以解決現(xiàn)有技術中存在的問題，有效提高LED照明 產(chǎn)品的品質(zhì)、延長其使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種將LED封裝與應用相結(jié)合的新型散熱方 法和裝置，用以有效提高產(chǎn)品的導熱、散熱效率，提高LED照明產(chǎn)品的品質(zhì)、延長其使用壽 命。為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種將LED封裝與應用相結(jié)合的新型散熱方 法，所述方法包括選取導熱系數(shù)大于等于80瓦/米·開爾文的載體材料作為直接熱沉；在所述載體上布置導電線路，并在所述載體上進行固晶、焊線和點膠封裝作業(yè)；在完成所述作業(yè)后將所述載體與散熱器進行無縫結(jié)合后，與驅(qū)動電路相連，獲得
完成廣品。優(yōu)選的，所述無縫結(jié)合的方式為無縫嵌合或無縫沖壓。
優(yōu)選的，所述作為直接熱沉的載體材料為銀、銅、金、鋁或鐵。優(yōu)選的，所述作為直接熱沉的載體材料為鋁合金或鎂合金。優(yōu)選的，所述驅(qū)動電路是為LED提供直流電的電源。本發(fā)明還公布了一種將LED封裝與應用相結(jié)合的新型散熱裝置，所述裝置包括第一處理模塊，用于選取導熱系數(shù)大于等于80瓦/米 開爾文的載體材料作為直 接熱沉；第二處理模塊，用于在所述載體上布置導電線路，并在所述載體上進行固晶、焊線 和點膠封裝作業(yè)；第三處理模塊，用于在完成所述作業(yè)后將所述載體與散熱器進行無縫結(jié)合后，與 驅(qū)動電路相連，獲得完成產(chǎn)品。優(yōu)選的，所述第一處理模塊進行無縫結(jié)合的方式為無縫嵌合或無縫沖壓。優(yōu)選的，所述第一處理模塊所選取的作為直接熱沉的載體材料為銀、銅、金、鋁或 鐵。優(yōu)選的，所述第一處理模塊所選取的作為直接熱沉的載體材料為鋁合金或鎂合
^^ ο優(yōu)選的，所述第三處理模塊中的驅(qū)動電路是為LED提供直流電的電源。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明通過將LED行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)的封裝與應用兩個環(huán)節(jié)作為統(tǒng)一整體進行考慮，在 保證產(chǎn)品性能的條件下，減少產(chǎn)品中對散熱效率有影響的工藝環(huán)節(jié)和結(jié)構(gòu)部件，將傳統(tǒng)LED 封裝形式中所采用的支架熱沉與應用環(huán)節(jié)中使用的鋁基板熱沉、散熱器熱沉合三為一，使 得LED芯片在工作狀態(tài)下，快速、有效地傳熱、導熱、散熱，以降低LED芯片在工作狀態(tài)下的 結(jié)溫，進而提高LED照明產(chǎn)品的品質(zhì)、延長其使用壽命。


圖1是本發(fā)明現(xiàn)有技術中所述的熱通道示意圖；圖2是本發(fā)明實施例一所述的一種將LED封裝與應用相結(jié)合的新型散熱方法流 程；圖3是本發(fā)明實施例一所述的傳統(tǒng)LED結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4是本發(fā)明實施例一所述本發(fā)明的LED結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實施例二所述的一種將LED封裝與應用相結(jié)合的新型散熱方法和裝 置結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實 施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。實施例一參照圖2，示出了本發(fā)明的一種將LED封裝與應用相結(jié)合的新型散熱方法流程圖， 所述方法具體包括步驟S101，選取導熱系數(shù)大于等于80瓦/米 開爾文的載體材料作為直接熱沉；
載體熱沉選擇的材料是具有良好導熱性能的物質(zhì)，基于背景技術中的介紹，其對 熱量的傳導、吸收能力不次于傳統(tǒng)LED光源封裝中使用的支架熱沉，也不次于傳統(tǒng)LED應用 過程中使用的鋁基板；所以，b3 ^ bi; b3 ^ Iv優(yōu)選的，所述作為直接熱沉的載體材料為銀、銅、金、鋁或鐵。更為優(yōu)選的，所述作為直接熱沉的載體材料為鋁合金或鎂合金。本實施例中，選取的具有良好導熱性能的載體材料作為直接熱沉，實際中，導熱系 數(shù)值較高的物質(zhì)包括銀(導熱系數(shù)4 瓦/米·開爾文-W/m· 、銅(導熱系數(shù)401W/ m · K)、金(導熱系數(shù)317W/m · K)、鋁(導熱系數(shù)237W/ m · K)、鐵(導熱系數(shù)80W/m · K)。 廣泛用于LED照明產(chǎn)品的導熱、散熱材料主要是銅和鋁，以鋁合金、鎂合金為主。其中，使用 最多的6063型鋁合金導熱系數(shù)為201W/m*K。而最好的導熱硅膠(硅質(zhì))的導熱系數(shù)僅僅 只有4 6W/m· K左右，一般的導熱硅膠(硅質(zhì))的導熱系數(shù)則更低。步驟S102，在所述載體上布置導電線路，并在所述載體上進行固晶、焊線和點膠封 裝作業(yè)；具體的，載體熱沉是作為散熱器的一部分進行設計的，其表面積、體積都會絕對地 大于傳統(tǒng)LED光源封裝中使用的支架熱沉。因此，當LED芯片正常工作時，載體熱沉能夠更 多地分擔聚集在LED芯片內(nèi)及其周圍的熱量，減輕LED芯片所受到的熱量損傷；如果不存在 其他的導熱、散熱手段，那么，這種表面積更大、體積更大的載體熱沉顯然會比同樣材質(zhì)的 小面積、小體積支架熱沉起到更好的散熱、導熱、承熱作用。另外，在結(jié)構(gòu)允許或者結(jié)構(gòu)需要 的情況下，我們還可以將這種載體熱沉加大、加厚，以滿足、優(yōu)化產(chǎn)品的需要，更大更好地發(fā) 揮它對熱量的分散作用。步驟S103，在完成所述作業(yè)后將所述載體與散熱器進行無縫結(jié)合后，與驅(qū)動電路 相連，獲得完成產(chǎn)品。優(yōu)選的，所述無縫結(jié)合的方式包括無縫嵌合或無縫沖壓。將熱沉材料與散熱器通過無縫嵌合或者無縫沖壓的方式進行緊密結(jié)合，進而實現(xiàn) 載體熱沉與散熱器的緊密結(jié)合。作為散熱器結(jié)構(gòu)的一部分，載體熱沉與散熱器的結(jié)合采用接近無縫的硬接合方 式?？墒馆d體熱沉的一部分完全嵌入散熱器，使得載體熱沉材料與散熱器材料緊密接合，合 而為一。這種結(jié)合方式，與通過螺絲緊固力將鋁基板固定在散熱器上的點接觸/局部接觸 方式相比，具有更大的導熱接觸面，能夠形成更大的傳熱、導熱通道，可以更加有效地將熱 量從載體熱沉上傳導至散熱器；所以，e3 < ei; e3 < %。優(yōu)選的，所述驅(qū)動電路是為LED提供直流電的電源。在實際應用中，所述驅(qū)動電路可能將交流電轉(zhuǎn)化為LED所需的直流電或直接為 LED提供直流電。上述方法中，熱源——LED芯片與主要的有效散熱器件——散熱器之間，只存在固 晶膠一層媒介。假設固晶膠的導熱效率為a3，則本發(fā)明技術LED照明產(chǎn)品從LED芯片到散熱器之 間的導熱效率A3 = ^( < 1)。熱通道芯片一(固晶膠)一載體熱沉(散熱器)
假如仍然將載體熱沉與散熱器割裂來看，那么不妨將載體熱沉稱為散熱器I，將與 載體熱沉無縫相連的散熱器稱為散熱器II。那么，在熱源——LED芯片與散熱器II之間，存在固晶膠、載體熱沉、散熱器I與 散熱器II的連接介質(zhì)三層媒介。假設固晶膠的導熱效率為a3，載體熱沉的導熱效率為b3，散熱器I、II之間的連接 介質(zhì)導熱效率為e3，則從LED芯片到散熱器II之間的導熱效率A/ = ^Xb3Xe3Oi3 < 1， b3 < 1, e3 < 1)。熱通道芯片一(固晶膠)—載體熱沉(散熱器I)—(散熱器I、II之間的連接介質(zhì))— 散熱器II。下面對傳統(tǒng)產(chǎn)品單顆封裝的LED照明產(chǎn)品、集成封裝的LED照明產(chǎn)品以及本實施 例所述方法的LED照明產(chǎn)品進行比較，具體的參見圖3和圖4分別示出了傳統(tǒng)LED結(jié)構(gòu)和 本發(fā)明所述LED結(jié)構(gòu)的示意圖，假設采用同樣的固晶膠、同樣材質(zhì)制作的支架熱沉和載體 熱沉(B1 = a2 = a3, b! = b2 = b3)，其導熱效率分別為A1 = B1Xb1Xc1Xd1Xe1 (B1 < 1，Id1 < 1，C1 < 1，Cl1 < 1，G1 < 1)；A2 = a2 X b2 X e2 (a2 < 1, b2 < 1, e2 < 1)；A3 = a3(a3 < 1)；A3' = Ei3Xb3Xe3(￡i3 < 1, b3 < 1, e3 < 1)。考慮 ％ < ei，％ < e2,則 A1 < A2 < A3' < A3。所以，由此可見，從理論上而言，由本實施例所述方法所制作的產(chǎn)品，其導熱性能 要優(yōu)于傳統(tǒng)方法所制作的LED照明產(chǎn)品。為了進一步介紹本發(fā)明的核心思想，與實際應用相結(jié)合，采用一種覆銅鋁基板作 為本發(fā)明技術方案中所說的載體熱沉，在其表面進行通導/絕緣的線路設計和布置，然后 在其上進行固晶、焊線、封膠操作，使其起到傳統(tǒng)LED產(chǎn)品中所使用的支架熱沉和鋁基板的 雙重作用。這種覆銅鋁基板的面積和體積都遠遠大于傳統(tǒng)LED光源封裝時所使用的支架熱 沉的面積和體積。從外型設計上，這種覆銅鋁基板上會有專門的結(jié)合面或結(jié)合口與散熱器相接。這 種結(jié)合面或結(jié)合口通過機械力的作用將會和散熱器緊密相連，以達到熱量是從金屬介質(zhì)向 金屬介質(zhì)相傳遞的效果。這種熱量傳遞遠遠優(yōu)于通過導熱硅膠(硅質(zhì))來傳遞熱量的效^ ο需要說明的是，本實施例所述的方法不僅僅可用于LED球型燈、LED射燈、LED日光 燈、LED工礦燈、LED庭院燈、LED隧道燈、LED路燈等照明類產(chǎn)品的生產(chǎn)，也可用于LED汽車 燈、LED廣告燈、LED景觀燈、LED交通燈、LED指示燈、LED顯示燈等各種類型LED產(chǎn)品的生產(chǎn)。實施例二 參照圖5，示出了本發(fā)明的一種將LED封裝與應用相結(jié)合的新型散熱方法和裝置 結(jié)構(gòu)圖，所述裝置包括第一處理模塊401，用于選取導熱系數(shù)大于等于80瓦/米·開爾文的載體材料作為直接熱沉；第二處理模塊402，用于在所述載體上布置導電線路，并在所述載體上進行固晶、 焊線和點膠封裝作業(yè)；第三處理模塊403，用于在完成所述作業(yè)后將所述載體與散熱器進行無縫結(jié)合后， 與驅(qū)動電路相連，獲得完成產(chǎn)品。優(yōu)選的，所述第一處理模塊401進行無縫結(jié)合的方式為無縫嵌合或無縫沖壓。優(yōu)選的，所述第一處理模塊401所選取的作為直接熱沉的載體材料為銀、銅、金、 鋁或鐵。優(yōu)選的，所述第一處理模塊401所選取的作為直接熱沉的載體材料為鋁合金或鎂合金。優(yōu)選的，所述第三處理模塊403中的驅(qū)動電路是為LED提供直流電的電源。本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與 其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。對于裝置實施例 而言，由于其與方法實施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法實施例的部 分說明即可。以上對本發(fā)明所提供的一種將LED封裝與應用相結(jié)合的新型散熱方法和裝置進 行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施 例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人 員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明 書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。
權利要求
1.一種將LED封裝與應用相結(jié)合的新型散熱方法，其特征在于，所述方法包括 選取導熱系數(shù)大于等于80瓦/米·開爾文的載體材料作為直接熱沉； 在所述載體上布置導電線路，并在所述載體上進行固晶、焊線和點膠封裝作業(yè)；在完成所述作業(yè)后將所述載體與散熱器進行無縫結(jié)合后，與驅(qū)動電路相連，獲得完成產(chǎn)品。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于 所述無縫結(jié)合的方式為無縫嵌合或無縫沖壓。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于 所述作為直接熱沉的載體材料為銀、銅、金、鋁或鐵。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于所述作為直接熱沉的載體材料為鋁合金或鎂合金。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于 所述驅(qū)動電路是為LED提供直流電的電源。
6.一種將LED封裝與應用相結(jié)合的新型散熱裝置，其特征在于，所述裝置包括第一處理模塊，用于選取導熱系數(shù)大于等于80瓦/米 開爾文的載體材料作為直接熱沉；第二處理模塊，用于在所述載體上布置導電線路，并在所述載體上進行固晶、焊線和點 膠封裝作業(yè)；第三處理模塊，用于在完成所述作業(yè)后將所述載體與散熱器進行無縫結(jié)合后，與驅(qū)動 電路相連，獲得完成產(chǎn)品。
7.根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于所述第一處理模塊進行無縫結(jié)合的方式為無縫嵌合或無縫沖壓。
8.根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于所述第一處理模塊所選取的作為直接熱沉的載體材料為銀、銅、金、鋁或鐵。
9.根據(jù)權利要求8所述的裝置，其特征在于所述第一處理模塊所選取的作為直接熱沉的載體材料為鋁合金或鎂合金。
10.根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于所述第三處理模塊中的驅(qū)動電路是為LED提供直流電的電源。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種將LED封裝與應用相結(jié)合的新型散熱方法和裝置，通過將LED行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)的封裝與應用兩個環(huán)節(jié)作為統(tǒng)一整體進行考慮，在保證產(chǎn)品性能的條件下，減少產(chǎn)品中對散熱效率有影響的工藝環(huán)節(jié)和結(jié)構(gòu)部件，將傳統(tǒng)LED封裝形式中所采用的支架熱沉與應用環(huán)節(jié)中使用的鋁基板熱沉、散熱器熱沉合三為一，使得LED芯片在工作狀態(tài)下，快速、有效地傳熱、導熱、散熱，以降低LED芯片在工作狀態(tài)下的結(jié)溫，進而提高LED照明產(chǎn)品的品質(zhì)、延長其使用壽命。
文檔編號H01L33/64GK102142489SQ201110004779
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月11日 優(yōu)先權日2011年1月11日
發(fā)明者冉帥, 王鑫 申請人:北京易光天元半導體照明科技有限公司