適用于流體傳熱的led發(fā)光模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了適用于流體傳熱的LED發(fā)光模塊，包括基板、LED芯片，所述基板上設(shè)有用于連接電路并與基板絕緣的導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層包括相互間隔的正極部分和負(fù)極部分，所述適用于流體傳熱的LED發(fā)光模塊還包括貫穿所述基板與導(dǎo)電層的正極部分或負(fù)極部分的孔眼，被貫穿的導(dǎo)電層上蓋設(shè)有封閉所述孔眼的銅片，所述孔眼用于填充絕緣的導(dǎo)熱流體，所述LED芯片垂直封裝在銅片背離孔眼的一面上，并通過(guò)晶線連接導(dǎo)電層另一極部分。本發(fā)明其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，將導(dǎo)熱流體與LED光源模塊很好地結(jié)合起來(lái)，減少多層熱阻，并能夠保持較大的換熱接觸面，為開發(fā)低熱阻超高功率密度的LED光源模塊、集成超大功率光源和燈具技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，將使LED照明技術(shù)有大幅度的提升。
【專利說(shuō)明】適用于流體傳熱的LED發(fā)光模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED照明設(shè)備發(fā)光模塊的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及適用于流體傳熱的LED發(fā)光模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]LED (Light Emitting D1de，稱發(fā)光二極管)，屬于固態(tài)光源，具有非常好的節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)，相同光效下耗能僅為白熾燈的10?20%，被譽(yù)為"21世紀(jì)的照明新光源〃，近年來(lái)已經(jīng)成為研究和開發(fā)熱點(diǎn)。其發(fā)光機(jī)理是靠電子在能帶間躍遷產(chǎn)生光，光譜中不包含紅外部分，所以熱量不能靠輻射散出。與傳統(tǒng)光源相比，半導(dǎo)體光源有節(jié)能、高效、體積小、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快、驅(qū)動(dòng)電壓低、抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。但是通常的大功率LED燈具的光電轉(zhuǎn)換效率大概在15% -20%之間，仍有約80%左右的電能轉(zhuǎn)化為熱能。若沒(méi)有良好的散熱系統(tǒng)，長(zhǎng)時(shí)間工作將導(dǎo)致LED芯片的結(jié)溫過(guò)高而使光衰速度加快，使用壽命減短。
[0003]目前市場(chǎng)上存在的LED發(fā)光模塊都是將基板背面涂上導(dǎo)熱膏或?qū)崮ず筚N在鋁制散熱器上進(jìn)行散熱，有較大的接觸熱阻，不能很好的滿足高功率密度LED發(fā)光模塊的散熱需求。這也是為何目前LED燈具設(shè)計(jì)成點(diǎn)陣式光源的原因。隨著LED技術(shù)的進(jìn)步，集成封裝，甚至是超高功率密度封裝的LED模塊將成為發(fā)展的趨勢(shì)。因?yàn)榧煞庋b或超高功率密度封裝可以使LED光源成本進(jìn)一步大幅度的降低，有利于LED節(jié)能照明技術(shù)的推廣。但其困難在于在很小的發(fā)光模塊上集中了大量的熱，也就是會(huì)出現(xiàn)越來(lái)越高的熱流密度?，F(xiàn)有的用固體面接觸導(dǎo)熱的LED發(fā)光模塊設(shè)計(jì)方式很難滿足高功率密度的LED光源散熱需求。由此，出現(xiàn)了流體相變傳熱的LED燈具，如利用熱管、熱柱等流體相變輔助傳熱技術(shù)和水冷等散熱方法，但其仍沿用為直接固體面接觸散熱方法而設(shè)計(jì)的LED光源模塊，沒(méi)有將傳熱的流體與LED光源模塊很好地結(jié)合起來(lái)，因而還不能充分發(fā)揮該散熱方式的效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種散熱效果好、成本較低的適用于流體傳熱的LED發(fā)光模塊，以滿足高功率密度的LED照明應(yīng)用需求。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]適用于流體傳熱的LED發(fā)光模塊，包括基板、LED芯片，所述基板上設(shè)有用于連接電路并與基板絕緣的導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層包括相互間隔的正極部分和負(fù)極部分，所述適用于流體傳熱的LED發(fā)光模塊還包括貫穿所述基板與導(dǎo)電層的正極部分或負(fù)極部分的孔眼，被貫穿的導(dǎo)電層上蓋設(shè)有封閉所述孔眼的銅片，所述孔眼用于填充絕緣的導(dǎo)熱流體，所述LED芯片垂直封裝在銅片背離孔眼的一面上，并通過(guò)晶線連接導(dǎo)電層另一極部分。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:孔眼內(nèi)填充的絕緣導(dǎo)熱流體與銅片的一面接觸，同時(shí)銅片的另一面與LED芯片接觸，從而能夠把LED芯片發(fā)出的熱量依次傳遞給銅片、導(dǎo)熱流體，導(dǎo)熱流體再通過(guò)相變傳熱或者單相液冷的方式，將熱量散發(fā)掉；其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、合理，將導(dǎo)熱流體與LED光源模塊很好地結(jié)合起來(lái)，減少多層熱阻，并能夠保持較大的換熱接觸面，為開發(fā)低熱阻超高功率密度的LED光源模塊、集成超大功率光源和燈具技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，將使LED照明技術(shù)有大幅度的提升。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2為實(shí)施例1的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖4為實(shí)施例2的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]附圖標(biāo)記說(shuō)明:1、基板；2、導(dǎo)電層(a-正極部分，b-負(fù)極部分)；3、銅片；4、LED芯片；5、晶線；6、孔眼；7、螺絲孔。

【具體實(shí)施方式】
[0013]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0014]實(shí)施例1
[0015]如圖1、圖2所不,適用于流體傳熱的LED發(fā)光模塊,包括基板1、LED芯片4,所述基板I上設(shè)有用于連接電路并與基板I絕緣的導(dǎo)電層2，所述導(dǎo)電層2包括相互間隔的正極部分和負(fù)極部分，所述適用于流體傳熱的LED發(fā)光模塊還包括貫穿所述基板I與導(dǎo)電層2的正極部分或負(fù)極部分的孔眼6，被貫穿的導(dǎo)電層2上蓋設(shè)有封閉所述孔眼6的銅片3，所述孔眼6用于填充絕緣的導(dǎo)熱流體，所述LED芯片4垂直封裝在銅片3背離孔眼6的一面上，并通過(guò)晶線5連接導(dǎo)電層2另一極部分。
[0016]通常將導(dǎo)電性能良好的銅覆蓋在基板I上，形成導(dǎo)電層2。導(dǎo)電層2分為正極部分和負(fù)極部分，被孔眼6貫穿部分的導(dǎo)電層2上通過(guò)焊錫焊接或其他方式設(shè)置銅片3，銅片3上垂直封裝LED芯片4，芯片通過(guò)導(dǎo)電層2和晶線5實(shí)現(xiàn)電氣連接。在通電工作過(guò)程中，LED芯片4配合熒光粉、透鏡等通用的其它部件發(fā)光，本發(fā)明在此不作限制，熒光粉、透鏡等在圖中省略。圖中，螺絲孔7用于使LED發(fā)光模塊與配合進(jìn)行流體傳熱的燈具之間實(shí)現(xiàn)緊固密封連接，并防止導(dǎo)熱流體泄漏，本發(fā)明在此亦不作限制。
[0017]本發(fā)明的LED發(fā)光模塊在應(yīng)用過(guò)程中，基板11背面覆蓋絕緣的導(dǎo)熱流體，導(dǎo)熱流體通過(guò)孔眼6與銅片3直接接觸，而LED芯片4發(fā)出的熱量傳導(dǎo)給銅片3后被導(dǎo)熱流體吸收帶走，進(jìn)而傳給相關(guān)燈具上設(shè)置的散熱器，最終將熱量散發(fā)掉。由于導(dǎo)熱流體是絕緣的，燈具不會(huì)出現(xiàn)漏電的情況，而導(dǎo)熱流體的傳熱是金屬導(dǎo)熱的幾十、甚至上百倍，可使得LED芯片4在很小的芯片面積(如2mmX2mm)上實(shí)現(xiàn)數(shù)十瓦的功率，從而真正實(shí)現(xiàn)高功率密度的點(diǎn)光源應(yīng)用。
[0018]實(shí)施例2
[0019]實(shí)施例一為單芯片的LED發(fā)光模塊，其高功率密度可滿足中小型燈具使用，但對(duì)于更大功率的LED燈具，需要多芯片組合的集成封裝結(jié)構(gòu)，如圖3和圖4所示。該模塊中每個(gè)芯片的封裝基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一相同，這里不再贅述。不同的是多個(gè)芯片通過(guò)晶線5和導(dǎo)電層2的電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)串聯(lián)或并聯(lián)，組合在一起使用，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)多芯片模塊整體上的功率大型化，如幾百瓦或上千瓦，適用于高桿燈等大功率照明場(chǎng)合。
[0020]另外，整個(gè)基板I結(jié)構(gòu)也要有利于流體的密封，例如一個(gè)帶法蘭和密封槽的圓帽形狀等，同時(shí)還需要有一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，能夠承受流體的蒸汽壓力。此舉將顛覆傳統(tǒng)基板I為一平板結(jié)構(gòu)直接貼合使用的單一模式，開創(chuàng)新一種適用于流體傳熱的LED發(fā)光模塊類型。
[0021]本發(fā)明提出適用于流體傳熱的LED光源模塊，特別是高功率密度模塊。開發(fā)低熱阻超高功率密度LED光源模塊和燈具技術(shù)，是根據(jù)國(guó)家節(jié)能減排的政策，針對(duì)現(xiàn)有集成封裝光源功率小及散熱方法相對(duì)較差，熱阻大等等的問(wèn)題，研發(fā)和改進(jìn)低熱阻、集成超大功率光源和燈具技術(shù)。實(shí)現(xiàn)后將會(huì)使LED照明技術(shù)有大幅度的提升。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有LED發(fā)光模塊相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn):(a)與傳統(tǒng)的非流體傳熱LED發(fā)光模塊直接接觸式散熱燈具相比少了三層熱阻:一是傳統(tǒng)LED燈具之間基板與散熱器的接觸熱阻，二是減少了基板上的絕緣層熱阻，三是在LED芯片垂直封裝結(jié)構(gòu)中，可減少了藍(lán)寶石的熱阻；(b)LED芯片與導(dǎo)熱流體之間只有一個(gè)導(dǎo)熱非常好的銅片層，熱阻小，適用于流體傳熱，而流體傳熱可承受比直接金屬接觸導(dǎo)熱大得多的熱流密度，可以開發(fā)高功率密度的LED發(fā)光模塊。隨著功率密度的提高，可以減少芯片的使用數(shù)量和熒光粉和透鏡的數(shù)量與成本，光學(xué)設(shè)計(jì)也變得更加簡(jiǎn)單。
[0023]上列詳細(xì)說(shuō)明是針對(duì)本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說(shuō)明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。
【權(quán)利要求】
1.適用于流體傳熱的LED發(fā)光模塊，包括基板、LED芯片，其特征在于，所述基板上設(shè)有用于連接電路并與基板絕緣的導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層包括相互間隔的正極部分和負(fù)極部分，所述適用于流體傳熱的LED發(fā)光模塊還包括貫穿所述基板與導(dǎo)電層的正極部分或負(fù)極部分的孔眼，被貫穿的導(dǎo)電層上蓋設(shè)有封閉所述孔眼的銅片，所述孔眼用于填充絕緣的導(dǎo)熱流體，所述LED芯片垂直封裝在銅片背離孔眼的一面上，并通過(guò)晶線連接導(dǎo)電層另一極部分。
【文檔編號(hào)】H01L33/64GK104362247SQ201410621634
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】岑繼文, 王亦偉, 蔣方明 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所