專利名稱：Led芯片散熱裝置及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微電子技術領域，特別是涉及大功率LED器件的散熱問題。
背景技術：
目前，大功率(約1W以上)的LED器件只能將約10％的輸入功率轉化為光能，其余90％轉化成了熱能，如果熱能不能及時有效地散發(fā)出去，將導致器件芯片溫度過高，引發(fā)一系列惡果，如加速灌封材料老化，加速芯片光衰，同時由于大量的熱積累，熱應力會使LED芯片損壞，從而導致LED器件壽命縮短。散熱問題已成為大功率LED芯片封裝中的關鍵。
現(xiàn)在LED芯片常用的散熱方法是直接將LED芯片用高導熱焊料層封裝于高導熱基板(如純銅、高導熱陶瓷、純鋁和鋁合金等)上，通過基板和導熱端子把芯片產生的熱，先傳導給高導熱基板和散熱片，通過對流，向空氣散熱。但這種散熱方法及其裝置的散熱能力有限，散熱效果較差，高導熱材料的選擇有限，特別是不能滿足大功率LED芯片的散熱要求。其他散熱方法，如液體散熱方法和機械散熱方法及其裝置，由于體積較大，可靠性差，對體積微小的LED芯片而言不適用。因此，人們一直追求研究一種對LED芯片能進行有效散熱的方法和裝置。

發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題是，針對大功率LED芯片散熱效果較差，影響器件使用效果和壽命的缺陷，提出一種大功率LED芯片的散熱裝置及其制造方法，以改善LED芯片散熱的效果，從而提高器件使用壽命。
本發(fā)明解決上述問題的技術方案將LED芯片產生的熱通過高導熱基板傳導散熱，由高導熱基板傳導出的熱再用半導體致冷方法傳導給散熱片進行散熱。本發(fā)明設計了一種LED芯片散熱裝置，在LED芯片底面依次裝焊有高導熱基板8和散熱片9，散熱片下面裝焊有一對與散熱片形成電偶對的N型和P型半導體層，在N型和P型半導體層下面分別裝焊有電極，在電極下面裝焊有外層散熱片19。本發(fā)明還提出一種制造上述散熱裝置的方法，用高導熱焊料在LED芯片14的底面裝焊高導熱基板8；通過高導熱焊料層裝焊散熱片9在高導熱基板8的下面；通過絕緣高導熱膠層在散熱片9下面裝焊一對N型和P型半導體層；通過高導熱焊料在N型半導體層和P型半導體層下面分別裝焊兩塊電極；電極下面通過絕緣高導熱膠裝焊外層散熱片19。
裝焊在散熱片下面的N型和P型半導體層可以是一層N型半導體塊和一層P型半導體塊，也可以由兩層以上N型半導體塊和P型半導體塊由高導熱焊料分別粘結在一起構成N型和P型半導體層。
本發(fā)明的有益效果，由于本發(fā)明在LED芯片下的高導熱基板上加裝了N型和P型半導體層，LED芯片工作時產生的熱通過高導熱基板傳導散熱后再傳給由N型和P型半導體層與散熱片形成的電偶對，以半導體致冷方法傳導熱。熱慣性非常小，致冷傳導很快，大大提高了LED芯片散熱效果，延長了LED器件壽命。


圖1是本發(fā)明散熱裝置的結構剖視示意圖；圖2是本發(fā)明散熱方法的原理示意圖；圖3是用本發(fā)明散熱裝置封裝LED芯片后的結構剖視示意圖4是本發(fā)明圖1的A-A剖視示意圖。
圖中標記1為封裝透鏡，2為LED芯片電極金屬鍵合絲，3為LED芯片電極，5為與鍵合絲2鍵合的銅電極，6為絕緣層(聚酰亞胺薄膜)，7為橡膠，13為硅膠與熒光粉的混合物。
具體實施方式
下面結合附圖對本發(fā)明進行進一步說明，但不僅限于此。
如圖中所示，本發(fā)明裝置包括，通過高導熱焊料層4裝焊在LED芯片14底面的高導熱基板8，散熱片9通過高導熱焊料層4裝焊在高導熱基板8的下面，通過絕緣高導熱膠層18裝焊于散熱片9下面的一對N型(或P型)半導體層15、16和P型(或N型)半導體層10、11，一塊N型半導體和一塊P型半導體構成一對半導體層，為了提高散熱效果，根據大功率LED芯片的功率，可以將兩塊或兩塊以上N型(或P型)半導體塊通過高導熱焊料層分別粘接在一起，構成一個N型(或P型)半導體層。粘接時要注意P型半導體層對應LED芯片電極的正極，N型半導體層對應芯片電極的負極。在N型半導體層16和P型半導體層11下面通過高導熱焊料層4分別裝焊兩塊電極12、17，電極的極性與半導體層的極性相對應。電極的正極對應N型半導體層一側粘接，電極的負極對應P型半導體層一側粘接。在電極12、17的下面通過絕緣高導熱膠18裝焊散熱片19，該散熱片19作為本發(fā)明散熱裝置的外層散熱片。該散熱裝置的裝焊順序是按在芯片底層裝焊高導熱基板——散熱片——半導體層——電極——外層散熱片這樣的順序。
所述高導熱基板8為銅基板，也可用其他高導熱材料如鋁、鋁合金等；所述散熱片9、19為鋁、鋁合金、銅或其他散熱良好的金屬材料制成，其形狀一般為圓形；所述N型半導體層和P型半導體層可以只用一層N型半導體塊和P型半導體塊，也可以如本例所述，高導熱焊料分別將兩塊或多塊N型半導體塊，兩塊或多塊P型半導體塊分別粘接在一起構成N型半導體層和P型半導體層，再將其分別裝焊在散熱片9下面。其半導體材料一般采用區(qū)熔法的碲化鉍為基體的三元半導體，例如，N型半導體層材料為Bi2Te3-Bi2Se3等，P型半導體層材料為Bi2Te3-Bb2Te3等；電極可用金屬銅材制作；高導熱焊料4可選鉛錫焊料、銦錫焊料；絕緣高導熱膠18可選美國DOW CORNING導熱絕緣膠4450。
圖2所示是本發(fā)明散熱方法的原理示意圖，當LED器件工作時，其LED芯片產生的熱通過高導熱基板8傳導散熱，然后傳給由N型半導體層和P型半導體層與散熱片9構成的電偶對，通過半導體致冷方法進行致冷傳導熱，然后把熱傳導給散熱片19，通過空氣對流把熱散發(fā)出去。
半導體致冷方法的工作過程為，當電流通過N型和P型半導體層與散熱片裝焊端時，從散熱片吸熱，為冷端，而半導體層下面的電極端放熱，形成熱端，傳給與其裝焊的另一散熱片，進行散熱。該裝置的吸熱和放熱是通過載流子電子和空穴流過半導體上下結點時，由于勢能變化而引起能量傳遞的。形成冷端和熱端，將冷端的熱量傳遞到熱端。該方法和裝置采用的是一種半導體固體致冷方法，熱慣性非常小，致冷傳導很快，大大提高了LED芯片散熱效果，延長了LED器件壽命。且裝置體積小，重量輕，無運動部件，無振動，失效率低，可靠性高，壽命長，無噪聲、無致冷劑，不污染環(huán)境，封裝簡便易行。若采用閉環(huán)溫控電路，還能精確控溫，精度可達±0.1℃。若加上溫度檢測和控制電路，很易組成自動化系統(tǒng)。
權利要求
1.一種LED芯片的散熱裝置，它包括，在LED芯片底面依次裝焊的高導熱基板(8)和散熱片(9)，其特征在于，該散熱片下面裝焊有一對與散熱片形成電偶對的N型和P型半導體層，在N型和P型半導體層下面分別裝焊正、負電極，在電極下面裝焊有外層散熱片(19)。
2.根據權利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，N型和P型半導體層分別由至少一層N型半導體塊和至少一層P型半導體塊構成。
3.根據權利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，高導熱基板與散熱片(9)之間、半導體層與電極之間通過高導熱焊料層裝焊，散熱片與半導體層之間、電極與外層散熱片(19)之間通過絕緣高導熱膠層裝焊。
4.根據權利要求1所述的散熱裝置，其特征在于，所述N型半導體層對應LED芯片和電極的負極側，P型半導體層對應LED芯片和電極的正極側。
5.一種制作LED芯片散熱裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟，用高導熱焊料在LED芯片(14)的底面裝焊高導熱基板(8)；通過高導熱焊料層裝焊散熱片(9)在高導熱基板(8)的下面；通過絕緣高導熱膠層在散熱片(9)下面裝焊一對N型和P型半導體層；通過高導熱焊料在N型半導體層和P型半導體層下面分別裝焊正、負兩塊電極；電極下面通過絕緣高導熱膠裝焊外層散熱片(19)。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，N型和P型半導體層分別由至少一層N型半導體塊和至少一層P型半導體塊構成。
7.根據權利要求5或6所述的方法，其特征在于，N型半導體層和電極負極對應裝在LED芯片的負極側，P型半導體層和電極正極對應裝在LED芯片的正極側。
全文摘要
本發(fā)明請求保護一種LED芯片散熱裝置及其制作方法，涉及微電子技術領域。主要用于大功率LED芯片的封裝散熱。本發(fā)明的技術方案是在LED芯片底層裝散熱片、半導體層及電極，LED芯片產生的熱通過高導熱基板傳導散熱，傳給由散熱片、N型半導體層、P型半導體層形成的電偶對，進行半導體致冷傳導，然后再把熱傳導給散熱片，進行散熱。該裝置散熱速度快，大大改善了LED芯片散熱效果，能大大延長LED器件壽命。
文檔編號H05K7/20GK1949489SQ20061009520
公開日2007年4月18日 申請日期2006年11月15日 優(yōu)先權日2006年11月15日
發(fā)明者唐政維, 李秋俊, 趙贊良, 蔡雪梅, 劉小秋 申請人:重慶郵電大學