適用於流體傳熱的led發光模塊的製作方法
2023-10-17 16:34:29
適用於流體傳熱的led發光模塊的製作方法
【專利摘要】本發明提供了適用於流體傳熱的LED發光模塊，包括基板、LED晶片，所述基板上設有用於連接電路並與基板絕緣的導電層，所述導電層包括相互間隔的正極部分和負極部分，所述適用於流體傳熱的LED發光模塊還包括貫穿所述基板與導電層的正極部分或負極部分的孔眼，被貫穿的導電層上蓋設有封閉所述孔眼的銅片，所述孔眼用於填充絕緣的導熱流體，所述LED晶片垂直封裝在銅片背離孔眼的一面上，並通過晶線連接導電層另一極部分。本發明其結構簡單、合理，將導熱流體與LED光源模塊很好地結合起來，減少多層熱阻，並能夠保持較大的換熱接觸面，為開發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奠定了基礎，將使LED照明技術有大幅度的提升。
【專利說明】適用於流體傳熱的LED發光模塊
【技術領域】
[0001]本發明涉及LED照明設備發光模塊的【技術領域】，特別是涉及適用於流體傳熱的LED發光模塊。
【背景技術】
[0002]LED (Light Emitting D1de，稱發光二極體)，屬於固態光源，具有非常好的節能環保優勢，相同光效下耗能僅為白熾燈的10?20%，被譽為"21世紀的照明新光源〃，近年來已經成為研究和開發熱點。其發光機理是靠電子在能帶間躍遷產生光，光譜中不包含紅外部分，所以熱量不能靠輻射散出。與傳統光源相比，半導體光源有節能、高效、體積小、壽命長、響應速度快、驅動電壓低、抗震動等優點。但是通常的大功率LED燈具的光電轉換效率大概在15% -20%之間，仍有約80%左右的電能轉化為熱能。若沒有良好的散熱系統，長時間工作將導致LED晶片的結溫過高而使光衰速度加快，使用壽命減短。
[0003]目前市場上存在的LED發光模塊都是將基板背面塗上導熱膏或導熱膜後貼在鋁製散熱器上進行散熱，有較大的接觸熱阻，不能很好的滿足高功率密度LED發光模塊的散熱需求。這也是為何目前LED燈具設計成點陣式光源的原因。隨著LED技術的進步，集成封裝，甚至是超高功率密度封裝的LED模塊將成為發展的趨勢。因為集成封裝或超高功率密度封裝可以使LED光源成本進一步大幅度的降低，有利於LED節能照明技術的推廣。但其困難在於在很小的發光模塊上集中了大量的熱，也就是會出現越來越高的熱流密度。現有的用固體面接觸導熱的LED發光模塊設計方式很難滿足高功率密度的LED光源散熱需求。由此，出現了流體相變傳熱的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計的LED光源模塊，沒有將傳熱的流體與LED光源模塊很好地結合起來，因而還不能充分發揮該散熱方式的效果。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種散熱效果好、成本較低的適用於流體傳熱的LED發光模塊，以滿足高功率密度的LED照明應用需求。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明的技術方案如下:
[0006]適用於流體傳熱的LED發光模塊，包括基板、LED晶片，所述基板上設有用於連接電路並與基板絕緣的導電層，所述導電層包括相互間隔的正極部分和負極部分，所述適用於流體傳熱的LED發光模塊還包括貫穿所述基板與導電層的正極部分或負極部分的孔眼，被貫穿的導電層上蓋設有封閉所述孔眼的銅片，所述孔眼用於填充絕緣的導熱流體，所述LED晶片垂直封裝在銅片背離孔眼的一面上，並通過晶線連接導電層另一極部分。
[0007]本發明的優點是:孔眼內填充的絕緣導熱流體與銅片的一面接觸，同時銅片的另一面與LED晶片接觸，從而能夠把LED晶片發出的熱量依次傳遞給銅片、導熱流體，導熱流體再通過相變傳熱或者單相液冷的方式，將熱量散發掉；其結構簡單、合理，將導熱流體與LED光源模塊很好地結合起來，減少多層熱阻，並能夠保持較大的換熱接觸面，為開發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奠定了基礎，將使LED照明技術有大幅度的提升。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明實施例1的結構示意圖；
[0009]圖2為實施例1的剖面結構示意圖；
[0010]圖3為本發明實施例2的結構示意圖；
[0011]圖4為實施例2的剖面結構示意圖；
[0012]附圖標記說明:1、基板；2、導電層(a-正極部分，b-負極部分)；3、銅片；4、LED晶片；5、晶線；6、孔眼；7、螺絲孔。
【具體實施方式】
[0013]為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。
[0014]實施例1
[0015]如圖1、圖2所不,適用於流體傳熱的LED發光模塊,包括基板1、LED晶片4,所述基板I上設有用於連接電路並與基板I絕緣的導電層2，所述導電層2包括相互間隔的正極部分和負極部分，所述適用於流體傳熱的LED發光模塊還包括貫穿所述基板I與導電層2的正極部分或負極部分的孔眼6，被貫穿的導電層2上蓋設有封閉所述孔眼6的銅片3，所述孔眼6用於填充絕緣的導熱流體，所述LED晶片4垂直封裝在銅片3背離孔眼6的一面上，並通過晶線5連接導電層2另一極部分。
[0016]通常將導電性能良好的銅覆蓋在基板I上，形成導電層2。導電層2分為正極部分和負極部分，被孔眼6貫穿部分的導電層2上通過焊錫焊接或其他方式設置銅片3，銅片3上垂直封裝LED晶片4，晶片通過導電層2和晶線5實現電氣連接。在通電工作過程中，LED晶片4配合螢光粉、透鏡等通用的其它部件發光，本發明在此不作限制，螢光粉、透鏡等在圖中省略。圖中，螺絲孔7用於使LED發光模塊與配合進行流體傳熱的燈具之間實現緊固密封連接，並防止導熱流體洩漏，本發明在此亦不作限制。
[0017]本發明的LED發光模塊在應用過程中，基板11背面覆蓋絕緣的導熱流體，導熱流體通過孔眼6與銅片3直接接觸，而LED晶片4發出的熱量傳導給銅片3後被導熱流體吸收帶走，進而傳給相關燈具上設置的散熱器，最終將熱量散發掉。由於導熱流體是絕緣的，燈具不會出現漏電的情況，而導熱流體的傳熱是金屬導熱的幾十、甚至上百倍，可使得LED晶片4在很小的晶片面積(如2mmX2mm)上實現數十瓦的功率，從而真正實現高功率密度的點光源應用。
[0018]實施例2
[0019]實施例一為單晶片的LED發光模塊，其高功率密度可滿足中小型燈具使用，但對於更大功率的LED燈具，需要多晶片組合的集成封裝結構，如圖3和圖4所示。該模塊中每個晶片的封裝基本結構與實施例一相同，這裡不再贅述。不同的是多個晶片通過晶線5和導電層2的電路設計實現串聯或並聯，組合在一起使用，從而實現整個多晶片模塊整體上的功率大型化，如幾百瓦或上千瓦，適用於高杆燈等大功率照明場合。
[0020]另外，整個基板I結構也要有利於流體的密封，例如一個帶法蘭和密封槽的圓帽形狀等，同時還需要有一定結構強度，能夠承受流體的蒸汽壓力。此舉將顛覆傳統基板I為一平板結構直接貼合使用的單一模式，開創新一種適用於流體傳熱的LED發光模塊類型。
[0021]本發明提出適用於流體傳熱的LED光源模塊，特別是高功率密度模塊。開發低熱阻超高功率密度LED光源模塊和燈具技術，是根據國家節能減排的政策，針對現有集成封裝光源功率小及散熱方法相對較差，熱阻大等等的問題，研發和改進低熱阻、集成超大功率光源和燈具技術。實現後將會使LED照明技術有大幅度的提升。
[0022]本發明與現有LED發光模塊相比，具有如下的優點:(a)與傳統的非流體傳熱LED發光模塊直接接觸式散熱燈具相比少了三層熱阻:一是傳統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晶片垂直封裝結構中，可減少了藍寶石的熱阻；(b)LED晶片與導熱流體之間只有一個導熱非常好的銅片層，熱阻小，適用於流體傳熱，而流體傳熱可承受比直接金屬接觸導熱大得多的熱流密度，可以開發高功率密度的LED發光模塊。隨著功率密度的提高，可以減少晶片的使用數量和螢光粉和透鏡的數量與成本，光學設計也變得更加簡單。
[0023]上列詳細說明是針對本發明可行實施例的具體說明，該實施例並非用以限制本發明的專利範圍，凡未脫離本發明所為的等效實施或變更，均應包含於本案的專利範圍中。
【權利要求】
1.適用於流體傳熱的LED發光模塊，包括基板、LED晶片，其特徵在於，所述基板上設有用於連接電路並與基板絕緣的導電層，所述導電層包括相互間隔的正極部分和負極部分，所述適用於流體傳熱的LED發光模塊還包括貫穿所述基板與導電層的正極部分或負極部分的孔眼，被貫穿的導電層上蓋設有封閉所述孔眼的銅片，所述孔眼用於填充絕緣的導熱流體，所述LED晶片垂直封裝在銅片背離孔眼的一面上，並通過晶線連接導電層另一極部分。
【文檔編號】H01L33/64GK104362247SQ201410621634
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月6日 優先權日:2014年11月6日
【發明者】岑繼文, 王亦偉, 蔣方明 申請人:中國科學院廣州能源研究所