具有金属焊接连接的转换器散热元件复合装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体涉及一种转换器散热元件复合装置以及一种用于制造转换器散热元 件复合装置的方法。
[0002] 特别地，本发明涉及一种陶瓷转换器，其通过金属连接与散热元件连接。
【背景技术】
[0003] 荧光转换器(一般也称作转换器）用于将第一波长的光(或电磁辐射)转换成第二 波长的光。
[0004] 在此，转换器通过具有第一波长的初级辐射光源激发。在此，初级辐射光源的光至 少部分由转换器转换成具有第二波长的次级辐射。在转换器中，所侵入的光功率的一部分 在此转换成热。在此，所述热必须尽可能有效地从转换器导出，从而避免转换器中的强烈的 温度升高，因为不管采用何种转换器材料，强烈的温度升高都会导致转换器材料的损坏。此 外，在具有相对高的热方面的毁坏阈值的转换器中，转换效率随着温度的增大而减小。在 此，所述效应归因于所谓的"热淬火(thermal quenching)"。
[0005] 为了最小化或避免上述不利的影响，用于光转换的设备通常具有散热元件、例如 以散热片（\X:卜Irmcscnkc)形式，借此可以将热从转换器材料导出。在此，用于从转换器有 效热导出的重要因素尤其是转换器材料的热导率以及转换器和散热元件之间的连接的热 传导性。
[0006] W0 2009/115976 A1描述了一种用于光转换的设备，其中将转换器细分成各个区 段。通过将转换器材料细分成更小的各个区段，在此应当保证从转换器通过用于热导出的 元件到散热片中的顺利的热导出。所述各个转换器区段与导热的且反射的材料连接。
[0007] 对于将转换器与散热器热连接的在现有技术中描述的可能性是粘合剂、例如基于 环氧化物或基于硅酮的粘合剂的使用。
[0008] 例如，US 201257364 A描述了转换器通过粘合剂的热连接，所述粘合剂包含导热 的填充材料。
[0009] 然而，粘合层严重地造成了热阻，从而由此限制了激发光的所允许的功能并且因 此也限制了要达到的光流和亮度。此外，粘合连接大多是整个系统的寿命的限制因素。 [0010]此外，转换器和散热元件之间的连接必须满足光学要求、尤其足够大的反射。因 此，转换器中的次级光局部均匀地辐射，从而例如在漫反射布置中次级光的光部分没有朝 有用方向、而是朝散热元件的方向发射。为了也可以利用所述光份额，所述光份额应当由散 热元件反射。
[0011]在现有技术中，这通过使用镜的方式来解决。所述镜大多借助薄的粘合层(例如基 于娃酮粘合剂或环氧化物粘合剂)施加在散热元件上。
【发明内容】
[0012]因此，本发明的目的是提供一种转换器散热元件复合装置，其中散热元件和转换 器如此相互连接，使得转换器和散热元件之间的连接具有高的反射能力并且不仅转换器和 散热元件之间的连接而且整个系统具有小的热阻以及高的预期使用寿命。本发明的另一目 的在于提供一种用于制造相应的转换器散热元件复合装置的方法。
[0013] 本发明的目的通过独立权利要求的主题来解决。有利的实施方式和扩展方案是从 属权利要求的主题。
[0014] 根据本发明的转换器散热元件复合装置包括陶瓷转换器、含金属的涂层以及金属 的散热元件。陶瓷转换器的表面至少部分地直接涂覆有含金属的涂层，并且散热元件通过 金属的焊接连接与含金属的涂层连接。
[0015] 在此，陶瓷转换器将第一波长的光至少部分地转换成第二波长的光。陶瓷转换器 的使用是特别有利的，因为其除高的温度稳定性以外还具有高的热传导性的特征。在此，高 的热传导性有利于转换器内部朝散热元件的热导出。因此，例如也可以使用具有相对厚的 转换器的复合装置。根据一种实施方式，转换器厚度为50μηι至500μηι、优选150μηι至250μηι。在 此适用：随着转换器的厚度的减小，对金属涂层的热传导性以及对至散热元件的连接的热 传导性的影响增大，因为在此情况下转换器的热阻重要性较小。
[0016] 陶瓷转换器的表面至少部分地直接以金属涂层涂覆。所述金属涂层优选包含选自 包括以下元素的组中的至少一种金属:银、金和铂金，并且所述金属涂层是反射性的。
[0017] 根据一种实施方式，金属涂层的反射率至少为Alanod公司的镜的反射率的50%、 优选至少60%、特别优选至少75%。
[0018] 在此，由于陶瓷转换器有时透明度较小，为了确定根据本发明的金属涂层的反射 率，所述金属涂层没有施加在陶瓷的转换器衬底上，而是施加在透明的玻璃陶瓷衬底 (CLEARTRANS)上，然后通过转换器衬底对其反射特性进行分析。
[0019] 为此，在分光光度计Lambda 950中借助积分球测量了样本的漫反射性。作为参考 测量值，一方面将以下样本测量为100 %参考(RefHR)，在该样本中Alanod公司的高反射镜布 置在了没有印刷的CLEARTRANS衬底的背后，并且另一方面将空白的、没有印刷的 CLEARTRANS衬底测量为零参考(Refor)。
[0020] 对平标一冬姑於相坦丨)丨下挪_讲奸I禅的说姓^七：
[0021]
[0022]因为Alanod公司的参考镜的反射率为98%，所以所述经标准化的反射率几乎等于 绝对的反射率。
[0023]用于评估反射率的另一方案在于，可以通过评估由反射体引起的色度坐标(也称 为色坐标或颜色位置)移位进行，只要在转换器光谱中仍存在激发光的份额。如果以第一波 长的光(例如蓝光)照射转换器，则所述光被部分吸收并且转换成具有更大的第二波长的次 级光(例如黄光）。所述光在转换器中均匀地辐射。因为转换器不吸收或几乎不吸收次级辐 射，所以相当一部分到达转换器的背侧。如果在那里存在反射体，则所述光朝辐射方向返回 并且可能在多个散射过程和反射过程之后有利于有用光通量，所述有用光通量具有确定的 色度坐标。如果所述背侧反射体的反射率小于100%或者完全不存在反射率，则次级光在有 用光中的份额减小。在上述示例中，因此有用光中的黄色光份额减小并且色度坐标朝蓝色 光的方向移位。因此，颜色空间色度图中的色度坐标移位是反射体的品质的度量。因此，反 射体的品质可以通过如下定义的品质因数FOMqei来确定：
[0024]
λ \ rLK. / λ \ ur /
[0025] 参量cx(测量样品）是设置有含银涂层的转换器的在漫反射中求取的、对于 CIE1931标准颜色系统确定的色度坐标。cx(RefHR)是当布置或施加在具有98%反射率的 Alanod镜上时所求取的转换器的色度坐标。Cx(RefQR)是当位于暗背景或光阱上时所求取的 转换器色度坐标。
[0026]根据本发明的一种实施方式，FOMqe-cx大于40%，尤其大于60%。
[0027] 替代地，也可以考虑直接用次级光光通量进行评估。这尤其适用于以下转换器:激 发光几乎完全被吸收并且转换，并且其色度坐标因此与纯发射光谱的色度坐标几乎相同。 在这种情况下，由于几乎不再存在色度坐标移位，所以不再能实现在色度坐标移位和 FOMciei方面的测量技术上非常简单的评估。
[0028] 因此，反射的品质可以替代地通过以下品质因数来确定：
[0029]
[0030] 次级光通量通过在光谱上过滤由转换器发射到测量装置的总的光通量的可能仍 剩余的激发光来确定。
[0031] 在对于进行的所有单次测量中，转换器的辐射必须与激发光、尤其其功 率相等。
[0032] 光通量次级(测量样品）是设置有含银的涂层的转换器的次级光通量。光通量織 (RefHR)是当施加或设置在高反射率的参考镜上、例如具有98%反射率的Alanod镜上时的转 换器的次级光通量。
[0033] 光通量燦(RefQR)是当位于暗背景或光阱上时的转换器的次级光通量。
[0034]根据一种实施方式，金属涂层的品质特征数值F0M臟》大于40%、尤其大于60%。
[0035] 根据本发明，含金属的涂层的部分通过金属焊接连接与散热元件连接。由此，根据 本发明的转换器散热元件复合装置具有转换器通过金属连接与散热元件的连接。因此，通 过根据本发明所使用的金属，在转换器和散热元件之间存在具有小的热阻的连接。
[0036] 由此，能够实现转换器散热元件复合装置的在热方面高的传热系数由于 金属涂层以及焊接连接的良好的热传导性，所述值尤其归因于陶瓷转换器的传热系数并且 因此强烈取决于其厚度。
[0037] 在此，所述热方面的传热系数\\'?[<如下得出：
[0038] 热阻Rth是热源和散热元件之间的温差与从热源流到散热元件的热通量的商：
[0039]
[0040] 对丁〗字皮α和價锻[MJ枳A的均匀体，所述均匀体在面积A上由均匀的热通量Q穿过， 适用下述与材料热导率λ的关系式：
[0041]
[0042] 因此，热阻与可供热流过的面积成比例地减小而与接触面积的厚度成比例地增 大。此外，必须考虑边界面的热阻。
[0043] 为了说明与面积无关的参数，定义传热系数\\"?〕Ι<,其中在此应当对边界面上的 热流过和热传输求和。
[0044]
[0045] 如上所述，对于厚度d的均匀体，其中所述均匀体由以下均匀的热通量q流过：
[0046]
[0047]所述均匀体适用如下关系式：
[0048]
[0049] 对于200μπι厚的转换器而言，根据本发明的一种实施方式的转换器散热元件复合 装置的传热系数WtiK至少为25000W/Km 2,其中根据本发明也可以使用具有其他厚度的转 换器。
[0050] 传热系数\\·??< (在具有200μπι厚的转换器的参考系统上所测量)优选在25000至 32000W/Km2的范围中。
[0051] 这能够实现高的光学功率密度。例如，在\\??<为30000W/m2K和可容忍的最大温 差为120°C时，得出最大散热