专利名称：：超大功率半导体照明光源基板直冷散热器装置的制作方法
技术领域：
：本实用新型涉及散热装置，具体涉及超大功率半导体照明光源基板直冷散热器装置。技术背景现有的发光二极管LED(LightEmittingDiode)是一种直接把电能转化为光能的半导体发光固体器件。具有光效高、能耗低、寿命长、光色纯、体积小、重量轻、工作电压低、响应时间短、无重金属污染、维修费用低等优点，作为新一代绿色照明光源，正得到越来越广泛的应用。LED对温度非常敏感，PN结温度上升偏大就会影响发光效率和使用寿命，见表1所示。随着结温的上升，发光的峰值波长将发生漂移，会引起与荧光粉激发波长的失配，降低白光LED的整体发光效率，并导致白光色温的改变。同时由于结温的上升会使PN结发光复合的几率下降，LED的亮度就会下降。如果散热不良引起的结温升高过大时，还会出现热击穿现象，严重影响LED光源的使用寿命。表1结温与LED光源寿命及出光率的关系表<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>现有大功率LED光源散热技术的不足之处是把封装好的芯片基板和散热器作为两个各自独立的器件用导热胶粘结，界面热阻加大，加之散热器普遍效率较低，难以获得理想的散热效果，不适于超大功率的LED光源的散热。超大功率LED的散热问题是制约其在功能性照明领域发展的一个世界难题。世界著名公司科锐、日亚的LED照明灯具也只达到3W、5W。国家高技术研究发展计划(863计划)把"半导体照明工程"列为重大项目课题，其研究主要目标是灯具的热阻《9tVW，正常点亮时结温温升《25'C，工作寿命>50000小时(光通量下降到初始值的70%)。图l为现有技术散热方式结构示意图，为了减小结温上升的幅度，现有技术是将大功率LED封装好的芯片基板与金属散热器通过导热胶粘合，把芯片产生的热量传导给散热器，再由散热器将热量散发到空气中。根据实际检测，当环境温度为25'C时，100W的LED灯具在点亮1小时，其各点的温度如表2所示。表2100W的LED温升测量数据<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>备注据相关报告显示，PN结结温与光源基板中心温度相差15'C检测结果表明结温温升过大。原因一是芯片基板中心与散热器之间温差偏大，达到24'C，这是由于贴合界面用导热胶粘结，在常温下安装时芯片散热基板和散热器的界面接触较好，但在高温下会因为热膨胀而产生翘曲间隙，从而造成热阻增大，PN结热量难以及时传导。二是散热器与空气之间温差也偏大，达到18'C，这是由于空气滞流，散热效率偏低导致散热不充分。因此随着LED光源向大功率及超大功率发展，上述散热技术已不适应相应的散热量需要，这就限制了LED照明向更大功率发展，成为超大功率LED照明推广应用的最大障碍。
发明内容本实用新型的目的是提供一种结构简单，使用方便，成本低，散热效果好，工作寿命长的超大功率半导体照明光源基板直冷散热器装置。为了克服现有技术的不足，本实用新型的技术方案是这样的直冷散热器装置包括散热器，芯片基板，液体，其特殊之处在于，散热器中心部位设为空腔，所述空腔的下端用芯片基板封闭，芯片基板与芯片直接连接，空腔内注入液体。所述散热器空腔内为负压空腔。所述空腔封闭用的芯片基板能直接接触到负压空腔内的液体，得到直接的冷却，使芯片温升得到控制。图2为本实用新型散热方式放大结构示意图。本实用新型与现有技术相比，具有结构简单，使用方便，成本低，散热效果好，灯具工作寿命长的特点。本实用新型突出的进步一是把散热器中心部位由"实心"改为"空腔"，把原来靠金属材料导热，变为用液体的蒸发与冷凝现象传热，显著提高散热器的散热效率；二是把芯片基板作为散热器空腔的底板，将其直接与液体接触，省去了基板与散热器粘合界面，因此进一步提高了散热器效率，减小了芯片的结温温升。本实用新型将主要应用于超大功率LED工场灯、超大功率LED隧道灯和超大功率LED路灯等。当环境温度为25'C时，100W的LED灯具在点亮1小时，其各点的温度如表3所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>备注据相关报告显示，PN结结温与光源基板中心温度相差15"C。由于液体蒸发吸收较大的热量并通过蒸汽流动和冷凝将大量热量传递到散热器，芯片基板中心与散热器之间温差仅为9'C，表明液体蒸发冷凝具有很好的导热能力且散热器表面温度均匀。同时通过改进散热器的散热条件，散热器与空气之间的温差降到了4.5'C，提高了散热效率。图1为现有技术散热方式结构示意图；图2为本实用新型散热方式放大结构示意图；图3为图2的主视图结构示意图；图4为图2的散热器右视剖视图。具体实施方式以下结合附图对本
实用新型内容作进一步说明参照图2图4，超大功率半导体照明光源基板直冷散热器装置，包括散热器2，芯片基板5，液体3，该直冷散热器装置的散热器2的中心部分设为空腔l，所述空腔l的下端用芯片基板5封闭，芯片基板5与芯片4直接连接，空腔1的腔内注入液体3，散热器空腔为负压空腔。芯片产生的热量通过芯片基板传递给液体，使液体蒸发，同时基板由于液体蒸发吸收热量被冷却，芯片温升得到控制。本实用新型具体改进之处在于(1)、把现有散热器的"实心"变为"空腔"；(2)、把芯片基板作为空腔的底板直接连接在"空腔"的底部；(3)、把空腔抽为负压；(4)、在空腔中加入可在低温下蒸发-冷凝的液体。工作原理(1)、芯片通电发光同时产生热，由于芯片与芯片基板直接连接，热量传递到基板；(2)、由于芯片基板与空腔内的液体直接接触，热量几乎无阻碍地传递给液体，液体在适当温度下沸腾，吸收基板传递的热量使基板得到直接的冷却，芯片温升得到控制；(3)、液体蒸发的蒸汽在散热器内壁冷凝，将热传递给散热器。同时蒸汽冷凝为液体回流到空腔的下部；(4)、散热器将蒸汽冷凝热散发到空气中；(5)、如此循环往复。现有技术经本实用新型改进之后，从表13显示的结果可看出本实用新型的显著进步在于在相同的环境温度25'C下，散热器温度由43'C下降到29.5°C，基板中心温度由67"C下降到34"C，PN结温度由82X:下降到49X:，结温温升由57'C下降到24'C。与现有技术相比，本实用新型使超大功率LED光源的PN结结温温升控制在25'C以下，其使用寿命可达75000小时以上，出光率可达95%。综上所述，本实用新型技术达到国家高技术研究发展计划(863计划)关于结温温升和使用寿命的要求指标，解决了30W以上超大功率LED的散热问题，使得超大功率LED光源在功能性照明领域的实际推广应用成为可能。我们将80W超大功率LED工场灯安装于陕西某大型企业，与其原装的400W金卤灯进行实测比较，结果显示超大功率LED工场灯比金卤灯节电308W,而且平均照度和最小照度均远高于金卤灯的平均照度和最小照度。所以LED灯具在达到其它灯具相同的照明效果时，节电效果十分显著。实测数据如下表4所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>我国照明用电量占总用电量的12%，我国2008年仅照明用电量就高达4100亿千瓦时，相当于英国全国一年的用电量。如果其中有1/2采用LED照明，每年可节电1230亿千瓦时，相当于三峡水电站的年发电量。权利要求1、超大功率半导体照明光源基板直冷散热器装置，包括散热器(2)，液体(3)，芯片基板(5)，其特征在于该直冷散热器装置的散热器(2)的中心部位设为空腔(1)，所述空腔(1)的下端用芯片基板(5)封闭，芯片基板(5)与芯片(4)直接连接，空腔(1)的腔内注入液体(3)。2、根据权利要求1所述的超大功率半导体照明光源基板直冷散热器装置，其特征在于所述散热器空腔为负压空腔。3、根据权利要求1所述的超大功率半导体照明光源基板直冷散热器装置，其特征在于所述空腔(1)封闭用的芯片基板(5)能直接接触到负压空腔内的液体(3)。专利摘要本实用新型公开了超大功率半导体照明光源基板直冷散热器装置。该直冷散热器中心部位设为空腔。空腔下端直接用芯片基板封闭，空腔内为负压并注入液体。散热器中心由“实心”改为“空腔”，热量从散热器中心向边缘传递的过程由依靠金属材料导热，变为依靠液体蒸发与冷凝传热，提高散热器效率；芯片基板作为散热器空腔底板，直接与液体接触得到冷却，省去芯片基板与散热器粘合界面，减小热阻提高散热效率，芯片PN结温升小于25℃，温度低于60℃。该直冷散热器应用于超大功率LED工场灯、超大功率隧道灯和超大功率路灯灯具散热，或作为散热器件安装在其他设备上使用，具有结构简单，使用方便，成本低，散热效果好，芯片温升小、使用寿命长。文档编号F21V29/00GK201412804SQ20092003332公开日2010年2月24日申请日期2009年5月27日优先权日2009年5月27日发明者张云岭,李国宏,柳艳华,王治效,王黎娜,王黎明,王黎辉申请人:王治效