一种LED智能散热装置的制作方法

本实用新型属于LED散热技术领域，特别涉及一种LED智能散热装置。

背景技术：

对于现有技术中的许多大功率LED而言，其只能将少部分输入功率转化为光能，其余的输入功率转化成了热能。如果热量不能及时有效地散出，将导致 LED芯片的结温过高，出光效率和芯片寿命降低(为了保证LED芯片的寿命，一般要求结温控制在120℃)以下。因此，如何有效解决散热冷却问题也是LED 应用领域的重点。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种LED智能散热装置，通过半导体致冷作用对LED进行有效散热。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种LED智能散热装置，包括基板、LED芯片和聚焦透镜，所述LED芯片安装于所述基板的一面上，所述LED芯片的正负极通过导线引出；所述聚焦透镜安装于所述基板上并完全覆盖所述LED芯片，每个所述聚焦透镜外均套有一个抛物型反光杯，所述反光杯安装到所述基板上；还包括含荧光粉平面镜片，所述平面镜片与所述反光杯杯沿平齐并覆盖所述反光杯杯口；还包括第一散热层、第二散热层、第三散热层、绝缘层以及n型半导体组和p型半导体组，所述第一散热层、第二散热层以及第三散热层均为金属散热层；与LED芯片安装面相对的基板面与所述绝缘层连接，所述绝缘层同时连接所述第一散热层；所述n型半导体组和p型半导体组间隔有一定距离，所述n型半导体组和p型半导体组均具有一个冷端和一个热端，每个半导体组的冷端均与所述第一散热层连接，所述n型半导体组和p型半导体组的热端分别连接到所述第二散热层和第三散热层的一面上；所述第二散热层和第三散热层各自的另一面均通过高导热硅脂粘接有高导热绝缘陶瓷；还包括测温模块、处理器模块、电源以及电源开关模块，所述测温模块、电源开关模块均与所述处理器模块连接，所述第二散热层与所述电源的正极连接，所述第三散热层与所述电源的负极连接，所述测温模块用于检测所述基板的温度，所述电源开关模块设置于所述第二散热层与所述电源正极之间或者所述第三散热层与所述电源负极之间，用于切断或者接通所述第二散热层或第三散热层与所述电源之间的连接。

在上述技术方案中，光子由芯片产生然后向不同方向出射，聚焦透镜对出射光束进行会聚、整形、准直等，具有精度高，易于与含荧光粉的平面镜片耦合等优点。本技术方案中采用衍射微透镜，相对于普通透镜和菲涅尔微透镜，可大大改善光束质量，提高出射光强度。本技术方案中采用具有复合抛物线形状的反光杯具有良好的会聚效果，可以形成均匀的远场光分布。本技术方案中采用含荧光粉的平面镜片，荧光粉的厚度和形状易于控制。含荧光粉的平面镜片距离芯片一定距离，荧光粉不直接与芯片接触，两者相互之间光散射影响小，从而提高出光效率。另外荧光粉的散射作用所产生的散射光会由反光杯进行重新会聚，进一步提高出光效率。出射光经过会聚后经荧光粉进行光色复合，从而能够大大提高出光效率，满足高亮度要求。采用本技术方案，可以得到光强分布理想、色温均匀的白光，从而封装出高质量的白光LED。本实用新型通过测温模块测量基板温度，当基板温度较高时，处理器模块控制电源开关模块使第二散热层和第三散热层均接通电源，n型和p型半导体组通过第一散热层至第三散热层形成电偶对，直流电流从n极流向p极，n型和p型半导体组的冷端产生吸热现象，n型和p型半导体组的冷端产生放热现象，就可以将LED芯片产生的大量的热通过基板、第一散热层、半导体组传导至第二散热层和高导热绝缘陶瓷进而散发出去；若基板温度不高，则处理器模块控制电源开关模块切断第二散热层或第三散热层与电源的连接，从而本实用新型可以通过LED芯片的发热情况来进行智能散热。本实用新型体积小、重量轻、热惯性小、致冷时间短。由于致冷组件为固体器件，无运动部件，因此失效率低、使用寿命长，具有高可靠性，可连续工作。另外与机械致冷系统不同，通过半导体致冷技术封装的LED工作时不产生噪音，并且对电源要求也不高，可使用一般直流电源，工作电压和电流可在大范围内进行调整，开关电源和变压器电源均可在此运用。本实用新型根据LED发热情况智能控制散热过程的开始与停止，无需人工干预，既能够将LED器件发热程度控制在合理范围，同时也有利于节约能源。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述n型半导体组和p型半导体组分别由两个n型半导体和两个p型半导体连接而成，从而提供良好的致冷效果。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述LED芯片粘接在所述基板上，所述第一散热层与所述半导体组之间、所述半导体组的两个半导体之间以及所述半导体组与所述第二散热层之间均为粘接，且上述粘接均采用铅锡焊料或铟锡铟焊料，能够提供良好的导热效果。

作为本实用新型技术方案的进一步改进，所述电源有多组，所述电源开关模块还用于控制所述第二散热层或第三散热层所接通的电源组数。当LED器件发热情况较严重时，电源开关模块可以增加电源接通组数，从而提高散热效果。

综上，本实用新型具有出光效率和智能化程度高、散热效果好等有益效果。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式的结构示意图。

图2是本实用新型具体实施方式的散热控制示意图。

图中：1，基板；2，LED芯片；3，透镜；4，反光杯；5，镜片；6，绝缘层；7，第一散热层；8，n型半导体；9，p型半导体；10，第二散热层；11，第三散热层；12，绝缘陶瓷；13，测温模块；14，处理器模块；15，电源开关模块；16，电源。

具体实施方式

本实用新型的具体实施方式如图1和图2所示。该LED智能散热装置包括铜基板1、LED芯片2和聚焦透镜3，LED芯片2通过铅锡焊料或铟锡铟焊料粘接于基板1的一面(在图1中为基板1的顶面)上，LED芯片2的正负极通过导线引出；聚焦透镜3为半球形，其边缘安装于基板1上并完全覆盖LED芯片 2，即LED芯片2位于聚焦透镜3内并位于聚焦透镜3边缘在基板1上所围成区域中心。每个聚焦透镜3外均套有一个抛物型反光杯4，反光杯4杯底开口并安装到基板1上，反光杯4杯底边沿环绕聚焦透镜3边沿，两者之间的距离可以设计的尽量小一些，例如可以使反光杯4杯底边沿与聚焦透镜3边沿紧贴。该LED智能散热装置还包括含荧光粉平面镜片5，荧光粉可以涂覆在平面镜片 5上，也可以包含于平面镜片5内，平面镜片5与反光杯4杯沿平齐并覆盖反光杯4杯口。该LED智能散热装置还包括第一散热层7、第二散热层10以及绝缘层6第三散热层11，第一散热层7、第二散热层10以及第三散热层11可以为铝散热片或其他金属散热层。与LED芯片2安装面相对的基板1的另一面(在图1中为基板1的底面)与绝缘层6的一面粘接，绝缘层6的另一面与第一散热层7的一面(在图1中为第一散热层7的顶面)粘接。第一散热层7的另一面(在图1中为第一散热层7的底面)连接有间隔一定距离的n型半导体组和p 型半导体组，n型半导体组和p型半导体组分别由两个长方体n型半导体8和两个长方体p型半导体9通过铅锡焊料或铟锡铟焊料粘接而成。两个n型半导体8 相连接后各自具有一个连接面，每个n型半导体8具有一个自身的连接面的相对面，两个n型半导体8的两个相对面也就形成了n型半导体组的两个相对面 (在图1中为n型半导体组的顶面和底面)；两个p型半导体9相连接后各自具有一个连接面，每个p型半导体9具有一个自身的连接面的相对面，两个p 型半导体9的两个相对面也就形成了p型半导体组的两个相对面(在图1中为p 型半导体组的顶面和底面)。上述的n型半导体组的两个相对面所在的端部一个为冷端，另一个为热端(在图1中n型半导体组顶面这一端为冷端，底面这一端为热端)；上述的p型半导体组的两个相对面所在的端部一个为冷端，另一个为热端(在图1中p型半导体组顶面这一端为冷端，底面这一端为热端)，且n型半导体组和p型半导体组的冷端均与前述的第一散热层7的另一面通过铅锡焊料或铟锡铟焊料粘接(在图1中n型半导体组和p型半导体组的顶面均与第一散热层7粘接)，n型半导体组与第一散热层7的粘接处记为结点b，p 型半导体组与第一散热层7的粘接处记为结点c。

n型半导体组的热端通过铅锡焊料或铟锡铟焊料粘接到第二散热层10的一面(在图1中为第二散热层10的顶面)上，即n型半导体组的底面与第二散热层10粘接；p型半导体组的热端通过铅锡焊料或铟锡铟焊料粘接到第三散热层 11的一面(在图1中为第三散热层11的顶面)上，即p型半导体组的底面与第三散热层11粘接；n型半导体组与第二散热层10的粘接处记为结点a，p型半导体组与第三散热层11的粘接处记为结点d；第二散热层10和第三散热层11 各自的另一面(在图1中为第二散热层10和第三散热层11各自的底面)均通过高导热硅脂粘接有高导热绝缘陶瓷12。

该LED智能散热装置还包括测温模块13、处理器模块14、电源16以及电源开关模块15，测温模块13、电源开关模块15均与处理器模块14连接，第二散热层10与电源16的正极连接，第三散热层11与同一电源16的负极连接，测温模块13用于检测基板的温度，电源开关模块15设置于第二散热层10与电源16正极之间或者第三散热层11与电源16负极之间，用于切断或者接通第二散热层10或第三散热层11与电源16之间的连接，即电源开关模块15能够在第三散热层11与电源16负极正常接通的情况下单独切断或者接通第二散热层 10与电源16正极之间的连接，也能够在第二散热层10与电源16正极正常接通的情况下单独切断或者接通第三散热层11与电源16负极之间的连接，还可以同时切断或者同时接通第二散热层10与电源16正极以及第三散热层11与电源 16负极之间的连接，具体采用何种方式可以根据需要设置。

该LED工作时，光子由芯片2产生然后向不同方向出射，聚焦透镜3对出射光束进行会聚、整形、准直等，具有精度高，易于与含荧光粉的平面镜片5 耦合等优点。本实施方式中采用衍射微透镜3，相对于普通透镜3和菲涅尔微透镜3，可大大改善光束质量，提高出射光强度。本实施方式中采用具有复合抛物线形状的反光杯4具有良好的会聚效果，可以形成均匀的远场光分布。本实施方式中采用含荧光粉的平面镜片5，荧光粉的厚度和形状易于控制。含荧光粉的平面镜片5距离芯片2一定距离，荧光粉不直接与芯片2接触，两者相互之间光散射影响小，从而提高出光效率。另外荧光粉的散射作用所产生的散射光会由反光杯4进行重新会聚，进一步提高出光效率。出射光经过会聚后经荧光粉进行光色复合，从而能够大大提高出光效率，满足高亮度要求。采用本实施方式，可以得到光强分布理想、色温均匀的白光，从而封装出高质量的白光LED。

在LED工作过程中，测温模块13检测基板1的温度，基板1的温度也就代表了LED芯片2的发热情况。处理器模块14内预设有温度阈值，当基板1 的温度达到该温度阈值时，处理器模块14控制电源开关模块15接通电源16，即将第二散热层10与电源16正极之间以及第三散热层11与同一电源16负极之间全部接通，具体接通方式如前述，根据需要设置。由于第一散热层7、第二散热层10以及第三散热层11均为金属散热层，n型半导体组和p型半导体组通过第一散热层7、第二散热层10以及第三散热层11形成电偶对。直流电流从n 极流向p极，电子由电源16负极出发，依次流经第三散热层11、结点d、p型半导体组、结点c、第二散热层10、结点b、n型半导体8、结点a、第二散热层 10，最后回到电源16正极。由于空穴流动方向与电子流动方向相反，所以空穴是由电源16正极出发，依次流经第二散热层10、结点a、n型半导体8、结点b、第一散热层7、结点c、p型半导体9、结点d、第三散热层11，最后回到电源 16负极。由于n型半导体8与第一散热层7之间是靠自由电子导电的，第一散热层7的势能低于n型半导体8中电子的势能，当自由电子在电场作用下由第一散热层7到达n型半导体8时必然要增加势能,这部分势能只能从第一散热层 7取得，同时使第一散热层7的温度降下来；当电子由n型半导体8流向第二散热层10时，由于电子从势能较高处流向势能低处，故要释放多余的势能并变成热能，使第二散热层10温度上升。同理，由于第一散热层7中空穴的能量低于 p型半导体9中空穴的能量，当空穴在电场作用下从第一散热层7到达p型半导体9时，必须要增加能量并把这部分势能转变为空穴的势能，因而第一散热层7 被冷却下来；当空穴流向第三散热层11时，由于p型半导体9中空穴的能量高于第三散热层11空穴的能量，因而要释放多余的势能且以热的形式释放出来，所以第三散热层11温度上升。由此可见，整个结构的n型半导体组和p型半导体组的冷端产生吸热现象，n型和p型半导体组的冷端产生放热现象，吸热与放热是当载流子(电子和空穴)流过结点时，由于势能的变化而引起的能量传递，从而就可以将LED芯片2产生的大量的热通过基板1、第一散热层7、半导体组分别传导至第二散热层10和第三散热层11并进而传导至高导热绝缘陶瓷12并散发出去。当基板1温度未达到温度阈值或者下降至温度阈值以下时，处理器模块14控制电源开关模块15切断上述的电流回路，即切断第二散热层10与电源16正极之间或者第三散热层11与同一电源16负极之间的连接，具体切断方式同样如前所述，根据需要设置。电流回路被切断后，半导体致冷过程停止。

本实施方式中的电源16可以设置多组，电源开关模块15除了如前所述可以切断或者接通第二散热层10或第三散热层11与电源16的连接外，还可以控制当第二散热层10以及第三散热层11均与电源16接通时所接通的电源16组数。当测温模块13检测到基板1的温度达到温度阈值且在接通一组电源16的情况下致冷效果不够明显时，处理器模块14可以控制电源开关模块15增加所接通的电源16组数，从而提高半导体致冷效果。

本实施方式中n型半导体以及p型半导体的定义以及特性均来自于现有技术。

上面结合附图和具体实施方式对本实用新型做了进一步说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。