大功率led低热阻散热结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种大功率LED低热阻散热结构。
【背景技术】
[0002]在LED的应用领域，需要为LED芯片提供良好的散热条件，以保证LED芯片维持在安全的温度范围，减少LED的失效概率，减小光衰，延长其使用寿命。
[0003]LED的散热技术在大功率应用领域或者散热条件有限的情况下，显得尤其重要。目前应用最好的技术是采用热电分离工艺封装的LED或者集成LED产品，通过使承载LED晶粒的固晶金属基板与特定的散热器紧密接触，实现LED芯片的散热。比如在集成LED的固晶金属基板上涂敷导热硅脂之后，压紧到散热器上，又或者在集成LED的固晶金属基板上黏贴导热胶或者相变导热垫片后压紧到散热器上。上述散热方式存在可靠性不足，热阻偏大的缺点。以在固晶金属基板上涂敷导热硅脂后压紧到散热器的方案为例，存在导热硅脂层导热能力不稳定，压紧状态不稳定等问题。而且，导热硅脂层不能长期保持良好的导热性能，机械压紧的方法也可能会失效，导致散热系统失效。
[0004]另外，无论是导热硅脂还是导热胶和相变导热垫片，热阻都比较大。以导热系数为2的导热胶为例，安装固定后如果胶层厚度为0.2毫米，对于消耗150W的功率的LED，假设LED的金属基板和散热器接触面积为16平方厘米，分位于导热胶两面的LED金属基板和散热器之间通常存在约10度的温差。在大功率和功率密度要求比较高的应用场合，上述散热方案限制了功率密度的提升。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种大功率LED低热阻散热结构，能提升大功率LED散热能力、单位面积功率密度和光能量输出密度。
[0006]本实用新型的实用新型目的是通过以下技术措施来实现:一种大功率LED低热阻散热结构，包括LED芯片和散热器，所述散热器包括用于安装待散热部件的金属散热基板，所述LED芯片包括承载LED晶粒的固晶金属基板，所述固晶金属基板与所述金属散热基板为同一个基板；即所述固晶金属基板直接作为金属散热基板。
[0007]所述LED晶粒通过固晶I父贴装在所述固晶金属基板上表面，所述LED晶粒串联或并联后，电极通过同样贴装在所述固晶金属基板上的PCB板引出。
[0008]所述金属基板的下表面构造与所述散热器的散热部件形状相适配，并焊接固定，这样增加传热性能，也方便焊接。
[0009]所述散热器可以为鳍片式散热器或热管散热器或液冷散热器。
[0010]相对于现有技术，本实用新型具有如下有益效果:本实用新型不再如现有技术中将LED芯片的固晶金属基板与散热器采用机械方式压紧，也不需要使用导热硅脂等导热辅料促进固晶金属基板与散热器之间的热传递，有利于提高LED光源散热系统的可靠性，本实用新型将LED晶粒相当于是直接布置在散热器的金属散热基板上，减少了热路环节，降低了 LED光源散热的热阻，相比于现有的各种散热方案，提升了 LED光源的散热能力，在其他散热条件(如LED的固晶金属基板和散热器的接触面积)相同的情况下，采用本实用新型可以促进大功率LED光源的功率密度和光能量输出密度的提升，若在同等功率密度条件下，采用本实用新型可以使LED光源得到更好的散热，有利于延长LED光源的寿命。
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型实施例一的结构示意图；
[0012]图2为本实用新型实施例二的结构示意图；
[0013]图3为本实用新型实施例三的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]实施例一
[0015]图1为LED热管散热器的结构示意图，如图所示，采用热电分离工艺，在热管散热器的铜散热基板11上将LED晶粒或者晶粒阵列12通过固晶胶13贴装在铜散热基板11的表面，同时在铜散热基板11的表面贴装用于将LED晶粒的电极引出的PCB板14，热管散热器的铜散热基板11采用钎焊工艺或者冷压工艺固定在热管15 —端的管壁上，热管15另一端的管壁上安装有金属散热鳍片16。
[0016]上述实施例中所涉及的固晶工艺和热管钎焊或者冷压工艺不分先后，最终实现的是使热管散热器的铜散热基板11同时成为LED晶粒固晶的固晶金属基板。
[0017]实施例二
[0018]图2为LED液冷如水冷散热器的结构示意图。实施二与实施例一的差别在于，实施例二中的散热器为液冷散热器，LED晶粒或者晶粒阵列12^和PCB板If贴装在液冷散热器的金属散热基板IP的正面，金属散热基板I。背面为液体流通的散热通道17'。
[0019]实施例三
[0020]图3为LED鳍片式散热器的结构示意图。实施例三与实施例一的差别在于，实施例三中的散热器为鳍片式散热器，LED晶粒或者晶粒阵列12"和PCB板14"贴装在鳍片式散热器的金属散热基板11"的正面，金属散热基板11"背面垂直设置有多个彼此间互相平行的金属散热鳍片16"。
[0021]利用本实用新型结构，将UCM-700-3、UCM-900-3、UCM-1200-3这三种型号的大功率LED固晶金属基板直接作为散热器的金属散热基板，即LED晶粒或者晶粒阵列直接固定在在铜散热基板上，在每平方厘米的表面积中集成的LED的总耗散功率高达60W时，固晶金属基板靠近LED晶粒侧的温度始终维持在70°C以下，散热性能相比于现有技术大大提升，为提高LED光源的可靠性，延长LED光源的寿命提供了改进方案。
[0022]本实用新型在具体实施过程中，采用先在基板上固晶，然后采用了整体回流焊的处理，把包含LED晶粒阵列的固晶金属基板与散热器上除金属散热基板外的其余部分焊接在一起，形成LED散热器结构。
[0023]下面结合热管散热器具体介绍下LED散热结构的生产方法。
[0024]I)获取采用热电分离工艺封装的承载LED晶粒的固晶金属基板，该处采用铜基板，即在铜基板的上表面承载LED晶粒；
[0025]2)选择熔点温度低于150摄氏度焊料，本实施例选用熔点温度为138摄氏度的低温锡浆作为焊料，其熔点温度比LED固晶过程的烘烤温度150摄氏度更低；
[0026]3)采用金属保护罩罩住铜基板上的LED晶粒与铜板上压合的PCB板，并通过螺丝使铜基板与金属保护罩紧密相连，保护LED晶粒与铜板上压合的PCB板部分使其不受回流焊的高温气氛直接加热，使焊接过程中各个加热阶段的加热气流不会直接吹到LED晶粒；
[0027]4)以承载LED晶粒的铜基板作为散热器的金属散热基板，铜基板的下表面用于焊接固定热管和鳍片，而且铜基板下表面开有弧形凹槽，这样与焊接热管、鳍片的形状相适配，增加传热性能，也方便焊接；散热器金属散热基板、热管和金属散热鳍片等部件同时焊接，并要求在整个焊接过程中，最高环境温度控制在150摄氏度以下。
[0028]焊接过程具体步骤如下:
[0029]4-1)预热需要焊接的各部件和定位治具，使它们的温度缓慢上升到接近焊料的熔点温度，预热时间可以根据不同的焊接对象的具体情况具体设定。把加热过程分为两个阶段，第一个阶段是预热，也可以称为第一个温区，目的使得焊接对象各个部分都达到接近焊接温度，在这个温度范围，工件可以经历较长的加热时间也不会造成性能方面的衰减，这样就对预热阶段的加热时间降低了要求，加热过程中也有充分的时间使得工件各个部分温度均匀，预热之后，工件温度接近焊接温度，为下一个阶段的加热提供了一个稳定一致的初始条件。预热前需要把各个部分预定位，就是按照装配关系组装起来，各件之间先保持接触。第二个阶段是加温到焊接温度的加热过程，，也可以称为第二个温区，由于第一个阶段已经把工件加热到比较接近焊接温度，而且工件各个局部已经温度均匀，所以这个阶段可以设定比较严格的加热时间，工件达到焊接温度的时间都能比较一致，避免了某些工件进行焊接的时候温度不够，也避免了一些工件在温度达到焊接温度之后持续的时间比较长才进入降温过程，从而避免造成器件或者性能的衰减甚至损坏。温度由接近焊料的熔点温度上升到焊料的熔点温度以上，置于上述各部件上的焊料熔化并在重力和焊料自身的表面张力作用下流动、渗透到金属散热基板、热管和金属散热鳍片等部件接触面之间的缝隙中；
[0030]4-2)采用定位治具使各部件正确定位，等完成了加热过程后，焊料能流动了，再把各个部件准确定位，使得各个部分紧密结合，结合缝隙处也能被焊料填充好。定位治具还要继续保持各个部分在正确位置上，对各部件同时进行降温，待焊料固化后，去除定位治具，即完成LED散热器各部件之间的焊接。
[0031]本实用新型的实施方式不限于此，根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型基本技术思想前提下，对本实用新型上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种大功率LED低热阻散热结构，包括LED芯片和散热器，所述散热器包括用于安装待散热部件的金属散热基板，所述LED芯片包括承载LED晶粒的固晶金属基板，其特征在于，所述固晶金属基板与所述金属散热基板为同一个基板；即所述固晶金属基板直接作为金属散热基板。
2.根据权利要求1所述的大功率LED低热阻散热结构，其特征在于，所述LED晶粒通过固晶胶贴装在所述固晶金属基板上表面，所述LED晶粒串联和/或并联后，电极通过同样贴装在所述固晶金属基板上的PCB板引出。
3.根据权利要求1所述的大功率LED低热阻散热结构，其特征在于，所述金属基板的下表面构造与所述散热器的散热部件形状相适配，并焊接固定。
4.根据权利要求1或3所述的大功率LED低热阻散热结构，其特征在于，所述散热器为鳍片式散热器或热管散热器或液冷散热器。
【专利摘要】本实用新型公开了一种大功率LED低热阻散热结构包括LED芯片和散热器，所述散热器包括用于安装待散热部件的金属散热基板，所述LED芯片包括承载LED晶粒的固晶金属基板，所述固晶金属基板与所述金属散热基板为同一个基板；即所述固晶金属基板直接作为金属散热基板。本实用新型简化了LED光源的导热通道，有利于提高LED光源散热系统的可靠性，降低LED光源的散热热阻，在其他散热条件相同的情况下，采用本实用新型可以促进大功率LED光源的功率密度和光能量输出密度的提升，若在同等功率密度条件下，采用本实用新型可以使LED光源得到更好的散热，有利于延长LED光源的寿命。
【IPC分类】H01L33-64
【公开号】CN204516803
【申请号】CN201520042487
【发明人】汪广才, 徐大辉, 袁会敏
【申请人】汪广才
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年1月22日