大功率led低熱阻散熱方法、led散熱結構及其生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種大功率LED低熱阻散熱方法，還涉及根據該方法實施的一種能促進LED散熱的LED散熱結構，同時還涉及一種生產所述LED散熱結構的方法。
【背景技術】
[0002]在LED的應用領域，需要為LED芯片提供良好的散熱條件，以保證LED芯片維持在安全的溫度范圍，減少LED的失效概率，減小光衰，延長其使用壽命。
[0003]LED的散熱技術在大功率應用領域或者散熱條件有限的情況下，顯得尤其重要。目前應用最好的技術是采用熱電分離工藝封裝的LED或者集成LED產品，通過使承載LED晶粒的固晶金屬基板與特定的散熱器緊密接觸，實現LED芯片的散熱。比如在集成LED的固晶金屬基板上涂敷導熱硅脂之后，壓緊到散熱器上，又或者在集成LED的固晶金屬基板上黏貼導熱膠或者相變導熱墊片后壓緊到散熱器上。上述散熱方式存在可靠性不足，熱阻偏大的缺點。以在固晶金屬基板上涂敷導熱硅脂后壓緊到散熱器的方案為例，存在導熱硅脂層導熱能力不穩定，壓緊狀態不穩定等問題。而且，導熱硅脂層不能長期保持良好的導熱性能，機械壓緊的方法也可能會失效，導致散熱系統失效。
[0004]另外，無論是導熱硅脂還是導熱膠和相變導熱墊片，熱阻都比較大。以導熱系數為2的導熱膠為例，安裝固定后如果膠層厚度為0.2毫米，對于消耗150W的功率的LED，假設LED的金屬基板和散熱器接觸面積為16平方厘米，分位于導熱膠兩面的LED金屬基板和散熱器之間通常存在約10度的溫差。在大功率和功率密度要求比較高的應用場合，上述散熱方案限制了功率密度的提升。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是提供一種大功率LED低熱阻散熱方法，該方法能提升大功率LED散熱能力、單位面積功率密度和光能量輸出密度。
[0006]本發明的目的通過如下技術方案實現:一種大功率LED低熱阻散熱方法，將承載LED晶粒的固晶金屬基板直接作為散熱器上用于安裝待散熱部件的金屬散熱基板。
[0007]本發明的另一目的是提供一種根據上述方法實施的LED散熱結構，包括LED芯片和散熱器，所述散熱器包括用于安裝待散熱部件的金屬散熱基板，所述LED芯片包括承載LED晶粒的固晶金屬基板，所述固晶金屬基板與所述金屬散熱基板為同一個基板；即所述固晶金屬基板直接作為金屬散熱基板。
[0008]所述LED晶粒通過固晶膠貼裝在所述固晶金屬基板上表面，所述LED晶粒串聯或并聯后，電極通過同樣貼裝在所述固晶金屬基板上的PCB板引出。
[0009]所述金屬基板的下表面構造與所述散熱器的散熱部件形狀相適配，并焊接固定，這樣增加傳熱性能，也方便焊接。
[0010]所述散熱器可以為鰭片式散熱器或熱管散熱器或液冷散熱器。
[0011]本發明還公開了一種所述LED散熱結構的生產方法，包括如下步驟: O獲取采用熱電分離工藝封裝的承載LED晶粒的固晶金屬基板；
2)選擇熔點溫度低于150攝氏度焊料；
3)采用金屬保護罩罩住固晶金屬基板上的LED晶粒，保護LED晶粒使其不受回流焊的高溫氣氛直接加熱；
4)以承載LED晶粒的固晶金屬基板直接作為散熱器的金屬散熱基板，完成散熱器各部件的焊接，并在整個焊接過程中，最高環境溫度控制在150攝氏度以下。
[0012]所述步驟4中的焊接過程包括如下步驟:
4-1)預熱需要焊接的各部件和定位治具，使它們的溫度緩慢上升到接近焊料的熔點溫度，然后快速使它們的溫度由接近焊料的熔點溫度上升到焊料的熔點溫度以上，置于上述各部件上的焊料熔化并在重力和各部件表面的張力作用下流動、滲透到焊縫中；
4-2)采用定位治具使各部件正確定位，對各部件同時進行降溫，待焊料固化后，即完成LED散熱器各部件之間的焊接。
[0013]相對于現有技術，本發明具有如下有益效果:本發明的方法和LED散熱器不再如現有技術中將LED芯片的固晶金屬基板與散熱器采用機械方式壓緊，也不需要使用導熱硅脂等導熱輔料促進固晶金屬基板與散熱器之間的熱傳遞，有利于提高LED光源散熱系統的可靠性，本發明將LED晶粒相當于是直接布置在散熱器的金屬散熱基板上，減少了熱路環節，降低了 LED光源散熱的熱阻，相比于現有的各種散熱方案，提升了 LED光源的散熱能力，在其他散熱條件(如LED的固晶金屬基板和散熱器的接觸面積)相同的情況下，采用本發明的方法可以促進大功率LED光源的功率密度和光能量輸出密度的提升，若在同等功率密度條件下，采用本發明的方法可以使LED光源得到更好的散熱，有利于延長LED光源的壽命。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明實施例一的結構示意圖；
圖2為本發明實施例二的結構示意圖；
圖3為本發明實施例三的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]實施例一
圖1為LED熱管散熱器的結構示意圖，如圖所示，采用熱電分離工藝，在熱管散熱器的銅散熱基板11上將LED晶粒或者晶粒陣列12通過固晶膠13貼裝在銅散熱基板11的表面，同時在銅散熱基板11的表面貼裝用于將LED晶粒的電極引出的PCB板14，熱管散熱器的銅散熱基板11采用釬焊工藝或者冷壓工藝固定在熱管15 —端的管壁上，熱管15另一端的管壁上安裝有金屬散熱鰭片16。
[0016]上述實施例中所涉及的固晶工藝和熱管釬焊或者冷壓工藝不分先后，最終實現的是使熱管散熱器的銅散熱基板11同時成為LED晶粒固晶的固晶金屬基板。
[0017]實施例二
圖2為LED液冷如水冷散熱器的結構示意圖。實施二與實施例一的差別在于，實施例二中的散熱器為液冷散熱器，LED晶粒或者晶粒陣列12'和PCB板14'貼裝在液冷散熱器的金屬散熱基板11'的正面，金屬散熱基板11'背面為液體流通的散熱通道17'。
[0018]實施例三
圖3為LED鰭片式散熱器的結構示意圖。實施例三與實施例一的差別在于，實施例三中的散熱器為鰭片式散熱器，LED晶粒或者晶粒陣列12"和PCB板14"貼裝在鰭片式散熱器的金屬散熱基板11"的正面，金屬散熱基板11"背面垂直設置有多個彼此間互相平行的金屬散熱鰭片16"。
[0019]利用本發明的方法，將UCM-700-3、UCM-900-3、UCM-1200-3這3種型號的大功率LED固晶金屬基板直接作為散熱器的金屬散熱基板，即LED晶粒或者晶粒陣列直接固定在在銅散熱基板上，在每平方厘米的表面積中集成的LED的總耗散功率