專利名稱：基于液態金屬散熱的螺紋連接結構的大功率led光源的制作方法
技術領域：
本發明涉及照明光源，尤其涉及一種基于液態金屬散熱的螺紋連接結構的大功率 LED光源。
背景技術：
LED光源是新一代綠色照明光源，其耗電量只有普通白熾燈的十分之一，而壽命卻 長十倍以上。除此之外，LED光源還具有體積小、堅固耐用、色彩豐富等優點。為了滿足更高 光強的要求，LED光源通過提高單個芯片的輸出功率或者采用LED陣列的方式來實現。在 理想的情況下，匹配的光學材料和適當的封裝結構能夠充分發揮LED高效的發光性能，將 大部分的電能轉化為光。但是由于LED芯片面積非常小，因此大量的熱量無法及時散去，因 此導致LED工作時溫度過高。溫度過高對大功率LED光源的輸出光強和色溫性能有著非常 大的影響，特別是LED芯片的PN結長期工作在高溫狀態，其光學性能會很快衰減，嚴重影響 LED的使用壽命。這是LED封裝中需要解決的關鍵問題。從LED光源發熱特性分析可知，LED封裝基板與散熱器之間的接觸熱阻嚴重影響 LED的散熱性能，特別當封裝基板與散熱器之間的表面不平整時，解決這一問題的方法在于 利用導熱硅膠或其他導熱材料來填充在兩個表面之間。但是這些材料導熱系數非常小而且 容易老化，影響器件的散熱和長期穩定性。如何在低成本的前提下，采用更好的冷卻方式， 使LED光源工作在更低的溫度上工作，獲得更高的發光效率，更長的壽命，更高的可靠性， 是本發明要解決的關鍵問題。液態金屬是一種在常溫下(如攝氏100度以下)呈現為液態的金屬，這種材料具 有導熱系數大，常溫下具有流動性，能滲透到非常細微的空間中，能夠用來減小兩種不同材 料間的接觸熱阻。2009201925254公開了一種利用液態金屬冷卻LED芯片的方法，這種方法 主要針對LED芯片散熱，通過在兩個熱界面間加入液態金屬減小熱阻。但是那一發明中封 裝基板與散熱器的安裝固定需要其它手段進行輔助，例如外加螺絲進行固定。本發明充分 利用LED封裝基板的特性，將封裝基板改成螺絲的形狀，而散熱器作為螺母，這樣兩者之間 的連接直接通過螺紋耦合在一起非常方便。除此之外，還可以利用使兩個接觸面形成相互 咬合的螺紋表面，大大增加了兩者之間的接觸面積，同時利用液態金屬的滲透性和流動性 將兩個相互咬合的螺紋接觸面之間的空隙充滿液態金屬，利用液態金屬的高導熱性改善封 裝基板和散熱器之間散熱，這種方法能夠從根本上解決封裝基板和散熱器之間接觸熱阻過 大的問題。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種基于液態金屬散熱的螺紋連接結 構的大功率LED光源。基于液態金屬散熱的螺紋連接結構的大功率LED光源包括LED芯片、熒光膠層、螺 絲封裝基板、室溫液態金屬、有螺紋孔的散熱器、密封層；在螺絲封裝基板上端設有凹坑，螺絲封裝基板下端側面設有螺絲，LED芯片安裝在螺絲封裝基板的凹坑上，LED芯片上覆蓋有 熒光膠層，螺絲封裝基板安裝在有螺紋孔的散熱器上，螺紋之間有空隙，空隙內被室溫液態 金屬充滿，螺絲封裝基板和有螺紋孔的散熱器之間由密封層密封。
所述的螺絲封裝基板上端設有凹坑的橫截面為方形、梯形、三角形、圓形或矩形。 所述的有螺紋孔的散熱器是翅片形散熱器或者熱管散熱器。所述的室溫液態金屬是在攝氏 100度以下就呈現為液態的金屬或合金。所述的在攝氏100度以下就呈現為液態的金屬或 合金是鎵、銦、鋅、錫、鎂、銅或金的一種或多種。所述的密封層的材料是硅膠或者環氧樹脂。本發明充分利用LED封裝基板的特性，改變封裝基板和散熱器之間接觸面的形 態，使兩個螺紋接觸面形成相互咬合的結構，大大增加了兩者之間的接觸面積，同時利用液 態金屬的滲透性和流動性將兩個接觸面之間的空隙充滿液態金屬，利用液態金屬的高導熱 性改善封裝基板和散熱器之間散熱，這種方法能夠從根本上解決封裝基板和散熱器之間接 觸熱阻過大的問題。螺絲封裝基板和有螺紋孔的散熱器這種設計非常便于安裝和拆卸，只需將螺絲封 裝基板旋進或旋出有螺紋孔的散熱器上即可。室溫液體金屬是一種在攝氏100度以下就呈 現為液態的金屬，例如鎵等，這些金屬具有非常大的導熱系數，是普通硅膠導熱系數的幾十 倍到上百倍，將這種材料填充在封裝基板和散熱器之間，LED芯片產生的熱量經過封裝基板 向散熱器傳導的熱阻降極大減小，除此之外液態金屬還會在空隙中產生對流傳熱，進一步 增強了散熱效果。這種方法所起到的效果相當于將封裝基板和散熱器完全融合在一起。這 種融合不同于將封裝基板和散熱器之間的焊接或銀膠綁定，可以有效避免兩者之間因焊接 和綁定帶來的應力和變形問題。為了進一步增加封裝基板和散熱器之間的散熱面積，利用 螺絲封裝基板和有螺紋孔的散熱器散熱器的螺紋接觸面，這種結構相互咬合在一起，中間 的空隙充滿室溫液體金屬，能實現更好的傳熱效果，將LED芯片產生的大量熱量傳輸出來， 保障LED芯片的結溫保持在較低水平，從而提高了大功率LED的運行可靠性和使用壽命。
圖1是利用液態金屬散熱的螺紋連接結構的大功率LED光源的整體結構示意圖；圖2是利用液態金屬散熱的螺紋連接結構的大功率LED光源的分解結構示意圖；圖中LED芯片1、熒光膠層2、螺絲封裝基板3、室溫液態金屬4、有螺紋孔的散熱 器5、密封層6。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發明的具體實施方式
。如圖1所示，基于液態金屬散熱的螺紋連接結構的大功率LED光源包括LED芯片 1、熒光膠層2、螺絲封裝基板3、室溫液態金屬4、有螺紋孔的散熱器5、密封層6 ；在螺絲封 裝基板3上端設有凹坑，螺絲封裝基板3下端側面設有螺絲，LED芯片1安裝在螺絲封裝基 板3的凹坑上，LED芯片1上覆蓋有熒光膠層2，螺絲封裝基板3安裝在有螺紋孔的散熱器 5上，螺紋之間有空隙，空隙內被室溫液態金屬4充滿，螺絲封裝基板3和有螺紋孔的散熱器 5之間由密封層6密封。所述的螺絲封裝基板上端設有凹坑的橫截面為方形、梯形、三角形、圓形或矩形。所述的有螺紋孔的散熱器是翅片形散熱器或者熱管散熱器。所述的室溫液態金屬是在攝氏 100度以下就呈現為液態的金屬或合金。所述的在攝氏100度以下就呈現為液態的金屬或 合金是鎵、銦、鋅、錫、鎂、銅或金的一種或多種。所述的密封層的材料是硅膠或者環氧樹脂。
LED芯片1產生的光通過熒光膠層2發出，LED芯片1產生的絕大部分熱量經過 螺絲封裝基板3向有螺紋孔的散熱器5傳導。螺絲封裝基板3和有螺紋孔的散熱器5 —般 采用的金屬材質，導熱系數較高。但是螺絲封裝基板3和有螺紋孔的散熱器5之間依靠螺 紋咬合接觸傳熱，由于加工精度的原因，兩個面之間難以做到很好地接觸，因此螺絲封裝基 板3和有螺紋孔的散熱器5之間的接觸熱阻非常大。為了減少接觸熱阻，在螺絲封裝基板3 和有螺紋孔的散熱器5之間添加液體金屬4。這種液態金屬是一種在攝氏100度以下就呈 現為液態的金屬或合金，是鎵、銦、鋅、錫、鎂、銅或金的一種或多種。例如金屬鎵是一種在攝 氏30度即可成為液體的金屬，這種液態金屬具有很大的導熱系數以及很好的流動性和浸 潤性，能夠完全滲入到螺絲封裝基板3和有螺紋孔的散熱器5之間的螺紋咬合空隙中。這 樣螺絲封裝基板3傳導過來的熱量通過液態金屬4傳導到有螺紋孔的散熱器5。這種液態 金屬具有非常大的導熱系數，是普通硅膠導熱系數的幾十倍到上百倍，將這種材料填充在 螺絲封裝基板3和有螺紋孔的散熱器5之間，LED芯片1產生的熱量經過螺絲封裝基板3向 有螺紋孔的散熱器5傳導的熱阻降極大減小，除此之外液態金屬還會在空隙中產生對流傳 熱，進一步增強了散熱效果。這種方法所起到的效果相當于將螺絲封裝基板3和有螺紋孔 的散熱器5完全融合在一起。這種融合不同于將螺絲封裝基板3和有螺紋孔的散熱器5之 間的焊接或銀膠綁定，可以有效避免兩者之間因焊接和綁定帶來的應力和變形問題。如圖2所示，基于液態金屬散熱的螺紋連接結構的大功率LED光源包括兩個分解 結構，一個是LED芯片1、熒光膠層2和螺絲封裝基板3的一體結構。另一個是和螺絲封裝 基板3的螺絲尺寸相匹配的有螺紋孔的散熱器5。在螺絲封裝基板3上端設有凹坑，螺絲封 裝基板3下端側面設有螺絲，LED芯片1安裝在螺絲封裝基板3的凹坑上，凹坑的橫截面可 以為方形、梯形、三角形、圓形或者矩形。LED芯片1上覆蓋有熒光膠層2。LED芯片1、熒光 膠層2和螺絲封裝基板3的一體結構安裝在有螺紋孔的散熱器5上，螺絲封裝基板和有螺 紋孔的散熱器這種設計非常便于安裝和拆卸，只需將螺絲封裝基板旋進或旋出有螺紋孔的 散熱器上即可。螺絲封裝基板3與有螺紋孔的散熱器5之間具有相互咬合的螺紋，螺紋空 隙內充滿室溫液態金屬4。利用螺絲封裝基板和有螺紋孔的散熱器散熱器的螺紋接觸面，這 種結構相互咬合在一起，中間的空隙充滿室溫液體金屬，能實現更好的傳熱效果，將LED芯 片產生的大量熱量傳輸出來，保障LED芯片的結溫保持在較低水平，從而提高了大功率LED 的運行可靠性和使用壽命。
權利要求
一種基于液態金屬散熱的螺紋連接結構的大功率LED光源，其特征在于包括LED芯片(1)、熒光膠層(2)、螺絲封裝基板(3)、室溫液態金屬(4)、有螺紋孔的散熱器(5)、密封層(6)；在螺絲封裝基板(3)上端設有凹坑，螺絲封裝基板(3)下端側面設有螺絲，LED芯片(1)安裝在螺絲封裝基板(3)的凹坑上，LED芯片(1)上覆蓋有熒光膠層(2)，螺絲封裝基板(3)安裝在有螺紋孔的散熱器(5)上，螺紋之間有空隙，空隙內被室溫液態金屬(4)充滿，螺絲封裝基板(3)和有螺紋孔的散熱器(5)之間由密封層(6)密封。
2.根據權利要求1所述的一種基于液態金屬散熱的螺紋連接結構的大功率LED光源， 其特征在于所述的螺絲封裝基板(3)上端設有凹坑的橫截面為方形、梯形、三角形、圓形或 矩形。
3.根據權利要求1所述的一種基于液態金屬散熱的螺紋連接結構的大功率LED光源， 其特征在于所述的有螺紋孔的散熱器(5)是翅片形散熱器或者熱管散熱器。
4.根據權利要求1所述的一種基于液態金屬散熱的螺紋連接結構的大功率LED光源， 其特征在于所述的室溫液態金屬(4)是在攝氏100度以下就呈現為液態的金屬或合金。
5.根據權利要求4所述的一種基于液態金屬散熱的螺紋連接結構的大功率LED光源， 其特征在于所述的在攝氏100度以下就呈現為液態的金屬或合金是鎵、銦、鋅、錫、鎂、銅或 金的一種或多種。
6.根據權利要求1所述的一種基于液態金屬散熱的螺紋連接結構的大功率LED光源， 其特征在于所述的密封層(6)的材料是硅膠或者環氧樹脂。
全文摘要
本發明公開了一種基于液態金屬散熱的螺紋連接結構的大功率LED光源。它包括LED芯片、熒光膠層、螺絲封裝基板、室溫液態金屬、有螺紋孔的散熱器、密封層；在螺絲封裝基板上端設有凹坑，螺絲封裝基板下端側面設有螺絲，LED芯片安裝在螺絲封裝基板的凹坑上，LED芯片上覆蓋有熒光膠層，螺絲封裝基板安裝在有螺紋孔的散熱器上，螺紋之間有空隙，空隙內被室溫液態金屬充滿，螺絲封裝基板和有螺紋孔的散熱器之間由密封層密封。本發明利用液態金屬高導熱性有效解決大功率LED封裝基板與散熱器之間的接觸熱阻問題，實現更好的導熱效果，將LED芯片產生的熱量傳輸出來，保障LED芯片的結溫保持在較低水平，從而提高大功率LED的運行可靠性和使用壽命。
文檔編號H01L33/48GK101872826SQ201010185749
公開日2010年10月27日 申請日期2010年5月28日 優先權日2010年5月28日
發明者徐穎穎, 符建, 陳洪璆 申請人:符建