大功率led低热阻散热方法、led散热结构及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大功率LED低热阻散热方法，还涉及根据该方法实施的一种能促进LED散热的LED散热结构，同时还涉及一种生产所述LED散热结构的方法。
【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。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种大功率LED低热阻散热方法，该方法能提升大功率LED散热能力、单位面积功率密度和光能量输出密度。
[0006]本发明的目的通过如下技术方案实现:一种大功率LED低热阻散热方法，将承载LED晶粒的固晶金属基板直接作为散热器上用于安装待散热部件的金属散热基板。
[0007]本发明的另一目的是提供一种根据上述方法实施的LED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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]本发明还公开了一种所述LED散热结构的生产方法，包括如下步骤: O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；
2)选择熔点温度低于150摄氏度焊料；
3)采用金属保护罩罩住固晶金属基板上的LED晶粒，保护LED晶粒使其不受回流焊的高温气氛直接加热；
4)以承载LED晶粒的固晶金属基板直接作为散热器的金属散热基板，完成散热器各部件的焊接，并在整个焊接过程中，最高环境温度控制在150摄氏度以下。
[0012]所述步骤4中的焊接过程包括如下步骤:
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，然后快速使它们的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各部件表面的张力作用下流动、渗透到焊缝中；
4-2)采用定位治具使各部件正确定位，对各部件同时进行降温，待焊料固化后，即完成LED散热器各部件之间的焊接。
[0013]相对于现有技术，本发明具有如下有益效果:本发明的方法和LED散热器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，本发明将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，采用本发明的方法可以促进大功率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，采用本发明的方法可以使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】
[0014]图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例二的结构示意图；
图3为本发明实施例三的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]实施例一
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
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14'贴装在液冷散热器的金属散热基板11'的正面，金属散热基板11'背面为液体流通的散热通道17'。
[0018]实施例三
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"。
[0019]利用本发明的方法，将UCM-700-3、UCM-900-3、UCM-1200-3这3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