[实用新型]一种照明用LED光模组和LED芯片

说明书

技术领域

本实用新型属于LED照明技术领域，特别涉及降低LED光模组或LED芯片内导热热阻，并且提高其内电的绝缘强度的封装结构。

技术背景

LED照明被认为是人类下一代绿色环保照明技术。但当前LED照明产品造价高，阻碍着其应用普及，LED照明产品造价高的根本原因是LED散热造成。LED散热过程包括：内部导热传热和外部空气对流(和辐射)传热，本实用新型只涉及内部导热传热。

现公开的LED芯片的内导热传热热阻占整个传热热阻非常大的比例，现产品热阻最低的也要达到6℃/W，如果再加上铝基板上的绝缘层热阻，最小也要达到10℃/W。这么高的内导热热阻，原因是为解决芯片内电的绝缘问题所致，即使是前述的那么高的内导热热阻，其电的绝缘强度也是不到2000V，要得到更高安全的用电绝缘强度，热阻还要增加。有提出采用高导热陶瓷片(如AIN陶瓷片)作LED芯片中的“热沉”，可以解决绝缘与传热之间的矛盾，但是AIN这类高导热陶瓷，成本造价高。

光源模组化、标准化是LED照明发展的必然方向，中国专利(专利号ZL2009201340325，《一种LED灯芯及其LED照明灯》)提出了采用圆锥形结构或锥形螺柱结构的导热芯，解决了光源模组与灯具(散热片)之间的接触热阻问题。但没有提出解决从LED晶片到导热芯(灯具)之间的电绝缘与热传导之间的矛盾。

发明内容

本实用新型的目的是针对以上所述的LED光模组以及LED芯片内部导热传热以及电的绝缘(特别是高电压绝缘)问题，依据传热学基本原理，提出一种新架构，不必选用昂贵的AIN之类的高导热陶瓷，就可以实现高电压绝缘，满足更高的用电安全要求，而内部导热阻更低，整个造价显著降低。

本实用新型的LED光模组的构成包括有：多颗LED晶片、热扩散板、外层绝缘体、高压绝缘片以及导热芯，导热芯向外传热的接触传热面采用了圆锥形结构或锥形螺柱结构。本实用新型的特征是：LED晶片设置在热扩散板的一面，该面称为热扩散板的A面，热扩散板采用了铜或铝质材料、或铜铝复合材料，热扩散板的面积是其上的LED晶片面积之和的五倍以上，热扩散板的厚度大于0.4mm。高压绝缘片设置在热扩散板的另一面(该面称为B面)与导热芯的一端面(也就是导热芯的热量导入面，称为吸热面)之间；高压绝缘片采用了烧结成瓷的陶瓷片，该陶瓷片的厚度不小于0.15mm；外层绝缘体围着热扩散板边缘侧壁，并与高压绝缘片相连接，外层绝缘体与高压绝缘片一起将热扩散板包围绝缘隔离。

导热芯采用圆锥形结构或锥形螺柱结构，有效解决了光模组与散热片之间的接触热阻，中国专利(专利号ZL2009201340325，《一种LED灯芯及其LED照明灯》)中有详细的解说。

从LED晶片到导热芯(散热片)导热热阻主要是由于LED晶片面积小，形成高热流密度所致。导热温差(即热阻)与热流密度和导热距离成正比，与材料导热系数成反比。绝缘材料导热系数低(除AIN之类的高导热陶瓷)，比铜和铝要小数十倍。1×1mm大小的晶片，1W发热功率，其热流密度就到10⁶W/m²，采用现产品结构，采用0.15mm厚氧化铝陶瓷(导热系数20W/m·h)作绝缘片，晶片直接设置在该陶瓷片上，绝缘强度可达1500V，但导热温差就要达到7.5℃。

本实用新型中，将晶片设置在铜或铝材的热扩散板上，承担高电压绝缘的高压绝缘片则设置在热扩散板与导热芯之间。同样是1×1mm，1W发热功率的晶片，0.15mm厚氧化铝陶瓷作高压绝缘片，即同样的绝缘强度，但是高热流密度经热扩散板后，热流密度下降，若热流密度降低5倍，则高压绝缘片上的导热温差就可降低到1.5℃，热阻降低非常显著。本实用新型的设计思想是：先不考虑LED晶片与热扩散板之间的绝缘(高电压绝缘)，首先是降低热流密度，再实施高电压绝缘，就可有效降低内导热热阻。采用金属导电材料制成的热扩散板与晶片之间无绝缘或绝缘强度低，因而热扩散板的高电压绝缘就成了主要问题。

本实用新型中的热扩散板，虽然与现产品的热沉的传热过程类似，但本实用新型首次明确强调其最重要作用——热扩散作用，因而称之为热扩散板，当今LED行业普通都不清楚热扩散的概念及其重要性。由于铜和铝的导热系数高，价格低，因而首选铜质材料或铝制材料、或铜铝复合材料制作热扩散板。