[发明专利]基于液态金属散热的螺纹连接结构的大功率LED光源

说明书

技术领域

本发明涉及照明光源，尤其涉及一种基于室温液态金属微孔导热的大功率LED光源。

背景技术

LED光源是新一代绿色照明光源，其耗电量只有普通白炽灯的十分之一，而寿命却长十倍以上。除此之外，LED光源还具有体积小、坚固耐用、色彩丰富等优点。为了满足更高光强的要求，LED光源通过提高单个芯片的输出功率或者采用LED阵列的方式来实现。在理想的情况下，匹配的光学材料和适当的封装结构能够充分发挥LED高效的发光性能，将大部分的电能转化为光。但是由于LED芯片面积非常小，因此大量的热量无法及时散去，因此导致LED工作时温度过高。温度过高对大功率LED光源的输出光强和色温性能有着非常大的影响，特别是LED芯片的PN结长期工作在高温状态，其光学性能会很快衰减，严重影响LED的使用寿命。这是LED封装中需要解决的关键问题。

从LED光源发热特性分析可知，LED封装基板与散热器之间的接触热阻严重影响LED的散热性能，特别当封装基板与散热器之间的表面不平整时，解决这一问题的方法在于利用导热硅胶或其他导热材料来填充在两个表面之间。但是这些材料导热系数非常小而且容易老化，影响器件的散热和长期稳定性。如何在低成本的前提下，采用更好的冷却方式，使LED光源工作在更低的温度上工作，获得更高的发光效率，更长的寿命，更高的可靠性，是本发明要解决的关键问题。

液态金属是一种在常温下（如摄氏100度以下）呈现为液态的金属，这种材料具有导热系数大（最高可达80W/K/m以上），常温下具有流动性，能渗透到非常细微的空间中，能够用来减小两种不同材料间的接触热阻。2009201925254公开了一种利用液态金属冷却LED芯片的方法，这种方法主要针对LED芯片散热，通过在两个热界面间加入液态金属减小热阻。但是那一发明中还有一个热界面的导热问题没有完全解决，就是芯片与封装基板之间。这一界面目前是利用银胶固晶进行连接，银胶的导热系数并不大（约为20W/K/m），更为复杂的是银胶需要长时间高温固化，工艺上复杂而且对芯片会产生热损伤。为了解决这一难题，本发明充分利用LED封装基板的特性，将封装基板改成带有微孔的封装基板，LED芯片安装在微孔封装基板的微孔上，微孔中充满室温液态金属，微孔封装基板安装在散热器上。这样LED芯片发出的热量直接通过液态金属传导给封装基板和散热器。由于室温液态金属的导热系数远高于银胶，而且液态金属具有渗透性和流动性的特点，更加增强了液态金属的导热效果，这样液态金属将两个热界面完全融合。在这一LED芯片封装过程中完全不需要长时间高温热固化，不仅降低了LED芯片的热损伤而且降低了生产成本，利用液态金属的高导热性改善LED芯片、封装基板和散热器之间散热性能，这种方法能够从根本上解决LED芯片、封装基板和散热器之间接触热阻过大的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种室温液态金属微孔导热的大功率LED光源。

基于室温液态金属微孔导热的大功率LED光源包括LED芯片、微孔封装基板、荧光胶层、室温液态金属、密封层、散热器、金线、LED芯片电极和微孔；散热器上顺次设有密封层、微孔封装基板，在微孔封装基板的微孔上设有LED芯片，微孔封装基板的微孔内充满室温液态金属，LED芯片设有LED芯片电极，LED芯片电极上连有金线，LED芯片上覆盖有荧光胶层。

所述的LED芯片为多个，相邻两LED芯片上的LED芯片电极之间通过金线相连。所述的微孔封装基板的微孔直径小于LED芯片的正方形边长。所述的荧光胶层的材料是硅胶与荧光粉混合形成的胶体材料。所述的室温液态金属是在摄氏100度以下就呈现为液态的金属或合金。所述的金属或合金是镓、铟、锌、锡、镁、铜或金的一种或多种。所述的密封层的材料是硅胶或者环氧树脂。所述的有散热器是翅片形散热器或者热管散热器。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：在这种LED封装中，LED芯片底部直接与导热能力非常好的液态金属接触，而液态金属又与微孔基板紧密接触，并且通过液态金属直接与散热器紧密接触，LED芯片在工作时产生的热量被有效的散发。这种方法使得大功率LED的散热效果更好，并且减少了LED封装的固晶过程，增加了LED芯片底部的反射率，使光效得到了很大的提升。