CN101319775B - 功率型led灯具的高导热柔性填隙材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种功率型LED灯具的高导热柔性填隙材料。它是以柔性流体硅胶作导热基质，加入一定组份的纳米银和廉价的微米级导热金属颗粒物作为导热填充料，并使用一定的表面活性剂经搅拌合成。其使用于为：LED封装支架上的金属散热基柱与铝基板上对应位置的铜泊之间的间隙处。当使用特殊工艺处理后，本发明柔性填隙材料中的纳米银和微米级金属颗粒物会烧结成以化学键形式的网络连结，从而大幅度的提高其导热性能。本发明的高导热柔性填隙材料还适用于功率型LED灯具中铝基板与灯体外壳、散热片相连接的所有间隙部分，用同样的使用工艺进行处理，即会使LED的散热条件更加通畅。
Description
技术领域：
本发明涉及一种功率型LED灯具的高导热柔性填隙材料。
背景技术：
基于LED照明光源其发光效率高、节能、使用寿命长等优点，LED正被广泛应用于道路及室内功能性照明技术领域。半导体LED进入工作状态时会产生相当大的热量，特别是大功率LED照明光源在实际环境下成组使用时，灯具的散热技术直接影响到LED的发光效率及使用寿命。
在LED发光单体结构上，为解决芯片自身的散热问题，在封装支架上设计了一个金属散热基柱。成组使用的功率型LED排成一定形式的阵列，每一个LED的两电极都焊接在专用的铝基板上，其封装支架上的金属散热基柱都与铝基板上对应位置的铜泊相接触，LED的工作热量则通过铜泊透过铝基板上的绝缘层扩散到散热铝板，从而达到散热的技术目的。然而LED的金属散热基柱与铝基板上的铜泊虽然位置相对应，但两个平面搭在一起存在间隙，其有效接触面积极为有限，严重影响其导热效率。为解决这个问题，业内人士曾先后采用了两种技术：一种是采用环氧树脂作为填隙材料，涂布于LED的散热基柱与铝基板上的铜泊之间，将二者粘合。这种技术的缺点是：环氧树脂的导热性差，且固化后受环境温度变化的影响，易使两者脱裂，丧失导热条件；另一种是采用导热硅脂作为接触剂，取代环氧树脂工艺。导热硅脂是以硅胶为基质，加入导热金属颗粒物，从而形成一定的导热条件，与环氧树脂相比，导热硅脂具有柔性，较好地改善了接触质量。但是金属颗粒物相互之间的连接是物理连接，也达不到理想的导热效果。
发明内容：
本发明就是提供一种解决上述散热技术难点的功率型LED灯具的高导热柔性填隙材料，它可大幅度的提高LED散热基柱与铝基板之间的导热系数，使功率型LED灯具散热的瓶颈技术得到新的突破。
本发明是以柔性流体的硅胶作导热基质，加入一定组份的纳米银和廉价的微米级导热金属颗粒物作为导热填充料，搅拌合成后的成品使用于LED散热基柱和铝基板上的铜泊之间，当成组使用的LED在铝基板上焊接完毕后，置于电烘箱内，当升温曲线上升到100°～150℃的峰值时，纳米银特殊的固有物理属性使纳米银颗粒物迅速产生低温熔化的物理作用。熔化后的纳米银相互连结，并使微米级普通导热金属颗粒物相互烧结成一个高导热的化学键形式的网络连接，LED的工作热量可迅速通过这一金属网络结构向铝基板高倍率的传导。
附图说明：
附图1、本发明使用目的物的结构关系图；
1、铝基板上的电路焊接点；
2、LED的两电极；
3、LED封装支架上的金属散热基柱；
4、LED芯片；
5、本发明的高导热柔性填隙材料；
6、铝基板上与LED散热基柱对应位置的铜泊；
7、铝基板上的绝缘层；
8、散热铝板。
附图2、本发明组份中的纳米银升温前后的结构变化示意图。
具体实施方式：
本发明的使用目的物为：LED散热基柱与铝基板上对应位置的铜泊之间的间隙处。
如图1所示：LED(4)封装支架上的金属散热基柱(3)承担着LED芯片工作热量的传导作用，它与铝基板上与其对应位置的铜泊(6)二者之间应以较好的技术方法使二者的接触面紧密连接，从而使LED的工作热量迅速通过铜泊(6)穿透绝缘层(7)传导到铝基板的散热铝板(8)上。
本发明是使用于上述目的物散热技术要求的高导热柔性填隙材料，它是由柔性流体的导热硅胶为基质，以一定比例的纳米银和导热金属颗粒物作填充料，并使用一定的表面活性剂，搅拌合成。其涵盖组份：硅胶40％-60％，纳米银10％-30％，导热金属颗粒物(如微米级铝粉、银粉)15％-30％，表面活性剂0.5％-3％。本发明的使用方法是：先将本发明的高导热柔性填隙材料(5)均匀涂布于LED封装支架的金属散热基柱(3)的接触平面和铝基板的铜泊(6)的平面上，将二者按对应位置相粘合；待成组使用的LED电极(2)与铝基板上电路焊接点(1)的焊接工艺全部完成后，将其放入电烘箱内，当升温曲线上升到100℃～150℃的峰值时，纳米银颗粒物固有的物理属性使之迅速产生低温熔化的物理作用，熔化后的纳米银形成银丝状与微米级普通导热金属颗粒物相互烧结成一个高导热的金属网络结构，LED的工作热量即可通过这一金属网络结构向铝基板高倍率的传导。
如图2中的上图所示，本发明高导热柔性填隙材料中的纳米银在烧结前金属颗粒之间为物理性接触其导热性差；如图2中下图所示，纳米银和微米级金属颗粒物在烧结后形成以化学键形式的网络连结，从而大幅度地提高导热性能。
本发明的高导热柔性填隙材料还适用于功率型LED灯具中铝基板与灯体外壳、散热片相连接的所有间隙部分，用同样的使用工艺进行处理，即会使LED的散热条件更加通畅。
Claims (2)
1.一种适用于功率型LED灯具的高导热柔性填隙材料，其特征是：它是由柔性流体的导热硅胶作基质，加入一定组份的纳米银和微米级导热金属颗粒物作为导热填充料搅拌合成的；其涵盖组份为：柔性流体导热硅胶40％～60％，纳米银10％～30％，微米级导热金属颗粒物15％～30％，表面活性剂0.5％～3％；在该材料的升温曲线峰值达到100℃～150℃时，纳米银颗粒物的固有物理属性使之迅速产生低温烧结的物理作用，烧结后的纳米银形成银丝状，并与微米级导热金属颗粒物相互烧结成一个高导热的化学键形式的网络连接，其用于包括：LED散热基柱的接触平面与铝基板相应位置上的铜泊之间的间隙部分，铝基板与灯体外壳、散热片之间相固定连接的间隙部分。
2.一种使用高导热柔性填隙材料填充功率型LED灯具的散热基柱与铝基板相应位置上的铜泊之间的间隙的方法是：先将权利要求1中的高导热柔性填隙材料均匀涂布于LED封装架上的金属散热基柱(3)的接触平面和铝基板的铜泊(6)的平面上，将二者按对应位置相粘合，待成组使用的LED在铝基板上焊接工艺完成后，将其放入电烘箱内，当升温曲线峰值达到100℃～150℃时，纳米银颗粒物的固有物理属性使之迅速产生低温烧结的物理作用，烧结后的纳米银形成银丝状，并与微米级导热金属颗粒物相互烧结成一个高导热的化学键形式的网络连接，LED的工作热量通过这一金属网络结构向铝基板高倍率的传导。
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