CN102646675A - Led光源及其基板 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种LED光源基板，其特征在于，由钻石金属层构成，所述钻石金属层至少包括第一钻石粉末、具有热传导性能的金属片或者金属粉末，所述钻石金属层通过将所述第一钻石粉末和所述金属片或者金属粉末进行加温加压并熔合为一体而形成，所述LED光源基板还包括在所述钻石金属层上层叠设置的钻石粉末涂镀膜层，所述钻石粉末涂镀膜层利用第二钻石粉末形成。本发明提供的基板的传导热阻和扩散热阻大大降低，能够将其上多个LED芯片产生的热量及时转移，从而延长使用寿命。

Description

LED光源及其基板

技术领域

本发明涉及一种LED（Light Emitting Diode，发光二极管）光源，尤其涉及一种LED光源及其基板。

背景技术

LED光源具有低能耗、高光效、长寿命和高可靠性的优点，因此LED光源在照明技术领域已经得到广泛的应用。由于LED芯片工艺的制约，芯片尺寸难以做大，也由此导致LED芯片功率做不大，因此，单颗芯片封装的LED难以实现照明的需求。鉴于此，中国发明专利申请200810026214.0提供一种超大功率LED模组光源结构，其包括呈矩阵排列的多个芯片，虽然可以实现照明需求，但同时也产生了大量的热量，其散热结构已经不能及时散热，影响产品的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大功率LED光源及其基板，用于解决现有技术存在的LED芯片产生的大量热量难以及时向外散发的问题。

本发明提供一种LED光源基板，其特征在于，由钻石金属层构成，所述钻石金属层包括第一钻石粉末、具有热传导性能的金属片或者金属粉末，所述钻石金属层通过将所述第一钻石粉末和所述金属片或者金属粉末进行加温加压并熔合为一体而形成，所述LED光源基板还包括在所述钻石金属层上层叠设置的钻石粉末涂镀膜层，所述钻石粉末涂镀膜层利用第二钻石粉末形成。

根据上述LED光源基板的一种优选实施方式，其中，所述钻石粉末涂镀膜层通过将纳米级粒度的第二钻石粉末在所述钻石金属层上进行镀膜处理而形成或者通过将纳米级粒度的第二钻石粉末与胶接剂混合并涂布在所述钻石金属层上形成。

根据上述LED光源基板的一种优选实施方式，其中，所述胶接剂是选自矿物油、植物性油脂、环氧树脂或硅胶。

根据上述LED光源基板的一种优选实施方式，其中，所述第一钻石粉末和所述第二钻石粉末为人造钻石、天然钻石、工业钻石或碳化硅的粉末，所述第一钻石粉末的粒径小于150μm，所述第二钻石粉末的粒径小于或等于100nm，所述金属片或者金属粉末为金、银、铜、铝及其氧化物或者其中至少两种的混合物。

根据上述LED光源基板的一种优选实施方式，其中，所述钻石粉末涂镀膜层的厚度为200～600nm。

根据上述LED光源基板的一种优选实施方式，其中，所述钻石粉末涂镀膜层的厚度为300nm。

本发明提供一种LED光源，包括基板、一个或多个的芯片、芯片粘接层和荧光粉层，所述芯片通过所述芯片粘接层固定于所述基板的所述钻石粉末涂镀膜层上，所述荧光粉层涂覆于所述芯片上方和相邻的所述芯片之间，所述基板为上述的任一LED光源基板。

根据上述LED光源的一种优选实施方式，其中，所述芯片粘接层为混合有第三钻石粉末的银胶或锡膏，所述第三钻石粉末为人造钻石、天然钻石、工业钻石或碳化硅粉末。

根据上述LED光源的一种优选实施方式，其中，所述荧光粉层中混合有第四钻石粉末，所述第四钻石粉末为人造钻石、天然钻石、工业钻石或碳化硅粉末。

通过将基板设置为两层结构，并且在基板的基体材料中混入钻石粉末和/或金属粉末，本发明提供的基板的传导热阻和扩散热阻大大降低，能够将其上多个LED芯片产生的热量及时转移，从而延长产品使用寿命。此外，由于第二导热层中混入有钻石粉末，本发明的光效也得以提高。

附图说明

图1为本发明的光源优选实施例的主视示意图；

图2为本发明的光源优选实施例的俯视示意图；

图3为本发明的光源优选实施例的左视示意图；

图4为沿图1中A-A线的剖视示意图；

图5为本发明的光源优选实施例的立体示意图。

附图标记：1基板；2塑胶件；3电极层；4芯片；5荧光粉层；6金线；7芯片粘接层；10光源安装位；11钻石金属层；12钻石粉末涂镀膜层；111第一钻石粉末；112金属粉末。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1-图5示意性的示出了本发明的大功率LED光源优选实施例的结构，如图所示，该优选实施例包括基板1、塑胶件2、电极层3、芯片4、荧光粉层5、金线6、芯片粘接层7。塑胶件2用于电热区域隔离，与电极层3的气密性良好。芯片4也即LED芯片，其以矩阵形式排列，通过芯片粘接层7固定于基板1的第二导热层（下述的钻石粉末涂镀膜层12）上。金线6则将同一行相邻的两芯片4串联连接，然后连接于电极层3。荧光粉层5涂覆于芯片4上方和相邻芯片4之间。

本优选实施例的基板1包括层叠的钻石金属层11（第一导热层）和钻石粉末涂镀膜层12（第二导热层）。尽管上述说明中将第一导热层和第二导热层看成是基板1的两个构成部分，但也可以把第一导热层看作为基板，第二导热层看作为在基板上形成的涂镀膜层。

钻石金属层11包括第一钻石粉末111、具有热传导性能的金属片（也可以是金属粉末）112，第一钻石粉末111和金属片112熔合为一体形成钻石金属层11。第一钻石粉末111和金属片112可以均匀地混合形成钻石金属层11，例如用烧结法：高压下加热，使金属片烧结成连结并把钻石粉末111包含其中。也可以用熔渗法，将金属片112高温熔化，再将液态金属迫入钻石粉末111的缝隙中。也可以先将金属片112形成一片状结构，再在其上蚀刻出一定的形状，例如方格状，然后以化学气相沉积法等方法在方格中沉积形成第一钻石粉末111，由此形成钻石粉末结构与导热金属结构组合而成的钻石金属层。还可以采用将金属粉末112与钻石粉末111充分混合后、进行高温加压从而也能得到钻石金属层11。

进一步优选地，第一钻石粉末111的颗粒直径优选小于150微米，更优选为小于80微米，例如为50微米。

钻石粉末涂镀膜层12包括第二钻石粉末，利用第二钻石粉末，在钻石金属层11表面进行纳米级钻石粉末的镀膜处理，可形成钻石粉末涂镀膜层12。关于具体的镀膜处理方法，可以借助于现有技术中的低压气相合成法、化学气相蒸镀法、物理气相蒸镀法，甚至也可以是脉冲激光沉积法、分子束外延法等。

作为第二导热层的钻石粉末涂镀膜层的形成方式也可以简单如下：比如钻石粉末涂镀膜层12包括第二钻石粉末（未示出）和胶结剂（具有粘着固定能力并可固化的胶类，未示出），第二钻石粉末混合入胶结剂中并涂布在钻石金属层11上形成钻石粉末涂镀膜层12。

无论是哪一种形成方式，作为第二导热层的钻石粉末涂镀膜层12的厚度为200～600nm，优选在为250～400nm，更优选在为300nm。根据经验可知，钻石粉末层12的厚度太高时，导热能力并没有进一步的提高，但是成本却大大增加，故建议厚度在600nm以下。

作为第二钻石粉末的粒度，应该处于纳米级别，以与纳米级的镀膜相适应，这一点与第一钻石粉末要求更严格一些，比如是10nm~200nm，优选为20～100nm，更优选为50nm。

钻石是一种非常优秀的热传导材料，其自身的导热率高达2300W/mK。经测试，纳米级的钻石粉末涂镀膜层12的散热系数高达600W/mK（纳米级镀膜）以上，远高于导热银胶（20W/mK）和芯片4底部衬底（蓝宝石(Al₂O₃)46W/mK），使得芯片4到基板1的钻石金属层11之间的热传导形成无形的热泵，可使芯片4发出来的热量通过纳米级的钻石粉末涂镀膜层12迅速传导出来并通过外界散热器快速散去。

基板1的双导热层结构以及在双导热层中混合钻石粉末的结构，可以提高本优选实施例的导热性能和光效。

进一步优选地，作为第一钻石粉末111、第二钻石粉末的钻石原料，可以为人造钻石（比如用高压法制造的工业钻石）、天然钻石（天然钻石中有80%以上都不能琢磨成宝石）、工业钻石或碳化硅粉末，或者他们的组合，也可以是工业钻石生产过程中产生的含有钻石成分的废料。通过将上述这样的钻石原料碾碎并筛分出适合和金属粉末混合的粒度或者适合涂布在基板1的第一导热层上作为第二导热层的粒度，再经过上述制作方法而得到各自的结构。

进一步优选地，胶结剂为有机物胶结剂，例如油类、脂类或胶类有机物，具体为矿物油、植物性油脂、环氧树脂或硅胶等。金属粉末112为金、银、铜、铝及其氧化物或者其中至少两种的混合物，优选地，本优选实施例的金属粉末112为铜。

第一钻石粉末111、第二钻石粉末可有效均温芯片并消除其热点的作用主要体现在两个方面：

第一、在钻石金属层11的表面进行纳米级钻石粉末涂镀膜层12的镀膜处理，控制其镀层厚度在200-600nm之间，实现芯片4所发出的热量在表面的瞬间横向热传导。镀膜处理后可使金属表面具有良好的耐磨性、导电性能、耐腐蚀、耐高温、防氧化及改变表面张力等特性，从而提升材料性能，可以全面的改善产品品质。此外纳米镀膜可以在300℃以下使用，不变色不会氧化，导热性非常高，达到铜的十倍以上，高达617W/mK，极大地提高了散热能力以及耐腐蚀及抗硫化能力。

第二、通过钻石、金属材料制作模组封装用LED基板的钻石金属层11，可加速芯片4所发出热量在基板1内部的纵向热传导，例如钻铜材料导热率为500~700W/mK。

进一步优选地，芯片粘接层7为银胶或锡膏，且芯片粘接层7中混合有第三钻石粉末（未示出）。荧光粉层5中混合有第四钻石粉末（未示出）。第三钻石粉末和第四钻石粉末的加入可以提高本优选实施例的光效（至于光效得以改善的原因，理由如下：荧光粉层中含有钻石粉末时，其综合折射率有所提高，更接近于其所相邻的芯片4的折射率，但又小于LED芯片构成材料的折射率，这样的折射率递减结构有助于取光效率的提高，基板上的涂镀膜层的高反射率也有助于提高光效）。

上述第三钻石粉末、第四钻石粉末的选材和碾碎粒度与上述第一钻石粉末、第二钻石粉末完全一样。比如优选为人造钻石、天然钻石、工业钻石或碳化硅粉末，或者他们的组合；第三、第四钻石粉末的颗粒直径优选小于150微米，例如为50微米。

根据现有技术可知，钻石的热传导系数是所有材料中的最高者，其常温时的传热速率是常用金属（比如银或者铜等）的5倍，所以无论是在第一导热层、第二导热层、芯片粘结层中的那一层中含有钻石这种材料，都会促进芯片所产生的热量的散发，很好地解决了大功率芯片开发过程中遇到的散热瓶颈。

综合上述，本发明将基板设计为双导热层结构，或者说在钻铜（或者其他金属）基板上涂布镀膜层，并且在基板的基体物质中混合如钻石粉末等，借此，本发明可以降低基板的传导热阻和扩散热阻，提高散热效率，及时转移LED芯片产生的热量，延长基板及具有该基板的LED光源的使用寿命，此外还可以提高LED发光的光效。另外，本发明所涉及的散热结构由于散热能力大，可专门应用于大功率的LED光源及其基板。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种LED光源基板，其特征在于，由钻石金属层构成，所述钻石金属层至少包括第一钻石粉末、具有热传导性能的金属片或者金属粉末，所述钻石金属层通过将所述第一钻石粉末和所述金属片或者金属粉末进行加温加压并熔合为一体而形成，所述LED光源基板还包括在所述钻石金属层上层叠设置的钻石粉末涂镀膜层，所述钻石粉末涂镀膜层利用第二钻石粉末形成。

2.根据权利要求1所述的LED光源基板，其特征在于，所述钻石粉末涂镀膜层通过将纳米级粒度的第二钻石粉末在所述钻石金属层上进行镀膜处理而形成或者通过将纳米级粒度的第二钻石粉末与胶接剂混合并涂布在所述钻石金属层上形成。

3.根据权利要求2所述的LED光源基板，其特征在于，所述胶接剂是选自矿物油、植物性油脂、环氧树脂或硅胶。

4.根据权利要求1所述的LED光源基板，其特征在于，所述第一钻石粉末和所述第二钻石粉末为人造钻石、天然钻石、工业钻石或碳化硅的粉末，

所述金属片或者金属粉末为金、银、铜、铝及其氧化物或者其中至少两种的混合物。

5.根据权利要求1所述的LED光源基板，其特征在于，所述第一钻石粉末的粒径小于150μm，所述第二钻石粉末的粒径小于或等于100nm。

6.根据权利要求1所述的LED光源基板，其特征在于，所述钻石粉末涂镀膜层的厚度为200～600nm。

7.根据权利要求6所述的LED光源基板，其特征在于，所述钻石粉末涂镀膜层的厚度为300nm。

8.一种LED光源，包括基板、一个或多个的芯片、芯片粘接层和荧光粉层，所述芯片通过所述芯片粘接层固定于所述基板的所述钻石粉末涂镀膜层上，所述荧光粉层涂覆于所述芯片上方和相邻的所述芯片之间，其特征在于，所述基板为权利要求1～7任一所述的LED光源基板。

9.根据权利要求8所述的LED光源，其特征在于，所述芯片粘接层为混合有第三钻石粉末的银胶或锡膏，所述第三钻石粉末为人造钻石、天然钻石、工业钻石或碳化硅粉末。

10.根据权利要求8所述的LED光源，其特征在于，所述荧光粉层中混合有第四钻石粉末，所述第四钻石粉末为人造钻石、天然钻石、工业钻石或碳化硅粉末。

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