CN108630799B - 一种大功率led用热电分离散热结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率LED用热电分离散热结构，包括散热基板以及依次设置在该散热基板上的绝缘层和铜箔层，通过铣工艺先后在绝缘层中形成缺口A以及在铜箔层中形成缺口B；LED封装结构设置在与其相匹配的所述缺口A和缺口B中，使LED底座与所述散热基板相连接，设置在所述LED底座的PN结通过电极与所述铜箔层电气连接。采用上述技术方案，通过结构上的改进，使LED封装结构能够直接卡合设置缺口A和缺口B，由于LED散热底座直接与散热基板相连接，从而能够将LED芯片产生的热量直接传导到散热基板上，避免了传统散热基板中的高热阻绝缘层，大幅度降低了大功率LED的热阻。

Description

一种大功率LED用热电分离散热结构
技术领域
本发明涉及大功率LED散热技术领域，尤其涉及一种大功率LED用热电分离散热结构。
背景技术
随着科学技术的快速发展，人们对路灯照明的发光功率要求越来越高。LED作为一种优秀的半导体光电器件，以其体积小、耗电量低、使用寿命长、环保灯优点，成为新一代理想的固态节能照明光源。随着LED向高光强、高功率发展，LED的散热问题日渐突出。散热问题影响到LED的光输出特性和器件的寿命，是大功率LED封装中的关键问题。如果封装散热不良,会使芯片温度升高,引起应力分布不均、寿命缩短、荧光粉转换效率下降导致芯片出光效率下降。
目前，散热问题是限制LED发展的主要因素。Narendran等人通过实验证实：LED寿命随LED芯片结点温度的增大成指数形式下降，突破极限温度则随时可能失效。所以，散热问题是整个大功率LED行业面临的一个重大技术瓶颈。
现有技术中，大功率LED灯珠直接封装到传统铝基覆铜板上(从上到下依次为铜箔、绝缘层和铝板)，由于LED芯片产生的热量需要通过高热阻的绝缘层，导致散热效率低下散热不良,会使芯片温度升高,引起应力分布不均、寿命缩短、荧光粉转换效率下降，导致芯片出光效率下降。
故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种散热性能好的大功率LED用热电分离散热结构及其封装方法，从而大幅度降低了大功率LED的热阻，解决大功率LED散热的瓶颈问题。
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明的技术方案如下：
一种大功率LED用热电分离散热结构，包括散热基板(3)以及依次设置在该散热基板(3)上的绝缘层(2)和铜箔层(1)，通过铣工艺去除部分绝缘层(2)材料暴露出所述散热基板(3)并形成缺口A以及通过铣工艺在该缺口A两侧通过铣工艺去除部分铜箔层(1)材料暴露出所述绝缘层(2)并形成缺口B；LED封装结构设置在与其相匹配的所述缺口A和缺口B中，使LED底座(603)与所述散热基板(3)物理连接，设置在所述LED底座(603)上的PN结(602)通过电极(601)与所述铜箔层(1)电气连接；
所述散热基板(3)为复合基板，包括复合铝层(32)以及设置该复合铝层(32)至少一面上的复合铜层(31)，所述复合铜层(31)与所述LED底座(603)以焊接方式连接。采用上述技术方案，通过结构上的改进，使LED封装结构能够直接卡合设置缺口A和缺口B，由于LED散热底座直接与散热基板相连接，从而能够将LED芯片产生的热量直接传导到散热基板上，避免了传统散热基板中的高热阻绝缘层，大幅度降低了大功率LED的热阻。
上述技术方案中，复合铜层(31)与所述LED底座(603)直接以焊接的方式连接，在解决了铝的不耐焊锡性的同时，也改进了传统用螺栓、导热硅或相变材料的高热阻连接方法，直接焊接可以大幅度降低了大功率LED的热阻。
作为优选的技术方案，还包括设置在所述缺口A中的铜层(4)，所述铜层(4)与所述绝缘层(2)厚度相等并与所述LED底座(603)以焊接方式连接。
作为优选的技术方案，所述铜层(4)以电镀的方式设置在所述缺口A中。
上述技术方案中，在铣掉绝缘层的缺口A上，电镀上一层与绝缘层等厚度的铜层，此镀铜会与LED芯片的陶瓷散热基座封装一起，解决了助焊剂焊接高度不够、铝不好焊接的问题。
作为优选的技术方案，所述复合铝层(32)双面设置复合铜层(31)，在其一面设置LED底座(603)，另一面设置散热器(9)。
作为优选的技术方案，所述散热器(9)以焊接方式与所述复合铜层(31)相连接。
上述技术方案中，散热基板是由铝板上下两面镀铜制造而成的，同时改进了基板与LED灯珠的封装方式和基板与散热器的连接方式，大幅度降低了大功率LED的热阻。
同时，复合板的下表面铜与LED灯的散热器通过锡焊直接焊接，在解决了铝的不耐焊锡性的同时，也改进了传统用螺栓、导热硅或相变材料的高热阻连接方法，直接焊接可以大幅度降低了大功率LED的热阻。
作为优选的技术方案，所述LED封装结构还包括设置在所述PN结(602)上的硅层(604)。
作为优选的技术方案，所述复合铜层(31)以电镀的方式设置在所述复合铝层(32)上。
作为优选的技术方案，所述复合铜层(31)以层压的方式设置在所述复合铝层(32)上。
作为优选的技术方案，所述LED底座(603)为LED陶瓷散热基座。
为了克服现有技术的缺陷，本发明还提出一种大功率LED用热电分离散热结构封装方法，包括以下步骤：
将经过双面阳极氧化的铝板上下两面镀铜形成复合散热基板；
将复合散热基板上表面依次覆上绝缘层和铜箔层并压合在一起形成覆铜板；
在覆铜板的上表面铣掉与LED底座对应的铜箔和绝缘层形成缺口A和缺口B；
在缺口A铣掉的绝缘层位置中设置与绝缘层等厚度的铜层；
将LED芯片设置在底座并将底座设置在上述步骤制备的覆铜板上使底座与复合散热基板直接连接，从而形成热电分离散热基板。
与现有技术相比较，采用本发明的结构，能够将LED芯片产生的热量直接传导到散热基板上，避免了传统散热基板中的高热阻绝缘层，大幅度降低了大功率LED的热阻；同时，改进了基板与LED灯珠的封装方式以及基板与散热器的连接方式，大幅度降低了大功率LED的热阻。另外，基板的下表面铜与LED灯的散热器通过锡焊直接焊接，在解决了铝的不耐焊锡性的同时，也改进了传统用螺栓、导热硅或相变材料的高热阻连接方法，直接焊接可以大幅度降低了大功率LED的热阻。
附图说明
图1是覆铜板结构示意图。
图2是本发明中散热基板的结构示意图。
图3是本发明覆铜板结构示意图。
图4是一次铣掉铜箔和绝缘层示意图。
图5是在一次铣的缺口上电镀上一层铜之后的结构示意图。
图6是二次铣掉铜箔结构示意图。
图7是在热电分离散热基板上封装LED与散热器之后的示意图。
图中标号：1为铜箔层，2为绝缘层，3为散热基板，31为复合铜层，32为复合铝层，4为在缺口A上铜层，5为焊锡液，601为电极，602为PN结，603为底座，604为硅层，7为阻焊层，8为焊锡液，9为散热器，A为一次铣缺口，B为二次铣缺口。
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明提供的技术方案作进一步说明。
参见图1-7，本发明提供一种大功率LED用热电分离散热结构，包括散热基板3以及依次设置在该散热基板3上的绝缘层2和铜箔层1，通过铣工艺先后在绝缘层2中形成缺口A以及在铜箔层1中形成缺口B；LED封装结构设置在与其相匹配的所述缺口A和缺口B中，使LED底座603与所述散热基板3相连接，设置在所述LED底座603的PN结602通过电极601与所述铜箔层1电气连接。
采用上述技术方案，通过结构上的改进，使LED封装结构能够直接卡合设置缺口A和缺口B，由于LED散热底座直接与散热基板相连接，从而能够将LED芯片产生的热量直接传导到散热基板上，避免了传统散热基板中的高热阻绝缘层，大幅度降低了大功率LED的热阻。
在一种优选实施方式中，所述散热基板3为复合基板，包括复合铝层32以及设置该复合铝层32至少一面上的复合铜层31，所述复合铜层31与所述LED底座603以焊接方式连接。
在一种优选实施方式中，所述复合铝层32双面设置复合铜层31，在其一面设置LED底座603，另一面设置散热器9。
在一种优选实施方式中，所述散热器9以焊接方式与所述复合铜层31相连接。
在一种优选实施方式中，本发明提供的大功率LED用热电分离散热结构是由双面阳极氧化铝上下两面镀铜形成复合散热基板，然后依次覆上绝缘层和铜箔，经过一次铣、镀铜、二次铣，然后形成缺口A和B，在铣掉绝缘层的缺口A上，电镀上一层与绝缘层等厚度的铜层，此镀铜会与LED芯片的陶瓷散热基座封装一起，LED芯片产生的热量直接传导到复合散热基板上，避免了传统散热基板中的高热阻绝缘层，大幅度降低了大功率LED的热阻。另外，复合散热基板的下表面铜与LED灯的散热器通过锡焊直接焊接，在解决了铝的不耐焊锡性的同时，也改进了传统用螺栓、导热硅或相变材料的高热阻连接方法，直接焊接可以大幅度降低了大功率LED的热阻。
优选地，一次铣，在覆铜板的上表面铣掉与LED芯片的陶瓷散热基座对应的铜箔层和绝缘层，露出复合板的上表面铜。
优选地，二次洗，在一次铣的基础上，把铜箔从中间向两侧多铣掉一部分，增大覆铜层与镀铜的距离，增大电弧电压，防止击穿。
图7为本发明散热基板封装LED与散热器之后的示意图，其工作原理为：LED散热路径是，LED的PN结602产生的热量，依次通过焊锡层8，铜层4，复合铜层31，复合铝层32，复合铜层31，焊锡液、助焊剂5，最后通过散热器9将热量散发到外界。本发明的导电通路为：LED电极601，LED的PN结602，LED电极601。实现了散热和导电在空间上的分离。
为了克服现有技术的缺陷，本发明还提出一种大功率LED用热电分离散热封装方法，包括以下步骤：
第一步：将经过双面阳极氧化的铝板上下两面镀铜。如图2所示。
第二步：将复合散热基板上表面依次覆上绝缘层和铜箔，然后压合在一起。如图3所示。
第三步：一次铣，在覆铜板的上表面铣掉与LED陶瓷散热基座对应的铜箔和绝缘层。如图4所示。
第四步：在铣掉的绝缘层位置，电镀上与绝缘层等厚度的铜。如图5所示。
第五步：二次铣，然后向铜箔缺口两侧多铣掉一部分，以增大铜箔与第四步镀铜的距离，增大电弧电压，防止击穿。如图6所示。
利用以上步骤生产的热电分离散热基板，通过焊锡液、助焊剂，上表面与LED芯片的底座连接，下表面与散热器连接。如图7所示。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种大功率LED用热电分离散热结构，其特征在于，包括散热基板（3）以及依次设置在该散热基板（3）上的绝缘层（2）和铜箔层（1），通过铣工艺去除部分绝缘层（2）材料暴露出所述散热基板（3）并形成缺口A以及通过铣工艺在该缺口A两侧通过铣工艺去除部分铜箔层（1）材料暴露出所述绝缘层（2）并形成缺口B；LED封装结构设置在与其相匹配的所述缺口A和缺口B中，使LED底座（603）与所述散热基板（3）物理连接，设置在所述LED底座（603）上的PN结（602）通过电极（601）与所述铜箔层（1）电气连接；
所述散热基板（3）为复合基板，包括复合铝层（32）以及设置在该复合铝层（32）至少一面上的复合铜层（31）；
还包括设置在所述缺口A中的铜层（4），所述铜层（4）与所述绝缘层（2）厚度相等并与所述LED底座（603）以焊接方式连接；
所述铜层（4）以电镀的方式设置在所述缺口A中；
所述复合铝层（32）双面设置复合铜层（31），在复合基板的一面设置LED底座（603），另一面设置散热器（9）；
所述散热器（9）以焊接方式与所述复合铜层（31）相连接；
所述复合铜层（31）以电镀的方式或者层压的方式设置在所述复合铝层（32）上。
2.根据权利要求1所述的大功率LED用热电分离散热结构，其特征在于，所述LED封装结构还包括设置在所述PN结（602）上的硅层（604）。
3.根据权利要求1或2所述的大功率LED用热电分离散热结构，其特征在于，所述LED底座（603）为LED陶瓷散热基座。
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