CN1828956A - 一种大功率led的散热封装 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及大功率LED的散热封装技术领域，包括LED，LED封装体的热量通过与其连接的散热装置转移到外部环境，散热装置采用相变沸腾传热方式实现。散热装置可采用沸腾传热方式的热管，LED封装体采用环氧树脂与热管一体化封装；散热装置也可是盛有低沸点液体容器，LED封装体内产生的热量通过使低沸点液体蒸发带走；散热装置还可以采用液滴冲击散热装置。本发明采用了相变沸腾传热的散热器件作为大功率LED封装体的散热装置，使传热速度大大提高，改善LED对外界环境的散热能力，提高单个LED封装体的功率。

Description

一种大功率LED的散热封装
技术领域
本发明涉及一种大功率LED设备，具体涉及一种能有效地散发发光二极管工作中所产生的热量的散热封装结构。
背景技术
半导体LED照明光源具有寿命长、节能、安全、绿色环保、色彩丰富以及微型化等优点而被称为下一代光源倍受到关注。随着LED二极管生产技术的更新，大功率白光LED芯片生产技术已经成熟，冷光源替代白炽灯的绿色照明时代已经到来。
大功率LED照明设备以不同于普通灯丝灯泡设备的导热路径散热。具体地说，这些大功率LED照明设备经由阴极(负向端)引线或通过固定在正向模(die)设备上的模来散发大部分热量。所以，传统的散热方式不能充分减小大功率LED设备中的热量。致使大功率LED设备不得不在较高的工作温度下运行。试验可知在室温(25℃)下LED的使用寿命实际上可以达到10万个小时，而在大约90℃下工作的话，LED的使用寿命可能减小到小于7000个小时。由此可见散热对于功率型LED器件是至关重要的。如果不能将电流产生的热量及时的散出，保持PN结的结温度在允许范围内，将无法获得稳定的光输出和维持正常的器件寿命。
大功率LED必须有效地散发在其操作过程中产生的热量，以达到高可靠性。而现有技术中大功率LED的散热封装设计都建立在对金属导热能力上，德国Osram公司专利WO03019671公开了一种大功率LED设计，其原理是利用金属块的高导热性，其支架为整块铜片，使LED芯片散热能力有大幅度提高，其后，其它公司陆续提出自己大功率LED设计，例如美国Cree公司专利WO2005043627、WO2005119707、WO20040539333，其原理大致相同，均为采用较大面积金属块作为其支架，加强芯片散热，为进一步加强散热能力，通常在应用时会加装散热金属片和风扇。同样中国CN200510075355.8号专利所公开大功率LED封装，在该LED封装中，硅底座被直接连接至散热片，LED工作时产生的热量也是通过散热片来散发的。
综上所述目前的大功率LED的散热封装大多局限于金属片散热结构，有一定的局限性，散热效果不过理想致使大功率LED的应用大大受限。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种散热效率高、有效地提高大功率LED工作寿命的一种大功率LED的散热封装。
本发明通过以下技术方案来实现：
设计一种大功率LED的散热封装，包括有LED，LED所产生的热量通过与其连接的散热装置转移到外部环境，散热装置采用相变沸腾传热方式实现。
本方案中散热装置采用沸腾传热方式的热管。散热的热管作为LED封装体的支架，直接把晶片LED黏结或焊接固定在热管热源端面上，然后通过环氧树脂把LED封装体与热管一体化封装。或者通过LED封装体的支架用导热胶把LED封装体与散热的热管连接。
本发明另一种技术方案是：
设计一种大功率LED的散热封装，与LED封装体连接的散热装置中设置有低沸点液体，LED封装体内产生的热量通过低沸点液体蒸发带走。
本发明的再一种技术方案：
设计一种大功率LED的散热封装，与LED封装体连接的散热装置为液滴冲击散热装置。液滴冲击散热装置包括有喷射机构，喷射机构中设置有温度控制器，喷射机构与液体储存罐相联接，液体储存罐通过液体回流通道与散热冷凝装置连接，喷射机构靠近支架端连接有与散热冷凝装置连通的气体通道。
本发明与现有技术相比有以下优点：
本发明中采用了相变沸腾传热的散热器件作为大功率LED封装散热支架，使传热速度大大提高，改善了LED对外界环境的散热能力，提高单个LED封装体的功率。
本发明的散热封装结构采用沸腾传热方式，尤其以热管为支架的LED封装方式可以提高LED对外界环境的传热能力，在提高LED晶片输入功率同时还可增加集中封装的晶片LED的数量，从而提高了单个LED功率，扩大了LED的应用范围。
本发明的散热封装可以有效地将热量从晶片转移到离晶片远的地方，再进行散热处理，使其使用方法更灵活，且可以摆脱传统封装需要的大块散热物。
本发明的散热封装在散热的同时还可以在晶片LED及其封装体外形成具有恒温效果的热环境，其温度受到冲击时较小，可以使LED受热冲击的情况得到改善。
附图说明
图1是本发明实施例1的示意图；图2是本发明实施例2的示意图；
图3是本发明实施例3的示意图；图4是图3的左视示意图；
图5是本发明实施例4的示意图。
具体实施方案
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述：
实施例1
参见图1所示，一种大功率LED的散热封装，包括有LED，LED所产生的热量通过与其连接的散热装置转移到外部环境，本实施例中散热装置采用相变沸腾传热方式的来热管实现。
晶片LED 2过黏结或焊接方式固定在热管4热源端面上，作为散热器件的热管同时作为LED封装体的支架。晶片LED外设置有LED封装体罩11，所述的LED封装体罩采用玻璃罩体，当然也可以采用其他透明材质加工的罩体。热管热源端外设置有金属环22，金属环与电极3相联通，而晶片LED是通过金线21与金属环22形成回路的。
最后通过环氧树脂5把玻璃罩体，金属环以及电极与热管一体化封装。本实施例中把晶片LED直接设置于作为LED封装体支架的热管热源端面上，然后通过环氧树脂一体化封装，结构紧凑、加工方便。
LED两电极通过环氧树脂与热管连接，两电极在同一水平面，使本发明可以应用于PCB或其他需要水平安置的地方，同时，可以使用绝热材料将晶片所在热源端和冷凝端隔离。
本发明把散热的热管作为LED封装散热支架使传热速度大大提高，改善LED对外界环境的散热能力，可提高LED晶片输入功率同时或增加集中封装的晶片LED数量，从而提高了单个LED功率，扩大了LED的应用范围。
本实施例中热管的外形是圆柱体状，实际应用中热管的外形可以为方形或其他形状。也可以在热管冷凝端增设金属片或风扇等其他辅助性散热器件，便于加快整个封装体的散热过程。热管外壁上还设置有螺纹41，便于与其他设置有螺纹的散热器件配合使用。
实施例2
参见图2所示，本实施例与实施例1不同之处在于，晶片LED 2封装体1连接有支架6，所述支架通过导热胶61与用于散热的热管4连接。
本实施例在常规的LED封装体上采用沸腾传热方式的热管作为散热装置，散热效果好，通用性强。
实施例3
参见图3、4所示，一种大功率LED的散热封装，LED封装体连接的散热装置包括有环氧树脂封装座体8，座体内设有盛放低沸点液体9的密封的容器7，容器壁一侧设置有碗杯10，晶片LED 2直接焊接或黏结在杯碗底，晶片LED通过金线21与电极3连接。
密封容器7内设有一定的真空度，低沸点液体接收晶片LED发出的热量汽化来散热，汽化的低沸点液体再在容器上端利用重力作用凝结回流至容置底。
本实施例的容器可以改变形状，例如改变成长方体或其他立体形状，便于连接其他散热器件。
实施例4
参见图5所示，一种大功率LED的散热封装，与LED封装体连接的散热装置为液滴冲击散热装置。液滴冲击散热装置包括有喷射机构100，喷射机构连接有液体储存罐102，液体储存罐用于存贮冲击散热的低沸点液体。液滴冲击散热装置的一端直接与LED封装体的支架连接，液滴冲击散热装置靠近支架端连接有与散热冷凝装置104连通的气体通道105，散热冷凝装置通过液体回流通道103与液体储存罐102连接。喷射机构100将液体储存罐102中的低沸点液滴喷射到LED封装体支架上，吸收热量后从气体通道进入散热冷凝装置，放出热量，并液化，再由液体回流通道重回液体储存罐。
在LED封装体支架侧还设置有温度检测器106，温度检测器与喷射机构100中设置的温度控制器107相联接，从而把检测到的LED封装体的温度信号反馈到控制器，喷射机构在控制器的控制下喷射出液滴100至LED封装体，液滴遇热汽化，使LED封装体降温。喷射机构在控制器的控制下工作可以精确控制LED封装体支架表面温度，从而为制作标准照明体提供了稳定可控的热环境。而对于LED大屏幕显示系统中，可以降低相变传热系统成本，使整个大屏幕显示系统热处理得到最佳控制。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式。除了以上的结构形式外，本发明的散热装置还可以采用其它方案。对于本技术领域普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前题下，只要采用相变传热方式实现大功率LED封装的散热，并在其基础上增加或改动一些部件，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种大功率LED的散热封装，包括有LED，所述LED所产生的热量通过与其连接的散热装置转移到外部环境，其特征在于：所述的散热装置采用相变传热方式。
2、根据权利要求1所述的大功率LED的散热封装，其特征在于：所述散热装置包括有沸腾传热方式的热管。
3、根据权利要求2所述的大功率LED的散热封装，其特征在于：所述的LED(2)封装于LED封装体(1)内，LED封装体连接的支架(3)通过导热胶(6)与散热的热管(4)热源端面连接。
4、根据权利要求2所述的大功率LED的散热封装，其特征在于：所述的散热热管作为LED(2)的支架，LED封装体罩(11)采用环氧树脂与热管(4)一体化封装。
5、根据权利要求4所述的大功率LED的散热封装，其特征在于：所述的LED封装体内的晶片LED通过黏结或焊接方式固定在热管(4)热源端面上，与电极相联接的金属环(22)通过金线(21)与晶片LED连接成回路。
6、根据权利要求5所述的大功率LED的散热封装，其特征在于：所述的晶片LED外设置有封装体罩为玻璃罩体，玻璃罩体通过环氧树脂(5)与热管黏结为一体。
7、根据权利要求3或6所述的大功率LED的散热封装，其特征在于：所述的热管为圆柱体或者立方体，热管冷凝端还设有作为散热器件的金属片或风扇，热管外壁上设置有螺纹。
8、根据权利要求1所述的大功率LED的散热封装，其特征在于：所述的散热装置包括有环氧树脂封装座体(8)，座体内设有盛放低沸点液体(9)的容器(7)，所述容器为方形体或者圆形体，容器壁一侧设置有碗杯(10)，晶片LED直接焊接或黏结在杯碗底，晶片LED通过金线(21)与电极(3)连接。
9、根据权利要求1所述的大功率LED的散热封装，其特征在于：所述的LED封装体(1)连接的支架(3)连接有液滴冲击散热装置。
10、根据权利要求10所述的大功率LED的散热封装，其特征在于：所述的液滴冲击散热装置包括有喷射机构(100)，喷射机构中设置有温度控制器(107)，喷射机构连接有液体储存罐(102)，液体储存罐(102)通过液体回流通道(103)与散热冷凝装置(104)连接，喷射机构(100)靠近支架端连接有与散热冷凝装置连通的气体通道(105)。
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