CN202049950U - 一种液态金属导热的集成led光源 - Google Patents

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Abstract

一种液态金属导热的集成LED光源，由LED芯片、封装基板、支架、固晶板、电极和液态金属及透明封装材料构成，封装基板和支架组合安装，液态金属置于封装基板固晶区凹坑内，若干LED芯片固定于固晶板并与固晶板上过孔相对应，固晶板覆盖于封装基板凹坑上，LED芯片底部与液态金属接触，封装基板上LED芯片呈阵列排布，由金线串并联后连接于正负电极，LED芯片由透明封装材料整体封装，出光面为平面或曲面。本实用新型采用适当熔点的液体金属取代传统固晶材料填充于芯片和封装基板之间，室温液态金属导热率数十倍于常规固晶材料，因此可有效降低LED芯片工作结温，固化的液体金属起到很好的固晶作用，液体金属较低的熔点使整个工艺过程处于可控的安全环境中进行。

Description

一种液态金属导热的集成LED光源
技术领域
本实用新型涉及一种集成LED光源，确切地讲是一种利用液态金属导热的集成LED光源。
背景技术
随着能源及环境问题的日益显现，节能产业及其产品越来越受到重视，半导体二极管(LED)照明的节能效果已被公认，但LED诸如散热、配光等应用瓶颈还没有完全很好的得以解决，特别是散热问题尤为突出，众所周知，LED芯片光效和寿命与其结温呈现一定得相关关系，即结温越低光效越高，相应的寿命也就越长，控制LED结温的关键技术是散热导热技术，其技术核心是先将LED发出的热量有效的快速的传导至外部散热器，热量经外部散热器散发到周边环境中。固晶技术是LED封装和散热效果的关键技术，固晶质量的好坏将影响LED的稳定性、散热效率以及出光效率等，根据LED功率的大小以及封装工艺的不同所选择的固晶方式有所不同，一般来说，小功率LED晶粒通过绝缘胶固定电极引脚传热即可；功率稍大的LED可通过导热银胶或硅胶粘连散热；对于瓦级LED通常采用高导热银胶或共晶焊接的方式固定散热，现有固晶方法的弊端在于固晶胶的导热系数不能和金属相比拟，固晶胶与LED芯片以及金属热沉间也存在很大的热阻。
发明内容
为了克服上述缺陷，本实用新型提出了一种利用液态金属导热的集成LED光源。
本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种液态金属导热的集成LED光源，由LED芯片、封装基板、支架、固晶板、电极和液态金属及透明封装材料构成，封装基板和支架组合安装，液态金属置于封装基板固晶区凹坑内，若干LED芯片固定于固晶板并与固晶板上过孔相对应，固晶板覆盖于封装基板凹坑上，LED芯片底部与液态金属接触，封装基板上LED芯片呈阵列排布，由金线串并联后连接于正负电极，LED芯片由透明封装材料整体封装，出光面为平面或曲面，曲面出光面对应于LED芯片透明荧光陶瓷材料由模具定型为突起的曲面。
所述封装基板由高导热金属或合金制成片状结构，固晶区设置储存液态金属的凹坑。
所述支架绝缘材料制成，电极固定其内。
所述固晶板为一绝缘薄板，其上设置阵列排布的过孔。
所述透明封装材料为环氧树脂、有机硅胶或透明陶瓷中的一种。
所述透明陶瓷选用高纯原料，通过工艺手段排除气孔获得，通常选用MgAl2O4透明陶瓷，其折射率大于1.7。
所述透明封装材料中可掺杂各种荧光粉从而激发改变光波波长，实现不同光色。
所述室温液态金属是一种熔点不超过铝熔融温度的金属或合金，一般包括铯、镓、铷、钾、钠、铟、锂、锡、铋、铊、锌、锑、镁、铝或其合金，其中优选熔点60℃-200℃范围内的液体金属。LED芯片正常工作时温度通常控制在60-85℃之间，液体金属熔点应高于LED芯片正常工作时温度，即LED正常工作时液体金属保持固态，为了操作方便和电子器件的安全，液体金属的熔点也不宜太高，一般控制在200℃以内。
所述曲面出光面为规则弧面出光面或异形曲面出光面。
本实用新型的有益效果：传统LED封装工艺中通常采用固晶胶进行固晶，此法最大的弊端在于LED芯片和金属热沉间贴合不紧，两者间存在间隙，通常加设固晶胶以填补间隙和固定芯片，现有固晶胶的导热系数不能和金属相比拟，且固晶胶与LED芯片以及金属热沉间也存在很大的热阻，本固晶工艺中采用适当熔点的液体金属取代传统固晶材料填充于芯片和封装基座之间，不但具有良好的热导性，而且固化的液体金属起到很好的固晶作用，从而有效改善传统封装工艺中LED芯片和金属热沉间贴合不紧，固晶胶导热性能不佳等缺陷，让LED发出的热量迅速传导出去，有效控制LED结温，增加LED使用寿命和发光效率，液体金属较低的熔点使整个工艺过程处于可控的安全环境中进行。
附图说明：
图1为封装基板和支架组合示意图I；
图2为封装基板和支架组合示意图II；
图3为本实用新型结构示意图；
图4为平面出光面LED光源立体图；
图5为平面出光面LED光源剖视图；
图6为曲面出光面LED光源立体图。
图7为曲面出光面LED光源剖视图；
附图中所指图例
1、封装基板    2、支架    3、LED芯片 4、固晶板
5、液态金属    6、金线    7、电极    8、透明封装材料
具体实施方式
室温液态金属是一种熔点不超过铝熔融温度的金属或合金，一般包括铯、镓、铷、钾、钠、铟、锂、锡、铋、铊、锌、锑、镁、铝或其合金，其中优选熔点60℃-200℃范围内的液体金属。LED芯片正常工作时温度通常控制在60-85℃之间，液体金属熔点应高于LED芯片正常工作时温度，即LED  常工作时液体金属保持固态，为了操作方便和电子器件的安全，液体金属的熔点也不宜太高，一般控制在200℃以内。
如图1、2所示：封装基板由高导热金属或合金制成片状结构，固晶区设置储存液态金属的凹坑；支架由绝缘材料制成，电极固定其内；封装基板与支架配合装配。
如图3所示：一种液态金属导热的集成LED光源由封装基板1、支架2、LED芯片3、固晶板4、液态金属5、金线6、电极7及透明封装材料8构成，封装基板和支架组合安装，液态金属置于封装基板固晶区凹坑内，若干LED芯片固定于固晶板并与固晶板上过孔相对应，固晶板覆盖于封装基板凹坑上，LED芯片底部与液态金属接触，封装基板上LED芯片呈阵列排布，由金线串并联后连接于正负电极，LED芯片由透明封装材料整体封装，出光面为平面或曲面，曲面出光面对应于LED芯片透明荧光陶瓷材料由模具定型为突起的曲面。
固晶板为一绝缘薄板，其上设置阵列排布的过孔。
透明封装材料为环氧树脂、有机硅胶或透明陶瓷中的一种。
透明陶瓷选用高纯原料，通过工艺手段排除气孔获得，通常选用MgAl2O4透明陶瓷，其折射率大于1.7。
透明封装材料中可掺杂各种荧光粉从而激发改变光波波长，实现不同光色。
实施例1：如图4、5设置为平面出光面，此平面出光面LED光源封装工艺简单，易成型，缺点是平面结构易产生全反射，用于照明灯具时往往需二次配光；
实施例2：如图6、7设置为曲面出光面，曲面出光面LED光源将出光面设置为曲面结构，通过设计可有效减少全反射，增加LED光源取光效率，同时可将封装出光面与二次配光透镜一体化设计，从而进一步减少光损。

Claims (6)

1.一种液态金属导热的集成LED光源，其特征在于：由LED芯片、封装基板、支架、固晶板、电极和液态金属及透明封装材料构成，封装基板和支架组合安装，液态金属置于封装基板固晶区凹坑内，若干LED芯片固定于固晶板并与固晶板上过孔相对应，固晶板覆盖于封装基板凹坑上，LED芯片底部与液态金属接触，封装基板上LED芯片呈阵列排布，由金线串并联后连接于正负电极，LED芯片由透明封装材料整体封装，出光面为平面或曲面，曲面出光面对应于LED芯片透明荧光陶瓷材料由模具定型为突起的曲面。
2.根据权利要求1所述的一种液态金属导热的集成LED光源，其特征在于：所述封装基板由高导热金属或合金制成片状结构，固晶区设置储存液态金属的凹坑。
3.根据权利要求1所述的一种液态金属导热的集成LED光源，其特征在于：所述支架绝缘材料制成，电极固定其内。
4.根据权利要求1所述的一种液态金属导热的集成LED光源，其特征在于：所述固晶板为一绝缘薄板，其上设置阵列排布的过孔。
5.根据权利要求1所述的一种液态金属导热的集成LED光源，其特征在于：所述透明封装材料为环氧树脂、有机硅胶或透明陶瓷中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种液态金属导热的集成LED光源，其特征在于：所述液态金属是一种熔点不超过铝熔融温度的金属或合金，其中选择熔点60℃-200℃范围内金属或合金，其熔点高于LED芯片正常工作时温度，即LED正常工作时液体金属保持固态。 
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