CN219959039U - 一种提高基于cob封装的大功率led芯片散热的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种提高基于COB封装的大功率LED芯片散热的装置,所述装置包括：大功率LED模块、基板、散热装置，所述大功率LED模块通过固晶胶绑定在基板表面中央，并通过金线进行电气连接，所述散热装置通过导热硅脂层与基板底部相连，所述基板包括置于顶端的铜层、置于中部的绝缘层以及置于底部的金属基材，所述绝缘层上置有微孔阵列，所述微孔阵列中填充有金属材质。通过微孔对绝缘层的优化，通过在绝缘层开微孔，可以填充热导率大的铜，这样可以局部加快传热速度，在很大程度上降低了大功率LED芯片结温。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种提高基于COB封装的大功率LED芯片散热的装置。
背景技术
近年来，随着LED技术的大幅进展，LED光源朝着大功率、小型封装以及高亮度的方向发展，但是由于LED电光转换效率很低，导致80％左右的输入功率被转换成热能，这是很大一部分热量，该部分热量的升高会对大功率LED光通量、发光波长以及LED组件的寿命产生一定的恶劣影响，因此提高LED芯片的散热成为了首要解决的问题，现有的现有SMD(Surface Mounted Devices)贴片式封装，通过焊锡与导热硅脂粘贴在MCPCB(Metal CorePCB)金属基印制板上，但由于导热硅脂的导热性能有限，接触面积较小，散热性能极其受限。而COB(Chip On Board)封装可以将多颗LED芯片直接封装在金属基印制板上，通过金属基印制板直接散热，不仅可以降低成本，还可以增强其散热性能。但是，金属基印制板由金属基板、导热绝缘层以及印刷层构成，印刷层以及金属基板的导热性良好，但导热绝缘层的导热性较差，LED发出的热量在导热绝缘层处受阻，不能很好的将热量散出，在大功率的LED应用中更加受限。
实用新型内容
为了解决现有技术存在的技术问题，本实用新型实施例提供了一种提高基于COB封装的大功率LED芯片散热的装置,所述装置包括：大功率LED模块、基板、散热装置，所述大功率LED模块通过固晶胶绑定在基板表面中央，并通过金线进行电气连接，所述散热装置通过导热硅脂层与基板底部相连，所述基板包括置于顶端的铜层、置于中部的绝缘层以及置于底部的金属基材，所述绝缘层上置有微孔阵列，所述微孔阵列中填充有金属材质。
可选的，所述散热装置包括散热器以及散热器下端连接的翅片。
可选的，所述散热器为陶瓷散热器，所述陶瓷的材质为三氧化二铝。
可选的，所述基板为硅基板。
可选的，所述绝缘层材质为二氧化硅。
可选的，所述微孔阵列为N*N个微孔组成的阵列，其中微孔阵列中最中心的微孔位于所述绝缘层中心位置。
可选的，所述微孔半径为50um，微孔间距为500um。
可选的，所述绝缘层的厚度为0.08mm，铜层的厚度为0.04mm。
可选的，所述微孔中填充的金属材质为铜材质。
可选的，所述装置覆设有将所述大功率LED模块共同封装在内的环氧树脂封装层。
本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型提供了一种提高基于COB封装的大功率LED芯片散热的装置,所述装置包括：大功率LED模块、基板、散热装置，所述大功率LED模块通过固晶胶绑定在基板表面中央，并通过金线进行电气连接，所述散热装置通过导热硅脂层与基板底部相连，所述基板包括置于顶端的铜层、置于中部的绝缘层以及置于底部的金属基材，所述绝缘层上置有微孔阵列，所述微孔阵列中填充有金属材质。通过微孔对绝缘层的优化，通过在绝缘层开微孔，可以填充热导率大的铜，这样可以局部加快传热速度，在很大程度上降低了大功率LED芯片结温。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型的一种提高基于COB封装的大功率LED芯片散热的装置结构示意图。
图2是本实用新型的一个实施例所述的微孔阵列示意图。
图3是本实用新型的一个实施例所述的添加微孔阵列前后的结温随热功率的变化曲线示意图。
图4是本实用新型的一个实施例所述的MCPCB基板和硅基板的COB LED结温变化曲线示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本实用新型技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上端”、“下端”、“中部”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。
本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本实用新型的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
为了便于后续理解，在此处对下述实施例中可能出现的名词进行解释：
COB：(Chip On Board，板上芯片)封装是通过COB固晶机将LED芯片直接绑定在印刷线路板(PCB)或者金属基印刷线路板(MCPCB)上面，芯片与线路板间通过引线键合进行电气连接的LED封装技术。其可以在一个很小的区域内封装几十甚至上百个芯片，最后形成面光源。
金属基印刷电路板：(Metal Core Printed Circuit Board)简称MCPCB基板，就是将印刷电路板(PCB)黏附在传热效果好的金属(如铝、铜)上，用来加强散热效果，MCPCB基板的核心是绝缘层，其用途是电气绝缘，防止芯片之间短路。
大功率LED：是指额定功率在瓦级的LED。
结温：(junction temperature)是处于电子设备中实际半导体芯片(晶圆、裸片)的最高温度。它通常高于外壳温度和器件表面温度。结温可以衡量从半导体晶圆到封装器件外壳间的散热所需时间以及热阻。
实施例
如图1所示为本实用新型的一种提高基于COB封装的大功率LED芯片散热的装置结构示意图。
为了便于后续理解，对该实用新型的工作原理进行说明：大功率LED芯片产生的热量传给了固晶胶，然后通过散热性能较差的绝缘层，再传给金属基材，金属基材可以通过热对流到空气之中或者通过导热硅脂传到散热器，最后热量再通过散热器热对流到空气之中。
作为示例，所述装置包括大功率LED模块1、基板2、散热装置3，所述大功率LED模块1通过固晶胶4绑定在基板2表面中央，并通过金线5进行电气连接，所述散热装置3通过导热硅脂层6与基板2底部相连，所述基板2包括置于顶端的铜层201、置于中部的绝缘层202以及置于底部的金属基材203，所述绝缘层202上置有微孔阵列2021，所述微孔阵列中填充有金属材质。
可选的，所述散热装置3包括散热器301以及散热器下端连接的翅片302。其中，所述散热器301为陶瓷散热器，所述陶瓷的材质为三氧化二铝。由于陶瓷散热器是一种很好的电绝缘散热器，具有耐腐蚀，耐高温，特别是用在具有腐蚀性的流体散热，同时陶瓷散热器使用寿命长，同等情况下是金属散热器的几倍或者几十倍，因此使用陶瓷散热器可以进一步的提升散热性。具体地，陶瓷的材质为Al2O3，热导率为28W/(mK)，辐射系数为0.16。
可选的，所述微孔阵列为N*N个微孔组成的阵列，其中微孔阵列中最中心的微孔位于所述绝缘层中心位置。如图2所示，为3*3的微孔阵列示意图，所述微孔半径为50um，微孔间距为500um。由于绝缘层的热导率很小，比如FR-4，只有0.88W/(mK)，这么小的热导率导致绝缘层传热速度很差，所以在绝缘层开一些微孔，并填充热导率大的材料，这样就可以局部加快传热速度，大功率LED芯片产生的热量能够尽快传递到金属基材。
可选的，如图3所示，为添加微孔阵列前后的结温随热功率的变化曲线示意图。当热功率增加时，优化前和优化后的大功率LED结温都在增加，但是优化后的增加幅度比优化前的小。具体地，在热功率为4W时，优化前的大功率LED芯片结温为65.9℃，优化后的大功率LED芯片结温为53℃，可见优化后的大功率LED芯片结温减小了12.9℃。在热功率为8.8W时，优化前的大功率LED芯片结温为121℃，优化后的大功率LED芯片结温为92.7℃，可见优化后的大功率LED芯片结温减小了28.3℃。所以，随着热功率的增大，优化后的COB封装的大功率LED结构结温减小幅度越大，即优化后的COB封装的大功率LED结构具有更好的散热性能。
由于目前在LED工作中只有20％～30％转化为光能，其余70％～80％转化为热能，因此对LED封装和散热研究具有重大意义。封装的目的是为了芯片有充分的防护，防止芯片与空气长期接触或者运输、使用过程受到压力导致失效；对于LED封装，还需要具有较低的结温和良好的出光率，这两个因素是互相关联的，较低的结温可以使LED芯片出光率很高，进而提升LED芯片的寿命。
可选的，在微孔阵列中添加铜材质，这样做的目的是让大功率LED芯片产生的热量经过高热导率的铜层，然后快速通过填满铜的微孔，这样热量就可以更快的传到铜基材，通过局部加快热量传递速度，从而改善了大功率LED的散热性能。
可选的，所述基板为硅基板，所述绝缘层材质为二氧化硅。具体地，硅基板的Si材料尺寸是20mm×20mm×1.5mm，Si的热导率为150W/(mK)，绝缘层SiO2的尺寸为20mm×20mm×0.08mm，SiO2热导率为7.6W/(mK)。如图4所示，为MCPCB基板和硅基板的COB LED结温变化曲线示意图。其中，随着热功率变大，大功率LED结温都会变大。在热功率为4W时，硅基板的COB LED结温为49.5℃，然而MCPCB基板的COB LED结温为65.9℃，两者芯片结温之差△T1＝16.4℃。特别是随着热功率变大，△T越大，当热功率为8.8W时，硅基板的COB LED结温为
85℃，MCPCB基板的COB LED结温为121℃，两者结温之差△T2＝36℃，可见基于硅基板的COB LED结构散热性能比之前研究分析的基于MCPCB基板的COB LED结构散热性能要好很多。主要原因在于MCPCB基板主要有线路层(铜箔)、铜基材、绝缘层构成，铜的热导率为385W/(mK)，硅的热导率为150W/(mK)，虽然比铜低，但是这两个值都是比较大，两者对散热的影响差别比较小，然而MCPCB基板的绝缘层热导率跟硅基板的绝缘层热导率相比很低，对MCPCB基板的散热影响很大，综合这两个方面，所以硅基板的COB LED散热性能反而比MCPCB基板的COB LED散热性能好。
可选的，所述绝缘层的厚度为0.08mm，铜层的厚度为0.04mm。
可选的，如图1所示，所述装置覆设有将所述大功率LED模块共同封装在内的环氧树脂封装层7。
本实用新型基于微孔对绝缘层的优化。通过在绝缘层开微孔，可以填充热导率大的铜，这样可以局部加快传热速度，在很大程度上降低了大功率LED芯片结温。进而有效的提高了LED芯片的使用寿命。
以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前实用新型所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.一种提高基于COB封装的大功率LED芯片散热的装置,其特征在于，所述装置包括：大功率LED模块、基板、散热装置，所述大功率LED模块通过固晶胶绑定在基板表面中央，并通过金线进行电气连接，所述散热装置通过导热硅脂层与基板底部相连，所述基板包括置于顶端的铜层、置于中部的绝缘层以及置于底部的金属基材，所述绝缘层上置有微孔阵列，所述微孔阵列中填充有金属材质。
2.根据权利要求1所述的提高基于COB封装的大功率LED芯片散热的装置，其特征在于，所述散热装置包括散热器以及散热器下端连接的翅片。
3.根据权利要求2所述的提高基于COB封装的大功率LED芯片散热的装置，其特征在于，所述散热器为陶瓷散热器，所述陶瓷的材质为三氧化二铝。
4.根据权利要求1所述的提高基于COB封装的大功率LED芯片散热的装置，其特征在于，所述基板为硅基板。
5.根据权利要求1所述的提高基于COB封装的大功率LED芯片散热的装置，其特征在于，所述绝缘层材质为二氧化硅。
6.根据权利要求1所述的提高基于COB封装的大功率LED芯片散热的装置，其特征在于，所述微孔阵列为N*N个微孔组成的阵列，其中微孔阵列中最中心的微孔位于所述绝缘层中心位置。
7.根据权利要求6所述的提高基于COB封装的大功率LED芯片散热的装置，其特征在于，所述微孔半径为50um，微孔间距为500um。
8.根据权利要求1所述的提高基于COB封装的大功率LED芯片散热的装置，其特征在于，所述绝缘层的厚度为0.08mm，铜层的厚度为0.04mm。
9.根据权利要求1所述的提高基于COB封装的大功率LED芯片散热的装置，其特征在于，所述微孔中填充的金属材质为铜材质。
10.根据权利要求1所述的提高基于COB封装的大功率LED芯片散热的装置，其特征在于，所述装置覆设有将所述大功率LED模块共同封装在内的环氧树脂封装层。
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