JP6923941B2 - 固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造及びパッケージング方法 - Google Patents

固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造及びパッケージング方法 Download PDF

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Description

発明の詳細な説明
[技術分野]
本発明は、固体蛍光体集積光源に関するものであり、特に、固体蛍光体集積光源のパッケージング構造及びパッケージング方法に関するものである。
[背景技術]
既存のＬＥＤ光源は、一般的に蛍光有機コロイドによりパッケージングしたものであるが、このようなパッケージング方法は、蛍光粉末をＬＥＤチップに密着させている。出力の小さい時は問題ないが、出力の密集化に伴い、特に、集積パッケージングの際には、二つの大出力の熱源が重畳されることになる。その結果、ＬＥＤチップの接合部の温度が急速に上昇され、蛍光粉末と、有機コロイドと、の老化・甚だしくは炭化を引き起こし、光源の発光効率の低下と、寿命の短縮に繋がる。
眼下、固体蛍光体集積光源には、具体的に固体蛍光体、透明有機シリカゲル、ＬＥＤチップ、ダムゲルー、及び基板が含まれる。ＬＥＤチップは、基板上に設置され、ＬＥＤチップ外郭には、基板上に設置されたダムゲルーがあり、固体蛍光体はＬＥＤチップ上に設置されダムにで固定され、固体蛍光体と、基板と、の間の隙間には透明有機シリカゲルにより充填される。よって、透明有機シリカゲルは、固体蛍光体と、ＬＥＤチップと、を隔離させ、固体蛍光体の熱源が熱源であるＬＥＤチップに直接重畳されることを防いだ。但し、使用中に、透明蛍光ゲルは熱伝達性がよくないため、熱の伝達が不充分となり、熱を効率的に下げられず寿命延長にも繋がらない。
[発明内容]
本発明は、上記問題を解決するため、固体蛍光体集積光源のデュアルチャネル伝熱パッケージング構造及びパッケージング方法を提出し、二重の伝熱チャンネルを設けることでＬＥＤ光源の二つの熱源を隔離させ十分な熱伝達を謀かり、固体蛍光体と、ＬＥＤチップと、の温度を効果的に低減させ寿命延長を実現する。
本発明が提出する固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造は、固体蛍光体と、透明有機シリカゲルと、ＬＥＤチップと、基板と、を含む。前記ＬＥＤチップは、前記基板上に設置され、前記デュアルチャンネル伝熱パッケージング構造は、更に、前記基板上に固定された伝熱柱を含み、且つ当伝熱柱はＬＥＤチップを避けるように設置され、前記固体蛍光体は、当該伝熱柱上に設置するが、ＬＥＤチップとは接触しない。前記固体蛍光体と、基板と、の間の隙間内は、前記透明有機シリカゲルにより充填させる。
更に、前記デュアルチャンネル伝熱パッケージング構造は、更に、ダムゲルーを含み、前記ダムゲルーは、前記基板上に設置されるが、前記ダムゲルーは、前記ＬＥＤチップの外郭に環状に設置される。前記固体蛍光体は、ダムゲルーとも接続固定される。
更に、前記固体蛍光体の基材は、常温環境で固体状態の材質である同時に、当該固体蛍光体は、４００−５００ｎｍの可視光または２５０−４００ｎｍの紫外光に対して、吸収して、３８０−７８０ｎｍの可視光を励起することができる蛍光体である。
更に、前記固体蛍光体の基材は、透明セラミックス、ガラス、或いはＰＣである。
更に、前記伝熱柱は、３８０−７８０ｎｍの可視光または２５０−４００ｎｍの紫外光に対して、８０％より高い透過率はたは８０％より高い反射率を有する。
更に、前記伝熱柱の伝熱率は、１．０Ｗ／ｍ.Ｋより高い。
更に、ＬＥＤチップがノーマルチップである場合、前記伝熱柱の高さは、ＬＥＤチップボンディングワイヤのアークの最高点より高い。
ＬＥＤチップがフリップチップである場合、前記伝熱柱の高さは、ＬＥＤチップの高さより高い。
更に、ＬＥＤチップがノーマルチップである場合、前記伝熱柱の分布は、多数がノーマルチップの隙間中に均等に分散されるか、または、前記伝熱柱を少量に集中分布させる。
更に、前記ＬＥＤフリップチップは、密集分布している。
更に、前記基板は、金属基板である。
更に、前記ＬＥＤチップの発射するスペクトルは、ピーク波長が４００−５００ｎｍである可視光またはピーク波長が２５０−４００ｎｍの紫外光である。
更に、前記基板は、可視光に対して８０％より高い反射率を有する。
更に、前記伝熱柱は、透明伝熱柱である。
本発明は、更に、固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング方法を提出し、当該方法は以下のステップを含む。
基板の中部に露出しているアルミ光沢面の光沢層にダイボンディンエリアを形成し、基板の外郭部にＢＴ樹脂層を圧着し、ＢＴ樹脂層には、正負電極と、回路と、を設けるステップ１０。
基板のダイボンディンエリア内にＬＥＤチップを均等に配置する共に、ＬＥＤチップ間の隙間内に伝熱柱を配置させるステップ２０。
１５０℃で２時間乾かし、ＬＥＤチップと、伝熱柱と、が基板に完全接着されたらワイヤボンディング作業を行うステップ３０。
ダイボンディンエリアの外郭に白色の有機シリカゲルを使って一回りのダムを造り、１５０℃で３０分間乾燥させ完全に固形化させるステップ４０。
上記作業を完成した後、ダムグルーが形成する空間内に適量の透明有機シリカゲルを注入した後、蛍光セラミックスを圧着し固定させるステップ５０。
固定された蛍光セラミックス光源を温度６０℃で０．５時間、または８０℃で０．５時間、または１５０℃で１時間で加熱固形化を十分に行うステップ６０。
更に、前記ステップ４０での固形化温度は１５０℃とし、固形化時間は３０分間とする。
前記ステップ５０は具体的に、ワイヤボンディングの完成後に適量の透明有機シリカゲルを点滴の方式で注入するが、前記透明有機シリカゲルは、ＡＢ成分の割合で配合した透明有機シリカゲルである。その後、６０℃の温度で加熱し、有機シリカゲルの流動性を加速させ、気泡の排出と、ゲルのレベリングと、が終わった後で、蛍光セラミックスを圧着し固定させる。
[発明効果]
本発明は、透明有機シリカゲルにより、固体蛍光体と、ＬＥＤチップと、を隔離させることで固体蛍光体の熱源が熱源であるＬＥＤチップに直接重畳されることを防いだ。更に、伝熱柱を通じて固体蛍光体のほどんとの熱を伝達し、固体蛍光体―伝熱柱―基板の伝熱チャンネルを構成する。デュアルチャンネル伝熱の設計は、ＬＥＤ光源における二つの熱源を隔離する共に、充分な熱伝導を行い、固体蛍光体と、ＬＥＤチップと、の熱が各自のチャンネルを通して基板に伝われ、更に、基板からヒートシンク経由で空気中に放出されるため、両者の温度を効果的にさげ寿命延長を実現した。
[添付図の簡単説明]
以下、添付図と、実施例と、を使い本発明に対して詳しく説明する。
図１は、本発明固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージングの正面構造イメージ図である。
図２は、本発明固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージングの一実施例の縦方向の断面構造イメージ図である。
図３は、本発明固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージングのもう一実施例の縦方向の断面構造イメージ図である。
図４は、本発明サンプル２の温度分布図である。
図５は、本発明サンプル３の温度分布図である。
図６は、本発明のスペクトルである。
[実施方法]
本発明の目的、技術方案、長所をより明確に説明するために、以下に具体的な実施例により、添付図を参考し、本発明を更に詳しく説明する。但し、当業者の周知のように、本発明は、添付図と、以下の実施例と、に限らない。
図１―図３が示すように、本発明の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造は、固体蛍光体1と、透明有機シリカゲル２と、ＬＥＤチップ３と、ダムグルー４と、基板５と、を含み、さらに、前記基板５上に固定された伝熱柱６を含み、前記ＬＥＤチップ３と、前記ダムグルー４と、は前記基板5上に設置されるが、前記ダムグルー４は、前記ＬＥＤチップ３の外郭に環状設置され、前記伝熱柱６は前記基板５上に固定されるが、ＬＥＤチップ３を避けるように設置する。前記固体蛍光体１は、当該伝熱柱６上に設置されるが、前記固体蛍光体１の周囲はさらにダムグルー４と接続し固定され、前記固体蛍光体１と、基板５と、の隙間内には、前記透明有機シリカゲル２が充填される。
そのうち、前記固体蛍光体１の基材は、常温環境で固形物であり、例えば透明セラミックス、ガラス、またはＰＣなどであってもいい同時に、当該固体蛍光体１は、４００−５００ｎｍの可視光または２５０−４００ｎｍの紫外光に対して、吸収して、且つ３８０−７８０ｎｍの可視光を励起することができる蛍光効能を有する。
前記伝熱柱６は、３８０−７８０ｎｍの可視光または２５０−４００ｎｍの紫外光に対して、８０％以上の透過率または８０％より高い反射率を有する。前記伝熱柱の伝熱率は、１．０Ｗ／ｍ.Ｋより高い。前記伝熱柱は、透明な伝熱柱であり、好ましくは、酸化アルミニウムの透明セラミックス柱である。
当該ＬＥＤチップ３がノーマルチップである場合、前記伝熱柱６の高さは、ＬＥＤチップ３ボンディングワイヤのアークの最高点と同等または高くする。当ＬＥＤチップ３がフリップチップである場合、前記伝熱柱６の高さは、ＬＥＤチップ３の高さと同等または高くする。
前記伝熱柱６の分布は、様々な形式をとってよいが、好ましくは、多数をＬＥＤノーマルチップ３の隙間中に均等に分布させるが、前記伝熱柱６を少量に集中分布してもよく、またはＬＥＤフリップチップ３を密集分布させる。
前記ＬＥＤチップ３の発射スペクトルは、ピーク波長が４００−５００ｎｍの可視光またはピーク波長が２５０−４００ｎｍの紫外光である。
前記基板５のチップを設置した側に回路を設けて、且つ可視光に対して８０％より高い反射率を持つ。前記基板５は、金属基板であり、好ましくは、光沢面アルミニウムＣＯＢ基板である。
本発明固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング方法の実現方法は、固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング方法であり、当該方法は、以下のスッテプを含む。
基板の中部に露出している光沢面アルミニウムの光沢面層にダイボンディンエリアを形成し、基板の外郭部分にＢＴ（ビスマレイミドトリアジン）樹脂層を圧着し、ＢＴ樹脂層上には正負電極と、回路と、が設けるスッテプ１０。
基板のダイボンディンエリア内でＬＥＤチップを均等に設置する共に、ＬＥＤチップ間の隙間内に伝熱柱を配置するスッテプ２０。
１５０℃で２時間焼き付け、ＬＥＤチップと、伝熱柱と、が基板に完全に接着されたからボンディングワイヤ作業を進めるスッテプ３０。
ダイボンディンエリアの外郭で、白い有機シリカゲルにで閉鎖された一回りのダムを造り、１５０℃環境で３０分間焼付け完全固形化させるスッテプ４０。
上記作業が完了したから、ダムグルーが形成する池内に適量の透明有機シリカゲルを注入し、蛍光セラミクスを圧着し固定させるスッテプ５０。具体的には、ボンディングワイヤ完了後、適量の透明有機シリカゲルを一滴ずつ注入するが、前記透明有機シリカゲルは、ＡＢ成分の割合で配合した透明有機シリカゲルを使い、６０℃の温度で加熱し、有機シリカゲルの流動を加速し、気泡が排出されレベリングされた後、蛍光セラミクスを圧着し固定させる。
固定された蛍光セラミクス光源を６０℃で、０．５時間、または８０℃で、０．５時間、または１５０℃で、１時間で十分な熱固形化を行うスッテプ６０。
そのうち、本実施例で、光沢面アルミニウムＣＯＢ基板を採用し、蛍光セラミクスは、好ましくは、ＹＡＧ蛍光セラミクスを採用する。前記ＬＥＤチップは、三安の２２＊３５のノーマルチップを採用し、チップ高さは１２０ｕｍである。前記伝熱柱６は、３５ｕｍ×３５ｕｍ×２２０ｕｍの酸化アルミニウム透明セラミクス柱である。５００Ｗの固体蛍光体集積光源を例にすれば、１１５６個のＬＥＤチップ３と、１２０個の透明セラミクス伝熱柱６と、が配置されるが、いずれもこれに限らない。
本発明は、透明有機シリカゲルにより固体蛍光体と、ＬＥＤチップと、を隔離させることにより、固体蛍光体の熱源が、熱源となるＬＥＤチップに直接被らないようにした。そして、更に伝熱柱により固体蛍光体のほどんとの熱を放出するので、固体蛍光体―伝熱柱―基板の熱伝達通路が形成される。二重伝熱チャンネルの設計は、ＬＥＤ光源の二つの熱源を隔離したうえ十分な熱伝導を行うため、固体蛍光体と、ＬＥＤチップと、の熱が各自のチャンネルを通して基板に伝わり、さらに基板からヒートシンク経由で空気中に放出されるため、効果的に両者の温度をさげることで寿命延長を実現した。
本発明の技術効果を説明するために、次のような効果比較を実施した。
サンプル１：伝熱柱抜き、その他の条件一致。
サンプル２：蛍光粉末接着剤、その他の条件一致。
サンプル３：伝熱柱あり、その他の条件一致。
テストパワー：６００Ｗ。
サンプル１は、２００℃以後に、焦げが出たので、比較対象外とした。
サンプル２の温度分布図は、図４の示す通り、最高温度と、最低温度と、は表１の示すとおり。
Figure 0006923941
サンプル３の温度分布図は、図５の示す通り、最高温度と、最低温度と、は表２の示すとおり。
Figure 0006923941
測定値から分かるように、サンプル３はサンプル２に比べて、温度の均等性が著しく改善され、特に、セラミクス中心部の温度は、約５３．８９％下がり、平均温度も約４２．１４％下がっている。たが、サンプル１は、実験の初期から熱による焦げが現れた。
そして、当該方案は、光効果に影響を与えないし、かえって光効果を一定程度向上させるので、６００Ｗでの光効果は１２０ｌｍ／Ｗに達した。図６の示す通り。
前記のように本発明の具体的な実施方法を説明したが、当業者はわかるように、ここでの具体的な実施例は説明のためであり、本発明の範囲を限定するものではないことから、本分野に詳しい当業者が本発明の精神を基盤に同等効果を果たす修正はたま変化をしても、本発明の請求の範囲内とされ保護される。
本発明固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージングの正面構造イメージ図である。 本発明固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージングの一実施例の縦方向の断面構造イメージ図である。 本発明固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージングのもう一実施例の縦方向の断面構造イメージ図である。 本発明サンプル２の温度分布図である。 本発明サンプル３の温度分布図である。 本発明のスペクトルである。

Claims (14)

  1. 固体蛍光体と、透明有機シリカゲルと、ＬＥＤチップと、基板と、を含み、前記ＬＥＤチップは、前記基板上に設置される固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造であって、前記デュアルチャンネル伝熱パッケージング構造は、更に前記基板上に固定された伝熱柱を含み、前記伝熱柱はＬＥＤチップを避けるよう設置し、前記固体蛍光体は、当該伝熱柱上に設置されて、且つＬＥＤチップとは接触せず、前記固体蛍光体と、基板と、の隙間内には前記透明有機シリカゲルが充填されており；
    前記デュアルチャンネル伝熱パッケージング構造は、更にダムグルーを含み、前記ダムグルーは前記基板上に設置されて、且つ前記ダムグルーは前記ＬＥＤチップの外郭に環状に設置され、前記固体蛍光体は、ダムグルーにも接続固定されることを特徴とする固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
  2. 前記固体蛍光体の基材は常温で固体状態である共に、当固体蛍光体は４００−５００ｎｍの可視光または２５０−４００ｎｍの紫外光に対して、吸収して、３８０−７８０ｎｍの可視光を励起することのできる蛍光効能をもつことを特徴とする請求項１に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
  3. 前記伝熱柱は３８０−７８０ｎｍの可視光または２５０−４００ｎｍの紫外光に対して、８０％以上の透過率または８０％より高い反射率をもつことを特徴とする請求項１に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
  4. ＬＥＤチップがノーマルチップの場合、前記伝熱柱の高さはＬＥＤチップボンディングワイヤのアークの最高点より高く、
    ＬＥＤチップがフリップチップの場合、前記伝熱柱の高さはＬＥＤチップの高さより高くすることを特徴とする請求項１に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
  5. 前記基板が金属基板であることを特徴とする請求項１に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
  6. 前記ＬＥＤチップ発射のスペクトルがピーク波長４００−５００ｎｍの可視光またはピーク波長２５０−４００ｎｍの紫外光であることを特徴とする請求項１に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
  7. 前記基板が可視光に対して８０％より高い反射率を持つことを特徴とする請求項１に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
  8. 前記伝熱柱が透明伝熱柱であることを特徴とする請求項１に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
  9. 以下のステップを有する固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング方法であって、
    基板の中部に露出しているアルミ光沢面の光沢層にダイボンディングエリアを形成し、基板の外郭部にＢＴ樹脂層を圧着し、ＢＴ樹脂層には、正負電極と、回路と、を設けるステップ１０、
    基板のダイボンディングエリア内にＬＥＤチップを均等に配置し、なお、ＬＥＤチップ間の隙間内に伝熱柱を配置させるステップ２０、
    １５０℃で２時間焼き付け、ＬＥＤチップと、伝熱柱と、が基板に完全接着された後、ワイヤボンディング作業を行うステップ３０、
    ダイボンディングエリアの外郭に白色の有機シリカゲルにで一回りのダムを造り、１５０℃環境で３０分間焼付け完全固形化を行うステップ４０、
    上記作業を完成した後、ダムグルーが形成する空間内に適量の透明有機シリカゲルを注入し、さらに蛍光セラミックスを圧着し固定させるステップ５０、
    固定された蛍光セラミックス光源を６０℃温度で０．５時間、または８０℃で０．５時間、または１５０℃で１時間で充分な加熱固形化を行うステップ６０
    を含むことを特徴とする固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング方法。
  10. 前記ステップ４０での固形化温度は１５０℃であり、固形化時間は３０分間であり、
    前記ステップ５０の具体的な工程は、ワイヤボンディング完成後に点滴方法により適量の透明有機シリカゲルを注入し、前記透明有機シリカゲルはＡＢ成分の割合で配合した透明有機シリカゲルを採用し、６０℃温度で加熱することで有機シリカゲルの流動を加速させ、気泡排出と、ゲルのレベリングと、が完了した後で、蛍光セラミックスを圧着して、固定させることを特徴とする請求項９に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング方法。
  11. 前記固体蛍光体の基板が透明セラミックス、ガラス又はＰＣであることを特徴とする請求項２に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
  12. 前記伝熱柱の熱伝導率は１．０Ｗ／ｍ．Ｋより高いことを特徴とする請求項３に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
  13. 前記ＬＥＤチップはノーマルチップであって、前記伝熱柱の分布は多数を前記ノーマルチップ間の隙間中に均等に配置させるか、または少量の前記伝熱柱を集中分布させることを特徴とする請求項４に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
  14. 前記ＬＥＤチップはフリップチップであって、前記ＬＥＤフリップチップを集中分布させることを特徴とする請求項４に記載の固体蛍光体集積光源のデュアルチャンネル伝熱パッケージング構造。
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