WO2014206166A1 - 一种大功率led灯降温器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种大功率LED灯降温器件及其制作方法，预先将制作N型半导体元件或P型半导体元件的半导体晶棒制作为一头直径大、另一头直径小的圆锥体形晶棒，然后将该圆锥体形的半导体晶棒进行切片时在每片晶片作为尾端的大直径端面上作色标记号；然后对每片晶片的圆锥面进行切割制粒得多边形柱体形状的N型半导体元件或P型半导体元件，将该N型和P型半导体元件按矩阵排列的方式排列在两块设有导电电路的氧化铍陶瓷片之间，并使每一列的N型半导体元件的头端与P型半导体元件的尾端相互串联连接而制成大功率LED灯降温器件。该大功率LED灯降温器件能够实现降温效果好、工作效率高、能耗低、能减少LED灯光衰、和能延长大功率LED灯使用寿命的技术效果。
Description
一种大功率 LED灯降温器件及其制作方法 技术领域
本发明涉及一种大功率 LED 灯降温器件及其制作方法， 属于大功率 LED灯散热降温技术领域。 背景技术
LED灯的发光效率不仅取决于 LED灯泡质量，更重要的是还取决于 LED 灯工作时的温度， 特别是大功率 LED灯在工作时， 其温度在 55°C以上时， 每 升高一度，其发光效率将下降约 2%左右，因此对 LED灯、特别是大功率 LED 灯工作时的降温处理非常重要。 在现有技术中往往采用风冷或采用半导体制 冷器件的方式对大功率 LED灯进行降温处理。 利用 P型半导体元件和 N型 半导体元件在通电时即可在其两端产生热端和冷端不同温度的特点， 已被广 泛地应用在制作半导体制冷或制热器件领域中。 目前， 在采用 N型或 P型半 导体元件制作降温器件时， 往往都不考虑 N型或 P型半导体元件的方向， 即 在连接 N型或 P型半导体元件时， 不考虑 N型或 P型半导体元件的头尾端， 而是将 N型或 P型半导体元件之间进行任意端的相互连接， 这种不分头尾端 的连接方式不仅降低了半导体元件的工作效率， 而且还增加了降温器件的能 耗， 并且还使所制作的降温器件达不到应有的制冷温度。 用这种传统方法制 作得到的制冷降温器件， 其热端与冷端两端的温差一般只能达到 60度左右。 因此， 现有的采用 P型半导体元件和 N型半导体元件制作的制冷降温器件的 使用效果还是不够理想， 特别不适合于作为大功率 LED灯降温器件使用。 发明内容
本发明的目的是： 提供一种降温效果好、 工作效率较高、 能耗较低的 大功率 LED灯降温器件及其制作方法， 以克服现有技术的不足。
本发明是这样实现的： 本发明的一种大功率 L ED灯降温器件的制作 方法为， 该方法包括采用 N型半导体元件和 P型半导体元件作为大功率 LED灯降温器件的制冷元件， 在采用 N型半导体元件和 P型半导体元件 作为大功率 LED灯降温器件的制冷元件时， 预先在制作 N型半导体元件
或 P型半导体元件的时候，将制作 N型半导体元件或 P型半导体元件的半 导体晶棒制作为一头直径大、 另一头直径小的圆锥体形晶棒， 然后将该圆 锥体形的半导体晶棒进行切片制得厚度相同的晶片， 将晶片的小直径端作 为头端、 大直径端作为尾端， 并在每片晶片的尾端面上作色标记号； 然后 对每片晶片的圆锥面进行切割制粒， 将每片晶片都切割制粒成相同的多边 形柱体形状，该多边形柱体形状的半导体即为设有头端和尾端的 N型半导 体元件或 P型半导体元件，然后将该 N型半导体元件和 P型半导体元件按 矩阵排列的方式排列在两块设有导电电路的氧化铍陶瓷片之间， 使每一列 的 N型半导体元件与 P型半导体元件相互串联， 并使每一列串联的 N型 半导体元件的头端与 P型半导体元件的尾端相连接或 N型半导体元件的尾 端与 P型半导体元件的头端相连接。
上述的多边形柱体为四边形柱体、 正方形柱体、 正六边形柱体、 正八 边形柱体、 正十边形柱体或正十二边形柱体。
根据上述方法构建的一种大功率 LED灯降温器件， 包括按矩阵排列 的方式排列在两块设有导电电路的上氧化铍陶瓷片与下氧化铍陶瓷片之 间的 N型半导体元件和 P型半导体元件， 在 N型半导体元件和 P型半导 体元件的一个端面上都设有导电的作色标记， 该设有作色标记的端面为 N 型半导体元件或 P型半导体元件的尾端， N型半导体元件或 P型半导体元 件的没有作色标记的另一端为头端，每一列的 N型半导体元件与 P型半导 体元件分别通过设置在上氧化铍陶瓷片上的作为导电电路的上导电片和 设置在下氧化铍陶瓷片上的作为导电电路的下导电片相互串联， 并且每一 列的 N型半导体元件的头端与 P型半导体元件的尾端相连接或每一列 N 型半导体元件的尾端与 P型半导体元件的头端相连接， 在每一列串联有 N 型半导体元件和 P型半导体元件的两最外端的上导电片或两最外端的下导 电片上设有用于与直流电源连接的导线。
在上述上氧化铍陶瓷片的上表面上贴合有铍铜板压块， 在铍铜板压块 上设有用于散热的铝基座， 在下氧化铍陶瓷片的底面上通过石墨烯导热脂 层贴合有导热均温板， 在导热均温板上设有用于安装 LED灯泡的大功率 LED灯电路， 导热均温板的两端分别通过螺钉与铝基座连接为一体。
在上述的铝基座上设有用于安装散热器导热管的热管安装孔。
上述的导热均温板为设有用于安装 LED灯泡的大功率 LED灯电路的 印刷电路板。
由于采用了上述技术方案， 本发明在传统的制作 N型半导体元件和 P 型半导体元件的基础上， 在进行半导体晶棒切片时即对其进行色标处理， 从而能方便地识别出 N型半导体元件或 P型半导体元件的头端或尾端，并 且该头端或尾端的排列方向与在未切片时的晶棒上的排列方向相一致。 这 样， 当在使用本发明的半导体元件时， 就能够非常容易地辨别出尾端与头 端， 从而避免了现有技术中在将 N型和 P型半导体元件连接时， 因无法区 分头端与尾端， 而造成的头尾相互混乱连接的现象。 采用本发明的 N型或 P型半导体元件在制作制冷器件时， 能够方便地进行头端与尾端的有序连 接， 这样即可有效地提高每个 N型与 P型半导体元件的工作效率， 并有效 地提高整个制冷降温器件的制冷效果。 采用本发明制作的大功率 LED 灯 降温器件， 经测试其冷端与热端的温差达 73〜78度左右， 将本发明的降 温器件安装在 200瓦的大功率 LED灯上使用， 能保证该大功率 LED灯的 电路板长期稳定在 45 °C以下的温度工作， 从而有效地提高了大功率 LED 灯的工作效率， 并延长了大功率 LED 灯的使用寿命。 所以， 本发明与现 有技术相比， 本发明不仅具有降温效果好、 工作效率高、 能耗低的优点， 而且还具有能有效降低大功率 LED灯光衰、 延长大功率 LED灯使用寿命 的优点。 附图说明
图 1为本发明的的结构示意图。
附图标记说明： 1-铝基座， 2-热管安装孔， 3-铍铜板压块， 4-上氧化 铍陶瓷片， 5-上导电片， 6-N型半导体元件， 7-P型半导体元件， 8-下导 电片， 9-下氧化铍陶瓷片， 10-石墨烯导热脂层， 1 1-导热均温板， 12-导 线， 13-螺钉。 具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一歩的详细说。
本发明的实施例： 本发明的一种大功率 LED灯降温器件的制作方法 为， 该方法包括采用 N型半导体元件和 P型半导体元件作为大功率 LED 灯降温器件的制冷元件，在采用 N型半导体元件和 P型半导体元件作为大 功率 LED灯降温器件的制冷元件时， 预先在按传统的工艺制作 N型半导 体元件或 P型半导体元件的时候，将制作 N型半导体元件或 P型半导体元 件的半导体晶棒制作为一头直径大、 另一头直径小的圆锥体形晶棒， 然后 将该圆锥体形的半导体晶棒进行切片制得厚度相同的晶片， 将晶片的小直 径端作为头端、大直径端作为尾端，并在每片晶片的尾端面上作色标记号， 在作色标记号时， 可采用导电材料制作的颜色 （如采用铜、 铝或银等导电 材料制作成颜色） 进行作色； 然后对每片晶片的圆锥面进行切割制粒， 将 每片晶片都切割制粒成相同的多边形柱体形状， 该多边形柱体形状可根据 使用的需要进行确定， 通常可制作成四边形柱体、 正方形柱体、 正六边形 柱体、 正八边形柱体、 正十边形柱体或正十二边形柱体， 这样制作得到的 该多边形柱体形状的半导体即为设有头端和尾端的 N型半导体元件或 P 型半导体元件；然后将该 N型半导体元件和 P型半导体元件按传统矩阵排 列的方式排列在两块设有导电电路的氧化铍陶瓷片之间，使每一列的 N型 半导体元件与 P型半导体元件相互串联，并使每一列串联的 N型半导体元 件的头端与 P型半导体元件的尾端相连接或 N型半导体元件的尾端与 P 型半导体元件的头端相连接。
根据上述方法构建的本发明的一种大功率 LED灯降温器件的结构示 意图如图 1所示， 该降温器件包括按矩阵排列的方式排列在两块设有导电 电路的上氧化铍陶瓷片 4与下氧化铍陶瓷片 9之间的 N型半导体元件 6和 P型半导体元件 7， 在 N型半导体元件 6和 P型半导体元件 7的一个端面 上都设有导电的作色标记，该设有作色标记的端面为 N型半导体元件 6或 P型半导体元件 7的尾端， N型半导体元件 6或 P型半导体元件 7的没有 作色标记的另一端为头端，将每一列的 N型半导体元件 6与 P型半导体元 件 7分别通过设置在上氧化铍陶瓷片 4上的上导电片 5和设置在下氧化铍 陶瓷片 9上的下导电片 8相互串联，并且将每一列的 N型半导体元件 6的 头端与 P型半导体元件 7的尾端相连接或每一列 N型半导体元件 6的尾端
与 P型半导体元件 7的头端相连接，同时在每一列串联有 N型半导体元件 6和 P型半导体元件 7的两最外端的上导电片 5或两最外端的下导电片 8 上连接上能与直流电源连接的导线 12 (如图 1所示） ； 制作时， 在上氧化 铍陶瓷片 4的上表面上贴合一块铍铜板压块 3， 在铍铜板压块 3上安装一 个用于散热的铝基座 1， 同时在铝基座 1上制作出用于安装散热器导热管 的热管安装孔 2; 在下氧化铍陶瓷片 9的底面上通过石墨烯导热脂层 10 贴合一个导热均温板 11，在该导热均温板 11上按传统的大功率 LED灯电 路制作上用于安装 LED灯泡的大功率 LED灯电路， 该导热均温板 11也 可直接采用现有的设有用于安装 LED灯泡的大功率 LED灯电路的印刷电 路板； 最后将导热均温板 11的两端分别通过螺钉 13与铝基座 1连接为一 体即成。
使用本发明的大功率 LED 灯降温器件时， 只需将该器件安装在大功率 LED灯的灯罩内， 并将 LED灯泡安装在导热均温板 11上， 同时将散热器的 导热管卡固在铝基座 1的热管安装孔 2中， 并将导线 12和导热均温板 11上 的电源线分别与直流电源连接后即可使用。
Claims
1、 一种大功率 LED灯降温器件的制作方法， 包括采用 N型半导体元 件和 P型半导体元件作为大功率 LED灯降温器件的制冷元件， 其特征在 于： 在采用 N型半导体元件和 P型半导体元件作为大功率 LED灯降温器 件的制冷元件时， 预先在制作 N型半导体元件或 P型半导体元件的时候， 将制作 N型半导体元件或 P型半导体元件的半导体晶棒制作为一头直径 大、 另一头直径小的圆锥体形晶棒， 然后将该圆锥体形的半导体晶棒进行 切片制得厚度相同的晶片， 将晶片的小直径端作为头端、 大直径端作为尾 端， 并在每片晶片的尾端面上作色标记号； 然后对每片晶片的圆锥面进行 切割制粒， 将每片晶片都切割制粒成相同的多边形柱体形状， 该多边形柱 体形状的半导体即为设有头端和尾端的 N型半导体元件或 P型半导体元 件，然后将该 N型半导体元件和 P型半导体元件按矩阵排列的方式排列在 两块设有导电电路的氧化铍陶瓷片之间， 使每一列的 N型半导体元件与 P 型半导体元件相互串联， 并使每一列串联的 N型半导体元件的头端与 P 型半导体元件的尾端相连接或 N型半导体元件的尾端与 P型半导体元件的 头端相连接。
2、 根据权利要求 1所述大功率 LED灯降温器件的制作方法， 其特征 在于： 所述的多边形柱体为四边形柱体、 正方形柱体、 正六边形柱体、 正 八边形柱体、 正十边形柱体或正十二边形柱体。
3、 一种大功率 LED灯降温器件， 包括按矩阵排列的方式排列在两块 设有导电电路的上氧化铍陶瓷片 （4 ) 与下氧化铍陶瓷片 （9 )之间的 N型 半导体元件（6 ) 和 P型半导体元件 （7 ) ， 其特征在于： 在 N型半导体元 件 （6 ) 和 P型半导体元件 （7 ) 的一个端面上都设有导电的作色标记， 该 设有作色标记的端面为 N型半导体元件（6 )或 P型半导体元件（7 ) 的尾 端， N型半导体元件 （6 ) 或 P型半导体元件 （7 ) 的没有作色标记的另一 端为头端， 每一列的 N型半导体元件（6 ) 与 P型半导体元件（7 ) 分别通 过设置在上氧化铍陶瓷片 （4 ) 上的上导电片 （5 ) 和设置在下氧化铍陶瓷 片 （9 ) 上的下导电片 （8 ) 相互串联， 并且每一列的 N型半导体元件 （6 ) 的头端与 P型半导体元件（7 )的尾端相连接或每一列 N型半导体元件（6 )
的尾端与 P型半导体元件 （7) 的头端相连接， 在每一列串联有 N型半导 体元件 （6) 和 P型半导体元件 （7) 的两最外端的上导电片 （5) 或两最 外端的下导电片 （8) 上设有用于与直流电源连接的导线 （12) 。
4、 根据权利要求 3所述的大功率 LED灯降温器件， 其特征在于： 在 上氧化铍陶瓷片 （4) 的上表面上贴合有铍铜板压块 （3) ， 在铍铜板压块 (3) 上设有用于散热的铝基座 （1) ， 在下氧化铍陶瓷片 （9) 的底面上 通过石墨烯导热脂层（10)贴合有导热均温板（11) ， 在导热均温板（11) 上设有用于安装 LED灯泡的大功率 LED灯电路， 导热均温板 （11) 的两 端分别通过螺钉 （13) 与铝基座 （1) 连接为一体。
5、 根据权利要求 4所述的大功率 LED灯降温器件， 其特征在于： 在 铝基座 （1) 上设有用于安装散热器导热管的热管安装孔 （2) 。
6、 根据权利要求 4所述的大功率 LED灯降温器件， 其特征在于： 导热 均温板（11)为设有用于安装 LED灯泡的大功率 LED灯电路的印刷电路板。
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