專利名稱：一種高效散熱的大功率led的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及LED(Light-Emitting Diode,發(fā)光二極管),特別是涉及ー種具有高效的散熱效果的大功率LED。
背景技術(shù)：
LED具有節(jié)能環(huán)保、壽命長、響應(yīng)快、小而輕等特點(diǎn)，是新一代的照明技木，廣泛應(yīng)用于景觀照明、汽車市場、交通燈市場、戶外大屏幕顯示和特殊工作照明等領(lǐng)域，正朝著高亮度、高色彩性、高耐氣候性、高發(fā)光均勻性的方向發(fā)展。高亮度的實(shí)現(xiàn)主要依靠高功率OlDo隨著LED的功率越來越大，芯片的熱流密度越來越高，可利用的散熱物理空間越來越小，大功率LED的熱管理成為限制其大規(guī)模應(yīng)用和制造成本的關(guān)鍵問題之一。國內(nèi)外該領(lǐng)域的專家、學(xué)者做出了多方面的努力，并在理論和實(shí)際應(yīng)用方面取得了可喜的進(jìn)展。已開發(fā)并獲得應(yīng)用的散熱技術(shù)包括散熱翅片、熱管、回路式熱管、平板式熱管、均溫板、風(fēng)扇、微通道熱沉、半導(dǎo)體制冷等。這些 工作包括高導(dǎo)熱材料的選擇、開發(fā)以及散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。多種散熱方式的巧妙搭配是LED散熱領(lǐng)域最有希望獲得突破的技術(shù)方向之一，目前雖有不少的工作報(bào)道，但電子元器件的散熱設(shè)計(jì)考慮的因素眾多，包括選材、熱阻、重量、維護(hù)要求、可靠性、成本、エ藝實(shí)施可行性、冷卻效率、抗環(huán)境能力(沖擊、振動(dòng)、腐蝕)、環(huán)保、物理空間、復(fù)雜程度、功耗、對設(shè)備電性能的要求等，因此，高效散熱設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度和難度不小，各散熱組件的最優(yōu)組合以及合理參數(shù)的擬定對于提高散熱器的性能是很重要的。

實(shí)用新型內(nèi)容基于上述原因，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種高效散熱的大功率LED，采用熱電冷卻技術(shù)、均溫板技術(shù)、多孔熱沉和微型風(fēng)扇組合的優(yōu)化散熱方式，以克服現(xiàn)有技術(shù)之不足。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型一種高效散熱的大功率LED，其包括LED模組、以及設(shè)于LED模組下的散熱器，所述散熱器包括熱電冷卻器、均溫板和熱沉，。所述熱電冷卻器、均溫板和熱沉依次疊放。其中，熱電冷卻器包括冷端陶瓷板、冷端金屬導(dǎo)體、熱端金屬導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體和熱端陶瓷板。所述冷端陶瓷板、冷端金屬導(dǎo)體、熱端金屬導(dǎo)體和熱端陶瓷板依次疊放，所述N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體分布于冷端金屬導(dǎo)體和熱端金屬導(dǎo)體之間，并形成半導(dǎo)體層。冷端陶瓷板和熱端陶瓷板優(yōu)選電絕緣的高導(dǎo)熱氮化物、碳化物或氧化物陶瓷材料；冷端金屬導(dǎo)體和熱端金屬導(dǎo)體優(yōu)選采用導(dǎo)熱和導(dǎo)電能力好的鋁、銅、銀、金或其合金；半導(dǎo)體層采用碲化鉍基、碲化鉛基、硅鍺基、鈷銻基、鐵硅基或其他熱電材料制成。該熱電冷卻器可以是ー層或多層結(jié)構(gòu)。均溫板包括外殼和置于外殼內(nèi)的工作介質(zhì)。其外殼優(yōu)選采用高導(dǎo)熱的金屬或陶瓷材料，其腔體內(nèi)工作介質(zhì)可以選用液體的工作介質(zhì)，該液體工作介質(zhì)的沸騰溫度要控制在20 一 100°C之間，例如水、甲醇、甲醛、こ醇、こ醛、丙醛、丙酮或其混合物，或其他沸點(diǎn)在此范圍的有機(jī)、無機(jī)液體材料也可作為工作介質(zhì)。腔體內(nèi)的工作介質(zhì)也可以是固態(tài)物質(zhì)，其熔點(diǎn)在20 — 100°C之間，可以是低熔點(diǎn)的金屬或合金、無機(jī)非金屬材料或有機(jī)材料。另外，該均溫板可與熱電冷卻器的熱端形成一體化結(jié)構(gòu)。熱沉優(yōu)選使用多孔熱沉或梯度多孔熱沉。熱沉的材料包括高導(dǎo)熱的金屬或合金、高導(dǎo)熱的陶瓷材料或其組合。作為更進(jìn)一歩的技術(shù)方案，所述散熱器還包括微型風(fēng)扇，該微型風(fēng)扇設(shè)于熱沉的底部。一般選用功耗低、噪音小的普通微型風(fēng)扇即可。本實(shí)用新型，采用熱電冷卻技術(shù)、均溫板技術(shù)、多孔熱沉和微型風(fēng)扇組合的優(yōu)化散熱方式，通過上述的主動(dòng)式和被動(dòng)式散熱元件結(jié)合的散熱方式，可以實(shí)現(xiàn)高的散熱效能，另外其エ藝實(shí)施容易，成本相對低廉。

圖1是本實(shí)用新型的實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型進(jìn)ー步說明。作為本實(shí)用新型的ー個(gè)具體實(shí)施例，如圖1所示，一種高效散熱的大功率LED，其包括LED模組1、以及設(shè)于LED模組下熱電冷卻器2、均溫板3、熱沉4和微型風(fēng)扇。其中本例中的LED模組I為透鏡封裝，其包括LED晶粒11、上電極金線12、下電極13、藍(lán)寶石基片14、模壓硅膠穹頂15、熒光粉16、金屬圖形17和電路板18。
熱電冷卻器2包括冷端陶瓷板21、冷端金屬導(dǎo)體22、熱端金屬導(dǎo)體23、N型半導(dǎo)體24、P型半導(dǎo)體25、熱端陶瓷板26。冷端陶瓷板21、冷端金屬導(dǎo)體22、熱端金屬導(dǎo)體23、熱端陶瓷板26依次疊放，N型半導(dǎo)體24和P型半導(dǎo)體25分布于冷端金屬導(dǎo)體22和熱端金屬導(dǎo)體23之間，形成半導(dǎo)體層。熱電冷卻器2的冷端通過粘結(jié)或焊接層20(高導(dǎo)熱樹脂或高導(dǎo)熱焊膏焊接、或采用導(dǎo)熱柱直接焊接或粘接)連接到電路板18的底部。熱電冷卻器2的熱電冷卻是基于PN結(jié)半導(dǎo)體器件中的電子和空穴在直流電壓的作用下定向運(yùn)動(dòng)(電流從N極流向P極)造成PN結(jié)吸熱(Peltier效應(yīng))從而使熱源降溫的一種技術(shù)，雖然還存在脈沖電源調(diào)制困難、與傳統(tǒng)壓縮機(jī)冷凍系統(tǒng)相比效率偏低的問題，但具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、無噪音、無運(yùn)動(dòng)部件、調(diào)控方便、作用速度快、無污染、成本低、功耗小、無需維護(hù)、可控溫度范圍寬(-100-80°C)、可靠性好、壽命長的優(yōu)點(diǎn)。由于負(fù)熱阻的特性，熱電冷卻器2可以達(dá)到_50°C的冷卻效果，低溫冷卻可以達(dá)到-240°C至-150°C，一般認(rèn)為它比較適用于設(shè)備級或芯片級的冷卻，目前主要采用恒電壓、變電流的工作模式。均溫板3的外殼31是高導(dǎo)熱的金屬或陶瓷，腔體內(nèi)的工作介質(zhì)32是沸點(diǎn)在20 —60°C之間高比容、高汽化熱的液體，或熔化溫度在20 — 60°C之間高比容、高熔化熱的金屬、合金、無機(jī)或有機(jī)單質(zhì)或化合物固體。均溫板3通過粘結(jié)或焊接層30連接到熱電冷卻器2的底部。均溫板3的散熱采用蒸汽腔室的散熱方式，具有垂直方向傳熱的特征，在ニ維方向有很好的散熱均勻性。對于較厚的足夠力學(xué)支撐的熱電冷卻器2電極板，可以省去冷端陶瓷板21和/或熱端陶瓷板26，熱電冷卻器2的冷端電極板(冷端金屬導(dǎo)體22)和熱端電極板(熱端金屬導(dǎo)體23)分別直接與LED模組I的電路板18以及均溫板3連接。本例中熱沉4優(yōu)選使用梯度多孔熱沉41。熱沉4的材料包括高導(dǎo)熱的金屬或合金、高導(dǎo)熱的陶瓷材料或其組合。熱沉4通過粘結(jié)或焊接層40連接到均溫板3的底部。多孔熱沉結(jié)合熱傳導(dǎo)和對流散熱、熱輻射的方式，是目前應(yīng)用較多的電子元器件熱沉。另外，熱沉4底部還設(shè)有功耗低、噪音小的微型風(fēng)扇，更增強(qiáng)了散熱效果。微型風(fēng)扇強(qiáng)化系統(tǒng)端的對流散熱，是目前普遍使用的低成本、高效率的空氣強(qiáng)制對流散熱方式，但對于密閉腔體內(nèi)熱空氣的情形，冷卻效果受到限制。本實(shí)用新型提出的ー種應(yīng)用于大功率LED散熱的組合式散熱裝置是上述四種散熱技術(shù)(熱電冷卻技術(shù)、均溫板技術(shù)、多孔熱沉和微型風(fēng)扇)的組合體系，適合于室內(nèi)和室外應(yīng)用的各種大功率LED燈組的散熱部件，具體實(shí)現(xiàn)過程是，熱電冷卻器2的冷端陶瓷板21通過焊接或采用高導(dǎo)熱硅酯連接到LED模組I的電路板18上，熱端陶瓷板26通過焊接或高導(dǎo)熱硅酯連接到均溫板3的一面，均溫板3的另一面通過焊接或高導(dǎo)熱硅酯連接熱沉4。或者熱電冷卻器2直接與熱沉4或微型風(fēng)扇組合使用。盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本實(shí)用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán) 利要求書所限定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對本實(shí)用新型做出各種變化，均為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種高效散熱的大功率LED，其特征在于包括LED模組、以及設(shè)于LED模組下的散熱器，所述散熱器至少包括熱電冷卻器、均溫板和熱沉，所述熱電冷卻器、均溫板和熱沉依次疊放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效散熱的大功率LED，其特征在于所述熱電冷卻器包括冷端陶瓷板、冷端金屬導(dǎo)體、熱端金屬導(dǎo)體、N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體和熱端陶瓷板；所述冷端陶瓷板、冷端金屬導(dǎo)體、熱端金屬導(dǎo)體和熱端陶瓷板依次疊放，所述N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體分布于冷端金屬導(dǎo)體和熱端金屬導(dǎo)體之間，并形成半導(dǎo)體層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效散熱的大功率LED，其特征在于所述均溫板包括外殼和置于外殼內(nèi)的工作介質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高效散熱的大功率LED，其特征在于所述均溫板的外殼是金屬或陶瓷外殼。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高效散熱的大功率LED，其特征在于所述均溫板的工作介質(zhì)是液體的工作介質(zhì)，其沸騰溫度范圍在20 - 100°C之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高效散熱的大功率LED，其特征在于所述均溫板的工作介質(zhì)是固態(tài)的工作物質(zhì)，其熔點(diǎn)范圍在20 - 100°C之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效散熱的大功率LED，其特征在于所述熱沉是多孔熱沉或梯度多孔熱沉。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效散熱的大功率LED，其特征在于所述散熱器還包括微型風(fēng)扇，該微型風(fēng)扇設(shè)于熱沉的底部。
專利摘要本實(shí)用新型涉及LED(Light-EmittingDiode，發(fā)光二極管)，特別是涉及一種具有高效的散熱效果的大功率LED。本實(shí)用新型一種高效散熱的大功率LED，其包括LED模組、以及設(shè)于LED模組下的散熱器，所述散熱器包括熱電冷卻器、均溫板和熱沉，所述熱電冷卻器、均溫板和熱沉依次疊放。其中，熱電冷卻器包括冷端陶瓷板、冷端金屬導(dǎo)體、熱端金屬導(dǎo)體、Ｎ型半導(dǎo)體、Ｐ型半導(dǎo)體和熱端陶瓷板。所述冷端陶瓷板、冷端金屬導(dǎo)體、熱端金屬導(dǎo)體和熱端陶瓷板依次疊放，所述Ｎ型半導(dǎo)體和Ｐ型半導(dǎo)體分布于冷端金屬導(dǎo)體和熱端金屬導(dǎo)體之間，并形成半導(dǎo)體層。本實(shí)用新型應(yīng)用于大功率LED的散熱結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。
文檔編號(hào)H01L33/48GK202888236SQ20122054039
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者李建國, 林明通 申請人:廈門乾球光電科技有限公司