一種led燈具的散熱結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)，通過(guò)在LED燈具的基板與散熱器表面之間設(shè)置相密合的石墨烯膜，以及在基板上表面和散熱器的全部散熱表面設(shè)置相密合的石墨烯膜，利用高熱導(dǎo)率石墨烯膜具有的更好的導(dǎo)熱和散熱效果，可將基板熱點(diǎn)處的熱量在平行于基板的平面迅速傳遞散開(kāi)，使得基板的溫度更加均勻，從而可有效地降低基板熱點(diǎn)處的溫度，并快速將基板的熱量通過(guò)石墨烯膜傳遞至散熱器進(jìn)行散熱，因而可明顯降低LED芯片的PN結(jié)結(jié)溫，有效提高LED的發(fā)光效率，延長(zhǎng)LED的使用壽命，提升LED燈具的質(zhì)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體制造工藝領(lǐng)域，更具體地，涉及一種LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light Emitting D1de, LED)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能的固態(tài)半導(dǎo)體器件。作為目前全球最受矚目的新一代光源，LED因其高亮度、長(zhǎng)壽命、無(wú)毒、可回收再利用等優(yōu)點(diǎn)，被稱(chēng)為是二十一世紀(jì)最有發(fā)展前景的綠色照明光源。
[0003]LED的“心臟”是一個(gè)半導(dǎo)體芯片，芯片的一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，整個(gè)芯片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。LED的半導(dǎo)體芯片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，其空穴占主導(dǎo)地位；另一部分是N型半導(dǎo)體，其電子占主導(dǎo)地位。將芯片中的這兩種半導(dǎo)體連接起來(lái)，它們之間就形成了一個(gè)“PN結(jié)”。當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)作用于這個(gè)芯片的時(shí)候，電子就會(huì)被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會(huì)以光子的形式發(fā)出能量。這就是LED發(fā)光的原理。
[0004]LED燈具雖然節(jié)能，但與一般白熾燈一樣，在其中一部分電能轉(zhuǎn)化為光的過(guò)程中，另外一部分電能將轉(zhuǎn)化成熱量。尤其是LED作為點(diǎn)狀發(fā)光光源，其所產(chǎn)生的熱量也集中在極小的區(qū)域(即熱點(diǎn)區(qū)域)。若產(chǎn)生的熱量無(wú)法及時(shí)散發(fā)出去，PN結(jié)的結(jié)溫將會(huì)迅速升高，這將降低LED燈具的發(fā)光效率，加速芯片和封裝樹(shù)脂的老化。嚴(yán)重時(shí)還可能使焊點(diǎn)融化，導(dǎo)致芯片失效，進(jìn)而直接影響LED燈具的使用壽命與發(fā)光表現(xiàn)。尤其是大功率LED，其發(fā)熱量更大，對(duì)散熱技術(shù)的要求就更高?？梢哉f(shuō)，散熱問(wèn)題直接關(guān)系到LED燈具的發(fā)展前景。
[0005]現(xiàn)有的LED燈具通常采用散熱器進(jìn)行散熱。請(qǐng)參閱圖1，圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種LED燈具的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該LED燈具的形式為在上表面設(shè)有LED芯片101的基板102 (材質(zhì)通常為鋁，熱導(dǎo)系數(shù)為237W/mK)下方安裝一個(gè)散熱器104 (材質(zhì)通常為鋁，熱導(dǎo)系數(shù)為237W/mK)，通過(guò)基板102與散熱器104表面的直接接觸方式，將LED芯片101發(fā)出的熱能由基板102傳遞至散熱器104，再通過(guò)散熱器104將接收的熱能散發(fā)出去。由于用作基板或散熱器材質(zhì)的鋁熱導(dǎo)率相對(duì)來(lái)說(shuō)不算太高，因此，其散熱效果也有限，會(huì)在基板上形成熱點(diǎn)。如果LED燈具長(zhǎng)期工作產(chǎn)生的熱能無(wú)法被及時(shí)導(dǎo)出，形成熱阻，將加大LED的光衰，以致縮短LED燈具的使用壽命。
[0006]針對(duì)上述問(wèn)題，一般的改進(jìn)方法是通過(guò)增加基板的面積和重量來(lái)加快散熱，但這會(huì)帶來(lái)整個(gè)LED燈具的體積增大，重量增加。特別是針對(duì)大功率LED光源，此種方式在成本提高的同時(shí)，將使LED本身具有的輕便優(yōu)勢(shì)喪失殆盡，因而難以推廣使用。
[0007]目前，LED的散熱效果依舊是影響LED燈具品質(zhì)和性?xún)r(jià)比的重要因素，制約著LED燈的發(fā)展。要提升LED產(chǎn)品的散熱能力，除了從芯片設(shè)計(jì)角度進(jìn)一步提升LED的發(fā)光效率夕卜，另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)就在于尋找一種可以將燈具熱量快速帶走的散熱方式。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0008]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)，通過(guò)在LED燈具的基板與散熱器表面之間設(shè)置相密合的石墨烯膜，對(duì)LED燈具進(jìn)行散熱，利用石墨烯膜具有的更好的導(dǎo)熱和散熱效果，可迅速帶走LED芯片產(chǎn)生的熱能，使LED芯片中PN結(jié)的溫度更低，從而有效地提高了 LED的發(fā)光效率，延長(zhǎng)了 LED的壽命，提升了LED燈具的質(zhì)量。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0010]一種LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)，包括上下設(shè)置的LED芯片、基板、散熱器，所述基板與所述LED芯片電連接，其特征在于，在所述基板的下表面和所述散熱器的上表面之間水平設(shè)有相密合的第一石墨烯膜；其中，所述第一石墨烯膜可將自所述基板接收的由所述LED芯片發(fā)出的熱能沿所述第一石墨烯膜的水平方向傳遞，使所述基板處于均熱狀態(tài)，并通過(guò)所述散熱器進(jìn)行散熱。
[0011]優(yōu)選的，所述第一石墨烯膜可通過(guò)貼片、噴涂或化學(xué)氣相沉積方式密合連接在所述基板的下表面及所述散熱器的上表面之間。
[0012]優(yōu)選的，還包括第二石墨烯膜，所述第二石墨烯膜將所述散熱器的全部散熱表面包覆并密合。
[0013]優(yōu)選的，所述第二石墨烯膜可通過(guò)噴涂或化學(xué)氣相沉積方式將所述散熱器的全部散熱表面包覆并密合連接。
[0014]優(yōu)選的，還包括第三石墨烯膜，所述第三石墨烯膜密合設(shè)于所述基板的上表面之上，并與設(shè)于所述基板上表面的所述LED芯片保持絕緣。
[0015]優(yōu)選的，所述第三石墨烯膜密合覆蓋至所述基板的上表面邊部。
[0016]優(yōu)選的，所述第三石墨烯膜可通過(guò)貼片或噴涂方式與所述基板的上表面密合連接。
[0017]優(yōu)選的，所述基板、所述散熱器具有鏡面表面。
[0018]從上述技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型通過(guò)在LED燈具的基板與散熱器表面之間設(shè)置相密合的石墨烯膜，并更進(jìn)一步地增加在基板上表面及散熱器的全部散熱表面設(shè)置相密合的石墨烯膜，對(duì)LED燈具進(jìn)行散熱，利用石墨烯膜具有的更好的導(dǎo)熱和散熱效果(熱導(dǎo)系數(shù)為5300W/mK)，可以將基板熱點(diǎn)處的熱量在平行于基板的平面迅速傳遞散開(kāi)，使得基板的溫度更加均勻，從而可有效地降低基板熱點(diǎn)處的溫度，并快速將基板的熱量通過(guò)石墨烯膜傳遞至散熱器進(jìn)行散熱；此外，通過(guò)將基板、散熱器表面加工成鏡面表面，可使基板、石墨烯膜和散熱器之間形成良好的接觸，更有效地傳導(dǎo)熱量。因此，本實(shí)用新型可明顯降低LED芯片中PN結(jié)的結(jié)溫，從而有效地提高了 LED的發(fā)光效率，延長(zhǎng)了 LED的壽命，提升了 LED燈具的質(zhì)量。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的一種LED燈具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一的一種LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例二的一種LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例三的一種LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]需要說(shuō)明的是，在下述的【具體實(shí)施方式】中，在詳述本實(shí)用新型的實(shí)施方式時(shí)，為了清楚地表示本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)以便于說(shuō)明，特對(duì)附圖中的結(jié)構(gòu)不依照一般比例繪圖，并進(jìn)行了局部放大、變形及簡(jiǎn)化處理，因此，應(yīng)避免以此作為對(duì)本實(shí)用新型的限定來(lái)加以理解。
[0025]實(shí)施例一
[0026]在本實(shí)施例中，請(qǐng)參閱圖2，圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一的一種LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，在鋁基板102的上表面安裝有若干LED芯片101 (圖示為3個(gè))，LED芯片101通過(guò)管腳與基板102焊接，形成電連接?；?02的下方安裝有散熱器104，其材質(zhì)為銅，具有比現(xiàn)有的鋁質(zhì)散熱器更佳的散熱效果。在基板102的下表面與散熱器104的上表面之間水平設(shè)有一石墨烯膜(即第一石墨烯膜)103，石墨烯膜103與基板102的下表面和散熱器104的上表面之間形成密合連接。石墨烯膜103可將自基板102接收的由LED芯片101發(fā)出的熱能沿石墨烯膜103的水平方向傳遞，從而可以將基板102熱點(diǎn)處的熱量在平行于基板102的平面迅速傳遞散開(kāi)，使得基板102的溫度處于均熱狀態(tài)，從而可有效地降低基板102熱點(diǎn)處的溫度，并快速將基板102的熱量通過(guò)石墨烯膜103傳遞至散熱器104進(jìn)行散熱。
[0027]上述實(shí)施例一中的石墨烯膜103可以是采用化學(xué)氧化還原法預(yù)先制備的厚度為10?300 μ m的石墨烯薄膜,例如制備形成30 μ m的石墨烯膜103 ;然后,可采用公知的連接技術(shù)，例如利用螺絲將石墨烯膜103以貼片的形式夾在鋁基板102和散熱器104之間，相互密合連接在一起。也可以是將石墨烯粉狀材料粘合形成的厚度為10?300 μ m的石墨烯膜，例如，可采用噴涂的方式，將由石墨烯粉狀材料粘合形成的石墨烯膏噴涂在基板102的下表面或散熱器104的上表面，形成20 μ m厚的石墨烯膜103 ;然后，再將基板102的下表面和散熱器104的上表面進(jìn)行連接，并相互密合。還可以采用化學(xué)氣相沉積法(chemicalvapor deposit1n, CVD)，以甲烷和氫氣作為反應(yīng)氣體，直接在銅散熱器104的上表面生長(zhǎng)形成0.5nm?50nm厚的連續(xù)石墨烯膜,例如，生長(zhǎng)形成2nm厚的連續(xù)石墨烯膜103 ;然后，再用螺絲將鋁基板102、表面生長(zhǎng)有石墨烯膜103的散熱器104密合組裝在一起。
[0028]此外，為了降低鋁基板102和散熱器104表面的粗糙度，可對(duì)鋁基板102下表面和散熱器104上表面進(jìn)行拋光處理，使基板102、散熱器104具有鏡面表面。這樣，鋁基板102、石墨烯膜103和散熱器104之間可形成密合良好的接觸面，以更有效地傳導(dǎo)熱量。也可以采用其他方式例如在鋁基板和散熱器表面填充微顆粒，可同樣改善鋁基板和散熱器表面的平整度。
[0029]由于LED是點(diǎn)光源，在鋁基板上將形成熱點(diǎn)(hot spot)。一方面，高熱導(dǎo)率石墨烯膜(熱導(dǎo)系數(shù)為5300W/mK)可以將鋁基板熱點(diǎn)處的熱量在平行于鋁基板的平面迅速傳遞散開(kāi)，使得鋁基板的溫度更加均勻，從而有效地降低鋁基板熱點(diǎn)處溫度；另一方面，高熱導(dǎo)率石墨烯膜可以快速將鋁基板熱量傳遞至散熱器進(jìn)行散熱。
[0030]實(shí)施例二
[0031]在本實(shí)施例中，請(qǐng)參閱圖3，圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例二的一種LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，本實(shí)施例除了與實(shí)施例一同樣的在鋁基板102和散熱器104之間設(shè)有石墨烯膜(即第一石墨烯膜)103外(與實(shí)施例一相同之處，請(qǐng)參閱實(shí)施例一的詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例不再重復(fù)說(shuō)明)，區(qū)別之處在于，本實(shí)施例中，另外增加在散熱器104的全部散熱表面包覆有石墨烯膜(即第二石墨烯膜)105，并與散熱器104的全部散熱表面形成密合連接。此石墨烯膜105可以是將石墨烯粉狀材料粘合形成的厚度為10?300μπι的石墨烯膜，例如，可采用噴涂的方式，將由石墨烯粉狀材料粘合形成的石墨烯膏噴涂在散熱器104的全部散熱表面形成10 μ m厚的石墨烯膜(即第二石墨烯膜)105 ;然后，再將基板102、第一石墨烯膜103和帶有石墨烯噴涂膜(即第二石墨烯膜)105的散熱器104進(jìn)行連接。還可以采用化學(xué)氣相沉積法，以甲烷和氫氣作為反應(yīng)氣體，直接在銅散熱器104的全部散熱表面生長(zhǎng)形成0.5nm?50nm厚的連續(xù)石墨烯膜,例如，生長(zhǎng)形成3nm厚的連續(xù)石墨烯膜(即第二石墨烯膜)105 ;然后，再將基板102、第一石墨烯膜103和生長(zhǎng)有CVD石墨烯膜(即第二石墨烯膜)105的散熱器104進(jìn)行連接。CVD石墨烯膜具有很高的表面積，有助于散熱器更好地進(jìn)行散熱。
[0032]實(shí)施例三
[0033]在本實(shí)施例中，請(qǐng)參閱圖4，圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例三的一種LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，本實(shí)施例除了與實(shí)施例一、二同樣的在鋁基板102和散熱器104之間設(shè)有石墨烯膜(即第一石墨烯膜)103、以及與實(shí)施例二同樣的在散熱器104的全部散熱表面具有石墨烯膜(即第二石墨烯膜)105外(與實(shí)施例一、二相同之處，請(qǐng)參閱實(shí)施例一、二的詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例不再重復(fù)說(shuō)明)，區(qū)別之處在于，本實(shí)施例中，為了更好地將鋁基板102上的熱點(diǎn)溫度均勻地傳導(dǎo)并散熱，在鋁基板102的整個(gè)上表面還設(shè)有與鋁基板102相密合的石墨烯膜(即第三石墨烯膜)106，并使石墨烯膜106與LED芯片101的管腳之間保持絕緣。方法是先將LED芯片101焊接在鋁基板102上，然后，可通過(guò)噴涂的方式，在LED芯片101周?chē)匿X基板102上表面噴涂形成厚度為10?300 μ m的石墨烯膜，例如，可采用噴涂的方式，將由石墨烯粉狀材料粘合形成的石墨烯膏噴涂在基板的上表面形成10 μ m厚的噴涂石墨烯膜(即第三石墨烯膜)106，并使石墨烯膜106與LED芯片101的管腳之間絕緣；也可以是采用化學(xué)氧化還原法預(yù)先制備厚度為10?300 μ m的石墨烯薄膜，例如制備形成30 μ m的石墨烯膜(即第三石墨烯膜)106，再以貼片的方式將此石墨烯膜106與鋁基板102的上表面密合連接，并使石墨烯膜106與LED芯片101的管腳之間絕緣。最后，再將上表面具有第三石墨烯膜106的鋁基板102、全部散熱表面具有第二石墨烯膜105的散熱器104以第一石墨烯膜103為密合連接面組裝在一起。
[0034]從上述本實(shí)用新型的三個(gè)實(shí)施例可以看出，本實(shí)用新型通過(guò)在LED燈具的基板與散熱器表面之間設(shè)置相密合的石墨烯膜，并更進(jìn)一步地增加在基板上表面及散熱器的全部散熱表面設(shè)置相密合的石墨烯膜，對(duì)LED燈具進(jìn)行散熱，利用石墨烯膜具有的更好的導(dǎo)熱和散熱效果(石墨烯膜的熱導(dǎo)系數(shù)為5300W/mK，鋁的熱導(dǎo)系數(shù)為237W/mK、銅的熱導(dǎo)系數(shù)為401W/mK)，可以將基板熱點(diǎn)處的熱量在平行于基板的平面迅速傳遞散開(kāi)，使得基板的溫度更加均勻，從而可有效地降低基板熱點(diǎn)處的溫度，并快速將基板的熱量通過(guò)石墨烯膜傳遞至散熱器進(jìn)行散熱；此外，通過(guò)將基板、散熱器表面加工成鏡面表面，可使基板、石墨烯膜和散熱器之間形成良好的接觸，更有效地傳導(dǎo)熱量。因此，本實(shí)用新型可明顯降低LED芯片中PN結(jié)的結(jié)溫，從而有效地提高了 LED的發(fā)光效率，延長(zhǎng)了 LED的壽命，提升了 LED燈具的質(zhì)量。
[0035]以上所述的僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本實(shí)用新型的專(zhuān)利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本實(shí)用新型的說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)，包括上下設(shè)置的LED芯片、基板、散熱器，所述基板與所述LED芯片電連接，其特征在于，在所述基板的下表面和所述散熱器的上表面之間水平設(shè)有相密合的第一石墨烯膜；其中，所述第一石墨烯膜可將自所述基板接收的由所述LED芯片發(fā)出的熱能沿所述第一石墨烯膜的水平方向傳遞，使所述基板處于均熱狀態(tài)，并通過(guò)所述散熱器進(jìn)行散熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一石墨烯膜可通過(guò)貼片、噴涂或化學(xué)氣相沉積方式密合連接在所述基板的下表面及所述散熱器的上表面之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括第二石墨烯膜，所述第二石墨烯膜將所述散熱器的全部散熱表面包覆并密合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二石墨烯膜可通過(guò)噴涂或化學(xué)氣相沉積方式將所述散熱器的全部散熱表面包覆并密合連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括第三石墨烯膜，所述第三石墨烯膜密合設(shè)于所述基板的上表面之上，并與設(shè)于所述基板上表面的所述LED芯片保持絕緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第三石墨烯膜密合覆蓋至所述基板的上表面邊部。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第三石墨烯膜可通過(guò)貼片或噴涂方式與所述基板的上表面密合連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈具的散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基板、所述散熱器具有鏡面表面。
【文檔編號(hào)】F21Y101/02GK204062952SQ201420560306
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】左青云, 康曉旭, 李銘 申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司