照明led集成熱移裝置的制造方法
【專利說明】
所屬技術(shù)領域
[0001]本發(fā)明涉及一種照明LED衍生芯片的陣形集成及其結(jié)溫熱處理的裝置，尤其是將大功率的LED芯片根據(jù)照明需要集成的點陣形狀，坐落在由管路構(gòu)成與之相印合的管場上，兩者形成點陣管場，點陣由電路骨架聯(lián)線，在管場上安裝殼體與透光罩而密封，構(gòu)成集成點陣中結(jié)點工作熱量被管場內(nèi)工質(zhì)即時相變吸收，即時定向移至冷凝器，即時散熱的照明LED集成熱移裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，照明用大功率的LED芯片的衍生集成工藝深受半導體通用集成模式的影響，均將厚度為2-3mm的銅或鋁良導體制成的基板作為承載體進行集成，基板的一面作為集成面，在其上大功率LED芯片以縱橫排列的方式分布形成點陣，聯(lián)線防氧化密封后，點陣排布的數(shù)量與集成度固化封裝在基板集成面上，基板的另一面為導熱面便于安裝在散熱器上，該衍生芯片雖易于標準規(guī)?；a(chǎn)與使用，但這種集成只能根據(jù)預計能夠承載的所謂額定指標進行工作，應用時點陣產(chǎn)生的工作熱量首先在基板進行熱沉處理，即芯片內(nèi)結(jié)點工作時產(chǎn)生的熱量通過基板傳導使熱流密度擴散，溫度沉降到整個基板至導熱表面的過程，也稱熱沉基板，同理，基板導熱表面通過導熱脂與散熱器底板粘接，將熱量傳遞給散熱器的底板，再次通過傳導使熱流密度擴散，溫度沉降到整個散熱器中，至于實際可達到的功率、亮度、流明及其可靠性，取決于聯(lián)接的散熱器二次傳導熱沉的能力，對于衍生芯片集成廠家，集成度越高，功率越大，光通量越高，效率越高，材料越省，但對于應用衍生芯片者，大功率LED芯片點陣中工作熱量也就越大，這就在發(fā)揮集成優(yōu)勢的同時也在增大應用中散熱的難度，當集成達到一定程度，功率增大到一定程度，兩者增益逐漸發(fā)出高效率的光通量時，這種由良導體制作的熱沉基板與底板通過固體傳導進行熱沉的效果就愈發(fā)被質(zhì)疑，以目前常用規(guī)格為例:額定的200瓦LED衍生集成芯片，可由1.0瓦200顆大功率LED芯片排列組合在82mmX62mm銅質(zhì)熱沉基板集成面上形成20排10列的點陣，額定集成度=200/8.2X6.2 = 3.94W/cm2，額定光通量達2萬流明以上，在應用中，以熱沉最為適宜的底板規(guī)格210mmX 420mm通過擠壓工藝形成的鋁質(zhì)散熱器，加之翅片表面增效處理，可形成目前熱導率最高的電子散熱器，測試證明在35°C環(huán)境下，提供100-120W功率方可處于可靠工作帶，僅達額定功率的50-60%，集成度< 2.4W/cm2，光通量為1萬流明，即為目前較高端水平，但與達2萬流明的鈉燈相比，其光通量尚未達到照明標準的要求，若強行施加到額定功率200W，即使在25°C環(huán)境下，短時間內(nèi)光通量可以達到2萬流明，但時間稍長，便處于沒有安全余地的亢奮工作中，不敢貿(mào)然應用，若要達到實際所需的3萬流明水平，只有將1.0瓦300顆大功率LED芯片排列組合在82mmX 62mm銅質(zhì)基板的集成面上形成20排15列的點陣，形成額定功率300W，集成度為5.9W/cm2，100流明/W時，這樣的集成密度與功率下方可，但是，在熱沉基板上衍生出來的該種規(guī)格LED照明集成無論安裝在何種良導體制造的具有無限龐大散熱面積的散熱器上，即便在室溫25°C環(huán)境利于散熱的條件下，由于固體材料傳導速度慢，工作幾十分鐘后LED熱沉基板導熱表面溫度均會超過80°C以上，進入非可靠工作狀態(tài)，若在35°C以上環(huán)境中，很短時間內(nèi)熱沉基板導熱表面溫度就會超過90°C以上，此時，LED芯片內(nèi)結(jié)點溫度即易達到140°C以上，目前結(jié)點耐溫極限為150°C，隨時面臨著結(jié)點巨幅衰減或直接燒毀的危險，這是由于大功率LED芯片內(nèi)結(jié)點發(fā)光至最高效率時，僅30%電能轉(zhuǎn)化為光能，而70%電能轉(zhuǎn)化為高熱流密度大功率的熱量無法快速傳導出去，形成熱阻造成的結(jié)果，十幾年來，始終擺脫不了熱阻的束縛，試想:結(jié)點工作熱量產(chǎn)生的速度基本為電速度，而熱量傳導的速度為人可感知的秒米速度，兩者相差數(shù)百萬倍，即使熱沉基板厚度為3毫米，在很好的散熱條件下，結(jié)點工作熱量在基板中傳導擴散沉降后，結(jié)溫與基板導熱表面溫度相差近40-50°C，平均ΔΤ > 13°C /mm的熱阻，貼近結(jié)點的1mm距離內(nèi)的熱阻ATt1-t?！?8°C/mm，因此，采用良導體傳導進行熱沉導熱的設計模式，若要實現(xiàn)3萬以上流明LED衍生集成芯片，不附加有源強行散熱裝置，達到可靠工作是不可能的，若仍采用熱沉導熱設計模式，只有降低集成度，才能減小熱阻，才能可靠工作，但隨之帶來的是對照明的逆行，即不得不降低流明，把一至六顆大功率LED芯片集成在直徑六至十幾毫米的熱沉基座內(nèi)，形成3-15W外延衍生芯片或稱為燈珠，同時，加大散熱器底板面積的尺寸，達到400mmX600mm以上，重量達20公斤，散熱器上面分布翅片有足夠的散熱能力，也使燈珠之間在散熱器底板上有足夠的間距，通過二級熱沉，分散了熱流密度，形成所謂大點陣式，集成度為lW/cm2，降到50流明/W，在極其浪費半導體材料與鋁材資源的條件下，雖實現(xiàn)在35°C環(huán)境下，300W大功率可靠工作，但照明效果仍低于鈉燈，不是將LED照明引入根據(jù)實際需要進行設計，而是陷入被動設計之中，基于上述，專業(yè)人士也在反省，針對熱沉基板產(chǎn)生熱阻的弊端，在基板中或在散熱器底板中穿入管路，通過管路中流體工質(zhì)傳熱速度快的特性，力圖降低基板的熱阻，然而可惜的是改革不徹底，沒有擊中要害，通過測試證明傳熱速度雖有所提高，能把上述額定200W衍生芯片的實際可靠工作帶擴大到150W，但限于基板在現(xiàn)行工藝中起著標準化便于規(guī)模生產(chǎn)作用，仍不能去掉，尚不能從集成基板上進行深刻反省，反道認為流體傳熱替代固體傳導工藝難度增大許多而縮小熱阻差值卻是有限的，是得不償失的修正方案，綜上，現(xiàn)行熱沉基板式熱處理方案是導致LED衍生集成芯片亮度不夠，可靠性不強的直接原因，至今尚未得到徹底的解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明力圖顛覆現(xiàn)行利用良導體基板進行傳導熱沉的設計模式，立足于對現(xiàn)有工藝基礎進行改革一一去掉基板，盡最大程度減少固體傳導熱沉致使的熱阻差值，提出LED衍生集成芯片無基板式結(jié)點工作熱量的處理方案，徹底解決其亮度與可靠性的問題，在根據(jù)實際照明需要的集成度與功率，不是所謂額定值而是實際達標值的設計前提下，將在大功率LED芯片集成點陣與流體承載體兩者及其結(jié)合上進行創(chuàng)造，集成點陣分布與流體承載體表面可以是平面型也可以是弧面型，弧面呈立體化集成利于均衡點光源光通量，兩者的結(jié)合須符合嚴格要求，流體承載體不再是通過固體傳導擴散沉降結(jié)點的工作熱量，而是由流體工質(zhì)能以即時速度將工作熱量吸收，發(fā)生相變，即時定向地轉(zhuǎn)移到冷凝器，即時散發(fā)到空氣中，提出點陣管場集成的結(jié)構(gòu)模式替代現(xiàn)行基板集成的結(jié)構(gòu)模式，使結(jié)點區(qū)域來不及形成熱阻或最大程度降低熱阻，由熱移取代熱沉，開創(chuàng)出一種新型設計模式一一照明LED集成熱移裝置，在保持高集成度，高功率，高效率，高光通量的同時，滿足標準化規(guī)模生產(chǎn)的工藝要求，實現(xiàn)在40°C環(huán)境中尚有余地的可靠工作，無需附加有源散熱裝置，而且成本具備競爭力，達到批量生產(chǎn)2-3萬流明常規(guī)型、10萬流明專業(yè)型的第四代LED照明用冷光源的目的。
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