[發(fā)明專利]一種液浸式封裝的大功率LED光源

無效

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• 申請日: 2008-05-14
• 公開（公告）號: CN101307867A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發(fā)明（設計）人: 符建
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: F21S2/00
• 分類號: F21S2/00;F21V19/00;F21V29/00;H01L23/28;H01L33/00;F21Y101/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 張法高

技術領域

本發(fā)明涉及照明光源，尤其涉及一種液浸式封裝的大功率LED光源。

背景技術

LED光源是新一代綠色照明光源，其耗電量只有普通白熾燈的十分之一，而壽命卻長十倍以上。除此之外，LED光源還具有體積小、堅固耐用、色彩豐富等優(yōu)點。為了滿足更高光強的要求，LED光源通過提高單個芯片的輸出功率或者采用LED陣列的方式來實現。在理想的情況下，匹配的光學材料和適當的封裝結構能夠充分發(fā)揮LED高效的發(fā)光性能，將大部分的電能轉化為光。但是，溫度對大功率LED光源的輸出光強和色溫性能有著非常大的影響，特別是LED芯片的PN結長期工作在高溫狀態(tài)，其光學性能會很快衰減，這是LED封裝中需要解決的關鍵問題。除此之外，目前LED芯片是由半導體材料GaN和藍寶石等制成，這些材料的折射率非常高，產生的光不容易出射到低折射率空氣中，因此需要選擇適當的折射率材料作匹配層來提高光源的出射效率。

目前大功率LED封裝的封裝技術大多采用高導熱材料作為基板，然后利用導熱或對流方式把熱量從基板上帶走。而在LED芯片的發(fā)光面采用折射率為1.5左右的環(huán)氧樹脂或者硅膠作為光學輸出匹配層，這種材料的導熱系數很低熱阻很大，熱量基本不能散失。目前改善LED光源散熱性能的主要方法是提高基板的導熱和散熱性能，采用高導熱系數材料、強制對流等方法，如專利200520047169.9，提出利用微噴射流水裝置來冷卻LED光源。專利200610060840.2提出了一種將芯片浸入冷卻液中的LED封裝方法，這種方法需要依靠液體流動才能將熱量帶走，在小的密封結構中粘性大的液體流動性非常差，這樣影響了冷卻效果。為了解決這個問題，該專利提出用強制對流來解決，但是這樣增加了系統(tǒng)的復雜性，同時這種方法也不適合小尺寸的LED封裝。

從LED光源發(fā)熱特性分析可知，LED芯片散熱的瓶頸在芯片和基板之間，由于LED芯片體積非常小，芯片與基板之間的接觸面積非常有限，特別是倒裝(flip-chip)結構，發(fā)熱的有源區(qū)與基板之間存在多個介質層，熱阻迅速增加，詳細分析參見文獻《倒裝大功率白光LED熱場分析與測試》(光電子·激光，vol.16，num.5，pp.511-514，2005)。這樣LED芯片的熱量不能盡快地將散去，導致PN結溫較高，而且其他光學材料如環(huán)氧樹脂、硅膠和熒光劑等長期處于高溫下工作，整個光源裝置的性能衰減老化得很快、可靠性差，這種封裝結構難以適用高功率密度的大功率LED光源。如何在低成本的前提下，采用更好的冷卻方式，使LED光源工作在更低的溫度上工作，獲得更高的發(fā)光效率，更長的壽命，更高的可靠性，是本本發(fā)明要解決的關鍵問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是克服現有技術的不足，提供一種液浸式封裝的大功率LED光源。

液浸式封裝的大功率LED光源包括LED芯片、封裝基板、冷卻液、光學窗口組件、殼體、散熱器；散熱器上設有殼體、封裝基板，封裝基板上設有LED芯1，殼體頂部設有光學窗口組件，殼體內灌裝有冷卻液。

所述的光學窗口組件包括透鏡和摻有熒光物質的光學膜片，摻有熒光物質的光學膜片上設有透鏡。冷卻液為丙酮、乙醇、氟利昂或水。殼體內壁設有光學反射鏡。散熱器是肋片式散熱器或熱管式散熱器。殼體和散熱器的內壁設有液體回流的毛細溝槽。

本發(fā)明由LED芯片、封裝基板、冷卻液、光學窗口組件、殼體、散熱器構成。LED芯片安裝在封裝基板上，封裝基板安裝在散熱器上，LED芯片和封裝基板浸沒在冷卻液中，冷卻液被封閉在光學窗口組件、密封組件和散熱器構成的負壓密閉空間中形成冷凝、蒸發(fā)循環(huán)。LED芯片產生的光從光學窗口組件發(fā)出，熱量被冷卻液傳送至密封組件和散熱器散出，可以有效解決大功率LED光源的散熱和光強輸出的問題。

附圖說明

圖1是液浸式封裝的大功率LED光源的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的光學窗口組件的結構示意圖；

圖3是本發(fā)明的散熱器的結構示意圖；

圖中：LED芯片1、封裝基板2、冷卻液3、光學窗口組件4、密封組件5、散熱器6、透鏡7、摻有熒光物質的光學膜片8、毛細溝槽9。

具體實施方式

下面結合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式。

如圖1所示，液浸式封裝的大功率LED光源包括LED芯片1、封裝基板2、冷卻液3、光學窗口組件4、殼體5、散熱器6；散熱器6上設有殼體5、封裝基板2，封裝基板2上設有LED芯片1，殼體5頂部設有光學窗口組件4，殼體5內灌裝有冷卻液3。