[發明專利]一種用于激光照明的微流道集成散熱熒光體及其制備方法

在審

• 申請號: 202310593049.1
• 申請日: 2023-05-24
• 公開（公告）號: CN116667137A
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 彭洋;趙九洲;王卿;牟運;陳明祥;胡麟
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01S5/024
• 分類號: H01S5/024;H01S5/02315;H01S5/0233;H01S5/028;C09K5/14;C09K11/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒

本發明屬于半導體制造和照明顯示相關技術領域，公開了一種用于激光照明的微流道集成散熱熒光體及其制備方法，該微流道集成散熱熒光體自下至上依次包括微流道散熱器、封裝基板(1)和熒光體；微流道散熱器內設置有微流道，這些微流道用于容納液態冷卻介質，實現對熒光體的散熱；微流道散熱器是通過增材制造工藝制備在封裝基板(1)的下表面。本發明通過對微流道集成散熱熒光體的細節結構和集成方式進行改進，在封裝基板的一面通過增材制造工藝形成微流道結構保證微型化，在封裝基板的另一面與熒光體相結合，以減少熱界面，可有效解決熒光體換熱效率低下導致的可靠性問題和器件功率受限問題。

技術領域

本發明屬于半導體制造和照明顯示相關技術領域，更具體地，涉及一種用于激光照明的微流道集成散熱熒光體及其制備方法。

背景技術

半導體照明技術具有高電光轉換效率、結構緊湊、高發光效率等優點，其中發光二極管(LED)具有超長壽命、高光效、優異的顯色指數和高集成度；激光二極管(LD)回避了LED在高功率下的效率驟降問題，可同時實現超高的功率密度、小的發散角、高準直性和超高亮度的光輸出，使其在汽車照明、投影顯示、可見光通訊等領域具有廣闊的應用前景。大功率白光激光照明通常由藍光LD激發熒光轉換器產生，熒光轉換器主要包括單晶、透明陶瓷和熒光玻璃，其中熒光玻璃膜具有制備工藝簡單、成本低、熒光粉適應性強、發光可調等優勢。然而，隨著激光功率密度的提升，較小的輻射光斑使得被照射熒光玻璃膜區域的發熱量迅速升高，導致該區域發光熱飽和甚至產生高溫猝滅，降低了LD器件的使用壽命和可靠性。因此，提升熒光體的散熱效率至關重要。

在白激光照明應用中，熒光轉換過程的產熱大部分由封裝散出。與LED不同，白激光照明采用多色激光作為激發光源。因此在大功率白激光照明的應用中，光斑處能量分布更集中，局部熱流密度可高于800W/cm²，熱聚集效應更明顯，進而引發器件散熱需求的激增。傳統的被動式散熱器及分體制備的主動散熱器，因其換熱效率低下，已無法滿足大功率激光照明應用的換熱需求。為提升散熱效率，不僅需要增加導熱基片將熒光玻璃膜熱量的熱量傳導至封裝，更要優化封裝結構以增加換熱效率。在導熱基片方面，應在保證高導熱性的同時兼具優異的光性能，可以采用金剛石、藍寶石等高透光率材料，或白色陶瓷、銀、鋁等高反射率材料。在封裝方面，優選封裝材料，優化封裝結構設計，并且在封裝中結合更高效的主動散熱技術是實現可靠光源的關鍵。

微流道液冷散熱技術具有極高的換熱效率，并且其換熱效果隨熱界面的減少而增強。目前，微流道散熱器仍存在工藝兼容性差、難以集成、熱界面多等問題，雖已應用于功率器件的封裝散熱中，但現有封裝形式并未發揮其散熱能力優勢。

因此，亟需提出一種新型的微流道集成散熱熒光體，實現微流道結構、封裝基板和熒光體的可靠集成，來滿足高功率激光照明需求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種用于激光照明的微流道集成散熱熒光體及其制備方法，其中通過對細節結構和集成方式進行改進，在封裝基板(如，陶瓷基片)的一面通過增材制造工藝形成微流道結構保證微型化，在封裝基板的另一面與熒光體相結合(可直接涂覆熒光玻璃膜或與熒光體結合)，以減少熱界面，可有效解決熒光體換熱效率低下導致的可靠性問題和器件功率受限問題。本發明尤其可適用于激光照明，以應用于工作狀態下的激光二極管(LD)器件為例，可以輔以低溫液體在微流道內流動，提升換熱效率，實現器件的降溫，提高了大功率LD器件工作的可靠性。本發明利用高效散熱微流道液冷技術大幅度改善了熒光體散熱性能，在保證發光穩定性的同時顯著提升光輸出功率閾值，為大功率激光照明提供一種行之有效的解決方案。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種用于激光照明的微流道集成散熱熒光體，其特征在于，自下至上依次包括微流道散熱器、封裝基板(1)和熒光體，所述熒光體通過所述封裝基板(1)與所述微流道散熱器相結合形成集成體；其中，所述微流道散熱器內設置有微流道，這些微流道用于容納液態冷卻介質，實現對熒光體的散熱；

所述微流道散熱器是通過增材制造工藝制備在所述封裝基板(1)的下表面。