專利名稱：一種用于led封裝的熱柱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于LED封裝的熱柱技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種熱柱，特別是涉及一種用于LED封裝的熱柱。
技術(shù)背景[0002]LED (Light Emitting Diode)，發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED具有節(jié)能、環(huán)保和長壽命三大優(yōu)勢，與傳統(tǒng)白熾燈比較，可節(jié)省 60% 90%的電能，被公認(rèn)為下一代綠色光源，目前正逐步取代傳統(tǒng)光源，滲透到人們的日常生活當(dāng)中。LED光源已成功應(yīng)用在投影儀、汽車前大燈、礦燈、平面顯示背光源等新領(lǐng)域。[0003]LED的性能與其工作溫度密切相關(guān)，隨著溫度的上升，發(fā)光效率逐步降低，使用壽命呈指數(shù)下降，因此熱控制對LED的應(yīng)用有重大影響。隨著半導(dǎo)體光電器件的發(fā)展，半導(dǎo)體器件體積越來越小，然而集成度和功率越來越高，導(dǎo)致散熱空間狹小，高熱流密度等一系列致命問題。[0004]當(dāng)前LED散熱器主要為采用鑄造或機(jī)械加工方法加工的鋁熱沉，其具有體積大， 重量大，制造工藝復(fù)雜，成本高，散熱效率低等缺點(diǎn)和不足。傳統(tǒng)金屬導(dǎo)熱率為鋁205W/ (m · 0C )；紫銅380W/(m· °C)，目前，多芯片LED模組內(nèi)熱流密度已超出普通的鋁/銅等材料熱沉的傳熱極限，傳統(tǒng)的單純通過增加散熱快體積和表面積的方法已不適用于大功率 LED封裝技術(shù)的發(fā)展。相變傳熱技術(shù)利用器件內(nèi)部工質(zhì)的相變進(jìn)行熱量傳遞，其傳熱能力是同種材料的幾十到上百倍，導(dǎo)熱率高達(dá)10000 40000W/(m · °C )，采用相變熱沉結(jié)構(gòu)是解決現(xiàn)熱問題的有效途徑。發(fā)明內(nèi)容[0005]本實(shí)用新型針對當(dāng)前LED封裝中面臨的熱問題，提出了一種用于LED封裝的熱柱， 其具有體積小，重量輕，節(jié)省材料。[0006]本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)[0007]—種用于LED封裝的熱柱，包括管殼和設(shè)置在管殼內(nèi)的吸液芯，管殼的兩端設(shè)置有與管殼相適配的上端蓋、下端蓋，所述上端蓋的中部設(shè)置有與管殼相通的真空管，所述真空管的外露端密封，所述上端蓋嵌入管殼上端部的階梯口內(nèi)，與管殼內(nèi)壁密封配合，下端蓋與管殼下端部的外壁密封配合，所述吸液芯與管殼的內(nèi)壁緊密貼合，所述管殼內(nèi)部充裝有液體工質(zhì)，所述管殼內(nèi)部為真空密封。[0008]所述管殼與下端蓋為一體成型結(jié)構(gòu)或者分體成型結(jié)構(gòu)；所述下端蓋內(nèi)表面有沸騰強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)可以是環(huán)狀分布的凹槽，也可以是沿徑向分布的凹槽或者圓周陣列式微小孔；所述下端蓋外底面有圓形凸臺。[0009]所述吸液芯為金屬粉末吸液芯或者金屬纖維吸液芯中的一種或兩種混合，吸液芯孔隙率為50% -90% ο[0010]所述吸液芯的截面形狀為圓環(huán)狀、螺紋狀、向中心放射狀或者氣液分離式結(jié)構(gòu)。 所述管殼為金屬、陶瓷或者導(dǎo)熱塑料中的任意一種。[0012]所述金屬為銅或者銅合金。[0013]所述下端蓋的下表面有鍍銀層，下端蓋的下表面為凸臺，凹槽或平面結(jié)構(gòu)，下端蓋的截面形狀呈圓形或方形。[0014]所述液體工質(zhì)為純凈水、丙酮、甲醇或乙醇中的任意一種。[0015]用于LED封裝的熱柱的制造方法，如下步驟實(shí)現(xiàn)[0016](1)管殼及端蓋加工[0017](1-1)準(zhǔn)備一管殼，在管殼的一端內(nèi)壁加工出階梯口 ；[0018](1-2)準(zhǔn)備一個與管殼上端內(nèi)壁的階梯口相適配的上端蓋和一個與管殼下端外壁相適配的下端蓋；上端蓋中部焊接真空管；[0019](2)吸液芯制備[0020]管殼下端伸入下端蓋內(nèi)并與端蓋密封連接，由管殼上端插入事先準(zhǔn)備好的芯棒， 芯棒位于管殼中心位置，在芯棒與管殼內(nèi)壁所形成的空間中填入金屬粉末或金屬纖維，然后連同管殼放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)完畢后，待冷卻至室溫取出芯棒；[0021](3)封裝[0022]取出芯棒后，將上端蓋置于步驟(1-1)所述的階梯口內(nèi)，然后將液體工質(zhì)通過步驟(1-2)所述的真空管加入到管殼內(nèi)，然后通過該真空管對管殼內(nèi)抽真空，最后密封真空管，即得到用于LED封裝的熱柱。[0023]上述步驟(1)還包括管殼及端蓋的清洗過程，具體是，首先將加工好的管殼、上端蓋、下端蓋放入體積濃度5% 10%的稀酸溶液中洗去表面油污及加工后殘留碎屑，然后將其放入乙醇溶液中超聲波清洗，最后用清水沖洗洗去表面殘留溶液；[0024]所述步驟(2)燒結(jié)溫度為600°C 1000°C，燒結(jié)時間為30min-120min，燒結(jié)過程采用分段升溫；燒結(jié)爐為氫氣、氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)氣氛燒結(jié)爐或真空燒結(jié)爐中的任意一種。[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型的有益效果在于[0026](1)該熱柱下表面直接封裝LED芯片，減小了接觸熱阻，提高了傳熱速度；整個管殼外表面為散熱面，并可加太陽花散熱器等模組，增大了散熱面積，提高傳熱效率；熱柱依靠管殼內(nèi)液體工質(zhì)氣化冷凝進(jìn)行相變傳熱，傳熱能力大；可顯著降低LED的工作溫度，有利于LED工作壽命的延長。[0027](2)該熱柱吸液芯結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，孔隙率高且可控，比表面積大，傳熱面積大，有效地提高了毛細(xì)力，降低了液體回流阻力，提高熱柱性能，同時帶三維毛細(xì)力強(qiáng)化、冷凝強(qiáng)化結(jié)構(gòu)能增加蒸汽傳播時繞流效果，提高蒸汽在壁面的冷凝效果，降低了壁面熱阻；燒結(jié)式吸液芯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易脫落，使用性能可靠。[0028](3)該熱柱為中空結(jié)構(gòu)，具有體積小，重量輕等優(yōu)點(diǎn)，節(jié)省材料；加工工藝簡單可行，制造成本低廉。


[0029]圖1為本實(shí)用新型用于LED封裝的熱柱的結(jié)構(gòu)示意圖。[0030]圖加為本實(shí)用新型粉末燒結(jié)式吸液芯截面示意圖。[0031]圖2b為本實(shí)用新型纖維燒結(jié)式吸液芯截面示意圖。[0032]圖2c為本實(shí)用新型粉末纖維復(fù)合式吸液芯截面示意圖。[0033]圖3a、!3b為本實(shí)用新型下端蓋及其A_A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。[0034]圖3c、3d為本實(shí)用新型下端蓋另一種結(jié)構(gòu)及其A-A剖視結(jié)構(gòu)示意圖。[0035]圖如為本實(shí)用新型圓環(huán)狀燒結(jié)式吸液芯橫截面示意圖。[0036]圖4b為本實(shí)用新型螺紋狀燒結(jié)式吸液芯橫截面示意圖。[0037]圖如為本實(shí)用新型向中心放射狀燒結(jié)式吸液芯橫截面示意圖。[0038]圖4d為本實(shí)用新型氣液分離式結(jié)構(gòu)燒結(jié)式吸液芯橫截面示意圖。
具體實(shí)施方式
[0039]
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。[0040]如圖1所示，本實(shí)用新型所述的用于LED封裝的熱柱，包括管殼3和設(shè)置在管殼3 內(nèi)的吸液芯4，管殼3的兩端設(shè)置有與管殼3相適配的上端蓋2、下端蓋5，所述上端蓋2的中部設(shè)置有與管殼3相通的真空管1，所述真空管1的外露端密封，所述上端蓋2嵌入管殼 3上端部的階梯口內(nèi)，與管殼3內(nèi)壁密封配合，下端蓋5與管殼3下端部的外壁密封配合，所述吸液芯4與管殼3的內(nèi)壁緊密貼合，所述管殼3內(nèi)部充裝有液體工質(zhì)，所述管殼3內(nèi)部為真空密封。所述管殼3與下端蓋5可以為一體成型結(jié)構(gòu)也可以為分體成型結(jié)構(gòu)。所述液體工質(zhì)為純凈水、丙酮、甲醇或乙醇中的任意一種。[0041]如圖1所示。所述管殼3為金屬、陶瓷或者導(dǎo)熱塑料中的任意一種。如果管殼3、 上端蓋2、下端蓋5采用金屬時可選用銅或者銅合金，優(yōu)選用材料為紫銅。[0042]如圖3a、!3b為下端蓋5其中一種結(jié)構(gòu)，即所述下端蓋5內(nèi)表面加工有環(huán)狀分布的凹槽。如圖3c、3d為下端蓋5另外一種結(jié)構(gòu)。所述下端蓋內(nèi)表面加工有圓周陣列式微小孔。 所述下端蓋5外底面有圓形凸臺、凹槽或平面結(jié)構(gòu)。在下端蓋5的下表面有鍍銀層，下端蓋 5的截面形狀可以呈圓形或方形等。[0043]如圖h、2b、2c所示。所述吸液芯4為金屬粉末吸液芯或者金屬纖維吸液芯中的一種或兩種混合，吸液芯4孔隙率為50% -90%。[0044]如圖4a、4b、4c、4d所示。所述吸液芯4的截面形狀為圓環(huán)狀、螺紋狀、向中心放射狀或者氣液分離式結(jié)構(gòu)。[0045]上述用于LED封裝的熱柱的制造方法，可通過如下步驟實(shí)現(xiàn)[0046](1)管殼及端蓋加工[0047](1-1)準(zhǔn)備一管殼3，在管殼3的一端內(nèi)壁加工出階梯口 ；[0048](1-2)準(zhǔn)備一個與管殼3上端內(nèi)壁的階梯口相適配的上端蓋2和一個與管殼3下端外壁相適配的下端蓋5 ；上端蓋2中部焊接真空管1 ；[0049](2)吸液芯制備[0050]管殼3下端伸入下端蓋5內(nèi)并與端蓋5密封連接，由管殼3上端插入事先準(zhǔn)備好的芯棒(比如石墨芯棒)，芯棒位于管殼3中心位置，在芯棒與管殼3內(nèi)壁所形成的空間中填入金屬粉末或金屬纖維，然后連同管殼3放入燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)完畢后，待冷卻至室溫取出芯棒；[0051](3)封裝[0052]取出芯棒后，將上端蓋2置于步驟(1-1)所述的階梯口內(nèi)，然后將液體工質(zhì)通過步驟(1-2)所述的真空管1加入到管殼3內(nèi)，然后通過該真空管1對管殼3內(nèi)抽真空，最后密封真空管1，即得到用于LED封裝的熱柱。[0053]上述步驟(1)還包括管殼及端蓋的清洗過程，具體是，首先將加工好的管殼3、上端蓋2、下端蓋5放入體積濃度5% 10%的稀酸溶液中洗去表面油污及加工后殘留碎屑， 然后將其放入乙醇溶液中超聲波清洗，最后用清水沖洗洗去表面殘留溶液；[0054]上述步驟(2)燒結(jié)溫度為600°C 1000°C，燒結(jié)時間為30min-120min，燒結(jié)過程采用分段升溫；燒結(jié)爐為氫氣、氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)氣氛燒結(jié)爐或真空燒結(jié)爐中的任意一種。結(jié)合本發(fā)明燒結(jié)溫度宜采用900°C左右，燒結(jié)燒結(jié)時間30min左右。[0055]本實(shí)用新型管殼3、上端蓋2、下端蓋5、真空管1尺寸，根據(jù)具體情況自行制定尺寸。[0056]上述金屬纖維的直徑約為50-100 μ m，采用多齒車削法加工獲得。[0057]上述銅粉采用粒徑約為200目枝形銅粉。[0058]如上所述便可較好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.一種用于LED封裝的熱柱，其特征在于包括管殼和設(shè)置在管殼內(nèi)的吸液芯，管殼的兩端設(shè)置有與管殼相適配的上端蓋、下端蓋，所述上端蓋的中部設(shè)置有與管殼相通的真空管，所述真空管的外露端密封，所述上端蓋嵌入管殼上端部的階梯口內(nèi)，與管殼內(nèi)壁密封配合，下端蓋與管殼下端部的外壁密封配合，所述吸液芯與管殼的內(nèi)壁緊密貼合，所述管殼內(nèi)部充裝有液體工質(zhì)，所述管殼內(nèi)部為真空密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于LED封裝的熱柱，其特征在于所述管殼與下端蓋為一體成型結(jié)構(gòu)或者分體成型結(jié)構(gòu)；所述下端蓋內(nèi)表面有沸騰強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)為環(huán)狀分布的凹槽、沿徑向分布的凹槽或圓周陣列式微小孔；所述下端蓋外底面有圓形凸臺。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于LED封裝的熱柱，其特征在于所述吸液芯為金屬粉末吸液芯或者金屬纖維吸液芯中的一種或兩種混合，吸液芯孔隙率為50% -90%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于LED封裝的熱柱，其特征在于所述吸液芯的截面形狀為圓環(huán)狀、螺紋狀、向中心放射狀或者氣液分離式結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于LED封裝的熱柱，其特征在于所述下端蓋的下表面有鍍銀層；下端蓋的下表面為凸臺、凹槽或平面結(jié)構(gòu)；下端蓋的截面形狀呈圓形或方形。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于LED封裝的熱柱。該熱柱由上端蓋、管殼、吸液芯、下端蓋、液體工質(zhì)等部分構(gòu)成，其中吸液芯具有三維毛細(xì)力強(qiáng)化及冷凝強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，下端蓋具有沸騰強(qiáng)化結(jié)構(gòu)及光學(xué)結(jié)構(gòu)。用于LED封裝的熱柱的制造方法主要可以分為管殼及端蓋加工，吸液芯制備及其精密封裝三個步驟。本發(fā)明制造的用于LED封裝的熱柱及其制造方法，具有體積小，重量輕，節(jié)省材料；吸液芯復(fù)雜多樣，孔隙率高且可控；接觸熱阻小，散熱面積大，導(dǎo)熱速度快，傳熱效率高；加工工藝簡單可行，成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)。將其直接用于LED封裝工藝，可有效降低LED工作溫度，提高工作壽命。
文檔編號H01L33/64GK202259440SQ20112032207
公開日2012年5月30日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者劉彬, 李宗濤, 湯勇 申請人:華南理工大學(xué)