一种微流体冷却的硅晶圆片级ＬＥＤ照明系统技术方案

本发明专利技术涉及一种微流体冷却的硅晶圆片级ＬＥＤ照明系统，包括硅晶圆片衬底（１），该硅晶圆片衬底（１）的上表面设有若干ＬＥＤ芯片（２），其特征在于：所述硅晶圆片衬底（１）开有用于通过冷却液的微冷却通道，所述微冷却通道设有与外界连通的输入口、输出口；所述微冷却通道的位置与所述硅晶圆片衬底（１）的上表面设置的ＬＥＤ芯片（２）对应。本发明专利技术的ＬＥＤ照明系统直接在硅晶圆片衬底开设冷却液通道的结构，采用冷却液经微冷却通道对ＬＥＤ芯片进行冷却，提高了ＬＥＤ芯片的散热效果，能够大大提高ＬＥＤ照明系统的集成度，从而缩小ＬＥＤ照明产品的尺寸，极大地降低ＬＥＤ照明产品的生产成本，有利于ＬＥＤ照明产品的应用推广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微流体冷却的硅晶圆片级LED照明系统，具体是一种散热迅速， LED模块外部尺寸较小，能够大幅度提高LED照明系统的集成度、生产效率，且能降低LED照 明系统生产成本的LED照明系统。
技术介绍
发光二极管(LED)是一种半导体发光器件，其发光原理是利用电子和空穴的复合 作用产生光子。LED具有发光效率高，显色性好，耗电量少，节能环保，安全可靠性高，使用寿 命长的优势。LED作为一种新型、低功耗的光源已经在照明领域得到应用。尽管LED照明系统相对于传统照明系统具有多方面的优势，但是LED照明系统过 高的售价阻碍了其在更大的范围内推广。造成售价偏高的主要原因是目前LED照明系统的 集成度不高，生产效率较低，具体表现为以下的方面(I)LED芯片在使用的过程中会产生大量的热量，而其在相对较低的温度下才能保 证良好的性能，所以LED照明系统的热管理和散热要求较高。现有的LED照明系统采用的 散热方式是被动式的散热方式，这种散热方式采用铝或铜材料制作的具有热沉和鳍片的散 热器。LED照明系统工作时产生的热量通过散热器与外界温度较低的空气进行热交换，以实 现冷却的目的。这种散热器的散热效率取决于其与外界空气相接触的面积，因而现有大部 分功率低于300W的LED照明系统采用的散热器普遍都体积庞大、消耗材料较多，成本也较 高。另外，外界空气的温度容易受自然因素、使用环境的影响，例如冬天和夏天、室内和室外 的空气温度可能差别很大，而同一 LED照明系统的散热器的结构是固定的，因而在不同的 使用环境或不同的季节里，LED照明系统的性能不稳定。虽然LED照明产品中的光学透镜和LED芯片的效率在不断提高，成本在不断下降， 但是工业界仍然期望LED照明产品在同样的功耗输出下散热结构可以做得更小，原材料可 以更省并节省安装空间，而且能够尽可能地降低使用环境或/和外界自然因素的影响。美 国能源部制定的技术路线图中已经提出要在下一代LED照明产品中采用新的材料和结构， 保持LED照明产品的成本不断下降的趋势。然而，像目前的LED照明产品中常用到的散热 结构材料铝和铜的原材料的价格并不会大幅下降，甚至会上涨，不利于LED照明产品成本 的降低。因此，LED照明领域迫切地需要新的材料和结构的出现。(2)另外，由于现有的散热器的散热效果不尽人意，难于满足高功率、尤其是功率 高于300W的照明系统的要求，因此现有的LED照明系统几乎全部是基于单颗LED模块进行 设计和生产，使得照明系统的集成度不高。但是单颗LED功率较小，光亮度较低，不宜单独 使用，实际应用中需要将多个单颗LED模块组装在一起设计成为实用的LED照明系统，因而 现有的LED照明系统的零部件数量多，组装生产耗费时间较长，生产效率低下，人力成本较 尚ο因此，如何提高LED照明系统的散热效率直接关系到其集成度，进而影响LED照明 系统的生产成本。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题，是提供一种散热迅速，LED模块外部尺寸较小，能够大 幅度提高LED照明系统的集成度、生产效率，且能降低LED照明系统生产成本的LED照明系 统。本专利技术要解决的问题，可以通过以下的技术方案实现一种微流体冷却的硅晶圆 片级LED照明系统，包括硅晶圆片衬底1，该硅晶圆片衬底1的上表面设有若干LED芯片2， 其特征在于所述硅晶圆片衬底1开有用于通过冷却液的微冷却通道，所述微冷却通道设 有与外界连通的输入口、输出口 ；所述微冷却通道的位置与所述硅晶圆片衬底1的上表面 设置的LED芯片2对应。工作时，先将微冷却通道的输入口和输出口分别与辅助的冷却装置连接，在LED 照明系统接通电源的同时启动冷却装置，冷却液经微冷却通道的输入口进入微冷却通道 内，LED芯片产生热量传递到硅晶圆片衬底上，冷却液在微冷却通道内流动的时候，与硅晶 圆片衬底进行热交换，达到降低LED芯片温度的目的，然后吸收了热量而温度升高的冷却 液由微冷却通道的输出口流出。本专利技术采用冷却液与硅晶圆片衬底直接进行热交换来达到散热的目的，因此冷却 液在硅晶圆片衬底的微冷却通道内的流向和流速直接影响散热的效果。那么在上述基础 上，本专利技术可以做以下的改进所述硅晶圆片衬底1上的LED芯片2排成一列或一列以上的 矩形阵列。作为本专利技术的一个实施例，所述硅晶圆片衬底1对应各列LED芯片2下方的位置 均开设有两组微冷却通道，且各组微冷却通道相互独立；所述各组微冷却通道为微槽道结 构包括一条开设在对应LED芯片2的正下方的直微槽道61，以及位于所述硅晶圆片衬底1 底面的输入口 7、输出口 8 ；所述直微槽道61沿该列LED芯片2的排列方向设置，所述输入 口 7和输出口 8均与直微槽道61垂直；所述直微槽道61的两端分别连通输入口 7、输出口 8，形成与外界连通的通道。工作时，冷却液分别经相应的输入口进入到相互独立的各微冷 却通道中，流动过程中与该微冷却通道对应的硅晶圆片衬底局部进行热交换，然后经各微 冷却通道的输出口流出。由于各组微冷却通道成弯折的形状，为方便加工，在上述基础上，本专利技术可以做以 下的改进所述硅晶圆片衬底1为上、下固定叠加在一起的两层结构，其中位于上方的硅晶 圆片衬底为上衬底单元11，位于下方的硅晶圆片衬底为下衬底单元12 ；所述上衬底单元 11的下表面或/和下衬底单元12的上表面对应各列LED芯片的位置均开有两条对应的直 凹槽，各直凹槽相互独立且方向均沿对应的LED芯片的排列方向设置；所述上、下衬底单元 11、12固定叠加使上衬底单元11的下表面或/和下衬底单元12的上表面的对应的凹槽形 成直微槽道61，所述下衬底单元12对应各直微槽道61两端的位置均设有一通孔，各直微槽 道两端的通孔分别形成连通其与外界的输入口 7、输出口 8。作为本专利技术的另一个实施例，所述硅晶圆片衬底1对应LED芯片矩阵的位置的下 方开有上、下排列两个腔室，两腔室连通构为微喷结构，位于上方的腔室为第一微冷却通道 62，位于下方的腔室为第二微冷却通道63，第一、第二微槽道62、63通过若干开设在两者之 间的喷孔64连通；其中，第一微槽道62的一端连通设置在硅晶圆片衬底1底面的若干个输出口 8，第二微槽道63远离输入口 7的一端连通设置在硅晶圆片衬底1底面的若干个输入 口 7。该实施例提供的微喷结构工作时，冷却液经多个输入口进入到位于下方的第二微冷却 通道，充满后经喷孔进入位于上方的第一微冷却通道，然后经多个输出口流出并带走热量， 该结构有利于流体在垂直方向上分布均勻分配，有利于减少芯片间温差，使得LED芯片温 度的均勻。为方便加工，在上述基础上，本专利技术可以做以下的改进所述硅晶圆片衬底为上、 下固定叠加在一起的三层结构，位于上方、中间、下方的硅晶圆片衬底分别为上衬底单元 13、中衬底单元14和下衬底单元15 ；所述上衬底单元13的下表面或/和中衬底单元14的 上表面，以及中衬底单元14的下表面或/和下衬底单元15的上表面，均开有一尺寸与LED 芯片矩阵相应的凹槽；所述上、中、下衬底单元13、14、15固定叠加，使上衬底单元13的下表 面或/和中衬底单元14的上表面的凹槽形成用作第一微槽道62的腔室，使中衬底单元14 的下表面或/和下衬底单元15的上表面的凹槽形成用作第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微流体冷却的硅晶圆片级ＬＥＤ照明系统，包括硅晶圆片衬底（１），该硅晶圆片衬底（１）的上表面设有若干ＬＥＤ芯片（２），其特征在于：所述硅晶圆片衬底（１）开有用于通过冷却液的微冷却通道，所述微冷却通道设有与外界连通的输入口、输出口；所述微冷却通道的位置与所述硅晶圆片衬底（１）的上表面设置的ＬＥＤ芯片（２）对应。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜，毛章明，罗小兵，王恺，
申请(专利权)人：广东昭信光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]