[发明专利]一种微流体冷却的硅晶圆片级LED照明系统

说明书

所属技术领域

本发明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。

背景技术

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：

(1)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，人力成本较高。

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。

发明内容

本发明要解决的技术问题，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。

本发明要解决的问题，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。

本发明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，本发明可以做以下的改进：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。