一种投影光源模组的制作方法

本发明涉及半导体固体光源封装，尤其涉及投影机的光源模组，具体涉及一种通过优化热传导路径实现超高热流密度散热的直通式高导热的投影光源模组。

背景技术：

1、当下绝大多数国产lcd投影机光源的关键热阻级联可参见图1-图2所示，图中：1′为led晶片，通常为尺寸40-45mil的蓝光晶片，晶片数量从5串3并到14串10并有上百种之多，晶片间隔为5-8mil呈紧密排列状，晶片间隔内填充白胶，整个晶片区域的顶面覆盖黄色荧光粉而发出白光；2′为衬板（当下业内为氮化铝陶瓷板），总厚约0.35-0.45mm，导热系数约170w/（m·k），led晶片1′共晶固晶在衬板2′正面（或称顶面、顶层、protel99软件的toplayer等，不做区分）的共晶焊盘21′上；6′为铜基板，厚度常为1.5-1.6mm，铜基板6′的正面制作有与衬板2′的底面（或底层）焊盘22′相对应的热电分离焊盘，衬板2′焊接在铜基板6′上，当然铜基板6′上还设置有连接器、ntc等元件，这系常识不做展开。铜基板6′的背面紧贴安装扩热装置（或扩热通道，不做区分）的入口，如图1中依次串置的铝块34′、焊锡层35′、热管3′，图2中并置的铝块38′和热管3′等。

2、业内近两年来已逐步地完全淘汰了正装晶片，现投影光源绝大多数为倒装晶片，少量使用单电极（垂直电极）晶片，故本发明不涉及正装晶片。

3、倒装和单电极晶片的热模型主要区别是mqw层至固晶键合层（或“固晶层”，不做区分）的热阻rj不同，包括但不限于机械结构堆叠模型、材料（如某些材料导热系数差4-5个量级）、光学模型、电流拥堵等差异。当下业内用量最大的三安（如型号s-40cbfsd-b）或聚灿的40mil倒装晶片，或三安41mil（如s-47abpsd-c）单电极晶片等，晶片自身的性能都非常优异，然而封装和安装散热系统后，发光特性与晶片原生规格却相去甚远，其根本原因是封装、整机在设计制作时晶片的散热有明显不足。

4、晶片散热通道的关键热阻由两大部分串联构成，第一部分是上述的mqw层到固晶层的热阻rj，这是晶片的先天指标；第二部分是固晶层到扩热装置入口的热阻，如图10以及图1、图2中固晶层至热管内壁的热阻ra（衬板2为氮化铝）或rd（衬板2为金刚石铜）、r'、r"，这是投影机整机厂需要深入了解并切实提升技术指标的创新课题。

5、散热不足主要表现为上述尺寸（40-45mil）晶片如每颗倒装晶片在驱动电流≥0.8-0.85a后、每颗单电极晶片在驱动电流≥1.05-1.1a后（效率拐点），光源的发光特性和晶片规格书所提供的原生特性随电流的增大，渐行渐远。

6、而由投影物镜的光圈所决定的led光源的光学扩展量（简称“光展”）是确定的，当光源的光展面积用尽后，若还期待提升投影机的输出亮度，增加光源模组的驱动电流是最简单直接的办法。而电流增加到上述效率拐点值后，再进一步增加是不合理和徒劳无益的，所以用科学正确的方法去显著改善当下的r'、r"是业内亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种投影光源模组，旨在解决上述技术问题，包括：

2、发光芯片组，所述发光芯片组包括若干枚led发光晶片；所述led发光晶片的底部设有固晶键合层；

3、衬板，所述衬板为板状体；所述衬板具有相对的顶面和底面，所述衬板的顶面设置有固晶连接部，所述led发光晶片通过所述固晶键合层固晶在所述固晶连接部上，固晶的温度为t1；所述衬板的底面设置有整面的固定键合层；所述衬板的材质为导热陶瓷、金刚石/铜复合材料、金刚石/铝复合材料或者金刚石中的任一种；

4、以及扩热装置入口，所述扩热装置入口为相变传热元件；

5、所述相变传热元件具有用于承载所述衬板的平面承载面；所述衬板通过所述固定键合层固定在所述平面承载面上，固定衬板的温度为t2；

6、所述t1大于t2。

7、通过上述技术方案，本发明通过将led发光晶片经高导热衬板直接固定于相变传热元件的平面承载面上，省掉了传统方案中的铜基板和导热界面层等材料，大幅缩短了传热路径并减少了热阻级联值，同时衬板采用导热陶瓷、金刚石铜、金刚石铝或金刚石材质，衬板自身热阻极低，从而能够在每颗晶片驱动电流大幅提升的超高功率工况下将晶片结温控制在安全、高效范围内，显著地突破了投影机提升亮度的散热瓶颈。

8、优选地，在上述一种投影光源模组中，所述衬板的材质为金刚石/铜复合材料或金刚石/铝复合材料，所述衬板的侧面上设置有防氧化保护层。

9、优选地，在上述一种投影光源模组中，所述衬板包含其顶面的所述固晶连接部和其底面的所述固定键合层在内的总厚度为0.3mm-0.8mm。

10、优选地，在上述一种投影光源模组中，所述相变传热元件为热管，所述热管的外壁柱面上加工有平面作为所述平面承载面，所述平面的宽度不小于所述衬板的宽度，所述平面的长度大于所述衬板的长度。

11、可选地，在上述一种投影光源模组中，所述热管的管胚为挤压成型并同步挤压出所述平面的毛胚平面，所述热管的表面设置有镀镍层，在所述平面上固定所述衬板的区域设置有阻焊窗口和至少三处机器视觉标记；所述平面上固定所述衬板的区域在二次加工后的管壁厚度为0.4mm-0.8mm。

12、优选地，在上述一种投影光源模组中，所述相变传热元件为热柱，所述热柱包括底座和管体，所述底座的外端面为所述平面承载面，所述底座盖合在所述管体的一端。

13、进一步地，在上述一种投影光源模组中，所述热柱还包括端盖、排气管和毛细结构层；所述端盖盖合在所述管体远离所述底座的一端，所述端盖上居中设有过孔，所述排气管插入所述过孔内；所述底座与所述管体的结合部、所述管体与所述端盖的结合部、所述端盖与所述排气管的结合部均通过母材熔焊连接；所述毛细结构层位于所述热柱内部并布设于所述底座的内壁面和所述管体的内壁面；所述排气管的外端部在对所述热柱的内部抽真空并注液后封闭。

14、优选地，在上述一种投影光源模组中，所述平面承载面上固定所述衬板的区域内局部的峰-谷差值不大于0.04mm、整体区域的峰-谷差值不大于0.06mm。

15、优选地，在上述一种投影光源模组中，所述固晶的温度t1比固定所述衬板的温度t2至少高40℃。

16、优选地，在上述一种投影光源模组中，所述衬板的顶面还设置有至少一处引线焊盘，所述引线焊盘用于连接外部驱动电路。

17、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提供的一种投影光源模组，具有以下有益效果：

18、1、大幅缩短了传热路径，显著降低了总热阻：本发明省掉了传统方案中的铜基板和导热界面层等材料，使led发光晶片产生的热量经由衬板直接传递至相变传热元件的平面承载面，减少了多层热阻级联，从根本上解决了现有技术散热路径冗长、热阻过大、驱动电流低下的问题。

19、2、充分发挥高导热新材料衬板的散热潜力，尤其是金刚石铜、金刚石铝或金刚石作为衬板，衬板自身热阻极低甚至可以忽略，使先进热沉材料的优异导热性能得以有效发挥，进而可在保持高发光效率的情况下大幅提高驱动电流。

20、3、支持超高电流驱动，突破亮度提升瓶颈：上述措施的综合作用使得每颗尺寸40-45mil晶片可在2a、3a甚至更大的驱动电流下稳定、高出光效率地工作，晶片结温控制在理想的范围内，保持高的发光效率而总光通量显著提升，为投影机输出更高的亮度提供了切实可行的散热解决方案。