利用機械合金化方法的led照明燈散熱結(jié)構(gòu)體及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及散熱結(jié)構(gòu)體及其制造方法，具體地，涉及利用通過機械合金化方法而 合成為熱力學(xué)相平衡的固溶界限以上的Cu-Ag粉末或Cu-Al粉末而制造的導(dǎo)熱率和機械強 度高的散熱結(jié)構(gòu)體及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] LED (Light Emitting Diode)由于光效率高，壽命長，不使用環(huán)境有害物質(zhì)，因此 想必作為下一代環(huán)保光源而能夠代替現(xiàn)有光源。LED照明將所供給的電力中的80 %以上轉(zhuǎn) 換為熱能，由此產(chǎn)生的溫度增加導(dǎo)致光輸出的下降及波長移動，使得壽命急劇減少。
[0003] 因此，需要一種控制LED接合部的發(fā)熱溫度上升而維持為適當溫度以下的高功能 散熱系統(tǒng)，而在散熱系統(tǒng)中最重要的是散熱材料。在LED照明中，隨著從低輸出到高輸出， 發(fā)熱急劇增加，因此需要熱傳導(dǎo)率高的材料，并且不僅在LED照明，而且在電子設(shè)備產(chǎn)品中 也因發(fā)熱量大，因此為了提高使用壽命和可靠性，需要散熱性能優(yōu)異的散熱材料。
[0004] 作為導(dǎo)熱性優(yōu)異的材料有鉆石（2, OOOW/mk)、銀（415W/mk)、銅（380W/mk)等，但由 于昂貴或者在機械強度或重量上，想要作為散熱材料而適用時受到限制。
[0005] 目前，作為在包括LED照明在內(nèi)的電器、電子產(chǎn)品中所使用的散熱材料，大部分使 用鋁金屬，但是在散熱性能上存在界限，因此理想的是結(jié)合了鋁的機械強度特性和銀或銅 的優(yōu)異的導(dǎo)熱性的優(yōu)點的合金材料，但是由于銅（Cu)和銀（Ag)或銅（Cu)和鋁（Al)的構(gòu) 成熱力學(xué)相平衡的固溶度非常低，因此不能獲得所希望的組合的合金。
[0006] 作為以往技術(shù)，在韓國注冊專利第10-1247119號中提示了利用膨脹石墨和鋁金 屬粉末而制造的具有散熱特性的散熱組合物，但是其在機械特性或?qū)崽匦陨洗嬖谙拗啤?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明想要解決的課題
[0008] 本發(fā)明是為了解決如上述的問題點而研發(fā)的，本發(fā)明的目的在于提供一種通過機 械合金化方法而合成熱力學(xué)固溶界限以上的Cu-Ag粉末或Cu-Al粉末而制造的導(dǎo)熱率高且 將材料損失最小化的散熱結(jié)構(gòu)體及其制造方法。
[0009] 用于解決課題的手段
[0010] 為了解決上述的想要解決的課題，本發(fā)明的利用機械合金化方法的LED照明燈散 熱結(jié)構(gòu)體的制造方法的特征在于，包括如下步驟：通過機械合金化方法而塑性變形來制造 熱力學(xué)固溶度以上的Cu-Ag合金粉末或Cu-Al合金粉末的機械合金粉末制造步驟；將所制 造的所述機械合金粉末成型為棒形狀的預(yù)備成型體的低密度預(yù)備成型步驟；將所述預(yù)備成 型體成型為散熱結(jié)構(gòu)體形狀的高密度成型步驟；以及在所述散熱結(jié)構(gòu)體上沉積涂覆類金剛 石碳膜（diamond like carbon)的沉積涂覆步驟。
[0011] 在本發(fā)明的一實施例中，其特征在于，在所述機械合金粉末制造步驟中，將Cu粉 末和Ag粉末或Cu粉末和Al粉末與球一起裝入機械合金化（mechanical alloying)裝置 的腔內(nèi)，以球磨方式塑性變形而獲得機械合金化粉末。
[0012] 在本發(fā)明的一實施例中，其特征在于，所述Cu粉末、Ag粉末及Al粉末的粒子大小 為 20 μ m 至 200 μ m。
[0013] 在本發(fā)明的一實施例中，其特征在于，將所述Cu粉末及Ag粉末以98:2至 99. 5:0. 5的重量比來配合而合金化。
[0014] 在本發(fā)明的另一實施例中，其特征在于，將所述Cu粉末及Al粉末以2:8至8:2的 重量比來配合而合金化。
[0015] 在本發(fā)明的一實施例中，其特征在于，在所述低密度成型步驟中，在還原性氣體氣 氛下，通過雙層壓縮成型機來成型。
[0016] 在本發(fā)明的一實施例中，其特征在于，在所述高密度成型步驟中，進行擠壓或沖壓 鍛造加工，從而成型為合金的結(jié)晶組織具備異方性的散熱結(jié)構(gòu)體，以便增加導(dǎo)熱性。
[0017] 在本發(fā)明的一實施例中，其特征在于，在所述沉積涂覆步驟中，形成ΙΟμπ!至 30 μ m的薄膜厚度的方式沉積涂覆類金剛石碳膜，以便增加導(dǎo)熱性。
[0018] 用于解決上述的想要解決的技術(shù)課題的本發(fā)明的LED照明燈散熱結(jié)構(gòu)體是通過 利用機械合金化方法的LED照明燈散熱結(jié)構(gòu)體的制造方法而制造的。
[0019] 在本發(fā)明的一實施例中，其特征在于，所述散熱結(jié)構(gòu)體是散熱板形狀。
[0020] 發(fā)明效果
[0021] 本發(fā)明通過機械合金化方法而制造 Cu-Ag合金粉末或Cu-Al合金粉末，并進行擠 壓或沖壓鍛造加工，以使結(jié)晶組織具備異方性，從而制造導(dǎo)熱率高的散熱結(jié)構(gòu)體。
[0022] 本發(fā)明通過導(dǎo)熱性高的材料來制造散熱結(jié)構(gòu)體而提高散熱系統(tǒng)的冷卻效率，并延 長LED照明的壽命，將能源損失最小化。
[0023] 本發(fā)明利用合金化方法和塑性變形加工技術(shù)，從而將材料損失最小化，并且能夠 同時確保大量的原材料，幾乎沒有碎片，因此能夠減少制造成本，防止環(huán)境污染。
【附圖說明】
[0024] 圖1是示出利用了本發(fā)明的機械合金化方法的LED照明燈散熱結(jié)構(gòu)體的制造方法 的順序圖。
[0025] 圖2是示出用于制造本發(fā)明的機械合金粉末的機械合金化裝置的圖。
[0026] 圖3是示出通過本發(fā)明的機械合金化方法而制造的Cu-Ag合金的組織的圖。
[0027] 圖4是通過本發(fā)明的機械合金化方法而制造的Cu-Al合金的組織的照片。
[0028] 圖5是示出對本發(fā)明的低密度預(yù)備成型體進行成型的壓縮成型機的圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面，參照附圖，對本發(fā)明的具體實施例進行說明。
[0030] 圖1是示出利用了本發(fā)明的機械合金化方法的LED照明燈散熱結(jié)構(gòu)體的制造方 法的順序圖，包括：機械合金粉末制造步驟S10、低密度預(yù)備成型步驟S20、高密度成型步驟 S30及沉積涂覆步驟S40。
[0031] 所述機械合金粉末制造步驟SlO是通過機械合金化方法而塑性變形，將Cu-Ag合 金粉末或Cu-Al合金粉末制造成熱力學(xué)固溶度以上的步驟。
[0032] 機械合金化方法是如下的方法：在伴隨著強力的攪拌的高能源球磨機（ball mill)中對構(gòu)成合金的成分元素的粉末（或一部分某合金粉末）進行處理，從而使成分粉 末在粉碎球與球之間連續(xù)且反復(fù)地進行冷焊（cold welding)和破碎（fracture)的過程， 由此制造形成為均質(zhì)且微細的合金相的復(fù)合金屬粉末。這樣的機械合金化方法可在如下的 點上期待與快速凝固技術(shù)（rapid solidification processing)或金屬基復(fù)合材料（metal matrix composite)的制造方法不同的組織特性：混合因熱力學(xué)固溶度低而難以進行合金 化的Cu-Ag或Cu-Al而能夠獲得微細的彌散相，并且在成分的合金化和分散處理中，不產(chǎn)生 液相，而是在常溫附近或僅通過固相反應(yīng)而進行。
[0033] 另外，機械合金化方法具有如下效果：在腔內(nèi)通過摩擦而混合金屬粉末而制造合 金粉末，將材料損失最小化，能夠同時確保大量的材料，幾乎不存在碎片，能夠減少制造成 本，并防止環(huán)境污染。
[0034] 圖2是示出用于制造本發(fā)明的機械合金粉末的機械合金化裝置的圖，將原料粉末 與球一起裝入機械合金化（mechanical alloying)裝置的腔30內(nèi)，以球磨方式塑性變形而 獲得機械合金化粉末40。
[0035] 在機械合金化裝置的腔30內(nèi)裝入粒子大小為20 μ m至200 μ m的Cu和Ag或Cu 和Al的微細的粉末。裝入之后，以100 μ m至300rpm旋轉(zhuǎn)一定時間的旋轉(zhuǎn)葉輪32,通過高 強度的合金鋼球31的運動，夾在球與球之間的金屬粉末根據(jù)沖突及摩擦而塑性變形，從而 金屬粉末成為機械地均質(zhì)地混合的合金40。
[0036] 圖3是示出通過本發(fā)明的機械合金化方法而合金化的Cu-Ag合金的組織的圖，將 Cu粉末10和Ag粉末20合金化而機械地制造具備均質(zhì)的混合分布的Cu-Ag合金粉末，從而 能夠制造散熱性優(yōu)異的材料。
[0037] 另外，可以將所述Cu粉末及Ag粉末以98:2至99. 5:0. 5的重量比配合而合金化， 由此制造所述Cu-Ag合金粉末。為了具備優(yōu)異的散熱性能，可以利用在金屬中導(dǎo)熱性最優(yōu) 異的Ag(導(dǎo)熱率：415W/mk)和其次優(yōu)異的Cu(導(dǎo)熱率：380W/mk)而制造 Cu-Ag合金散熱結(jié) 構(gòu)體。通過機械合金化方法而將Cu和Ag金屬制造成均質(zhì)的混合合金，將Cu和Ag各自的 導(dǎo)熱特性最大化而提高散熱性能。
[0038] 另外，可以通過機械合金化方法，將Cu粉末和Al粉末以2:8至8:2的重量比配合 來制造所述Cu-Al合金粉末，以使具備適于LED照明燈輸出的優(yōu)異的散熱性能。可制造出 結(jié)合了 Al (導(dǎo)熱率：237W/mk)的輕且機械強度特性優(yōu)異的優(yōu)點和Cu (導(dǎo)熱率：380W/mk)的 較高的傳熱度特性的優(yōu)點的Cu-Al合金。
[0039] Cu金屬的導(dǎo)熱性比Al金屬的導(dǎo)熱性優(yōu)異，因此越加大Cu金屬的比率來進行混合， Cu-Al合金的導(dǎo)熱性越優(yōu)異。但是，Al金屬與Cu金屬相比，價格非常便宜，并且重量僅為銅 的約1/3。為了提高導(dǎo)熱性而越增加在Cu-Al合金中的Cu金屬的含有量，越因較高的材料 費用和Cu金屬的重量而存在散熱結(jié)構(gòu)體的制造的效率下降的問題。
[0040] 圖4是通過本發(fā)明的機械合金化方法制造的Cu-Al合金的組織的照片，通過機械 合金化方法來塑性變形而能夠獲得固溶界限以上的20~80重量百分比的合金粉末，因此 可自由設(shè)計適合于用途的合金材料。
[0041] 另外，可利用快速凝固法來制造 Cu-Ag合金粉末或Cu-Al合金粉末?？赏ㄟ^在高 溫的熔融狀態(tài)的金屬中加入熱傳導(dǎo)率高的媒介而快速冷卻的快速凝固技術(shù)而制造合金。由 于金屬彼此的固溶度非常低