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CN102903838A - 带散热结构的封装led光源及其制备方法 - Google Patents

带散热结构的封装led光源及其制备方法 Download PDF

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CN102903838A CN201210237296XA CN201210237296A CN102903838A CN 102903838 A CN102903838 A CN 102903838A CN 201210237296X A CN201210237296X A CN 201210237296XA CN 201210237296 A CN201210237296 A CN 201210237296A CN 102903838 A CN102903838 A CN 102903838A
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China
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transfer device
heat
radiator
light source
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CN201210237296XA
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English (en)
Inventor
邓朝勇
王新
杨利忠
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Guizhou University
Original Assignee
Guizhou University
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Abstract

本发明公开了一种带散热结构的封装 LED 光源及其制备方法，包括散热器，在散热器上设有导热器，散热器的顶部与导热器的底部为对应的齿形结构，导热器的顶部为凹槽结构，在导热器的顶面覆盖有导热陶瓷，在导热陶瓷上设有导线层；在导热器的凹槽中部设有 LED 芯片， LED 芯片通过金线与导线层连接，在导热器的凹槽中设有荧光粉层，在荧光粉层上方设有玻璃透镜。本发明能有效的将 LED 芯片发光时所产生的热量散发掉，而且产品的结构简单，制备工艺少，适合产业化生产，生产成本低，所得到的产品具有较好的物理性能及化学稳定性，使用寿命长，制作成本较低，具有广泛的应用价值。

Description

带散热结构的封装LED光源及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电子元件及其制备方法，尤其是一种带散热结构的封装LED光源及其制备方法。
背景技术
所谓的LED（Light Emitting Diode）即为半导体发光二极管，是一种能将电能转化为光能的半导体器件，被广泛的用作手电筒、显示屏、指示灯等等。白光LED被誉为替代荧光灯和白炽灯的第四代照明光源。LED具有响应速度快、对比度高、寿命长，无辐射，低功耗等等特点。然而，LED灯的工作原理使得在大功率LED照明行业里散热问题变得非常突出，许多LED照明方案不够重视散热，所以目前量产的大功率LED灯普遍存在实际使用寿命远远不如理论值，性价比低于传统灯具的尴尬情况。并且LED中的PN结的工作温度越高，发光效率越低，LED寿命越短，同时还会产生光衰现象。
一般情况下，当正向电流流经PN结，发热性损耗使结区产生温升。在室温附近，温度每升高1℃，LED的发光强度会相应地减少1%左右。另外，LED的发光波长随温度变化为0.2～0.3nm/℃，光谱宽度随之增加，影响颜色鲜艳度。LED可以在-40℃～85℃的环境中工作，一般发光效率最好的环境温度是-40℃～40℃，超出此范围发光效率将大幅降低。封装散热对保持色纯度与发光强度非常重要，散热设计是LED能否成功应用的关键技术，LED封装时必须充分重视，以保证PN结的温度不超过允许温度。常规的LED散热装置是通过铝合金散热器来散热，由铝合金材料实现集散热的目的。但是散热效果不是很理想。而水热导管搭配散热器对LED进行散热处理的方式散热结构较复杂，制作工艺复杂，而且散热效率不佳。
发明内容
本发明的目的是：提供一种带散热结构的封装LED光源及其制备方法，它的散热效果好，结构简单，制成工艺少，生产成本低廉，以克服现有技术的不足。
本发明是这样实现的：带散热结构的封装LED光源，包括散热器，在散热器上设有导热器，散热器的顶部与导热器的底部为对应的齿形结构，导热器的顶部为凹槽结构，在导热器的顶面覆盖有导热陶瓷，在导热陶瓷上设有导线层；在导热器的凹槽中部设有LED芯片，LED芯片通过金线与导线层连接，在导热器的凹槽中设有荧光粉层，在荧光粉层上方设有玻璃透镜。
散热器及导热器为铝基板或者铜基板。
导热陶瓷为氧化铝或氮化铝。
荧光粉层由环氧树脂和荧光粉组成，环氧树脂和荧光粉的混合比列根据LED芯片发光强度和波长按照惯用比例进行混合。
所述的导线层的材料为Mo、Au、Cu、Ag、Ni或Al中的一种或几种的搭配与组合，或者它们的合金，或者金属与合金的搭配与组合。
带散热结构的封装LED光源的制备方法，
步骤一：采用机械加工的方式将铝基板或铜基板加工成散热器及导热器，将散热器的顶部与导热器的底部加工为对应的齿形结构，并将导热器的顶部加工为凹槽结构；
步骤二：利用磁控溅射法在导热器的顶部生长一层导热陶瓷；
步骤三：利用磁控溅射法在导热陶瓷的顶面沉积出一层金属层；
步骤四：在步骤三的基础上，对金属层进行掩膜刻蚀，刻蚀深度至导热陶瓷表面，在导热陶瓷表面形成导线层；
步骤五：用导热硅胶把LED芯片粘连到导热器顶部的凹槽内，并用金线将对LED芯片和导线层进行连接，再将环氧树脂和荧光进行混合，然后将该混合物覆盖到导热器顶部的凹槽中，形成荧光粉层；
步骤六：将玻璃透镜密封胶固定在导热器上，用密封胶将导热器和封装外壳接触的地方密封严实；
步骤七：将导热器与散热器之间用导热硅胶进行粘连。
所述的刻蚀的方法采用湿法刻蚀或法刻蚀、以及湿法刻蚀和法刻蚀相结合的方法。
由于采用了上述的技术方案，与现有技术相比，本发明在导热器的顶部设置凹槽结构，使置于该凹槽中的LED芯片能充分与导热器接触，导热器将LED芯片发出的热量传递给散热器，这样的结构能有效的将LED芯片发光时所产生的热量散发掉，而且产品的结构简单，制备工艺少，适合产业化生产，生产成本低，所得到的产品具有较好的物理性能及化学稳定性，使用寿命长，制作成本较低，具有广泛的应用价值。
附图说明
图1为散热器的结构示意图；
图2为导热器顶部没有进行机加工前的结构示意图；
图3为导热器顶部进行机加工后的结构示意图；
图4为图3的A-A剖视图；
图5为生长了导热陶瓷后的平面图；
图6为图5的A-A剖视图；
图7为沉积、掩膜、刻蚀出导线层后的平面图；
图8为图7的A-A剖视图；
图9为装入了LED芯片并覆盖了荧光粉层后的平面图；
图10为图9的A-A剖视图；
图11为封装了玻璃透镜后的剖视图；
图12为导热器和散热器进行粘连后的平面图；
图13为图12的A-A剖视图；
图14为本发明多芯片LED的平面图；
附图标记：
1-散热器、2-导热器、3-导热陶瓷、4-导线层、5-玻璃透镜、6-荧光粉层、7-金线、8-LED芯片。
具体实施方式
本发明的实施例1：带散热结构的封装LED光源的结构如图1所示，包括铝基板为材料的散热器1，在散热器1上设有铝基板为材料的导热器2，散热器1的顶部与导热器2的底部为对应的齿形结构，导热器2的顶部为凹槽结构，在导热器2的顶面覆盖有氧化铝为材料的导热陶瓷3，在导热陶瓷3上设有以Cu为材料的导线层4；在导热器2的凹槽中部设有LED芯片8，LED芯片8通过金线7与导线层4连接，在导热器2的凹槽中设有荧光粉层6，荧光粉层6由环氧树脂和荧光粉组成，将环氧树脂和荧光粉根据LED芯片发光强度和波长按照现有技术中提供的比例进行混合，在荧光粉层6上方设有玻璃透镜5。
带散热结构的封装LED光源的制备方法，
步骤一：采用机械加工的方式将铝基板加工成散热器1及导热器2，将散热器1的顶部与导热器2的底部加工为对应的齿形结构，并将导热器2的顶部加工为凹槽结构；
步骤二：利用磁控溅射法，以氧化铝为材料，在导热器2的顶部生长一层导热陶瓷3；
步骤三：利用磁控溅射法，以金属铜为材料，在导热陶瓷3的顶面沉积出一层金属层；
步骤四：在步骤三的基础上，对金属层进行掩膜刻蚀，刻蚀深度至导热陶瓷3表面，在导热陶瓷3表面形成导线层4；
步骤五：用导热硅胶把LED芯片8粘连到导热器2顶部的凹槽内，并用金线7将对LED芯片8和导线层4进行连接，再将环氧树脂和荧光粉根据LED芯片发光强度和波长按照现有技术中提供的比例进行混合，覆盖到导热器2顶部的凹槽中，形成荧光粉层；
步骤六：将玻璃透镜5密封胶固定在导热器2上，用密封胶将导热器2和封装外壳接触的地方密封严实；
步骤七：将导热器2与散热器1之间用导热硅胶进行粘连。
本发明的实施例2：带散热结构的封装LED光源的制备方法，
步骤一：采用机械加工的方式将铜基板加工成散热器1及导热器2，将散热器1的顶部与导热器2的底部加工为对应的齿形结构，并将导热器2的顶部加工为凹槽结构；
步骤二：利用磁控溅射法，以氮化铝为材料，在导热器2的顶部生长一层导热陶瓷3；
步骤三：利用磁控溅射法，以铜银合金为材料，在导热陶瓷3的顶面沉积出一层金属层；
步骤四：在步骤三的基础上，对金属层进行掩膜刻蚀，刻蚀深度至导热陶瓷3表面，在导热陶瓷3表面形成导线层4；
步骤五：用导热硅胶把LED芯片8粘连到导热器2顶部的凹槽内，并用金线7将对LED芯片8和导线层4进行连接，再将环氧树脂和荧光粉根据LED芯片发光强度和波长按照现有技术中提供的比例进行混合，覆盖到导热器2顶部的凹槽中，形成荧光粉层；
步骤六：将玻璃透镜5密封胶固定在导热器2上，用密封胶将导热器2和封装外壳接触的地方密封严实；
步骤七：将导热器2与散热器1之间用导热硅胶进行粘连。
此外，可将多个LED芯片8制作为如图14所示的结构。

Claims (8)

1.一种带散热结构的封装LED光源，包括散热器（1），其特征在于：在散热器（1）上设有导热器（2），散热器（1）的顶部与导热器（2）的底部为对应的齿形结构，导热器（2）的顶部为凹槽结构，在导热器（2）的顶面覆盖有导热陶瓷（3），在导热陶瓷（3）上设有导线层（4）；在导热器（2）的凹槽中部设有LED芯片（8），LED芯片（8）通过金线（7）与导线层（4）连接，在导热器（2）的凹槽中设有荧光粉层（6），在荧光粉层（6）上方设有玻璃透镜（5）。
2.根据权利要求1所述的带散热结构的封装LED光源，其特征在于：散热器（1）及导热器（2）为铝基板或者铜基板。
3.根据权利要求1所述的带散热结构的封装LED光源，其特征在于：导热陶瓷（3）为氧化铝或氮化铝。
4.根据权利要求1所述的带散热结构的封装LED光源，其特征在于：荧光粉层（6）由环氧树脂和荧光粉组成。
5.根据权利要求1所述的带散热结构的封装LED光源，其特征在于：所述的导线层（4）的材料为Mo、Au、Cu、Ag、Ni或Al中的一种或几种的搭配与组合，或者它们的合金，或者金属与合金的搭配与组合。
6.一种带散热结构的封装LED光源的制备方法，其特征在于：
步骤一：采用机械加工的方式将铝基板或铜基板加工成散热器（1）及导热器（2），将散热器（1）的顶部与导热器（2）的底部加工为对应的齿形结构，并将导热器（2）的顶部加工为凹槽结构；
步骤二：利用磁控溅射法在导热器（2）的顶部生长一层导热陶瓷（3）；生长的导热陶瓷（3）的厚度为0.1mm；
步骤三：利用磁控溅射法在导热陶瓷（3）的顶面沉积出一层金属层；
步骤四：在步骤三的基础上，对金属层进行掩膜刻蚀，刻蚀深度至导热陶瓷（3）表面，在导热陶瓷（3）表面形成导线层（4）；
步骤五：用导热硅胶把LED芯片（8）粘连到导热器（2）顶部的凹槽内，并用金线（7）连接LED芯片（8）和导线层（4），再将环氧树脂和荧光粉进行混合，然后将该混合物覆盖到导热器（2）顶部的凹槽中，形成荧光粉层（6）；
步骤六：将玻璃透镜（5）密封胶固定在导热器（2）上，用密封胶将导热器（2）和封装外壳接触的地方密封严实；
步骤七：将导热器（2）与散热器（1）之间用导热硅胶进行粘连。
7.根据权利要求6所述的带散热结构的封装LED光源的制备方法，其特征在于：刻蚀的方法采用湿法刻蚀或法刻蚀、以及湿法刻蚀和法刻蚀相结合的方法。
8.根据权利要求6所述的带散热结构的封装LED光源的还包括将多个LED芯片制作为阵列的结构。
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