CN101509651A - 照明led高效散热光源基板及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种成本低、散热效果好、精确度高的照明LED高效散热光源基板及制造方法。所述光源基板包括金属基板(2)，所述金属基板(2)的上表面沉积有导热绝缘层，所述导热绝缘层上设有金属层(6)，所述金属层(6)的上表面除焊点、芯片及打线预留位置外的其余部分覆盖有防焊层(8)，所述导热绝缘层由二氧化硅层(30)或氮化硅层(31)或二氧化硅层(30)与氮化硅层(31)组合构成，所述金属层(6)根据待装的LED裸芯片的串并联连接关系构成预先设定的电路连线及图形。所述制造方法包括金属基板预处理、形成导热绝缘层、形成金属层及形成防焊层的步骤。本发明可广泛应用于LED光源领域。

Description

照明LED高效散热光源基板及制造方法
技术领域
本发明涉及一种照明LED高效散热光源基板；另外，本发明还涉及一种该照明LED高效散热光源基板的制造方法。
背景技术
将多个LED裸芯片集成在一个线路板上称为集成芯片。无论是单电极LED裸芯片、双电极LED裸芯片还是倒装LED裸芯片均可应用在LED集成芯片上。LED集成芯片中常用到铝基板，现有的照明LED铝基板由金属铝或铝合金作为衬底，在上面涂覆有机物或无机物导热绝缘层，在导热绝缘层上再覆盖铜箔。由于其导热绝缘层能耐高压(>1500V/min)及衬底散热性较佳，所以被广泛应用在LED领域。其应用方式为在铝基板上按照传统单层印刷线路板的制造方式将铜箔用丝网印刷及蚀刻方式形成电路，再将防焊层覆盖在铝基板上，仅裸露出需要焊接部位的铜箔即成。这种采用传统方式制造的铝基板，由于其使用工艺精度较差，难以精确控制导热绝缘层的厚度，为了保证其耐压性能，必须对导热绝缘层的厚度留有较大余量，一般导热绝缘层的厚度在80～100μm，因此导热绝缘层的厚度较大，其导热及散热效果因此大大降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低、散热效果好、精确度高的照明LED高效散热光源基板。
另外，本发明还提供一种照明LED高效散热光源基板的制造方法。
本发明的照明LED高效散热光源基板所采用的技术方案是：本发明照明LED高效散热光源基板包括金属基板，所述金属基板的上表面沉积有导热绝缘层，所述导热绝缘层上设有金属层，所述金属层的上表面除焊点、芯片及打线预留位置外的其余部分覆盖有防焊层，所述导热绝缘层由二氧化硅层或氮化硅层或二氧化硅层与氮化硅层组合构成，所述金属层根据待装的LED裸芯片的串并联连接关系构成预先设定的电路连线及图形。
所述金属层引出阳极接点和阴极接点。
所述金属基板为铝基板或铜基板。
所述金属基板的厚度为1～3mm。
所述导热绝缘层的耐压值大于1500V/min或3500V/min。
所述金属层的上表面为反光面，所述金属层采用铜或铝或硅铝合金制造，所述金属层的厚度为1～5μm。
本发明的照明LED高效散热光源基板的制造方法所采用的技术方案是：包括以下步骤：
(a)金属基板预处理：对所述金属基板的上表面进行平整抛光；
(b)形成导热绝缘层：采用常压化学气相法在所述金属基板的上表面沉积厚度为1～3μm的二氧化硅层作为缓冲层，然后采用电浆化学气相法在所述二氧化硅层上沉积厚度为1～10μm的氮化硅层，所述二氧化硅层及所述氮化硅层共同构成导热绝缘层；或者，采用常压化学气相法在所述金属基板的上表面沉积厚度为2～10μm的二氧化硅层单独作为导热绝缘层；或者，采用电浆化学气相法在所述金属基板的上表面沉积厚度为2～10μm的氮化硅层单独作为导热绝缘层；
(c)形成金属层：以溅镀的方法在所述导热绝缘层上沉积厚度为1～5μm的金属铝或硅铝合金，或者，在所述导热绝缘层上覆上铜箔；然后在光刻机上利用金属光刻掩模版进行光刻，或者，采用丝网印刷方法形成金属层的图形；再用湿法蚀刻工艺对金属铝或铜箔进行蚀刻，蚀刻后剩余的金属铝或铜箔构成所述金属层；
(d)形成防焊层：在所述金属层的上表面除焊点、芯片及打线预留位置外的其余部分以丝网印刷方式涂覆形成所述防焊层。
本发明的有益效果是：由于本发明的所述照明LED高效散热光源基板包括金属基板，所述金属基板的上表面沉积有导热绝缘层，所述导热绝缘层上设有金属层，所述金属层的上表面除焊点、芯片及打线预留位置外的其余部分覆盖有防焊层，所述导热绝缘层由二氧化硅层或氮化硅层或二氧化硅层与氮化硅层组合构成，所述金属层根据待装的LED裸芯片的串并联连接关系构成预先设定的电路连线及图形，本发明通过集成电路的制造工艺在所述金属基板上沉积所述导热绝缘层及所述金属层，由于集成电路的工艺精度高，使得导热绝缘层的厚度可以精确控制，在满足耐高压的情况下，可尽量减少所述导热绝缘层的厚度，本发明的导热绝缘层的厚度可在10μm之内，仅为传统单层线路板的制造方法形成的导热绝缘层厚度的几分之一，甚至几十分之一，同时集成电路工艺中采用的导热绝缘层的材料二氧化硅及氮化硅的导热系数高，使得本发明导热绝缘层的导热性能优异，整体平均导热系数是传统铝基板的导热系数的80～100倍，因此导热性大大提高，因此能够减少散热基板的尺寸，有利于光源的小型化，同时为将LED裸芯片与光源基板集成于一体作为一个独立的光源提供了良好的基础，只通过一次封装就能够实现LED裸芯片之间的串并联组合关系，直接接于驱动电路就可以发光工作，简化了工艺步骤，节省了半导体材料，节约了成本，使得生产效率大幅提高，由于本发明的导热散热性能好，因此能够延长光源的LED裸芯片的使用寿命，故本发明成本低、散热效果好、精确度高；
同理，采用本发明的制造方法制造的照明LED高效散热光源基板具有上述优点。
附图说明
图1是采用本发明实施例的照明LED高效散热光源基板的光源的正面结构示意图；
图2是图1所示I处局部放大结构示意图；
图3是图2所示的B—B断面结构示意图；
图4是本发明实施例的照明LED高效散热光源基板的断面结构示意图；
图5、图6是本发明实施例照明LED高效散热光源基板的制造方法中步骤(b)过程的断面结构示意图；
图7、图8是本发明实施例照明LED高效散热光源基板的制造方法中步骤(c)过程的断面结构示意图。
具体实施方式
如图1～图4所示，采用本实施例的照明LED高效散热光源基板的光源为一应用于220V交流电的工矿灯的光源，包括LED裸芯片1及本实施例的光源基板。
所述LED裸芯片1包括衬底10和N型外延层11、P型外延层12，所述LED裸芯片1为双电极芯片，所述光源基板包括金属基板2，所述金属基板2为铝基板，厚度为2mm，当然也可以采用铜基板，所述金属基板2的厚度可为1～3mm，所述金属基板2的上表面沉积有导热绝缘层，所述导热绝缘层上设有金属层6，所述金属层6的上表面除焊点、芯片及打线预留位置外的其余部分覆盖有防焊层8，以避免不同的所述金属层6之间短路及误焊，还可以防止触电，所述导热绝缘层由二氧化硅层30与氮化硅层31组合构成，所述导热绝缘层的耐压值大于1500V/min，当然，所述导热绝缘层的耐压值也可以为其他值如3500V/min，所述导热绝缘层的厚度越大，耐压值也越大，所述导热绝缘层也可以由二氧化硅层30或氮化硅层31单独构成，所述金属层6根据待装的LED裸芯片的串并联连接关系构成预先设定的电路连线及图形，所述P型外延层12、所述N型外延层11分别通过两个金属线43、45焊接在相邻的两个所述金属层6上以实现LED芯片的正装，所述金属层6的上表面为反光面，所述金属层6采用铝制造，厚度为2μm，当然也可以采用铜或硅铝合金制造，所述金属层6的厚度可为1～5μm，所述金属层6既是电极、导电体，又是LED裸芯片的散热传导片，还是底面光线的反光体。
所述LED裸芯片1分为8组，每组包括25个所述LED裸芯片1，每组内部的25个所述LED裸芯片1之间全部串联连接，当然也可以根据实际使用要求将各组内部的所述LED裸芯片1之间互相并联或串并联组合连接，8组所述LED裸芯片1再分为两个大组，每个大组各包括4组所述LED裸芯片1，4组所述LED裸芯片1之间互相串联，两个大组再并联在一起，当然各组所述LED裸芯片1之间也可以完全互相串联或并联或采用其他串并联组合方式，各组内部的所述LED裸芯片1之间及8组所述LED裸芯片1之间均通过所述金属层6相连接组成电路，所述金属层6引出阳极接点60和阴极接点61。所述LED裸芯片1上覆盖有荧光粉层7，所述荧光粉层7的周围覆盖硅胶或树脂，形成保护层5，所述保护层5将所述荧光粉层7、所述LED裸芯片1及用于封装的金属线覆盖，以防止金属线折断，同时可保护所述LED裸芯片1不受外界环境变化的影响。
采用本发明的光源中，所述LED裸芯片1的数量不限于实施例中所述，所述LED裸芯片1的分组数量及每组内部的所述LED裸芯片1的数量也不限于实施例中所述，所述LED裸芯片1也可以为单电极芯片或者倒装芯片，因此所述LED裸芯片1既可以正装也可以倒装在各所述金属层6上，在制造不同的交、直流及高、低压及不同功率的灯具中(比如12V直流大功率太阳能路灯、220V交流大功率路灯、220V交流LED灯管等灯具)可灵活设置，应用范围广，实施例中仅是举例说明。
如图4～图8所示，本实施例的照明LED高效散热光源基板的制造方法包括以下步骤：
(a)金属基板预处理：对所述金属基板2的上表面进行平整抛光处理，以便沉积导热绝缘层；
(b)形成导热绝缘层：采用常压化学气相法在300～450℃下在所述金属基板2的上表面沉积厚度为1～3μm的二氧化硅层30作为缓冲层，以使导热绝缘层与所述金属基板2的结合紧密，如图5所示，然后在300～450℃下采用电浆化学气相法在所述二氧化硅层30上沉积厚度为1～10μm的氮化硅层31，所述二氧化硅层30及所述氮化硅层31共同构成导热绝缘层，使得所述导热绝缘层的耐压值大于1500V/min，此步骤最后形成的断面图如图6所示；当然，也可以采用常压化学气相法在所述金属基板2的上表面沉积厚度为2～10μm的二氧化硅层30单独作为导热绝缘层；或者，采用电浆化学气相法在所述金属基板2的上表面沉积厚度为2～10μm的氮化硅层31单独作为导热绝缘层；
(c)形成金属层：以溅镀的方法在所述导热绝缘层上沉积厚度为1～5
μm的金属铝，当然也可以沉积硅铝合金，或者，在所述导热绝缘层上覆上铜箔，如图7所示；然后在光刻机上利用金属光刻掩模版进行光刻，或者，采用丝网印刷方法形成金属层的图形；再用湿法蚀刻工艺对金属铝或铜箔进行蚀刻，蚀刻后剩余的金属铝或铜箔构成所述金属层6及阳极接点60和阴极接点61，此步骤最后形成的断面图如图8所示；
(d)形成防焊层：在所述金属层6的上表面除焊点、芯片及打线预留位置外的其余部分以丝网印刷方式涂覆形成所述防焊层8，此步骤最后形成的断面图如图4所示。
在所述LED裸芯片1为倒装芯片时，此步骤将各所述LED裸芯片1倒装在所述金属层6上即可。
本发明突破了本领域的固有思维模式，通过集成电路的制造工艺在所述金属基板2上沉积所述导热绝缘层及所述金属层6，由于集成电路的工艺精度高，使得导热绝缘层的厚度可以精确控制，在满足耐高压的情况下，可尽量减少所述导热绝缘层的厚度，本发明的导热绝缘层的厚度可在10μm之内，仅为传统单层线路板的制造方法形成的导热绝缘层厚度的几分之一，甚至几十分之一，同时集成电路工艺中采用的导热绝缘层的材料二氧化硅及氮化硅的导热系数高，使得本发明导热绝缘层的导热性能优异，整体平均导热系数是传统铝基板的导热系数的80～100倍，因此导热性大大提高，因此能够减少散热基板的尺寸，有利于光源的小型化，同时为将LED裸芯片与光源基板集成于一体作为一个独立的光源提供了良好的基础，只通过一次封装就能够实现LED裸芯片之间的串并联组合关系，直接接于驱动电路就可以发光工作，简化了工艺步骤，节省了半导体材料，节约了成本，使得生产效率大幅提高，由于本发明的导热散热性能好，因此能够延长光源的LED裸芯片的使用寿命，因此本发明成本低、散热效果好、精确度高；通过本发明进一步制造LED光源，其应用调整自由，可广泛应用于路灯、工矿灯、LED灯管、普通照明灯等交、直流及高、低压及不同功率的灯具中。同理，采用本发明的制造方法制造的照明LED高效散热光源基板具有上述优点。
本发明可广泛应用于LED光源领域。

Claims (7)

1、一种照明LED高效散热光源基板，其特征在于：包括金属基板(2)，所述金属基板(2)的上表面沉积有导热绝缘层，所述导热绝缘层上设有金属层(6)，所述金属层(6)的上表面除焊点、芯片及打线预留位置外的其余部分覆盖有防焊层(8)，所述导热绝缘层由二氧化硅层(30)或氮化硅层(31)或二氧化硅层(30)与氮化硅层(31)组合构成，所述金属层(6)根据待装的LED裸芯片的串并联连接关系构成预先设定的电路连线及图形。
2、根据权利要求1所述的照明LED高效散热光源基板，其特征在于：所述金属层(6)引出阳极接点(60)和阴极接点(61)。
3、根据权利要求1所述的照明LED高效散热光源基板，其特征在于：所述金属基板(2)为铝基板或铜基板。
4、根据权利要求1或2或3所述的照明LED高效散热光源基板，其特征在于：所述金属基板(2)的厚度为1～3mm。
5、根据权利要求1或2或3所述的照明LED高效散热光源基板，其特征在于：所述导热绝缘层的耐压值大于1500V/min或3500V/min。
6、根据权利要求1或2或3所述的照明LED高效散热光源基板，其特征在于：所述金属层(6)的上表面为反光面，所述金属层(6)采用铜或铝或硅铝合金制造，所述金属层(6)的厚度为1～5μm。
7、一种权利要求1所述的照明LED高效散热光源基板的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
(a)金属基板预处理：对所述金属基板(2)的上表面进行平整抛光；
(b)形成导热绝缘层：采用常压化学气相法在所述金属基板(2)的上表面沉积厚度为1～3μm的二氧化硅层(30)作为缓冲层，然后采用电浆化学气相法在所述二氧化硅层(30)上沉积厚度为1～10μm的氮化硅层(31)，所述二氧化硅层(30)及所述氮化硅层(31)共同构成导热绝缘层；或者，采用常压化学气相法在所述金属基板(2)的上表面沉积厚度为2～10μm的二氧化硅层(30)单独作为导热绝缘层；或者，采用电浆化学气相法在所述金属基板(2)的上表面沉积厚度为2～10μm的氮化硅层(31)单独作为导热绝缘层；
(c)形成金属层：以溅镀的方法在所述导热绝缘层上沉积厚度为1～5μm的金属铝或硅铝合金，或者，在所述导热绝缘层上覆上铜箔；然后在光刻机上利用金属光刻掩模版进行光刻，或者，采用丝网印刷方法形成金属层的图形；再用湿法蚀刻工艺对金属铝或铜箔进行蚀刻，蚀刻后剩余的金属铝或铜箔构成所述金属层(6)；
(d)形成防焊层：在所述金属层(6)的上表面除焊点、芯片及打线预留位置外的其余部分以丝网印刷方式涂覆形成所述防焊层(8)。
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