CN102185039A - 一种提高led集成面光源安规绝缘耐压的方法 - Google Patents
一种提高led集成面光源安规绝缘耐压的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102185039A CN102185039A CN 201110003683 CN201110003683A CN102185039A CN 102185039 A CN102185039 A CN 102185039A CN 201110003683 CN201110003683 CN 201110003683 CN 201110003683 A CN201110003683 A CN 201110003683A CN 102185039 A CN102185039 A CN 102185039A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- copper
- copper foil
- led
- island
- support
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000009413 insulation Methods 0.000 title abstract description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 37
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 37
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 claims abstract description 33
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 7
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 16
- 229910017083 AlN Inorganic materials 0.000 claims description 8
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 25
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 2
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005619 thermoelectricity Effects 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Led Device Packages (AREA)
Abstract
本发明公开了一种提高LED集成面光源安规绝缘耐压的方法，利用陶瓷覆铜板作为支架，陶瓷覆铜板的下层为铜基层，陶瓷覆铜板中间的绝缘层为陶瓷材料，陶瓷覆铜板的上层为铜导电层，铜导电层中可腐蚀出承载作用的铜箔岛，该方法按照以下步骤实施：第一步，确定支架上LED总个数Q，即确定支架上铜箔岛的总个数Q；第二步，确定支架上层的单个铜箔岛的尺寸；第三步，确定支架上铜箔岛的矩阵横排M及竖排N的数目，且M×N＝Q；第四步，按照单个铜箔岛的尺寸，岛矩阵的数目Q，各个铜箔岛之间的间距及整板边缘距离，确定支架的总体长宽尺寸。本发明的方法不仅能够满足安规2500V以上的绝缘耐压要求，同时不影响原有的散热效果。
Description
技术领域
本发明属于LED半导体固态照明技术领域，涉及一种提高LED集成面光源安规绝缘耐压的方法。
背景技术
LED作为照明光源得到越来越广泛的应用，但LED灯具在通过安规绝缘耐压检测时，或多或少都遇到困难，特别是集成面光源，由于考虑良好的散热需求，普遍采用LED芯片用导电银浆直接粘接到一块热电的良导体(如铜板)上的工艺，这样只凭借LED芯片衬底来机械绝缘，即便是最低500V的绝缘耐压，也很难通过。而根据LED光源工作电压的不同，需要500V到2000V不等的绝缘耐压要求，考虑到工艺余量，必须达到2500V的绝缘耐压要求。
现有技术工艺中，在典型的集成面光源结构中，承载LED芯片部分为良导热导体铜基板，具体工艺是将若干个LED芯片，无论是采用正装还是倒装芯片，用导电银浆直接粘接到一块热电的良导体(如铜支架)上，采取超声波压焊用金丝互联各电极，只凭借LED芯片衬底(正装芯片的蓝宝石衬底、倒装芯片的硅衬底，厚500nm左右)来机械绝缘，通过500um左右的半导体材料机械绝缘500V以上是不可靠的，同时导电银浆粘接时会进一步缩短500um的绝缘距离，安规绝缘会进一步不可靠。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高LED集成面光源安规绝缘耐压的方法，解决了现有技术不能可靠满足安规2500V以上的绝缘耐压要求的问题。
本发明采用的技术方案是，一种提高LED集成面光源安规绝缘耐压的方法，利用陶瓷覆铜板作支架，陶瓷覆铜板由上、中、下三层结构组成，下层为铜基层，中间的绝缘层为陶瓷材料，上层为铜导电层，在铜导电层中腐蚀出承载作用的铜箔岛，铜箔岛的数目及排列方式按照以下步骤确定：
第一步，根据所需光源总功率W和单颗LED芯片的额定功率P，确定支架上LED总个数Q，Q＝W÷P，即确定支架上铜箔岛的个数Q；
第二步，根据选用的单颗LED芯片在支架上所需的安装尺寸，确定支架上层铜导电层的单个铜箔岛的尺寸；
第三步，根据LED总个数Q，确定支架上铜箔岛的矩阵横排M及竖排N的数目，并且M×N＝Q；
第四步，按照单个铜箔岛的尺寸，铜箔岛的矩阵数目为M×N，相邻铜箔岛之间的隔离间距为1mm，整板边缘隔离距离为1mm，最终确定支架的总体长宽尺寸。
本发明的有益效果是，不仅能够满足安规2500V以上的绝缘耐压要求，同时不影响原有直接粘接工艺时的散热效果。
附图说明
图1是本发明选用的陶瓷覆铜板的结构示意图；
图2是按照本发明方法制作的25W的LED集成面光源支架示意图，绝缘层选用三氧化二铝陶瓷材料；
图3是按照本发明方法制作的100W-200W的LED集成面光源支架示意图，绝缘层选用氮化铝陶瓷材料。
图中，1.铜导电层，2.绝缘层，3.铜基层，4.铜箔岛，5.陶瓷覆铜板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
现有典型LED结构在集成封装时，厚度小于500um，芯片最底层蓝宝石衬底作为机械绝缘层与金属底座用导电银浆粘接，P电极和N电极作为供电端子。另外，在倒装封装时，硅衬底作为机械绝缘层，厚度小于500um，左右焊盘作为正负供电端子，芯片最下层硅衬底作为机械绝缘层与金属底座用导电银浆粘接。
图1为本发明选用的陶瓷覆铜板(简称DCB板)5的绝缘层为三氧化二铝的“三明治”结构，下层为导热的铜基层3，一般为整体全覆铜；中间的绝缘层2为三氧化二铝或氮化铝材料，既强绝缘又高导热；上层为工艺承载的铜导电层1，按需求可腐蚀出不同图形的承载铜箔岛4。
参照表1，是绝缘层2为三氧化二铝的陶瓷覆铜板5的典型参数，三氧化二铝具有高达24-28W/mK导热系数，同时仅有0.25mm/0.38mm厚度，与上下铜层熔合，整体具有极低的热阻。
表1，绝缘层为三氧化二铝的陶瓷覆铜板5的相关性能参数
| 参数名称 | 材料名称：三氧化二铝(≥96％) |
| 最大规格mm×mm | 138×188 |
| 瓷片厚度mm | 0.25，0.38，0.5，0.63±0.07(标准)，0.76，1.0 |
| 热导率W/m.K | 24～28 |
| 瓷片介电强度KV/mm | ＞14 |
| 瓷片介质损耗因数 | ≤3×10-4(25℃/1MHZ) |
| 瓷片介电常数 | 9.4(25℃/1MHZ) |
| 铜箔厚度(mm) | 0.1～0.60.3±0.015(标准) |
| 铜箔热导率W/m.K | 385 |
| 表面镀镍层厚度μm | 1～7 |
| 表面粗糙度μm | Rp≤7，Rt≤30，Ra≤3 |
| 平凹深度μm | ≤30 |
| 铜键合力N/mm | ≥6 |
| 抗压强度N/Cm2 | 7000～8000 |
| 表面镀金层厚度μm | 0.075～0.1 |
| 热膨胀系数ppm/K | 7.4(在50～200℃) |
| DCB板弯曲率Max | ≤150μm/50mm(未刻图形时) |
| 应用温度范围℃ | -55～850(惰性气氛下) |
| 氢脆变 | 至400℃ |
例如，在承载49颗LED的DCB板支架，根据单颗LED芯片功率，可形成25W 50W集成面光源，总尺寸22mm×22mm。底层全铜，中间层为小于0.38mm(最好0.25mm)厚三氧化二铝陶瓷层，上层为制作的49个LED灯(7×7)的铜箔岛4，单岛尺寸为2mm×2mm、厚为0.3mm，上可镀0.075～0.1um银层，以方便芯片用导电银浆粘接，腐蚀掉铜层的隔墙宽1mm，整板边缘留1mm腐蚀掉铜层的隔离带，加强绝缘，芯片之间采取超声波压焊，用金丝互联各电极，整面板用透明硅胶保护，硅胶同时也起到加强绝缘功效，整体面光源可大余量通过安规2500V绝缘耐压。
因此，LED集成面光源，不仅要满足安规2500V以上的绝缘耐压要求，也要不影响原有直接粘接工艺时的散热效果。选用绝缘层为三氧化二铝(氧化铝)的陶瓷覆铜板5既有极小的热阻，又有4000V以上的绝缘耐压，采用绝缘层为三氧化二铝的陶瓷覆铜板5(DCB板)做支架，起到绝缘并导热的功能，足以用作LED集成面光源支架。
本发明方法，选用绝缘层2小于等于0.38mm(优选0.25mm)的瓷片厚度，上下层(铜导电层1和铜基层3)的铜箔厚度为标准的0.3mm双面板三氧化二铝(或氮化铝)的DCB板，根据LED芯片大小，按要求加工制作DCB板支架，按照以下步骤实施：
第一步，根据所需光源总功率W和单颗LED芯片额定功率P，确定DCB板上LED总个数Q，Q＝W÷P，即确定了支架上铜箔岛4的个数Q；
第二步，根据选用的单颗功率LED的芯片尺寸，确定DCB板支架铜导电层1的铜箔岛4单元尺寸，该尺寸一般大于LED芯片一点即可。如果按现有1W的LED尺寸为1.5mm×1.5mm，岛单元可选2mm×2mm单元尺寸；
第三步，根据Q，确定支架上铜箔岛4矩阵横排M及竖排N的数目，并且M×N＝Q，排列时可能存在有M＝N的情况；
第四步，通过单岛尺寸2mm×2mm，岛矩阵Q＝M×N，岛之间1mm隔离间距，整板边缘1mm隔离距离来确定支架的外形长宽尺寸。
实施例1
参照图2，为承载50颗LED的双面的三氧化二铝的陶瓷覆铜板5支架，根据单颗LED芯片功率，可形成25W-50W集成面光源，总尺寸31mm×16mm。底层全铜，中间绝缘层2选用0.38mm厚三氧化二铝的陶瓷层，上层为制作的50个LED铜箔岛4，单岛尺寸为2mm×2mm、厚0.3mm的铜箔岛4，上可镀0.075-0.1um银层，以方便单颗LED芯片用导电银浆粘接，腐蚀掉铜层的隔墙宽1mm，整板边缘留1mm腐蚀掉铜层的隔离带。
实施例2
参照图3，为承载100颗LED的双面的氮化铝陶瓷覆铜板5支架，考虑到高功率散热，支架选用氮化铝陶瓷覆铜板5，根据单颗LED芯片功率，可形成100W-200W集成面光源，总尺寸31mm×31mm。底层为全铜，中间的绝缘层2选用0.25mm厚氮化铝陶瓷绝缘层，氮化铝的导热系数高达170-220W/mK，可以进一步减小热阻，满足高功率散热要求。上层制作100个LED粘接铜箔岛4，单岛尺寸为2mm×2mm、厚0.3mm的铜箔岛4，上可镀0.075-0.1um银层，以方便单颗LED芯片用导电银浆粘接，腐蚀掉铜层的隔墙宽1mm，整板边缘留1mm腐蚀掉铜层的隔离带。
Claims (3)
1.一种提高LED集成面光源安规绝缘耐压的方法，其特征在于，利用陶瓷覆铜板(5)作支架，陶瓷覆铜板(5)由上、中、下三层结构组成，下层为铜基层(3)，中间的绝缘层(2)为陶瓷材料，上层为铜导电层(1)，在铜导电层(1)中腐蚀出承载作用的铜箔岛(4)，铜箔岛(4)的数目及排列方式按照以下步骤确定：
第一步，根据所需光源总功率W和单颗LED芯片的额定功率P，确定支架上LED总个数Q，Q＝W÷P，即确定支架上铜箔岛(4)的个数Q；
第二步，根据选用的单颗LED芯片在支架上所需的安装尺寸，确定支架上层铜导电层(1)的单个铜箔岛(4)的尺寸；
第三步，根据LED总个数Q，确定支架上铜箔岛(4)的矩阵横排M及竖排N的数目，并且M×N＝Q；
第四步，按照单个铜箔岛(4)的尺寸，铜箔岛(4)的矩阵数目为M×N，相邻铜箔岛(4)之间的隔离间距为1mm，整板边缘隔离距离为1mm，最终确定支架的总体长宽尺寸。
2.根据权利要求1所述的提高LED集成面光源安规绝缘耐压的方法，其特征在于：所述的绝缘层(2)选用三氧化二铝或氮化铝材料。
3.根据权利要求1所述的提高LED集成面光源安规绝缘耐压的方法，其特征在于：所述的绝缘层(2)厚度为0.38mm或0.25mm，铜导电层(1)和铜基层(3)的厚度均为0.3mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110003683 CN102185039B (zh) | 2011-01-10 | 2011-01-10 | 一种提高led集成面光源安规绝缘耐压的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 201110003683 CN102185039B (zh) | 2011-01-10 | 2011-01-10 | 一种提高led集成面光源安规绝缘耐压的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102185039A true CN102185039A (zh) | 2011-09-14 |
| CN102185039B CN102185039B (zh) | 2013-04-24 |
Family
ID=44571173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 201110003683 Expired - Fee Related CN102185039B (zh) | 2011-01-10 | 2011-01-10 | 一种提高led集成面光源安规绝缘耐压的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102185039B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102721202A (zh) * | 2012-06-08 | 2012-10-10 | 无锡旭能光热电能源有限公司 | 一种双通热伏真空管 |
| CN114639309A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-06-17 | 蚌埠晶显科技有限公司 | 一种柔性透明显示屏及其制作方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101483217A (zh) * | 2009-02-04 | 2009-07-15 | 宋立峰 | 一种led高导热陶瓷覆铜散热电路板 |
| CN101529604A (zh) * | 2006-10-17 | 2009-09-09 | 希爱化成株式会社 | 上下电极型发光二极管用封装集合体及使用该集合体的发光装置的制造方法 |
-
2011
- 2011-01-10 CN CN 201110003683 patent/CN102185039B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101529604A (zh) * | 2006-10-17 | 2009-09-09 | 希爱化成株式会社 | 上下电极型发光二极管用封装集合体及使用该集合体的发光装置的制造方法 |
| CN101483217A (zh) * | 2009-02-04 | 2009-07-15 | 宋立峰 | 一种led高导热陶瓷覆铜散热电路板 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102721202A (zh) * | 2012-06-08 | 2012-10-10 | 无锡旭能光热电能源有限公司 | 一种双通热伏真空管 |
| CN114639309A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-06-17 | 蚌埠晶显科技有限公司 | 一种柔性透明显示屏及其制作方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102185039B (zh) | 2013-04-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10615310B2 (en) | Light emitting device | |
| JP5640632B2 (ja) | 発光装置 | |
| CN105990265B (zh) | 功率转换电路的封装模块及其制造方法 | |
| EP2503595A1 (en) | Power semiconductor module and method of manufacturing a power semiconductor module | |
| JPWO2003030274A1 (ja) | 発光装置およびその製造方法 | |
| WO2011031417A2 (en) | Electronic device submounts with thermally conductive vias and light emitting devices including the same | |
| GB2529512A (en) | An electronic device component with an integral diamond heat spreader | |
| EP3742502B1 (en) | Light emitting element and light emitting device | |
| CN102881799A (zh) | 一种高压led芯片及制作方法 | |
| CN102222625A (zh) | 发光二极管封装结构及其基座的制造方法 | |
| US20130062656A1 (en) | Thermally enhanced optical package | |
| TW201020643A (en) | Side view type light-emitting diode package structure, and manufacturing method and application thereof | |
| EP2221889B1 (en) | Light emitting diode package | |
| CN107393882A (zh) | 基于三层dbc基板的碳化硅器件封装结构及制造方法 | |
| CN101369615A (zh) | 低热阻大功率发光二极管的封装方法 | |
| CN103227276A (zh) | 半导体发光器件及其制造方法 | |
| CN201904368U (zh) | 一种硅基板集成有功能电路的led表面贴装结构 | |
| CN102185039B (zh) | 一种提高led集成面光源安规绝缘耐压的方法 | |
| TW201037803A (en) | Multi-layer packaging substrate, method for making the packaging substrate, and package structure of light-emitting semiconductor | |
| JP2008060330A (ja) | 素子搭載用回路基板およびそれを用いた発光装置 | |
| CN201655833U (zh) | 一种大功率led封装基座 | |
| CN103715190B (zh) | 发光器件 | |
| US20140197434A1 (en) | Light emitting diode device and method for manufacturing heat dissipation substrate | |
| WO2017107399A1 (zh) | 一种集成led光源导热结构及其实现方法 | |
| CN103107264A (zh) | 集成led光源封装支架 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHANGSHU GONGDA INDUSTRIAL TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: XI'AN TESEMI TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20120625 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Xing Xianfeng Inventor before: Liu Yifang Inventor before: Xing Xianfeng Inventor before: Wang Qingping Inventor before: Li Zhiqiang |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 710077 XI'AN, SHAANXI PROVINCE TO: 215513 SUZHOU, JIANGSU PROVINCE Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LIU YIFANG XING XIANFENG WANG QINGPING LI ZHIQIANG TO: XING XIANFENG |
|
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20120625 Address after: 215513 No. 7, Research Institute, Changshou City economic and Technological Development Zone, Jiangsu Applicant after: Changshu NPU Industry Technology Co., Ltd. Address before: 710077 Shaanxi city of Xi'an province high tech Zone Jinye Road No. 69 business R & D Park C District No. 1 Building 6 layer 605 gazelle Valley E Applicant before: Xi'an Tesemi Technology Co., Ltd. |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130424 Termination date: 20160110 |