CN102447052A - 一种led散热基板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种LED散热基板及其制备方法，该结构包括：LED晶圆或者基板散热层，通过溅镀或蒸镀方式涂镀在LED晶圆或者基板散热层上的纳米级金属复合材料薄膜；其中，该LED晶圆或者基板散热层为马鞍形。
Description
技术领域
本发明涉及光学晶体的散热处理技术，更具体地，涉及一种LED散热基板及其制备方法。
背景技术
LED的散热问题现在越来越收到人们的重视，这是因为LED的光衰和寿命直接和其结温有关，散热不好结温就高，寿命就短。依照阿雷纽斯法则，温度每降低10℃，寿命会延长2倍。从Cree公司发布的光衰和结温的关系可以知道，结温假如能够控制在65℃，其光衰至70％的寿命可以高达10万小时。但现在实际的LED灯的散热和这个要求相去甚远，使得LED灯具的寿命变成了一个影响其性能的主要问题。
如果结温为25度时的发光为100％，那么结温上升至60度时，其发光量就只有90％，结温为100度时就下降到80％，140度就只有70％，可见改善散热，控制结温是十分重要的事。除此以外，LED的发热还会使得其光谱移动。色温升高，正向电流增大(恒压供电时)，反向电流也增大，热应力增高，荧光粉环氧树脂老化加速。
LED制成灯具后，LED芯片所产生的热量总是通过灯具的外壳散到空气中去。因为LED芯片的热容量很小，如果散热不好，一点点热量的积累 就会使得芯片的结温迅速提高，如果长时期工作在高结温的状态，它的寿命就会很快缩短。然而这些热量要能够真正引导出芯片，到达外部空气，要经过很多途径。具体来说，LED芯片所产生的热，从它的金属散热块出来，先经过焊料到铝基板的PCB，再通过导热胶才到铝散热器。
在很多情况下，LED灯具里是由很多颗LED所构成，所有这些LED可能都焊在一块铝基板上。另外，例如恒流电源的其他发热源靠近某些LED，也会明显降低这些LED的散热而缩短其寿命。LED的散热设计必须从芯片开始一直到整个散热器，每一个环节都要给于充分的注意，任何一个环节设计不当都会引起严重的散热问题。
发明内容
为克服上述的现有缺陷，本发明提出一种LED散热基板及其制备方法。
根据本发明的一个方面，提出了一种LED散热基板，包括：LED晶圆或者基板散热层，通过溅镀或蒸镀方式涂镀在LED晶圆或者基板散热层上的纳米级金属复合材料薄膜；其中，该LED晶圆或者基板散热层为马鞍形。
根据本发明的另一方面，提出了一种LED散热基板的制备方法，包括：步骤1，使用电子束直写方式制作光刻掩膜板，光刻掩膜板涂布负型光刻胶并置于深紫外光曝光系统中进行深紫外光曝光，之后进行显影制程，通过反应性离子蚀刻对光刻掩膜板进行蚀刻，以镍铁合金电镀液进行电铸，然后进行剥膜制程，再以翻模方式制作金属屏蔽；步骤2，对未切割的LED晶圆或基板背面进行等离子蚀刻制程；步骤3，将负型光刻胶倒入金属屏蔽上，并以自动印刷机印刷至LED晶圆或基板背面上，制作马鞍形结构的LED晶圆或基板散热 层；步骤4，将经过温和等离子体表面处理的LED晶圆或基板散热层放入低温水平磁控溅镀机真空溅镀或者真空蒸镀纳米级金属复合材料薄膜。
本发明使用未切割的LED晶圆或基板背面镀上高效散热复合薄膜，完成高效散热的结构，进而组成新型散热模组，可应用于LED球泡灯与其它相关灯具。该结构散热效果佳，成本较低，处理过程简便，可为LED产业的散热带来巨大帮助。
附图说明
图1为具有纳米级金属复合材料薄膜的发光二极管基板结构示意图；
图2A为LED晶圆示意图；
图2B为高效散热复合薄膜的示意图；
图3A-3H为金属屏蔽(Metal mask)的制程示意图；
图4A-4D为具有纳米级金属复合材料薄膜的散热结构的制程示意图。
如图所示，为了能明确实现本发明的实施例的结构，在图中标注了特定的结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种LED散热基板及其制备方法进行详细描述。
其中，在以下的描述中，将描述本发明的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本发明的一些或者全部结构或者流程来实施本发明。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本发明。在其他情况下，为了不混淆本发明，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。
总的来说，本发明的方法为以电子束直写(Electron beam direct writing)配合纳米机电(NEMS)方式制作纳米级微透镜金属屏蔽，再以半导体制程沉积薄膜方式于未切割的LED晶圆或基板背面，镀上高效散热复合薄膜，之后进行快速退火制程，即可完成高效散热的结构。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，提供一种LED散热基板，包括LED晶圆或者基板散热层，通过溅镀或蒸镀方式涂镀在LED晶圆或者基板散热层上的纳米级金属复合材料薄膜。其中，该LED晶圆或者基板散热层为马鞍形。如图2A所示，该LED晶圆或者基板散热层下部附有未切割晶粒。其中，LED晶圆或者基板散热层包括LED晶圆或者基板、印刷在LED晶圆或者基板上的负型光刻胶，负型光刻胶和LED晶圆或者基板之间包括承载负型光刻胶的金属屏蔽。
其中，LED晶圆或者基板为平板结构，处于未切割状态；金属屏蔽承载的负型光刻胶蚀刻为马鞍形结构。
其中，纳米级金属复合材料薄膜可由物理或化学汽相沉积方式形成，如图2B所示，可粘附于LED晶圆或者基板上。
负型光刻胶可以采用SU-8，厚度为0.6-2.0微米。LED晶圆或基板背面进行过等离子蚀刻和深紫外光曝光。
纳米级金属复合材料薄膜可以是纳米级铜铝复合材料、纳米级类钻碳材料、纳米级钻石材料、纳米级金属石墨复合材料或者纳米级金属陶瓷复合材料等。纳米级金属复合材料薄膜沉积的厚度为0.00001-0.001毫米。
根据本发明的另一个实施例，提供一种LED散热基板的制备方法，包括：步骤1，使用电子束直写方式制作光刻掩膜板，光刻掩膜板涂布负型光刻胶并置于深紫外光曝光系统中进行深紫外光曝光制程，之后进行显影制程，通过反应性离子蚀刻对光刻掩膜板进行蚀刻，以镍铁合金电镀液进行电铸，然后进行剥膜制程，再以翻模方式制作金属屏蔽层；步骤2中，对未切割的LED晶圆或基板背面进行等离子蚀刻制程；在步骤3中，将负型光刻胶(倒入金属屏蔽上，并以高精度的自动印刷机印刷至LED晶圆或基板背面上，制作马鞍形结构的LED晶圆或基板散热层；步骤4，将经过温和等离子体表面处理的LED晶圆或基板散热层放入低温水平磁控溅镀机真空溅镀或者真空蒸镀纳米级金属复合材料薄膜。
具体地，对本发明的另一实施例的方法进行详细描述。其中，步骤1，使用电子束直写方式制作光刻掩膜板，光刻掩膜板涂布负型光刻胶并置于深紫外光曝光系统中进行深紫外光曝光制程，之后进行显影制程，通过反应性离子蚀刻对光刻掩膜板进行蚀刻，以镍铁合金电镀液进行电铸，然后进行剥膜制程，再以翻模方式制作金属屏蔽层。
其中，如图3A所示，使用电子束直写(Electron Beam direct writing)方式在石英(Quartz)材料的光刻掩膜板(Photo mask)的铬金属层(Chromium layer)上进行图样(Pattern)制作，铬金属层厚度为10-30纳米。
如图3B和3C所示，将光刻掩膜板(Photo mask)置于深紫外光曝光系统(Deep Ultraviolet Exposure System)中并对已涂布负型光刻胶(Negative photo resist)(SU-8；厚度为0.6-2.0微米，使用真空旋转涂布方式其转速为 5000-10000rpm，前烤温度为70-120℃，时间为20-50分钟)的光学级不锈钢板(即涂布负型光刻胶的光刻掩膜板)进行深紫外光曝光制程(曝光能量为500-1000KJ，曝光时间为0.1-0.8ms)；
如图3D和3E所示，之后进行显影制程(氢氧化钠浓度：3-8％，显影时间：10-30秒，温度：25-50℃)，再进行反应性离子蚀刻对光学级不锈钢板进行蚀刻(时间：10-50秒)；
如图3F所示，之后以镍铁合金电镀液(镍铁比例为7-9∶3-1)进行电铸制程(温度为45-70℃)，如图3G所示，进行剥膜制程(氢氧化钠浓度：5-10％，显影时间：50-80秒，温度：50-80℃)，如图3H所示，再以翻模方式制作金属屏蔽(Metal mask)。
在步骤2中，如图4A所示，对未切割的LED晶圆或基板背面进行等离子蚀刻制程。其中，真空度为0.001-0.000001托尔；持续时间为10-240秒；使用气体为氩气，氩气的纯度为99.999％。
在步骤3中，在步骤3中，将负型光刻胶(倒入金属屏蔽上，并以高精度的自动印刷机印刷至LED晶圆或基板背面上，制作马鞍形结构的LED晶圆或基板散热层。具体地，如图4B所示，将负型光刻胶(Negative photo resist)倒入金属屏蔽上，并以高精度的自动印刷机(制作倒转芯片凸块用的印刷机)印刷至LED晶圆或基板背面上。其中，负型光刻胶采用SU-8，厚度为0.6-2.0微米，前烤温度为70-120℃，持续时间为20-50分钟。而印刷机的制程参数如下：刮刀下压压力为每平方厘米0.01-100g，真空度为0.001-0.000001托尔，刮刀进刀速度为0.01-1厘米/秒，刮刀回刀速度为0.01-1厘米/秒。
如图4C所示，之后对LED晶圆或基板背面进行深紫外光曝光制程，其中，曝光能量为500-1000KJ，曝光时间为0.1-0.8ms。
如图4D所示，之后进行显影制程，其中，所用的氢氧化钠浓度为3-8 ％，显影时间为10-30秒，温度为25-50℃。然后，再进行反应性离子蚀刻对光学级不锈钢板进行蚀刻，时间：10-50秒；之后进行剥膜制程，所用氢氧化钠浓度：5-10％，显影时间：50-80秒，温度：50-80℃。
之后进行除水制程，对LED晶圆或基板背面进行清洗，温度为20-80℃；时间为2-10分钟；之后进行等离子蚀刻制程，相关参数如下：真空度为0.001-0.000001托尔；时间为10-240秒；气体为氩气纯度为99.999％，完成对LED晶圆或基板背面的微型散热结构进行微蚀及增加黏着性的制程。
步骤4中，将经过温和等离子体表面处理的LED晶圆或基板散热层放入低温水平磁控溅镀机真空溅镀或者真空蒸镀纳米级金属复合材料薄膜。具体地，其中，将经过温和等离子体表面处理的LED晶圆或基板背面的微型散热结构放入低温水平磁控溅镀机进行真空溅镀(Vacuum sputtering)或者真空蒸镀(Vacuum evaporation)。靶材(Target)为纳米级铜铝复合材料、纳米级类钻碳材料、纳米级钻石材料、纳米级金属石墨复合材料或者纳米级金属陶瓷复合材料等。
靶材使用前，需除水，使用为温度80-150℃，持续时间30-120分钟。真空溅镀的真空度为0.001-0.000001毫米汞柱；时间为1-10分钟，使用气体为氩气，氩气的纯度为99.999％，以动量转移方式将纳米级铜铝复合材料、纳米级类钻碳材料、纳米级钻石材料、纳米级金属石墨复合材料或者纳米级金属陶瓷复合材料沉积于LED晶圆或基板背面的微型散热结构上，沉积的厚度为0.00001-0.001毫米。
若以真空蒸镀(Vacuum evaporation)制程将纳米级铜铝复合材料、纳米级类钻碳材料、纳米级钻石材料、纳米级金属石墨复合材料或者纳米级金属 陶瓷复合材料沉积于LED晶圆或基板背面的微型散热结构之上，则纳米级铜铝复合材料、纳米级类钻碳材料、纳米级钻石材料、纳米级金属石墨复合材料或者纳米级金属陶瓷复合材料粉末需进行除水(温度(80-150℃)；时间(30-120分钟))，之后将纳米级金属复合材料粉末置入真空蒸镀机的坩锅室内，进行蒸镀，时间1-10分钟；厚度为0.00001-0.001毫米；真空度为0.001-0.000001毫米汞柱；温度：100-1200℃，微型散热结构之上镀上一层纳米级金属复合材料薄膜，即可完成整个制备过程。
最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。
Claims (11)
1.一种LED散热基板，包括：LED晶圆或者基板散热层，通过溅镀或蒸镀方式涂镀在LED晶圆或者基板散热层上的纳米级金属复合材料薄膜；其中，该LED晶圆或者基板散热层为马鞍形。
2.根据权利要求1所述的LED散热基板，其中，LED晶圆或者基板散热层下部附有未切割晶粒；LED晶圆或者基板为平板结构，处于未切割状态。
3.根据权利要求1所述的LED散热基板，其中，LED晶圆或者基板散热层包括LED晶圆或者基板、印刷在LED晶圆或者基板上的负型光刻胶，负型光刻胶和LED晶圆或者基板之间包括承载负型光刻胶的金属屏蔽；其中，金属屏蔽承载的负型光刻胶蚀刻为马鞍形结构。
4.根据权利要求3所述的LED散热基板，其中，负型光刻胶厚度为0.6-2.0微米；LED晶圆或基板背面进行过等离子蚀刻和深紫外光曝光。
5.根据权利要求1所述的LED散热基板，其中，纳米级金属复合材料薄膜是纳米级铜铝复合材料、纳米级类钻碳材料、纳米级钻石材料、纳米级金属石墨复合材料或者纳米级金属陶瓷复合材料；纳米级金属复合材料薄膜的厚度为0.00001-0.001毫米。
6.一种LED散热基板的制备方法，包括：
步骤1，使用电子束直写方式制作光刻掩膜板，光刻掩膜板涂布负型光刻胶并置于深紫外光曝光系统中进行深紫外光曝光，之后进行显影，通过反应性离子蚀刻对光刻掩膜板进行蚀刻，以镍铁合金电镀液进行电铸，然后进行剥膜制程，再以翻模方式制作金属屏蔽；
步骤2，对未切割的LED晶圆或基板背面进行等离子蚀刻制程；
步骤3，将负型光刻胶倒入金属屏蔽上，并以自动印刷机印刷至LED晶圆或基板背面上，制作马鞍形结构的LED晶圆或基板散热层；
步骤4，将经过温和等离子体表面处理的LED晶圆或基板散热层放入低温水平磁控溅镀机真空溅镀或者真空蒸镀纳米级金属复合材料薄膜。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，步骤2中，等离子蚀刻制程中，真空度为0.001-0.000001托尔；持续时间为10-240秒；使用气体为氩气，氩气的纯度为99.999％。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其中，步骤3还包括：
步骤31，对印刷后的LED晶圆或基板背面进行深紫外光曝光，曝光能量为500-1000KJ，曝光时间为0.1-0.8ms；之后进行显影，所用的氢氧化钠浓度为3-8％，显影时间为10-30秒，温度为25-50℃；
步骤32，进行反应性离子蚀刻形成马鞍形结构，时间：10-50秒；之后进行剥膜制程；
步骤33，进行除水，对LED晶圆或基板背面进行清洗；之后进行等离子蚀刻，实现LED晶圆或基板散热层的微蚀和增加黏着性。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其中，步骤4中，真空溅镀或者真空蒸镀的靶材为纳米级铜铝复合材料、纳米级类钻碳材料、纳米级钻石材料、纳米级金属石墨复合材料或者纳米级金属陶瓷复合材料；靶材使用前进行除水。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其中，步骤4中，真空溅镀的真空度为0.001-0.000001毫米汞柱；时间为1-10分钟，使用气体为氩气，氩气的纯度为99.999％，以动量转移方式将纳米级金属复合材料薄膜沉积于LED晶圆或基板散热层上，沉积的厚度为0.00001-0.001毫米。
11.根据权利要求9所述的制备方法，其中，步骤4中，真空蒸镀的方式中，将纳米级金属复合材料粉末置入真空蒸镀机的坩锅室内进行蒸镀，时间1-10分钟；厚度为0.00001-0.001毫米；真空度为0.001-0.000001毫米汞柱；温度为100-1200℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent of invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: One of the 528251 Guangdong Province Nanhai District of Foshan city Guicheng street, No. 1 Yongan Road, valley optoelectronics industry community A block sixth layer Applicant after: GUANGDONG REAL FAITH LIGHTING TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 528251 Guangdong Province, Foshan City Nanhai Pingzhou Shawei Industrial District South Street No. 21 Applicant before: Guangdong Real Faith Lighting Co., Ltd. |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: GUANGDONG REAL FAITH LIGHTING CO., LTD. TO: GUANGDONG REAL FAITH LIGHTING TECHNOLOGY CO., LTD. |
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| 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: 20140625 Termination date: 20200930 |