CN103354254B

CN103354254B - 多陶瓷层led封装结构

Info

Publication number: CN103354254B
Application number: CN201310238636.5A
Authority: CN
Inventors: 高鞠
Original assignee: SUZHOU JINGPIN OPTICAL-ELECTRONICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Shanghai Jingqing Energy Technology Co ltd
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2033-06-17
Also published as: CN103354254A

Abstract

本发明涉及一种多陶瓷层LED封装结构，包括金属基体，并且在所述金属基体上依次形成有耐压陶瓷层和高导热陶瓷层，在所述高导热陶瓷层上形成有金属电路层和荧光陶瓷层；而在所述金属电路层和荧光陶瓷层上设置有LED芯片。本发明所述的印刷线路板具有多个功能陶瓷层，能够实现导热、耐高压击穿和提高LED光效的目的。

Description

多陶瓷层LED封装结构

技术领域

本发明属于电子技术领域，更具体的说，本发明涉及一种用于光学器件的多陶瓷层LED封装结构。

背景技术

用于光学和/或电子的器件，如集成电路或者激光二极管均需要利用热传导材料来进行传热。为此需要采用金属基体，如铜基体，并且在所述光学和/或电子的器件与金属基体之间经常需要电隔离。而有些陶瓷材料具有较高的热传导效率并且对电是绝缘的。为此经常在光学和/或电子的器件与金属基体之间使用高导热的陶瓷材料作为用于提供电隔离而又仍然维持热传导性的中间材料。为了提供从光学和/或电子的器件向金属基体的高效传热，在陶瓷与金属基体之间提供良好的热界面是必需的。随着光学和/或电子的器件的发展，对它们的性能要求也越来越苛刻，例如需要进一步提高集成电路的集成度，需要提高LED的发光效率等，从而对所述的陶瓷中间层的性能要求也越来越高，例如作为陶瓷中间层不仅需要具有高的导热率、电绝缘率，还需要具有高的电压击穿强度，还需要具有荧光特性；而这些性能要求通过单一的陶瓷功能层往往难以实现，而且研究也表明通过复合陶瓷涂层也难以满足所有的需求，而且复合陶瓷涂层由于各组份的热膨胀系数往往差别较大，反复经历不同温度的循环环境下，产生的内应力可能导致陶瓷层产生裂纹甚至导致破裂失效。

发明内容

为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种多陶瓷层LED封装结构。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明所述的多陶瓷层LED封装结构，包括金属基体，并且在所述金属基体上依次形成有耐压陶瓷层和高导热陶瓷层，在所述高导热陶瓷层上形成有金属电路层和荧光陶瓷层；而在所述金属电路层和荧光陶瓷层上设置有LED芯片。

其中，所述荧光陶瓷层为稀土掺杂的陶瓷层，所述荧光陶瓷层的厚度为10-100um；并且优选为Ce掺杂的YAG层或Eu掺杂的SiN层。

其中，所述高导热陶瓷层的厚度为10-500um；并且优选为AlN、AlON或SiN。所述的高导热陶瓷层能够实现横向和径向的热传导，解决光学和/或电子部件的散热问题。

其中，所述耐压陶瓷层的厚度为10-500um；并且优选为Al₂O₃、AlON或SiC。所述的耐压陶瓷层能够防止高电压击穿的问题，提高所述结构的安全性和稳定性。

其中，所述荧光陶瓷层、高导热陶瓷层和耐压陶瓷层通过粉末烧结法形成。

其中，所述金属基板与耐压陶瓷层之间、耐压陶瓷层与高导热陶瓷层之间，以及高导热陶瓷层与荧光陶瓷层之间均通过活性钎焊接合。

其中，所述金属电路层和荧光陶瓷层形成金属和陶瓷杂化层。

其中，所述活性钎焊使用的钎料含有0.5-0.8wt%的Ag、0.8-1.0wt%的In、2.1-2.5wt%的Ti、1.2-1.5wt%的Si、5.2-7.2wt%的Sn、2.7-3.2wt%的Al、0.65-0.95wt%的Mn、1.8-2.1wt%的Ni、0.5-0.7wt%的Ce、0.1-0.2wt%的B和余量的Cu。

本发明的技术方案相比现有技术具有以下有益效果：

（1）本发明所述的多陶瓷层LED封装结构中，所述荧光陶瓷层可以将LED蓝光转化至可见光，从而可以显著提高光效。

（2）本发明所述的多陶瓷层LED封装结构中，所述的高导热陶瓷层的导热率大于50W/mK,能够实现横向和径向的热传导，解决光学和/或电子部件的散热问题。

（3）本发明所述的多陶瓷层LED封装结构中，所述的耐压陶瓷层具有高的耐电压击穿性能。

（4）本发明所述的封装结构中，所述的钎料改变以往配方由单质粉料混合钎焊后焊接曾均匀性差，成分易偏折，钎焊温度较高，质量稳定性差的等诸多缺点，提高了钎焊层与金属基体以及陶瓷层之间的浸润性，并且提高了钎焊层冶金接合的可靠性。

附图说明

图1为本发明所述多陶瓷层LED封装结构的结构示意图。

具体实施方式

如附图1所示，本所述的多陶瓷层LED封装结构，包括金属基体10，并且在所述金属基体10上依次形成有耐压陶瓷层20和高导热陶瓷层30，在所述高导热陶瓷层30上形成有金属电路层40和荧光陶瓷层50；而在所述金属电路层40和荧光陶瓷层50上设置有LED芯片60。所述荧光陶瓷层为稀土掺杂的陶瓷层，所述荧光陶瓷层的厚度为10-100um；并且优选为Ce掺杂的YAG层或Eu掺杂的SiN层。所述高导热陶瓷层的厚度为10-500um；并且优选为AlN、AlON或SiN。所述的高导热陶瓷层能够实现横向和径向的热传导，解决光学和/或电子部件的散热问题。所述耐压陶瓷层的厚度为10-500um；并且优选为Al₂O₃、AlON或SiC。所述的耐压陶瓷层能够防止高电压击穿的问题，提高所述结构的安全性和稳定性。所述荧光陶瓷层、高导热陶瓷层和耐压陶瓷层通过粉末烧结法形成。而且所述金属基板与耐压陶瓷层之间、耐压陶瓷层与高导热陶瓷层之间，以及高导热陶瓷层与荧光陶瓷层之间均通过活性钎焊接合。其中，所述活性钎焊使用的钎料含有0.5-0.8wt%的Ag、0.8-1.0wt%的In、2.1-2.5wt%的Ti、1.2-1.5wt%的Si、5.2-7.2wt%的Sn、2.7-3.2wt%的Al、0.65-0.95wt%的Mn、1.8-2.1wt%的Ni、0.5-0.7wt%的Ce、0.1-0.2wt%的B和余量的Cu。所述活性钎焊使用的钎料通过水雾法制备得到，其制备方法包括以下步骤：（1）将上述配比的金属粉末原料混合并加热熔化形成合金液，利用压力≥40MPa的雾化水对所述合金液进行冷却粉碎处理，形成合金粉末；（2）对所述合金粉末进行干燥和还原退火处理得到所述的钎料，其中还原退火气氛采用氢气退火，退火温度为250-300℃，退火时间为20-30分钟，还原退火后所述稀土预合金粉末中氧含量<2500ppm。在本发明中，所述的钎料改变以往配方由单质粉料混合钎焊后焊接曾均匀性差，成分易偏折，钎焊温度较高，质量稳定性差的等诸多缺点，提高了钎焊层与金属基体以及陶瓷层之间的浸润性，并且提高了钎焊层冶金接合的可靠性。

实施例1

本所述的多陶瓷层LED封装结构，包括金属基体10，并且在所述金属基体10上依次形成有耐压陶瓷层20和高导热陶瓷层30，在所述高导热陶瓷层30上形成有金属电路层40和荧光陶瓷层50；而在所述金属电路层40和荧光陶瓷层50上设置有LED芯片60。所述的金属基体可以是Al、Cu、Ag和Ni等金属基体或者它们的合金基体；所述的金属电路层是通过沉积的导电金属层通过干法蚀刻形成的，所述的导电金属通常优选Cu、Ag、Al或它们的合金材料。所述的多陶瓷层LED封装结构中，所述多陶瓷层均通过公知的烧结法形成，所述荧光陶瓷层为Ce掺杂的YAG层，该Ce掺杂的YAG层是通过烧结铈掺杂的钇铝石榴石粉末得到的，烧结温度为1350-1500℃，其中铈的掺杂量为3.2-5.0wt%。而所述金属基板与耐压陶瓷层之间、耐压陶瓷层与高导热陶瓷层之间，以及高导热陶瓷层与荧光陶瓷层之间均通过活性钎焊接合。并且所述活性钎焊采用上述水雾法制备得到，而使用的钎料中含有0.8wt%的Ag、1.0wt%的In、2.1wt%的Ti、1.2wt%的Si、5.2wt%的Sn、3.2wt%的Al、0.95wt%的Mn、1.8wt%的Ni、0.5wt%的Ce、0.1wt%的B和余量的Cu。

实施例2

本所述的多陶瓷层LED封装结构，包括金属基体10，并且在所述金属基体10上依次形成有耐压陶瓷层20和高导热陶瓷层30，在所述高导热陶瓷层30上形成有金属电路层40和荧光陶瓷层50；而在所述金属电路层40和荧光陶瓷层50上设置有LED芯片60。所述的金属基体可以是Al、Cu、Ag和Ni等金属基体或者它们的合金基体；所述的金属电路层是通过沉积的导电金属层通过干法蚀刻形成的，所述的导电金属通常优选Cu、Ag、Al或它们的合金材料。所述的多陶瓷层LED封装结构中，所述多陶瓷层均通过公知的烧结法形成，所述荧光陶瓷层为Eu掺杂的SiN层，该Eu掺杂的SiN层是通过烧结铕掺杂的氮化硅粉末得到的，烧结温度为1500-1700℃，铕的掺杂量为2.1-3.0wt%。而所述金属基板与耐压陶瓷层之间、耐压陶瓷层与高导热陶瓷层之间，以及高导热陶瓷层与荧光陶瓷层之间均通过活性钎焊接合。并且所述活性钎焊采用上述水雾法制备得到，而使用的钎料中含有0.5wt%的Ag、0.8wt%的In、2.1wt%的Ti、1.5wt%的Si、7.2wt%的Sn、2.7wt%的Al、0.65wt%的Mn、1.8wt%的Ni、0.5wt%的Ce、0.1wt%的B和余量的Cu。

对于本领域的普通技术人员而言，应当理解可以在不脱离本发明公开的范围以内，可以采用等同替换或等效变换形式实施上述实施例。本发明的保护范围并不限于具体实施方式部分的具体实施例，只要没有脱离发明实质的实施方式，均应理解为落在了本发明要求的保护范围之内。

Claims

1.一种多陶瓷层LED封装结构，包括金属基体，其特征在于在所述金属基体上依次形成有耐压陶瓷层和高导热陶瓷层，在所述高导热陶瓷层上形成有金属电路层和荧光陶瓷层；而在所述金属电路层和荧光陶瓷层上设置有LED芯片；所述金属基板与耐压陶瓷层之间、耐压陶瓷层与高导热陶瓷层之间，以及高导热陶瓷层与荧光陶瓷层之间均通过活性钎焊接合。

2.根据权利要求1所述的多陶瓷层LED封装结构，其特征在于所述荧光陶瓷层为稀土掺杂的陶瓷层，所述荧光陶瓷层的厚度为10-100um。

3.根据权利要求2所述的多陶瓷层LED封装结构，其特征在于所述荧光陶瓷层Ce掺杂的YAG层或Eu掺杂的SiN层。

4.根据权利要求1或2所述的多陶瓷层LED封装结构，其特征在于所述高导热陶瓷层的厚度为10-500um；并且所述高导热陶瓷层为AlN、AlON或SiN。

5.根据权利要求1所述的多陶瓷层LED封装结构，其特征在于所述耐压陶瓷层的厚度为10-500um；并且所述耐压陶瓷层为Al₂O₃、AlON或SiC。

6.根据权利要求1所述的多陶瓷层LED封装结构，其特征在于所述荧光陶瓷层、高导热陶瓷层和耐压陶瓷层通过粉末烧结法形成。

7.根据权利要求1所述的多陶瓷层LED封装结构，其特征在于所述活性钎焊使用的钎料含有0.5-0.8wt％的Ag、0.8-1.0wt％的In、2.1-2.5wt％的Ti、1.2-1.5wt％的Si、5.2-7.2wt％的Sn、2.7-3.2wt％的Al、0.65-0.95wt％的Mn、1.8-2.1wt％的Ni、0.5-0.7wt％的Ce、0.1-0.2wt％的B和余量的Cu。

8.根据权利要求7所述的多陶瓷层LED封装结构，其特征在于所述活性钎焊使用的钎料通过水雾法制备得到，其制备方法包括以下步骤：(1)将上述配比的金属粉末原料混合并加热熔化形成合金液，利用压力≥40MPa的雾化水对所述合金液进行冷却粉碎处理，形成合金粉末；(2)对所述合金粉末进行干燥和还原退火处理得到所述的钎料，其中还原退火气氛采用氢气退火，退火温度为250-300℃，退火时间为20-30分钟，还原退火后所述钎料中氧含量<2500ppm。