CN103354269A

CN103354269A - 高可靠性smd led封装结构

Info

Publication number: CN103354269A
Application number: CN2013102385061A
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: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2033-06-17
Also published as: CN103354269B

Abstract

本发明涉及一种高可靠性SMD LED封装结构，包括金属基体，并且在所述金属基体上形成有耐压陶瓷层，在所述耐压陶瓷层上形成有金属电路层和高导热陶瓷层；而在所述金属电路层和高导热陶瓷层上设置有SMD LED灯珠。本发明所述的高可靠性SMD 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，而所述的耐压陶瓷层具有高的耐电压击穿性能。

Description

高可靠性SMD 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高可靠性SMD 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高可靠性SMD 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：

所述的高可靠性SMD LED封装结构，包括金属基体，并且在所述金属基体上形成有耐压陶瓷层，在所述耐压陶瓷层上形成有金属电路层和高导热陶瓷层；而在所述金属电路层和高导热陶瓷层上设置有SMD LED 灯珠。

其中，所述高导热陶瓷层的厚度为10-500 um；并且所述高导热陶瓷层优选为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SMD LED 灯珠的散热问题。

其中，所述耐压陶瓷层的厚度为10-500 um；并且所述耐压陶瓷层优选为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，所述高导热陶瓷层通过粉末烧结法形成，并利用钎焊接合到所述耐压陶瓷层上。

其中，所述活性钎焊使用的钎料含有0.5-0.8wt%的Ag、0.8-1.0 wt%的In、2.1-2.5 wt%的Ti、1.2-1.5 wt%的Si、5.2-7.2 wt%的Sn、2.7-3.2 wt%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。

其中，所述耐压陶瓷层通过溅射、蒸镀、电弧沉积、化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积法制备得到。优选，通过电弧沉积法制备得到所述耐压陶瓷层。

其中，所述耐压陶瓷层与所述金属基体之间还具有过渡层。

其中，所述金属电路层通过直接印刷金属浆料并烧结的方式制成。

其中，所述金属电路层和高导热陶瓷层形成金属和高导热陶瓷杂化层。

其中，所述金属电路层通过溅射、蒸镀、电弧沉积、化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积金属层，并通过干蚀刻得到所述金属电路层。

本发明的技术方案相比现有技术具有以下有益效果：

（1）本发明所述的高可靠性SMD LED封装结构中，所述的高导热陶瓷层的导热率大于50 W/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。

（2）本发明所述的高可靠性SMD 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。

（3）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 为本发明所述高可靠性SMD LED封装结构的示意图。

具体实施方式

如附图1所示，本发明所述的高可靠性SMD LED封装结构，包括金属基体10，并且在所述金属基体上形成有耐压陶瓷层20，在所述耐压陶瓷层20上形成有金属电路层30和高导热陶瓷层40；而在所述金属电路层30和高导热陶瓷层40上设置有SMD LED 灯珠50。所述高导热陶瓷层的厚度为10-500 um；并且所述高导热陶瓷层优选为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SMD LED 灯珠的散热问题。所述高导热陶瓷层通过粉末烧结法形成，并利用钎焊接合到所述耐压陶瓷层上。所述活性钎焊使用的钎料含有0.5-0.8wt%的Ag、0.8-1.0 wt%的In、2.1-2.5 wt%的Ti、1.2-1.5 wt%的Si、5.2-7.2 wt%的Sn、2.7-3.2 wt%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<2500 ppm。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。所述耐压陶瓷层的厚度为10-500 um；并且所述耐压陶瓷层优选为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。所述耐压陶瓷层通过溅射、蒸镀、电弧沉积、化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积法制备得到。优选，通过电弧沉积法制备得到所述耐压陶瓷层。此外，作为优选地，所述耐压陶瓷层与所述金属基体之间还具有过渡层。而所述金属电路层通过溅射、蒸镀、电弧沉积、化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积金属层，并通过干蚀刻得到所述金属电路层。

实施例1

本实施例所述的高可靠性SMD LED封装结构，包括金属基体10，并且在所述金属基体上形成有耐压陶瓷层20，在所述耐压陶瓷层20上形成有金属电路层30和高导热陶瓷层40；而在所述金属电路层30和高导热陶瓷层40上设置有SMD LED 灯珠50。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。所述高导热陶瓷层的厚度为10-500 um；并且所述高导热陶瓷层优选为AlN，并且通过公知的烧结法形成。而所述高导热陶瓷层与耐压陶瓷层之间通过活性钎焊接合。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、1.0 wt%的In、2.1 wt%的Ti、1.2 wt%的Si、5.2wt%的Sn、3.2 wt%的Al、0.95wt%的Mn、1.8wt%的Ni、0.5wt%的Ce、0.1wt%的B和余量的Cu。所述耐压陶瓷层的厚度为10-500 um；并且所述耐压陶瓷层优选为Al₂O₃，其通过电弧沉积法制备得到。

实施例2

本实施例所述的高可靠性SMD LED封装结构，包括金属基体10，并且在所述金属基体上形成有耐压陶瓷层20，在所述耐压陶瓷层20上形成有金属电路层30和高导热陶瓷层40；而在所述金属电路层30和高导热陶瓷层40上设置有SMD LED 灯珠50。所述的金属基体可以是铝或者铝合金基体；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。所述高导热陶瓷层的厚度为10-500 um；并且所述高导热陶瓷层优选为AlN，并且通过公知的烧结法形成。而所述高导热陶瓷层与耐压陶瓷层之间通过活性钎焊接合。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、0.8 wt%的In、2.1 wt%的Ti、1.5 wt%的Si、7.2 wt%的Sn、2.7 wt%的Al、0.65wt%的Mn、1.8wt%的Ni、0.5wt%的Ce、0.1wt%的B和余量的Cu。所述耐压陶瓷层优选为Al₂O₃，其通过电弧沉积法制备得到。在所述耐压陶瓷层与金属基体之间在所述铝基体与耐压陶瓷层之间沉积有金属过渡层，并且所述金属过渡层为非晶结构的铝过渡层，所述铝过渡层通过溅射沉积制备得到，沉积条件为：使用纯度为99.99%的Ar作为工作气体，流量20sccm，工作真空度为50 Pa，开启一对带有铝靶溅射阴极的中频溅射电源，电源功率10 kW；并同时开启偏压电源，偏压电源为高频脉冲偏压电源，电压幅值 -100V，频率20kHz，占空比为90%，基板沉积温度保持在20℃，沉积厚度为100 nm；在该低温条件下沉积的铝涂层具有非晶结构特征，为非导电结构，能够进一步提高结构的耐压强度，而且进一步提高了导热性。

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

1.一种高可靠性SMD LED封装结构，包括金属基体，其特征在于在所述金属基体上形成有耐压陶瓷层，并且在所述耐压陶瓷层上形成有金属电路层和高导热陶瓷层；而在所述金属电路层和高导热陶瓷层上设置有SMD LED 灯珠。

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

3.根据权利要求1或2所述的高可靠性SMD LED封装结构，其特征在于所述耐压陶瓷层的厚度为10-500 um；并且所述耐压陶瓷层为Al₂O₃、AlON或SiC。

4.根据权利要求2所述的高可靠性SMD LED封装结构，其特征在于所述高导热陶瓷层通过粉末烧结法形成，并利用钎焊接合到所述耐压陶瓷层上。

5.根据权利要求4所述的高可靠性SMD LED封装结构，其特征在于所述钎焊使用的钎料含有0.5-0.8wt%的Ag、0.8-1.0 wt%的In、2.1-2.5 wt%的Ti、1.2-1.5 wt%的Si、5.2-7.2 wt%的Sn、2.7-3.2 wt%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。

6.根据权利要求3所述的高可靠性SMD LED封装结构，其特征在于所述耐压陶瓷层通过溅射、蒸镀、电弧沉积、化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积法制备得到。

7.根据权利要求1或2所述的高可靠性SMD LED封装结构，其特征在于所述耐压陶瓷层与所述金属基体之间还具有过渡层。

8.根据权利要求1或2所述的高可靠性SMD LED封装结构，其特征在于所述金属电路层通过溅射、蒸镀、电弧沉积、化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积金属层，并通过干蚀刻得到所述金属电路层。

9.根据权利要求1或2所述的多陶瓷层印刷线路板，其特征在于所述金属电路层通过直接印刷金属浆料并烧结的方式制成。

10.根据权利要求1所述的多陶瓷层印刷线路板，其特征在于金属电路层和高导热陶瓷层形成金属和高导热陶瓷杂化层。