CN104124323B - 一种大功率led封装结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大功率LED封装结构及其制造方法，其结构包括有高散热基板、高导热材料、大功率LED芯片和电路层，所述高散热基板和高导热材料通过高导热粘合剂粘合为一体，所述高导热材料与大功率LED芯片接触的一面镀有金属膜层，所述大功率LED芯片用银浆粘合剂固定于金属膜层之上，所述大功率LED芯片周围设置电路层并通过导线连接，所述电路层上安放有荧光转换材料透镜。本发明通过在金刚石膜或类金刚石膜的高导热材料上分别设置大功率LED芯片和电路层并用导线连接，表面镀有钛银金属层，可快速有效地将芯片产生的热量从工作区导出并散发，使大功率LED芯片的稳定性和可靠性极大增强。本发明作为一种大功率LED封装结构及其制造方法可广泛应用于LED领域。

Description

一种大功率LED封装结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及LED领域，尤其是一种大功率LED封装结构及其制造方法。
背景技术
LED是一类可直接将电能转化为可见光和辐射能的发光器件，具有工作电压低、耗电量小、发光效率高、发光响应时间极短、光色纯、结构牢固、抗冲击、耐振动、性能稳定可靠、重量轻、体积小、成本低等诸多优点，已经越来越广泛的应用于照明和装饰灯具等领域中。
LED芯片的结温变化影响其出光效率、光衰、颜色、波长以及正向电压等光电色度和电气参数等，影响器件的寿命和可靠性。在努力增加其内外出光效率的同时增大其输入电流无疑是最有效的提高亮度的方法，但伴随着电流的增加会产生大量的热能，LED芯片节温升高其发光效率随之下降，为解决亮度增加和节温升高的矛盾，实现LED的高亮度、高稳定性，大功率LED散热问题的解决成为当务之急。
现有的大功率LED封装结构中，LED芯片一般都被固定于一金属基座上，芯片产生的热量先被传递至基座上。金属材料的导热性好，但是散热性能不佳、如一般用以制作金属基座的铝，热辐射率为0.05，通过热辐射散发的热量很少，只能采用对流方式散发大部分热量。为此，一般需要在金属基座上连接热沉（散热器）以达到散热目的，有时需要加设风扇等强制对流装置加快空气对流。在应用产品整体热阻中，热沉与外部环境之间的热阻是非常重要的组成部分，直接影响了LED芯片节温的变化。
现有的封装结构一般采用的基板为BT板，而BT板也称BT树脂基覆铜板，即在树脂上覆盖一层铜作为电路，树脂用于散热，覆盖铜作为电路，其导热率大约为16.5W/mK，导热及散热效果较差；还有的封装结构采用的高导热材料为铜或陶瓷等导热材料，但是铜的导热率大约为397W/mK，陶瓷的导热率大约为319W/mK，因此其导热及散热效果同样较差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种实现高亮度、高稳定性大功率LED封装结构。
为了解决上述技术问题，本发明的另一目的是：提供一种实现高亮度、高稳定性大功率LED封装的制造方法。
本发明所采用的技术方案是：一种大功率LED封装结构，包括有高散热基板、高导热材料、大功率LED芯片和电路层，所述高散热基板和高导热材料通过高导热粘合剂粘合为一体，所述高导热材料与大功率LED芯片接触的一面镀有金属膜层，所述大功率LED芯片用银浆粘合剂固定于金属膜层之上，所述金属膜层上的大功率LED芯片周围设置电路层，所述大功率LED芯片与电路层通过导线连接，所述电路层上安放有荧光转换材料透镜。
进一步，所述高导热材料为金刚石膜或类金刚石膜，所述高散热基板为铝、铜或者陶瓷的高散热率材料。
进一步，所述高散热基板上开设有凹槽，所述高导热材料通过高导热粘合剂与凹槽粘合为一体。
进一步，所述大功率LED芯片和电路层之间形成环形凹槽，所述环形凹槽中填充有硅胶。
进一步，所述金属膜层为钛银金属层。
本发明所采用的另一技术方案是：一种大功率LED封装的制造方法，包括有以下步骤：
A、在高散热基板上开设凹槽，并在高导热材料的一面镀好钛银金属层；
B、在高导热材料的另一面涂好高导热粘合剂然后将高导热材料块放入凹槽内，并施加一定的压力使高导热材料块通过高导热粘结剂与高散热基板粘合为一体；
C、在高导热材料上设置电路层，并在电路层上设置接线柱；
D、将大功率LED芯片通过银浆贴合在高导热材料位于凹槽内的未设置电路层表面上，在大功率LED芯片与电路层的接线柱之间用导线连接；
E、向大功率LED芯片与电路层之间形成的环形凹槽内填充硅胶，然后将荧光转换材料透镜安放在电路层上。
进一步，所述高导热材料为利用微波等离子体增强化学气相沉积法生长的多晶金刚石膜或类金刚石膜。
本发明的有益效果是：本发明的封装结构通过在高散热基板上放置包含电路层的高导热材料，在高导热材料上放置大功率LED芯片并用导线连接，可快速有效地将大功率LED芯片产生的热量从工作区导出并散发，使大功率LED芯片的稳定性和可靠性得到极大增强。
本发明的另一有益效果是：本发明的制造方法通过在高散热基板上分别设置大功率LED芯片和电路层，并用导线连接，同时利用金刚石膜或类金刚石膜作为高散热材料，并在表面镀有钛银合金，可快速有效地将大功率LED芯片产生的热量从工作区导出并散发，使大功率LED芯片的稳定性和可靠性得到极大增强。
附图说明
图1为本发明第一具体实施例结构示意图；
图2为本发明第二具体实施例结构示意图；
图3为本发明方法的步骤流程图。
其中：1、高散热基板；2、高导热粘合剂；3、高导热材料；4、金属膜层；5、银浆粘合剂；6、电路层；7、导线；8、大功率LED芯片；9、荧光转换材料透镜；10、硅胶。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
参照图3，本发明一种大功率LED封装的制造方法，高散热材料(金刚石膜、类金刚石膜)是利用微波等离子体增强化学气相沉积法（MPECVD）以甲烷（CH4）、氢气（H2）和氮气（N2）为反应气体在钼（Mo）基片上生长的自支撑多晶金刚石膜。实验结果金刚石膜直径为12毫米厚度高达900微米以上。
生长过程分为两个阶段：晶体形核和晶体生长
晶体形核阶段CH4：H2:N2=2.3:200:0(sccm)；815~825℃；12Kpa；120mim；
晶体生长阶段CH4：H2:N2=（3.0~5.0）:200:0(sccm)；995~1005℃；22.5~23Kpa；
所生长的类金刚石膜与钼基片之间粘黏性较差，能够自动脱落，经过打磨平整后在真空镀膜机中先蒸镀一层100um的钛（Ti）然后再蒸镀一层1mm的银（Ag）。
参照图1，本发明第一具体实施例，一种大功率LED封装结构，包括有高散热基板1、高导热材料3、大功率LED芯片8和电路层6，所述高散热基板1和高导热材料3通过高导热粘合剂2粘合为一体，所述高导热材料3与大功率LED芯片8接触的一面镀有金属膜层4，所述大功率LED芯片8用银浆粘合剂5固定于金属膜层4之上，所述金属膜层4上的大功率LED芯片8周围设置电路层6，所述大功率LED芯片8与电路层6通过导线7连接，所述电路层6上安放有荧光转换材料透镜9。
进一步作为优选的实施方式，所述高导热材料3为金刚石膜或类金刚石膜，所述高散热基板1为铝、铜或者陶瓷的高散热率材料。
本发明采用的高导热材料块由金刚石膜或类金刚石膜制成，该高散热材料块的厚度为1.0mm～1.5mm，且该高导热材料块的导热率为700W/mK～2000W/mK。按本发明所设计结构封装完成大功率LED器件后，测试所得器件热阻小于1℃/W，结温低于40℃。
进一步作为优选的实施方式，所述大功率LED芯片8和电路层6之间形成环形凹槽，所述环形凹槽中填充有硅胶10。
进一步作为优选的实施方式，所述金属膜层4为钛银金属层，所述金属层是先镀钛再镀银而制成。
高导热材料上表层镀有钛银金属层，钛银金属层也有反光杯的作用，在混合金属层上非与大功率LED芯片接触的部分设置有电路层，用于LED芯片电路连接。
进一步作为优选的实施方式，大功率LED芯片8通过高导热粘结剂5贴合在高导热材料3上，所述高导热粘结剂2为银浆或焊锡或金刚石微粒导热膏。
进一步作为优选的实施方式，固定在高散热基板1上的用于密封的透镜及灌装在透镜与高散热材料块之间的用于固定和保护大功率LED芯片以及提高大功率LED芯片出光效率的硅胶。固定在高散热基板上在硅胶外设置有一块透明光转换材料，为荧光树脂材料、荧光陶瓷或荧光玻璃材料。
参照图2，本发明第二具体实施例，在第一具体实施例的基础上，由铜或铝或陶瓷制成的高散热基板1上开设方形凹槽，该凹槽的底面和侧面平整光滑，高导热材料3的形状为与凹槽下半部分吻合的形状，且高导热材料3的上下表面均平整光滑。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出种种的等同变换或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (2)

1.一种大功率LED封装的制造方法，其特征在于：包括有以下步骤：
A、在高散热基板上开设凹槽，并在高导热材料的一面镀好钛银金属层；
B、在高导热材料的另一面涂好高导热粘合剂然后将高导热材料块放入凹槽内，并施加一定的压力使高导热材料块通过高导热粘结剂与高散热基板粘合为一体；
C、在高导热材料上设置电路层，并在电路层上设置接线柱；
D、将大功率LED芯片通过银浆贴合在高导热材料位于凹槽内的未设置电路层表面上，在大功率LED芯片与电路层的接线柱之间用导线连接；
E、向大功率LED芯片与电路层之间形成的环形凹槽内填充硅胶，然后将荧光转换材料透镜安放在电路层上。
2.根据权利要求1所述的一种大功率LED封装的制造方法，其特征在于：所述高导热材料为利用微波等离子体增强化学气相沉积法生长的金刚石膜或类金刚石膜。
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