CN104269492B - 全角度发光的功率型led及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开全角度发光的功率型LED及其制作方法。制作方法主要包括导电和导热柱的制作、电极的连接和导电和导热柱和金属连接面的连接等。导电和导热柱采用透光材料制备,并且在导电和导热柱通孔,用于形成导电电极。LED芯片直接焊接电和导热柱的界面上,可以有效将热量传递到导电和导热柱上,导电和导热柱材料具有高导热性能,在导电和导热柱底部有正电极、负电极焊接面,导电和导热柱与焊接面之间具有非常小的界面热阻,可以有效传导热量,降低了LED的热阻,保证高可靠和发光稳定性。

Description

全角度发光的功率型LED及其制作方法
技术领域
本发明涉及全角度发光的功率型LED技术领域,具体涉及全角度发光的功率型LED及其制作方法。
背景技术
借助混合集成电路成熟技术制造大功率发光二极管(LED)器件逐步推广应用,但是封装材料提出了更新、更高的要求,传统材料不再适用于高功率密度器件的封装。过去大量使用的铝、铜、可伐或半导体材料等不能达到良好的导热指标和轻便的要求,而且成本较高,已不能满足这种高功率密度的需要。在功率型LED中两种接触材料的热膨胀系数差异达到12ppm/K时,经过近百次热循环就会出现热疲劳失效,由于LED电流增加或因其高功率致使单位面积高热量产生,因此,为了保证此类设备的可靠性,就需要解决热管理这个问题。大功率LED照明光源需要解决的散热问题:晶片PN结到外延层;外延层到封装基板;封装基板到外部冷却装置再到空气。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足,提供全角度发光的功率型LED及其制作方法,具体技术方案如下。
全角度发光的功率型LED的制作方法,其包括如下步骤:
(1)导电和导热柱的制作:导电和导热柱采用透光材料制备,导电和导热柱为圆形柱或者菱形柱;
(2)在导电和导热柱上加工贯穿顶端和底部的通孔,用于安装陶瓷材料绝缘柱;
(3)制备陶瓷材料绝缘柱,陶瓷材料绝缘柱为中空结构,中空部分穿入导电线或中空部分内壁镀金属层;
(4)在导电和导热柱的顶端镀上正电极焊盘,正电极焊盘与导电和导热柱直接接触导电;在导热和导电柱顶端除正电极焊盘外,采用镀膜工艺技术,首先镀膜绝缘层,再镀导电层,即形成负电极焊盘;负电极焊盘与陶瓷材料绝缘柱中的导电线或中空内壁的金属镀层导电连接;在导热和导电柱底部形成器件负电极焊盘和器件正电极焊盘,采用镀膜工艺技术,在包含通孔部位的部分首先镀膜绝缘层,再度导电层Al材料,即形成器件负电极焊盘,将陶瓷材料绝缘柱中的导电线7或中空内壁的金属镀层与器件负电极焊盘导电连接;在导热和导电柱底部即与顶端正电极焊盘相对应的位置,采用镀膜工艺直接制备器件正电极焊盘;
(5)采用倒装结构LED芯片,倒装焊接到导电和导热柱的顶端,其中LED芯片正极倒装焊接到正电极焊盘上,负极倒装焊接到负电极焊盘上。
进一步地,所述透光材料为石墨烯材料、碳化硅或蓝宝石材料。
进一步地,LED芯片采用圆柱或者矩形柱结构,包括p型正电极、发光区、n型负电极,p型和n型电极在芯片同一平面上,当芯片为圆形时,上面和下面均为发光面,侧面为柱型面发光;当芯片为矩形结构时,六个表面形成发光面,即为体光源。
由上述制作方法制得的一种全角度发光的功率型LED,其包括LED芯片、导电和导热柱、陶瓷材料绝缘柱、器件正电极焊盘和器件负电极焊盘,导电和导热柱上顶面具有负电极焊盘和正电极焊盘,LED芯片倒装焊接在导电和导热柱顶面的负电极焊盘和正电极焊盘上,其中负电极焊盘与导电和导热柱之间绝缘,正电极焊盘与导电和导热柱导电连接,导电和导热柱开有通孔,通孔中装有陶瓷材料绝缘柱,陶瓷材料绝缘柱中安装有导电线或陶瓷材料绝缘柱的中空内壁镀有金属镀层导,负电极焊盘与陶瓷材料绝缘柱中的导电线或中空内壁的金属镀层导电连接;负电极焊盘和器件正电极焊盘在导热和导电柱底部,陶瓷材料绝缘柱中的导电线或中空内壁的金属镀层与器件负电极焊盘导电连接。
进一步地,所述通孔为矩形通孔,所述陶瓷材料绝缘柱为陶瓷材料矩形绝缘柱。
与现有技术相比,本发明具有如下优点和技术效果:本发明结构简单,制作方便。LED芯片直接焊接在导热和导电柱的界面上,可以有效将热量传递到导热柱上,导热柱中的热量通过底部的器件正电极、负电极焊接面传递出去,导热柱材料具有高导热性能。在导热和导电柱底部有器件负电极焊盘,导热和导电柱底部制备器件正电极焊盘,导热和导电柱与焊接面之间具有非常小的界面热阻较小,可以有效传导热量,降低了LED的热阻,保证高可靠和发光稳定性。LED芯片发出的光线四周发射,实现全角度出光目的,可以制造LED灯具产品。
附图说明
图1是本发明的大功率发光二极管结构示意图。
图2是本发明的导电和导热柱结构示意图。
图3是本发明的导电和导热柱结构的底视图。
图4是本发明的全角度发光的功率型LED的主视图。
在图1中在图1中,1是LED芯片,2是负电极焊盘,3是正电极焊盘,4是导热和导电柱,5是矩形通孔,6是陶瓷材料绝缘矩形柱,7是导电线,8是器件负电极焊盘,9是器件正电极焊盘。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施作进一步说明,但本发明的实施和保护范围不限于此。以下若有未特别详细说明的过程,均是本领域技术人员可参照现有技术实施的。
如图1至图4,根据图1设计LED总体结构,包括LED芯片1,负电极焊盘2,正电极焊盘3,导热和导电柱4,矩形通孔5,陶瓷材料矩形绝缘柱6,导电线7,器件负电极焊盘8,器件正电极焊盘9。陶瓷材料绝缘矩形柱6中设计有矩形通孔5,矩形通孔5中有导电线7,其中导电线7可以是导线,并且导线的一端焊接到负电极焊盘2上,另一端焊接到器件负电极焊盘8上,也可以采用电镀工艺对矩形通孔5进行电镀,形成通孔圆周铜材料,即构成导电。
在导热和导电柱4底部的器件负电极焊盘8区域,采用镀膜工艺技术,首先镀膜绝缘层(主要成分Al2O3材料),再度导电层Al材料,即形成器件负电极焊盘8。
根据图1和图2结构,采用倒装结构LED芯片,倒装焊接到导电和导热柱的顶端,其中LED芯片正极倒装焊接到正电极焊盘3上,负极倒装焊接到负电极焊盘2上。
矩形通孔中有导电线,导电线可以是导线,并且导线的一端焊接到负电极焊盘上,另一端焊接到器件负电极焊盘上,也可以采用电镀工艺对矩形通孔进行电镀,形成通孔圆周铜材料,即构成导电。导热和导电柱采用透光材料制备,透光材料可以是石墨烯材料、碳化硅、蓝宝石等为主要成分材料。导热和导电柱长度尺寸远远大于直径,LED芯片发出光线以圆周形式发射,实现全角度发光,形成一个柱型结构全角度发光的功率型LED,适合用于与LED球泡灯具等制造。
进一步实施的,导电和导热柱可以是圆形柱或者菱形柱。
具体制作方法如下:
(1)导电和导热柱的制作:导电和导热柱采用透光材料制备,导电和导热柱为圆形柱或者菱形柱;
(2)在导电和导热柱上加工贯穿顶端和底部的通孔5,用于安装陶瓷材料绝缘柱6;
(3)制备陶瓷材料绝缘柱,陶瓷材料绝缘柱为中空结构,中空部分穿入导电线7或中空部分内壁镀金属层;
(4)在导电和导热柱的顶端镀上正电极焊盘3,正电极焊盘3与导电和导热柱直接接触导电;在导热和导电柱顶端除正电极焊盘3外,采用镀膜工艺技术,首先镀膜绝缘层,再镀导电层,即形成负电极焊盘2;负电极焊盘2与陶瓷材料绝缘柱6中的导电线7或中空内壁的金属镀层导电连接;在导热和导电柱4底部形成器件负电极焊盘8和器件正电极焊盘9,采用镀膜工艺技术,在包含通孔部位的部分首先镀膜绝缘层,再度导电层Al材料,即形成器件负电极焊盘8,将陶瓷材料绝缘柱6中的导电线7或中空内壁的金属镀层与器件负电极焊盘8导电连接;在导热和导电柱4底部即与顶端正电极焊盘3相对应的位置,采用镀膜工艺直接制备器件正电极焊盘9,器件负电极焊盘8和器件正电极焊盘9分别占导电和导热柱直接接触导电底面的二分之一;
(5)采用倒装结构LED芯片,倒装焊接到导电和导热柱的顶端,其中LED芯片正极倒装焊接到正电极焊盘3上,负极倒装焊接到负电极焊盘2上。
如上即可较好的实现本发明,LED芯片直接焊接导电和导热柱的界面上,可以有效将热量传递到导电和导热柱上,导电和导热柱材料具有高导热性能,导电和导热柱与焊接面之间紧密接触,具有非常小的界面热阻,可以有效传导热量,降低了LED的热阻,保证高可靠和发光稳定性。

Claims (6)

1.全角度发光的功率型LED的制作方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)导电和导热柱的制作:导电和导热柱采用透光材料制备,导电和导热柱为圆形柱或者菱形柱;
(2)在导电和导热柱上加工贯穿顶端和底部的通孔(5),用于安装陶瓷材料绝缘柱(6);
(3)制备陶瓷材料绝缘柱,陶瓷材料绝缘柱为中空结构,中空部分穿入导电线(7)或中空部分内壁镀金属层;
(4)在导电和导热柱的顶端镀上正电极焊盘(3),正电极焊盘(3)与导电和导热柱直接接触导电;在导热和导电柱顶端除正电极焊盘(3)外,采用镀膜工艺技术,首先镀膜绝缘层,再镀导电层,即形成负电极焊盘(2);负电极焊盘(2)与陶瓷材料绝缘柱(6)中的导电线(7)或中空内壁的金属镀层导电连接;在导热和导电柱(4)底部形成器件负电极焊盘(8)和器件正电极焊盘(9),采用镀膜工艺技术,在包含通孔部位的部分首先镀膜绝缘层,再镀导电层Al材料,即形成器件负电极焊盘(8),将陶瓷材料绝缘柱(6)中的导电线7或中空内壁的金属镀层与器件负电极焊盘(8)导电连接;在导热和导电柱(4)底部即与顶端正电极焊盘(3)相对应的位置,采用镀膜工艺直接制备器件正电极焊盘(9);
(5)采用倒装结构LED芯片,倒装焊接到导电和导热柱的顶端,其中LED芯片正极倒装焊接到正电极焊盘(3)上,负极倒装焊接到负电极焊盘(2)上。
2.根据权利要求1所述的全角度发光的功率型LED的制作方法,其特征在于所述透光材料的主要成分为石墨烯材料、碳化硅或蓝宝石材料。
3.根据权利要求1所述的全角度发光的功率型LED的制作方法,其特征在于LED芯片采用圆柱或者矩形柱结构,包括p型正电极、发光区、n型负电极,p型和n型电极在芯片同一平面上,当芯片为圆形时,上面和下面均为发光面,侧面为柱型面发光;当芯片为矩形结构时,六个表面形成发光面,即为体光源。
4.根据权利要求1所述的全角度发光的功率型LED的制作方法,其特征在于器件负电极焊盘(8)和器件正电极焊盘(9)分别占导电和导热柱直接接触导电底面的二分之一。
5.由权利要求1~4任一项所述制作方法制得的一种全角度发光的功率型LED,其特征在于包括LED芯片(1)、导电和导热柱(4)、陶瓷材料绝缘柱(6)、器件正电极焊盘(9)和器件负电极焊盘(8),导电和导热柱(4)上顶面具有负电极焊盘(2)和正电极焊盘(3),LED芯片(1)倒装焊接在导电和导热柱(4)顶面的负电极焊盘(2)和正电极焊盘(3)上,其中负电极焊盘(2)与导电和导热柱之间绝缘,正电极焊盘(3)与导电和导热柱导电连接,导电和导热柱(4)开有通孔,通孔中装有陶瓷材料绝缘柱(6),陶瓷材料绝缘柱(6)中安装有导电线(7)或陶瓷材料绝缘柱的中空内壁镀有金属镀层,负电极焊盘(2)与陶瓷材料绝缘柱(6)中的导电线(7)或中空内壁的金属镀层导电连接;负电极焊盘(8)和器件正电极焊盘(9)在导热和导电柱(4)底部,陶瓷材料绝缘柱(6)中的导电线(7)或中空内壁的金属镀层与器件负电极焊盘(8)导电连接。
6.根据权利要求5所述的一种全角度发光的功率型LED,其特征在于所述通孔为矩形通孔,所述陶瓷材料绝缘柱为陶瓷材料矩形绝缘柱。
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