CN105932146A - 一种紫外发光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种紫外发光器，包括封装支架和紫外发光芯片，所述紫外发光芯片焊接于所述封装支架上，所述紫外发光器包括位于封装支架底部的散热装置。本发明紫外发光器的紫外发光芯片直接焊接于封装支架上，因而，紫外发光芯片产生的热量可以直接通过封装支架散出，散热装置可以进一步提高紫外发光芯片的散热效率，进而提高紫外发光器的出光效率。

Description

一种紫外发光器
技术领域
本发明涉及半导体光电器件技术领域，尤其涉及一种及紫外发光器。
背景技术
紫外线对细菌、病毒的杀灭作用一般在几秒内完成，紫外线消毒技术在所有消毒技术中，杀菌广谱性最高，几乎对所有的细菌、病毒都有高效杀灭作用。传统紫外光源是气体激光器和汞灯，存在着低效率、体积大、不环保和电压高等缺点，而深紫外LED光源具有功耗低、寿命长、无污染等优点。但是，在发光波长小于280纳米的深紫外领域，其发光二极管的发光功率和效率还相对很低。
目前国内外普遍采用的紫外发光器的封装形式如图1 和2 所示，即将发射紫外光的紫外发光芯片4首先通过金热超声焊（FlipChip Bonding）的方式倒装在倒装衬底3上，然后再通过银浆2贴片方式固定在封装支架1上面。注入紫外透光的树脂6进行局部填充或完全覆盖芯片4，或者完全裸露芯片4在空气中。再将紫外发光器4的正、负极通过引线15穿过支架1与设置在支架1底部的电极管脚11相连接，最后，在支架1的顶部安装透光的平窗或者透镜窗5，从而将紫外发光芯片4和倒装衬底3封装于由支架1和透镜窗5所形成的封装腔室中，完成最后的紫外发光器的封装整体结构。
这两种封装方式都采用倒装芯片（Flipchip Bonding）的普通平面结构，即上面出光的外延衬底是平片结构，下面倒装衬底3是通过银浆2固定在支架上，将空气或者树脂6作为芯片4和封装窗口5之间的界面，实现紫外发光器的出光。对于这两种封装方式，出光效率大大受到影响。原因是：
（1）散热性差导致出光效率低：紫外发光芯片4通过倒装衬底和银浆2固定于封装支架1内，银浆2本身的散热性能远小于金属的散热性能，因此，这种通过银浆2的间接散热方式会导致发光器内部热量散发缓慢，从而限制了紫外发光器的出光效率。
（2）全反射现象导致出光效率低：由于空气的折射率为1，树脂6折射率是1.4左右，而蓝宝石衬底的折射率通常大于2，导致芯片蓝宝石衬底面/ 气体（树脂6）界面出现严重的全反射现象，限制了芯片的出光效率；芯片发出的紫外光在石英或蓝宝石窗口5外部空气界面会再次生成全反射，二次降低了出光效率。
基于此，目前迫切需要进一步开发新型的紫外发光器的芯片结构和具有高出光效率的紫外发光器的封装方式。
发明内容
本发明提供了一种紫外发光芯片，实现提高发光二极管结构的光导出效率。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明提出了一种紫外发光器，包括封装支架和紫外发光芯片，所述紫外发光芯片焊接于所述封装支架上，所述紫外发光器包括位于封装支架底部的散热装置，散热装置可以加强紫外发光器的散热，提高出光效率。
进一步的，所述散热装置包括散热槽，所述封装支架的底部位于所述散热槽内，所述封装支架的底部与所述散热件之间设置有相变材料，所述封装支架的底部设置有孔隙。在紫外发光器的温度大于相变材料的相变温度时，相变材料相变为液体，封装支架底部的孔隙被液体填满，增加导热性，进一步加快了散热效果，提高紫外发光器的出光效率。
如上所述的紫外发光器，所述散热装置包括设置于所述封装支架的底部的散热管路，所述散热管路内具有散热介质，所述散热管路具有流入口和流出口。在散热管路中设置散热介质，进一步加快了散热效果，提高紫外发光器的出光效率。
进一步的，所述紫外发光器包括换热器，所述换热器与所述散热管路的流入口和流出口连通，所述换热器与所述流入口或流出口之间设置有用于使散热介质循环的部件。可以进一步加快散热效率，提高紫外发光器的出光效率。
如上所述的紫外发光器，所述紫外发光器包括用于对紫外发光芯片进行密封的光介质，所述光介质位于所述封装支架内，所述光介质上设置有透光窗，所述透光窗上设置有若干微米级或纳米级凸起结构。提高紫外发光器的出光效率。
如上所述的紫外发光器，所述透光窗为平面窗或半透镜，所述半透镜靠近紫外发光芯片的平面上设置有若干微米级或纳米级凸起结构。
如上所述的紫外发光器，所述紫外发光芯片的衬底上生成若干微米级或纳米级凸起结构。以进一步提高紫外发光器的出光效率。
如上所述的紫外发光器，所述封装支架的内底壁设置有反射层，反射层将紫外发光芯片发射至封装支架的内底壁方向的光反射至紫外发光器出光面，提高紫外发光器的出光效率。
进一步的，所述封装支架的内底壁上设置有电极，所述电极的表面设置有反射层。
如上所述的紫外发光器，所述封装支架的侧壁为喇叭口状，所述封装支架侧壁的内侧壁上设置有反射层，反射层将紫外发光芯片发射至封装支架的内侧壁方向的光反射至紫外发光器出光面，提高紫外发光器的出光效率。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明紫外发光器包括封装支架和紫外发光芯片，紫外发光芯片直接焊接于封装支架上，因而，紫外发光芯片产生的热量可以直接通过封装支架散出，可以提高紫外发光芯片的散热效率，进而提高紫外发光器的出光效率。紫外发光器包括位于封装支架底部的散热装置，散热装置可以加强紫外发光器的散热，提高出光效率。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有紫外发光器的第一种封装方式的结构示意图。
图2为现有紫外发光器的第二种封装方式的结构示意图。
图3为本发明具体实施例第一种封装方式的结构示意图。
图4为本发明具体实施例第二种封装方式的结构示意图。
图5为本发明具体实施例第三种封装方式的结构示意图。
图6为本发明具体实施例第四种封装方式的结构示意图。
图7为本发明具体实施例第五种封装方式的结构示意图。
图8为本发明具体实施例第六种封装方式的结构示意图。
图9为本发明具体实施例第七种封装方式的结构示意图。
图10为本发明具体实施例第八种封装方式的结构示意图。
图11为本发明具体实施例第九种封装方式的结构示意图。
图12为本发明具体实施例第十种封装方式的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图3所示，本实施例紫外发光器，包括封装支架1和紫外发光芯片4，紫外发光芯片4直接焊接于封装支架1上。为了减小紫外发光芯片4和封装支架1之间的散热通道，本实施例紫外发光器的封装方式取消了传统紫外发光芯片的倒装衬底和金线键合工艺和结构，而是采用了直接焊接方式将紫外发光芯片4直接和封装支架1焊接在一起。同时，紫外发光器包括位于封装支架1底部的散热装置。因而，减少了紫外发光芯片4的散热的通道，提高了散热效果，提高了发光器的效率和寿命，尤其是在大功率大电流的紫外发光器应用范围的应用。
具体而言，本实施例紫外发光器的紫外发光芯片4包括衬底41、发光器件42、P-电极43和N-电极44，发光器件42设置在衬底41上， P-电极43和N-电极44分别与发光器件42连接。封装支架1上具有电极10，封装支架1的底部外侧具有焊接电极11，电极10与焊接电极11导通。紫外发光芯片4的P-电极43和N-电极44直接通过焊材7焊接在封装支架1的电极10上。本实施例紫外发光芯片4与封装支架1的装配方式减少了紫外发光芯片4与封装支架1之间的散热通道。焊接的方式可以是金金、金锡、锡锡等方式，这些都比银浆的导热性要好。
本实施例的散热装置包括设置于封装支架1底部的散热管路（图中未示出），本实施例的散热管路设置于封装支架1内，散热管路优选为循环管路，散热管路内具有散热介质，散热管路具有流入口500和流出口600，流入口500和流出口600设置于封装支架1的底部。散热介质可以从流入口500流入散热管路，在散热管路中流动的过程中，吸收封装支架1的热量，并从流出口600流出，从而降低紫外发光器的温度，进一步加快了散热效果，提高紫外发光器的出光效率。
当然，散热管路也可为设置于封装支架1底部的表面，也可起到提高散热效果的作用。
为了进一步提高散热效率，本实施例所述紫外发光器包括换热器（图中未示出），换热器与散热管路的流入口500和流出口600连通，换热器与流入口500或流出口600之间设置有用于使散热介质循环的部件（图中未示出）。可以进一步加快散热效率，提高紫外发光器的出光效率。其中，用于使散热介质循环的部件可以根据散热介质进行选择，例如，散热介质为空气时，用于使散热介质循环的部件为风扇，散热介质为液体时，用于使散热介质循环的部件为循环泵。
为了进一步减小紫外发光芯片4的衬底41对光线产生全反射，本实施例对紫外发光芯片4的衬底41的发光面进行特殊加工，生成多个纳米级或微米级的凸起结构8，这样紫外发光芯片4发出的紫外线光就可以减少损失顺利透过衬底41，进一步提高了紫外发光器件的出光效率。其中，凸起结构8可以为半球形、圆锥台、椎体、多棱锥台等结构，但并不限定于上述结构。
本实施例的紫外发光器包括用于对紫外发光芯片4进行密封的光介质6和透光窗5，光介质6位于封装支架1内，光介质6上设置有透光窗5。密封的光介质6可以采用玻璃胶或者金锡金金共晶焊接或硅胶等方式，防止外界的空气和水气渗透到紫外发光器的工作环境中，造成紫外发光器短路或者衰竭。
本实施例由于紫外发光器的封装方式取消了传统紫外发光芯片的倒装衬底和金线键合工艺和结构，还可以避免打金线产生的吸光问题，进一步提高了紫外发光器的出光效率。
实施例二
基于上述实施例一，本实施例为了解决全反射造成的光损失，本实施例对透光窗5进行半导体工艺处理，在透光窗上形成若干微米级或纳米级的凸起结构5-1，以减少全反射，提高出光效率。其中，凸起结构5-1可以为半球形、圆锥台、椎体、多棱锥台等结构，但并不限定于上述结构。
具体的，如图4所示，本实施例的透光窗5可以为平面窗，平面窗上设置有若干微米级或纳米级凸起结构5-1。
如图5所示，本实施例的透光窗5还可以为5半透镜，5半透镜靠近紫外发光芯片的平面上设置有若干微米级或纳米级凸起结构5-1。
本实施例紫外发光芯片4的衬底41上的凸起结构8、透光窗5上的凸起结构5-1以及半透镜能够对紫外光产生协同效应能够大大提高紫外光的输出，经实验验证此结构至少提高了10%的出光效率。
实施例三
基于上述实施例一或实施例二，如图6所示，为了增加紫外发光器的出光，本实施例在封装支架1的内底壁设置有反射层13。优选的，反射层13位于封装支架1的内底壁的电极10上。反射层13可以将紫外发光芯片4发射至封装支架1的内底壁方向的光反射至紫外发光器出光面，提高紫外发光器的出光效率。
实施例四
基于上述实施例一或实施例二或实施例三，为了进一步改善紫外发光器件封装结构内部的光反射功能，如图7所示，本实施例封装支架1的侧壁为喇叭口状，封装支架1侧壁的内侧面上设置有反射层12。优选的，反射层12与封装支架1的底壁之间的夹角在110°-130°之间。反射层12形成了紫外光的内部反射通道，对紫外发光芯片4向侧面方向的出光以及从上部透光窗5反射回封装支架1内部的光进行二次反射，增加出光量，提高紫外发光器的出光效率。
实施例五
本实施例与实施例一、二、三、四的区别在于散热装置，如图8-12所示，本实施例的紫外发光器的散热装置包括散热槽400，封装支架1的底部位于散热槽400内，散热槽400可以提高封装支架1的散热，以降低紫外发光芯片4的工作温度，提高紫外发光器的出光效率和工作寿命。
为了进一步提高散热效率，本实施例在封装支架1的底部与散热槽400之间设置有相变材料300，封装支架1的底部设置有孔隙。在紫外发光器的温度小于相变材料300的温度时，相变材料300为固体，紫外发光器通过相变材料300和散热件400散热。在紫外发光器的温度大于相变材料300的相变温度时，相变材料300相变为液体，封装支架1底部的孔隙被液体填满，增加导热性，进一步加快了散热效果，提高紫外发光器的出光效率。本实施例优选的相变材料为：含有质量比27％的六水氯化钙、23％的六水氯化锶、7.5％的马来酸酐、6.5％的甲酸钠、7.5％的氯化钠、3.5％的过硫酸钾和25％的水。该相变材料相变温度在40℃，相变潜热为203KJ/KG，相变过程可逆，可循环使用次数为10000次以上。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种紫外发光器，其特征在于，包括封装支架和紫外发光芯片，所述紫外发光芯片焊接于所述封装支架上，所述紫外发光器包括位于封装支架底部的散热装置。
2.根据权利要求1所述的紫外发光器，其特征在于，所述散热装置包括散热槽，所述封装支架的底部位于所述散热槽内，所述封装支架的底部与所述散热件之间设置有相变材料，所述封装支架的底部设置有孔隙。
3.根据权利要求1所述的紫外发光器，其特征在于，所述散热装置包括设置于所述封装支架的底部的散热管路，所述散热管路内具有散热介质，所述散热管路具有流入口和流出口。
4.根据权利要求3所述的紫外发光器，其特征在于，所述紫外发光器包括换热器，所述换热器与所述散热管路的流入口和流出口连通，所述换热器与所述流入口或流出口之间设置有用于使散热介质循环的部件。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的紫外发光器，其特征在于，所述紫外发光器包括用于对紫外发光芯片进行密封的光介质，所述光介质位于所述封装支架内，所述光介质上设置有透光窗，所述透光窗上设置有若干微米级或纳米级凸起结构。
6.根据权利要求5所述的紫外发光器，其特征在于，所述透光窗为平面窗或半透镜，所述半透镜靠近紫外发光芯片的平面上设置有若干微米级或纳米级凸起结构。
7.根据权利要求5所述的紫外发光器，其特征在于，所述紫外发光芯片的衬底上生成若干微米级或纳米级凸起结构。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的紫外发光器，其特征在于，所述封装支架的内底壁设置有反射层。
9.根据权利要求8所述的紫外发光器，其特征在于，所述封装支架的内底壁上设置有电极，所述电极的表面设置有反射层。
10.根据权利要求1-5任意一项所述的紫外发光器，其特征在于，所述封装支架的侧壁为喇叭口状，所述封装支架侧壁的内侧面上设置有反射层。
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