CN109262797A - 一种集成封装发光器件的3d打印方法 - Google Patents

一种集成封装发光器件的3d打印方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109262797A
CN109262797A CN201811095977.0A CN201811095977A CN109262797A CN 109262797 A CN109262797 A CN 109262797A CN 201811095977 A CN201811095977 A CN 201811095977A CN 109262797 A CN109262797 A CN 109262797A
Authority
CN
China
Prior art keywords
printing
printed
emitting device
copper
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811095977.0A
Other languages
English (en)
Inventor
杨功寿
卢洪
郑小平
李成明
王�琦
张国义
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongguan Institute of Opto Electronics Peking University
Original Assignee
Dongguan Institute of Opto Electronics Peking University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dongguan Institute of Opto Electronics Peking University filed Critical Dongguan Institute of Opto Electronics Peking University
Priority to CN201811095977.0A priority Critical patent/CN109262797A/zh
Publication of CN109262797A publication Critical patent/CN109262797A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/52—Encapsulations
    • H01L33/54—Encapsulations having a particular shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls

Abstract

本发明公开了一种集成封装发光器件的3D打印方法，包括步骤：设计模型，转换成可识别的文件格式，在铜基底上打印具有散热通道的陶瓷基板，以及打印出凹槽和线槽，然后在凹槽内打印电子元器件，线槽中打印石墨烯线路，再打印一层陶瓷薄料层，将电子元器件和石墨烯线路覆盖，根据分层切片信息，直到散热通道、电子元器件和线路打印完毕；接着打印晶片焊盘、电源外接焊盘及相关表层线路；打印碗杯，碗杯内壁喷涂反光层材料，在晶片焊接处打印一层焊料，固上晶片加热固定；然后再次打印键合丝、荧光粉胶，后续装上透镜完成封装。本发明不仅极大简化了传统工艺、缩短了生产周期、降低了制造成本，而且在产品尺寸微型化、复杂化提供了更多的选择。

Description

一种集成封装发光器件的3D打印方法
技术领域
本发明属于陶瓷基板制作及LED封装技术的领域，具体地说是一种集成封装发光器件的3D打印方法。
背景技术
陶瓷基板产品的问世，开启了散热应用行业的发展。由于陶瓷基板散热特色，加上陶瓷基板具有高散热、低热阻、寿命长、耐电压等优点，广泛应用于LED封装、功率电子器件、多芯片模块等各个领域。
陶瓷金属化，是在陶瓷表面牢固地粘附一层金属薄膜，使之实现陶瓷和金属间的焊接，现有钼锰法、镀金法、镀铜法、镀锡法、镀镍法、LAP法（激光后金属镀）等多种金属化工艺。然而现目前陶瓷金属化工艺只能仅限于在陶瓷正反两表面做电路（这两层电路连接方式是利用激光打孔，通过电镀、化学镀等方式相连接），即最多只能做两层电路。如要实现多层电路的话，只能通过已金属化的陶瓷基板粘接方式实现，粘接剂导热率远远低于陶瓷本身，从而阻碍了热量的传递，加速了LED光衰老化、降低使用寿命。
随着LED技术的不断发展，小型化、长寿命、低能耗已成为当今LED发展的趋势，这就要求需更高的技术来支撑。因此，需要一种低成本、高效率的制造方法，以解决现有技术中遇到的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种集成封装发光器件的3D打印方法，不仅极大简化了传统工艺、缩短了生产周期、降低了制造成本，而且在产品尺寸微型化、复杂化提供了更多的选择。
为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种集成封装发光器件的3D打印方法，包括以下步骤：
根据设计要求用三维作图软件画出模型，转换成3D打印设备能够识别的文件格式；
打印铜基底，在铜基底上打印具有散热通道的陶瓷基板，铜基底上具有安装接口，该安装接口设有标准螺纹，以便与外界相连接；
在陶瓷基板上打印出凹槽和线槽，在该凹槽中打印各种相应电子元器件，然后按照设定路径在线槽中喷射打印导电浆料，固化后形成导电电路；
再喷射打印一层陶瓷薄料层，将电子元器件和导电电路覆盖；
根据分层切片信息，直至散热通道、电子元器件和导电电路打印完毕；
根据设定参数打印晶片焊盘、电源外接焊盘及相关表层线路；
固设碗杯，碗杯内壁周围喷一层反光层材料，然后在LED芯片焊盘焊接处打印一层焊料，为下一步贴晶片作准备；
将固化成型的陶瓷基板从3D打印机中移出，将LED晶片固装在焊料上，然后放入烤箱加温使其LED晶片与焊料粘接牢固；
烘烤完后再次将陶瓷基板放在3D打印机上，若LED晶片是正装芯片，则按设计要求打印键合丝，若LED晶片是倒装芯片，则不用打印健合丝，然后切换打印喷头，在LED晶片上表面打印一层荧光粉胶，打印完成，从3D打印机上取出，再贴上透镜得到集成封装发光器件。
所述陶瓷基板上用于固装电子元器件的凹槽的内壁喷涂一层导热缓冲材料层。
所述铜基底的材质为金属铜、铝、银、钢或金属化合物。
所述陶瓷基板的材质为氮化铝（AlN）、氧化铝（Al2O3）、碳化硅（SiC）、莫来石（3Al2O3 ▪ 2SiO2）和氧化铍（BeO）中的一种或者两种以上。
所述散热通道为直线状、弯曲状，或者横向和纵向交错排布。
所述导电电路材料为石墨烯，或银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、钠(Na)、钼(Mo)、钨(W)、锌(Zn)、镍(Ni)、铁(Fe)、铂(Pt)、锡(Sn)、铅(Pb)，或者是银铜、镉铜、铝镁硅、铝镁合金材料。
所述导电电路为单层电路或者多层电路，每层导电电路的布局为规则的横竖交替布置，或者是不规则布置。
所述碗杯为3D打印、或通过机械加工获得。
所述芯片焊盘、电源外接焊盘及相关表层线路的材料为银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)或镍钯金。
本发明与现有技术相比，主要具有以下优点及效果：
（1）本发明实现了将导热管道植入陶瓷基板内部，导热管道可根据设计要求既可横纵性也可弯曲走向，既可以快速地降温也可以缩小灯具整体体积；
（2）陶瓷基板内部电路使用石墨烯新型材质，石墨烯具有优异的导电性能、极高的强度与柔韧性、非常好的热传导性能；
（3）电子元器件植入陶瓷基板内部，实现了高效、低成本植入电子产品一体化制造，材料、结构与器件的一体化打印，无缝集成封装；
（4）利用3D打印技术实现了在晶片表面喷涂荧光粉胶工艺，这样的封装形式大大降低了成本，减小了LED光源的体积和重量，提高了产品的性能。
附图说明
附图1为本发明实施例一剖面结构示意图；
附图2为本发明实施例二剖面结构示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明中，根据不同的打印需求，3D打印设备的打印喷头具有相应的移动操作，可选择性的灵活处置。
实施例1
如附图1所示，一种集成封装发光器件的3D打印方法，包括以下步骤：
S1,根据设计要求用三维作图软件画出模型，转换成3D打印设备能够识别的文件格式。
S2,以金属铜作为材料打印具有散热通道接口的铜基底1，散热通道3接口设有螺纹，便于连接，在铜基底1上打印具有散热通道3的陶瓷基板2，散热通道3的端口正对着铜基底1上的散热通道接口，陶瓷基板的材质为氮化铝。散热通道的走向为弯曲和直线复合结构，并且可以同时具有横向的散热通道3a和纵向的散热通道3b。
S3,在陶瓷基板2上打印一层陶瓷，具有凹槽和线槽，在凹槽内壁喷涂一层导热缓冲材料层，以解决电子元器件的热胀冷缩和散热问题，在该凹槽中打印各种电子元器件4，然后按照设定路径在线槽中喷射打印石墨烯导电浆料，固化后形成导电电路5。
S4,再喷射打印一层陶瓷薄料层，将电子元器件和导电电路覆盖。
S5,根据分层切片信息，重复上述动作直至散热通道、电子元器件及导电电路打印完毕，即完成带有散热管道、内部电子元器件及其导电电路连接的陶瓷基板整体结构打印。
S6，根据设定参数打印芯片焊盘、电源外接焊盘7及相关表层线路，对于表层线路，相对应于封装线路，可采用银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)，也可以是镍钯金制成。除了采用3D打印方式之处，还可以采用电镀、化学镀方式形成。
S7，打印碗杯6，碗杯6内壁周围喷一层反射层材料，然后在LED芯片焊盘焊接处打印一层焊料9，为下一步贴晶片作准备。该碗杯还可以通过机械加工制成。
S8,将固化成型的陶瓷基板2从3D打印机中移出，手工或者在固晶机上将正装类型的LED晶片10（图示为垂直结构LED）固在上一步所打印焊料9上，然后放入烤箱加温使其两者牢固地粘接。
S9，烘烤完后再次将陶瓷基板2放在3D打印机上，若LED晶片10是正装芯片，则按设计要求打印键合丝8，若LED晶片是倒装芯片，则不用打印健合丝，然后切换打印喷头，在LED晶片上表面打印一层荧光粉胶11，打印完成，从3D打印机上取出，再贴上透镜12得到集成封装发光器件。
实施例2
如附图2所示，打印步骤与实施例一基本一致，包括铜基底1、陶瓷基板2、散热通道3、电子元器件4、导电电路5、碗杯6、电源外接焊盘7、焊料9、LED晶片10、荧光粉胶11、透镜12。不同在于使用倒装类型的LED晶片，此时不需要打印键合丝，直接通过焊料实现电气连接。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述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，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种集成封装发光器件的3D打印方法，包括以下步骤：
根据设计要求用三维作图软件画出模型，转换成3D打印设备能够识别的文件格式；
打印铜基底，在铜基底上打印具有散热通道的陶瓷基板，铜基底上具有安装接口，该安装接口设有标准螺纹，以便与外界相连接；
在陶瓷基板上打印出凹槽和线槽，在该凹槽中打印各种相应电子元器件，然后按照设定路径在线槽中喷射打印导电浆料，固化后形成导电电路；
再喷射打印一层陶瓷薄料层，将电子元器件和导电电路覆盖；
根据分层切片信息，直至散热通道、电子元器件和导电电路打印完毕；
根据设定参数打印晶片焊盘、电源外接焊盘及相关表层线路；
固设碗杯，碗杯内壁周围喷一层反光层材料，然后在LED芯片焊盘焊接处打印一层焊料，为下一步贴晶片作准备；
将固化成型的陶瓷基板从3D打印机中移出，将LED晶片固装在焊料上，然后放入烤箱加温使其LED晶片与焊料粘接牢固；
烘烤完后再次将陶瓷基板放在3D打印机上，若LED晶片是正装芯片，则按设计要求打印键合丝，若LED晶片是倒装芯片，则不用打印健合丝，然后切换打印喷头，在LED晶片上表面打印一层荧光粉胶，打印完成，从3D打印机上取出，再贴上透镜得到集成封装发光器件。
2.根据权利要求1所述的集成封装发光器件的3D打印方法，其特征在于，所述陶瓷基板上用于固装电子元器件的凹槽的内壁喷涂一层导热缓冲材料层。
3.根据权利要求2所述的集成封装发光器件的3D打印方法，其特征在于，所述铜基底的材质为金属铜、铝、银、钢或金属化合物。
4.根据权利要求3所述的集成封装发光器件的3D打印方法，其特征在于，所述陶瓷基板的材质为氮化铝（AlN）、氧化铝（Al2O3）、碳化硅（SiC）、莫来石（3 Al2O3 ▪ 2SiO2）和氧化铍（BeO）中的一种或者两种以上。
5.根据权利要求4所述的集成封装发光器件的3D打印方法，其特征在于，所述散热通道为直线状、弯曲状，或者横向和纵向交错排布。
6.根据权利要求5所述的集成封装发光器件的3D打印方法，其特征在于，所述导电电路材料为石墨烯，或银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、铝(Al)、钠(Na)、钼(Mo)、 钨(W)、锌(Zn)、镍(Ni)、铁(Fe)、铂(Pt)、锡(Sn)、铅(Pb)，或者是银铜、镉铜、铝镁硅、铝镁合金材料。
7.根据权利要求6所述的集成封装发光器件的3D打印方法，其特征在于，所述导电电路为单层电路或者多层电路，每层导电电路的布局为规则的横竖交替布置，或者是不规则布置。
8.根据权利要求7所述的集成封装发光器件的3D打印方法，其特征在于，所述碗杯为3D打印、或通过机械加工获得。
9.根据权利要求8所述的集成封装发光器件的3D打印方法，其特征在于，所述芯片焊盘、电源外接焊盘及相关表层线路的材料为银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)或镍钯金。
CN201811095977.0A 2018-09-19 2018-09-19 一种集成封装发光器件的3d打印方法 Pending CN109262797A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811095977.0A CN109262797A (zh) 2018-09-19 2018-09-19 一种集成封装发光器件的3d打印方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811095977.0A CN109262797A (zh) 2018-09-19 2018-09-19 一种集成封装发光器件的3d打印方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109262797A true CN109262797A (zh) 2019-01-25

Family

ID=65197683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811095977.0A Pending CN109262797A (zh) 2018-09-19 2018-09-19 一种集成封装发光器件的3d打印方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109262797A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110421839A (zh) * 2019-07-26 2019-11-08 成都职业技术学院 基于3d打印的二极管及其打印方法
WO2022013215A1 (de) * 2020-07-15 2022-01-20 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur herstellung eines bauelements und optoelektronisches bauelement

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104226568A (zh) * 2014-08-07 2014-12-24 华南理工大学 一种基于3d打印原理的led荧光粉涂覆方法及系统
CN106410011A (zh) * 2015-07-27 2017-02-15 广东德力光电有限公司 一种倒装芯片的3d打印封装方法
WO2017045245A1 (zh) * 2015-09-18 2017-03-23 深圳市华星光电技术有限公司 3d打印机及3d打印方法
CN207246931U (zh) * 2017-08-29 2018-04-17 扬州奥泰钢杆照明科技发展有限公司 一种高效散热led道路照明灯具
CN108269775A (zh) * 2018-01-24 2018-07-10 中国科学院地质与地球物理研究所 一种基于3d打印的系统级封装方法和封装系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104226568A (zh) * 2014-08-07 2014-12-24 华南理工大学 一种基于3d打印原理的led荧光粉涂覆方法及系统
CN106410011A (zh) * 2015-07-27 2017-02-15 广东德力光电有限公司 一种倒装芯片的3d打印封装方法
WO2017045245A1 (zh) * 2015-09-18 2017-03-23 深圳市华星光电技术有限公司 3d打印机及3d打印方法
CN207246931U (zh) * 2017-08-29 2018-04-17 扬州奥泰钢杆照明科技发展有限公司 一种高效散热led道路照明灯具
CN108269775A (zh) * 2018-01-24 2018-07-10 中国科学院地质与地球物理研究所 一种基于3d打印的系统级封装方法和封装系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110421839A (zh) * 2019-07-26 2019-11-08 成都职业技术学院 基于3d打印的二极管及其打印方法
CN110421839B (zh) * 2019-07-26 2021-09-28 成都职业技术学院 基于3d打印的二极管及其打印方法
WO2022013215A1 (de) * 2020-07-15 2022-01-20 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur herstellung eines bauelements und optoelektronisches bauelement

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1992362B (zh) 光半导体器件
US20100090239A1 (en) Ceramic package structure of high power light emitting diode and manufacturing method thereof
CN103730431B (zh) 一种大功率阵列led芯片表面散热结构及制作方法
JP2006049442A (ja) 半導体発光装置およびその製造方法
CN102263194A (zh) 半导体封装与制造半导体封装的方法
KR20090001849A (ko) 열전달 비아홀을 구비한 발광 다이오드 패키지 및 그의제조방법
KR20100093527A (ko) Ｌｅｄ 패키지 기판 및 그것을 사용한 ｌｅｄ 패키지
CN104409616A (zh) 一种覆晶led集成光源结构及其制备方法
JP4309030B2 (ja) 発光装置
CN109262797A (zh) 一种集成封装发光器件的3d打印方法
JP2007273602A (ja) 発光素子用配線基板および発光装置
CN107845722A (zh) 一种led车灯导热封装结构、led车灯及制造方法
CN104392942A (zh) 无压低温烧结纳米银焊膏封装大功率igbt器件的方法
CN101552262B (zh) 多晶粒封装单元及其制造方法
CN108834319A (zh) 一种陶瓷基板多层电路的3d打印方法
JP4163932B2 (ja) 発光素子収納用パッケージおよび発光装置
CN207602619U (zh) 一种led车灯导热封装结构、led车灯
CN106252338A (zh) 一种高导热mcob的封装方法
WO2017067149A1 (zh) 一种led球泡灯及其制备方法
CN205543689U (zh) 一种高功率半导体激光器
CN108870314A (zh) 汽车照明装置
CN208579191U (zh) 柔性led灯丝条及用柔性led灯丝条的led灯丝灯
CN208655679U (zh) 一种倒装led器件
CN208655696U (zh) 一种led倒装芯片封装器件结构
JP5898575B2 (ja) 半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190125