CN110021695A - 大功率led封装用基板及其制备方法、大功率led封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大功率LED封装用基板及其制备方法、大功率LED封装结构，所述基板包括金属基体、位于金属基体上的绝缘导热层、及位于绝缘导热层和/或金属基体上方且与金属基体电性连接的电极，所述绝缘导热层通过扫描式微弧氧化方法在金属基体上生长形成，所述电极包括第一电极及第二电极。本发明基于微弧氧化的基板可优化传统的封装结构，减少导热通道的热阻，能有效解决大功率LED的散热问题，可广泛用于大功率LED散热基板或衬底的制备。
Description
技术领域
本发明涉及大功率LED封装技术领域，特别是涉及一种大功率LED封装用基板及其制备方法、大功率LED封装结构。
背景技术
微弧氧化技术是在硬质阳极氧化技术基础上发展起来的金属材料表面陶瓷化技术，与传统的热喷涂、激光熔覆、阳极氧化等表面技术相比，微弧氧化技术具有工艺简单、易于操作的优点，得到的膜层的厚度与基体结合好、综合性能好等优点，尽管微弧氧化具有诸多的优点，通常微弧氧化很难在表面大的工件上实施，这严重限制了它在工程上的进一步应用，一方面，在传统的微弧氧化中，整个工件需要被浸泡在工作液中，导致了电解液的浪费以及对电源功率的巨大考验；另一方面，通常只有小部分面积的工件表面区域需要处理，例如暴露在腐蚀环境下的表面或充当摩擦副的表面，因此整体的微弧氧化实际上造成了巨大的浪费。
另外，在微弧氧化处理过程中，电解液中的阀金属在高电压的作用下会产生等微离子放电，不断击穿膜的表面，致使陶瓷层中形成微孔和微裂纹，陶瓷膜层的微孔越多，致密性越低，将会显著降低陶瓷膜的耐蚀性、绝缘性及热传递等应用性能。这在一定程度限制了应用，如大功率LED，在使用微弧氧化膜层充当大功率LED散热基板的绝缘层时，膜层孔隙的存在会极大增加封装接触界面的接触热阻，同时孔隙的存在也影响接触面积，使散热能力极大缩减。
大功率LED是迈向下一代照明光源的主力军，但目前大功率LED还存在一些技术问题亟待解决。在光电转换时，大约有80～90％的电能变成热量，随着LED产品功率密度和封装密度的提高，这将会引起LED芯片内部热量聚集，导致出光效率下降、使用寿命缩短等一系列问题，严重影响了LED的可靠性。因此，在推广大功率LED产品时必须选择有效的散热解决方案。
目前，陶瓷基板比金属基板有更好的散热性能，但是陶瓷基板的制作工艺复杂、成本过高在某种程度上制约了其在LED行业的批量化应用。因此仍需要制备一种成本较低的散热基板能够和芯片直接封装在一起，可以减少散热路径上对散热阻碍较大的材料层，进而降低导热路径上的热阻来保证大功率LED的发展有更高的光电转换效率和更优的散热性能。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种大功率LED封装用基板及其制备方法、大功率LED封装结构。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大功率LED封装用基板及其制备方法、大功率LED封装结构。
为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：
一种大功率LED封装用基板，所述基板包括金属基体、位于金属基体上的绝缘导热层、及位于绝缘导热层和/或金属基体上方且与金属基体电性连接的电极，所述绝缘导热层通过扫描式微弧氧化方法在金属基体上生长形成，所述电极包括相对设置的第一电极及第二电极。
作为本发明的进一步改进，所述绝缘导热层为具有孔洞的微弧氧化膜层，微弧氧化膜层的孔洞中填充有纳米陶瓷粉和/或环氧树脂粉。
作为本发明的进一步改进，所述微弧氧化膜层为微弧陶瓷层。
作为本发明的进一步改进，所述金属基体为一体化的金属基体，所述第一电极和第二电极位于绝缘导热层上方。
作为本发明的进一步改进，所述金属基体包括相互分离设置的第一金属基体和第二金属基体，绝缘导热层包括位于第一金属基体和第二金属基体上方的第一绝缘导热层、及位于第一金属基体和第二金属基体之间空隙内的第二绝缘导热层，所述第一电极位于第一金属基体和绝缘导热层上方，第二电极位于第二金属基体及绝缘导热层上方。
作为本发明的进一步改进，所述基板包括金属基板底座，所述金属基体紧密压合于金属基板底座上方。
本发明另一实施例提供的技术方案如下：
一种大功率LED封装用基板的制备方法，所述制备方法包括：
将合金原料进行切割、打磨、抛光、清洗之后得到金属基体；
在金属基体表面形成绝缘导热层，通过扫描式微弧氧化方法在金属基体表面生长微弧氧化膜层，并对微弧氧化膜层进行封孔处理；
在绝缘导热层和/或金属基体上方制备分别与第一金属基体和第二金属基体电性连接的第一电极和第二电极。
作为本发明的进一步改进，“通过扫描式微弧氧化方法在金属基体表面生长微弧氧化膜层”具体为：
以金属基体作为阳极，不锈钢管作为阴极，管状阴极垂直于阳极金属基体表面；
控制管状阴极的扫描轨迹，对阳极金属基体按照预设图案进行往复扫描，扫描过程中工作液从管状阴极中匀速喷出，阴极和阳极之间形成微弧放电区域，在金属基体表面与工作液接触的范围内发生微弧氧化，生长得到微弧氧化膜层。
作为本发明的进一步改进，“对微弧氧化膜层进行封孔处理”包括为：
粉体涂布，在微弧氧化膜层表面涂布纳米陶瓷粉和/或环氧树脂粉，使纳米陶瓷粉和/或环氧树脂粉填充至微弧氧化膜层的孔洞中；
粉体烧结，使用介质阻挡放电产生的放电丝对纳米陶瓷粉和/或环氧树脂粉进行烧结。
作为本发明的进一步改进，所述粉体烧结步骤中，放电电压为AC500～2000V，频率为10～1000Hz，烧结时间为0.5～1.5h。
作为本发明的进一步改进，所述金属基体为一体化的金属基体，所述第一电极和第二电极位于绝缘导热层上方。
作为本发明的进一步改进，所述金属基体包括相互分离设置的第一金属基体和第二金属基体，绝缘导热层包括位于第一金属基体和第二金属基体上方的第一绝缘导热层、及位于第一金属基体和第二金属基体之间空隙内的第二绝缘导热层，所述第一电极位于第一金属基体和绝缘导热层上方，第二电极位于第二金属基体及绝缘导热层上方。
本发明再一实施例提供的技术方案如下：
一种大功率LED封装结构，所述大功率LED封装结构上述的基板、通过固晶胶固定在绝缘层上方的LED芯片、位于基板上表面外围裸露处的焊盘、封装于基板上的支架、封装于基板上方的环氧透镜，所述焊盘、LED芯片位于环氧透镜内部，焊盘通过引线与LED芯片电性连接，电极引脚贯穿支架并与所述焊盘电性连接。
本发明的有益效果是：
本发明微弧氧化膜层制备工艺简单，摒弃了传统的浸入式微弧氧化的弊端，阴阳极能产生相对运动，通过控制阴极移动轨迹能够在基体表面局部范围、小面积范围内进行微弧氧化，最终形成实际所需的图案化微弧氧化膜层，能节约原材料、降低工艺成本；
微弧氧化膜层的原位生长的方式增加了陶瓷与阀金属的接触面积，能满足大功率LED导热性、绝缘性和耐腐蚀性要求；微弧氧化膜层封孔方法不需要在溶液中进行，更不会额外增加微弧氧化膜层的厚度，介质阻挡放电的烧结方式能够使粉体和膜层紧密结合、不易脱落，使膜层能达到更高致密性要求；
本发明能从纵横两个方向增强LED芯片的散热能力，封装方式不仅适用于单晶LED封装，还适用于多晶LED的集成封装。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a、1b为本发明实施例1中基板的剖视结构示意图及俯视结构示意图；
图2为本发明实施例1中基板的局部结构示意图；
图3a、3b为本发明实施例2中基板的剖视结构示意图及俯视结构示意图；
图4为本发明实施例3中基板制备方法的流程示意图；
图5为本发明实施例3中粉体烧结采用的介质阻挡放电加热装置的结构示意图；
图6为本发明实施例4中大功率LED封装结构的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种大功率LED封装用基板，包括金属基体、位于金属基体上的绝缘导热层、及位于绝缘导热层和/或金属基体上方且与金属基体电性连接的电极，绝缘导热层通过扫描式微弧氧化方法在金属基体上生长形成，电极包括相对设置的第一电极及第二电极。
本发明还公开了一种大功率LED封装用基板的制备方法，包括：
将合金原料进行切割、打磨、抛光、清洗之后得到金属基体；
在金属基体表面形成绝缘导热层，通过扫描式微弧氧化方法在金属基体表面生长微弧氧化膜层，并对微弧氧化膜层进行封孔处理；
在绝缘导热层和/或金属基体上方制备分别与第一金属基体和第二金属基体电性连接的第一电极和第二电极。
另外，本发明还公开了一种大功率LED封装结构，包括上述的基板、通过固晶胶固定在绝缘层上方的LED芯片、位于基板上表面外围裸露处的焊盘、封装于基板上的支架、封装于基板上方的环氧透镜，所述焊盘、LED芯片位于环氧透镜内部，焊盘通过引线与LED芯片电性连接，电极引脚贯穿支架并与所述焊盘电性连接。
本发明中在阀金属表面原位生长出几十微米的陶瓷膜层，通过纳米陶瓷粉填充膜层的孔洞，并用介质阻挡放电高温烧结陶瓷粉，形成致密性良好的膜层，其中原位生长的方式增加了陶瓷与阀金属的散热面积，提高了导热性能，适用于大功率LED散热基板制作，能更好地迎合LED市场散热需求。
通过选择性扫描方式在铝合金基体表面局部区域原位生长出几十微米的微弧氧化膜层，该膜层的厚度远远薄于现有市面上的绝缘层材料。为了增加膜层的致密性，选择采用纳米陶瓷粉填充膜层的孔洞，并用介质阻挡放电高温烧结陶瓷粉，以形成致密性良好的膜层。按照实际需求，可以控制扫描轨迹，形成不同的膜层图案。
关于LED封装，LED芯片可以直接封装在膜层表面和基板直接接触，减少了传统封装结构带来的无用热阻。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
参图1a、图1b、图2所示，本实施例中的一种大功率LED封装用基板，包括金属基体11、位于金属基体上的绝缘导热层12、位于绝缘导热层和金属基体上方且与金属基体电性连接的电极14、及位于金属基体11下方的金属基板底座13。其中，金属基体11包括相互分离设置的第一金属基体111和第二金属基体112，第一金属基体111和第二金属基体112分别紧密压合于金属基板底座上方；电极包括相对设置的第一电极141及第二电极142，第一电极位141于第一金属基体111和绝缘导热层12上方，第二电极142位于第二金属基体112及绝缘导热层12上方。
其中，绝缘导热层12通过扫描式微弧氧化方法在金属基体上生长形成，绝缘导热层12包括位于第一金属基体111和第二金属基体112上方的第一绝缘导热层121、及位于第一金属基体111和第二金属基体112之间空隙内的第二绝缘导热层122，第一绝缘导热层121可设计成不同的图案纹路。
优选地，绝缘导热层12为具有孔洞的微弧氧化膜层1201，微弧氧化膜层的孔洞120中填充有纳米陶瓷粉1202，并通过烧结助剂1203进行烧结，绝缘导热层的厚度为10～100微米。本实施例中的微弧氧化膜层1201为微弧陶瓷层，孔洞中通过纳米陶瓷粉进行填充，在其他实施例中微弧氧化膜层也可以为其他的绝缘导热材料层，孔洞中也可以通过环氧树脂粉进行填充。
本实施例中的第一金属基体111和第二金属基体112材质为铝合金，金属基板底座13材质为铜，在其他实施例中可以选用其他金属材质。
实施例2：
参图3a、图3b所示，本实施例中的金属基体11为一体化的金属基体，第一电极141和第二电极142位于绝缘导热层12上方，绝缘导热层12位于金属基体11上方，金属基板底座13位于金属基体11下方。
实施例3：
参图4所示，本实施例中大功率LED封装用基板的制备方法，包括以下步骤：
将合金原料进行切割、打磨、抛光、清洗之后得到金属基体；
在金属基体表面形成绝缘导热层，通过扫描式微弧氧化方法在金属基体表面生长微弧氧化膜层，并对微弧氧化膜层进行封孔处理；
在绝缘导热层和/或金属基体上方制备分别与第一金属基体和第二金属基体电性连接的第一电极和第二电极。
具体地，“通过扫描式微弧氧化方法在金属基体表面生长微弧氧化膜层”具体为：
以金属基体作为阳极，不锈钢管作为阴极，管状阴极垂直于阳极金属基体表面；
控制管状阴极的扫描轨迹，对阳极金属基体按照预设图案进行往复扫描，扫描过程中工作液从管状阴极中匀速喷出，阴极和阳极之间形成微弧放电区域，在金属基体表面与工作液接触的范围内发生微弧氧化，生长得到微弧氧化膜层。
具体地，“对微弧氧化膜层进行封孔处理”包括为：
粉体涂布，在微弧氧化膜层表面涂布纳米陶瓷粉，使纳米陶瓷粉填充至微弧氧化膜层的孔洞中；
粉体烧结，使用介质阻挡放电产生的放电丝对纳米陶瓷粉进行烧结，优选地，放电电压为AC 500～2000V，频率为10～1000Hz，烧结时间为0.5～1.5h。
本实施例中基板的制备方法具体步骤如下：
1、铝合金基体通过将合金原料进行切割、打磨、抛光、清洗之后得到。
首先将样品通过金相切割机按照合适尺寸切割成薄平板形状，接着采用金相磨抛机分别使用400目、800目、1000目、1500目、2000目的砂纸进行逐级打磨，然后在抛光盘中进行抛光处理，其中磨抛转速分别为450rpm和600rpm。采用无水乙醇或者去离子水对抛光后的样品进行超声波清洗30min，然后将超声清洗后的样品放在干燥箱内进行干燥10min，取出备用。此过程需在洁净空间内操作。
2、绝缘导热层是基于扫描式微弧氧化技术，在铝合金基体表面进行局部微弧氧化制备。
制备时，以经过前处理后的铝合金基体作为阳极，以一根较小截面积的不锈钢管作为阴极，管状阴极垂直于铝合金基体待处理部位的表面，在较慢的速度下通过数字化控制阴极的扫描轨迹，对阳极铝合金基体按照预定图案实施往复扫描，完成大面积的微弧氧化处理。工作液从该钢管口中匀速喷出，该过程阴阳两极与工作液形成小型的微弧放电区域，在铝合金基体表面与溶液接触的小面积范围内发生剧烈的微弧氧化过程，即可在工件表面加工出所需的局部微弧氧化膜层。
另外，图案式的微弧氧化膜层需进行封孔处理，以纳米陶瓷粉作为填充物，采用手工涂布的方式将陶瓷粉展平至均匀平整效果，然后使用介质阻挡放电产生的高温放电丝对粉体进行烧结以形成致密性良好的微弧氧化膜层。微弧氧化膜层封孔处理包括粉体涂布与粉体烧结两个步骤：
2.1、将制备有微弧氧化膜层的铝合金基体放入超声清洗机中清洗30min，除去表面污渍，然后再对其在加热炉上加热干燥，加热温度至100℃，一段时间后将纳米陶瓷粉与烧结助剂按照一定的质量比称量混合，并将混合物均匀的涂布在微弧氧化膜层上面，然后对粉体进行微振和按压处理使陶瓷粉更加均匀地填充膜层表面的微孔，选用的粉体材质为与膜层成分类似的Al2O3陶瓷粉末，平均粒径为30nm，纯度99.9％，比表面积100m2/g，体积密度1.5g/cm3，晶型为α相；
2.2、冷却5min后，将膜层移至图5所示的介质阻挡放电加热装置上进行烧结处理。合适的烧结助剂来降低氧化铝陶瓷的烧结温度，使其既能与氧化铝形成固熔体，又能生成液相，这样降低了氧化铝陶瓷的烧结活化能，进一步促进氧化铝陶瓷的烧结。
结合图5所示，介质阻挡放电加热装置包括用于放置待加热工件10的加热台201、与加热台相连的电源202、位于加热台201上方的石英玻璃管203、与石英玻璃管203及电源202相连的导体头204。
介质阻挡放电在放电电压AC500～2000V、放电频率10～1000Hz的作用下间隙中产生等离子体放电丝，运动工作台带动套有盲孔石英玻璃管的导体头沿着微弧氧化轨迹运动，并使其与微弧氧化膜层表面形成较大间隙(h为3mm左右)，介质阻挡放电产生的高温等离子体放电丝对微弧氧化膜层上的纳米陶瓷粉进行0.5～1.5h的烧结处理。烧结处理后的陶瓷粉能够和膜层孔隙有效接触并达成致密效果。
3、电极的制备。
绝缘导热层上面通过镀金、镀银、镀铜或镀铝形成金属线，得到相互分离的第一电极和第二电极。
实施例6：
参图6并结合图1a、图1b、图2所示，本实施例中的大功率LED封装结构，包括实施例1中的基板10、通过固晶胶21固定在绝缘层上方的LED芯片20、位于基板10上表面外围裸露处的焊盘30、封装于基板上的支架40、封装于基板上方的环氧透镜50，焊盘30、LED芯片20位于环氧透镜50内部，焊盘30通过引线60与LED芯片20电性连接，且焊盘30分别于第一电极141和第二电极142电性连接，电极引脚70贯穿支架40并与焊盘30电性连接。
优选地，本实施例中的焊盘是采用激光融化的方式将焊料融化制成，焊盘的厚度为10～30微米，焊料的材料为Sn-3.0Ag-0.7Cu。
本发明针对大功率LED的散热问题，选择从基板和封装结构层面改善其散热性能。
关于基板制备，选择导热性能较好的铝合金作为基体，通过选择性扫描方式在基体表面局部区域原位生长出几十微米的微弧氧化膜层作为绝缘导热层，采取有选择性的在铝合金表面进行微弧氧化，氧化的区域可组合成一幅图案，供实际应用所需，本发明完全克服常规微弧氧化必须将工件浸没在电解液中进行的限制，极大地弥补了传统浸入式微弧氧化方式产生的能耗大、浪费多的缺点。为了解决膜层上的孔洞与缝隙对膜层的绝缘和导热性能的影响，采用一种新的二次复合方法对普通微弧氧化处理产生的孔隙和裂纹进行封孔处理。通过纳米陶瓷粉填充微弧氧化膜层的孔隙与裂纹，然后用介质阻挡放电产生的高能量密度的电流细丝烧结陶瓷，形成致密性较好、表面平滑、绝缘性、导热性较好的陶瓷层，与常规的膜层封孔方式，如环氧树脂相比，本发明封孔方式能在不额外增加膜层的同时提高其导热性能，耐腐蚀性能，同时填充物能够与微弧氧化膜层结合牢固，不易脱落。
关于LED封装主要是制备的基板作为衬底材料，将LED芯片直接封装在基板上表面中央，减少了散热通道上的整体热阻，降低了LED芯片的结温。LED芯片外围的环形散热层由于混合了导热胶和石墨烯材料，提高了LED芯片向外周散热的能力。
因此，本发明可以从纵横两个方向改善散热性能，基于微弧氧化的散热基板可优化传统的封装结构，减少导热通道的热阻，能有效解决大功率LED的散热问题，可广泛用于大功率LED散热基板或衬底的制备。
应当理解的是，本发明各实施例中绝缘导热层的图案设计是根据大功率LED的线路排布方式进行设计的，需结合实际大功率LED的实际使用场景，作合理布局，而不限于上述实施例中的具体布局。
由以上技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：
本发明微弧氧化膜层制备工艺简单，摒弃了传统的浸入式微弧氧化的弊端，阴阳极能产生相对运动，通过控制阴极移动轨迹能够在基体表面局部范围、小面积范围内进行微弧氧化，最终形成实际所需的图案化微弧氧化膜层，能节约原材料、降低工艺成本；
微弧氧化膜层的原位生长的方式增加了陶瓷与阀金属的接触面积，能满足大功率LED导热性、绝缘性和耐腐蚀性要求；微弧氧化膜层封孔方法不需要在溶液中进行，更不会额外增加微弧氧化膜层的厚度，介质阻挡放电的烧结方式能够使粉体和膜层紧密结合、不易脱落，使膜层能达到更高致密性要求；
本发明能从纵横两个方向增强LED芯片的散热能力，封装方式不仅适用于单晶LED封装，还适用于多晶LED的集成封装。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (13)
1.一种大功率LED封装用基板，其特征在于，所述基板包括金属基体、位于金属基体上的绝缘导热层、及位于绝缘导热层和/或金属基体上方且与金属基体电性连接的电极，所述绝缘导热层通过扫描式微弧氧化方法在金属基体上生长形成，所述电极包括相对设置的第一电极及第二电极。
2.根据权利要求1所述的大功率LED封装用基板，其特征在于，所述绝缘导热层为具有孔洞的微弧氧化膜层，微弧氧化膜层的孔洞中填充有纳米陶瓷粉和/或环氧树脂粉。
3.根据权利要求2所述的大功率LED封装用基板，其特征在于，所述微弧氧化膜层为微弧陶瓷层。
4.根据权利要求1所述的大功率LED封装用基板，其特征在于，所述金属基体为一体化的金属基体，所述第一电极和第二电极位于绝缘导热层上方。
5.根据权利要求1所述的大功率LED封装用基板，其特征在于，所述金属基体包括相互分离设置的第一金属基体和第二金属基体，绝缘导热层包括位于第一金属基体和第二金属基体上方的第一绝缘导热层、及位于第一金属基体和第二金属基体之间空隙内的第二绝缘导热层，所述第一电极位于第一金属基体和绝缘导热层上方，第二电极位于第二金属基体及绝缘导热层上方。
6.根据权利要求4或5所述的大功率LED封装用基板，其特征在于，所述基板包括金属基板底座，所述金属基体紧密压合于金属基板底座上方。
7.一种大功率LED封装用基板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将合金原料进行切割、打磨、抛光、清洗之后得到金属基体；
在金属基体表面形成绝缘导热层，通过扫描式微弧氧化方法在金属基体表面生长微弧氧化膜层，并对微弧氧化膜层进行封孔处理；
在绝缘导热层和/或金属基体上方制备分别与第一金属基体和第二金属基体电性连接的第一电极和第二电极。
8.根据权利要求7所述的大功率LED封装用基板的制备方法，其特征在于，“通过扫描式微弧氧化方法在金属基体表面生长微弧氧化膜层”具体为：
以金属基体作为阳极，不锈钢管作为阴极，管状阴极垂直于阳极金属基体表面；
控制管状阴极的扫描轨迹，对阳极金属基体按照预设图案进行往复扫描，扫描过程中工作液从管状阴极中匀速喷出，阴极和阳极之间形成微弧放电区域，在金属基体表面与工作液接触的范围内发生微弧氧化，生长得到微弧氧化膜层。
9.根据权利要求7所述的大功率LED封装用基板的制备方法，其特征在于，“对微弧氧化膜层进行封孔处理”包括为：
粉体涂布，在微弧氧化膜层表面涂布纳米陶瓷粉和/或环氧树脂粉，使纳米陶瓷粉和/或环氧树脂粉填充至微弧氧化膜层的孔洞中；
粉体烧结，使用介质阻挡放电产生的放电丝对纳米陶瓷粉和/或环氧树脂粉进行烧结。
10.根据权利要求9所述的大功率LED封装用基板的制备方法，其特征在于，所述粉体烧结步骤中，放电电压为AC500～2000V，频率为10～1000Hz，烧结时间为0.5～1.5h。
11.根据权利要求7所述的大功率LED封装用基板的制备方法，其特征在于，所述金属基体为一体化的金属基体，所述第一电极和第二电极位于绝缘导热层上方。
12.根据权利要求7所述的大功率LED封装用基板的制备方法，其特征在于，所述金属基体包括相互分离设置的第一金属基体和第二金属基体，绝缘导热层包括位于第一金属基体和第二金属基体上方的第一绝缘导热层、及位于第一金属基体和第二金属基体之间空隙内的第二绝缘导热层，所述第一电极位于第一金属基体和绝缘导热层上方，第二电极位于第二金属基体及绝缘导热层上方。
13.一种大功率LED封装结构，其特征在于，所述大功率LED封装结构包括权利要求1～6中任一项所述的基板、通过固晶胶固定在绝缘层上方的LED芯片、位于基板上表面外围裸露处的焊盘、封装于基板上的支架、封装于基板上方的环氧透镜，所述焊盘、LED芯片位于环氧透镜内部，焊盘通过引线与LED芯片电性连接，电极引脚贯穿支架并与所述焊盘电性连接。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112004356A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-11-27 | 北京杜尔考特科技有限公司 | 一种电子设备及其纳米陶瓷化壳体、制备方法 |
| CN114214696A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-22 | 中国船舶重工集团公司第十二研究所 | Led封装用铝基板微弧氧化的方法 |
| CN115058746A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-09-16 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 一种金属镀层、其制备方法及应用 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20070067819A (ko) * | 2005-12-23 | 2007-06-29 | 엘지전자 주식회사 | 발광 다이오드, 발광 다이오드 패키지 및 발광 다이오드제조 방법 |
| CN101661977A (zh) * | 2008-08-27 | 2010-03-03 | 北京盘天新技术有限公司 | 一种用于大功率led封装的绝缘金属基板的制备方法 |
| CN101924175A (zh) * | 2010-07-12 | 2010-12-22 | 深圳大学 | 一种发光二极管封装装置及封装方法 |
| CN104362244A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-02-18 | 杨文澍 | 一种金属基板 |
| KR20150061521A (ko) * | 2013-11-27 | 2015-06-04 | 주식회사 루멘스 | 발광 소자 패키지, 백라이트 유닛, 조명 장치, 발광 소자 패키지의 제작 방법 및 몰딩 지그 |
| CN104821367A (zh) * | 2015-05-04 | 2015-08-05 | 苏州大学 | 一种硅量子点白光led及其制造方法 |
| CN105386099A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-03-09 | 西华大学 | 3d打印微弧氧化膜装置及方法 |
| CN107078199A (zh) * | 2014-09-26 | 2017-08-18 | 首尔伟傲世有限公司 | 发光装置及其制造方法 |
| CN109554739A (zh) * | 2018-12-20 | 2019-04-02 | 山东大学 | 一种扫描式微弧氧化处理装置和方法 |
| CN209571427U (zh) * | 2019-04-03 | 2019-11-01 | 苏州大学 | 大功率led封装用基板及大功率led封装结构 |
-
2019
- 2019-04-03 CN CN201910259100.9A patent/CN110021695A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20070067819A (ko) * | 2005-12-23 | 2007-06-29 | 엘지전자 주식회사 | 발광 다이오드, 발광 다이오드 패키지 및 발광 다이오드제조 방법 |
| CN101661977A (zh) * | 2008-08-27 | 2010-03-03 | 北京盘天新技术有限公司 | 一种用于大功率led封装的绝缘金属基板的制备方法 |
| CN101924175A (zh) * | 2010-07-12 | 2010-12-22 | 深圳大学 | 一种发光二极管封装装置及封装方法 |
| KR20150061521A (ko) * | 2013-11-27 | 2015-06-04 | 주식회사 루멘스 | 발광 소자 패키지, 백라이트 유닛, 조명 장치, 발광 소자 패키지의 제작 방법 및 몰딩 지그 |
| CN107078199A (zh) * | 2014-09-26 | 2017-08-18 | 首尔伟傲世有限公司 | 发光装置及其制造方法 |
| CN104362244A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-02-18 | 杨文澍 | 一种金属基板 |
| CN104821367A (zh) * | 2015-05-04 | 2015-08-05 | 苏州大学 | 一种硅量子点白光led及其制造方法 |
| CN105386099A (zh) * | 2015-11-10 | 2016-03-09 | 西华大学 | 3d打印微弧氧化膜装置及方法 |
| CN109554739A (zh) * | 2018-12-20 | 2019-04-02 | 山东大学 | 一种扫描式微弧氧化处理装置和方法 |
| CN209571427U (zh) * | 2019-04-03 | 2019-11-01 | 苏州大学 | 大功率led封装用基板及大功率led封装结构 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112004356A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-11-27 | 北京杜尔考特科技有限公司 | 一种电子设备及其纳米陶瓷化壳体、制备方法 |
| CN114214696A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-22 | 中国船舶重工集团公司第十二研究所 | Led封装用铝基板微弧氧化的方法 |
| CN115058746A (zh) * | 2022-07-07 | 2022-09-16 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 一种金属镀层、其制备方法及应用 |
| CN115058746B (zh) * | 2022-07-07 | 2024-04-12 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 一种金属镀层、其制备方法及应用 |
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