CN110242877A - 一种高散热大功率led灯珠及其制作方法 - Google Patents

一种高散热大功率led灯珠及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110242877A
CN110242877A CN201910402425.8A CN201910402425A CN110242877A CN 110242877 A CN110242877 A CN 110242877A CN 201910402425 A CN201910402425 A CN 201910402425A CN 110242877 A CN110242877 A CN 110242877A
Authority
CN
China
Prior art keywords
coupling agent
light source
lamp bead
heat dissipation
glue
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
CN201910402425.8A
Other languages
English (en)
Inventor
江舟
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.)
Huaxin Semiconductor Research Center (guangzhou) Co Ltd
Original Assignee
Huaxin Semiconductor Research Center (guangzhou) Co Ltd
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 Huaxin Semiconductor Research Center (guangzhou) Co Ltd filed Critical Huaxin Semiconductor Research Center (guangzhou) Co Ltd
Publication of CN110242877A publication Critical patent/CN110242877A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/90—Methods of manufacture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V19/00—Fastening of light sources or lamp holders
    • F21V19/001—Fastening of light sources or lamp holders the light sources being semiconductors devices, e.g. LEDs
    • F21V19/0015—Fastening arrangements intended to retain light sources
    • F21V19/002—Fastening arrangements intended to retain light sources the fastening means engaging the encapsulation or the packaging of the semiconductor device
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V23/00—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices
    • F21V23/003—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array
    • F21V23/004—Arrangement of electric circuit elements in or on lighting devices the elements being electronics drivers or controllers for operating the light source, e.g. for a LED array arranged on a substrate, e.g. a printed circuit board
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/502—Cooling arrangements characterised by the adaptation for cooling of specific components
    • F21V29/503—Cooling arrangements characterised by the adaptation for cooling of specific components of light sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/502—Cooling arrangements characterised by the adaptation for cooling of specific components
    • F21V29/508—Cooling arrangements characterised by the adaptation for cooling of specific components of electrical circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/85—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems characterised by the material
    • F21V29/86—Ceramics or glass
    • 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
    • H01L33/005—Processes
    • 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
    • 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
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials
    • H01L33/504—Elements with two or more wavelength conversion materials
    • 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
    • H01L33/64—Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/641—Heat extraction or cooling elements characterized by the materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高散热大功率LED灯珠及其制作方法。其中，LED灯珠包括散热基板、金属围坝、LED光源、连接散热基板和LED光源的共晶层、覆盖在LED光源上的封装胶层、以及焊盘；所述散热基板为氧化铍陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板；所述LED光源包括至少一个倒装LED芯片和至少一组RGB光源；所述金属围坝形成两个杯状结构，倒装LED芯片和RGB光源分别设置在不同的杯状结构中，其中一个杯状结构可发出白光，另一个杯状结构可发出红、蓝、绿光中的一种或几种光；所述共晶层的材质为金锡合金，其中，锡的质量百分比为20‑30％。本发明的高散热大功率LED灯珠的功率大和散热效果好。

Description

一种高散热大功率LED灯珠及其制作方法
技术领域
本发明涉及LED灯珠技术领域，尤其涉及一种高散热大功率LED灯珠及其制作方法。
背景技术
LED主要用于照明系统、装饰、电子设备指示器、背光、显示器和器械等领域。其中，大功率LED灯珠如5050、7070灯珠，主要采用垂直或水平结构的LED芯片来制备，制备过程中需要金线焊接，因此导致出光效率降低，可靠性下降。部分大功率LED灯珠使用倒装LED芯片和荧光玻璃或陶瓷，虽然可以提高散热性能和可靠性，但由于荧光玻璃和陶瓷的成本较高和加工工艺复杂，导致LED灯珠的成本居高不下。而随着社会的发展，对小体积、大功率的LED灯珠需求越来越多，照明功率、亮度要求越来越大大，成本要求越来越高，目前的大功率LED灯珠在散热、光效、可靠性和成本方面越来越难以满足需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种高散热大功率LED灯珠及其制作方法，以提高LED灯珠的功率和散热性能。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种高散热大功率LED灯珠及其制作方法，以提高LED灯珠的亮度。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种可发出任一颜色的高散热大功率LED灯珠。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高散热大功率LED灯珠，包括散热基板、金属围坝、LED光源、连接散热基板和LED光源的共晶层、覆盖在LED光源上的封装胶层、以及焊盘；
所述散热基板为氧化铍陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板；
所述LED光源包括至少一个倒装LED芯片和至少一组RGB光源；
所述金属围坝形成两个杯状结构，倒装LED芯片和RGB光源分别设置在不同的杯状结构中，其中一个杯状结构可发出白光，另一个杯状结构可发出红、蓝、绿光中的一种或几种光；
所述共晶层的材质为金锡合金，其中，锡的质量百分比为20-30％。
作为上述方案的改进，所述金属围坝的材质为金锡合金、镍金合金、镍钯金合金、铝合金、氮化铝陶瓷、氧化铝陶瓷或石英玻璃；
所述杯状结构的形状为矩形、多边形、圆形或三角形。
作为上述方案的改进，所述RGB光源包括红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片。
作为上述方案的改进，所述封装胶层包括有机硅封装胶，其中，覆盖在倒装LED芯片上的封装胶层还包括荧光粉。
作为上述方案的改进，所述有机硅封装胶包括聚二甲硅氧烷和硅树脂；
所述荧光粉为铝酸盐类荧光粉或硅酸盐类荧光粉。
作为上述方案的改进，覆盖在倒装LED芯片上的封装胶层还包括偶联剂，所述偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(硅烷偶联剂KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH570)、乙烯基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂A-171)、乙烯基三乙氧基硅烷(硅烷偶联剂A-151)、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯(钛酸酯偶联剂TC-105)、单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯(钛酸酯偶联剂CT-114)、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(钛酸酯偶联剂NDZ-201)或异丙氧基二硬脂酸酰氧基铝酸酯(铝酸酯偶联剂DL-411-A)中的一种或几种。
相应地，本发明还提供了一种高散热大功率LED灯珠的制作方法，包括以下步骤：
在散热基板上形成金属围坝，所述金属围坝形成两个杯状结构；
将共晶材料涂覆在散热基板上，并将倒装LED芯片和RGB光源放置在共晶材料上，其中，所述共晶材料为金锡合金，锡的质量百分比为20-30％，倒装LED芯片和RGB光源分别设置在不同的杯状结构中；
对散热基板和倒装LED芯片进行共晶，共晶温度为290-330℃；
将荧光胶涂覆在倒装LED芯片上，将有机硅封装胶涂覆在RGB光源上，静置1.5-2.5小时，当荧光胶中的荧光粉沉降率达到85％或以上时，对荧光胶和有机硅封装胶进行固化，固化温度为140-170℃，固化时间为2.3-3.5小时。
作为上述方案的改进，所述RGB光源包括红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片；
所述荧光胶包括荧光粉和有机硅封装胶。
作为上述方案的改进，所述荧光胶还包括偶联剂，所述偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(硅烷偶联剂KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH570)、乙烯基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂A-171)、乙烯基三乙氧基硅烷(硅烷偶联剂A-151)、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯(钛酸酯偶联剂TC-105)、单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯(钛酸酯偶联剂CT-114)、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(钛酸酯偶联剂NDZ-201)或异丙氧基二硬脂酸酰氧基铝酸酯(铝酸酯偶联剂DL-411-A)中的一种或几种。
作为上述方案的改进，调配荧光胶包括以下步骤：
按荧光粉：有机硅封装胶：偶联剂＝1:10-13:0.1-0.7的比例进行调配、混合，得到混合物；
对混合物搅拌加热，加热温度为40-70℃。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明将倒装LED芯片直接共晶在散热基板上，不需要使用金线进行连接，不仅可以提高出光效率，还可以避免出现漏电的情况，提高LED灯珠的可靠性。
此外，本发明采用氧化铍陶瓷基板作为散热基板，有效提高LED灯珠的散热效果。
其次，本发明通过调配共晶材料的配方，有效减少共晶时间和降低共晶问题，且提高灯珠的散热性能。
再次，本发明通过调整有机硅封装胶的配比和荧光胶的配比，在特定的温度中有机硅封装胶的粘度迅速降低，以提高荧光粉的沉淀均匀性。
进一步地，本发明LED光源包括倒装LED芯片和RGB光源，可实现全彩发光。
再一步地，本发明采用的荧光粉沉降工艺，将荧光粉沉淀到有机硅封装胶底部，覆盖在倒装LED芯片表面，缩短了倒装LED芯片激发荧光粉的路径，减少了光能损失，激发出的光通量更高；此外，光热阻力变少，提高了灯珠内部的散热速度，更好的降低了灯珠表面胶体及芯片的温度，从而提高灯珠的散热性能。
更进一步地，本发明通过金属围坝限制封装胶层的流动，可以更准确的控制其固化后的形状，实现更精确的光色控制。
附图说明
图1是本发明高散热大功率LED灯珠的结构示意图；
图2是本发明高散热大功率LED灯珠的俯视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参见图1和图2，本发明提供的一种高散热大功率LED灯珠，包括散热基板10、金属围坝30、LED光源、连接散热基板10和LED光源的共晶层20、覆盖LED光源上的封装胶层40、以及焊盘50。
为了提高灯珠的散热性能，本发明的散热基板10为氧化铍陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板。
氧化铍陶瓷基板的主要成分是氧化铍陶瓷，氧化铍陶瓷具有高导热系数、高熔度、强度、高绝缘、低电介常数、低介质损耗以及良好的封装工艺适应性等特点。其中，氧化铍陶瓷的导热系数达到250W/(m.K)，是普通氧化铝陶瓷的6-10倍，比氮化铝陶瓷高出20％-30％，是一种具有独特的电、热和机械性能的介质材料。
氮化铝陶瓷基板的主要成分是氮化铝陶瓷，氮化铝陶瓷具有高导热系数、高熔度、强度、高绝缘、低电介常数、低介质损耗以及良好的封装工艺适应性等特点。其中，氮化铝陶瓷的导热系数达到180W/(m.K)，是普通氧化铝陶瓷基板的6-10倍。
具体的，本发明通过共晶层20来将LED光源固定在散热基板10上。优选的，所述共晶层的材质为金锡合金，其中，锡的质量百分比为20-30％。在焊接过程中，基于金锡合金中锡的质量百分比为20-30％，因此较小的温度就能使合金熔化并润湿器件，有效提高金锡合金的凝固时间和散热性能。更优的，所述共晶层的材质为金锡合金，其中，锡的质量百分比为23-27％。
为了提高LED灯珠的功率，使得灯珠可发出任意颜色的光，所述光源包括至少一个倒装LED芯片60和至少一组RGB光源70。所述RGB光源70包括红光LED芯片71、绿光LED芯片72和蓝光LED芯片73。
具体的，倒装LED芯片的数量可以是3个、4个、5个、6个、8个，甚至更多。倒装LED芯片之间可以并联或串联，也可以并串混合。红、绿、蓝三种光色LED光源的数量可以是2个、3个，甚至更多。红、绿、蓝每种光色的LED光源数量可以相等，或不等。所有红光LED芯片之间可以并联或串联，也可以串并混合。所有蓝光LED芯片之间可以并联或串联，也可以串并混合。所有绿光LED芯片之间可以并联或串联，也可以串并混合。
需要说明的是，所有倒装LED芯片、红光LED芯片、绿光LED芯片、蓝光LED芯片共四条线路相互独立，实现分开控制。通过分别控制红、绿、蓝三个光色的芯片，根据三原色配色原理可以实现16万真彩色的显示效果。
本发明的LED灯珠可用于舞台照明，大部分时间发出白光，根据舞台效果可发出彩色光。
由于本发明的倒装LED芯片直接共晶在散热基板上，不需要打线，因此可以节省空间，在同样面积的芯片上设置更多的芯片。此外，由于每个倒装LED芯片之间具有一定的间隙，在同样面积的基板上，采用大面积的倒装LED芯片，可以增加发光面积和功率，提高灯珠的亮度。优选的，所述倒装LED芯片的尺寸为40mil、45mil、55mil、77mil或80mil。
此外，所述红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片也为倒装结构，其中，所述红光LED芯片的尺寸为40mil、45mil、55mil、77mil或80mil，所述蓝光LED芯片的尺寸为40mil、45mil、55mil、77mil或80mil，所述绿光LED芯片的尺寸为40mil、45mil、55mil、77mil或80mil。
本发明的封装胶层40分为两种，一种是覆盖倒装LED芯片60上的，另一种是覆盖在RGB光源70上的。
其中，覆盖在倒装LED芯片60上的封装胶层40包括荧光粉和有机硅封装胶，使得倒装LED芯片60发出白光。此外，覆盖在RGB光源70上的封装胶层包括有机硅封装胶，使得红光LED芯片71、绿光LED芯片72和蓝光LED芯片73发出其本身颜色的光。
需要说明的是，荧光粉和有机硅封装胶对灯珠的散热性能和亮度均起着重要的作用。优选的，所述荧光粉为铝酸盐类荧光粉或硅酸盐类荧光粉。更优的，所述荧光粉为Y3Al5O12:(Ce,Ca,Cd)、Tb3Al5O12:(Ce,Ca,Cd)或(Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu。
优选的，所述有机硅封装胶包括聚二甲硅氧烷和硅树脂。由于聚二甲硅氧烷和硅树脂具有很高的光折射率、耐热性能和长期稳定性，因此可以提高的灯珠的散热效果和功率，保证灯珠的长期可靠性。
由于荧光粉和有机硅封装胶的相容性较差，因此荧光粉在有机硅封装胶中难以均匀分布，往往存在荧光粉团聚而导致材料的力学、光学性能下降现象；此外，在封装固化过程中，由于荧光粉与有机硅封装胶的密度相差较大，容易出现荧光粉沉降、分层等情况，这些问题也将导致产品光学一致性下降，不良率提高，生产成本增加等等。
为了解决上述问题，本发明的覆盖在倒装LED芯片60上的封装胶层40还包括偶联剂。优选的，所述偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(硅烷偶联剂KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH570)、乙烯基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂A-171)、乙烯基三乙氧基硅烷(硅烷偶联剂A-151)、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯(钛酸酯偶联剂TC-105)、单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯(钛酸酯偶联剂CT-114)、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(钛酸酯偶联剂NDZ-201)或异丙氧基二硬脂酸酰氧基铝酸酯(铝酸酯偶联剂DL-411-A)中的一种或几种。
偶联剂是一类分子中同时含有有机和无机两种反应性的化合物，偶联剂能够通过共价键将无机材料和有机材料有效连接起来。本发明通过偶联剂增加了荧光粉在与有机硅封装胶的相容性，降低了团聚效果，提高了荧光胶层中荧光粉的均匀性。
为了精准控制封装胶层40固化后的形状，本发明在散热基板10上形成金属围坝60，所述金属围坝60形成两个杯状结构，倒装LED芯片60和RGB光源70分别设置在不同的杯状结构中，其中一个杯状结构可发出白光，另一个杯状结构可发出红、蓝、绿光中的一种或几种光。
具体的，所述金属围坝60的材质为金锡合金、镍金合金或镍钯金合金。所述金属围坝利用金属焊料焊接在散热基板上，或者使用磁控溅射方式从散热基板上逐层生长而成。
优选的，所述金属围坝60的高于封装胶层40。
所述焊盘50设置在基板10上，且所述焊盘50与所述倒装LED芯片30导电连接。
本发明的LED灯珠在很小的体积内，通过提高单位面积内的驱动电流和功率密度，以提到LED灯珠的功率。具体的，本发明LED灯珠的功率增长超过50％，以5050封装为例，通常EMC5050封装的功率是5W～10W，进口大功率LED 5050封装是12W～18W，采用本发明制作方法的5050封装，功率达到18～27W。
相应地，本发明还提供了一种高散热大功率LED灯珠的制作方法，包括以下步骤：
S1、在散热基板上形成金属围坝，所述金属围坝形成两个杯状结构；
采用焊接的方式将金属焊料焊接在散热基板上，或者使用磁控溅射方式在散热基板上逐层生长金属层。优选的，所述金属围坝60的材质为金锡合金、镍金合金或镍钯金合金。
S2、将共晶材料涂覆在散热基板上，并将倒装LED芯片和RGB光源放置在共晶材料上，其中，倒装LED芯片和RGB光源分别设置在不同的杯状结构中；
为了提高灯珠的散热性能，本发明的散热基板为氧化铍陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板。
氧化铍陶瓷基板的主要成分是氧化铍陶瓷，氧化铍陶瓷具有高导热系数、高熔度、强度、高绝缘、低电介常数、低介质损耗以及良好的封装工艺适应性等特点。其中，氧化铍陶瓷的导热系数达到250W/(m.K)，是普通氧化铝陶瓷的6-10倍，比氮化铝陶瓷高出20％-30％，是一种具有独特的电、热和机械性能的介质材料。
氮化铝陶瓷基板的主要成分是氮化铝陶瓷，氮化铝陶瓷具有高导热系数、高熔度、强度、高绝缘、低电介常数、低介质损耗以及良好的封装工艺适应性等特点。其中，氮化铝陶瓷的导热系数达到180W/(m.K)，是普通氧化铝陶瓷基板的6-10倍。
为了提高LED灯珠的功率，使得灯珠可发出任意颜色的光，所述光源包括至少一个倒装LED芯片和至少一组RGB光源。所述RGB光源包括红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片。
具体的，倒装LED芯片的数量可以是3个、4个、5个、6个、8个，甚至更多。倒装LED芯片之间可以并联或串联，也可以并串混合。红、绿、蓝三种光色LED光源的数量可以是2个、3个，甚至更多。红、绿、蓝每种光色的LED光源数量可以相等，或不等。所有红光LED芯片之间可以并联或串联，也可以串并混合。所有蓝光LED芯片之间可以并联或串联，也可以串并混合。所有绿光LED芯片之间可以并联或串联，也可以串并混合。
需要说明的是，所有倒装LED芯片、红光LED芯片、绿光LED芯片、蓝光LED芯片共四条线路相互独立，实现分开控制。通过分别控制红、绿、蓝三个光色的芯片，根据三原色配色原理可以实现16万真彩色的显示效果。
由于本发明的倒装LED芯片直接共晶在散热基板上，不需要打线，因此可以节省空间，在同样面积的芯片上设置更多的芯片。此外，由于每个倒装LED芯片之间具有一定的间隙，在同样面积的基板上，采用大面积的倒装LED芯片，可以增加发光面积和功率，提高灯珠的亮度。优选的，所述倒装LED芯片的尺寸为40mil、45mil、55mil、77mil或80mil。
此外，所述红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片也为倒装结构，其中，所述红光LED芯片的尺寸为40mil、45mil、55mil、77mil或80mil，所述蓝光LED芯片的尺寸为40mil、45mil、55mil、77mil或80mil，所述绿光LED芯片的尺寸为40mil、45mil、55mil、77mil或80mil。
S3、对散热基板和倒装LED芯片进行共晶，共晶温度为290-330℃；
具体的，所述共晶材料为金锡合金，其中，锡的质量百分比为20-30％。在焊接过程中，基于金锡合金中锡的质量百分比为20-30％，因此较低的温度就能使合金熔化并润湿器件，有效提高金锡合金的凝固时间和散热性能。更优的，所述共晶材质中锡的质量百分比为23-27％。
需要说明的是，本发明的共晶温度只需290-330℃，共晶时间只需8-13秒。
S4、将荧光胶涂覆在倒装LED芯片上，将有机硅封装胶涂覆在RGB光源上，静置1.5-2.5小时，当荧光胶中的荧光粉沉降率达到85％或以上时，对荧光胶和有机硅封装胶进行固化，固化温度为140-170℃，固化时间为2.3-3.5小时；
所述荧光胶包括荧光粉和有机硅封装胶。需要说明的是，荧光粉和有机硅封装胶对灯珠的散热性能和亮度均起着重要的作用。优选的，所述荧光粉为铝酸盐类荧光粉和硅酸盐类荧光粉。更优的，所述荧光粉为Y3Al5O12:(Ce,Ca,Cd)、Tb3Al5O12:(Ce,Ca,Cd)或(Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu。
优选的，所述有机硅封装胶包括聚二甲硅氧烷和硅树脂。由于聚二甲硅氧烷和硅树脂具有很高的光折射率、耐热性能和长期稳定性，因此可以提高的灯珠的散热效果和功率，保证灯珠的长期可靠性。
由于荧光粉和有机硅封装胶的相容性较差，因此荧光粉在有机硅封装胶中难以均匀分布，往往存在荧光粉团聚而导致材料的力学、光学性能下降现象；此外，在封装固化过程中，由于荧光粉与有机硅封装胶的密度相差较大，容易出现荧光粉沉降、分层等情况，这些问题也将导致产品光学一致性下降，不良率提高，生产成本增加等等。
为了解决上述问题，本发明的荧光胶还包括偶联剂。优选的，所述偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(硅烷偶联剂KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH570)、乙烯基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂A-171)、乙烯基三乙氧基硅烷(硅烷偶联剂A-151)、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯(钛酸酯偶联剂TC-105)、单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯(钛酸酯偶联剂CT-114)、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(钛酸酯偶联剂NDZ-201)或异丙氧基二硬脂酸酰氧基铝酸酯(铝酸酯偶联剂DL-411-A)中的一种或几种。
偶联剂是一类分子中同时含有有机和无机两种反应性的化合物，偶联剂能够通过共价键将无机材料和有机材料有效连接起来。本发明通过偶联剂增加了荧光粉在与有机硅封装胶的相容性，降低了团聚效果，提高了荧光胶层中荧光粉的均匀性。
具体的，调配荧光胶包括以下步骤：
按荧光粉：有机硅封装胶：偶联剂＝1:10-13:0.1-0.7的比例进行调配、混合，得到混合物；
对混合物搅拌加热，加热温度为40-70℃。
优选的，所述有机硅封装胶按聚二甲硅氧烷：硅树脂＝20-60：40-80的比例调配。
本发明通过调整有机硅封装胶的配比和荧光胶的配比，在特定的温度中有机硅封装胶的粘度迅速降低，以提高荧光粉的沉淀均匀性。
本发明采用上述荧光粉沉降工艺，将荧光粉沉淀到有机硅封装胶底部，覆盖在倒装LED芯片表面，缩短了倒装LED芯片激发荧光粉的路径，减少了光能损失，激发出的光通量更高；此外，光热阻力变少，提高了灯珠内部的散热速度，更好的降低了灯珠表面胶体及芯片的温度，从而提高灯珠的散热性能。
此外，本发明通过金属围坝限制荧光胶的流动，可以更准确的控制其固化后的形状，实现更精确的光色控制。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种高散热大功率LED灯珠，其特征在于，包括散热基板、金属围坝、LED光源、连接散热基板和LED光源的共晶层、覆盖在LED光源上的封装胶层、以及焊盘；
所述散热基板为氧化铍陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板；
所述LED光源包括至少一个倒装LED芯片和至少一组RGB光源；
所述金属围坝形成两个杯状结构，倒装LED芯片和RGB光源分别设置在不同的杯状结构中，其中一个杯状结构可发出白光，另一个杯状结构可发出红、蓝、绿光中的一种或几种光；
所述共晶层的材质为金锡合金，其中，锡的质量百分比为20-30％。
2.如权利要求1所述的高散热大功率LED灯珠，其特征在于，所述金属围坝的材质为金锡合金、镍金合金、镍钯金合金、铝合金、氮化铝陶瓷、氧化铝陶瓷或石英玻璃；
所述杯状结构的形状为矩形、多边形、圆形或三角形。
3.如权利要求1所述的高散热大功率LED灯珠，其特征在于，所述RGB光源包括红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片。
4.如权利要求1所述的高散热大功率LED灯珠，其特征在于，所述封装胶层包括有机硅封装胶，其中，覆盖在倒装LED芯片上的封装胶层还包括荧光粉。
5.如权利要求4所述的高散热大功率LED灯珠，其特征在于，所述有机硅封装胶包括聚二甲硅氧烷和硅树脂；
所述荧光粉为铝酸盐类荧光粉或硅酸盐类荧光粉。
6.如权利要求5所述的高散热大功率LED灯珠，其特征在于，覆盖在倒装LED芯片上的封装胶层还包括偶联剂，所述偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(硅烷偶联剂KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH570)、乙烯基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂A-171)、乙烯基三乙氧基硅烷(硅烷偶联剂A-151)、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯(钛酸酯偶联剂TC-105)、单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯(钛酸酯偶联剂CT-114)、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(钛酸酯偶联剂NDZ-201)或异丙氧基二硬脂酸酰氧基铝酸酯(铝酸酯偶联剂DL-411-A)中的一种或几种。
7.一种高散热大功率LED灯珠的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
在散热基板上形成金属围坝，所述金属围坝形成两个杯状结构；
将共晶材料涂覆在散热基板上，并将倒装LED芯片和RGB光源放置在共晶材料上，其中，所述共晶材料为金锡合金，锡的质量百分比为20-30％，倒装LED芯片和RGB光源分别设置在不同的杯状结构中；
对散热基板和倒装LED芯片进行共晶，共晶温度为290-330℃；
将荧光胶涂覆在倒装LED芯片上，将有机硅封装胶涂覆在RGB光源上，静置1.5-2.5小时，当荧光胶中的荧光粉沉降率达到85％或以上时，对荧光胶和有机硅封装胶进行固化，固化温度为140-170℃，固化时间为2.3-3.5小时。
8.如权利要求7所述的高散热大功率LED灯珠的制作方法，其特征在于，所述RGB光源包括红光LED芯片、绿光LED芯片和蓝光LED芯片；
所述荧光胶包括荧光粉和有机硅封装胶。
9.如权利要求8所述的高散热大功率LED灯珠的制作方法，其特征在于，所述荧光胶还包括偶联剂，所述偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷(硅烷偶联剂KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂KH570)、乙烯基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂A-171)、乙烯基三乙氧基硅烷(硅烷偶联剂A-151)、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯(钛酸酯偶联剂TC-105)、单烷氧基三(二辛基磷酰氧基)钛酸酯(钛酸酯偶联剂CT-114)、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(钛酸酯偶联剂NDZ-201)或异丙氧基二硬脂酸酰氧基铝酸酯(铝酸酯偶联剂DL-411-A)中的一种或几种。
10.如权利要求9所述的高散热大功率LED灯珠的制作方法，其特征在于，调配荧光胶包括以下步骤：
按荧光粉：有机硅封装胶：偶联剂＝1:10-13:0.1-0.7的比例进行调配、混合，得到混合物；
对混合物搅拌加热，加热温度为40-70℃。
CN201910402425.8A 2019-04-12 2019-05-15 一种高散热大功率led灯珠及其制作方法 Pending CN110242877A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2019102948162 2019-04-12
CN201910294816 2019-04-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110242877A true CN110242877A (zh) 2019-09-17

Family

ID=67884042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910402425.8A Pending CN110242877A (zh) 2019-04-12 2019-05-15 一种高散热大功率led灯珠及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110242877A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113394186A (zh) * 2021-06-11 2021-09-14 赛创电气（铜陵）有限公司 金属叠层结构、芯片及其制造、焊接方法

Citations (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101350321A (zh) * 2007-07-18 2009-01-21 晶科电子（广州）有限公司 直接倒装于支架内的发光二极管的制造方法
CN201226356Y (zh) * 2008-06-27 2009-04-22 宏齐科技股份有限公司 避免因高温而降低荧光粉发光效率的发光二极管封装结构
CN101789483A (zh) * 2010-02-05 2010-07-28 江苏伯乐达光电科技有限公司 一种led荧光粉的涂敷方法
CN102290524A (zh) * 2011-09-21 2011-12-21 晶科电子（广州）有限公司 一种led器件及其led模组器件
CN102322572A (zh) * 2011-08-19 2012-01-18 浙江英特来光电科技有限公司 一种陶瓷封装的大功率led灯
CN102522482A (zh) * 2011-12-14 2012-06-27 深圳市光峰光电技术有限公司 发光二极管封装结构和制造方法
CN102544322A (zh) * 2012-01-13 2012-07-04 深圳市兆驰节能照明有限公司 白色光led及其封装工艺
CN103237846A (zh) * 2010-12-13 2013-08-07 东丽株式会社 荧光体片材、使用了其的led及发光装置以及led的制造方法
CN103400833A (zh) * 2013-07-29 2013-11-20 深圳市天电光电科技有限公司 Led模组及其制造方法
CN203690296U (zh) * 2013-12-04 2014-07-02 深圳市久和光电有限公司 一种大功率rgbw交叉混色cob集成封装结构
CN103956420A (zh) * 2014-03-28 2014-07-30 深圳市世民科技有限公司 一种涂覆有荧光粉的led覆晶结构及其制造方法
CN104037314A (zh) * 2014-05-21 2014-09-10 深圳市格天光电有限公司 舞台灯覆晶cob光源及其生产工艺
CN203871326U (zh) * 2014-05-21 2014-10-08 深圳市格天光电有限公司 舞台灯覆晶cob光源结构
CN104409607A (zh) * 2014-11-04 2015-03-11 常州晶玺照明有限公司 一种高显指、360°发光led灯丝灯
CN104485327A (zh) * 2014-12-11 2015-04-01 杭州杭科光电股份有限公司 一种led光源和led发光模组的制备方法
CN104505454A (zh) * 2014-12-06 2015-04-08 深圳市格天光电有限公司 高光效路灯覆晶cob光源及其生产工艺
CN204289531U (zh) * 2014-12-25 2015-04-22 深圳市安普光光电科技有限公司 全彩led封装结构及led显示模组
CN105304772A (zh) * 2015-10-29 2016-02-03 弗洛里光电材料（苏州）有限公司 改良的led封装方法及封装结构
CN105826454A (zh) * 2016-05-17 2016-08-03 中国人民大学 分立式透明陶瓷倒装芯片集成led光源及其封装方法
CN106098912A (zh) * 2016-06-29 2016-11-09 深圳市源磊科技有限公司 一种手机拍照闪光灯及其制作方法
CN205900541U (zh) * 2016-08-08 2017-01-18 深圳市泓亚智慧科技股份有限公司 一种双色多芯大功率led光源
CN106537618A (zh) * 2014-06-30 2017-03-22 东丽株式会社 层叠体及使用其的发光装置的制造方法
CN106784253A (zh) * 2017-01-18 2017-05-31 苏州晶台光电有限公司 一种实现超高密显示的倒装结构led芯片封装结构
CN107123718A (zh) * 2017-04-21 2017-09-01 中国科学院福建物质结构研究所 一种倒装大功率led封装结构及其制备方法和用途
CN208077971U (zh) * 2018-03-05 2018-11-09 中山市共炫光电科技有限公司 Led光源

Patent Citations (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101350321A (zh) * 2007-07-18 2009-01-21 晶科电子（广州）有限公司 直接倒装于支架内的发光二极管的制造方法
CN201226356Y (zh) * 2008-06-27 2009-04-22 宏齐科技股份有限公司 避免因高温而降低荧光粉发光效率的发光二极管封装结构
CN101789483A (zh) * 2010-02-05 2010-07-28 江苏伯乐达光电科技有限公司 一种led荧光粉的涂敷方法
CN103237846A (zh) * 2010-12-13 2013-08-07 东丽株式会社 荧光体片材、使用了其的led及发光装置以及led的制造方法
CN102322572A (zh) * 2011-08-19 2012-01-18 浙江英特来光电科技有限公司 一种陶瓷封装的大功率led灯
CN102290524A (zh) * 2011-09-21 2011-12-21 晶科电子（广州）有限公司 一种led器件及其led模组器件
CN102522482A (zh) * 2011-12-14 2012-06-27 深圳市光峰光电技术有限公司 发光二极管封装结构和制造方法
CN102544322A (zh) * 2012-01-13 2012-07-04 深圳市兆驰节能照明有限公司 白色光led及其封装工艺
CN103400833A (zh) * 2013-07-29 2013-11-20 深圳市天电光电科技有限公司 Led模组及其制造方法
CN203690296U (zh) * 2013-12-04 2014-07-02 深圳市久和光电有限公司 一种大功率rgbw交叉混色cob集成封装结构
CN103956420A (zh) * 2014-03-28 2014-07-30 深圳市世民科技有限公司 一种涂覆有荧光粉的led覆晶结构及其制造方法
CN203871326U (zh) * 2014-05-21 2014-10-08 深圳市格天光电有限公司 舞台灯覆晶cob光源结构
CN104037314A (zh) * 2014-05-21 2014-09-10 深圳市格天光电有限公司 舞台灯覆晶cob光源及其生产工艺
CN106537618A (zh) * 2014-06-30 2017-03-22 东丽株式会社 层叠体及使用其的发光装置的制造方法
CN104409607A (zh) * 2014-11-04 2015-03-11 常州晶玺照明有限公司 一种高显指、360°发光led灯丝灯
CN104505454A (zh) * 2014-12-06 2015-04-08 深圳市格天光电有限公司 高光效路灯覆晶cob光源及其生产工艺
CN104485327A (zh) * 2014-12-11 2015-04-01 杭州杭科光电股份有限公司 一种led光源和led发光模组的制备方法
CN204289531U (zh) * 2014-12-25 2015-04-22 深圳市安普光光电科技有限公司 全彩led封装结构及led显示模组
CN105304772A (zh) * 2015-10-29 2016-02-03 弗洛里光电材料（苏州）有限公司 改良的led封装方法及封装结构
CN105826454A (zh) * 2016-05-17 2016-08-03 中国人民大学 分立式透明陶瓷倒装芯片集成led光源及其封装方法
CN106098912A (zh) * 2016-06-29 2016-11-09 深圳市源磊科技有限公司 一种手机拍照闪光灯及其制作方法
CN205900541U (zh) * 2016-08-08 2017-01-18 深圳市泓亚智慧科技股份有限公司 一种双色多芯大功率led光源
CN106784253A (zh) * 2017-01-18 2017-05-31 苏州晶台光电有限公司 一种实现超高密显示的倒装结构led芯片封装结构
CN107123718A (zh) * 2017-04-21 2017-09-01 中国科学院福建物质结构研究所 一种倒装大功率led封装结构及其制备方法和用途
CN208077971U (zh) * 2018-03-05 2018-11-09 中山市共炫光电科技有限公司 Led光源

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113394186A (zh) * 2021-06-11 2021-09-14 赛创电气（铜陵）有限公司 金属叠层结构、芯片及其制造、焊接方法
CN113394186B (zh) * 2021-06-11 2022-06-14 赛创电气（铜陵）有限公司 金属叠层结构、芯片及其制造、焊接方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8827759B2 (en) Method of manufacturing light emitting device
CN103066188B (zh) 一种蓝光激发碳点发光的白光led及其制备方法
CN101123286A (zh) 发光二极管封装结构和方法
WO2002089219A1 (fr) Appareil electroluminescent
CN202948972U (zh) 一种白光led模组封装结构
CN109285938B (zh) 一种高热稳定的芯片级led封装方法及其产品
CN102185042A (zh) Led封装方法、封装器件、光调节方法及系统
CN105098047A (zh) 片式白光发光二极管及其制备方法以及封装胶材
CN102683555A (zh) 发光二极管封装结构及封装方法
CN106486582A (zh) 发光装置
CN103730565A (zh) 一种氮化铝cob led光源及封装方法
JP2000223750A (ja) 発光ダイオード及びその形成方法
CN112599514A (zh) 一种高品质全色彩半导体光源
JP2006049524A (ja) 発光装置の製造方法及び発光装置
TWI523279B (zh) Light emitting diode device with full azimuth and its packaging method
CN110242877A (zh) 一种高散热大功率led灯珠及其制作方法
CN210197040U (zh) 一种高散热大功率led灯珠
CN100578826C (zh) 一种白色发光二极管芯片的制备方法
CN108767085A (zh) 一种白光led封装结构及封装方法
Cheng et al. White LEDs with high optical consistency packaged using 3D ceramic substrate
CN212570992U (zh) 一种大功率可调色led灯珠
JPH10233533A (ja) 発光装置の形成方法及び形成装置
WO2011035482A1 (zh) 发光玻璃、其制造方法及发光装置
CN110556464A (zh) 发光二极管封装结构及封装方法
CN209691752U (zh) 一种双色温cob光源

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