CN111129261B - 一种白光led的制备工艺方法及白光led - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种白光LED的制备工艺方法及白光LED，包括：制备白光转换板，白光转换板包括：YAG：Ce3+黄色荧光粉层、AlN膜及蓝宝石基底，蓝宝石基底上沉积有AlN膜，AlN膜上覆盖有荧光粉层；将LED芯片阵列固定在已清洁的金属围坝支架内部；利用点胶机在金属围坝支架上点涂密封剂；将白光转换板放置在金属围坝支架上后，在150～160℃温度下烘烤1～1.5h；其中，AlN膜的热导率为300W/(m·K)；AlN膜可以提供高效热导通道；荧光粉颗粒被LED芯片激发产生的巨大热量可经高效热导通道迅速导出至散热器与外部环境中，降低荧光粉的工作温度，提高大功率白光LED的光效与光照质量。

Description

一种白光LED的制备工艺方法及白光LED
技术领域
本发明涉及LED制备技术领域，尤其涉及一种白光LED的制备工艺方法及白光LED。
背景技术
传统的白炽灯和荧光灯照明行业已经发生了革命性的变化，更节能，寿命更长，对环境更友好的固态照明光源(白光LED)已被广泛应用，以应对日益严峻的能源危机和全球气候变化。
目前，在远程荧光粉型大功率白光LED中，荧光粉层由于斯托克斯Stokes位移损失和光吸收会集聚产生巨大热量。而荧光粉层的高温会导致受激电子的声子弛豫，并产生“热猝灭”现象使发光强度降低一个数量级，同时伴随有颜色坐标的偏移、波长的偏移、照明的不均匀性和寿命的缩短，严重影响了光照质量。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种白光LED的制备工艺方法及白光LED，用于解决现有技术中远程荧光粉型大功率白光LED的荧光粉层高温导致光效以及光照质量下降的技术问题。
本发明提供一种白光LED的制备工艺方法，所述方法包括：
制备白光转换板，所述白光转换板包括：YAG：Ce3+黄色荧光粉层、氮化铝AlN膜及蓝宝石基底，所述蓝宝石基底上沉积有所述AlN膜，所述AlN膜上覆盖有所述荧光粉层；
利用固晶机及固晶材料将LED芯片阵列固定在已清洁的金属围坝支架内部；
将固定有所述LED芯片阵列所述金属围坝支架进行等离子清洗；
利用点胶机在所述金属围坝支架上点涂密封剂，并在预设的真空压力下对涂有密封剂的所述金属围坝支架进行真空处理10～12min；
将所述白光转换板放置在所述金属围坝支架上后，在150～160℃温度下烘烤1～1.5h，以能对所述白光转换板及所述金属支架进行固化密封；其中，所述AlN膜与所述蓝宝石基底实现晶体键合，键合后的所述AlN膜的热导率为300W/(m·K)。
可选地，所述制备白光转换板，包括：
利用有机试剂清洗所述蓝宝石基底，去除表面的残污后，再利用氩等离子对所述蓝宝石基底清洗100～120s；
利用金属有机化合物化学气相沉积法MOCVD在所述蓝宝石基底上沉积一层所述AlN膜，所述AlN膜的厚度为3～4μm；
基于所述金属围坝支架的尺寸对所述基底进行划裂，所述基底尺寸与所述金属围坝支架粘结面的尺寸相匹配；
调配浆料，将YAG：Ce3+黄色荧光粉与玻璃粉按照质量比为1:1的比例混合后，得到混合粉末，将所述混合粉末与所述浆料按照质量比为4：1的比例混合并搅拌均匀，得到荧光粉混合物；
将所述荧光粉混合物在所述AlN膜上覆盖50～60μm，利用高温炉对荧光粉混合物进行干燥；干燥时间为15～20min，干燥温度为150～160℃；
利用所述高温炉将覆盖有所述AlN膜及所述荧光粉混合物的基底进行烧结，得到所述白光转换板，烧结温度为500～700℃，烧结时间为30～40min；其中，
在沉积所述AlN膜时，温度为1000～1050℃，压力40～50Torr，时间75～100min，Al源为高纯三甲基铝，N源为高纯氨气。
可选地，所述调配浆料，包括：
将乙基纤维素与松节油透醇按照质量比为1：20的比例进行混合，配制浆料。
可选地，所述将固定有所述LED芯片阵列所述金属围坝支架进行等离子清洗，包括：
利用氧等离子体对所述金属围坝支架进行一次清洗，所述氧等离子体的流量为6～10ml/min，一次清洗时间为120～150s；
利用氩等离子体对所述金属围坝支架进行二次清洗，所述氩等离子体的流量为6～10ml/min，二次清洗时间为120～150s。
可选地，所述预设的真空压力为-0.12～-0.08Mpa。
可选地，所述蓝宝石基底厚度为300～400μm。
可选地，所述蓝宝石基底的导热率为35W/(m·K)。
本发明还提供一种白光LED，所述白光LED包括：白光转换板及金属围坝支架；
所述白光转换板通过密封剂与所述金属围坝支架封装在一起，所述白光转换板置于所述金属围坝支架上方；
所述金属围坝支架内固定有LED芯片阵列；
所述白光转换板包括：YAG：Ce3+黄色荧光粉层、氮化铝AlN膜及蓝宝石基底；其中，所述蓝宝石基底上沉积有所述AlN膜，所述AlN膜上覆盖有所述荧光粉层，所述AlN膜与所述蓝宝石基底实现晶体键合，键合后的所述AlN膜膜的热导率为300W/(m·K)。
可选地，所述蓝宝石基底厚度为300～400μm。
可选地，所述蓝宝石基底的热导率为35W/(m·K)。
本发明提供了一种白光LED的制备工艺方法及白光LED，方法包括：制备白光转换板，所述白光转换板包括：YAG：Ce3+黄色荧光粉层、氮化铝AlN膜及蓝宝石基底，所述蓝宝石基底上沉积有所述AlN膜，所述AlN膜上覆盖有所述荧光粉层；利用固晶机及固晶材料将LED芯片阵列固定在已清洁的金属围坝支架内部；将固定有所述LED芯片阵列所述金属围坝支架进行等离子清洗；利用点胶机在所述金属围坝支架上点涂密封剂，并在预设的真空压力下对涂有密封剂的所述金属围坝支架进行真空处理10～12min；将所述白光转换板放置在所述金属围坝支架上后，在150～160℃温度下烘烤1～1.5h，以能对所述白光转换板及所述金属支架进行固化密封；其中，所述AlN膜与所述蓝宝石基底实现晶体键合，键合后的所述AlN膜的热导率为300W/(m·K)；如此，沉积在基底上的AlN膜可以与蓝宝石基底底实现晶体键合，键合后的所述AlN膜的热导率为300W/(m·K)，因此AlN膜可以提供高效热导通道；荧光粉颗粒被LED芯片激发产生的巨大热量可经高效热导通道迅速导出至散热器与外部环境中，从而降低了荧光粉的工作温度，减少荧光粉的高温“热淬灭”现象，提高大功率白光LED的光效与光照质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的白光LED的制备工艺方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的白光LED的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的白光转换板的结构示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术中远程荧光粉型大功率白光LED的荧光粉层高温导致光效与光照质量下降的技术问题，本发明提供了一种白光LED的制备工艺方法及白光LED，方法包括：制备白光转换板，所述白光转换板包括：YAG：Ce3+黄色荧光粉层、氮化铝AlN膜及蓝宝石基底，所述蓝宝石基底上沉积有所述AlN膜，所述AlN膜上覆盖有所述荧光粉层；利用固晶机及固晶材料将LED芯片阵列固定在已清洁的金属围坝支架内部；将固定有所述LED芯片阵列所述金属围坝支架进行等离子清洗；利用点胶机在所述金属围坝支架上点涂密封剂，并在预设的真空压力下对涂有密封剂的所述金属围坝支架进行真空处理10～12min；将所述白光转换板放置在所述金属围坝支架上后，在150～160℃温度下烘烤1～1.5h，以能对所述白光转换板及所述金属支架进行固化密封；其中，所述AlN膜与所述蓝宝石基底实现晶体键合，键合后的所述AlN膜的热导率为300W/(m·K)。
下面通过附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
实施例一
本实施例提供一种白光LED的制备工艺方法，白光LED的功率大于1W，如图1所示，方法包括：
S110，制备白光转换板；
这里，所述白光转换板包括：YAG：Ce3+黄色荧光粉层、氮化铝AlN膜及蓝宝石基底，所述蓝宝石基底上沉积有所述AlN膜，所述AlN膜上覆盖有所述荧光粉层。为了提高荧光粉层的散热效果，蓝宝石基底的导热率为35W/(m·K)。
那么制备白光转换板具体实施如下：
选用双面抛光蓝宝石衬底，作为黄色荧光粉层与AlN膜的基底，蓝宝石基底的厚度为300～400μm；
利用有机试剂深度清洗所述蓝宝石基底的上下表面及侧面，去除表面的残污后，再利用氩等离子对所述蓝宝石基底清洗100～120s；其中，有机试剂可以包括乙醇。
利用金属有机化合物化学气相沉积法MOCVD在所述蓝宝石基底上沉积一层所述AlN膜，所述AlN膜的厚度为3～4μm；在沉积所述AlN膜时，温度为1000～1050℃，压力40～50Torr，时间75～100min，Al源为高纯三甲基铝，N源为高纯氨气，氨气的纯度为99.9999％。
基于所述金属围坝支架的尺寸对所述沉积后的基底进行划裂，所述基底尺寸与所述金属围坝支架的粘结面相匹配；
调配浆料，将YAG：Ce3+黄色荧光粉与玻璃粉按照质量比为1:1的比例混合后，得到混合粉末，将所述混合粉末与所述浆料按照质量比为4：1的比例混合并搅拌均匀，得到荧光粉混合物。
作为一种可选的实施例，所述调配浆料，包括：将乙基纤维素与松节油透醇按照质量比为1：20的比例进行混合，配制浆料。
采用丝网印刷方式将所述荧光粉混合物在所述AlN膜表面覆盖50～60μm，随后，利用高温炉对荧光粉混合物进行干燥；干燥时间为15～20min，干燥温度为150～160℃；
最后，利用所述高温炉将覆盖有所述AlN膜及所述荧光粉混合物的基底进行烧结，得到所述白光转换板，烧结温度为500～700℃，烧结时间为30～40min。这样白光转换板制备完成。
这里，白光转换板制备完成后，AlN膜可与所述蓝宝石基底实现晶体键合(原子键合)，AlN膜与所述蓝宝石基底之间无孔隙与分层，因键合后的所述AlN膜可以具备较高的热导率，热导率为300W/(m·K)，因此AlN膜可增强荧光粉层的散热，并且AlN与蓝宝石基底可以实现蓝光全波段的高透过率。
S111，利用固晶机及固晶材料将LED芯片阵列固定在已清洁的金属围坝支架内部；
利用固晶机及固晶材料将LED芯片阵列固定在已清洁的金属围坝支架内部，固晶材料可以包括：金属焊膏、银胶及金锡共晶封装中的任意一种。其中，金属围坝支架的材料可以包括：铝或铜或者其他具有高热导率的金属。
S112，将固定有所述LED芯片阵列所述金属围坝支架进行等离子清洗；
固晶完成后，为了避免固晶过程对LED芯片造成污染，将固定有所述LED芯片阵列所述金属围坝支架进行等离子清洗。
作为一种可选的实施例，所述将固定有所述LED芯片阵列所述金属围坝支架进行等离子清洗，包括：
利用氧等离子体对所述金属围坝支架进行一次清洗，所述氧等离子体的流量为6～10ml/min，一次清洗时间为120～150s；
利用氩等离子体对所述金属围坝支架进行二次清洗，所述氩等离子体的流量为6～10ml/min，二次清洗时间为120～150s。
S113，利用点胶机在所述金属围坝支架上点涂密封剂，并在预设的真空压力下对涂有密封剂的所述金属围坝支架进行真空处理10～12min；
清洗完成后，利用点胶机在所述金属围坝支架的粘结面上均匀点涂密封剂，并在预设的真空压力下对涂有密封剂的所述金属围坝支架进行真空处理10～12min，以去除密封剂中的残留气泡；其中，预设的真空压力为-0.12～-0.08Mpa。
S114，将所述白光转换板放置在所述金属围坝支架上后，在150～160℃温度下烘烤1～1.5h，以能对所述白光转换板及所述金属支架进行固化密封；
将金属围坝支架处理完成后，将所述白光转换板放置在所述金属围坝支架上的粘结面上，在150～160℃温度下烘烤1～1.5h，以能对所述白光转换板及所述金属支架进行固化密封；这样白光转换板与金属围坝支架就封装在一起了。
基于同样的发明构思，本发明还提供一种白光LED，详见实施例二。
实施例二
本实施例提供一种白光LED，如图2所示，白光LED包括：白光转换板1及金属围坝支架2；白光转换板1及金属围坝支架2通过密封剂3封装在一起。
所述白光转换板通过密封剂与所述金属围坝支架封装在一起，所述白光转换板置于所述金属围坝支架上方；
所述金属围坝支架内固定有LED芯片阵列4；
所述白光转换板包括：YAG：Ce3+黄色荧光粉层、氮化铝AlN膜及蓝宝石基底；其中，参见图3，所述蓝宝石基底上沉积有所述AlN膜，所述AlN膜上覆盖有所述荧光粉层，所述AlN膜与所述蓝宝石基底实现晶体键合，键合后的所述AlN膜的热导率为300W/(m·K)。所述蓝宝石基底厚度为300～400μm。所述蓝宝石基底的热导率为35W/(m·K)。
这里，所述白光转换板的制备方法与实施例一中的制备方法完全是相同的，故而不再赘述。
白光LED的具体制备方法与实施例一种的制备方法是完全相同的，故而也不再赘述。
本发明提供的一种白光LED的制备工艺方法及白光LED能带来的有益效果至少是：
本发明提供了一种白光LED的制备工艺方法及白光LED，方法包括：制备白光转换板，所述白光转换板包括：YAG：Ce3+黄色荧光粉层、氮化铝AlN膜及蓝宝石基底，所述蓝宝石基底上沉积有所述AlN膜，所述AlN膜上覆盖有所述荧光粉层；利用固晶机及固晶材料将LED芯片阵列固定在已清洁的金属围坝支架内部；将固定有所述LED芯片阵列所述金属围坝支架进行等离子清洗；利用点胶机在所述金属围坝支架上点涂密封剂，并在预设的真空压力下对涂有密封剂的所述金属围坝支架进行真空处理10～12min；将所述白光转换板放置在所述金属围坝支架上后，在150～160℃温度下烘烤1～1.5h，以能对所述白光转换板及所述金属支架进行固化密封；其中，所述AlN膜与所述蓝宝石基底实现晶体键合，键合后的所述AlN膜的热导率为300W/(m·K)；如此，沉积在基底上的AlN膜可以与蓝宝石基底底实现晶体键合，键合后的所述AlN膜的热导率为300W/(m·K)，因此AlN膜可以提供高效热导通道；荧光粉颗粒被LED芯片激发产生的巨大热量可经高效热导通道迅速导出至散热器与外部环境中，从而降低了荧光粉的工作温度，减少荧光粉的高温“热淬灭”现象，提高大功率白光LED的光效与光照质量。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种白光LED的制备工艺方法，其特征在于，所述方法包括：
制备白光转换板，所述白光转换板包括：YAG:Ce3+黄色荧光粉层、氮化铝AlN膜及蓝宝石基底，所述蓝宝石基底上沉积有所述AlN膜，所述AlN膜上覆盖有所述荧光粉层；
利用固晶机及固晶材料将LED芯片阵列固定在已清洁的金属围坝支架内部；
将固定有所述LED芯片阵列所述金属围坝支架进行等离子清洗；
利用点胶机在所述金属围坝支架上点涂密封剂，并在预设的真空压力下对涂有密封剂的所述金属围坝支架进行真空处理10～12min；
将所述白光转换板放置在所述金属围坝支架上后，在150～160℃温度下烘烤1～1.5h，以能对所述白光转换板及所述金属围坝 支架进行固化密封；其中，所述AlN膜与所述蓝宝石基底实现晶体键合，键合后的所述AlN膜的热导率为300W/(m·K)；
其中，所述制备白光转换板，包括：
利用有机试剂清洗所述蓝宝石基底，去除表面的残污后，再利用氩等离子对所述蓝宝石基底清洗100～120s；
利用金属有机化合物化学气相沉积法MOCVD在所述蓝宝石基底上沉积一层所述AlN膜，所述AlN膜的厚度为3～4μm；
在沉积所述AlN膜时，温度为1000～1050℃，压力40～50Torr，时间75～100min，Al源为高纯三甲基铝，N源为高纯氨气。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制备白光转换板，还包括：
基于所述金属围坝支架的尺寸对所述基底进行划裂，所述基底尺寸与所述金属围坝支架粘结面的尺寸相匹配；
调配浆料，将YAG:Ce3+黄色荧光粉与玻璃粉按照质量比为1∶1的比例混合后，得到混合粉末，将所述混合粉末与所述浆料按照质量比为4∶1的比例混合并搅拌均匀，得到荧光粉混合物；
将所述荧光粉混合物在所述AlN膜上覆盖50～60μm，利用高温炉对荧光粉混合物进行干燥；干燥时间为15～20min，干燥温度为150～160℃；
利用所述高温炉将覆盖有所述AlN膜及所述荧光粉混合物的基底进行烧结，得到所述白光转换板，烧结温度为500～700℃，烧结时间为30～40min；其中。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调配浆料，包括：
将乙基纤维素与松节油透醇按照质量比为1∶20的比例进行混合，配制浆料。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将固定有所述LED芯片阵列所述金属围坝支架进行等离子清洗，包括：
利用氧等离子体对所述金属围坝支架进行一次清洗，所述氧等离子体的流量为6～10ml/min，一次清洗时间为120～150s；
利用氩等离子体对所述金属围坝支架进行二次清洗，所述氩等离子体的流量为6～10ml/min，二次清洗时间为120～150s。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的真空压力为-0.12～-0.08Mpa。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蓝宝石基底厚度不小于300μm。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蓝宝石基底的导热率为35W/(m·K)。
8.一种白光LED，其特征在于，所述白光LED包括：白光转换板及金属围坝支架；
所述白光转换板通过密封剂与所述金属围坝支架封装在一起，所述白光转换板置于所述金属围坝支架上方；
所述金属围坝支架内固定有LED芯片阵列；
所述白光转换板包括：YAG:Ce3+黄色荧光粉层、氮化铝AlN膜及蓝宝石基底；其中，所述蓝宝石基底上沉积有所述AlN膜，所述AlN膜上覆盖有所述荧光粉层，所述AlN膜与所述蓝宝石基底实现晶体键合，键合后的所述AlN膜的热导率为300W/(m·K)；
其中，制备所述白光转换板的步骤包括：
利用有机试剂清洗所述蓝宝石基底，去除表面的残污后，再利用氩等离子对所述蓝宝石基底清洗100～120s；
利用金属有机化合物化学气相沉积法MOCVD在所述蓝宝石基底上沉积一层所述AlN膜，所述AlN膜的厚度为3～4μm；
在沉积所述AlN膜时，温度为1000～1050℃，压力40～50Torr，时间75～100min，Al源为高纯三甲基铝，N源为高纯氨气。
9.如权利要求8所述的白光LED，其特征在于，所述蓝宝石基底厚度为300～400μm。
10.如权利要求8所述的白光LED，其特征在于，所述蓝宝石基底的热导率为35W/(m·K)。
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AlGaN基紫外LED器件及高密封装技术研究进展;张骏，陈长清，戴江南，李乐，吴峰，梁仁瓅，王帅，张建宝;《第一届全国宽禁带半导体学术及应用技术会议 论文集》;20190118;全文 *

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