CN207038549U

CN207038549U - 一种紫外led封装器件

Info

Publication number: CN207038549U
Application number: CN201720526703.7U
Authority: CN
Inventors: 何苗; 黄波; 熊德平; 杨思攀; 周海亮
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2017-05-12
Publication date: 2018-02-23
Anticipated expiration: 2027-05-12

Abstract

本实用新型公开了一种紫外LED封装器件。所述紫外LED封装器件包括氧化铝陶瓷基板、紫外LED芯片、铜镀层、CuAlO₂过渡层、硅树脂固层和石英玻璃；所述紫外LED芯片包括正电极和负电极，该芯片固定在氧化铝陶瓷基板的封装槽内，在所述氧化铝陶瓷基板的表面上镀覆铜镀层，所述铜镀层和氧化铝陶瓷基板之间有CuAlO₂过渡层，所述铜镀层和CuAlO₂过渡层为不连续的导电层，在紫外LED芯片的正电极和负电极之间设置绝缘区，该绝缘区贯穿整个氧化铝陶瓷基板表面，将铜镀层分隔为绝缘的两部分。该紫外LED封装器件具有三层封装结构，可提高紫外LED芯片的光提取率和散热能力，从而提高器件的性能可靠性和使用寿命。

Description

一种紫外LED封装器件

技术领域

本实用新型属于紫外LED技术领域，更具体地，涉及一种紫外LED封装器件。

背景技术

发光二极管LED，在现今的日常生活和工业用途中越来越广泛，以其功耗低、发光响应快、可靠性高、辐射效率高、寿命长、对环境无污染、结构紧凑等诸多优点获得了大量的市场份额，是一种极具前景的绿色环保光源。其中，以LED波长划分，波长范围在320～400nm为近紫外UVA，波长范围在275～320nm为中紫外UVB、波长范围在100～275nm为远紫外UVC。紫外LED的迅猛发展也在各行业中渗透的越来越深，如丝网印刷、聚合物固化、环境保护、白光照明、军事探测等等，在特殊照明、紫外杀毒、水净化，尤其是油墨固化等领域具有广泛的市场应用前景，是最有希望取代现有紫外高压水银灯成为下一代紫外光源。紫外LED技术的应用仍将保持快速增长，紫外LED也将持续保持高度研究热点，其中自然包括紫外LED的封装研发。

相对来说，从芯片级别来看，紫外LED晶体生长质量较低，光辐射功率不高，而LED芯片具有较大的功率密度，所引发的发热问题较为严重。从封装级别来看，紫外光线具有高能量对封装材料也更为苛刻，传统的LED封装结构使紫外LED芯片的光提取率和散热能力不高，器件的性能得可靠性和寿命缩短，不能满足紫外LED的高性能、长寿命使用的需求。因此，提高紫外LED封装器件的光线提取率和散热能力，是紫外LED封装领域的研究重点。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种紫外LED封装器件。该器件具有新的封装结构，可提高紫外LED芯片的光提取率和散热能力，从而提高器件性能的可靠性，延长使用寿命。

本实用新型上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种紫外LED封装器件，包括氧化铝陶瓷基板和紫外LED芯片，所述紫外LED芯片固定在所述氧化铝陶瓷基板的封装槽内，所述紫外LED芯片包括正电极和负电极，在所述氧化铝陶瓷基板的表面上镀覆铜镀层，所述铜镀层和所述氧化铝陶瓷基板之间有CuAlO₂过渡层，所述铜镀层和CuAlO₂过渡层为不连续的导电层，在所述紫外LED芯片的正电极和负电极之间设置绝缘区，所述绝缘区贯穿整个氧化铝陶瓷基板表面，将所述铜镀层分隔为绝缘的两部分。

进一步地，所述封装槽包括安装槽和凹槽，所述安装槽和凹槽相连接，所述安装槽上置放石英玻璃，所述凹槽置放所述紫外LED芯片，所述紫外LED芯片用硅树脂固层封装，所述石英玻璃固定在硅树脂固层上。

优选地，所述石英玻璃为石英透镜玻璃或石英平板玻璃。

优选地，所述凹槽为反光杯结构。

优选地，所述紫外LED芯片的上方硅树脂层的厚度为0.3～1mm。

优选地，所述铜镀层的厚度为50～300μm，所述CuAlO₂过渡层的厚度为3～5μm。

进一步地，所述绝缘区为带状，所述带状为中心线对称。

进一步地，所述紫外LED芯片采用倒装时，所述带状的宽度小于所述紫外LED芯片的正电极和负电极的间距；所述紫外LED芯片采用正装时，所述带状的宽度小于或等于所述紫外LED芯片的宽度。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1.本实用新型通过硅树脂层和石英透镜两道封装结构，再与LED芯片上的蓝宝石，形成折射率递减的结构，能消除全反射的光线损失，有利于减少光在传播过程中的菲涅尔损耗。

2.本实用新型中氧化铝陶瓷基板设有的凹槽具有反光杯结构，即凹槽的侧壁为倾斜面，与铜镀层形成的镜面共同对紫外光线进行有效地反射，降低硅树脂固层对紫外光的吸收，增大紫外光线的提取率。

3.本实用新型中通过在氧化铝陶瓷基板上镀敷铜镀层，并在铜镀层和氧化铝陶瓷之间形成CuAlO₂过渡层，不仅增加了氧化铝陶瓷基板和铜镀层之间的敷接强度，同时也提高了氧化铝陶瓷基板和铜镀层之间的导热能力，从而提高紫外LED封装器件的散热能力，

4.本实用新型的铜镀层和CuAlO₂过渡层为不连续的导电层，在紫外LED芯片的正电极和负电极之间设置绝缘区，该绝缘区贯穿整个氧化铝陶瓷基板表面，将铜镀层分隔为绝缘的两部分，从而实现紫外LED芯片的正负极与电源正负极的非短路连接，完成封装支架与芯片的电气连接。

附图说明

图1为紫外LED封装器件中氧化铝陶瓷基板的立体结构示意图。

图2为本实用新型紫外LED封装器件结构Ⅰ沿图1中A-A'向的纵剖面结构示意图。

图3为本实用新型紫外LED封装器件结构Ⅱ沿图1中A-A'向的纵剖面结构示意图。

图4为本实用新型紫外LED封装器件结构Ⅲ沿图1中A-A'向的纵剖面结构示意图。

图5为本实用新型紫外LED封装器件结构Ⅳ沿图1中A-A'向的纵剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及其具体的实施例进一步说明本实用新型的内容，但不应理解为对实用新型的限制。

图1为本实用新型紫外LED封装器件中氧化铝陶瓷基板的立体结构示意图。从氧化铝陶瓷基板111凹槽底层面至基板的顶层，有一条以中心线对称的窄带，属于没有镀铜的区域为绝缘区。这样，氧化铝陶瓷111本身的绝缘性将导电的铜镀层131分成了绝缘的两部分。

图2-图5分别为本实用新型紫外LED封装器件结构Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ沿图1中A-A'向的纵剖面结构示意图。一种紫外LED封装器件包括紫外LED芯片101、氧化铝陶瓷基板111、CuAlO₂过渡层、铜镀层131、硅树脂固层141和石英玻璃151。紫外LED芯片101固定在氧化铝陶瓷基板111的封装槽内，封装槽包括安装槽和凹槽，安装槽和凹槽相连接，该凹槽为碗状结构，安装槽的台阶面a与凹槽的底面b之间由倾斜面过渡，形成反光杯结构，与铜镀层131形成的镜面共同对紫外光线进行有效地反射，增大紫外光线的提取率。

安装槽的台阶面a置放石英玻璃151，在安装槽的台阶面a上涂有硅胶和硅树脂，连接石英玻璃151和台阶面a，使台阶面a起到“连接+密封”的作用，同时用于承载石英玻璃151。紫外LED芯片101置放在凹槽的底面b上，紫外LED芯片101包括正电极121和负电极122，正电极121和负电极122之间有空隙。在氧化铝陶瓷基板111的表面上镀覆铜镀层131，该铜镀层131是在1060～1085℃条件下，通过直接敷铜法在氧化铝陶瓷基板111的顶层、安装槽和凹槽的表面上形成。铜镀层131和氧化铝陶瓷基板111之间有CuAlO₂过渡层，在敷铜过程前或过程中在氧氛围条件下，使铜镀层131与氧化铝陶瓷基板111之间形成CuAlO₂过渡层，从而增强铜镀层131与氧化铝陶瓷基板111之间的敷接强度。铜镀层的厚度在50～300μm之间，CuAlO₂层在3～5μm之间。这样，在铜镀层131、CuAlO₂过渡层和氧化铝陶瓷基板111之间形成热传递的通道，降低了CuAlO₂过渡层两端的铜镀层131和氧化铝陶瓷基板111之间的温度差。相比于传统的铝基板封装，本实用新型在氧化铝陶瓷基板上镀敷铜镀层，并在铜镀层和氧化铝陶瓷之间形成CuAlO₂过渡层的结构能够有效地降低热阻，提高了氧化铝陶瓷基板和铜镀层之间的导热能力，从而提高紫外LED封装器件的散热能力。

铜镀层131和CuAlO₂过渡层在氧化铝陶瓷基板111的凹槽内表面均为对称分布、非连接的两部分。铜镀层131和CuAlO₂过渡层为不连续的导电层，在紫外LED芯片的正电极121和负电极122之间设置绝缘区，该绝缘区为中心线对称的带状，贯穿整个氧化铝陶瓷基板表面，将铜镀层131分隔为绝缘的两部分，图2和图4的紫外LED封装器件Ⅰ和Ⅲ中采用倒装方式安装LED芯片，该绝缘区的宽度根据芯片的尺寸大小来决定，要小于紫外LED芯片101的正电极121和负电极122的间距。将紫外LED芯片101的正电极121和负电极122分别焊接于绝缘区两边的铜镀层131上完成电气连接，即氧化铝陶瓷基板111与被绝缘区隔开的两部分铜镀层131整体构成电路的正负极。而图3和图5的紫外LED封装器件Ⅱ和Ⅳ中采用正装方式安装LED芯片，该绝缘区的宽度则与芯片尺寸相当或者小于芯片底面宽度尺寸，因为可以通过bonding金线长度，其长度可根据实际需要设计，将连于LED芯片101的正电极121和负电极122的bonding金线分别焊接于绝缘区两边的铜镀层131上完成电气连接，以实现LED芯片101的正电极121和负电极122分离，即氧化铝陶瓷基板111与被绝缘区隔开的两部分铜镀层131整体构成电路的正负极。

在紫外LED芯片101焊接于氧化铝陶瓷111基板的凹槽底部后，采用的是对紫外线透射率很高的硅树脂将紫外LED芯片101用硅树脂固层141进行封装和固化，固化后的硅树脂层141具有弹性，其较低的机械强度能较好地保护紫外LED芯片。硅树脂将凹槽填满，在图2和图4的紫外LED封装器件Ⅰ和Ⅲ中该硅树脂也填满绝缘区和紫外LED芯片101的正电极121和负电极122之间的空隙，图3和图5的紫外LED封装器件Ⅱ和Ⅳ中该硅树脂也填满绝缘区的空隙，在整个封装结构中，紫外LED芯片101正上方硅树脂固层的厚度d控制在0.3～1mm以内，以尽可能地减少硅树脂固层141对紫外光的吸收损耗。

在氧化铝陶瓷基板111设有安装槽用以安装石英玻璃151。将石英玻璃151置放在安装槽的台阶面a上，如图2和图3所示，石英玻璃151优选为石英透镜玻璃，或者如图4和图5所示，选择石英平板玻璃。以图2和图4中的石英透镜玻璃为例说明，石英玻璃151固定在硅树脂固层141上，硅树脂固层141和石英透镜玻璃151两道封装结构能显著提高出光效率，这是由于使用了折射率为1.54的硅树脂和折射率为1.46的石英透镜玻璃，与折射率为1.76的LED芯片中蓝宝石，在LED芯片被封装固化后形成LED芯片、硅树脂和石英透镜玻璃之间折射率递减的三层结构，消除了全反射的光线损失，有利于减少光在传播过程中的菲涅尔损耗。另外，氧化铝陶瓷基板111设有的凹槽具有反光杯结构，即凹槽的侧壁为倾斜面，与铜镀层131形成的光滑表面能有效地反射紫外光线，因此，降低硅树脂固层141对紫外线的吸收，增大紫外光线的提取率。同时也保证了硅树脂固层141的性能和使用寿命，提高了石英玻璃151与硅树脂固层141之间连接安装的可靠性。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种紫外LED封装器件，包括氧化铝陶瓷基板和紫外LED芯片，所述紫外LED芯片固定在所述氧化铝陶瓷基板的封装槽内，所述紫外LED芯片包括正电极和负电极，其特征在于，在所述氧化铝陶瓷基板的表面上镀覆铜镀层，所述铜镀层和所述氧化铝陶瓷基板之间有CuAlO₂过渡层，所述铜镀层和CuAlO₂过渡层为不连续的导电层，在所述紫外LED芯片的正电极和负电极之间设置绝缘区，所述绝缘区贯穿整个氧化铝陶瓷基板表面，将所述铜镀层分隔为绝缘的两部分。

2.根据权利要求1所述的紫外LED封装器件，其特征在于，所述封装槽包括安装槽和凹槽，所述安装槽和凹槽相连接，所述安装槽上置放石英玻璃，所述凹槽置放所述紫外LED芯片，所述紫外LED芯片用硅树脂固层封装，所述石英玻璃固定在硅树脂固层上。

3.根据权利要求2所述的紫外LED封装器件，其特征在于，所述石英玻璃为石英透镜玻璃或石英平板玻璃。

4.根据权利要求2所述的紫外LED封装器件，其特征在于，所述凹槽为反光杯结构。

5.根据权利要求2所述的紫外LED封装器件，其特征在于，所述紫外LED芯片的上方硅树脂层的厚度为0.3～1mm。

6.根据权利要求1所述的紫外LED封装器件，其特征在于，所述铜镀层的厚度为50～300μm，所述CuAlO₂过渡层的厚度为3～5μm。

7.根据权利要求1所述的紫外LED封装器件，其特征在于，所述绝缘区为带状，所述带状为中心线对称。

8.根据权利要求7所述的紫外LED封装器件，其特征在于，所述紫外LED芯片采用倒装时，所述带状的宽度小于所述紫外LED芯片的正电极和负电极的间距；所述紫外LED芯片采用正装时，所述带状的宽度小于或等于所述紫外LED芯片的宽度。