CN102244189A - 一种陶瓷基板集成封装的led - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷基板集成封装的LED，一种陶瓷基板集成封装的LED，包括陶瓷基板，在陶瓷基板金属化的正面设有电路和电路两端的电路正极、电路负极，电路上设有用于连接芯片的金属基座，芯片与金属基座之间通过共晶层连接，金属基座通过连接线与相邻的一个芯片连接，荧光粉胶体包覆在芯片上。本发明提供的陶瓷基板集成封装的LED，通过高导热陶瓷基板的应用及共晶技术、金属化技术的应用减小接触热阻，使大功率集成封装LED光源的散热性能大大提高。

Description

一种陶瓷基板集成封装的LED
技术领域
本发明属于LED技术领域，涉及一种陶瓷基板集成封装的LED。
背景技术
发展至今，LED产品已具有节能、省电、高效率、反应时间快、寿命周期长、且不含汞，具有环保效益等优点。然而通常LED高功率产品输入功率约为20％能转换成光，剩下80％的电能均转换为热能，所以散热问题是LED需要解决的难题之一。一般而言，LED发光时所产生的热能若无法导出，将会使LED结面温度过高，进而影响产品生命周期、发光效率、稳定性。
当前市场的LED面光源作为照明尤其50W以上存在以下问题：1、作照明用功率小；2、散热不好，所以性能不稳定，寿命短。3、失效率高，如因为芯片与支架的热膨胀系数不一致而脱落。
LED封装用的基板一般都是金属基板，由于金属不绝缘，这样就还需要在金属基板(如铝或者铜)上加一层绝缘膜作为大功率基板，会因绝缘膜发热系数在3W/m*℃以下，整体导热性能差。
LED芯片与基板之间通常是用胶体粘接，因为固晶胶的导热系数只有0.8-3W/m*℃，同时还有接触阻的存在，所以导热性能差。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种陶瓷基板集成封装的LED，克服现有LED大功率封装的散热问题，使得散热性能大大提高。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种陶瓷基板集成封装的LED，包括陶瓷基板，在陶瓷基板金属化的正面设有电路和电路两端的电路正极、电路负极，电路上设有用于连接芯片的金属基座，芯片与金属基座之间通过共晶层连接，金属基座通过连接线与相邻的一个芯片连接，荧光粉胶体包覆在芯片上。
所述的陶瓷基板为氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板，其厚度为0.5～1mm。
所述的金属化是通过磁控溅射在陶瓷基板正面制作金属层，然后在金属层上制作电路、电路正极、电路负极和金属基座。
所述的金属层为钨层、钛层、银层或金层。
所述的共晶层是AuSn层或AgSn/Sn层，是用共晶材料焊接芯片与金属基座时形成的。
所述的陶瓷基板的背面为金属化的背面，金属化的背面还与散热片相连接。
所述的金属化的背面是在陶瓷基板的背面通过磁控溅射在陶瓷基板正面制作银层或金层。
所述的金属化的背面与散热片通过锡膏焊接，焊接后两者之间形成锡膏层。
所述的陶瓷基板上还设有固定点。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的陶瓷基板集成封装的LED，通过高导热陶瓷基板的应用及共晶技术、金属化技术的应用减小接触热阻，使大功率集成封装LED光源的散热性能大大提高：
采用高导热陶瓷基板，比如氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷作为基板，具有高的散热性能高：AL2O3导热系数可以达到20W/m*℃，ALN导热系数可以达到200W/m*℃，是非常好的绝缘又高导热的材料，散热性能非常好(接近金属铝)。
进一步，通过金属化的技术来解决其导电的问题，同时解决芯片与基板的连接问题：芯片与基板之间通常是用胶体粘接，因为固晶胶的导热系数只有0.8-3W/m*℃，同时还有接触阻的存在，所以导热性能差；而采用共晶技术，芯片与薄膜陶瓷基板之间用共晶材料焊接，如AuSn或者AgSn/Sn，不存在接触热阻，增加了导热性能。
而且，还在金属化的背面与散热片之间的用锡膏焊接，减少热阻，提高导热性能。主要应用于50W以上的大功率LED的封装，并通过集成封装结构，使得光源功率可达到200W。
附图说明
图1是LED陶瓷集成封装结构的平面结构示意图；
图2是LED陶瓷集成封装结构的剖面示意图；
图3是图2中A部的局部放大示意图。
其中，1为芯片，2为电路，3为连接线，4为陶瓷基板，5为电路正极，6为电路负极，7为荧光粉胶体；8为共晶层；9为焊锡层；10为散热片；11为定位点。
具体实施方式
下面结合具体的实施例和附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1～图3，一种陶瓷基板集成封装的LED，包括陶瓷基板4，在陶瓷基板4金属化的正面设有电路2和电路2两端的电路正极5、电路负极6，电路2上设有用于连接芯片1的金属基座，芯片1采用垂直结构，芯片1与金属基座之间通过共晶层8连接，金属基座通过连接线3与相邻的一个芯片1连接，荧光粉胶体7包覆在芯片1上。
图1所示为49颗芯片呈矩阵排列。在陶瓷基板4上还设有固定点11，以便于安装。
所述的陶瓷基板4为氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板，采用薄膜工艺制作，其厚度为0.5～1mm，因此也称为薄膜陶瓷基板。采用氧化铝陶瓷或氮化铝陶瓷作为基板，具非常好的绝缘又具高导热性：AL2O3导热系数可以达到20W/m*℃，ALN导热系数可以达到200W/m*℃，解决散热的问题。
为了解决导电的问题，通过对陶瓷基板4进行金属化：
所述的金属化是通过磁控溅射在陶瓷基板正面或背面制作金属层，要求所制作的金属层表面粗糙度小于3μm；然后在正面金属层上制作电路2、电路正极5、电路负极6和金属基座。所述的金属层为钨层、钛层、银层或金层。
芯片1与金属基座之间通过共晶层8连接，共晶层的厚度小于6μm；这样解决了芯片通常是用胶体粘接，而固晶胶的导热系数只有0.8-3W/m*℃，同时还有接触阻的存在，所以导热性能差。所形成的共晶层8不存在接触热阻，增加了导热性能。
所述的共晶层8是具体可为AuSn层或AgSn/Sn层，是用共晶材料AuSn或者AgSn/Sn焊接芯片与金属基座时形成的。
进一步为了提高散热性能，还将陶瓷基板4的背面金属化，在陶瓷基板4的背面通过磁控溅射在陶瓷基板正面制作银层或金层；然后再将金属化的背面与散热片10(使用铜或者铝质散热片)通过锡膏焊接，焊接后两者之间形成锡膏层9，减少热阻，提高导热性能。

Claims (9)

1.一种陶瓷基板集成封装的LED，其特征在于，包括陶瓷基板，在陶瓷基板金属化的正面设有电路和电路两端的电路正极、电路负极，电路上设有用于连接芯片的金属基座，芯片与金属基座之间通过共晶层连接，金属基座通过连接线与相邻的一个芯片连接，荧光粉胶体包覆在芯片上。
2.如权利要求1所述的陶瓷基板集成封装的LED，其特征在于，所述的陶瓷基板为氧化铝陶瓷基板或氮化铝陶瓷基板，其厚度为0.5～1mm。
3.如权利要求1所述的陶瓷基板集成封装的LED，其特征在于，所述的金属化是通过磁控溅射在陶瓷基板正面制作金属层，然后在金属层上制作电路、电路正极、电路负极和金属基座。
4.如权利要求3所述的陶瓷基板集成封装的LED，其特征在于，所述的金属层为钨层、钛层、银层或金层。
5.如权利要求1所述的陶瓷基板集成封装的LED，其特征在于，所述的共晶层是AuSn层或AgSn/Sn层，是用共晶材料AuSn或AgSn/Sn焊接芯片与金属基座时形成的。
6.如权利要求1所述的陶瓷基板集成封装的LED，其特征在于，所述的陶瓷基板的背面为金属化的背面，金属化的背面还与散热片相连接。
7.如权利要求6所述的陶瓷基板集成封装的LED，其特征在于，所述的金属化的背面是在陶瓷基板的背面通过磁控溅射在陶瓷基板正面制作银层或金层。
8.如权利要求6所述的陶瓷基板集成封装的LED，其特征在于，所述的金属化的背面与散热片通过锡膏焊接，焊接后两者之间形成锡膏层。
9.如权利要求1所述的陶瓷基板集成封装的LED，其特征在于，所述的陶瓷基板上还设有固定点。
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