CN103247742A - 一种led散热基板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种LED散热基板及其制造方法，包括由金刚石-铜合金材料制成的基板主体，在基板主体上开设有凹槽，在凹槽内镶嵌有金刚石片，在金刚石片的上表面设有电极导线区和用于连接LED芯片的芯片连接层。本发明由于采用了将金刚石片与金刚石-铜合金材料制成的基板主体结合成LED散热基板的结构，有效地避免了现有的LED散热器因引入绝缘层而存在的散热瓶颈的问题，而且将金刚石片紧密地镶嵌在基板主体上开设的凹槽内，增加了金刚石片与基板主体的接触面积，使LED芯片传到金刚石片上的热量能快速地传导出去，同时金刚石片与基板主体、LED芯片与金刚石片分别通过钎焊的方式连接为一体，能够获得致密的合金界面，使界面的热导率高。
Description
技术领域
本发明属于LED热沉技术领域，具体是涉及一种高导热的LED散热基板及其制造方法。
背景技术
LED全称为半导体发光二极管，可直接将电能转化为光能。其特点是功耗低、高亮度、色彩艳丽、抗震动、寿命长、冷光源等特点。LED产品应用广泛，尤其是随着发光效率和功率的大幅增长，以LED为光源的各种产品已深入到各行各业。
半导体器件通常对温度十分敏感，尤其是对于大功率LED来说，P-N结的温度上升非常明显，而许多应用又需要将多个大功率LED密集矩阵排列使用，其散热问题尤其明显。长时间发热或过高的温度会严重影响器件的效率、稳定性和使用寿命，散热问题是阻碍大功率LED照明应用迅速普及的一个技术难题。
影响LED散热最关键的是芯片的热量能否快速地传到由铜或铝制成的金属散热器上而不存在散热通道瓶颈的问题。传统的功率LED封装一般是将芯片安装在热沉上，热沉又粘结在绝缘封装层上，绝缘封装层通过热界面材料粘结在散热器上。这种传统结构的粘结层、绝缘封装层的导热率都很低，是阻碍芯片散热的主要部分；另外，芯片热沉（常用金属Cu、Al、Al2O3或AlN等）以及散热器材料（常用Cu或Al等）的散热效果也有待进一步提高。
专利号为ZL200810051719.2的中国专利公开了一种用金刚石膜作热沉材料的LED芯片基座及制作方法，是在Al2O3或AlN陶瓷基座上生长或焊接上金刚石膜，利用金刚石膜非常高的散热率（热导率1300～2000W/mk）将LED器件的热量加速传递出去。然而，这种方案中仍然涉及到散热性能稍差的Al2O3陶瓷（热导率18～20W/mk）或AlN陶瓷（热导率170～230W/mk），降低了散热效果。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种具有高热导率和低界面热阻，能够快速地将LED芯片产生的热量散发出去，且结构简单可靠、制造方便的LED散热基板及其制造方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述的LED散热基板，其特点是包括由金刚石-铜合金材料制成的基板主体，所述基板主体上开设有凹槽，所述凹槽内镶嵌有与基板主体通过钎焊的方式连接为一体的金刚石片，所述金刚石片的上表面设有电极导线区和用于连接LED芯片的芯片连接层，所述芯片连接层与LED芯片通过钎焊的方式连接为一体。
本发明所述的LED散热基板的制造方法，其特点是包括如下步骤。
a、在金刚石-铜合金材料制成的基板主体上开设凹槽。
b、在凹槽内刷上钎料层A，并使刷有钎料层A的凹槽与准备放入该凹槽内的金刚石片能紧密接触。
c、在金刚石片的外表面镀上金属膜。
d、将镀有金属膜的金刚石片镶嵌到刷有钎料层A的凹槽内与基板主体一起形成散热板结构。
e、在金刚石片上表面的金属膜上用于贴合LED芯片的位置处刷上钎料层B。
f、将LED芯片与钎料层B对正粘合。
g、将贴有LED芯片的散热板结构放入钎焊炉中进行加热钎焊。
h、将焊好的散热板结构上的金刚石片上表面的金属膜通过光刻技术去除多余的部分，形成电极导线区和芯片连接层，从而完成LED散热基板的制造。
其中，上述钎料层A和钎料层B为AgSn或AuSn或AgAuSn钎料层，厚度为10μm ～50μm。
上述金属膜为Au-Ti或Au-Cr或Ag-Ti或Ag-Cr双层金属膜，采用真空镀的方法制成，所述双层金属膜的总厚度为1μm～10μm。
本发明由于采用了将金刚石片与金刚石-铜合金材料制成的基板主体结合成LED散热基板的结构，极大地提高LED散热基板的热导率，其热导率是纯铜的1-3倍，而且采用金刚石片作为LED芯片直接接触的热沉，金刚石片是自然界热导率最高的材料，同时又是良好的绝缘体，从而有效地避免了现有的LED散热器因引入绝缘层而存在的散热瓶颈的问题，而且在基板主体上开设凹槽，将金刚石片紧密地镶嵌在凹槽内的结构设计，大大地增加了金刚石片与基板主体的接触面积，这样便可以将LED芯片传到金刚石片上的热量快速地传导出去，从而极大地提高LED芯片的散热效率，同时采用了金属膜作为连接层并通过钎焊的方式使金刚石片与基板主体、LED芯片与金刚石片连接为一体，从而能够获得致密的合金界面，有效地降低了界面热阻，界面热导率高。本发明去除了热阻高的绝缘层或粘结层，整个LED散热基板不存在热导率低的材料，并且连接界面热阻小，不存在散热瓶颈的问题。由于本发明所制作的LED散热基板的热导率高，因此可以有效提高产品的饱和电流和发光效率，同时能够提高产品的可靠性和寿命，特别适用于大功率LED或者集成电路散热板等电子器件的散热。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明只设有一个LED芯片的剖面结构示意图。
图2为本发明设有多个LED芯片的剖面结构示意图。
图3为本发明设有多个LED芯片的俯视图。
具体实施方式
如图1-图3所示，本发明所述的LED散热基板，包括由金刚石-铜合金材料制成的基板主体1，在基板主体1上开设有凹槽11，在凹槽11内镶嵌有与基板主体1通过钎焊的方式连接为一体的金刚石片4，在金刚石片4的上表面设有电极导线区5和用于连接LED芯片8的芯片连接层6，所述芯片连接层6与LED芯片8通过钎焊的方式连接为一体。如图1所示，LED芯片8可以只设置有一个；如图2及图3所示，LED芯片8可以设置有多个，各个LED芯片8的排布和连接方式可以根据实际需要进行调整；而各LED芯片8与电极导线区5之间通过电极引线9电连接。
本发明所述的LED散热基板的制造方法，包括如下步骤：
首先，在金刚石-铜合金材料制成的基板主体1上开设凹槽11。
然后，在凹槽11内刷上钎料层A2，该钎料层A2为AgSn或AuSn或AgAuSn钎料层，厚度为10μm ～50μm，并使刷有钎料层A2的凹槽11与准备放入该凹槽11内的金刚石片4能紧密接触。
然后，在金刚石片4的外表面镀上金属膜3，该金属膜3为Au-Ti或Au-Cr或Ag-Ti或Ag-Cr双层金属膜，采用真空镀的方法制成，所述双层金属膜的总厚度为1μm～10μm。
然后，将镀有金属膜3的金刚石片4镶嵌到刷有钎料层A2的凹槽11内与基板主体1一起形成散热板结构。
然后，在金刚石片4上表面的金属膜3上用于贴合LED芯片8的位置处刷上钎料层B7，该钎料层B7为AgSn或AuSn或AgAuSn钎料层，厚度为10μm ～50μm。
然后，将LED芯片8与钎料层B7对正粘合。
然后，将贴有LED芯片8的散热板结构放入钎焊炉中进行加热钎焊。
最后，将焊好的散热板结构上的金刚石片4上表面的金属膜3通过光刻技术去除多余的部分，形成电极导线区5和芯片连接层6，从而完成LED散热基板的制造。
此外，当LED散热基板制造好后，可以将LED芯片8与电极导线区5通过电极引线9电连接在一起。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。
Claims (4)
1.一种LED散热基板，其特征在于包括由金刚石-铜合金材料制成的基板主体（1），所述基板主体（1）上开设有凹槽（11），所述凹槽（11）内镶嵌有与基板主体（1）通过钎焊的方式连接为一体的金刚石片（4），所述金刚石片（4）的上表面设有电极导线区（5）和用于连接LED芯片（8）的芯片连接层（6），所述芯片连接层（6）与LED芯片（8）通过钎焊的方式连接为一体。
2.一种LED散热基板的制造方法，该方法用于制造如上述权利要求1所述LED散热基板，其特征在于包括如下步骤：
a、在金刚石-铜合金材料制成的基板主体（1）上开设凹槽（11）.
b、在凹槽（11）内刷上钎料层A（2），并使刷有钎料层A（2）的凹槽（11）与准备放入该凹槽（11）内的金刚石片（4）能紧密接触.
c、在金刚石片（4）的外表面镀上金属膜（3）.
d、将镀有金属膜（3）的金刚石片（4）镶嵌到刷有钎料层A（2）的凹槽（11）内与基板主体（1）一起形成散热板结构.
e、在金刚石片（4）上表面的金属膜（3）上用于贴合LED芯片（8）的位置处刷上钎料层B（7）；
f、将LED芯片（8）与钎料层B（7）对正粘合.
g、将贴有LED芯片（8）的散热板结构放入钎焊炉中进行加热钎焊.
h、将焊好的散热板结构上的金刚石片（4）上表面的金属膜（3）通过光刻技术去除多余的部分，形成电极导线区（5）和芯片连接层（6），从而完成LED散热基板的制造。
3.根据权利要求2所述LED散热基板的制造方法，其特征在于上述钎料层A（2）和钎料层B（7）为AgSn或AuSn或AgAuSn钎料层，厚度为10μm ～50μm。
4.根据权利要求2所述LED散热基板的制造方法，其特征在于上述金属膜（3）为Au-Ti或Au-Cr或Ag-Ti或Ag-Cr双层金属膜，采用真空镀的方法制成，所述双层金属膜的总厚度为1μm～10μm。
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20171214 Address after: 510651 Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, No. 363, No. Patentee after: GUANGDONG INSTITUTE OF NEW MATERIALS Address before: 510651 Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, No. 363, No. Patentee before: GUANGZHOU Research Institute OF NON FERROUS METALS |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 510651 Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, No. 363, No. Patentee after: Institute of new materials, Guangdong Academy of Sciences Address before: 510651 Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, No. 363, No. Patentee before: GUANGDONG INSTITUTE OF NEW MATERIALS |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151209 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |