CN107180904A - 一种紫外led封装器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外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
技术领域
本发明属于紫外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。
发明内容
本发明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。
本发明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。
优选地,所述铜镀层是通过直接敷铜法在1060~1085℃条件下形成。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1.本发明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.本发明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.本发明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.本发明的铜镀层和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为本发明紫外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为本发明紫外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为本发明紫外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为本发明紫外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发明的内容,但不应理解为对发明的限制。
图1为本发明紫外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分别为本发明紫外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,所述铜镀层是通过直接敷铜法在1060~1085℃条件下形成,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,本发明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。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明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发明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,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
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。
9.根据权利要求1所述的紫外LED封装器件,其特征在于,所述铜镀层是通过直接敷铜法在1060~1085℃条件下形成。
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