CN111180567A

CN111180567A - 载体、发光装置

Info

Publication number: CN111180567A
Application number: CN202010107215.9A
Authority: CN
Inventors: 申小飞; 曹永革; 李英魁; 麻朝阳; 文子诚; 王恩哥; 王充
Original assignee: Songshan Lake Materials Laboratory
Current assignee: Institute of Physics of CAS; Songshan Lake Materials Laboratory
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2020-05-19

Abstract

一种载体和发光装置，属于照明领域。载体包括一体成型的基板，且其包括相对的顶表面和底表面。基板在顶表面凸出设置有围坝，顶表面具有在所述围坝两侧的内侧区域和外侧区域，所述内侧区域具有从顶表面凸出设置的多个凸柱，每个凸柱具有从底表面设置的凹槽。该基板具有突出的导热效果，因此将其应用于发光二极管后可以有效避免热淬灭。

Description

载体、发光装置

技术领域

本申请涉及照明领域，具体而言，涉及一种载体、发光装置。

背景技术

板载芯片(Chip On Board，简称COB)是将裸芯片用导电或非导电胶粘附在互连基板上，然后引线键合实现电连接。基于板材芯片的发光二极管又称之为COB LED，因此特点而广泛应用。

COB LED可以通过下述两种方式实施。

其一、发光芯片布置在基板的线路层，然后在发光芯片的***压合一圈塑封料，以形成荧光粉胶的点胶区域。

其二、在基板上，通过点胶机画一圈白色硅胶作为围坝，然后在围坝内的区域中布置LED芯片并点荧光粉胶。

随着半导体照明设备的发展，光源逐渐往高功率、高光通密度的方向演进。从成本及应用的角度来看，集成式COB封装更适合于新一代高功率、高光通密度的封装结构。但是，高功率和高光通密度会导致荧光材料和荧光材料在转换过程中的发热的问题。只有解决发热问题，才能进一步推动半导体高功率和高光通密度照明的普及，降低含汞灯具的生产和使用，保护生态环境。

发明内容

为了改善现有发光二极管耐热性能差的问题，本申请提出了一种载体、发光装置。

本申请是这样实现的：

在第一方面，本申请实施例提供了一种载体，用于发光二极管，载体包括一体成型的基板，基板包括相对的顶表面和底表面；

基板在顶表面凸出设置有围坝，顶表面具有在围坝两侧的内侧区域和外侧区域，内部区域具有从顶表面凸出设置的多个凸柱，每个凸柱具有从底表面设置的凹槽。

一些可选的示例中，围坝从底表面设置盲孔；和/或，围坝设置有连通内侧区域和外侧区域的贯通孔。

一些可选的示例中，顶表面是反光的镜面；和/或，基板是导热材料制作而成。

在第二方面，本申请实施例提供了一种发光装置，包括：

载体；

荧光材料，荧光材料通过围坝结合于基板并覆盖内侧区域；

发光芯片，设置于基板的顶表面的内侧区域；

导电线，用于连接发光芯片并导出电极；

绝缘层，覆盖于基板的外侧区域；

线路层，覆盖于绝缘层，线路层设置有用于外接电路的连接点，且连接点与电极电性连接。

一些可选的示例中，全部凸柱的顶部与板状的荧光材料接触。

一些可选的示例中，该荧光材料是荧光陶瓷，且包括铈掺杂的钇铝石榴石。铈掺杂的钇铝石榴石的分子式为Y₃Al₅O₁₂:xCe³⁺，其中，x为实数，且0＜x≤0.09。

一些可选的示例中，荧光材料为板状。

有益效果：

示例中的发光装置通过对载体结构等方面进行改进，从而使发光装置的散热性能好。其中，荧光材料可以选择的是耐热、导热的材料；载体结构为一体成型且具有通道，因此其安装时气密性更好且更易散热，从而避免热淬灭。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为发明人制作的一种COB LED器件的结构示意图；

图2为本申请实施例提出的一种载体中基本的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的发光装置的断面结构示意图；

图4示出了图3中的发光装置的俯视结构示意图；

图5示出了图3中的发光装置的***结构示意图；

图6示出了图3中的发光装置的制作流程图。

图标：22-导电线路层；23-有机胶围坝；24-有机胶混荧光粉；25-金丝；26-发光芯片；27-基板；300-基板；301-底表面；302-顶表面；303-围坝；3031-缺口；304-凸柱；305-凹槽；306-盲孔；307-安装空间；308-台阶；400-发光装置；1-荧光材料；3-线路层；4-绝缘层；6-发光芯片；7-焊盘；17-导电线。

具体实施方式

在本申请中，在不矛盾或冲突的情况下，本申请的所有实施例、实施方式以及特征可以相互组合。在本申请中，常规的设备、装置、部件等，既可以商购，也可以根据本申请公开的内容自制。在本申请中，为了突出本申请的重点，对一些常规的操作和设备、装置、部件进行的省略，或仅作简单描述。

COB LED是指芯片直接在整个基板上进行邦定封装的发光二极管器件。在该器件的基板上具有多个LED芯片，且集成在一起进行封装。COB LED可以被用来解决通过小功率芯片制造大功率LED灯的问题，因此在球泡、射灯、筒灯、日光灯、路灯、工矿灯等灯具上应用较多。

为了进行相关研究，发明人制作了一种COB LED，其结构如图1。其包括导电线路层22、有机胶围坝23、有机胶混荧光粉24、金丝25、发光芯片26、基板27。其中，发光芯片26设置在基板27之上，发光芯片26的***设置有机胶围坝23，有机胶混荧光粉24覆盖在基板27上，且同时覆盖发光芯片26。各个发光芯片26之间通过金丝25进行电性连接。全部发光芯片26连接后，在两端分别连接导电线路层22以作为外界电源的接触点。

在实际的测试中，上述COB LED至少表现出下述一些问题：

1、散热性能差。

2、出光效果不佳。

3、寿命短。

4、气密性能差。

经过研究分析，发明人认为引起上述问题的原因与下述因素有关。

1、LED芯片全部位于基板表面，没有反射层，导致出光效果不好。

2、压合的塑封材料、引线框与基板的密着性不好，或出现漏胶等现象，环境中的湿气和有害气体也容易渗入到封装体内，降低了LED寿命。

3、常规集成式COB LED封装存在的荧光材料无法散热、没有散热通道以及气密性差的问题。

此外，现有的一些COB LED还存在LED芯片未与基板直接地接触，因此，LED芯片发光产生的热不易耗散。

有鉴于此，发明人尝试解决现有光源封装技术中热量容易聚集、耐热性能差、气密性不佳、容易吸湿导致光衰减的问题。

结合上述在实践中的研究和发现，发明人认为通过荧光材料、结构方面的改进将有望消除导致荧光材料淬灭和烧毁的问题，同时还有助于解决半导体光源COB封装的气密性和吸湿性，从而避免光衰减和死灯问题的发生。

因此，示例中，选择对荧光材料的材料进行改进，以及对基板结构进行改进。大体上而言，在一些示例中，本申请方案的改进主要涉及下述几个方面：

1、选用高导热镜面铝基板，并在镜面铝上按要求设置线路。

2、根据光源要求的围坝尺寸和导热凸点数量设计冲压模具。

3、根据线路要求放置半导体发光芯片。

4、采用超声焊接技术将半导体芯片进行电气连接。

5、根据光色要求烧制荧光材料。

6、根据位置要求在荧光材料上设置可焊层。

7、封盖荧光焊接荧光材料。

经过实践证明，通过实施上述改进，本申请中的半导体照明设备中的光转换材料耐高温，不会产生热淬灭，且因为有效的畅通的散热通道，荧光材料在工作时不会产生热堆积，转换效率大幅度提高。围坝气密性良好、不吸湿，能够有效阻止了湿气和含硫物质进入发光区域，提高光源使用寿命。

以下将就示例中相关产品进行更详实的说明。

本申请中，一改进在于对COB LED的基板结构。示例中，基于此提出了一种载体。该载体包括一体成型的基板300，结构如图2所示。LED中的各个元器件和结构件均依附和限定于该基板300。顾名思义，基板300呈板状，例如矩形板具有相比于厚度更大的长度和宽度(例如，厚度为1cm，宽度和长度为10cm)。另一些示例中，基板300呈板状，且是圆形板。总体上，其具有更大的平面结构，用以可以负载尽量多或预设数量的LED芯片，并作为出光面。基于制作工艺方面考虑，基板通常是平面板，对于有特殊需求的情况，可以通过减小基板尺寸，以多个基板按需布局，如布置为曲面。

基板300具有相对的顶表面302和底表面301，在厚度方向布置。顶表面302和底表面301分别被设置有不同的改进结构。其中，基板300在顶表面302凸出设置有围坝303。考虑到LED布线的特点，围坝303设置有连通内侧区域和外侧区域的贯通孔，或者也可以是缺口3031(可以在后续的部分附图中被公开)。由此，连接发光芯片6的导线(后续以导电线被再次提及)可以通过缺口连接至基板上的***线路(后续以线路层被再次提及)，并且可以由***线路提供与电源连接的正负极(如焊盘)。

顶表面302具有在分布围坝303两侧的内侧区域和外侧区域(图为标)。内部区域具有从顶表面302凸出设置的多个凸柱304(图示出3个)，每个凸柱304从底表面301设置凹槽305。

由此，顶表面的内侧区域中，凸柱304之间以及凸柱304和围坝303之间均作为LED芯片布置的安装空间307。而对应于凸柱304的凹槽305则可以作为散热通道，供LED芯片产生的热量散热的需要。或者，基于散热或促进导热的需要，凸柱304的顶部与荧光材料1的底部接触，如图3所示。

进一步地，还可以根据选择，对围坝进行相应的结构设计，例如围坝303从底表面301设置盲孔306，并且盲孔306同样可以作为散热的通道。更进一步地，还可对盲孔的延伸深度进行限定，例如其延伸至围坝高度的大部分，例如1/3或2/3或3/4等等。一般地，将盲孔延伸至高于发热芯片的顶部所在平面(如图3所示)，将是对散热有利的。

此外，为了促进和利于散热，基板可以选择导热材料制作，例如金属材料，示例中基板可以选择铝材。为了提高LED发光芯片的出光率，还可以对基板300的顶表面302进行改造，例如设置为镜面，因此其具有更高的反射性能。这可以通过对基板的顶表面进行打磨和抛光实现。该反光的镜面可以设置在顶表面的内侧区域，而在顶表面的外侧区域选择不构造镜面。

基于上述的改进可以获得荧光耐热、导热，基板散热、反光以及密封性能等方面的优势，因此可以配合应用以制作发光装置400，即基于COB封装工艺的LED。通过下选择发光装置400中的发光芯片的颜色以及荧光材料的选择，可以组合实现出射白光。

例如，第一种方法：在蓝色LED芯片上涂敷能被蓝光激发的黄色萤光粉。LED芯片发出的蓝光与萤光粉发出的黄光互补形成白光。

第二种方法：蓝色LED芯片上涂复绿色和红色萤光粉。通过LED芯片发出的蓝光与萤光粉发出的绿光和红光复合得到白光。

第三种方法：在紫光或紫外光LED芯片上涂敷三基色或多种颜色的萤光粉。利用该LED芯片发射的长波紫外光(370nm-380nm)或紫光(380nm-410nm)来激发萤光粉而实现白光发射。

发光装置400的结构可以参阅图3、图4以及图5。

如图所示，发光装置400包括载体(图示为基板300)、荧光材料1、线路层3、绝缘层4、发光芯片6、导电线17。

其中，荧光材料1通过围坝303结合于基板300并覆盖顶表面302的内侧区域(围坝围合的区域)。基于降低发光装置厚度考虑，围坝303可设置台阶308，用以供荧光材料1作为支撑。由于荧光材料和基板均是导热，因此，在构造发光装置时，可以考虑凸柱304的顶部与荧光材料接触(抵接)。进一步地，可以使两者紧密结合，从而提高气密性。

发光芯片6设置于基板的顶表面的内侧区域，即图2所示的安装空间307。发光芯片6的安装密度可以自由选择，而不必进行特别的限定。

导电线17可以采用金线，以减少热损耗、提高电导率。对于具有大面积的基板，发光芯片6可以设置多个，且各个发光芯片6之间可以通过导电线17进行串并连，并且可以导出电极。

绝缘层4覆盖于基板300的外侧区域。例如，其可以通过方形板或矩形板去除部分内部区域而形成。组装时，将其挖空部分套设在基板的围坝。

线路层3覆盖于绝缘层4之上。线路层3设置有用于外接电路的连接点(如焊盘7)，且连接点与电极电性连接。线路层3可以具有与绝缘层4大致相似的外形构造。因此，线路层和绝缘层可以层状方式布置。

发光装置400可以通过图6所示的流程进行制作。

第一步，提供作为基板原材料的镜面铝板材。

第二步，将绝缘层、线路层依次叠置在镜面铝表面的，并对线路层进行镀金(可防腐)操作，然后采用模具进行冲压，从而将绝缘层和线路层结合在镜面铝，同时还将镜面铝压制出各种结构，如凹槽、盲孔等

第三步，在压制好的镜面铝的选定位置设置(如焊接)围坝、凸柱(凸点)，再选择于间隙处固定发光芯片，并通过导电线将发光芯片电连接。

第四步，将通过粉末冶金烧结工艺制作的荧光材料，通过设置的焊接件焊接在围坝上，以完成封盖操作。

作为简要的示例性描述，荧光材料可以采用下述方式获得。

选择不易受到热损伤的荧光材料显然是有利于发光装置如LED灯的寿命。因此，在选择荧光材料时，希望其具有更高的导热性能，可以传递热量，以减少热量聚集；同时也希望其自身具有高的耐热性能。即荧光材料兼具耐热性和导热性，示例中给出了一种荧光陶瓷。荧光陶瓷对比现有的荧光粉胶混合物，荧光陶瓷导热系数高于荧光粉胶；陶瓷8-9W/m.K；硅胶0.2-0.25W/m.K。

一种可选的示例中，荧光陶瓷为铈掺杂的钇铝石榴石，且其分子式为Y₃Al₅O₁₂:xCe³ ⁺(也可以简记为YAG:Ce)，其中，x为实数，且0＜x≤0.09。x的取值还可以是0.01≤x≤0.07，或0.03≤x≤0.05，等等。

其中，x表示了铈相对于其他元素的掺杂比例。其掺杂比例可以通过控制该荧光陶瓷的制作原料的配比进行控制。基于实际使用和器件结构方面考虑，示例中选择将荧光材料制作为板状，如图3所示。当然，应当指出的是，荧光材料也可以被制作为其它形状，例如弧形(示例性地，球面)，本申请中不对其做具体限定。基于更高要求，可以对荧光材料进行修型以便使其具有更好的使用外形。例如，通过切割、研磨、抛光。

为了使本领域技术人员更易于实施本申请，示例中还提出了一种可选的方案用以制作前述荧光陶瓷。

将陶瓷原料粉体与助剂在混合的条件下进行烧结。其中，陶瓷原料粉体包括Al₂O₃、Y₂O₃和CeO₂，助剂包括MgO或SiO₂或MgO和SiO₂的混合物。助剂的用量被特别地控制，以避免其产生不利的影响。示例中，助剂的用量为陶瓷原料粉体的总质量大于0且小于等于3％，如0.2％、0.5％、0.9％、1.2％、1.4％、1.8％、2.3％、2.6％等等。

整体上，荧光陶瓷可以通过粉末冶金工艺进行制作。例如一种示例中，陶瓷原料粉体与助剂通过依次执行的真空烧结和退火实现烧结制作，然后随炉冷却获得制成品。通过烧结等工艺操作，可以使原料中的助剂消除，从而获得不含原料中所引入的助剂物质。

其中，真空烧结的条件例如为：烧结温度为1600℃～1900℃(例如，1609℃、1625℃、1730℃、1790℃、1840℃、1870℃，等等)，保温时间为8小时～40小时(例如，9小时、14小时、26小时、33小时、36小时、39小时，等等)，真空度为10^-3Pa～10^-6Pa(例如，10^-5Pa、10^-4Pa，等等)。退火的条件例如为：在1100℃～1600℃(例如，1209℃、1325℃、1400℃、1587℃、1590℃，等等)的条件下，保温5小时～30小时例如，6小时、10小时、11小时、17小时、20小时、28小时，等等)。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种载体，用于发光二极管，其特征在于，载体包括一体成型的基板，所述基板包括相对的顶表面和底表面；

基板在顶表面凸出设置有围坝，顶表面具有在所述围坝两侧的内侧区域和外侧区域，所述内侧区域具有从顶表面凸出设置的多个凸柱，每个凸柱具有从底表面设置的凹槽。

2.根据权利要求1所述的载体，其特征在于，所述围坝从底表面设置盲孔。

3.根据权利要求1或2所述的载体，其特征在于，所述围坝设置有连通所述内侧区域和外侧区域的贯通孔。

4.根据权利要求1所述的载体，其特征在于，所述顶表面是反光的镜面。

5.根据权利要求1或4所述的载体，其特征在于，所述基板是导热材料制作而成。

6.一种发光装置，其特征在于，包括：

如权利要求1至5中任意一项所述的载体；

荧光材料，所述荧光材料通过所述围坝结合于所述基板并覆盖所述内侧区域；

发光芯片，设置于所述基板的顶表面的内侧区域；

导电线，用于连接发光芯片并导出电极；

绝缘层，覆盖于基板的所述外侧区域；

线路层，覆盖于绝缘层，线路层设置有用于外接电路的连接点，且所述连接点与所述电极电性连接。

7.根据权利要求6所述的发光装置，其特征在于，所述荧光材料是荧光陶瓷材料。

8.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，所述荧光材料是平面板状结构。

9.根据权利要求7所述的发光装置，其特征在于，荧光陶瓷材料的分子式为Y₃Al₅O₁₂:xCe³⁺的铈掺杂的钇铝石榴石，其中，x为实数，且0＜x≤0.09。

10.根据权利要求6所述的发光装置，其特征在于，全部凸柱的顶部与板状的荧光材料接触。