專利名稱：Led面光源封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED面光源封裝技術(shù)，區(qū)別于現(xiàn)有的三基色或藍(lán)光激發(fā)黃色熒光 粉產(chǎn)生白光的封裝方法，系一種創(chuàng)新的LED封裝技術(shù)。
背景技術(shù)：
①1962年，GEJonsanto、IBM的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出了發(fā)紅光的磷砷化鎵(GaAsP) 半導(dǎo)體化合物，從此可見(jiàn)光發(fā)光二極管步入商業(yè)化發(fā)展進(jìn)程。②1965年，全球第一款商用化發(fā)光二極管誕生，它是用鍺材料做成的可發(fā)出紅外 光的LED，當(dāng)時(shí)的單價(jià)約為45美元。其后不久，Monsanto和惠普公司推出了用GaAsP材料 制作的商用化紅色LED。這種LED的效率為每瓦大約0. 1流明，比一般的60至100瓦白熾 燈的每瓦15流明要低上100多倍。③1968年，LED的研發(fā)取得了突破性進(jìn)展，利用氮摻雜工藝使GaAsP器件的效率 達(dá)到了 1流明/瓦，并且能夠發(fā)出紅光、橙光和黃色光。④1971，業(yè)界又推出了具有相同效率的GaP綠色芯片LED。⑤到20世紀(jì)70年代，由于LED器件在家庭與辦公設(shè)備中的大量應(yīng)用，LED的價(jià)格 直線下跌。事實(shí)上，LED在那個(gè)時(shí)代主打市場(chǎng)是數(shù)字與文字顯示技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。⑥80年代早期的重大技術(shù)突破是開(kāi)發(fā)出了 AlGaAsLED，它能以每瓦10流明的 發(fā)光效率發(fā)出紅光。這一技術(shù)進(jìn)步使LED能夠應(yīng)用于室外信息發(fā)布以及汽車高位剎車燈 (CHMSL)設(shè)備。⑦1990年，業(yè)界又開(kāi)發(fā)出了能夠提供相當(dāng)于最好的紅色器件性能的AlInGaP技 術(shù)，這比當(dāng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的GaAsP器件性能要高出10倍。⑧今天，效率最高的LED是用透明襯底AlInGaP材料做的。在1991年至2001年 期間，材料技術(shù)、芯片尺寸和外形方面的進(jìn)一步發(fā)展使商用化LED的光通量提高了將近30倍。⑨1994年，日本科學(xué)家中村修二在GaN基片上研制出了第一只藍(lán)色發(fā)光二極管， 由此引發(fā)了對(duì)GaN基LED研究和開(kāi)發(fā)的熱潮。⑩20世紀(jì)90年代后期，研制出通過(guò)藍(lán)光激發(fā)YAG熒光粉產(chǎn)生白光的LED，這種技 術(shù)的發(fā)明使得LED真正成為第四代照明用光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。隨著LED發(fā)光效率與性能的持續(xù)提升與改善，LED已從指示燈、手機(jī)背光、顯示屏、 交通信號(hào)燈等成熟應(yīng)用領(lǐng)域，正逐步向中大尺寸LCD背光、汽車、照明等新興應(yīng)用市場(chǎng)滲 透。從市場(chǎng)發(fā)展情況看，高亮度的LED道路照明和室內(nèi)照明燈將成為L(zhǎng)ED發(fā)展的一大增長(zhǎng) 點(diǎn)，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年高亮度LED的市場(chǎng)仍將以14%的速度增長(zhǎng)，2010年高亮度LED市場(chǎng)將達(dá) 到82億美元。目前市場(chǎng)普遍利用藍(lán)光芯片激發(fā)黃色熒光粉產(chǎn)生白光來(lái)制備大功率LED，實(shí)驗(yàn)室 發(fā)光效率已經(jīng)達(dá)到1201m/W，商用發(fā)光效率最高也可達(dá)1001m/W，而且這一數(shù)據(jù)還在呈短時(shí) 間的快速增長(zhǎng)，照明應(yīng)用前景廣闊，在市場(chǎng)前景一片大好的前提下，各國(guó)LED領(lǐng)域的專家也在積極尋求新的封裝材料及技術(shù)，因利用藍(lán)光芯片激發(fā)黃色熒光粉存在種種制約LED發(fā)展 的因素①專利被日亞和歐司朗壟斷，商家難以形成自有主權(quán)；②還沒(méi)有一種方法可以非 常精確的控制涂敷在藍(lán)光芯片上熒光粉的厚度、均勻度以及形狀的規(guī)則程度，LED色溫的 穩(wěn)定性很難達(dá)到一致，熒光粉涂敷不均勻極容易造成LED發(fā)出的光形成黃圈或黃斑，影響 光色；③涂敷在芯片上的熒光粉系A(chǔ)B硅膠與熒光粉按6 6 1比例配比而成的混合物， 我們所說(shuō)的硅膠一般是有機(jī)硅膠，有機(jī)硅膠是一種生物成分和一種有機(jī)化學(xué)成分(輔助成 分)復(fù)合而成，有機(jī)硅產(chǎn)品是以硅一氧(Si-0)鍵為主鏈結(jié)構(gòu)的，C-C鍵的鍵能為82. 6千卡 /克分子，Si-0鍵的鍵能在有機(jī)硅中為121千卡/克分子，所以有機(jī)硅產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性高， 高溫下(或輻射照射)分子的化學(xué)鍵不斷裂、不分解，導(dǎo)熱系數(shù)幾乎為0，這樣覆蓋在硅膠下 面的LED芯片因所流入的電力有75%產(chǎn)生的熱量無(wú)法通過(guò)上面的通道導(dǎo)出，反而被混合膠 困在里面，增加LED散熱負(fù)荷，影響LED壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用10331203、、&03 為(^，？1~，5111等稀土離子中一種或多種)為基質(zhì)， 通過(guò)充分混合后高溫真空燒結(jié)，還原性氣氛退火形成的高光學(xué)質(zhì)量透明陶瓷晶片，以該透 明陶瓷晶片替代熒光粉作為L(zhǎng)ED封裝材料，制備出大功率LED白光面光源，功率最高可達(dá) 150W，有效避開(kāi)國(guó)際有關(guān)熒光粉專利的同時(shí)解決使用熒光粉封裝帶來(lái)的一系列問(wèn)題，尤其 適合大功率LED集成封裝。本發(fā)明采用上述透明陶瓷晶片做為L(zhǎng)ED封裝材料，該透明材料呈片狀或不規(guī)則 形狀蓋于芯片上方，以膠粘、緊配或卡扣等方式與固定在基板上的支架結(jié)合，通電后，芯片 發(fā)出的光激發(fā)透明陶瓷晶片中的稀土離子發(fā)光混合透射的光形成白光，所發(fā)出的光呈面 狀，發(fā)光均勻，無(wú)黃斑或黃圈，本發(fā)明通過(guò)改變稀土離子的濃度及透明陶瓷晶片的厚度精確 控制發(fā)出白光的色溫，稀土離子的濃度范圍為0. 1 0. 3at%，透明陶瓷晶片厚度范圍為 0. 2mm 2mm，色溫可控制在3000K 8000K之間，所配合制做出的光源適合絕大部分照明 應(yīng)用的需求。本發(fā)明中封裝用的的基板為鋁基覆銅板，由電路層(銅箔層)、導(dǎo)熱絕緣層和金屬 基層組成，基屬基層采用高導(dǎo)熱材料——鋁或銅制成，基板表現(xiàn)為圓形、橢圓形、距形、方形 等其他形狀，在基板中心進(jìn)行沉槽，基板表面鍍銀，這種做法有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)其一，使得凹槽表 面更光滑，加強(qiáng)光的反射，芯片固晶后通過(guò)共晶工藝能與基板更充分的密合，熱量傳導(dǎo)更充 分；其二，銀的導(dǎo)熱系數(shù)為429W/mK，比鋁和銅都高，是鋁的1. 8倍，可加快傳輸芯片發(fā)出的 熱量。本發(fā)明中芯片采用COM (Chip on Metal)面光源封裝技術(shù)，通過(guò)金線或銅線以串、 并聯(lián)的方式共晶焊接于基板凹槽中，透明陶瓷晶片與芯片之間有一定距離，形成中空的隔 離層，產(chǎn)生多個(gè)散熱通道，芯片透氣性好，大大降低芯片溫度，減少光衰，提高芯片使用壽 命。通過(guò)上述技術(shù)方案，制備出的面光源不需使用熒光粉和硅膠，所以不存在熒光粉 吸光及硅膠折射等現(xiàn)象，出光率高，光色均勻成面狀，芯片熱量可快速的上下散發(fā)，整燈溫 度控制在40°C左右。本發(fā)明中的透明陶瓷晶片形狀可為圓形、橢圓形、方形、距形等其他幾何形狀。
本發(fā)明中的芯片可為藍(lán)光或紅光芯片。本發(fā)明中的透明陶瓷晶片上方可蓋透鏡，透鏡為玻璃或有機(jī)玻璃材質(zhì)。


圖1為本發(fā)明的剖面示意2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)分解3為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)示意4為本發(fā)明的第二種結(jié)構(gòu)示意5為本發(fā)明的第三種結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不作為本發(fā)明的限定。實(shí)施例一，如圖3，多顆藍(lán)光芯片1采用COM (Chip on Metal)面光源封裝技術(shù)，通 過(guò)金線5或銅線5以串、并聯(lián)的方式共晶焊接于圓形基板4的凹槽6中，基板4為鋁基覆銅 板，由電路層(銅箔層)、導(dǎo)熱絕緣層和金屬基層組成，金屬基層采用高導(dǎo)熱材料——鋁或 銅制成，透明陶瓷晶片1呈圓形片狀蓋于藍(lán)光芯片2上方，通過(guò)膠粘方式與固定于基板4上 方的支架3結(jié)合，透明陶瓷晶片1與芯片2之間有一定距離，形成中空的隔離層7，透明陶瓷 晶片1的厚度為0. 2mm，稀土離子的濃度為0. lat%，通電后，芯片2發(fā)出的光激發(fā)透明陶瓷 晶片1中的稀土離子發(fā)光混合透射的光形成白光，白光的色溫控制在8000K。實(shí)施例二，如圖4，藍(lán)光芯片2與紅光芯片2以3 1的比例配比，紅光芯片2位于 藍(lán)光芯片2的中部，采用C0M(Chip on Metal)面光源封裝技術(shù)，通過(guò)金線5或銅線5以串、 并聯(lián)的方式共晶焊接于方形基板4的凹槽6中，基板4為鋁基覆銅板，由電路層(銅箔層)、 導(dǎo)熱絕緣層和金屬基層組成，金屬基層采用高導(dǎo)熱材料——招或銅制成，透明陶瓷晶片1呈 方形片狀蓋于芯片2上方，通過(guò)緊配方式與固定于基板4上方的支架3結(jié)合，透明陶瓷晶片 1與芯片2之間有一定距離，形成中空的隔離層7，透明陶瓷晶片1的厚度為2mm，稀土離子 的濃度為0. 3at%，通電后，芯片2發(fā)出的光激發(fā)透明陶瓷晶1片中的稀土離子發(fā)光混合透 射的光形成白光，白光的色溫控制在3000K。實(shí)施例三，如圖5，多顆芯片2采用COM (Chip on Metal)面光源封裝技術(shù)，通過(guò)金 線5或銅線5以串、并聯(lián)的方式共晶焊接于圓形基板4的凹槽6中，基板4為鋁基覆銅板， 由電路層(銅箔層)、導(dǎo)熱絕緣層和金屬基層組成，金屬基層采用高導(dǎo)熱材料——招或銅制 成，透明陶瓷晶片1呈方形片狀蓋于芯片2上方，通過(guò)卡口方式與固定于基板4上方的支架 3結(jié)合，透明陶瓷晶片1與芯片2之間有一定距離，形成中空的隔離層7，透明陶瓷晶片1的 厚度為0. 92mm，稀土離子的濃度為0. 18at%，通電后，芯片2發(fā)出的光激發(fā)透明陶瓷晶片1 中的稀土離子發(fā)光混合透射的光形成白光，白光的色溫控制在5000K。實(shí)施例四，如圖5，多顆芯片2采用COM (Chip on Metal)面光源封裝技術(shù)，通過(guò)金 線5或銅線5以串、并聯(lián)的方式共晶焊接于圓形基板4的凹槽6中，基板4為鋁基覆銅板， 由電路層(銅箔層)、導(dǎo)熱絕緣層和金屬基層組成，金屬基層采用高導(dǎo)熱材料——招或銅制 成，透明陶瓷晶片1呈方形片狀蓋于芯片2上方，通過(guò)卡口方式與固定于基板4上方的支架 3結(jié)合，透明陶瓷晶片1與芯片2之間有一定距離，形成中空的隔離層7，晶片1的厚度為1. 28mm，稀土離子的濃度為0. 16at%，通電后，芯片2發(fā)出的光激發(fā)透明陶瓷晶片1中的稀 土離子發(fā)光混合透射的光形成白光，白光的色溫控制在5000K。 以上所述的實(shí)施例，只是本發(fā)明其中幾個(gè)優(yōu)選的具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員在技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)該包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
LED面光源封裝，包括透明陶瓷晶片、基板、支架、芯片，其特征在于芯片(2)固定于基板(4)凹槽(6)中，通電后，芯片(2)發(fā)出的光激發(fā)透明陶瓷晶片(1)中的稀土離子發(fā)光混合透射的光形成白光，獲得高功率LED面光源；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED面光源封裝，其特征在于所述的芯片(2)，采用多顆集 成封裝，通過(guò)金線(5)或銅線(5)以串、并聯(lián)的方式共晶焊接于基板(4)凹槽(6)中；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED面光源封裝，其特征在于所述的凹槽(6)可為一個(gè)整 體凹槽(6)也可為多個(gè)小間距獨(dú)立的凹槽(6)，凹槽(6)形狀可為梯形、方形、柱形等其他底 部為平面的凹形；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED面光源封裝，其特征在于所述的芯片(2)為藍(lán)光芯片 (2)或紅光芯片(2)，藍(lán)光芯片(2)可單獨(dú)封裝，也可與紅光芯片(2)按一定比例封裝；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED面光源封裝，其特征在于所述的基板(4)為鋁基覆銅 板，表面鍍銀工藝處理，由電路層(銅箔層)、導(dǎo)熱絕緣層和金屬基層組成，金屬基層采用高 導(dǎo)熱材料——鋁或銅制成；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED面光源封裝，其特征在于所述的透明陶瓷晶片(1)蓋 于芯片(2)上方，通過(guò)膠粘、緊配或卡口等方式與固定于基板(4)上方的支架(3)結(jié)合，透 明陶瓷晶片⑴與芯片⑵之間有一定距離，形成中空的隔離層(7)；
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED面光源封裝技術(shù)，其特征在于所述的透明陶瓷晶片(1) 系采用Y203、A1203、、X203(X為Ce，Pr，Sm等稀土離子中一種或多種)為基質(zhì)，通過(guò)充分混合 后高溫真空燒結(jié)，還原性氣氛退火形成的高光學(xué)質(zhì)量透明陶瓷晶片(1)；
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED面光源封裝技術(shù)，其特征在于通電后，芯片(2)發(fā)出的 光激發(fā)透明陶瓷晶片(1)中的稀土離子發(fā)光混合透射的光形成白光；
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED面光源封裝技術(shù)，其特征在于通過(guò)改變稀土離子的濃 度及透明陶瓷晶片(1)的厚度控制發(fā)出白光的色溫，色溫范圍在3000K 8000K;
10.根據(jù)權(quán)利要求1及要求7所述的LED面光源封裝技術(shù)，其特征在于稀土離子的濃 度范圍為0. 1 0. 3at%，透明陶瓷晶片(1)厚度范圍為0. 2 2mm。
全文摘要
一種LED面光源封裝技術(shù)，包括透明陶瓷晶片、基板、支架、芯片，多顆芯片采用COM(Chip on Metal)面光源封裝技術(shù)，通過(guò)金線或銅線以串、并聯(lián)的方式共晶焊接于基板的凹槽中，透明陶瓷晶片呈片狀蓋于芯片上方，通過(guò)膠粘、緊配或卡口等方式與固定于基板上方的支架結(jié)合，透明陶瓷晶片與芯片之間有一定距離，形成中空的隔離層，通電后，芯片發(fā)出的光激發(fā)透明陶瓷晶片中的稀土離子發(fā)光混合透射的光形成白光，通過(guò)改變稀土離子的濃度及透明陶瓷晶片的厚度控制發(fā)出白光的色溫。
文檔編號(hào)H01L25/075GK101931040SQ20101023459
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者南青霞, 姚海燕, 朱偉, 林復(fù)基, 鄒軍, 陳俊榮 申請(qǐng)人:嘉興嘉尼光電科技有限公司