專利名稱：用石墨烯制作的大功率led光源封裝結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石墨烯的應(yīng)用，具體涉及運(yùn)用石墨烯作為L(zhǎng)ED光源基板及芯片承載區(qū)材料而制作的一種新型LED光源。
背景技術(shù)：
由于LED其作為光源本身的優(yōu)點(diǎn)，LED光源已經(jīng)在功能型照明領(lǐng)域中扮演越來(lái)越重要的角色。目前的LED光源都是采用高導(dǎo)熱率的金屬做基板，最常見(jiàn)的是銅或鋁。通過(guò)將芯片固接在銅或鋁板上，將芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量通過(guò)銅或鋁再散發(fā)至熱沉。對(duì)于高功率的LED，則通過(guò)增加基板的面積和重量來(lái)加快散熱。這種增加基板面積與重量的方式往往使整個(gè)大功率LED光源體積增大，重量增加，提高了 LED光源成本的同時(shí)更使LED本身輕便等優(yōu)點(diǎn)喪失，且難以在推廣應(yīng)用。石墨烯作為一種二維峰窩狀結(jié)構(gòu)碳質(zhì)新型材料已受到世界關(guān)注。單層石墨烯的厚度只有0. 335納米，是目前世界上最薄也是機(jī)械強(qiáng)度最大的納米材料。幾乎完全透明，只吸收2. 3%的光。同時(shí)，它具有良好的散熱性能，它的熱導(dǎo)系數(shù)高達(dá)5300W/m.k，遠(yuǎn)高于目前導(dǎo)熱性能最好的金剛石。作為單層碳原子結(jié)構(gòu)，石墨烯的理論比表面積高達(dá)2630m2/g。目前尚無(wú)將石墨烯應(yīng)用于LED光源，特別是高功率LED光源的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有大功率LED光源技術(shù)上的不足，提出一種運(yùn)用石墨烯作為L(zhǎng)ED光源基板及芯片承載區(qū)材料而制作的用石墨烯制作的大功率LED光源封裝結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)工藝。為此，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。用石墨烯制作的大功率LED光源封裝結(jié)構(gòu)，包括固結(jié)有至少一個(gè)芯片并設(shè)有芯片電連接的基板，其特征在于所述基板的上、下表面至少一面覆蓋有單層石墨烯材料。通常在芯片承載區(qū)的基板表面使用單層片狀石墨烯作為導(dǎo)熱、散熱的材料，充分利用石墨烯的物理特性，將大功率LED光源工作時(shí)芯片產(chǎn)生的熱能傳導(dǎo)出來(lái)并散發(fā)掉，這樣在不增加光源重量、體積的情況下，明顯改善了芯片的工作溫度。對(duì)于上述技術(shù)方案的完善和補(bǔ)充，可以增加如下技術(shù)特征或其組合。所述的單層石墨烯材料覆蓋于基板的上表面且其外覆蓋有高反射系數(shù)的金屬層， 所述的芯片承載于金屬層上。對(duì)于LED封裝而言，芯片承載區(qū)需要滿足一些光學(xué)要求一平整的表面和較高的反射系數(shù)；而石墨烯僅具備良好的機(jī)械性能，并不具備高的反射系數(shù)，所以必須在石墨烯表面覆蓋高反射系數(shù)的金屬層。所述的金屬層為銀、銅、鋁之一的材料制成?？筛鶕?jù)實(shí)際生產(chǎn)成本及工藝，選擇材料，也可以直接采用銅基石墨烯制造芯片承載區(qū)。所述的基板周緣設(shè)有圍框。它在芯片承載區(qū)的外圍，起著引出電極和防止芯片上硅膠及熒光粉外溢的作用，此時(shí)基板的作用是把芯片承載區(qū)和圍框組合在一起，將芯片產(chǎn)生的熱量傳至熱沉上。
所述的基板的上表面為芯片承載區(qū)，其上設(shè)有金屬格柵，單層石墨烯嵌接在金屬格柵的每一個(gè)空白區(qū)中。對(duì)于面積較大的LED光源，還可以通過(guò)制作網(wǎng)狀的金屬格柵，將單層片狀的石墨烯嵌入其中的方式制作網(wǎng)狀石墨烯基板。所述的單層片狀石墨烯中混合有黑色素。這樣黑色的石墨烯吸熱快、放熱也快，能迅速將芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量散發(fā)掉，保證LED光源在適宜的溫度工作，實(shí)現(xiàn)節(jié)能長(zhǎng)壽命。為了實(shí)現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)的封裝，可以采用如下生產(chǎn)工藝。石墨烯制作的大功率LED光源封裝結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝，其特征在于包括如下步驟 第一步，選擇大小形狀符合設(shè)計(jì)要求的片狀石墨烯，用有機(jī)溶劑丙酮、無(wú)水乙醇進(jìn)行表
面清潔，干燥后備用；
第二步，在片狀石墨烯上覆蓋銀、銅、鋁之一的材料制成的高反射系數(shù)的金屬層。進(jìn)一步的，上述生產(chǎn)工藝還可以包括如下步驟。所述的第二步是在金屬阻燃材料制成的基板上通過(guò)噴涂、電鍍、真空鍍膜或真空濺射方式之一在單層石墨烯外表面覆蓋具有高反射率的銀、銅、鋁材料之一制成膜狀的金屬層。所述的真空鍍膜方式是依據(jù)真空鍍膜和真空室空間的大小，用不銹鋼材料制作一個(gè)能放入真空室的網(wǎng)架，把備用的所述的石墨烯為片狀且擱在一網(wǎng)架上，需要鍍金屬層的面向內(nèi)，放置在真空中，所述的石墨烯片及要蒸鍍的銀、銅、鋁材料之一放置于真空室后，對(duì)真空室抽真空達(dá)到IXlO-6Pa以上的高真空時(shí)對(duì)要蒸鍍的物質(zhì)加熱，使其蒸發(fā)到石墨烯裸露的部分形成高反射的膜層。網(wǎng)架可以是帶圖形的，同時(shí)具有掩膜作用。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明第一次將石墨烯高導(dǎo)熱率、高透光率的材料性能直接應(yīng)用在LED封裝上，解決了現(xiàn)有大功率LED體積大、重量大等問(wèn)題，通過(guò)在基板上直接覆蓋納米級(jí)厚度的單層石墨烯以及高反射金屬層即可高效導(dǎo)熱、散熱，便于LED照明光源的推廣應(yīng)用。


圖IA為本發(fā)明中芯片承載區(qū)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖IB為本發(fā)明中基板覆蓋單層石墨烯后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A為本發(fā)明中基板上設(shè)置了金屬格柵的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2B為本發(fā)明中帶金屬格柵的基板圍設(shè)了圍框的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2C為在圖2B基礎(chǔ)上覆蓋了單層石墨烯后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為采用本發(fā)明制作的一種光源結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)方案更加清楚，下面結(jié)合附圖進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明描述。參照?qǐng)D1、圖2、圖3，運(yùn)用石墨烯作為L(zhǎng)ED光源基板及芯片承載區(qū)材料制作一個(gè) 50W的LED光源。所述的LED光源由光源基板12、圍框11、芯片承載區(qū)10三部分組成。所述的芯片承載區(qū)可直接采用經(jīng)過(guò)表面處理的片狀石墨烯承載片101，也可以采用銅基石墨烯102。如圖2A和圖2B、圖2C所示，所述的光源基板采用通過(guò)噴涂、電鍍、真空鍍膜或真空濺等方式將石墨烯覆蓋粘結(jié)在其它易成型阻燃材料表面做成附合形狀要求的光源基板 201。也可以在片裝單層納米烯材料上加金屬圍框的方式制作光源基板202。對(duì)于面積較大的LED光源，還可以通過(guò)制作網(wǎng)狀的金屬加強(qiáng)筋，將石墨烯嵌入其中的方式制作網(wǎng)狀石墨烯基板203。根據(jù)光源出光要求，將一定數(shù)量的芯片按一定的排列方式固定在芯片承載區(qū)上， 并將芯片進(jìn)行一定方式的電連接，芯片工作產(chǎn)生的熱量快速通過(guò)芯片承載區(qū)到基板再到熱沉，從而制成所需功率及出光效果且輕便的大功率LED光源。
權(quán)利要求
1.用石墨烯制作的大功率LED光源封裝結(jié)構(gòu)，包括固結(jié)有至少一個(gè)芯片并設(shè)有芯片電連接的基板，其特征在于所述基板的上、下表面至少一面覆蓋有單層石墨烯材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用石墨烯制作的大功率LED光源封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的單層石墨烯材料覆蓋于基板的上表面且其外覆蓋有高反射系數(shù)的金屬層，所述的芯片承載于金屬層上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用石墨烯制作的大功率LED光源封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的金屬層為銀或銅或鋁的材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用石墨烯制作的大功率LED光源封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的基板周緣設(shè)有圍框。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的用石墨烯制作的大功率LED光源封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的基板的上表面為芯片承載區(qū)，其上設(shè)有金屬格柵，單層石墨烯嵌接在金屬格柵的每一個(gè)空白區(qū)中。
6.制造權(quán)利要求1所述的石墨烯制作的大功率LED光源封裝結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝，其特征在于包括如下步驟第一步，選擇大小形狀符合設(shè)計(jì)要求的片狀石墨烯，用有機(jī)溶劑丙酮、無(wú)水乙醇進(jìn)行表面清潔，干燥后備用；第二步，在片狀石墨烯上覆蓋銀或銅或鋁材料制成的高反射系數(shù)的金屬層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的石墨烯制作的大功率LED光源封裝結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的第二步是在金屬阻燃材料制成的基板上通過(guò)噴涂、電鍍、真空鍍膜或真空濺射方式之一在單層石墨烯外表面覆蓋具有高反射率的銀或銅或鋁材料制成膜狀的金屬層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的石墨烯制作的大功率LED光源封裝結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的真空鍍膜方式是依據(jù)真空鍍膜和真空室空間的大小，用不銹鋼材料制作一個(gè)能放入真空室的網(wǎng)架，把備用的所述的石墨烯為片狀且擱在一網(wǎng)架上，需要鍍金屬層的面向內(nèi)，放置在真空中，所述的石墨烯片及要蒸鍍的銀、銅、鋁材料之一放置于真空室后，對(duì)真空室抽真空達(dá)到IXlO-6Pa以上的高真空時(shí)對(duì)要蒸鍍的物質(zhì)加熱，使其蒸發(fā)到石墨烯裸露的部分形成高反射的膜層。
全文摘要
用石墨烯制作的大功率LED光源封裝結(jié)構(gòu)及其生產(chǎn)工藝，涉及一種大功率LED光源封裝。目前，對(duì)于高功率的LED，通過(guò)增加基板的面積和重量來(lái)加快散熱，使整個(gè)大功率LED光源體積增大，重量增加，提高了LED光源成本的同時(shí)更使LED本身輕便等優(yōu)點(diǎn)喪失，且難以在推廣應(yīng)用。本發(fā)明包括固結(jié)有至少一個(gè)芯片并設(shè)有芯片電連接的基板，其特征在于所述基板的上、下表面至少一面覆蓋有單層石墨烯材料。通常在芯片承載區(qū)的基板表面使用單層片狀石墨烯作為導(dǎo)熱、散熱的材料，充分利用石墨烯的物理特性，將大功率LED光源工作時(shí)芯片產(chǎn)生的熱能傳導(dǎo)出來(lái)并散發(fā)掉，這樣在不增加光源重量、體積的情況下，明顯改善了芯片的工作溫度。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102412352SQ201110355530
公開(kāi)日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者樓滿娥, 王銓海, 郭邦俊 申請(qǐng)人:杭州創(chuàng)元光電科技有限公司