專利名稱：高光功率密度紫外線led固化光源及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紫外線LED固化光源領(lǐng)域，具體為一種高光功率密度紫外線LED固化光源及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前,用于固化UV(Ultraviolet Rays的縮寫，中文含義是紫外光線)油墨、UV膠、UV墨水等的固化光源有汞燈、微波無電極紫外光源、鹵素?zé)舻鹊?。隨著UV固化技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的紫外固化光源日益暴露出一些缺點(diǎn)。紫外線LED固化光源作為新一代綠色節(jié)能環(huán)保的固化光源，具有壽命長(zhǎng)，不含紅外線，無汞污染等一系列優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域具有極其廣闊的發(fā)展和應(yīng)用空間。但是目前高光功率密度紫外線LED固化光源制作方法不成熟，存在散熱技術(shù)瓶頸，解決不了高光功率密度的紫外線LED固化光源的散熱問題，在實(shí)際應(yīng)用中只存在少量低光功率密度的紫外線LED固化光源產(chǎn)品，滿足不了各種UV材料固化時(shí)紫外光強(qiáng)度的需求，阻礙了綠色環(huán)保，低能耗的紫外線LED固化光源的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。為了推動(dòng)和促進(jìn)紫外線LED固化光源的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，本發(fā)明提出一種高光功率密度紫外線LED固化光源及其制備方法，該高光功率密度紫外線LED固化光源及其制備方法不同于傳統(tǒng)的紫外線LED固化光源及其制備方法，可以實(shí)現(xiàn)低成本、高光功率密度且能夠有效解決散熱技術(shù)瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于針對(duì)已有紫外LED固化光源和制作方法存在的散熱缺陷，通過在封裝結(jié)構(gòu)和封裝工藝上的改進(jìn)，提供一種高光功率密度紫外線LED固化光源及其制備方法。實(shí)現(xiàn)高光功率密度紫外LED固化光源的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是以直接把紫外LED芯片固晶在散熱器的固晶表面，在散熱器的固晶表面上放置帶有反光杯、上面布有線路層和打晶焊盤的LED基板解決聚光、電路走線、打金線。由于紫外LED芯片直接固晶在散熱器的表面，和傳統(tǒng)的把紫外LED芯片固晶在LED基板后用導(dǎo)熱膏貼合在散熱器表面相比，有效減少了中間導(dǎo)熱環(huán)節(jié)、界面熱阻，明顯提高了散熱效率。通過上述散熱方式保證了紫外LED芯片工作時(shí)PN結(jié)處于低溫狀態(tài)，解決了因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)紫外LED芯片自身溫度過高產(chǎn)生的紅外輻射問題，實(shí)現(xiàn)紫外LED”冷”固化光源，是一種低成本和簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)高光功率密度紫外LED固化光源的方法，該制備方法實(shí)現(xiàn)了高光功率紫外線LED固化光源的應(yīng)用問題。此外，在此基礎(chǔ)上，還可以方便的通過串接紫外線LED光源模組得到不同尺寸的紫外線LED固化光源，解決了不同應(yīng)用領(lǐng)域需求不同尺寸的光源問題。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，通過如下技術(shù)方案達(dá)到發(fā)明目的一種高光功率密度紫外LED固化光源它包括散熱、LED基板、銀膠、紫外LED芯片、金線、硅膠、透明石英玻璃蓋板和擋膠框，其特征是所述紫外LED芯片通過銀膠陣列排列固晶在散熱器的固晶面，紫外LED芯片工作產(chǎn)生的熱量可以直接通過銀膠傳導(dǎo)到散熱器上，如再外加輔助的風(fēng)冷或者水冷散熱，可以迅速降低紫外LED芯片的PN結(jié)工作溫度，陣列式紫外LED芯片之間的行、列間距距離根據(jù)紫外LED固化光源的光功率密度決定，光功率密度高，距離小，光功率密度低，距離大；所述LED基板固定在散熱器的固晶面，LED基板上有反光杯、打金焊盤和走線層，反光杯形狀為一錐形孔，孔徑上面打大，下面小，上面孔徑為2mm到3. 5mm之間，下面孔徑為I. 7mm到2mm之間，反光杯的位置根據(jù)散熱器表面所陣列排列的紫外LED芯片的位置決定，紫外LED芯片位于反光杯的中心，反光杯反射紫外LED芯片發(fā)出的紫外光，增加紫外光的輻射強(qiáng)度；打金焊盤位于反光杯孔的兩側(cè)，用金線連接紫外LED芯片的電極和打金焊盤，通過金線以及打金焊盤連接紫外LED芯片，形成紫外LED芯片串；走線層位于LED基板的表面，用于連接不同紫外LED串的正負(fù)極，使得不同紫外LED串正極相連，負(fù)極相連，形成并連結(jié)構(gòu)，走線層的厚度為10微米到100微米之間；所述檔膠框包圍著所有紫外LED芯片串并且固定在LED基板上，硅膠涂敷層填充在擋膠框內(nèi)固封住所有紫外LED芯片串；所述銀膠用于紫外LED芯片的固晶，其中銀粉的含量大于95%;所述石英玻璃蓋板由硅膠或者紫外線粘結(jié)膠粘結(jié)固定在擋膠框上。本發(fā)明專利提出一種簡(jiǎn)單、低 成本得到高光功率密度紫外LED固化光源，徹底解決高光功率密度紫外LED固化光源的散熱問題。在上述的高光功率密度紫外LED固化光源中，所述的紫外LED芯片的發(fā)光波長(zhǎng)為200nm至420nm波段內(nèi)，且該芯片結(jié)構(gòu)為正裝結(jié)構(gòu)(即該芯片的正負(fù)極在芯片的上表面，芯片的下表面絕緣)，可以陣列式集成單波長(zhǎng)(比如365nm、395nm、405nm和415nm)紫外LED芯片，得到單峰值波長(zhǎng)紫外線光源；也可以配置陣列式集成不同峰值波長(zhǎng)的紫外LED芯片，得到不同峰值波長(zhǎng)的LED紫外線多波長(zhǎng)混合光源。在上述的高光功率密度紫外LED固化光源中，所述LED基板按陣列式排布錐形反光杯，大功率紫外LED芯片所發(fā)出紫外光線的反射聚集作用，并且布有打線的焊盤和線路層。在上述的高光功率密度紫外LED固化光源中，所述散熱器為銅質(zhì)或者鋁制材料，固晶面為水平光滑面，用于固定紫外LED芯片。一種高光功率密度紫外LED固化光源的制備方法，用于制備上述光源，其具體特征在于制備工藝步驟如下(I)對(duì)散熱器固晶面鍍金，鍍金層厚度為O. 075微米到O. 2微米之間；(2)在散熱器固品面的鍍金層上對(duì)應(yīng)將排列紫外LED芯片之處刷銀膠；銀膠高度不超過所固晶紫外LED芯片高度的1/3 ；(3)在銀膠上放置紫外LED芯片；(4)烘烤；烘烤2小時(shí)±10分鐘，溫度180° ±15° ;(5)把LED基板制備與紫外LED芯片陣列排列對(duì)應(yīng)位置的反光杯之后，緊密貼合并且固定在散熱器的固晶面上；(6)打金線，金線的直徑大于32微米；用常規(guī)打金線機(jī)打金線；(7)把擋膠框緊密貼合放置并固定在LED基板上表面；(8)灌封硅膠，將硅膠涂敷填充檔膠框內(nèi)；(9)貼合石英玻璃板，用硅膠或者紫外線粘結(jié)膠將石英玻璃板嵌粘在檔膠框上；
(10)測(cè)試。在上述的高光功率密度紫外LED固化光源的制備方法中，所述步驟(2)在散熱器固晶面的鍍金層上刷銀膠是采用絲網(wǎng)印刷或者相關(guān)工藝印刷銀膠用于固晶，銀膠的厚度小于所用紫外LED芯片的高度的1/3。在上述的高光功率密度紫外LED固化光源的制備方法中，所述步驟(5)把LED基板固定在散熱器固晶面上是采用錫膏焊接使得LED基板緊密貼合在散熱器的固晶面上。在所述的高光功率密度紫外LED固化光源的制備方法中，所述步驟(9)貼合石英玻璃板時(shí)，石英玻璃板和硅膠之間應(yīng)該沒有氣泡。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低廉，操作簡(jiǎn)單，可迅速把紫外LED芯片工作時(shí)的熱量傳導(dǎo)到散熱器上，再通過外界輔助的風(fēng)冷和水冷散熱方式及時(shí)把熱量耗散到外界環(huán)境中去。實(shí)現(xiàn)高光功率密度紫外LED固化光源的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化?！?br>

圖I是本發(fā)明中結(jié)構(gòu)截面示意圖；圖2是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)截面示意圖；圖3是本發(fā)明中散熱器固晶后示意圖；圖4是本發(fā)明中LED基板結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明中高光功率紫外LED固化光源模組爆炸示意圖；圖6是本發(fā)明中高光功率紫外LED固化光源模組示意圖；圖7是本發(fā)明中高光功率紫外LED固化光源制備方法流程示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下實(shí)施例參圖I、圖3、圖4、圖5、圖6，本高功率密度紫外LED固化光源包括散熱器I、LED基板2、銀膠3、紫外LED芯片4、金線5、硅膠6、透明石英玻璃蓋板7和擋膠框8，所述紫外LED芯片4通過銀膠3陣列排列固晶在散熱器I的固晶面，紫外LED芯片4工作產(chǎn)生的熱量可以直接通過銀膠3傳導(dǎo)到散熱器I上，如再外加輔助的風(fēng)冷或者水冷散熱，可以迅速降低紫外LED芯片4的PN結(jié)工作溫度，陣列式紫外LED芯片4之間的行、列間距距離根據(jù)紫外LED固化光源的光功率密度決定，光功率密度高，距離小，光功率密度低，距離大；所述LED基板2固定在散熱器I的固晶面，LED基板2上有反光杯、打金焊盤和走線層，反光杯形狀為一錐形孔，孔徑上面打大，下面小，上面孔徑位于2mm到3. 5mm之間，下面孔徑為I. 7mm到2mm之間，反光杯的位置根據(jù)散熱器表面所陣列排列的紫外LED芯片4的位置決定，紫外LED芯片4位于反光杯的中心，反光杯反射紫外LED芯片4發(fā)出的紫外光，增加紫外光的輻射強(qiáng)度；打金焊盤位于反光杯孔的兩側(cè)，用金線5連接紫外LED芯片4的電極和打金焊盤，通過金線以及打金焊盤連接紫外LED芯片4，形成紫外LED芯片串；走線層位于LED基板2的表面，用于連接不同紫外LED串4的正負(fù)極，使得不同紫外LED串正極相連，負(fù)極相連，形成并連結(jié)構(gòu)，走線層的厚度位于10微米到100微米之間；所述檔膠框8固定在LED基板2上，包圍著所有紫外LED芯片串，硅膠6涂敷層填充在擋膠框8內(nèi)固封所有紫外LED芯片串；所述銀膠3用于紫外LED芯片4的固晶，其中銀粉的含量大于95%;所述石英玻璃蓋板7由硅膠或者紫外線粘結(jié)膠粘結(jié)固定在擋膠框8上。本發(fā)明專利提出一種簡(jiǎn)單、低成本得到高光功率密度紫外LED固化光源，徹底解決高光功率密度紫外LED固化光源的散熱問題。參圖2，和本發(fā)明相比，傳統(tǒng)的紫外線LED固化光源中，紫外LED芯片是固晶在LED基板上，LED基板再通過一層導(dǎo)熱膏9貼合在散熱器的表面。由于導(dǎo)熱膏9的導(dǎo)熱系數(shù)非常低，故在此形成導(dǎo)熱瓶頸，不能把紫外LED光源的工作時(shí)產(chǎn)生的熱量及時(shí)耗散出來。使得紫外LED芯片PN結(jié)的結(jié)溫過高產(chǎn)生光衰。此外LED基板和本發(fā)明的基板在結(jié)構(gòu)上也不同。實(shí)施例二 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下所述的高光功率密度紫外LED固化光源，其特征是所述紫外LED芯片4的發(fā)光波長(zhǎng)為200nm至420nm波段內(nèi)，且該芯片結(jié)構(gòu)為正裝結(jié)構(gòu)，即該芯片的正負(fù)極在芯片的上表面，芯片的下表面絕緣，以陣列式集成單波長(zhǎng)紫外LED芯片4，得到單峰值波長(zhǎng)紫外線光源；或者以配置陣列式集成不同峰值波長(zhǎng)的紫外LED芯片4，得到不同峰值波長(zhǎng)的LED紫外線多波長(zhǎng)混合光源。 所述的高光功率密度紫外LED固化光源，其特征是所述散熱器I為銅質(zhì)或者鋁制材料，固晶面為水平光滑面，用于固定紫外LED芯片4。實(shí)施例三參考圖7，本高光功率密度紫外LED固化光源的制備方法，用于制備上述光源，其特征在于制備工藝步驟如下(I)對(duì)散熱器I固晶面鍍金，鍍金層厚度為O. 075微米到O. 2微米之間；(2)在散熱器I固晶面的鍍金層上對(duì)應(yīng)將排列紫外LED芯片4之處刷銀膠3 ;銀膠3高度不超過所固晶紫外LED芯片4高度的1/3 ； (3)在銀膠3上放置紫外LED芯片4 ；(4)烘烤；烘烤2小時(shí)±10分鐘，溫度180° ±15° ;(5)把LED基板2緊密貼合固定在散熱器I的固晶面上；(6)打金線，金線的直徑大于32微米；用常規(guī)打金線機(jī)打金線；(7)把擋膠框8緊密貼合放置并固定在LED基板2上表面；(8)灌封硅膠6，將硅膠6涂敷填充檔膠框8內(nèi)；(9)貼合石英玻璃板7，用硅膠或者紫外線粘結(jié)膠將石英玻璃板7嵌粘在檔膠框8上;(10)測(cè)試。實(shí)施例四本實(shí)施例與實(shí)施例三基本相同，特別之處如下上述步驟(2)在散熱器I固品面的鍍金層上刷銀膠是采用絲網(wǎng)印刷或者相關(guān)工藝印刷銀膠用于固晶，銀膠的厚度小于所用紫外LED芯片的厚度1/3 ;上述步驟(5)把LED基板2固定在散熱器I的固晶面上是采用錫膏焊接使得LED基板2緊密貼合在散熱器的固晶面上；上述步驟(9)貼合石英玻璃板7時(shí)，石英玻璃板7和硅膠6中應(yīng)該沒有氣泡。
權(quán)利要求
1.一種高光功率密度紫外LED固化光源，包括散熱器(I)、LED基板(2)、銀膠(3)、紫外LED芯片(4)、金線(5)、硅膠(6)、透明石英玻璃蓋板(7)和擋膠框(8)，其特征在于所述紫外LED芯片(4)通過銀膠(3)陣列排列固晶在散熱器⑴的固晶面，所述LED基板(2)固定在散熱器(I)的固品面，LED基板(2)上有反光杯、打金焊盤和走線層；所述反光杯形狀為一錐形孔，該錐形孔的孔徑上面大，下面小，上面孔徑為2mm到3. 5mm之間，下面孔徑為I.7mm到2mm之間，反光杯的位置與散熱器(I)表面所陣列排列的紫外LED芯片(4)的位置想對(duì)應(yīng)，紫外LED芯片(4)位于反光杯的中心；打金焊盤位于反光杯的兩側(cè)，用金線(5)連接紫外LED芯片(4)的電極和打金焊盤，通過金線(5)以及打金焊盤連接紫外LED芯片(4)，形成紫外LED芯片串；走線層位于LED基板(2)的表面，用于連接不同紫外LED芯片串的正負(fù)極，使得不同紫外LED芯片串正極相連，負(fù)極相連，形成并連結(jié)構(gòu)，走線層的厚度為10微米到100微米之間；所述檔膠框⑶固定在LED基板⑵上，包圍著所有紫外LED芯片串，硅膠(6)涂敷層填充在擋膠框(8)內(nèi)；固封住所有紫外LED芯片串；所述銀膠(3)用于紫外LED芯片(4)的固晶，其中銀粉的含量大于95% ;所述石英玻璃蓋板(7)由硅膠或者紫外線粘結(jié)膠粘結(jié)固定在擋膠框(8)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高光功率密度紫外LED固化光源，其特征是所述紫外LED芯片(4)的發(fā)光波長(zhǎng)為200nm至420nm波段內(nèi)，且該芯片結(jié)構(gòu)為正裝結(jié)構(gòu)，即該芯片的正負(fù)極在芯片的上表面，芯片的下表面絕緣，以陣列式集成單波長(zhǎng)紫外LED芯片，得到單峰值波長(zhǎng)紫外線光源；或者以配置陣列式集成不同峰值波長(zhǎng)的紫外LED芯片，得到不同峰值波長(zhǎng)的LED紫外線多波長(zhǎng)混合光源。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高光功率密度紫外LED固化光源，其特征是所述散熱器(I)為銅質(zhì)或者鋁制材料，固晶面為水平光滑面，用于固定紫外LED芯片(4)。
4.一種高光功率密度紫外LED固化光源的制備方法，用于制備根據(jù)權(quán)利要求I所述的高光功率密度紫外LED固化光源，其特征在于制備工藝步驟如下 (1)對(duì)散熱器(I)固晶面鍍金，鍍金層厚度為O.075微米到O. 2微米之間； (2)在散熱器(I)固晶面的鍍金層上對(duì)應(yīng)將排列紫外LED芯片(4)之處刷銀膠(3);銀膠⑶高度不超過所固晶紫外LED芯片(4)高度的1/3 ； (3)在銀膠(3)上放置紫外LED芯片(4); (4)烘烤；烘烤2小時(shí)±10分鐘，溫度180°±10° ; (5)把LED基板(2)制備與紫外LED芯片(4)陣列排列對(duì)應(yīng)位置的反光杯之后，緊密貼合并且固定在散熱器I的固晶面上； (6)打金線，金線的直徑大于32微米；用常規(guī)打金線機(jī)打金線； (7)把擋膠框(8)緊密貼合放置并固定在LED基板(2)上表面； (8)灌封硅膠￠)，將硅膠(6)涂敷填充檔膠框(8)內(nèi)； (9)貼合石英玻璃板(7)，用硅膠或者紫外線粘結(jié)膠將石英玻璃板(7)嵌粘在檔膠框(8)上； (10)測(cè)試。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高光功率密度紫外LED固化光源的制備方法，其特征是所述步驟(2)在散熱器(I)固晶面的鍍金層上刷銀膠實(shí)現(xiàn)固晶。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高光功率密度紫外LED固化光源的制備方法，其特征是所述步驟(5)把LED基板(2)固定在散熱器(I)的固晶面上是采用錫膏焊接使得LED基板(2)緊密貼合在散熱器(I)的固晶面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高光功率密度紫外LED固化光源的制備方法，其特征是所述步驟(9)貼合石英玻璃板(7)時(shí)，石英玻璃板(7)與硅膠(6)之間應(yīng)該沒有氣泡。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高光功率密度紫外LED固化光源及其制備方法。本光源包括散熱器、LED基板、銀膠、紫外LED芯片、金線、硅膠、透明石英玻璃蓋板和擋膠框，所述率紫外LED芯片通過銀膠固晶在散熱器的固晶面，所述LED基板固定在散熱器的固品面，LED基板上有反光杯、打金焊盤和走線層，通過打金焊盤、金線以及LED基板上的走線層連接紫外LED芯片，形成紫外LED芯片串，所述檔膠框固定在LED基板上，硅膠涂敷層填充在擋膠框內(nèi)，所述石英玻璃蓋板固定在擋膠框上。本發(fā)明解決了光源散熱不良產(chǎn)生的光衰，可以實(shí)現(xiàn)高密度陣列式集成紫外LED芯片，制作高光功率密度的紫外線LED面光源或者線光源。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低廉，在固化、消毒等工業(yè)領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H01L33/64GK102903710SQ20121042752
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者姜紹娜, 姜澤堅(jiān) 申請(qǐng)人:姜紹娜