專利名稱：高效散熱led照明光源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高效散熱LED照明光源。
背景技術(shù)：
將多個LED裸芯片集成在一個線路板上稱為集成芯片。無論是單電極 LED裸芯片、雙電極LED裸芯片還是倒裝LED裸芯片均可應(yīng)用在LED集成 芯片上。LED集成芯片中常用到鋁基板，現(xiàn)有的照明LED鋁基板由金屬鋁或 鋁合金作為襯底，在上面涂覆有機物或無機物導熱絕緣層，在導熱絕緣層上 再覆蓋銅箔。由于其導熱絕緣層能耐高壓(〉1500V/min)及襯底散熱性較佳， 所以被廣泛應(yīng)用在LED領(lǐng)域。其應(yīng)用方式為在鋁基板上按照傳統(tǒng)單層印刷線 路板的制造方式將銅箔用絲網(wǎng)印刷及蝕刻方式形成電路，再將防焊層覆蓋在 鋁基板上，僅裸露出需要焊接部位的銅箔即成。這種采用傳統(tǒng)方式制造的鋁 基板，由于其使用工藝精度較差，難以精確控制導熱絕緣層的厚度，為了保 證其耐壓性能，必須對導熱絕緣層的厚度留有較大余量， 一般導熱絕緣層的 厚度在80 100um，因此導熱絕緣層的厚度較大，其導熱及散熱效果因此大 大降低。
現(xiàn)有的照明用LED單顆芯片大多采用面積較大的功率型LED芯片，其 成本較高，由于芯片面積較大，熱源集中，因此散熱效果不好；同時，這種 LED芯片較難實現(xiàn)多芯片集成；采用這種芯片制造光源時，需要先將單顆大 功率LED裸芯片封裝在帶金屬襯底的貼片封裝內(nèi)，然后再將若干個封裝好的 貼片式芯片通過串并聯(lián)關(guān)系接于帶電路的鋁基板上。目前還有采用集成LED 芯片制造光源的方法，其需要先將多顆LED裸芯片通過串并聯(lián)組合連接封裝 在帶金屬襯底的貼片封裝內(nèi)，然后再將若干個封裝好的貼片式集成芯片通過串并聯(lián)關(guān)系接于帶電路的鋁基板上。這種集成LED芯片的光源的制造過程需 要首先對LED裸芯片進行一次封裝，再在帶電路的鋁基板上進行二次封裝， 因此其工藝復雜，成本較高，生產(chǎn)效率較低。
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本 低、散熱效果好、生產(chǎn)效率高、制造精確度高的高效散熱LED照明光源。
本實用新型所采用的技術(shù)方案是本實用新型包括LED裸芯片，所述 LED裸芯片包括襯底和N型外延層、P型外延層，所述高效散熱LED照明光 源還包括金屬基板，所述金屬基板的上表面沉積有導熱絕緣層，所述導熱絕 緣層上沉積有金屬層，所述金屬層的上表面除焊點、芯片及打線位置外的其 余部分覆蓋有防焊層，所述導熱絕緣層由二氧化硅層或氮化硅層或二氧化硅 層與氮化硅層組合構(gòu)成，所述金屬層根據(jù)所述LED裸芯片的串并聯(lián)連接關(guān)系 構(gòu)成預先設(shè)定的電路連線及圖形，所述LED裸芯片分為若干組正裝或倒裝在 各所述金屬層上，各組內(nèi)部的所述LED裸芯片之間及若干組所述LED裸芯 片之間均通過所述金屬層相連接組成電路，所述金屬層引出陽極接點和陰極 接點。
所述LED裸芯片上及其周圍覆蓋硅膠或樹脂形成保護層，所述保護層將 所述LED裸芯片及用于封裝的金屬線或焊球覆蓋；或者，所述LED裸芯片 上覆蓋有熒光粉層，所述熒光粉層的周圍覆蓋硅膠或樹脂形成保護層，所述 保護層將所述熒光粉層、所述LED裸芯片及用于封裝的金屬線或焊球覆蓋。
各組內(nèi)部的所述LED裸芯片之間互相串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)組合連接，若 干組所述LED裸芯片之間互相串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)組合連接。
所述金屬基板為鋁基板或銅基板，所述金屬基板的厚度為1 3mm，所 述金屬層的上表面為反光面，所述金屬層采用銅或鋁或硅鋁合金制造，所述
5金屬層的厚度為1 5um。
所述導熱絕緣層的耐壓值大于1500V/min或3500V/min。 所述LED裸芯片為單電極芯片或雙電極芯片。
本實用新型的有益效果是由于本實用新型包括金屬基板，所述金屬基 板的上表面沉積有導熱絕緣層，所述導熱絕緣層上沉積有金屬層，所述金屬 層的上表面除焊點、芯片及打線位置外的其余部分覆蓋有防焊層，所述導熱 絕緣層由二氧化硅層或氮化硅層或二氧化硅層與氮化硅層組合構(gòu)成，所述金 屬層根據(jù)所述LED裸芯片的串并聯(lián)連接關(guān)系構(gòu)成預先設(shè)定的電路連線及圖 形，所述LED裸芯片分為若干組正裝或倒裝在各所述金屬層上，各組內(nèi)部的 所述LED裸芯片之間及若干組所述LED裸芯片之間均通過所述金屬層相連 接組成電路，所述金屬層引出陽極接點和陰極接點，本實用新型通過集成電 路的制造工藝在所述金屬基板上沉積所述導熱絕緣層及所述金屬層，由于集 成電路的制造工藝精度高，使得導熱絕緣層的厚度可以精確控制，在滿足耐 高壓的情況下，可盡量減少所述導熱絕緣層的厚度，本實用新型的導熱絕緣 層的厚度可在lOnm之內(nèi)，僅為傳統(tǒng)單層線路板的制造方法形成的導熱絕緣 層厚度的幾分之一，甚至幾十分之一，同時集成電路工藝中采用的導熱絕緣 層的材料二氧化硅及氮化硅的導熱系數(shù)高，使得本實用新型導熱絕緣層的導 熱性能優(yōu)異，整體平均導熱系數(shù)是傳統(tǒng)鋁基板的導熱系數(shù)的80 100倍，因 此導熱性大大提高，因此能夠減少散熱基板的尺寸，有利于光源的小型化； 而且本實用新型在所述金屬基板上形成所述金屬層后直接將分成若干組的所 述LED裸芯片正裝或倒裝連接在所述金屬層上，只通過一次封裝就可成為一 個獨立的光源，相對于現(xiàn)有技術(shù)LED鋁基板光源需要二次封裝的特點，本實 用新型只通過一次封裝就能夠?qū)崿F(xiàn)LED裸芯片之間的串并聯(lián)組合關(guān)系， 一次 封裝后的光源直接接于驅(qū)動電路就可以發(fā)光工作，簡化了工藝步驟，節(jié)省了 封裝材料，節(jié)約了成本，使得生產(chǎn)效率大幅提高；另外本實用新型通過所述 導熱絕緣層將所述LED裸芯片發(fā)光產(chǎn)生的熱量直接傳導到所述金屬層上并通過所述金屬基板再散發(fā)到外界，熱傳遞路徑相比現(xiàn)有技術(shù)也大為縮短，熱量
傳導速度更快，導熱及散熱效果更好，延長了LED裸芯片的使用壽命，故本 實用新型成本低、散熱效果好、生產(chǎn)效率高、制造精確度高；
由于本實用新型的各組內(nèi)部的所述LED裸芯片之間互相串聯(lián)或并聯(lián)或串 并聯(lián)組合連接，若干組所述LED裸芯片之間互相串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)組合連 接，因此各所述LED裸芯片相互間可以產(chǎn)生串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)組合連接等 多種電路連接方式，應(yīng)用調(diào)整自由，可廣泛應(yīng)用于交、直流及高、低壓及不 同功率的燈具中，故本實用新型可實現(xiàn)在鋁基板上的LED多種連接方式，應(yīng) 用范圍廣。
圖1是本實用新型實施例的高效散熱LED照明光源的正面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1所示I處局部放大結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是圖2所示的B—B斷面結(jié)構(gòu)示意圖4、圖5是本實用新型實施例高效散熱LED照明光源的制造方法中步 驟(b)過程的斷面結(jié)構(gòu)示意圖6、圖7是本實用新型實施例高效散熱LED照明光源的制造方法中步 驟(c)過程的斷面結(jié)構(gòu)示意圖
圖8是本實用新型實施例高效散熱LED照明光源的制造方法中步驟(d) 完成后的斷面結(jié)構(gòu)示意圖9本實用新型實施例高效散熱LED照明光源的制造方法中步驟(e) 完成后的斷面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖1 圖3所示，本實施例的高效散熱LED照明光源為一應(yīng)用于220V交流電的工礦燈的光源，包括LED裸芯片1、金屬基板2，所述LED裸芯片 1為雙電極芯片，所述LED裸芯片1包括襯底10和N型外延層11、 P型外 延層12，所述襯底10為氧化鋁(藍寶石，A1203)襯底，當然所述襯底10 也可以為砷化鎵(GaAs)或碳化硅(SiC)等其他材料的襯底，所述金屬基 板2為鋁基板，厚度為2mm，當然也可以采用銅基板，所述金屬基板2的厚 度可為1 3mm，所述金屬基板2的上表面沉積有導熱絕緣層，所述導熱絕 緣層上沉積有金屬層6，所述金屬層6的上表面除焊點、芯片及打線位置外 的其余部分覆蓋有防焊層8，以避免不同的所述金屬層6之間短路及誤焊， 還可以防止觸電，所述導熱絕緣層由二氧化硅層30與氮化硅層31組合構(gòu)成， 所述導熱絕緣層的耐壓值大于1500V/min，當然，所述導熱絕緣層的耐壓值 也可以為其他值如3500V/min，所述導熱絕緣層的厚度越大，其耐壓值也越 大，所述導熱絕緣層也可以由二氧化硅層30或氮化硅層31單獨構(gòu)成，所述 金屬層6根據(jù)所述LED裸芯片1的串并聯(lián)連接關(guān)系構(gòu)成預先設(shè)定的電路連線 及圖形，所述P型外延層12、所述N型外延層11分別通過兩個金屬線43、 45焊接在相鄰的兩個所述金屬層6上以實現(xiàn)LED芯片的正裝，所述金屬層6 的上表面為反光面，所述金屬層6采用鋁制造，厚度為2um，當然也可以采 用銅或硅鋁合金制造，所述金屬層6的厚度可為1 5 u m,所述金屬層6既 是電極、導電體，又是LED裸芯片的散熱傳導片，還是底面光線的反光體。
所述LED裸芯片1分為8組，每組包括25個所述LED裸芯片1 ，每組 內(nèi)部的25個所述LED裸芯片1之間全部串聯(lián)連接，當然也可以根據(jù)實際使 用要求將各組內(nèi)部的所述LED裸芯片1之間互相并聯(lián)或串并聯(lián)組合連接，8 組所述LED裸芯片1再分為兩個大組，每個大組各包括4組所述LED裸芯 片l， 4組所述LED裸芯片1之間互相串聯(lián)，兩個大組再并聯(lián)在一起，當然 各組所述LED裸芯片1之間也可以完全互相串聯(lián)或并聯(lián)或采用其他串并聯(lián)組 合方式，各組內(nèi)部的所述LED裸芯片1之間及8組所述LED裸芯片1之間 均通過所述金屬層6相連接組成電路，所述金屬層6引出陽極接點60和陰極
8接點61。所述LED裸芯片1上覆蓋有熒光粉層7，所述熒光粉層7的周圍覆 蓋硅膠或樹脂形成保護層5,所述保護層5將所述熒光粉層7、所述LED裸 芯片1及用于封裝的金屬線或焊球覆蓋，以防止金屬線折斷，同時可保護所 述LED裸芯片1不受外界環(huán)境變化的影響。
如圖3 圖9所示，本實施例的高效散熱LED照明光源的制造方法包括 以下步驟
'(a)金屬基板預處理對所述金屬基板2的上表面進行平整拋光處理， 以便沉積導熱絕緣層；
(b) 形成導熱絕緣層采用常壓化學氣相法在350 450'C下在所述金 屬基板2的上表面沉積厚度為1 3 u m的二氧化硅層30作為緩沖層，以使 導熱絕緣層與所述金屬基板2的結(jié)合緊密，如圖4所示，然后在200 35(TC 下采用電漿化學氣相法在所述二氧化硅層30上沉積厚度為1 10ii m的氮化 硅層31，所述二氧化硅層30及所述氮化硅層31共同構(gòu)成導熱絕緣層，使得 所述導熱絕緣層的耐壓值大于1500V/min，此步驟最后形成的斷面圖如圖5 所示；當然，也可以采用常壓化學氣相法在所述金屬基板2的上表面沉積厚 度為2 10um的二氧化硅層30單獨作為導熱絕緣層；或者，采用電漿化學 氣相法在所述金屬基板2的上表面沉積厚度為2 10ix m的氮化硅層31單獨 作為導熱絕緣層；
(c) 形成金屬層以濺鍍的方法在所述導熱絕緣層上沉積厚度為1 5 um的金屬鋁，當然也可以沉積硅鋁合金，或者，在所述導熱絕緣層上覆上 銅箔，如圖6所示；然后在光刻機上利用金屬光刻掩模版進行光刻，或者， 采用絲網(wǎng)印刷方法形成金屬層的圖形；再用濕法蝕刻工藝對金屬鋁或銅箔進 行蝕刻，蝕刻后剩余的金屬鋁或銅箔構(gòu)成所述金屬層6及陽極接點60和陰極 接點61，此步驟最后形成的斷面圖如圖7所示；
(d) 形成防焊層在所述金屬層6的上表面除焊點、芯片及打線預留位 置外的其余部分以絲網(wǎng)印刷方式涂覆形成所述防焊層8，此步驟最后形成的斷面圖如圖8所示；
(e) LED裸芯片封裝:將若干組所述LED裸芯片1的所述襯底10用超 聲鍵合或用銀漿或錫粘合在所述鋁基板2的所述金屬層6上，所述LED裸芯 片1的兩個電極接點分別通過兩個金屬線43、 45焊接在所述金屬層6上進行 正裝封裝，構(gòu)成光源的連接電路；
(f) 形成熒光粉層作為白光LED應(yīng)用，在封裝在所述金屬層6上的 藍光LED裸芯片1上覆蓋預先調(diào)制好的熒光粉，其厚度為0.2 0.5mm，再 經(jīng)過高溫固化形成所述熒光粉層7;
(g) 形成保護層在所述熒光粉層7上于所述LED裸芯片1上及其周 圍的相應(yīng)位置覆毒硅膠或樹脂，經(jīng)過高溫固化形成保護層5，所述保護層5 將所述LED裸芯片1及用于封裝的金屬線43、 45覆蓋，以防止金屬線折斷， 同時可保護所述LED裸芯片1不受外界環(huán)境變化的影響。
本實用新型中，所述LED裸芯片1的數(shù)量不限于實施例中所述，所述 LED裸芯片1的分組數(shù)量及每組內(nèi)部的所述LED裸芯片1的數(shù)量也不限于實 施例中所述，所述LED裸芯片1也可以為單電極芯片，因此所述LED裸芯 片1既可以正裝也可以倒裝在各所述金屬層6上，在制造不同的交、直流及 高、低壓及不同功率的燈具中(比如12V直流大功率太陽能路燈、220V交流 大功率路燈、220V交流LED燈管等燈具)可靈活設(shè)置，應(yīng)用范圍廣，實施 例中僅是舉例說明。
當所述LED裸芯片1為單電極芯片時，所述LED裸芯片1的襯底10為 砷化鎵或碳化硅襯底，在所述步驟(e)中，將所述襯底IO用銀漿或錫粘合 在所述金屬基板2的所述金屬層6上，所述LED裸芯片1的一個電極接點通 過金屬線焊接在所述金屬層6上進行正裝封裝。
當所述LED裸芯片1為倒裝封裝時，在所述步驟(e)中，植焊球于所 述金屬層6上，再通過超聲鍵合的方法將所述LED裸芯片1倒裝在所述焊球 上，所述焊球為金球栓或銅球栓或錫球。
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本實用新型突破了本領(lǐng)域的固有思維模式，通過集成電路的制造工藝在
所述金屬基板2上沉積所述導熱絕緣層及所述金屬層6，由于集成電路的制 造工藝精度高，使得導熱絕緣層的厚度可以精確控制，在滿足耐高壓的情況 下，可盡量減少所述導熱絕緣層的厚度，本實用新型的導熱絕緣層的厚度可 在lOlim之內(nèi)，僅為傳統(tǒng)單層線路板的制造方法形成的導熱絕緣層厚度的幾 分之一，甚至幾十分之一，同時集成電路工藝中采用的導熱絕緣層的材料二 氧化硅及氮化硅的導熱系數(shù)高，使得本實用新型導熱絕緣層的導熱性能優(yōu)異， 整體平均導熱系數(shù)是傳統(tǒng)鋁基板的導熱系數(shù)的80 100倍，因此導熱性大大 提高，因此能夠減少散熱基板的尺寸，有利于光源的小型化；而且本實用新 型在所述金屬基板2上形成所述金屬層6后直接將分成若干組的所述LED裸 芯片1正裝或倒裝連接在所述金屬層6上，只通過一次封裝就可成為一個獨 立的光源，相對于現(xiàn)有技術(shù)LED鋁基板光源需要二次封裝的特點，本實用新 型只通過一次封裝就能夠?qū)崿F(xiàn)LED裸芯片之間的串并聯(lián)組合關(guān)系， 一次封裝 后的光源直接接于驅(qū)動電路就可以發(fā)光工作，簡化了工藝步驟，節(jié)省了封裝 材料，節(jié)約了成本，使得生產(chǎn)效率大幅提高；另外本實用新型通過所述導熱 絕緣層將所述LED裸芯片1發(fā)光產(chǎn)生的熱量直接傳導到所述金屬層6上并通 過所述金屬基板2再散發(fā)到外界，熱傳遞路徑相比現(xiàn)有技術(shù)也大為縮短，熱 量傳導速度更快，導熱及散熱效果更好，延長了LED裸芯片的使用壽命，因 此本實用新型的高效散熱LED照明光源成本低、散熱效果好、生產(chǎn)效率高、 制造精確度高；另外，本實用新型的高效散熱LED照明光源的各所述LED 裸芯片1相互間可以^^生串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)組合連接等多種電路連接方 式，應(yīng)用調(diào)整自由，可廣泛應(yīng)用于路燈、工礦燈、LED燈管、普通照明燈等 交、直流及高、低壓及不同功率的燈具中。
本實用新型可廣泛應(yīng)用于LED光源領(lǐng)域。 ii
權(quán)利要求1、一種高效散熱LED照明光源，包括LED裸芯片(1)，所述LED裸芯片(1)包括襯底(10)和N型外延層(11)、P型外延層(12)，其特征在于所述高效散熱LED照明光源還包括金屬基板(2)，所述金屬基板(2)的上表面沉積有導熱絕緣層，所述導熱絕緣層上沉積有金屬層(6)，所述金屬層(6)的上表面除焊點、芯片及打線位置外的其余部分覆蓋有防焊層(8)，所述導熱絕緣層由二氧化硅層(30)或氮化硅層(31)或二氧化硅層(30)與氮化硅層(31)組合構(gòu)成，所述金屬層(6)根據(jù)所述LED裸芯片(1)的串并聯(lián)連接關(guān)系構(gòu)成預先設(shè)定的電路連線及圖形，所述LED裸芯片(1)分為若干組正裝或倒裝在各所述金屬層(6)上，各組內(nèi)部的所述LED裸芯片(1)之間及若干組所述LED裸芯片(1)之間均通過所述金屬層(6)相連接組成電路，所述金屬層(6)引出陽極接點(60)和陰極接點(61)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成LED芯片的光源，其特征在于所述LED裸 芯片(1)上及其周圍覆蓋硅膠或樹脂形成保護層(5)，所述保護層(5) 將所述LED裸芯片(1)及用于封裝的金屬線或焊球覆蓋。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成LED芯片的光源，其特征在于所述LED裸 芯片(1)上覆蓋有熒光粉層(7)，所述熒光粉層(7)的周圍覆蓋硅膠或 樹脂形成保護層(5)，所述保護層(5)將所述熒光粉層(7)、所述LED 裸芯片(1)及用于封裝的金屬線或焊球覆蓋。 -
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項所述的集成LED芯片的光源，其特征在于 各組內(nèi)部的所述LED裸芯片(1 )之間互相串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)組合連接， 若干組所述LED裸芯片(1)之間互相串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)組合連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項所述的高效散熱LED照明光源，其特征在 于所述金屬基板(2)為鋁基板或銅基板，所述金屬基板(2)的厚度為 1 3mm，所述金屬層(6)的上表面為反光面，所述金屬層(6)采用銅或鋁或硅鋁合金制造，所述金屬層(6)的厚度為l 5txm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項所述的高效散熱LED照明光源，其特征在 于所述導熱絕緣層的耐壓值大于1500V/min或3500V/min。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項所述的高效散熱LED照明光源，其特征在 于所述LED裸芯片(1)為單電極芯片或雙電極芯片。
專利摘要本實用新型公開了一種成本低、散熱效果好、生產(chǎn)效率高、制造精確度高的高效散熱LED照明光源。本實用新型包括LED裸芯片(1)、金屬基板(2)，金屬基板(2)的上表面沉積有導熱絕緣層，導熱絕緣層上沉積有金屬層(6)，金屬層(6)的上表面覆蓋有防焊層(8)，導熱絕緣層由二氧化硅層(30)或氮化硅層(31)或二氧化硅層(30)與氮化硅層(31)組合構(gòu)成，金屬層(6)根據(jù)LED裸芯片(1)的串并聯(lián)連接關(guān)系構(gòu)成預先設(shè)定的電路連線及圖形，LED裸芯片(1)分為若干組正裝或倒裝在各金屬層(6)上，各組內(nèi)部的LED裸芯片(1)之間及若干組LED裸芯片(1)之間均通過金屬層(6)相連接組成電路。本實用新型可廣泛應(yīng)用于LED光源領(lǐng)域。
文檔編號H01L33/64GK201412705SQ200920053129
公開日2010年2月24日 申請日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
發(fā)明者吳俊緯 申請人:廣州南科集成電子有限公司