專利名稱：一種led散熱基板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于LED熱沉技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種高導(dǎo)熱的LED散熱基板及其制造方法。
背景技術(shù)：
LED全稱為半導(dǎo)體發(fā)光二極管，可直接將電能轉(zhuǎn)化為光能。其特點(diǎn)是功耗低、高亮度、色彩艷麗、抗震動、壽命長、冷光源等特點(diǎn)。LED產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，尤其是隨著發(fā)光效率和功率的大幅增長，以LED為光源的各種產(chǎn)品已深入到各行各業(yè)。半導(dǎo)體器件通常對溫度十分敏感，尤其是對于大功率LED來說，P-N結(jié)的溫度上升非常明顯，而許多應(yīng)用又需要將多個大功率LED密集矩陣排列使用，其散熱問題尤其明顯。長時間發(fā)熱或過高的溫度會嚴(yán)重影響器件的效率、穩(wěn)定性和使用壽命，散熱問題是阻礙大功率LED照明應(yīng)用迅速普及的一個技術(shù)難題。影響LED散熱最關(guān)鍵的是芯片的熱量能否快速地傳到由銅或鋁制成的金屬散熱器上而不存在散熱通道瓶頸的問題。傳統(tǒng)的功率LED封裝一般是將芯片安裝在熱沉上，熱沉又粘結(jié)在絕緣封裝層上，絕緣封裝層通過熱界面材料粘結(jié)在散熱器上。這種傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的粘結(jié)層、絕緣封裝層的導(dǎo)熱率都很低，是阻礙芯片散熱的主要部分；另外，芯片熱沉(常用金屬Cu、Al、Al2O3或AlN等)以及散熱器材料(常用Cu或Al等)的散熱效果也有待進(jìn)一步提聞。專利號為ZL200810051719.2的中國專利公開了一種用金剛石膜作熱沉材料的LED芯片基座及制作方法，是在Al2O3或AlN陶瓷基座上生長或焊接上金剛石膜，利用金剛石膜非常高的散熱率(熱導(dǎo)率1300 2000W/mk)將LED器件的熱量加速傳遞出去。然而，這種方案中仍然涉及到散熱性能稍差的Al2O3陶瓷(熱導(dǎo)率18 20W/mk)或AlN陶瓷(熱導(dǎo)率170 230W/mk)，降低了散熱效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種具有高熱導(dǎo)率和低界面熱阻，能夠快速地將LED芯片產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，且結(jié)構(gòu)簡單可靠、制造方便的LED散熱基板及其制造方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明所述的LED散熱基板，其特點(diǎn)是包括由金剛石-銅合金材料制成的基板主體，所述基板主體上開設(shè)有凹槽，所述凹槽內(nèi)鑲嵌有與基板主體通過釬焊的方式連接為一體的金剛石片，所述金剛石片的上表面設(shè)有電極導(dǎo)線區(qū)和用于連接LED芯片的芯片連接層，所述芯片連接層與LED芯片通過釬焊的方式連接為一體。本發(fā)明所述的LED散熱基板的制造方法，其特點(diǎn)是包括如下步驟。a、在金剛石-銅合金材料制成的基板主體上開設(shè)凹槽。b、在凹槽 內(nèi)刷上釬料層A，并使刷有釬料層A的凹槽與準(zhǔn)備放入該凹槽內(nèi)的金剛石片能緊密接觸。C、在金剛石片的外表面鍍上金屬膜。d、將鍍有金屬膜的金剛石片鑲嵌到刷有釬料層A的凹槽內(nèi)與基板主體一起形成散熱板結(jié)構(gòu)。e、在金剛石片上表面的金屬膜上用于貼合LED芯片的位置處刷上釬料層B。f、將LED芯片與釬料層B對正粘合。g、將貼有LED芯片的散熱板結(jié)構(gòu)放入釬焊爐中進(jìn)行加熱釬焊。h、將焊好的散熱板結(jié)構(gòu)上的金剛石片上表面的金屬膜通過光刻技術(shù)去除多余的部分，形成電極導(dǎo)線區(qū)和芯片連接層，從而完成LED散熱基板的制造。其中，上述釬料層A和釬料層B為AgSn或AuSn或AgAuSn釬料層，厚度為10 μ m 50 μ m0上述金屬膜為Au-Ti或Au-Cr或Ag-Ti或Ag-Cr雙層金屬膜，采用真空鍍的方法制成，所述雙層金屬膜的總厚度為I μ m 10 μ m。本發(fā)明由于采用了將金剛石片與金剛石-銅合金材料制成的基板主體結(jié)合成LED散熱基板的結(jié)構(gòu)，極大地提高LED散熱基板的熱導(dǎo)率，其熱導(dǎo)率是純銅的1-3倍，而且采用金剛石片作為LED芯片直接接觸的熱沉，金剛石片是自然界熱導(dǎo)率最高的材料，同時又是良好的絕緣體，從而有效地避免了現(xiàn)有的LED散熱器因引入絕緣層而存在的散熱瓶頸的問題，而且在基板主體上開設(shè)凹槽，將金剛石片緊密地鑲嵌在凹槽內(nèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，大大地增加了金剛石片與基板主體的接觸面積，這樣便可以將LED芯片傳到金剛石片上的熱量快速地傳導(dǎo)出去，從而極大地提高LED芯片的散熱效率，同時采用了金屬膜作為連接層并通過釬焊的方式使金剛石片與基板主體、LED芯片與金剛石片連接為一體，從而能夠獲得致密的合金界面，有效地降低了界面熱阻，界面熱導(dǎo)率高。本發(fā)明去除了熱阻高的絕緣層或粘結(jié)層，整個LED散熱基板不存在熱導(dǎo)率低的材料，并且連接界面熱阻小，不存在散熱瓶頸的問題。由于本發(fā)明所制作的 LED散熱基板的熱導(dǎo)率高，因此可以有效提高產(chǎn)品的飽和電流和發(fā)光效率，同時能夠提高產(chǎn)品的可靠性和壽命，特別適用于大功率LED或者集成電路散熱板等電子器件的散熱。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1為本發(fā)明只設(shè)有一個LED芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明設(shè)有多個LED芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明設(shè)有多個LED芯片的俯視圖。
具體實(shí)施例方式如圖1-圖3所示，本發(fā)明所述的LED散熱基板，包括由金剛石-銅合金材料制成的基板主體I，在基板主體I上開設(shè)有凹槽11，在凹槽11內(nèi)鑲嵌有與基板主體I通過釬焊的方式連接為一體的金剛石片4，在金剛石片4的上表面設(shè)有電極導(dǎo)線區(qū)5和用于連接LED芯片8的芯片連接層6，所述芯片連接層6與LED芯片8通過釬焊的方式連接為一體。如圖1所示，LED芯片8可以只設(shè)置有一個；如圖2及圖3所示，LED芯片8可以設(shè)置有多個，各個LED芯片8的排布和連接方式可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整；而各LED芯片8與電極導(dǎo)線區(qū)5之間通過電極引線9電連接。本發(fā)明所述的LED散熱基板的制造方法，包括如下步驟:
首先，在金剛石-銅合金材料制成的基板主體I上開設(shè)凹槽11。然后，在凹槽11內(nèi)刷上釬料層A2，該釬料層A2為AgSn或AuSn或AgAuSn釬料層，厚度為10 μ m 50 μ m，并使刷有釬料層A2的凹槽11與準(zhǔn)備放入該凹槽11內(nèi)的金剛石片4能緊密接觸。然后，在金剛石片4的外表面鍍上金屬膜3，該金屬膜3為Au-Ti或Au-Cr或Ag-Ti或Ag-Cr雙層金屬膜,采用真空鍍的方法制成,所述雙層金屬膜的總厚度為I μ m 10 μ m。然后，將鍍有金屬膜3的金剛石片4鑲嵌到刷有釬料層A2的凹槽11內(nèi)與基板主體I一起形成散熱板結(jié)構(gòu)。然后，在金剛石片4上表面的金屬膜3上用于貼合LED芯片8的位置處刷上釬料層B7，該釬料層B7為AgSn或AuSn或AgAuSn釬料層，厚度為10 μ m 50 μ m。然后，將LED芯片8與釬料層B7對正粘合。然后，將貼有LED芯片8的散熱板結(jié)構(gòu)放入釬焊爐中進(jìn)行加熱釬焊。最后，將焊好的散熱板結(jié)構(gòu)上的金剛石片4上表面的金屬膜3通過光刻技術(shù)去除多余的部分，形成電極導(dǎo)線區(qū)5和芯片連接層6，從而完成LED散熱基板的制造。此外，當(dāng)LED散熱基板制造好后，可以將LED芯片8與電極導(dǎo)線區(qū)5通過電極引線9電連接在一起。`本發(fā)明是通過實(shí)施例來描述的，但并不對本發(fā)明構(gòu)成限制，參照本發(fā)明的描述，所公開的實(shí)施例的其他變化，如對于本領(lǐng)域的專業(yè)人士是容易想到的，這樣的變化應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求限定的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種LED散熱基板，其特征在于包括由金剛石-銅合金材料制成的基板主體(1)，所述基板主體(I)上開設(shè)有凹槽(11 )，所述凹槽(11)內(nèi)鑲嵌有與基板主體(I)通過釬焊的方式連接為一體的金剛石片(4)，所述金剛石片(4)的上表面設(shè)有電極導(dǎo)線區(qū)(5)和用于連接LED芯片(8)的芯片連接層(6)，所述芯片連接層(6)與LED芯片(8)通過釬焊的方式連接為一體。
2.—種LED散熱基板的制造方法,該方法用于制造如上述權(quán)利要求1所述LED散熱基板，其特征在于包括如下步驟: a、在金剛石-銅合金材料制成的基板主體(I)上開設(shè)凹槽(11).b、在凹槽(11)內(nèi)刷上釬料層A(2)，并使刷有釬料層A (2)的凹槽(11)與準(zhǔn)備放入該凹槽(11)內(nèi)的金剛石片(4)能緊密接觸.C、在金剛石片(4)的外表面鍍上金屬膜(3).d、將鍍有金屬膜(3)的金剛石片(4)鑲嵌到刷有釬料層A(2)的凹槽(11)內(nèi)與基板主體(I) 一起形成散熱板結(jié)構(gòu).e、在金剛石片(4)上表面的金屬膜(3)上用于貼合LED芯片(8)的位置處刷上釬料層B (7)； f、將LED芯片(8)與釬料層B(7)對正粘合.g、將貼有LED芯片(8)的散熱板結(jié)構(gòu)放入釬焊爐中進(jìn)行加熱釬焊.h、將焊好的散熱板結(jié)構(gòu)上的金剛石片(4)上表面的金屬膜(3)通過光刻技術(shù)去除多余的部分，形成電極導(dǎo)線區(qū)(5)和芯片連接層(6)，從而完成LED散熱基板的制造。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述LED散熱基板的制造方法，其特征在于上述釬料層A(2)和釬料層B (7)為AgSn或AuSn或AgAuSn釬料層，厚度為10 μ m 50 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述LED散熱基板的制造方法，其特征在于上述金屬膜(3)為Au-Ti或Au-Cr或Ag-Ti或Ag-Cr雙層金屬膜，采用真空鍍的方法制成，所述雙層金屬膜的總厚度為 I μ m IOym0`
全文摘要
一種LED散熱基板及其制造方法，包括由金剛石-銅合金材料制成的基板主體，在基板主體上開設(shè)有凹槽，在凹槽內(nèi)鑲嵌有金剛石片，在金剛石片的上表面設(shè)有電極導(dǎo)線區(qū)和用于連接LED芯片的芯片連接層。本發(fā)明由于采用了將金剛石片與金剛石-銅合金材料制成的基板主體結(jié)合成LED散熱基板的結(jié)構(gòu)，有效地避免了現(xiàn)有的LED散熱器因引入絕緣層而存在的散熱瓶頸的問題，而且將金剛石片緊密地鑲嵌在基板主體上開設(shè)的凹槽內(nèi)，增加了金剛石片與基板主體的接觸面積，使LED芯片傳到金剛石片上的熱量能快速地傳導(dǎo)出去，同時金剛石片與基板主體、LED芯片與金剛石片分別通過釬焊的方式連接為一體，能夠獲得致密的合金界面，使界面的熱導(dǎo)率高。
文檔編號H01L33/54GK103247742SQ20131014004
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者韋春貝, 代明江, 候惠君, 林松盛, 胡芳, 石倩, 趙利, 曾威 申請人:廣州有色金屬研究院