[发明专利]低热阻大功率发光二极管的封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大功率发光二极管，特别涉及一种低热阻大功率发光二极管的封装方法。

背景技术

发光二极管LED具有耗电量小，发光效率高，响应时间短，体积小，重量轻，光色纯，寿命长等优点，被业界认为是照明光源市场的主要方向，具有强大的市场潜力。对于LED而言，其失效原因主要包括电流过载，温度过高(过热)及封装失效等。由于输入电能只有10％—20％转化为光，其余全部转化为热，因此，芯片散热是LED封装必须首要解决的问题。由于散热不良导致的pn结温度升高，将严重影响到发光波长、光强、光效和使用寿命。好的散热系统，可以在同等输入功率下得到较低的工作温度，延长LED的使用寿命；或在同样的温度限制范围内，增加输入功率或芯片密度，从而增加LED灯的亮度。

对于小功率LED(如普通的5mmLED，其功率仅为几十毫瓦)，发热问题并不严重，即使热阻较高(一般高于100℃/W)，采用普通的封装结构即可。而半导体照明用的高亮度白光LED，一般采用大功率LED芯片，其输入功率为1W或更高，芯片面积约为1×1mm²，因此热流密度高达100W/cm²以上。此外，对于大功率LED封装，为提高光通量，一般采用阵列模块方式，由于发光芯片的高密度集成，散热基板上的温度很高，必须采用热导率较高的基板材料和合适的封装工艺，以降低封装热阻。

对于LED封装器件而言，热阻主要包括材料(散热基板和热沉结构)内部热阻和界面热阻。散热基板的作用就是吸收芯片产生的热量，并传导到热沉上，实现与外界的热交换。目前最常用的散热基板材料为金属核电路板(MCPCB)，由于其中间绝缘层热导率较低(0.2-3.0W/mK)，使整个基板的热阻较大。此外，金属(如铝，铜)、陶瓷(如Al₂O₃，AlN，SiC)和复合材料等也可用在LED封装基板。美国Lamina公司开发了基于低温共烧陶瓷金属基板(LTCC-M)的LED封装技术。该技术首先制备出适于共晶焊的大功率LED芯片和相应的陶瓷基板，然后将LED芯片与陶瓷基板直接焊接在一起。由于该陶瓷材料热导率高(170-210W/mK)，且封装界面少，大大提高了散热能力，为大功率LED阵列封装提出了解决方案。此外，德国Curmilk公司研制了高导热性的陶瓷覆铜板，由陶瓷基板(AlN或Al₂O₃)和金属铜(Cu)在高温高压下烧结而成，没有使用黏结剂，因此导热性能好(大于160W/mK)，且热膨胀系数(4.0×10^-6/℃)与硅相当，从而降低了封装热应力。

研究表明，封装界面对热阻影响也很大，如果不能正确处理界面，就难以获得良好的散热效果。例如，室温下接触良好的界面在高温下可能存在界面间隙，基板的翘曲也可能会影响键合和局部的散热。改善LED封装的关键在于减少界面和界面接触热阻，增强散热。因此，芯片和散热基板间的热界面材料(TIM)选择十分重要。LED封装常用的TIM为导电银胶，由于热导率较低，一般为0.5-2.5W/m.K，致使界面热阻很高。近年来，有逐渐采用高导热导电胶、焊膏或共晶焊料的趋势，虽然其热阻较低，但由于材料热膨胀系数不匹配，高温固化、回流或共晶焊过程中容易产生残余热应力，影响封装可靠性。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种低热阻大功率发光二极管的封装方法。本发明主要包括：发光芯片、电极、引线、金属基板和含荧光粉的硅胶体，其特征在于所述金属基板经电镀工艺直接沉积于发光芯片底面。该封装方法包含以下的步骤：

A在平整的玻璃表面刷涂或旋涂一层环氧胶；

B将发光芯片和电极片组成阵列反扣贴装在环氧胶层上；

C采用蒸发或溅射工艺在芯片底部平面沉积一层金属种子层；

D采用电镀工艺在金属种子层表面沉积基板金属层；

E将电镀后的玻璃片整体浸泡在丙酮溶液中，使玻璃片和环氧胶层脱离；

F采用打线、涂胶工艺，完成对低热阻大功率发光二极管封装。

本发明的优点是发光芯片直接位于金属基板上，无焊料、导热胶等中间粘结层，减少了热界面数，有效地降低了热阻，提高了大功率LED封装散热能力，并且由于电镀属于一种低温工艺，封装后的LED热应力小，可靠性高。通过合理选择芯片间距，可实现对LED阵列封装模块的批量制造，降低大功率LED封装成本。

附图说明

图1a PI膜的结构；

图1b电极片的结构；

图2a电镀工艺制备封装基板工艺流程图；