專利名稱：一種高效散熱半導(dǎo)體平面光源的制備方法
一種高效散熱半導(dǎo)體平面光源的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種高效散熱半導(dǎo)體 平面光源的制備方法。 [背景技術(shù)]
半導(dǎo)體照明是一種用發(fā)光二極管LED,即Light Emitting Diode制 作而成的新型高效的固體光源，具有長壽命、節(jié)能、經(jīng)濟、綠色環(huán)保、 色彩豐富、微型化等許多優(yōu)點，正在逐步替代傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈。 LED作為照明應(yīng)用，其發(fā)展趨勢是向高發(fā)光效率的大功率芯片發(fā)展，使 單個芯片的光通量盡可能高，以滿足通用照明的需求。
而隨著芯片功率的提高，芯片發(fā)光時所需電流越來越大，造成局部 發(fā)熱使芯片溫度升高而影響到芯片的發(fā)光效率、可靠性和壽命等；另外， 因LED芯片發(fā)光屬于類似點光源發(fā)光，光線較集中，在照明時會產(chǎn)生眩 光，對人眼易造成傷害，故需要通過導(dǎo)光和散光結(jié)構(gòu)使點光源轉(zhuǎn)化成面 光源應(yīng)用， 一般會降低光的利用率。
對于LED照明光源制造， 一般將封裝好的LED器件直接粘附或焊接 在鋁基電路板上以增強LED芯片的散熱，因LED芯片與鋁基板中間有至 少四層以上的材料，如從鋁基板至芯片的材料依次為環(huán)氧樹脂絕緣層、 銅膜導(dǎo)電層、銀膠反射層、硅膠絕緣粘附層等。綜合的熱阻較大，實際 的有效傳熱效率較低；另外，復(fù)合的鋁基電路板表面的導(dǎo)電層與鋁基板 之間的絕緣層一般采用環(huán)氧樹脂與氧化鋁等微粒的復(fù)合材料，導(dǎo)熱性并 不理想，這樣所制造的LED光源因傳熱性能較差，LED芯片工作時的溫度較高，使得芯片發(fā)光效率降低，光強衰減較大，同時使得光源的可靠 性變差，使用壽命縮短。 [發(fā)明內(nèi)容]
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用具有良好絕緣性能
及高導(dǎo)熱效率的金剛石微粒的復(fù)合材料制備鋁基復(fù)合電路板作為LED芯 片的電路基板，將LED芯片直接粘附或焊接在具有連線的該復(fù)合電路板 上，以提高芯片的傳熱效率；同時將金剛石微粒摻雜于透明硅膠中，形 成具有高導(dǎo)熱、導(dǎo)光、散光的復(fù)合材料，直接用于LED芯片的封裝，而 使點光源直接轉(zhuǎn)化為面光源，提高芯片的散熱效率。
為實現(xiàn)上述目的，設(shè)計的一種高效散熱半導(dǎo)體平面光源的制備方 法，其特征在于采用如下制備步驟-
首先，制備金剛石復(fù)合漿料將粒徑為l-100nm大金剛石微粒(21) 和粒徑為O. 1-IO剛的小金剛石微粒(22)混合，然后將混合有兩種粒徑 尺寸的金剛石微粒與聚乙二醇和硅膠按重量比為l: 5 10: 6 12進行 混合，控制金剛石的重量百分比〈60%，將混合物攪拌成漿料；
然后，制備絕緣層采用絲網(wǎng)印刷法或旋涂法或壓印法，將上述漿 料印制在鋁基板l表面，在空氣中或真空環(huán)境下加溫至200-400。C,使?jié){ 料形成致密的金剛石薄膜，膜厚范圍為10-30to,漿料形成的薄膜中起 絕緣高導(dǎo)熱作用的材料，主要是導(dǎo)熱率在1000-2000W/K頓、微粒尺寸范 圍為l-10Mm的大金剛石微粒21，在大金剛石微粒之間還有粒徑尺寸為 l皿-lMm的小金剛石微粒22填充，使得絕緣導(dǎo)熱層薄膜致密，同時可增 強大金剛石晶粒間的導(dǎo)熱性能；
制備導(dǎo)電層采用導(dǎo)電銀漿料用絲網(wǎng)印刷法將設(shè)計的電路圖形印制在金剛石薄膜2表面，采用馬弗爐、真空爐等加熱爐在空氣狀態(tài)或氣體
保護或真空狀態(tài)下加溫烘干后形成銀質(zhì)的導(dǎo)電層3;也可采用磁控濺射
等工藝直接在金剛石薄膜2表面沉積一層銅導(dǎo)電薄膜，然后根據(jù)電路圖 形設(shè)計，采用刻蝕工藝而得到所需的電路圖形；
連接LED芯片將LED芯片4直接粘貼或焊接在復(fù)合鋁基板上的導(dǎo)電 層3圖形鏤空處的金剛石薄膜2表面上，然后以金線作為電極引線5，將 金線的兩端分別焊接在LED芯片4的正或負電極與導(dǎo)電層3連接起來；
封裝將10-100nm的金剛石經(jīng)采用硝酸或硫酸等進行表面修飾后， 用去離子水沖洗，可分散到有機溶劑中，如酒精、丙酮、戊烷或環(huán)己烷 等，然后添加到透明硅膠中混合均勻。其中，金剛石在硅膠中的含量控 制在重量比10%以內(nèi)，然后將含有金剛石微粒的透明硅膠6涂覆于焊接好 LED芯片的復(fù)合鋁基板表面，在空氣或真空環(huán)境下加溫至15(TC使其固化 而形成平面光源。
對于LED芯片如采用藍光LED芯片，則該藍光LED芯片表面涂覆熒光 粉層產(chǎn)生白光，然后將含有金剛石微粒的透明硅膠6涂覆在連接有具有 熒光粉層LED芯片的復(fù)合鋁基板表面，然后烘干固化后形成LED白光平面 光源，因金剛石材料具有的高導(dǎo)熱性及透明性，可使透明硅膠的導(dǎo)熱性 增強，同時能起到光的透過和散射作用，使得整個發(fā)光層均勻發(fā)光。
本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，采用了高導(dǎo)熱的金剛石微粒復(fù)合材料，使 得LED芯片的傳熱效率大為提高，使光源模塊的可靠性和壽命大為提高; 采用納米金剛石微粒的透明硅膠，既有利于芯片表面的散熱，同時金剛 石微?？善鸬綄?dǎo)光、散光的作用，使得LED點光源轉(zhuǎn)化成面光源，減小 了光的損失，同時使得光源在照明時無眩光而使人眼感到舒適；將LED芯片直接與高導(dǎo)熱的復(fù)合鋁基板連接，簡化了LED封裝工藝步驟，降低 了光源的制造成本，易于規(guī)模生產(chǎn)，本工藝不但適用于大功率單芯片封 裝工藝，而且適合各種功率的多芯片集成封裝工藝，具有應(yīng)用性、通用 性強的特點。 [
]
圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明中金剛石薄膜結(jié)構(gòu)示意圖。
指定圖l為摘要附圖。
參見附圖1和圖2， l為鋁基板；2為作為絕緣層的金剛石復(fù)合薄膜； 3為導(dǎo)電層，為銀膜或銅膜；4為LED芯片；5為電極引線，采用金線；6 為含有金剛石微粒的透明硅膠；21為大金剛石微粒；22為小金剛石微粒。 [具體實施方式
]
下面對本發(fā)明作進一步的說明，本發(fā)明對本技術(shù)領(lǐng)域的人來說還是 比較清楚的。 實施例l
采用100nm-101Jm的金剛石微粒10g與聚乙二醇100g和硅膠50g混合 攪拌成漿料；
采用絲網(wǎng)印刷法將此復(fù)合漿料印制在鋁基板l表面，在真空環(huán)境下 加溫至300-40(TC ，保持溫度1-2h，漿料中的有機成分揮發(fā)后形成致密 的金剛石薄膜2，經(jīng)高溫處理后，膜厚約為20-30她，如圖2所示，絕緣 高導(dǎo)熱金剛石薄膜2由導(dǎo)熱率為1000-2000W/K*m、粒徑為1-lOOnm的大金 剛石微粒21，以及在大金剛石微粒21之間填充有粒徑為0. 1-10Mm的小金 剛石微粒22組成，從而使得金剛石薄膜2致密，同時可增強大金剛石微粒22間的導(dǎo)熱性能；
采用導(dǎo)電銀漿料用絲網(wǎng)印刷法，按設(shè)計的電路圖形印制在鋁基金剛 石薄膜2表面，采用馬弗爐在空氣狀態(tài)或氣體保護狀態(tài)下加溫烘千后形
成銀導(dǎo)電層；
將LED芯片4直接粘貼在設(shè)計好的復(fù)合鋁基板中導(dǎo)電層3鏤空處金剛 石薄膜2的表面，然后將LED芯片的正負電極通過電極引線5，這里采用 金線焊接到所設(shè)計的導(dǎo)電層3處；
將10-50nm的金剛石經(jīng)硝酸浸泡20min和去離子水清洗后，分散到有 機溶劑，如酒精或丙酮等中，然后添加到透明硅膠中混合均勻，金剛石 在硅膠中的質(zhì)量比為3%，然后將具有金剛石微粒的透明硅膠6涂覆于連 接好LED芯片的復(fù)合鋁基板表面，在真空環(huán)境下加溫至15(TC使其固化而 形成平面光源。 實施例2
采用250nm-5Mm的金剛石微粒8g與聚乙二醇80g和硅膠100g混合攪 拌成漿料；
采用傳統(tǒng)刮涂法將此漿料印制在鋁基板l表面，在大氣環(huán)境下加溫 至200-30(TC，保持溫度O. 5-1. 5h，復(fù)合漿料中的有機成分揮發(fā)后形成 致密的金剛石薄膜2，經(jīng)高溫處理后，金剛石薄膜厚約為15-20Mm;
采用磁控濺射等工藝直接在鋁基金剛石薄膜2表面沉積一層銅膜作 為導(dǎo)電層3，然后根據(jù)電路設(shè)計，采用刻蝕工藝得到所需的電路圖形。
將LED芯片4直接焊接在設(shè)計好的復(fù)合鋁基板中導(dǎo)電層3鏤空處的金 剛石薄膜2的表面，然后將LED芯片4的正負電極通過電極引線5焊接到所 設(shè)計的導(dǎo)電層3處；將50-80nm的金剛石經(jīng)硝酸浸泡30min和去離子水清洗后，分散到有 機溶劑，如酒精或丙酮等中，然后添加到透明硅膠中混合均勻，金剛石 在硅膠中的重量比為5%，然后將含有金剛石微粒的透明硅膠6涂覆于連 接好LED芯片的復(fù)合鋁基板表面，在空氣環(huán)境下加溫至15(TC使其固化而 形成平面光源。
上述LED芯片，如采用藍光LED芯片，則首先將熒光粉涂于藍光LED 芯片表面，然后將具有金剛石微粒的透明硅膠涂覆于連接有具有熒光粉 層的藍光LED芯片的復(fù)合鋁基板表面，然后烘干固化后形成LED白光平面 光源。
因金剛石材料具有的高導(dǎo)熱性及透明性，可使透明硅膠的導(dǎo)熱性增 強，同時能起到光的透過和散射作用，使得整個發(fā)光層均勻發(fā)光。
權(quán)利要求
1、一種高效散熱半導(dǎo)體平面光源的制備方法，其特征在于采用如下制備步驟a、制備金剛石復(fù)合漿料將粒徑為1-100nm大金剛石微粒(21)和粒徑為0.1-10μm的小金剛石微粒(22)混合，然后將混合有兩種尺寸的金剛石微粒與聚乙二醇和硅膠按重量比為1∶5～10∶6～12進行混合，控制金剛石的重量百分比<60％，將混合物攪拌成漿料；b、制備絕緣層將漿料印制在鋁基板(1)表面，并在空氣或真空環(huán)境下加溫到200-400℃，使?jié){料中的有機成分揮發(fā)，在鋁基板(1)表面形成厚為10-30μm的金剛石薄膜(2)作為絕緣層；c、制備導(dǎo)電層采用絲網(wǎng)印刷法將導(dǎo)電銀漿按設(shè)計的電路圖形印制在金剛石薄膜(2)表面，加溫烘干后，形成銀質(zhì)的導(dǎo)電層(3)，或采用磁控濺射方法直接在金剛石薄膜(2)表面沉積一層銅薄膜作為導(dǎo)電層(3)，并刻蝕成所設(shè)計的電路圖形，形成復(fù)合鋁基板；d、連接LED芯片將LED芯片(4)直接粘貼或焊接在復(fù)合鋁基板的導(dǎo)電層(3)圖形鏤空處的金剛石薄膜(2)表面處，然后采用金線作為電極引線(5)將LED芯片(4)的正負電極與導(dǎo)電層(3)連接起來；e、封裝將10-100nm的金剛石經(jīng)表面修飾后，用去離子水沖洗，分散到有機溶劑中，然后添加到透明硅膠中混合均勻，將含有金剛石微粒的透明硅膠(6)涂覆在連接有LED芯片的復(fù)合鋁基板表面，在空氣或真空環(huán)境下加溫至150℃，使其固化形成平面光源。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種高效散熱半導(dǎo)體平面光源的制備方法，其特征在于所述的漿料采用絲網(wǎng)印刷法或刮涂法或壓印法印制 在鋁基板(1)表面。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種高效散熱半導(dǎo)體平面光源的制備方法， 其特征在于金剛石在透明硅膠中的含量控制在重量百分比《10 %。
4、 如權(quán)利耍求1所述的一種高效散熱半導(dǎo)體平面光源的制備方法， 其特征在于所述的有機溶劑為酒精或丙酮或戊烷或環(huán)己烷。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種高效散熱半導(dǎo)體平面光源的制備方法， 其特征在于所述的LED芯片如采用藍光LED芯片，則該藍光 LED芯片表面涂覆熒光粉層產(chǎn)生白光。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種高效散熱半導(dǎo)體平面光源的制備方法，采用具有良好絕緣性能及高導(dǎo)熱效率的金剛石微粒的復(fù)合材料制備鋁基復(fù)合電路板作為LED芯片的電路基板，將LED芯片直接粘附或焊接在具有連線的該復(fù)合電路板上，以提高芯片的傳熱效率；同時將金剛石微粒摻雜于透明硅膠中，形成具有高導(dǎo)熱、導(dǎo)光、散光的復(fù)合材料，直接用于LED芯片的封裝。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，金剛石微粒復(fù)合材料，使光源模塊的可靠性和壽命大為提高；采用納米金剛石微粒的透明硅膠，散熱快，且起到導(dǎo)光、散光的作用，使得LED點光源轉(zhuǎn)化成面光源，減小了光的損失，同時簡化了LED封裝工藝步驟，降低了光源的制造成本，易于規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號F21V29/00GK101545587SQ20091004508
公開日2009年9月30日 申請日期2009年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月8日
發(fā)明者劉素霞 申請人:劉素霞