一种LED芯片直接焊接到铜热沉表面的发光组件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种LED芯片直接焊接到铜热沉表面的发光组件，所述发光组件包括铜热沉、设置在铜热沉上方的中间有LED芯片安装孔的陶瓷基板，设置在陶瓷基板的边缘的正负电极，设置在芯片安装孔内的LED芯片，涂覆在LED芯片上的荧光粉层；所述铜热沉和陶瓷基板之间设置有铜氧共晶焊接层；所述LED芯片和正负电极之间电连接，所述正负电极与电源连接。本发明专利技术的发光组件明显提高了可靠性及延长了使用寿命，提高了光效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于LED领域，尤其涉及一种LED芯片直接焊接到铜热沉表面的发光组件及其制备方法。
技术介绍
LED芯片仅有15-25%的电能转化为光能，其余则转化为热能。随着LED芯片制造技术的提高，单颗芯片的功率不断提高，产生的热量也随着提高，热量的提高如果不能及时散失到周围环境，就会提高芯片温度，使光效降低，芯片寿命衰减，显色性等性能改变，为了解决散热问题，先后经历了FR-4印制板，MCPCB(金属复合基板)，陶瓷线路板。例如专利CN102263195A提到将陶瓷环通过导热粘胶剂和热沉连接，在陶瓷表面粘接荧光粉散热片，软性PCB电极，然后将芯片直接焊接到热沉上，以期降低荧光粉的温度，防止黄化及显色性。该专利虽然在一定程度上改善了散热问题，但由于每种方法的不同，其局限性也不同。FR-4及MCPCB板由于中间绝缘层为有机粘结剂，热导较低，仅为0.2-3W/m·K，仅适用于功率较小的芯片。陶瓷基板热导率有很大提到，例如氧化铝陶瓷为25W/m·k，同时陶瓷材料除了导热率较高外，其热膨胀系数与硅芯片相近，这样就可以减少芯片和基板，以及连线之间由于热膨胀或收缩造成的失效。众所周知，金属材料由于自由电子的运动，热导最高，例如铜的为386W/m·K。所以为了进一步降低热阻，人们提出了COHS技术，直接将芯片焊接到金属热沉上。但金属热沉的热膨胀系数较大，例如最常作为热沉的铜的热膨胀系数为16ppm/k,而芯片的热膨胀系数仅为4ppm/k，所以如何降低金属热沉的膨胀系数成为此技术的关键。专利CN102263195A仅提出了将芯片直接焊接到热沉上，该专利重点为在陶瓷表面粘结荧光粉散热片，导走荧光粉的温度，减少荧光粉黄化以及色温变化，但是其降低热阻的性能还是比较差。
技术实现思路
本专利技术为解决现有的发光组件存在降低热阻性能差的技术问题，提供一种降低热阻性能好的发光组件及其制备方法。本专利技术公开了一种LED芯片直接焊接到铜热沉表面的发光组件，所述发光组件包括铜热沉、设置在铜热沉上方的中间有LED芯片安装孔的陶瓷基板，设置在陶瓷基板的边缘的正负电极，设置在芯片安装孔内的LED芯片，涂覆在LED芯片上的荧光粉层；所述铜热沉和陶瓷基板之间设置有铜氧共晶焊接层；所述LED芯片和正负电极之间电连接，所述正负电极与电源连接。本专利技术还提供了一种LED芯片直接焊接到铜热沉表面的发光组件的制备方法，该方法包括以下步骤：S1、陶瓷和铜热沉共晶焊接：将陶瓷基板和铜热沉叠合在一起进行共晶焊接；S2、在陶瓷的另一侧，制作正负电极；S3、将LED芯片通过陶瓷上的安装孔焊接到铜热沉表面，之后将LED芯片焊点和电极连接；S4、环氧树脂灌封，固化，焊接电源。本专利技术通过将铜热沉和低热膨胀系数的陶瓷牢靠焊接，降低铜热沉的热膨胀系数，实现LED芯片和金属铜的可靠连接，降低热阻，从而降低LED芯片的结温，提高光效，延长使用寿命。附图说明图1是发光组件的剖面示意图。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术公开了一种LED芯片直接焊接到铜热沉表面的发光组件，所述发光组件包括铜热沉、设置在铜热沉上方的中间有LED芯片安装孔的陶瓷基板，设置在陶瓷基板的边缘的正负电极，设置在芯片安装孔内的LED芯片，涂覆在LED芯片上的荧光粉层；所述铜热沉和陶瓷基板之间设置有铜氧共晶焊接层；所述LED芯片和正负电极之间电连接，所述正负电极与电源连接。本专利技术选用高导热的铜作为铜热沉，通过陶瓷和金属铜热沉铜的铜氧共晶焊接，可以将铜的热膨胀系数降低到略比陶瓷材料高些，这样就可以直接将LED芯片焊接到高热导的金属表面了。根据本专利技术所提供的发光组件，优选地，所述LED芯片是蓝宝石衬底，电极同侧。根据本专利技术所提供的发光组件，为了使铜热沉与陶瓷基板之间的结合更好，优选地，所述铜热沉的厚度为0.1-1mm，所述陶瓷基板的厚度为0.25-0.63mm，所述铜氧共晶焊接层的厚度为0.5-10μm。根据本专利技术所提供的发光组件，优选地，所述陶瓷基板的厚度大于LED芯片的厚度。这种结构具有凹杯状结构，便于环氧树脂的灌封。根据本专利技术所提供的发光组件，为了提高安全性，优选地，所述电源为隔离驱动电源。优选地，所述安装孔及正负电极表面涂覆有镍金合金。所述铜热沉为铜，所述陶瓷基板内的LED芯片安装孔可以是将陶瓷基板用打孔、切割形成。本专利技术还提供了一种LED芯片直接焊接到铜热沉表面的发光组件的制备方法，该方法包括以下步骤：S1、陶瓷和铜热沉共晶焊接：将陶瓷基板和铜热沉叠合在一起进行共晶焊接；S2、在陶瓷的另一侧，制作正负电极；S3、将LED芯片通过陶瓷上的安装孔粘接到铜热沉表面，之后将LED芯片焊点和电极通过金线连接；S4、环氧树脂灌封，固化，焊接电源。根据本专利技术所提供的制备方法，优选地，在共晶焊接之前对铜热沉层进行表面预氧化。更优选地，所述预氧化为：将铜热沉需要和陶瓷共晶焊接的一面在500-1000℃，氧含量在50-1000ppm的气氛中氧化10-60min。根据本专利技术所提供的制备方法，优选地，所述共晶焊接是在氮气保护气氛下于1065-1080℃下保温10-60min。根据本专利技术所提供的制备方法，优选地，在步骤S2之后、S3之前在安装孔及正负电极表面沉积镍金合金。所述LED芯片安装孔可以在陶瓷成型的时候形成也可以经过激光打孔、切割后形成。对附图的描述：如图1，所述发光组件包括铜热沉1、设置在铜热沉1上方的中间有LED芯片安装孔6的陶瓷基板2，设置在陶瓷基板2的边缘的正负电极3，设置在芯片安装孔6内的LED芯片4，涂覆在LED芯片4上的荧光粉层5；所述铜热沉1和陶瓷基板2之间通过铜氧共晶焊接层7连接；所述LED芯片4和正负电极3之间通过焊线焊接，所述正负电极与电源连接。所述安装孔及正负电极表面沉积有镍金合金8。下面通过具体的实施例对本专利技术作进一步详细的描述。实施例11、对厚度为0.1mm的陶瓷利用激光打孔、切割，形成具有LED安装孔的陶瓷基板；2、将厚度为0.1mm的铜片进行预氧化：在800℃，氧含量为100ppm的气氛中氧化60min；3、将预氧化的铜片和切割好的陶瓷叠合，在氮气保护气氛中1072℃保温30min后冷却到室温；4、再在陶瓷另一侧丝网印刷铜电极，在800℃，氮气保护气氛种烧结10min；5、最后在LED安装孔及电极表面沉积Ni-Au；6、功率为2W的LED芯片通过固晶工艺焊接到铜热沉表面；7、将芯片和陶瓷表面电极通过打金线连接；8、灌封荧光粉和环氧树脂于安装孔中，将隔离驱动电源和电极互联，最后将其安装到散热系统中，得到产品A1。实施例21、对厚度为2mm陶瓷利用激光打孔、切割，形成具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED芯片直接焊接到铜热沉表面的发光组件，其特征在于，所述发光组件包括铜热沉、设置在铜热沉上方的中间有LED芯片安装孔的陶瓷基板，设置在陶瓷基板的边缘的正负电极，设置在芯片安装孔内的LED芯片，涂覆在LED芯片上的荧光粉层；所述铜热沉和陶瓷基板之间设置有铜氧共晶焊接层；所述LED芯片和正负电极之间电连接，所述正负电极与电源连接。

【技术特征摘要】
1.一种LED芯片直接焊接到铜热沉表面的发光组件，其特征在于，所述发光组件包括铜热沉、设置在铜热沉上方的中间有LED芯片安装孔的陶瓷基板，设置在陶瓷基板的边缘的正负电极，设置在芯片安装孔内的LED芯片，涂覆在LED芯片上的荧光粉层；所述铜热沉和陶瓷基板之间设置有铜氧共晶焊接层；所述LED芯片和正负电极之间电连接，所述正负电极与电源连接。
2.根据权利要求1所述的发光组件，其特征在于，所述LED芯片是蓝宝石衬底、电极同侧的LED芯片。
3.根据权利要求1所述的发光组件，其特征在于，所述铜热沉的厚度为0.1-100mm，所述陶瓷基板的厚度为0.1-2mm，所述铜氧共晶焊接层的厚度为0.01-100μm。
4.根据权利要求1所述的发光组件，其特征在于，所述陶瓷基板的厚度大于LED芯片的厚度。
5.根据权利要求1所述的发光组件，其特征在于，所述电源为隔离驱动电源。
6.根据权利要求1所述的发光组件，其特征在于，所述安装孔及正负电极表面沉积有镍金合金。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：林信平，任永鹏，徐强，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44