LED芯片及制造方法技术

本发明专利技术提出了一种LED芯片及制造方法。热扩散片(2)采用铜和铝，并且面积和厚度应足够大，以达到散降低热流密度作用；晶片(1)直接焊接贴在热扩散片(2)的A面，以消减两者之间的导热温差为主，而之间的绝缘次之，安全所需的高压绝缘层(4)设在热扩散片(2)的B面；晶片(1)镶嵌在晶片定位片(28)上的晶片定位嵌口中。采用晶片定位板工艺，解决了晶片(1)与热扩散片(2)对位焊接，设备昂贵，生产效率低下的问题。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提出了一种LED芯片及制造方法。热扩散片(2)采用铜和铝，并且面积和厚度应足够大，以达到散降低热流密度作用；晶片(1)直接焊接贴在热扩散片(2)的A面，以消减两者之间的导热温差为主，而之间的绝缘次之，安全所需的高压绝缘层(4)设在热扩散片(2)的B面；晶片(1)镶嵌在晶片定位片(28)上的晶片定位嵌口中。采用晶片定位板工艺，解决了晶片(1)与热扩散片(2)对位焊接，设备昂贵，生产效率低下的问题。【专利说明】LED芯片及制造方法 本专利技术是申请号为2010101592624、申请日为2010年3月21日、专利技术名称为“LED灯芯和LED芯片及制造方法”的分案申请。
本专利技术属于LED
，特别涉及到LED灯芯和LED芯片内的热传导技术。技术背景LED散热问题是当前LED照明普及推广的一大关键技术问题。由于LED芯片需要散热，使得LED照明灯要象现白炽灯和日光灯等一样，灯芯(灯泡)是标准化的部件，并且方便安装，增加了一层困难。现LED照明灯、灯具和灯芯，还没有实现相对独立、并便于装配的标准化部件，因而使得其成本更高。从单纯的传热学来分析，LED散热只是一常温传热过程，并不复杂。但由于传热学和成熟的传热技术知识，以及与传热关联的其他基础知识没有充分地被LED行业内人员认知，因而当前LED散热技术及产品被复杂化，处于初级阶段。从LED结点到空气对流换热面(也就是散热片)的传热过程是导热过程，由于LED晶片面积小，热流密度非常高，该导热过程在整个LED散热中非常重要。减小导热过程的热阻，最有效又简单的办法就是采用高导热材料，比如铜和铝，导热系数高，材料成本低，易加工成型。但铜和铝为金属导体，作为电器的LED照明器具，必须满足用电安全要求，LED结点与散热片(金属外露部件)之间必须达到一定高的绝缘要求，一般耐电压要达到上千伏的绝缘要求。绝缘和导热是相互矛盾的，现产品常常将LED晶片设置在一陶瓷绝缘衬片上，利用陶瓷耐电压高，导热系数也不低，来解决此问题。虽然陶瓷，比如Al2O3陶瓷导热系数可达20W/m.K，但比铝小十倍，比铜小近二十倍，LED晶片上的热流密度高达106W/m2;采用0.2mm厚的Al2O3绝缘衬，仅在该绝缘衬上的导热温差就要达到10°C，另外0.2mm厚的Al2O3陶瓷片的加工成本也不低。现通常都采用导热性不高的固晶胶(一般为银胶)，固定晶片，这又导致晶片与绝缘衬两界面间非常高的导热温差。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对LED散热过程中的导热过程。一、解决现实灯芯标准化中的热传导问题;二、LED芯片内的导热和绝缘之间的矛盾，提出结构简单、成本低的技术方案。本专利技术的技术方案:LED灯芯主要包括有晶片、热扩散片以及导热芯构成，晶片产生的热量通过热扩散片传到导热芯，再由热芯传到散热片。本专利技术的特征是:导热芯采了用铝或铜；导热芯与散热片的(即导热芯向外传热的)接触传热面采用了圆锥柱结构、或螺纹柱结构或锥形螺柱结构；晶片是焊接贴在热扩散片上;热扩散片的面积大于五倍的晶片面积，厚度不小于0.5mm，并且采用铜或铝、或铜铝复合材料;热扩散片与导热芯之间设置有高压绝缘层，高压绝缘层的厚度大于0.1_。导热芯采用圆锥柱结构，散热片上也有相配的圆锥孔，只要很小的推挤力，就可得到被放大数倍的导热芯圆锥柱面与散热片的圆锥孔面之间的接触压力，因而接触热阻减小，圆锥孔和圆锥柱容易加工成型，配合精度容易保证，造价低，安装也方便。由于螺纹柱面的表面积被放大，接触传热面积就被放大，导热芯与散热片之间的接触热阻就减小，比如采用普通的60°三角牙螺纹，其表面积为圆柱面的两倍，采用旋转方式将LED灯芯装入散热片(灯具)中，可以不需要工具，操作方便。锥形螺柱结构则综合了圆锥柱结构和螺纹柱结构的优点:接触压力大、接触面积大，便于安装。采用本专利技术的导热芯，解决了 LED灯芯与散热片之间的热传导问题，并且便于LED灯芯的装配，也就解决了现实LED灯芯标准化首要问题。本专利技术中的热扩散片，虽然与现产品的热沉的作用和传热过程类似，但本专利技术首次明确其重要作用一一热扩散作用，并称之为热扩散片。因为LED晶片面积小，如I X Imm大小的晶片，即使耗电1.2W，其热密度就达到106W/m2，非常之高，因而解决晶片与热扩散片之间的接触热阻问题成了首要问题，而两者之间的电绝缘问题次之。焊接工艺，即使采用成本最低的锡焊，金属锡的导热系数也是60W/m.K之多，比高级的导热膏也要高十倍多，因而晶片采用焊接工艺，焊接贴在热扩散片上，将有效降低晶片与热扩散片之间的导热温差。作为热扩散作用的热扩散片不仅要采用导热性高的材料，其面积和厚度也要足够大，因而热扩散片采用铜和铝，并且要求热扩散片面积要5倍以上的晶片面积，厚度不小于0.5mm，设计时最好是选不小于10倍的晶片面积，如果晶片为I X 1mm、IW，热扩散片厚度应达到I.0mm以上，其目的和作用就是使热量在热扩散片内有效扩散，降低热扩散片与导热芯之间的热流密度。为满足用电安全规范要求的绝缘问题，就可以由热扩散片与导热芯之间的高压绝缘层来解决。本专利技术中，高压绝缘层定义为耐直流电压达到500V以上的绝缘层。前面提出热扩散片与导热芯之间的高压绝缘层的厚度大于0.1mm，如采用Al2O3陶瓷绝缘层，0.1mm厚耐直流电压可达I千伏，这是为了让热扩散片与导热芯之间的绝缘层承担决大部分或全部安规所定的绝缘要求，减少晶片与热扩散片之间的绝缘要求，或根本就不考虑两者之间的绝缘，以降低两者之间传热温差。如果晶片与热扩散片之间采用锡焊，两者之间的锡料厚为20μπι，在106W/m2热流密度情况下，两者界面之间传热温差计算可得At = 0.32°C，经热扩散片，如果热流密度降低8倍为1.25 X 105W/m2，热扩散片与导热芯之间的高压绝缘层采用0.2mm厚的Al2O3陶瓷，导热系数为20W/m.K，则计算可得高压绝缘层处的传热温差At = 1.25°C，也就是说LED灯芯内的两处界面的热传导温差之和在2°C度内。如果将0.2_厚的Al2O3陶瓷绝缘片设在晶片和热扩散片(热沉)之间(一种现产品结构)，仅陶瓷片两侧传热温差计算可得A t = 10°C，是上述的5倍之多，可见采用本专利技术可以显著降低LED灯芯内的热传导温差。在以后的【具体实施方式】中，将进一步阐述本专利技术的LED灯芯便于防水密封，大批量生产，标准化实现等优点。针对由晶片和热扩散片组成的LED芯片部件，本专利技术还从降低导热热阻，降低成本，方便制造方面出发，提出了具体结构和制造方法。一、热扩散片采用铝或铜、或铜铝复合材料;晶片与热扩散片的焊接触面积大于三分之一的晶片面积;热扩散片上设有高压绝缘层，或低压绝缘层;高压绝缘层采用通过阳极氧化方法，直接从热扩散片上的金属铝表面生长出的氧化铝膜，该膜的厚度大于50μπι;低压绝缘层采用了通过气相沉积生成的陶瓷绝缘膜、或通过阳极氧化直接从热扩散片上的金属铝表面生长出的氧化铝膜，该膜厚小于50μπι。二、晶片的pn结电极为V型电极，采用倒装结构;热扩散片采用铜或铝、或铜铝复合材料;晶片上设置有导热焊盘;晶片与热扩散片的焊结接触面积大于三分之一的晶片面积；晶片上的η结电极和P结电极或部分P结电极外侧被一层通过气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED芯片，包括有晶片(1)、晶片定位片(28)和热扩散片(2)，其特征在于：晶片定位片(28)采用绝缘片材制成，并开有晶片定位嵌口，晶片(1)镶嵌在晶片定位片(28)上的晶片定位嵌口中；热扩散片(2)是一种包括有以下三种特征的金属片，(1)热扩散片(2)基本材料为铜或铝，或铜铝复合材料，(2)热扩散片(2)的面积大于5倍的晶片面积，(3)热扩散片(2)包括有A面和B面，晶片(1)直接贴在该A面，或该A面上直接设置有低压绝缘层(8)，晶片(1)直接贴在该低压绝缘层(8)上，该低压绝缘层(8)是采用了通过气相沉积生成的陶瓷绝缘膜，或通过阳极氧化直接从热扩散片(2)上的金属铝表面生长出的氧化铝膜，该氧化铝膜的厚度小于50μm。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦彪，
申请(专利权)人：秦彪，
类型：发明
国别省市：广东;44