一种荧光陶瓷封装白光LED芯片及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种荧光陶瓷封装白光LED芯片及其制备方法与应用，所述白光LED芯片，包括：LED芯片和无机材料封装层；所述无机材料封装层包括荧光陶瓷层或荧光晶体层，和结合层；所述结合层位于荧光陶瓷层或荧光晶体层、和LED芯片之间；所述结合层选自金属单质层、胶合层、烧结界面层以及陶瓷结合层中的至少一种。本发明专利技术克服了现有LED封装的不足，能够实现真正的无机封装方式，荧光陶瓷层或荧光晶体层与荧光粉有机胶相比，热稳定性好、光衰小，白光芯片可高能量密度排布，适用于制造大功率LED灯具；白光LED芯片直接发出白光，不用覆盖荧光粉胶层，减少了点胶等工序与相应成本。减少了点胶等工序与相应成本。减少了点胶等工序与相应成本。

【技术实现步骤摘要】
一种荧光陶瓷封装白光LED芯片及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于半导体照明领域，特别是涉及一种荧光陶瓷封装白光LED芯片及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]LED作为第四代光源，与传统光源相比具有光效高、节能环保、寿命长等优异性能，其被广泛应用于户外照明、场馆照明、室内照明等领域。传统LED光源是将Y3Al5O
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:Ce(YAG:Ce)荧光粉封装在环氧树脂或硅胶等有机物中，这些有机封装材料散热性差，LED芯片在工作过程中产生的热量不易散发，导致光源温度上升，长时间工作会造成有机封装材料老化分解，出现光衰、色偏移及工作寿命降低等问题。YAG:Ce荧光透明陶瓷具有更高的热导率和热稳定性，用作LED封装材料有效解决了有机封装材料因散热性差引起的光衰、色偏移、寿命降低等问题。
[0003]作为LED产业链中承上启下的LED封装在整个产业链中起着关键作用。对于封装而言，关键在于如何在有限的成本范围内尽可能多地提取芯片发出的光，同时降低封装热阻，提高可靠性。随着LED产品往高光效、高功率密度、高可靠性等高性能方向发展，对封装提出越来越高的要求。一方面LED产品封装具有足够高的取光效率和光通量；另一方面，封装必须满足芯片的散热要求。因此，芯片、荧光材料、基板等不同材料以及相应封装方式需要不断发展以提高LED产品的散热能力和出光效率。
[0004]随着LED技术的迅速发展，LED产品的封装形式也从单芯片封装方式发展到多芯片封装方式，封装结构从Lamp封装到SMD封装再到COB封装等技术。荧光陶瓷用作LED封装材料解决了传统有机封装材料光衰、寿命降低等问题，但现有专利技术主要是SMD封装或COB封装，工艺繁琐或功率固定，影响了荧光透明陶瓷封装材料的推广应用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种荧光陶瓷封装的白光LED芯片及其制备方法和应用。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种白光LED芯片，包括：LED芯片和无机材料封装层；
[0008]所述无机材料封装层包括荧光陶瓷层或荧光晶体层，和结合层；
[0009]所述结合层位于荧光陶瓷层或荧光晶体层、和LED芯片之间；
[0010]所述结合层选自金属单质层、胶合层、烧结界面层以及陶瓷结合层中的至少一种。
[0011]根据本专利技术的实施方案，所述荧光陶瓷层的透光率为5％
‑
85％；例如8
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85％；优选为8％
‑
80％。
[0012]根据本专利技术的实施方案，所述无机材料封装层包括荧光陶瓷层和结合层，或者包括荧光晶体层和结合层。
[0013]根据本专利技术的实施方案，所述荧光陶瓷层的材质包括但不限于稀土掺杂的荧光透
明陶瓷，所述荧光晶体层的材质包括但不限于稀土掺杂的荧光晶体，示例性为荧光单晶、荧光多晶或荧光准晶，所述稀土例如为Y、Lu、Ce、Eu、Pr、Gd、Sc、Yb等中的至少一种；优选为Y或Lu。
[0014]根据本专利技术的实施方案，所述稀土掺杂的荧光透明陶瓷包括但不限于YAG:Ce、YAG:Ce,Mn、LuAG:Ce等石榴石型荧光透明陶瓷。
[0015]根据本专利技术的实施方案，所述稀土掺杂的荧光晶体包括但不限于YAG:Ce、LuAG:Ce等石榴石型荧光晶体。
[0016]根据本专利技术的实施方案，所述无机材料封装层由荧光陶瓷层和结合层构成，或者由荧光晶体层和结合层构成。优选地，所述荧光陶瓷层的非出光面和结合层结合。优选地，所述荧光晶体层的非出光面和结合层结合。
[0017]根据本专利技术的实施方案，所述结合层的厚度为2μm
‑
2000μm。
[0018]根据本专利技术的实施方案，所述金属单质包括但不限于Au、Ag、In、Sn、Pb等中的至少一种。示例性地，所述金属单质层的厚度不超过0.1毫米，例如不超过0.08毫米、又例如不超过0.05毫米。
[0019]根据本专利技术的实施方案，其中，胶合层中采用的胶可以为环氧树脂和/或硅胶等。示例性地，所述胶合层的厚度不超过10微米，例如不超过8微米，又例如不超过5微米。
[0020]根据本专利技术的实施方案，所述烧结界面层是将荧光陶瓷层表面的无机材料经加热烧结后得到的。所述烧结界面层为无机化合物，所述无机化合物例如含Al、Y、Si、Ga、O、B、N等元素，元素间存在包括但不限于Al
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O、Y
‑
O、Si
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O、Ga
‑
O、B
‑
O、Ga
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N、Al
‑
N、Y
‑
N、Si
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N等共价键中的至少一种。
[0021]示例性地，烧结时加热的温度为800
‑
1900℃。
[0022]示例性地，所述烧结界面层的厚度不超过10微米，例如不超过8微米，又例如不超过5微米。
[0023]根据本专利技术的实施方案，所述陶瓷结合层的材质为Al2O3、AlN等。
[0024]例如，所述陶瓷结合层的厚度为0.2
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2.0毫米，例如为0.4
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1.6毫米，又如为0.6
‑
1.2毫米。
[0025]示例性地，所述结合层为金属单质层，即在所述荧光陶瓷层的非出光面和LED芯片之间设置金属单质层，或在所述荧光晶体层的非出光面和LED芯片之间设置金属单质层，通过金属键合使荧光陶瓷层或荧光晶体层与LED芯片结合。
[0026]示例性地，所述结合层为胶合层，即在所述荧光陶瓷层的非出光面和LED芯片之间设置胶合层，或在所述荧光晶体层的非出光面和LED芯片之间设置胶合层，通过胶合使荧光陶瓷层或荧光晶体层和LED芯片结合。
[0027]示例性地，所述结合层为烧结界面层，即在所述荧光陶瓷层的非出光面和LED芯片之间设置烧结界面层，或在所述荧光晶体层的非出光面和LED芯片之间设置烧结界面层；通过对所述荧光陶瓷层或所述荧光晶体层表面的无机材料加热，形成烧结界面层，使荧光陶瓷层或荧光晶体层和LED芯片之间实现热键合。
[0028]示例性地，所述结合层为陶瓷结合层，即在所述荧光陶瓷层的非出光面和LED芯片之间设置陶瓷粉体原料，或在所述荧光晶体层的非出光面和LED芯片之间设置陶瓷粉体原料，通过对所述陶瓷粉体原料加热，形成陶瓷结合层，使荧光陶瓷层或荧光晶体层和LED芯
片生成陶瓷共价键实现结合。示例性地，加热的温度为800
‑
1900℃。
[0029]根据本专利技术的实施方案，所述LED芯片包括N型外延层、发光层和P型外延层。
[0030]根据本专利技术的实施方案，所述LED芯片可以包括一个或多个正装结构LED芯片。
[0031]根据本专利技术的实施方案，所述白光LED芯片能够组装成5
‑
3000W功率光源，示例性为5W、2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种白光LED芯片，其特征在于，其包括LED芯片和无机材料封装层；所述无机材料封装层包括荧光陶瓷层或荧光晶体层，和结合层；所述结合层位于荧光陶瓷层或荧光晶体层、和LED芯片之间；所述结合层选自金属单质层、胶合层、烧结界面层以及陶瓷结合层中的至少一种。2.根据权利要求1所述的白光LED芯片，其特征在于，所述荧光陶瓷层的透光率为5％
‑
85％。3.根据权利要求1或2所述的白光LED芯片，其特征在于，所述荧光陶瓷层的材质包括但不限于稀土掺杂的荧光透明陶瓷，所述荧光晶体层的材质包括但不限于稀土掺杂的荧光晶体；所述稀土例如为Y、Lu、Ce、Eu、Pr、Gd、Sc、Yb中的至少一种；优选为Y或Lu。优选地，所述稀土掺杂的荧光透明陶瓷为YAG:Ce、YAG:Ce,Mn或LuAG:Ce石榴石型荧光透明陶瓷。优选地，所述稀土掺杂的荧光晶体为YAG:Ce或LuAG:Ce石榴石型荧光晶体。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的白光LED芯片，其特征在于，所述结合层的厚度为2μm
‑
2000μm。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的白光LED芯片，其特征在于，所述金属单质为Au、Ag、In、Sn、Pb中的至少一种。优选地，胶合层中采用的胶为环氧树脂和/或硅胶。优选地，所述烧结界面层为无机化合物，所述无机化合物含Al、Y、Si、Ga、O、B、N中至少一种元素，元素间存在Al
‑
O、Y
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O、Si
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O、Ga
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O、B
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O、Ga

【专利技术属性】
技术研发人员：张修强，洪茂椿，张数江，周有福，林晓，
申请(专利权)人：福建中科芯源光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：