专利名称：高光功率密度紫外线led固化光源及其制备方法
技术领域：
本发明涉及紫外线LED固化光源领域，具体为一种高光功率密度紫外线LED固化光源及其制备方法。
背景技术：
目前,用于固化UV(Ultraviolet Rays的缩写，中文含义是紫外光线)油墨、UV胶、UV墨水等的固化光源有汞灯、微波无电极紫外光源、卤素灯等等。随着UV固化技术在工业生产中广泛应用，传统的紫外固化光源日益暴露出一些缺点。紫外线LED固化光源作为新一代绿色节能环保的固化光源，具有寿命长，不含红外线，无汞污染等一系列优点，在我国工业领域具有极其广阔的发展和应用空间。但是目前高光功率密度紫外线LED固化光源制作方法不成熟，存在散热技术瓶颈，解决不了高光功率密度的紫外线LED固化光源的散热问题，在实际应用中只存在少量低光功率密度的紫外线LED固化光源产品，满足不了各种UV材料固化时紫外光强度的需求，阻碍了绿色环保，低能耗的紫外线LED固化光源的产业化应用。为了推动和促进紫外线LED固化光源的产业化应用，本发明提出一种高光功率密度紫外线LED固化光源及其制备方法，该高光功率密度紫外线LED固化光源及其制备方法不同于传统的紫外线LED固化光源及其制备方法，可以实现低成本、高光功率密度且能够有效解决散热技术瓶颈。
发明内容
本发明的目的是在于针对已有紫外LED固化光源和制作方法存在的散热缺陷，通过在封装结构和封装工艺上的改进，提供一种高光功率密度紫外线LED固化光源及其制备方法。实现高光功率密度紫外LED固化光源的应用及产业化，为达到上述目的，本发明的构思是以直接把紫外LED芯片固晶在散热器的固晶表面，在散热器的固晶表面上放置带有反光杯、上面布有线路层和打晶焊盘的LED基板解决聚光、电路走线、打金线。由于紫外LED芯片直接固晶在散热器的表面，和传统的把紫外LED芯片固晶在LED基板后用导热膏贴合在散热器表面相比，有效减少了中间导热环节、界面热阻，明显提高了散热效率。通过上述散热方式保证了紫外LED芯片工作时PN结处于低温状态，解决了因为工作时紫外LED芯片自身温度过高产生的红外辐射问题，实现紫外LED”冷”固化光源，是一种低成本和简单实现高光功率密度紫外LED固化光源的方法，该制备方法实现了高光功率紫外线LED固化光源的应用问题。此外，在此基础上，还可以方便的通过串接紫外线LED光源模组得到不同尺寸的紫外线LED固化光源，解决了不同应用领域需求不同尺寸的光源问题。根据上述发明构思，通过如下技术方案达到发明目的一种高光功率密度紫外LED固化光源它包括散热、LED基板、银胶、紫外LED芯片、金线、硅胶、透明石英玻璃盖板和挡胶框，其特征是所述紫外LED芯片通过银胶阵列排列固晶在散热器的固晶面，紫外LED芯片工作产生的热量可以直接通过银胶传导到散热器上，如再外加辅助的风冷或者水冷散热，可以迅速降低紫外LED芯片的PN结工作温度，阵列式紫外LED芯片之间的行、列间距距离根据紫外LED固化光源的光功率密度决定，光功率密度高，距离小，光功率密度低，距离大；所述LED基板固定在散热器的固晶面，LED基板上有反光杯、打金焊盘和走线层，反光杯形状为一锥形孔，孔径上面打大，下面小，上面孔径为2mm到3. 5mm之间，下面孔径为I. 7mm到2mm之间，反光杯的位置根据散热器表面所阵列排列的紫外LED芯片的位置决定，紫外LED芯片位于反光杯的中心，反光杯反射紫外LED芯片发出的紫外光，增加紫外光的辐射强度；打金焊盘位于反光杯孔的两侧，用金线连接紫外LED芯片的电极和打金焊盘，通过金线以及打金焊盘连接紫外LED芯片，形成紫外LED芯片串；走线层位于LED基板的表面，用于连接不同紫外LED串的正负极，使得不同紫外LED串正极相连，负极相连，形成并连结构，走线层的厚度为10微米到100微米之间；所述档胶框包围着所有紫外LED芯片串并且固定在LED基板上，硅胶涂敷层填充在挡胶框内固封住所有紫外LED芯片串；所述银胶用于紫外LED芯片的固晶，其中银粉的含量大于95%;所述石英玻璃盖板由硅胶或者紫外线粘结胶粘结固定在挡胶框上。本发明专利提出一种简单、低 成本得到高光功率密度紫外LED固化光源，彻底解决高光功率密度紫外LED固化光源的散热问题。在上述的高光功率密度紫外LED固化光源中，所述的紫外LED芯片的发光波长为200nm至420nm波段内，且该芯片结构为正装结构(即该芯片的正负极在芯片的上表面，芯片的下表面绝缘)，可以阵列式集成单波长(比如365nm、395nm、405nm和415nm)紫外LED芯片，得到单峰值波长紫外线光源；也可以配置阵列式集成不同峰值波长的紫外LED芯片，得到不同峰值波长的LED紫外线多波长混合光源。在上述的高光功率密度紫外LED固化光源中，所述LED基板按阵列式排布锥形反光杯，大功率紫外LED芯片所发出紫外光线的反射聚集作用，并且布有打线的焊盘和线路层。在上述的高光功率密度紫外LED固化光源中，所述散热器为铜质或者铝制材料，固晶面为水平光滑面，用于固定紫外LED芯片。一种高光功率密度紫外LED固化光源的制备方法，用于制备上述光源，其具体特征在于制备工艺步骤如下(I)对散热器固晶面镀金，镀金层厚度为O. 075微米到O. 2微米之间；(2)在散热器固品面的镀金层上对应将排列紫外LED芯片之处刷银胶；银胶高度不超过所固晶紫外LED芯片高度的1/3 ；(3)在银胶上放置紫外LED芯片；(4)烘烤；烘烤2小时±10分钟，温度180° ±15° ;(5)把LED基板制备与紫外LED芯片阵列排列对应位置的反光杯之后，紧密贴合并且固定在散热器的固晶面上；(6)打金线，金线的直径大于32微米；用常规打金线机打金线；(7)把挡胶框紧密贴合放置并固定在LED基板上表面；(8)灌封硅胶，将硅胶涂敷填充档胶框内；(9)贴合石英玻璃板，用硅胶或者紫外线粘结胶将石英玻璃板嵌粘在档胶框上；
(10)测试。在上述的高光功率密度紫外LED固化光源的制备方法中，所述步骤(2)在散热器固晶面的镀金层上刷银胶是采用丝网印刷或者相关工艺印刷银胶用于固晶，银胶的厚度小于所用紫外LED芯片的高度的1/3。在上述的高光功率密度紫外LED固化光源的制备方法中，所述步骤(5)把LED基板固定在散热器固晶面上是采用锡膏焊接使得LED基板紧密贴合在散热器的固晶面上。在所述的高光功率密度紫外LED固化光源的制备方法中，所述步骤(9)贴合石英玻璃板时，石英玻璃板和硅胶之间应该没有气泡。本发明与现有技术相比较，具有如下实质性特点和显著的优点本发明结构简单，制造成本低廉，操作简单，可迅速把紫外LED芯片工作时的热量传导到散热器上，再通过外界辅助的风冷和水冷散热方式及时把热量耗散到外界环境中去。实现高光功率密度紫外LED固化光源的应用及产业化。·
图I是本发明中结构截面示意图；图2是传统结构截面示意图；图3是本发明中散热器固晶后示意图；图4是本发明中LED基板结构示意图；图5是本发明中高光功率紫外LED固化光源模组爆炸示意图；图6是本发明中高光功率紫外LED固化光源模组示意图；图7是本发明中高光功率紫外LED固化光源制备方法流程示意图。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合附图详述如下实施例参图I、图3、图4、图5、图6，本高功率密度紫外LED固化光源包括散热器I、LED基板2、银胶3、紫外LED芯片4、金线5、硅胶6、透明石英玻璃盖板7和挡胶框8，所述紫外LED芯片4通过银胶3阵列排列固晶在散热器I的固晶面，紫外LED芯片4工作产生的热量可以直接通过银胶3传导到散热器I上，如再外加辅助的风冷或者水冷散热，可以迅速降低紫外LED芯片4的PN结工作温度，阵列式紫外LED芯片4之间的行、列间距距离根据紫外LED固化光源的光功率密度决定，光功率密度高，距离小，光功率密度低，距离大；所述LED基板2固定在散热器I的固晶面，LED基板2上有反光杯、打金焊盘和走线层，反光杯形状为一锥形孔，孔径上面打大，下面小，上面孔径位于2mm到3. 5mm之间，下面孔径为I. 7mm到2mm之间，反光杯的位置根据散热器表面所阵列排列的紫外LED芯片4的位置决定，紫外LED芯片4位于反光杯的中心，反光杯反射紫外LED芯片4发出的紫外光，增加紫外光的辐射强度；打金焊盘位于反光杯孔的两侧，用金线5连接紫外LED芯片4的电极和打金焊盘，通过金线以及打金焊盘连接紫外LED芯片4，形成紫外LED芯片串；走线层位于LED基板2的表面，用于连接不同紫外LED串4的正负极，使得不同紫外LED串正极相连，负极相连，形成并连结构，走线层的厚度位于10微米到100微米之间；所述档胶框8固定在LED基板2上，包围着所有紫外LED芯片串，硅胶6涂敷层填充在挡胶框8内固封所有紫外LED芯片串；所述银胶3用于紫外LED芯片4的固晶，其中银粉的含量大于95%;所述石英玻璃盖板7由硅胶或者紫外线粘结胶粘结固定在挡胶框8上。本发明专利提出一种简单、低成本得到高光功率密度紫外LED固化光源，彻底解决高光功率密度紫外LED固化光源的散热问题。参图2，和本发明相比，传统的紫外线LED固化光源中，紫外LED芯片是固晶在LED基板上，LED基板再通过一层导热膏9贴合在散热器的表面。由于导热膏9的导热系数非常低，故在此形成导热瓶颈，不能把紫外LED光源的工作时产生的热量及时耗散出来。使得紫外LED芯片PN结的结温过高产生光衰。此外LED基板和本发明的基板在结构上也不同。实施例二 本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下所述的高光功率密度紫外LED固化光源，其特征是所述紫外LED芯片4的发光波长为200nm至420nm波段内，且该芯片结构为正装结构，即该芯片的正负极在芯片的上表面，芯片的下表面绝缘，以阵列式集成单波长紫外LED芯片4，得到单峰值波长紫外线光源；或者以配置阵列式集成不同峰值波长的紫外LED芯片4，得到不同峰值波长的LED紫外线多波长混合光源。 所述的高光功率密度紫外LED固化光源，其特征是所述散热器I为铜质或者铝制材料，固晶面为水平光滑面，用于固定紫外LED芯片4。实施例三参考图7，本高光功率密度紫外LED固化光源的制备方法，用于制备上述光源，其特征在于制备工艺步骤如下(I)对散热器I固晶面镀金，镀金层厚度为O. 075微米到O. 2微米之间；(2)在散热器I固晶面的镀金层上对应将排列紫外LED芯片4之处刷银胶3 ;银胶3高度不超过所固晶紫外LED芯片4高度的1/3 ； (3)在银胶3上放置紫外LED芯片4 ；(4)烘烤；烘烤2小时±10分钟，温度180° ±15° ;(5)把LED基板2紧密贴合固定在散热器I的固晶面上；(6)打金线，金线的直径大于32微米；用常规打金线机打金线；(7)把挡胶框8紧密贴合放置并固定在LED基板2上表面；(8)灌封硅胶6，将硅胶6涂敷填充档胶框8内；(9)贴合石英玻璃板7，用硅胶或者紫外线粘结胶将石英玻璃板7嵌粘在档胶框8上;(10)测试。实施例四本实施例与实施例三基本相同，特别之处如下上述步骤(2)在散热器I固品面的镀金层上刷银胶是采用丝网印刷或者相关工艺印刷银胶用于固晶，银胶的厚度小于所用紫外LED芯片的厚度1/3 ;上述步骤(5)把LED基板2固定在散热器I的固晶面上是采用锡膏焊接使得LED基板2紧密贴合在散热器的固晶面上；上述步骤(9)贴合石英玻璃板7时，石英玻璃板7和硅胶6中应该没有气泡。
权利要求
1.一种高光功率密度紫外LED固化光源，包括散热器(I)、LED基板(2)、银胶(3)、紫外LED芯片(4)、金线(5)、硅胶(6)、透明石英玻璃盖板(7)和挡胶框(8)，其特征在于所述紫外LED芯片(4)通过银胶(3)阵列排列固晶在散热器⑴的固晶面，所述LED基板(2)固定在散热器(I)的固品面，LED基板(2)上有反光杯、打金焊盘和走线层；所述反光杯形状为一锥形孔，该锥形孔的孔径上面大，下面小，上面孔径为2mm到3. 5mm之间，下面孔径为I.7mm到2mm之间，反光杯的位置与散热器(I)表面所阵列排列的紫外LED芯片(4)的位置想对应，紫外LED芯片(4)位于反光杯的中心；打金焊盘位于反光杯的两侧，用金线(5)连接紫外LED芯片(4)的电极和打金焊盘，通过金线(5)以及打金焊盘连接紫外LED芯片(4)，形成紫外LED芯片串；走线层位于LED基板(2)的表面，用于连接不同紫外LED芯片串的正负极，使得不同紫外LED芯片串正极相连，负极相连，形成并连结构，走线层的厚度为10微米到100微米之间；所述档胶框⑶固定在LED基板⑵上，包围着所有紫外LED芯片串，硅胶(6)涂敷层填充在挡胶框(8)内；固封住所有紫外LED芯片串；所述银胶(3)用于紫外LED芯片(4)的固晶，其中银粉的含量大于95% ;所述石英玻璃盖板(7)由硅胶或者紫外线粘结胶粘结固定在挡胶框(8)上。
2.根据权利要求I所述的高光功率密度紫外LED固化光源，其特征是所述紫外LED芯片(4)的发光波长为200nm至420nm波段内，且该芯片结构为正装结构，即该芯片的正负极在芯片的上表面，芯片的下表面绝缘，以阵列式集成单波长紫外LED芯片，得到单峰值波长紫外线光源；或者以配置阵列式集成不同峰值波长的紫外LED芯片，得到不同峰值波长的LED紫外线多波长混合光源。
3.根据权利要求I所述的高光功率密度紫外LED固化光源，其特征是所述散热器(I)为铜质或者铝制材料，固晶面为水平光滑面，用于固定紫外LED芯片(4)。
4.一种高光功率密度紫外LED固化光源的制备方法，用于制备根据权利要求I所述的高光功率密度紫外LED固化光源，其特征在于制备工艺步骤如下 (1)对散热器(I)固晶面镀金，镀金层厚度为O.075微米到O. 2微米之间； (2)在散热器(I)固晶面的镀金层上对应将排列紫外LED芯片(4)之处刷银胶(3);银胶⑶高度不超过所固晶紫外LED芯片(4)高度的1/3 ； (3)在银胶(3)上放置紫外LED芯片(4); (4)烘烤；烘烤2小时±10分钟，温度180°±10° ; (5)把LED基板(2)制备与紫外LED芯片(4)阵列排列对应位置的反光杯之后，紧密贴合并且固定在散热器I的固晶面上； (6)打金线，金线的直径大于32微米；用常规打金线机打金线； (7)把挡胶框(8)紧密贴合放置并固定在LED基板(2)上表面； (8)灌封硅胶￠)，将硅胶(6)涂敷填充档胶框(8)内； (9)贴合石英玻璃板(7)，用硅胶或者紫外线粘结胶将石英玻璃板(7)嵌粘在档胶框(8)上； (10)测试。
5.根据权利要求4所述的高光功率密度紫外LED固化光源的制备方法，其特征是所述步骤(2)在散热器(I)固晶面的镀金层上刷银胶实现固晶。
6.根据权利要求4所述的高光功率密度紫外LED固化光源的制备方法，其特征是所述步骤(5)把LED基板(2)固定在散热器(I)的固晶面上是采用锡膏焊接使得LED基板(2)紧密贴合在散热器(I)的固晶面上。
7.根据权利要求4所述的高光功率密度紫外LED固化光源的制备方法，其特征是所述步骤(9)贴合石英玻璃板(7)时，石英玻璃板(7)与硅胶(6)之间应该没有气泡。
全文摘要
本发明涉及一种高光功率密度紫外LED固化光源及其制备方法。本光源包括散热器、LED基板、银胶、紫外LED芯片、金线、硅胶、透明石英玻璃盖板和挡胶框，所述率紫外LED芯片通过银胶固晶在散热器的固晶面，所述LED基板固定在散热器的固品面，LED基板上有反光杯、打金焊盘和走线层，通过打金焊盘、金线以及LED基板上的走线层连接紫外LED芯片，形成紫外LED芯片串，所述档胶框固定在LED基板上，硅胶涂敷层填充在挡胶框内，所述石英玻璃盖板固定在挡胶框上。本发明解决了光源散热不良产生的光衰，可以实现高密度阵列式集成紫外LED芯片，制作高光功率密度的紫外线LED面光源或者线光源。其结构简单，制造成本低廉，在固化、消毒等工业领域具有非常广阔的应用前景。
文档编号H01L33/64GK102903710SQ20121042752
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月31日 优先权日2012年10月31日
发明者姜绍娜, 姜泽坚 申请人:姜绍娜