一种大功率倒装结构紫外led固化光源及其制备方法
【专利摘要】本发明设计一种大功率倒装结构紫外LED固化光源及其制备方法，包括二十八颗金锡共晶倒装UV?LED芯片、覆铜陶瓷基板、镀金电极、环形围坝胶、脱泡透明硅胶、半圆柱石英透镜、导电螺孔、导热硅脂、水冷散热器。本发明在提高封装密度的同时，通过采用低热阻覆铜陶瓷基板和先进的金锡共晶倒装技术，可有效控制UV?LED芯片结温，提高紫外LED的光功率，且采用抗近紫外硅胶，可避免硅胶老化带来的不良影响。经实际测试，在水冷散热的环境中，电流8800mA时，电压26.1V，光功率强度可达到74W，且正常工作情况下光衰小于10%每1000小时。其结构制作工艺流程简单，适用于规模生产，在紫外固化光源等领域具有非常广阔的应用前景。
【专利说明】
一种大功率倒装结构紫外LED固化光源及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及紫外固化光源等领域，特别涉及一种大功率倒装结构紫外LED固化光源及其制备方法。
【背景技术】
[0002]目前，基于AlGaN的大功率紫外LED(Ultrav1let LED，简称UV-LED)，可应用于印刷制版、油墨干燥、医学理疗、老化试验、光化学催化、荧光分析、荧光探伤、玻璃无影胶固化手机屏固化、UV胶水固化、油墨固化等等。其中，峰值波长为395nm的UV-LED被认为可以广泛应用在紫外固化领域。相对于传统紫外固化设备，采用UV-LED系统的使用寿命为传统汞灯的30-40倍。但目前高功率的紫外LED固化光源制作工艺不成熟，存在发热量大、可靠性差、光衰强等问题，阻碍了高光功率密度的紫外线LED固化光源的广泛应用，满足不了 UV材料固化时紫外光强度的需求，与当下现行的绿色环保节能观念相悖。
[0003]为了推动和促进紫外线LED固化光源的广泛应用，本发明提出一种大功率倒装结构紫外LED固化光源及其制备方法。该大功率倒装结构紫外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，本发明采用先进的倒装共晶工艺，结合多层覆铜氮化铝基板和抗紫外硅胶，可以大大提高产品的光功率，降低热阻，控制结温，增加寿命与可靠性。
【发明内容】
[0004]针对上述不足，本发明所要解决的技术问题是如何在大功率紫外LED固化光源封装结构中降低热阻，控制结温，提高光效，同时还能保证产品本身的可靠性与寿命，并提供一种大功率倒装结构紫外LED固化光源，本发明的另一目的是提供该固化光源的制备方法。
[0005]本发明的技术方案:一种大功率倒装结构紫外LED固化光源，该固化光源包括倒装UV-LED芯片、覆铜陶瓷基板、镀金电极、环形围坝胶、脱泡透明硅胶、半圆柱石英透镜、导电螺孔、导热硅脂、水冷散热器;所述水冷散热器位于底部，所述导热硅脂均匀涂抹在覆铜陶瓷基板背部，所述覆铜陶瓷基板通过塑料螺钉固定在风冷散热器上表面，覆铜陶瓷基板正面做有镀金电极和导电螺孔，所述倒装UV-LED芯片封装在高密线型排布的镀金电极上，所述环形围坝胶画在UV-LED芯片外围四周，所述脱泡透明硅胶均匀涂布在线型排布的UV-LED芯片表面及周围，所述半圆柱石英透镜盖在环形围坝胶上方与脱泡透明硅胶形成黏结密封。
[0006]倒装UV-LED芯片，峰值波长395nm，采用四并七串连接方式，封装间距为1.5mm，通过金锡共晶工艺将芯片倒装在覆铜陶瓷基板上。
[0007]覆铜陶瓷基板采用低热阻高强度的多层共烧氮化铝陶瓷制作，覆铜陶瓷基板正面做有覆铜线路，铜层高度为40μπι。
[0008]陶瓷基板覆铜线路上有一层镀金层，其表面粗糙度均方根值小于400nm。
[0009]覆铜陶瓷基板通过导电螺孔和外围电路形成电气互联，无需焊接线路。
[0010]使用抗紫外透明硅胶，通过行星式真空脱泡机预先脱泡。
[0011]使用环形围坝胶调控脱泡透明硅胶的流动分布，围胶高度0.5mm，与芯片表面持平。
[0012]使用高紫外线透过率的半圆柱石英透镜。
[0013]—种大功率倒装结构紫外LED固化光源制备方法，其步骤:
(I)对覆铜陶瓷基板进行等离子清洗，清洗时间约5分钟，并烘干；(2)使用全自动共晶固晶机，通过加热加压的方法，将UV-LED芯片封装在线型排布的镀金电极上，并在氮气保护的气氛下冷却至室温；(3)使用全自动点胶机，预先设定画胶路线，在线型排布的芯片外围画环形围胶，围胶面积略大于半圆柱石英透镜截面，围胶高度设定为0.5mm； (4)烘烤;烘烤I小时±10分钟，设定温度150±10°C，使环形围坝胶硬化；(5)透明硅胶预先通过行星式真空脱泡机进行脱泡，设定转数800转每分钟，程序时间为2分钟；(6)使用全自动点胶机，将脱泡透明硅胶均匀涂抹在芯片表面及四周，胶水高度略高于环形围坝胶高度；(7)将半圆柱石英透镜置于环形围坝胶上，并与脱泡透明硅胶黏结紧密；(8)将上述黏结有半圆柱石英透镜的覆铜陶瓷基板置于真空脱泡箱中，设定压力为100帕，真空脱泡10分钟；(9)脱泡后检查硅胶内是否还有气泡残留，若没有，烘烤硅胶;烘烤30分钟，设定温度150°C ; (10)在覆铜陶瓷基板背部均匀涂抹导热硅脂，然后通过塑料螺钉固定在水冷散热器的上表面;(11)接通电路，测试。
[0014]在上述的一种大功率倒装结构紫外LED固化光源制备方法，其特征是覆铜陶瓷基板通过导电螺孔和外围电路形成电气互联，无需焊接线路。
[0015]在上述的一种大功率倒装结构紫外LED固化光源制备方法，使用抗紫外透明硅胶，通过行星式真空脱泡机预先脱泡。
[0016]在上述的一种大功率倒装结构紫外LED固化光源制备方法，使用环形围坝胶调控脱泡透明硅胶的流动分布，围胶高度0.5mm，与芯片表面持平。
[0017]在上述的一种大功率倒装结构紫外LED固化光源的制备方法，使用高紫外线透过率的半圆柱石英透镜。
[0018]本发明与现有技术相比，具有如下实质性特点和显著优点:本发明结构合理，制造工艺简单，适于批量生产。采用本发明结构，可将紫外LED外延层中PN结的热量迅速传递到外部热沉上，同时利用硅胶的“萃取作用”提高光提取效率，增加光电转化效率，实现大功率高光提取效率紫外固化光源的应用及产业化。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的俯视不意图；
图2为本发明的侧视示意图。
图中:1_导电螺孔，2-覆铜陶瓷基板，3-环形围坝胶，4-脱泡透明硅胶，5-镀金电极，6-倒装UV-LED芯片，7-半圆柱石英透镜，8-导热硅脂，9水冷散热器。
【具体实施方式】
[0020]如图1所示，倒装UV-LED芯片6按28 X I阵列FC封装方式排列，单个UV-LED芯片的驱动电流为1000mA，波长395nm为例。对覆铜陶瓷基板2进行等离子清洗，清洗时间约5分钟，并烘干，使用全自动共晶固晶机，通过加热加压的方法，将倒装UV-LED芯片6封装在线型排布的镀金电极5上，并在氮气保护的气氛下冷却至室温，使用全自动点胶机，预先设定画胶路线，在线型排布的芯片外围画环形围胶3，围胶面积略大于半圆柱石英透镜7截面，围胶高度设定为0.5mm，烘烤I小时左右，设定温度150°C，使环形围坝胶3硬化，透明硅胶4预先通过行星式真空脱泡机进行脱泡，设定转数800转每分钟，程序时间为2分钟，使用全自动点胶机，将脱泡透明硅胶均匀涂抹在芯片6表面及四周，胶水高度略高于环形围坝胶3高度，将半圆柱石英透镜7置于环形围坝胶3上，并与脱泡透明硅胶4黏结紧密，将上述黏结有半圆柱石英透镜的覆铜陶瓷基板置于真空脱泡箱中，设定压力为100帕，真空脱泡10分钟，脱泡后检查硅胶内是否还有气泡残留，若没有，烘烤硅胶;烘烤30分钟，设定温度150°C，在覆铜陶瓷基板2背部均匀涂抹导热硅脂8，然后通过塑料螺钉将基板固定在水冷散热器9的上表面，最后将电路与导电螺孔I连接，进行测试。驱动电流设为每颗芯片1000mA，此时总光功率约为45W，光功率密度可达20W/cm2。
【主权项】
1.一种大功率倒装结构紫外LED固化光源，其特征在于:该固化光源包括倒装UV-LED芯片、覆铜陶瓷基板、镀金电极、环形围坝胶、脱泡透明硅胶、半圆柱石英透镜、导电螺孔、导热硅脂、水冷散热器;所述水冷散热器位于底部，所述导热硅脂均匀涂抹在覆铜陶瓷基板背部，所述覆铜陶瓷基板通过塑料螺钉固定在风冷散热器上表面，覆铜陶瓷基板正面做有镀金电极和导电螺孔，所述倒装UV-LED芯片封装在高密线型排布的镀金电极上，所述环形围坝胶画在UV-LED芯片外围四周，所述脱泡透明硅胶均匀涂布在线型排布的UV-LED芯片表面及周围，所述半圆柱石英透镜盖在环形围坝胶上方与脱泡透明硅胶形成黏结密封。2.根据权利要求1所述的一种大功率倒装结构紫外LED固化光源，其特征在于:倒装UV-LED芯片，峰值波长395nm，采用四并七串连接方式，封装间距为1.5mm，通过金锡共晶工艺将芯片倒装在覆铜陶瓷基板上。3.根据权利要求2所述的一种大功率倒装结构紫外LED固化光源，其特征在于:覆铜陶瓷基板采用低热阻高强度的多层共烧氮化铝陶瓷制作，覆铜陶瓷基板正面做有覆铜线路，铜层高度为40μπι。4.根据权利要求3所述的一种大功率倒装结构紫外LED固化光源，其特征在于:陶瓷基板覆铜线路上有一层镀金层，其表面粗糙度均方根值小于400nm。5.根据权利要求1所述的一种大功率倒装结构紫外LED固化光源，其特征在于:覆铜陶瓷基板通过导电螺孔和外围电路形成电气互联，无需焊接线路。6.根据权利要求1所述的一种大功率倒装结构紫外LED固化光源，其特征在于:使用抗紫外透明硅胶，通过行星式真空脱泡机预先脱泡。7.根据权利要求1所述的一种大功率倒装结构紫外LED固化光源，其特征在于:使用环形围坝胶调控脱泡透明硅胶的流动分布，围胶高度0.5_，与芯片表面持平。8.根据权利要求1所述的一种大功率倒装结构紫外LED固化光源，其特征在于:使用高紫外线透过率的半圆柱石英透镜。9.一种大功率倒装结构紫外LED固化光源制备方法，其步骤: (1)对覆铜陶瓷基板进行等离子清洗，清洗时间约5分钟，并烘干； (2)使用全自动共晶固晶机，通过加热加压的方法，将UV-LED芯片封装在线型排布的镀金电极上，并在氮气保护的气氛下冷却至室温； (3)使用全自动点胶机，预先设定画胶路线，在线型排布的芯片外围画环形围胶，围胶面积略大于半圆柱石英透镜截面，围胶高度设定为0.5mm； (4)烘烤;烘烤I小时±10分钟，设定温度150±10°C，使环形围坝胶硬化； (5)透明硅胶预先通过行星式真空脱泡机进行脱泡，设定转数800转每分钟，程序时间为2分钟； (6)使用全自动点胶机，将脱泡透明硅胶均匀涂抹在芯片表面及四周，胶水高度略高于环形围坝胶高度； (7)将半圆柱石英透镜置于环形围坝胶上，并与脱泡透明硅胶黏结紧密； (8)将上述黏结有半圆柱石英透镜的覆铜陶瓷基板置于真空脱泡箱中，设定压力为100帕，真空脱泡10分钟； (9)脱泡后检查硅胶内是否还有气泡残留，若没有，烘烤硅胶；烘烤30分钟，设定温度.150 0C ； (10)在覆铜陶瓷基板背部均匀涂抹导热硅脂，然后通过塑料螺钉固定在水冷散热器的上表面； (11)接通电路，测试。
【文档编号】H01L33/56GK105845817SQ201610176092
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】梁仁瓅, 戴江南, 张建宝
【申请人】武汉优炜星科技有限公司