内设光反射层、用于LED封装的陶瓷印刷电路板的制作方法

本实用新型涉及半导体封装和应用领域，尤其涉及封装LED所使用的单层或多层陶瓷印刷电路板及其制造方法，特别是涉及内设光反射层的陶瓷印刷电路板及其制造方法。

背景技术：

现有技术以陶瓷为载具的印刷电路板，其基底陶瓷材料的物理化学稳定性，具有高耐热性、高绝缘强度和低热膨胀系数等等优点，令业界瞩目。陶瓷基板的出现克服了树脂印刷电路基板难以克服的缺点，在LED应用领域广泛被用于制作陶瓷印刷电路板。

在LED的应用中不仅仅需要基板具有很好的导热和散热功能，还需要有好的光学特性使得焊接或固定了LED芯片之后其整体光学特性表现优异。

如图7所示的现有技术的LED封装用陶瓷印刷电路板中，某些陶瓷材质如三氧化二铝或蓝宝石类材质，具有透光的特性，LED发出的光会从陶瓷基板透射到非出光方向，有少部分也会被基板所吸收，从而增加光损耗，为了克服这样的问题，现有技术中也有在陶瓷电路板焊接或固定LED的一面设置有反射层，将照射到陶瓷电路板上的光从出光方向反射出去降低整体的光损耗。

现有技术中在陶瓷电路板焊接或固定LED的一面设置有反射层，这些反射层通常为金属镀层；这些金属镀层一方面由于光照或和空气直接接触或封装金属反射镀层的硅胶也可以透过氧，因此这些金属镀层非常容易氧化和硫化导致反射效率变低而影响整个LED封装器件的光输出特性。

现有技术中在陶瓷电路板焊接或固定LED的一面设置的金属反射层不仅需要与陶瓷电路板的基板和电路直接具有很好的机械联接特性也需要有好的电气特性，如需要和陶瓷电路板中的电路部分绝缘；但是带有金属反射镀层的陶瓷电路板还需要经过焊接LED芯片等过程，使得金属反射层非常容易和陶瓷电路板中的电路部分短路或达不到安全规范的要求，需要设置特别的绝缘层或者相关的工艺措施防止其短路并改善绝缘特性；工艺上实现非常困难，难度高，效率低。

名词解释：

氮化硅：其英文是Silicon nitride ；Si₃N₄ 陶瓷是一种共价键化合物，基本结构单元为[ SiN₄ ]四面体，硅原子位于四面体的中心，在其周围有四个氮原子，分别位于四面体的四个顶点，然后以每三个四面体共用一个原子的形式，在三维空间形成连续而又坚固的网格结构。氮化硅的很多性能都归结于此结构。Si₃N₄ 热膨胀系数低、导热率高，故其耐热冲击性极佳。

氮化铝：其英文是Aluminum nitride，缩写为AIN；共价键化合物，属于六方晶系，铅锌矿型的晶体结构，呈白色或灰白色。氮化铝是原子晶体，属类金刚石氮化物，最高可稳定到2200℃。室温强度高，且强度随温度的升高下降较慢、导热性好，热膨胀系数小，是良好的耐热冲击材料。抗熔融金属侵蚀的能力强，氮化铝还是电绝缘体，介电性能良好，是陶瓷电路板载板的优选材料之一。

三氧化二铝：也就是氧化铝，化学符号：，纯净氧化铝是白色无定形粉末，俗称矾土，密度3.9-4.0g/cm³，熔点2050℃、沸点2980℃，不溶于水，为两性氧化物，能溶于无机酸和碱性溶液中，主要有α型和γ型两种变体，工业上可从铝土矿中提取。在α型氧化铝的晶格中，氧离子为六方紧密堆积，铝离子对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心，晶格能很大，故熔点、沸点很高。α型氧化铝不溶于水和酸，工业上也称铝氧，是制金属铝的基本原料；也用于制各种耐火砖、耐火坩埚、耐火管、耐高温实验仪器；还可作研磨剂、阻燃剂、填充料等；高纯的α型氧化铝还是生产人造刚玉、人造红宝石和蓝宝石的原料；还用于生产现代大规模集成电路的板基。

LED为英文Light Emitting Diode的缩写，中文含义为发光二极管。

COB为英文Chip On Board的缩写,中文含义为板上芯片；板上芯片封装是裸芯片贴装技术之一，半导体芯片交接贴装在印刷电路板上，芯片与基板的电联接用引线缝合方法实现，并用树脂覆盖以确保可靠性。

COB光源：通过COB封装LED平面光源或集成光源又称COB光源；目前COB光源主要运用在室内外灯具照明中，如室内的射灯、筒灯、天花灯、吸顶灯、日光灯和灯带，室外的路灯、工矿灯、泛光灯及目前城市夜景的洗墙灯、发光字等。

OSP是为英文Organic Solderability Preservatives的缩写，中文含义为有机保焊膜，又称护铜剂，英文亦称之Preflux。OSP在本专利申请中指的是印刷电路板(PCB)铜箔表面处理的符合RoHS指令要求的一种工艺。简单地说，OSP就是在洁净的裸铜表面上，以化学的方法长出一层有机皮膜。这层膜具有防氧化，耐热冲击，耐湿性，用以保护铜表面于常态环境中不再继续生锈，氧化或硫化等;但在后续的焊接高温中，此种保护膜又必须很容易被助焊剂所迅速清除，如此方可使露出的干净铜表面得以在极短的时间内与熔融焊锡立即结合成为牢固的焊点。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于避免现有技术LED封装用陶瓷印刷电路板的陶瓷基板透光，在LED芯片焊接面上加镀反射层工艺复杂且容易氧化导致反射效率降低的不足之处而提出一种在非LED芯片焊接面上设置有反射层的LED封装用陶瓷印刷电路板。

本实用新型为解决所述技术问题采用的技术方案是一种内设光反射层、用于LED封装的陶瓷印刷电路板(100)，包括用于电绝缘和/或用于导热/散热的陶瓷基底层，将该陶瓷基底层相互在总体上平行相对的两侧表面分别称作基底A面和基底B面；所述基底A面上设置有用于固定或焊接LED芯片的区域以及与芯片电连接的电子线路和/或用于导热、散热的覆铜；所述基底B面上设置有光反射层，光反射层用于将基底A面上各LED往非出光方向射出并透过所述陶瓷基底层泄漏的光，往出光方向反射回去，从而提高总的发光效率。

所述光反射层由金属材料布覆构成，为铝Al、金Au、银Ag、铑Rh和铜Cu这些金属中的任意一种或两种及两种以上组合构成。

所述光反射层的一面紧密覆于所述陶瓷基底层的基底B面上，该光反射层的另一面上则设置有保护层。

所述保护层的厚度大于等于100纳米。

所述保护层的材质为铜Cu或镍Ni或二氧化硅SiO₂。

所述保护层为铜Cu时，在其与外部接触的一面上须镀覆抗氧化薄膜，该抗氧化薄膜的材质为镍Ni和/或金Au。

所述保护层为铜Cu时，在该保护层与外部接触的一面上做OPS，即覆上一层有机保焊膜。

所述光反射层的厚度为50纳米至0.300毫米。

所述光反射层的厚度为100纳米至500纳米。

所述陶瓷基底层的厚度为0.100毫米至1.000毫米。

所述陶瓷基底层的厚度为0.100毫米至0.635毫米。

所述光反射层和所述保护层之间还设置有过渡层150。

所述过渡层的材质包括钛Ti、钨W、铬Cr和钼Mo这些金属中的任意一种或两种及两种以上的组合。

所述过渡层的材质包括钛Ti、钨W、铬Cr和钼Mo这些金属分别与金属铜Cu组成Ti-Cu钛铜合金、W-Cu钨铜合金和/或Cr-Cu铬铜合金、Mo-Cu合金中的任意一种或两种及两种以上的组合。

所述过渡层的材质还包括非金属的二氧化硅SiO₂。

所述过渡层的厚度为10纳米至600纳米。

本实用新型为解决所述技术问题采用的技术方案还可以是一种内设光反射层、用于LED封装的陶瓷印刷电路板的制作方法包括以下步骤：A1. 在一块薄片形、用于电绝缘和/或用于导热/散热的陶瓷基底层上，将其相互在总体上平行相对的两侧表面分别称作基底A面和基底B面；所述基底A面上设置有用于固定或焊接LED芯片的区域以及与芯片电连接的电子线路和/或用于导热、散热的覆铜；而在所述基底B面上则真空镀覆一层厚度在60纳米至200纳米的光反射层，用于将基底A面上各LED往非出光方向射出并透过所述陶瓷基底层泄漏的光，往出光方向反射回去，从而提高总的发光效率；所述光反射层的材质为铝Al、金Au、铜Cu、铑Rh和/或银Ag这些金属中的任意一种或两种及两种以上的组合。

所述陶瓷印刷电路板的制作方法，还包括步骤：A3：所述光反射层的一面紧密覆于所述陶瓷基底层的基底B面上，该光反射层的另一面上则真空镀覆一层厚度在400纳米至600纳米的保护层；所述保护层的材质为铜Cu或镍Ni或二氧化硅SiO₂。

所述陶瓷印刷电路板的制作方法，在实施上述步骤A1之后、A3步骤中镀覆所述保护层之前，还包括步骤A2：所述光反射层紧密覆于所述陶瓷基底层的基底B面上，在所述光反射层的另一面上，先真空镀覆一层厚度在400纳米至600纳米的过渡层；所述过渡层的材质包括金属钛Ti、钨w、铬Cr和钼Mo这些金属中的任意一种或两种以上的组合；或者是该过渡层的材质包括金属钛Ti、钨W、铬Cr和钼Mo分别与金属Cu组成的Ti-Cu钛铜合金、W-Cu钨铜合金或Cr-Cu铬铜合金、钼铜Mo-Cu合金中的任意一种或两种以上的组合；并且所述过渡层的材质还包括非金属的二氧化硅SiO₂；在步骤A2之后才实施上述步骤A3，使得所述过渡层设置在所述光反射层和保护层之间。

本实用新型的技术效果是：1.由于该光反射层的一面直接与基底B面联接，不会与空气直接接触，防止了反射面的氧化或其他物理化学变化，氧化，可以让反射面长期维持良好的反射特性；该光反射层的另一面若不镀覆其他层，在空气中也会钝化，在表面生成性质非常稳定的三氧化二铝层，本身具很好的保护作用。2.保护层可以避免反射层的物理化学变化带来的光衰；另一方面当保护层是高导热金属时，达到一定厚度还可以大大提高封装基板的复合导热系数和结构强度；3.过渡层一方面增加保护层和反射层之间的结合力，另外一方面也一定程度上提高了封装基板的复合导热系数和结构强度。

附图说明

图1是本实用新型"内设光反射层、用于LED封装的陶瓷印刷电路板"各优选实施例的光路示意图；图中箭头方向为光的方向；

图2是所述优选实施例之一的轴测投影分解状态示意图；

图3是所述优选实施例之一的正投影侧视剖视示意图；

图4是图3中A部分的局部放大示意图；

图5是本实用新型优选实施例之二的正投影侧视剖视示意图；

图6是图5中B部分的局部放大示意图；

图7是现有技术LED封装用陶瓷印刷电路板的光路示意图，图中箭头方向为光的方向；

在图1和7中在陶瓷基底的上方固定LED芯片的那面上覆盖有透光的硅胶，即在图1中用于固定或焊接LED芯片的电子线路和/或用于导热、散热的覆铜的所述基底A面112的LED芯片上还设置有透光的部件，这些透光的部件包括覆盖在LED芯片上的透光硅胶，若做白色光的LED产品，则硅胶中还可能混有荧光粉；若做紫色光的LED产品，则会使用石英玻璃或可透过紫色波段的透镜罩住LED芯片而不用硅胶覆盖；

在图3中的基底A面112用于固定或焊接LED芯片的电子线路和/或用于导热、散热的覆铜，该基底A面112也可称作LED芯片固定面；在图3中保护层160的一面与过渡层150联接，保护层160的另一面用于LED封装用陶瓷印刷电路板100整体的固定安装，也可称作安装固定面。

具体实施方式

下面结合各附图对本实用新型的内容进一步详述。

如图1至4所示的设置有反射层的LED封装用陶瓷印刷电路板100的一个实施例中，该LED封装用陶瓷印刷电路板100包括用于电绝缘和/或用于导热/散热的陶瓷基底层110，将所述陶瓷基底层110相互在总体上平行的相对的两侧表面分别称作基底A面112和基底B面114；所述基底A面112这一侧设置有用于固定或焊接LED芯片的电子线路和/或用于导热、散热的覆铜；所述基底B面114这一侧设置有光反射层130，该光反射层130用于反射LED发光体发出的并且透过陶瓷基底层的光。所述光反射层130的一面同所述陶瓷基底层110的基底B面114联接，所述光反射层130的另一面上还设置有保护层160。所述光反射层130和所述保护层160之间还设置有过渡层150。

用于制造该种陶瓷印刷电路板的方法包括以下步骤，C1：在陶瓷基底层110的基底B面114一侧真空镀覆一层厚度在60纳米至100纳米的光反射层130；所述光反射层130设置在陶瓷基底层110的基底B面114上；所述光反射层130为金属材质的反射层，所述金属材质为铝、金、银、铜和铑这五种金属中的任意一种或两种以上的组合；C2：所述光反射层130的一面同所述陶瓷基底层110的基底B面114联接；在所述光反射层130的另一面上真空镀覆一层厚度在400纳米至600纳米的过渡层150；所述过渡层150的材质包括金属材质钛Ti、钨w、铬Cr、钼Mo中这四种金属中的任意一种或两种以上的组合；或所述过渡层150的材质包括金属钛Ti、钨w、铬Cr、钼Mo分别与金属Cu组成的Ti-Cu钛铜合金、W-Cu钨铜合金或Cr-Cu铬铜合金中或钼铜Mo-Cu合金的任意一种或两种以上的组合；或所述过渡层150的材质还包括非金属材质二氧化硅SiO2；C2：所述过渡层150的一面同所述所述光反射层130的联接；在所述所述过渡层150的另一面上真空镀覆一层厚度在400纳米至600纳米的保护层160；所述保护层160的材质为金属铜。

如图3所示用于固定或焊接LED芯片的基底A面112上还覆盖有硅胶。即在图3中用于固定或焊接LED芯片的电子线路和/或用于导热、散热的覆铜的所述基底A面112的LED芯片上还设置有透光的部件，这些透光的部件包括覆盖在LED芯片上的透光硅胶，若做白色光的LED产品，则硅胶中还可能混有荧光粉；若做紫色光的LED产品，则会使用石英玻璃或可透过紫色波段的透镜罩住LED芯片而不用硅胶覆盖。

如图5至6所示实施例中，只设置有光反射层130，并未设置保护层160和过渡层150。用于制造只有光反射层130的所述陶瓷印刷电路板的方法包括以下步骤，A1：在陶瓷基底层110的基底B面114一侧真空镀覆一层光反射层130；所述光反射层130设置在陶瓷基底层110的基底B面114上；所述光反射层130为金属材质的反射层，所述金属材质为铝。所述光反射层130的一面同所述陶瓷基底层110的基底B面114联接，所述光反射层130的另一面上铝与外部空气接触钝化成三氧化二铝从而形成一层钝化保护层。当然也可以通过钝化工艺在铝或其他金属表面进行钝化处理形成钝化保护膜层。当反射层需要和外部空气直接接触时候，通常会选用铝材质的反射层。当然反射层的材料以及材料厚度选择可以根据实际需要以及综合成本进行选择设置。

还有一些未在附图中示出的实施例中，可以只设置光反射层130和保护层160，用于制造该种陶瓷印刷电路板的方法包括以下步骤，B1：在陶瓷基底层110的基底B面114一侧真空镀覆一层厚度在60纳米至100纳米的光反射层130；所述光反射层130设置在陶瓷基底层110的基底B面114上；所述光反射层130为金属材质的反射层，所述金属材质为铝、金、银、铜和铑这五种金属中的任意一种或两种以上的组合；B2：所述光反射层130的一面同所述陶瓷基底层110的基底B面114联接；在所述光反射层130的另一面上真空镀覆一层厚度在400纳米至600纳米的保护层160；所述保护层160的材质为金属铜。

在上述各方法中，在镀覆上光反射层130之前，所述陶瓷基PCB板100的基底A面112上可以是已经设置好了用于固定或焊接LED芯片的电子线路层120；当然也可以没有设置电子线路层120。镀覆反射层可以在设置电子线路层120之前也可以之后，也可以同时，也就是说，在所述陶瓷基PCB板100的基底A面112上可设置电子线路层120的同时镀覆上反射层。

所述光反射层130为金属材质的反射层，所述金属材质为铝、金、银、铜和铑这五种金属中的任意一种或两种以上的组合。所述光反射层130的厚度为10纳米至1000纳米。所述光反射层130的厚度为20纳米至500纳米。所述光反射层130的厚度为60纳米至100纳米。

所述光反射层130的厚度可以是50纳米至300微米，所述光反射层130的厚度还可以是60纳米至200纳米，甚至还可以是10纳米、20纳米、100纳米、500纳米、1000纳米、2微米、20微米、100微米、300微米或500微米。

所述陶瓷基底层110的厚度为1.00毫米至0.10毫米。进一步地所述陶瓷基底层110的厚度还可以是为0.100毫米至0.635毫米，常用的厚度包括1.00毫米、0.500毫米0.635毫米、0.380毫米、0.254毫米、0.100毫米。可以根据实际散热、绝缘和透光的需求选择不同厚度的陶瓷基底材料层。

所述保护层160的材质为金属铜。所述保护层160的厚度大于等于100纳米，以是纳米级的厚度如200纳米、300纳米或400纳米；所述保护层160也可以是微米级的厚度如200微米、300微米或400微米。

所述过渡层150的材质包括金属材质钛Ti、钨w、铬Cr、钼Mo中这四种金属中的任意一种或两种以上的组合。或所述过渡层150的材质包括金属钛Ti、钨w、铬Cr、钼Mo分别与金属Cu组成的Ti-Cu钛铜合金、W-Cu钨铜合金或Cr-Cu铬铜合金或钼铜Mo-Cu合金中的任意一种或两种以上的组合。所述过渡层150的材质还包括非金属材质二氧化硅SiO2。所述过渡层150的厚度为10纳米至600纳米，也可以是400纳米、500纳米或600纳米。

设置有反射层的LED封装用陶瓷印刷电路板100，所述陶瓷基底层110相互在总体上平行的相对的两侧表面分别称作基底A面112和基底B面114；所述基底A面112这一侧设置有用于固定或焊接LED芯片的电子线路和/或用于导热、散热的覆铜；所述基底B面114这一侧设置有光反射层130，该光反射层130用于反射LED发光体发出的并且透过陶瓷基底层的光。光反射层130提升了LED封装用陶瓷印刷电路板整体的反射率，并且由于该光反射层130的一面直接与基底B面114联接，不会与空气直接接触，防止了反射面的氧化或其他物理化学变化，氧化，可以让反射面长期维持良好的反射特性；该光反射层130的另一面若不镀覆其他层，在空气中也会钝化，在表面生成性质非常稳定的三氧化二铝层，本身具很好的保护作用，背镀单一材料金属铝已经满足功能要求。光反射层130选用对于全波段光波长优选的高反射率材料，这些材料最优选的是金属铝Al，次优选择为银Ag或铜Cu或金Au。

本技术适合厚度1毫米及1毫米以下厚度的陶瓷基板；优选的反射层镀膜厚度是60纳米至200纳米，但若为了复合导热系数或提高基板结构强度的需要，射层镀膜厚度可以设置在50纳米至300微米之间，厚度越厚其复合导热系数和机械强度越大。如果为增加复合导热系数或提高基板结构强度的需要，反射层镀膜可以大于1微米甚至是300微米。所述光反射层130的一面同所述陶瓷基底层110的基底B面114联接，所述光反射层130的另一面上还设置有保护层160。一方面保护层160可以避免反射层的物理化学变化带来的光衰；另一方面当保护层是高导热金属时，达到一定厚度还可以大大提高封装基板的复合导热系数和结构强度；同时保护层的设置通常是为了满足LED芯片安装到LED封装用陶瓷印刷电路板上时回流焊的需要，保护反射层在回流焊的工艺过程中不受到影响。在保护层所用材料为铜时，由于铜也易氧化，通常还需要对铜层做表面处理，如抗氧化薄膜，镀镍Ni金Au等，即所述保护层160与外部接触的一面上还镀有材质为镍Ni和或金Au的抗氧化薄膜。

在镀保护层之前，为了增加保护层和反射层之间的结合力，可以加镀一个过渡层，即所述光反射层130和所述保护层160之间还设置有过渡层150。该过渡层的优选是Ti钛，w钨，铬Cr等金属，也可以是SiO2等非金属，也可以是保护层材料与前述材料的混合镀层例如钛铜合金或钨铜合金。

上述工艺过程中镀上反射层、保护层和过渡层，优选的镀膜方式为PVD，如磁控溅射。当然从经济角度考虑，当镀膜厚度需要加厚时候，也可以采用电镀方法加厚膜层。电镀加厚铜至300微米或以上。上述工艺过程开始之前还可以先预处理清洗，保持待镀面的清洁；上述工艺过程结束后会再进行清洗、烘干和防氧化处理之后再进行包装。

本实用新型在LED封装应用领域，尤其是高功率密度LED应用领域具有显著的优势，通常厚度为0.254毫米的三氧化二铝陶瓷基底是半透明的，用作LED封装基板会有很大的光损，尤其LED封装产品在通过热界面材料安装在散热体上后光损会更大，相较于同样材质的1毫米厚陶瓷封装基板约损失超过60%的光。按照本实用新型的方案，1毫米厚陶瓷封装基板的非LED芯片焊接面上设置反射层之后，同样封装工艺的LED封装产品，光损可以减小到10%。

同时本实用新型的设置有反射层的LED封装用陶瓷印刷电路板高反射率高导热率陶瓷基板，不计正面即LED封装面的铜厚，当陶瓷基底厚度为0.254毫米，反射层为铜且厚度为0.300毫米是，其理论计算的复合导热系数>52W/m.k，远优于业界用的最多的1毫米厚的陶瓷印刷电路板板，保护层加厚到0.3毫米的厚铜也大大增加了陶瓷的结构强度同时还大大提高了导热性能，特别适合于高可靠，高功率密度，高绝缘的LED应用做封装基板。

本实用新型所述的设置有反射层的LED封装用陶瓷印刷电路板应为设置有反射层，该反射层用于反射LED发光体发出的并且透过陶瓷基底层的光；反射层的一面同所述陶瓷基底层的基底B面联接，反射层的另一面直接裸露或设置有保护层。反射层裸露面自身发生钝化反应使反射层得到保护或上覆护层不与空气直接接触防止了氧化，可长期维持良好的反射特性；保护层可避免反射层的物理化学变化带来的光衰，且可以通过增加保护层金属的厚度来大大提高封装基板的复合导热系数和结构强度。

本实用新型中，所述“联接”一词在现有技术中的其他文献中有时也用作“连接”，但是本申请文件中的“联接”的含义范围不仅仅指“连接”，部分场合还有“联合”的意思。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。