本發(fā)明涉及LED照明技術領域，具體涉及一種硅襯底高密度LED光源模組及基于共晶焊的硅襯底高密度LED光源模組制備方法。

背景技術：

目前，傳統(tǒng)的藍寶石襯底GaN大功率芯片，其電極位于芯片的出光面上。芯片工作時，約30%的光被P電極吸收，且由于P-GaN層有限的導電率，要求在P-GaN層表面再沉積一層電流擴散的金屬層。這個電流擴散層又Ni/Au組成，會遮擋一部分光，影響芯片的出光效率。為了減少對發(fā)射光的吸收，電流擴散層的厚度應減少到幾百奈米。厚度的減少又限制了電流擴散層在P-GaN層表面均勻和可靠地擴散電流的能力，且影響大功率芯片的爭相電壓。因此這種P型接觸結構制約了LED芯片的工作功率。同時，LED芯片的熱量通過藍寶石襯底導出，導熱路徑長；而藍寶石的導熱系數(shù)較低（約35W/m·K），因此其熱阻會較大。

除此以外，現(xiàn)有的LED芯片大多先封裝在一鋁基板上，在生產(chǎn)LED照明產(chǎn)品時，再通過黏膠、螺絲、卡扣等結構將鋁基板安裝在一散熱器上。LED芯片工作時產(chǎn)生的熱量首先傳導至鋁基板，再經(jīng)鋁基板傳導至散熱器，熱傳導路徑長且由于鋁基板和散熱器之間往往存在細微的縫隙，導致LED芯片的散熱效率低下，影響LED照明產(chǎn)品的正常工作。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明一種可以有效提高LED芯片散熱效率、提高LED光源照明功率的LED光源模組。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)：一種硅襯底高密度LED光源模組，包括散熱基體，所述散熱基體上設有封裝區(qū)；還包括覆蓋在封裝區(qū)上的硅襯底以及封裝在硅襯底上的LED芯片。

本發(fā)明創(chuàng)造性地將LED芯片直接封裝在散熱基體上，相比起現(xiàn)有技術先封裝在一鋁基板上，再通過黏膠、螺絲、卡扣等結構將鋁基板安裝在一散熱器的方式，本發(fā)明的LED芯片其工作時產(chǎn)生的熱量可以直接通過散熱基體傳導，散熱效率明顯高于現(xiàn)有技術。此外，本發(fā)明的LED芯片是封裝在硅襯底上，硅襯底具有較高的導熱效率（導熱系數(shù)為145 W/m·K），可進一步提高LED芯片的散熱效率；且其對可見光吸收率較低，可以明顯提高LED光源模組的光效。由于本發(fā)明的LED芯片具有更高的散熱效率，因此其可以以高密度的形式存在而不影響LED光源模組的光效，可以有效提高LED光源模組的功率，擴展LED光源模組的適用范圍。

進一步的，所述LED芯片為倒裝LED芯片。

所述倒裝LED芯片可以選用任意一種現(xiàn)有技術實現(xiàn)。倒裝芯片中，大功率LED芯片電極上焊接的數(shù)個BUMP與硅襯底上對應的PUMP通過共晶焊接在一起，硅襯底通過粘接材料與器件內(nèi)部熱忱粘結在一起，光線由于無需通過電流擴散層，因此損耗較小。與此同時，電流擴散層的厚度也可以加厚，增加倒裝芯片的電流密度，從而得以提升LED芯片的功率、改善LED芯片的工作穩(wěn)定性。同時這種結構還可以將PN結的熱量直接通過焊接點傳導至硅襯底上，散熱效果更優(yōu)。

更進一步的，所述硅襯底上設有線路層 ；還包括包括N極焊點及P極焊點；所述線路層的線路與N極焊點及P極焊點導通；所述倒裝 LED 芯片其底部的P電極和N電極分別連接在所述P極焊點和所述N極焊點上。

線路層的作用是分別將與N極焊點及P極焊點連接至電源的兩極，可以選用任意一種現(xiàn)有技術實現(xiàn)。

優(yōu)選的，所述倒裝 LED 芯片其底部的P電極和N電極分別連接在所述P極焊點和所述N極焊點上是指所述倒裝 LED 芯片其底部的P電極和N電極分別通過共晶焊連接在所述P極焊點和所述N極焊點上。

優(yōu)選的，所述P電極和N電極與所述P極焊點和所述N極焊點分別通過導電層連接。

由于N極、P極與焊點之間接觸面較小，為提到導電效率，即便本發(fā)明的N極、P極已經(jīng)通過共晶焊固定，仍然增加導電層，增強倒裝LED芯片的導電性能。

優(yōu)選的，所述導電層為導電膠或金屬焊料。

優(yōu)選的，所述散熱基體對應倒裝LED芯片的位置設有散熱盲孔，散熱盲孔的開口與大氣連通。

散熱盲孔內(nèi)的空氣可以被加熱，與大氣形成熱對流，促進散熱基體對應倒裝LED芯片的區(qū)域的熱量散發(fā)。

優(yōu)選的，所述導電區(qū)為下沉于散熱基體表面的凹槽；所述導電膠為光固化導電膠。

導電膠采用光固化，可以避免熱固化影響LED性能。

本發(fā)明還提供一種基于共晶焊的硅襯底高密度LED光源模組制備方法，包括如下工序：

S1. 提供一散熱基體，在散熱基體上形成下沉的封裝區(qū)，并在封裝區(qū)表面形成硅襯底；

S2.在硅襯底上制作出線路層和N極焊點及P極焊點；

S3.提供倒裝 LED 芯片，并將其底部的N電極和P電極分別放置在表面涂有導電膠的N極焊點及P極焊點，并進行光固化；

S4.利用共晶焊接設備將所述倒裝LED芯片與硅襯底焊接在一起。

進一步的，所述S5中，焊接時超聲波功率為0.6-1.6W，時間為100-500ms，溫度為50-250℃。

本發(fā)明通過共晶焊將倒裝芯片固定在硅襯底上，可以有效提高LED芯片與硅襯底直接的熱傳導效率，可有效地提高所獲得的LED光源模組的散熱性能、導電性能，使本發(fā)明的LED光源模組具有更加廣泛的適用范圍。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有如下的有益效果：

1.本發(fā)明創(chuàng)造性地將LED芯片直接封裝在散熱基體上，相比起現(xiàn)有技術，本發(fā)明的LED芯片其工作時產(chǎn)生的熱量可以直接通過散熱基體傳導，散熱效率明顯高于現(xiàn)有技術。

2.本發(fā)明的LED芯片是封裝在硅襯底上，硅襯底具有較高的導熱效率（導熱系數(shù)為145 W/m·K），可進一步提高LED芯片的散熱效率；且其對可見光吸收率較低，可以明顯提高LED光源模組的光效。由于本發(fā)明的LED芯片具有更高的散熱效率，因此其可以以高密度的形式存在而不影響LED光源模組的光效，可以有效提高LED光源模組的功率。

3. 本發(fā)明的LED芯片通過共晶焊安裝在硅襯底上，硅襯底通過粘接材料與器件內(nèi)部熱忱粘結在一起，光線由于無需通過電流擴散層，因此損耗較小。與此同時，電流擴散層的厚度也可以加厚，增加倒裝芯片的電流密度，從而得以提升LED芯片的功率、改善LED芯片的工作穩(wěn)定性。同時這種結構還可以將PN結的熱量直接通過焊接點傳導至硅襯底上，散熱效果更優(yōu)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明LED光源模組的局部斷面圖。

圖2是本發(fā)明硅襯底的局部放大圖。

圖3是本發(fā)明照明模組的結構示意圖。

圖4本發(fā)明另一實施例LED光源模組的局部斷面圖。

圖5本發(fā)明另一實施例LED光源模組的局部斷面圖。

具體實施方式

為了便于本領域技術人員理解，下面將結合附圖以及實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述：

實施例1

本實施例提供一種硅襯底高密度LED光源模組，如圖1、圖2、圖3，包括散熱基體1，所述散熱基體上設有封裝區(qū)5；還包括覆蓋在封裝區(qū)上的硅襯底2以及封裝在硅襯底2上的LED芯片3。本實施例中，所述散熱基體可以是任一種現(xiàn)有技術的散熱器，其中包括緩沖區(qū)、散熱片等必要的結構，不在贅述。

進一步的，本實施例中，所述LED芯片為倒裝LED芯片。

更進一步的，所述硅襯底上設有線路層4 ；還包括包括N極焊點41及P極焊點42；所述線路層的線路與N極焊點及P極焊點導通；所述倒裝 LED 芯片其底部的P電極32和N電極31分別連接在所述P極焊點42和所述N極焊點41上。線路層可以選用任意一種現(xiàn)有技術實現(xiàn)，例如在硅襯底上形成銅箔層后蝕刻獲得。

更進一步的，所述倒裝 LED 芯片其底部的P電極和N電極分別連接在所述P極焊點和所述N極焊點上是指所述倒裝 LED 芯片其底部的P電極和N電極分別通過共晶焊連接在所述P極焊點和所述N極焊點上。

更進一步的，所述P電極和N電極與所述P極焊點和所述N極焊點分別通過導電層（圖中未出示）連接。

優(yōu)選的，所述導電層為導電膠。

優(yōu)選的，所述散熱基體1對應倒裝LED芯片的位置設有散熱盲孔6，散熱盲孔的開口與大氣連通。

優(yōu)選的，所述導電區(qū)5為下沉于散熱基體表面的凹槽；所述導電膠為光固化導電膠。

本實施例中，散熱基體為鋁型材，其背面設有散熱鰭片11。

實施例2

本實施例提供一種硅襯底高密度LED光源模組，如圖4，包括散熱基體1，所述散熱基體上設有封裝區(qū)；還包括覆蓋在封裝區(qū)上的硅襯底2以及封裝在硅襯底2上的LED芯片3。本實施例中，所述散熱基體可以是任一種現(xiàn)有技術的散熱器，其中包括緩沖區(qū)、散熱片等必要的結構，不在贅述。

進一步的，本實施例中，所述LED芯片為正裝LED芯片。

實施例3

本實施例提供一種硅襯底高密度LED光源模組，如圖1、圖2、圖3,，包括散熱基體1，所述散熱基體上設有封裝區(qū)5；還包括覆蓋在封裝區(qū)上的硅襯底2以及封裝在硅襯底2上的LED芯片3。本實施例中，所述散熱基體可以是任一種現(xiàn)有技術的散熱器，其中包括緩沖區(qū)、散熱片等必要的結構，不在贅述。

進一步的，本實施例中，所述LED芯片為倒裝LED芯片。

更進一步的，所述硅襯底上設有線路層4 ；還包括包括N極焊點41及P極焊點42；所述線路層的線路與N極焊點及P極焊點導通；所述倒裝 LED 芯片其底部的P電極32和N電極31分別連接在所述P極焊點42和所述N極焊點41上。

更進一步的，所述倒裝 LED 芯片其底部的P電極和N電極分別連接在所述P極焊點和所述N極焊點上是指所述倒裝 LED 芯片其底部的P電極和N電極分別通過導電膠連接在所述P極焊點和所述N極焊點上。

優(yōu)選的，所述散熱基體對應倒裝LED芯片的位置設有散熱盲孔6，散熱盲孔的開口與大氣連通。

優(yōu)選的，所述導電區(qū)5為下沉于散熱基體表面的凹槽；所述導電膠為光固化導電膠。

實施例4

本實施例提供一種硅襯底高密度LED光源模組，如圖5，包括散熱基體1，所述散熱基體上設有封裝區(qū)；還包括覆蓋在封裝區(qū)上的硅襯底2以及封裝在硅襯底2上的LED芯片3。本實施例中，所述散熱基體可以是任一種現(xiàn)有技術的散熱器，其中包括緩沖區(qū)、散熱片等必要的結構，不在贅述。

進一步的，本實施例中，所述LED芯片為倒裝LED芯片。

更進一步的，所述硅襯底上設有線路層 ；還包括包括N極焊點41及P極焊點42；所述線路層的線路與N極焊點及P極焊點導通；所述倒裝 LED 芯片其底部的P電極32和N電極31分別連接在所述P極焊點42和所述N極焊點41上。

更進一步的，所述倒裝 LED 芯片其底部的P電極和N電極分別連接在所述P極焊點和所述N極焊點上是指所述倒裝 LED 芯片其底部的P電極和N電極分別通過共晶焊連接在所述P極焊點和所述N極焊點上。

更進一步的，所述P電極和N電極與所述P極焊點和所述N極焊點分別通過導電層連接。

優(yōu)選的，所述導電層為導電膠。

實施例5

本實施例提供一種硅襯底高密度LED光源模組，其結構與實施例1一致。特別的，本實施例中光固化導電膠其原料按重量計包括雙酚A型環(huán)氧丙烯酸酯 50份；三縮丙二醇雙丙烯酸酯20份 ；光引發(fā)劑1份；導電填料78份；硅烷偶聯(lián)劑2份；溶劑30份；助劑0.1-1份；無機粘接劑35份；

所述助劑其原料按重量計包括質(zhì)量分數(shù)40%的碳酸鋰、12%的碳酸胍以及余量的甘露醇。所述無機粘接劑為低溫玻璃粉。導電填料為鎳粉、銅粉、銀粉中的至少一種。溶劑可選用任意一種現(xiàn)有技術實現(xiàn)。

本實施例中，所述光引發(fā)劑為1- 羥基環(huán)己基苯甲酮、二苯甲酮和三乙醇胺組成的混合物，其組成按質(zhì)量比1-羥基環(huán)己基苯甲酮∶二苯甲酮∶三乙醇胺為2∶1∶0.5。所述硅烷偶聯(lián)劑為γ-(甲基丙烯酰氧 ) 丙基三甲氧基硅烷。

本實施例提供的光固化導電膠，其具有優(yōu)秀的耐高溫性能，尤其是碳酸鋰、碳酸胍的添加，可以使導電膠在高溫下保持優(yōu)秀的硬度、附著力，不易脫落、老化。

實施例6

本實施例一種基于共晶焊的硅襯底高密度LED光源模組制備方法，用于制備實施例1的光源模組，包括如下工序：

S1. 提供一散熱基體，在散熱基體上形成下沉的封裝區(qū)，并在封裝區(qū)表面形成硅襯底；

S2.在硅襯底上制作出線路層和N極焊點及P極焊點；

S3.提供倒裝 LED 芯片，并將其底部的N電極和P電極分別放置在表面涂有導電膠的N極焊點及P極焊點，并進行光固化；

S4.利用共晶焊接設備將所述倒裝LED芯片與硅襯底焊接在一起。

進一步的，所述S5中，焊接時超聲波功率為0.6-1.6W，時間為100-500ms，溫度為50-250℃。

S1中，散熱基體可以是任意一種現(xiàn)有的散熱器。

對比例1

本對比例提供一種LED光源模組，其包括散熱基體、鋁基片以及通過COB封裝在鋁基片上的LED芯片。鋁基片通過螺絲固定在散熱基體上。

對比例2

本對比例提供一種LED光源模組，包括散熱基，所述散熱基體上設有封裝區(qū)；還包括覆蓋在封裝區(qū)上的藍寶石襯底以及封裝在藍寶石襯底上的LED芯片。

對比例3

本實施例提供一種硅襯底高密度LED光源模組，其結構與實施例1一致。特別的，本實施例中光固化導電膠其原料按重量計包括雙酚A型環(huán)氧丙烯酸酯 50份；三縮丙二醇雙丙烯酸酯20份 ；光引發(fā)劑1份；導電填料78份；硅烷偶聯(lián)劑2份；溶劑30份；助劑0.1-1份；無機粘接劑35份；

所述助劑其原料按重量計包括質(zhì)量分數(shù)12%的碳酸胍以及余量的甘露醇。所述無機粘接劑為低溫玻璃粉。導電填料為鎳粉、銅粉、銀粉中的至少一種。

本實施例中，所述光引發(fā)劑為1- 羥基環(huán)己基苯甲酮、二苯甲酮和三乙醇胺組成的混合物，其組成按質(zhì)量比1-羥基環(huán)己基苯甲酮∶二苯甲酮∶三乙醇胺為2∶1∶0.5。所述硅烷偶聯(lián)劑為γ-(甲基丙烯酰氧 ) 丙基三甲氧基硅烷。所述溶劑可選用任意一種現(xiàn)有技術實現(xiàn)。

實驗例1

在選用功率為0.1W的LED芯片制作實施例和對比例，封裝面積為20×20mm，芯片數(shù)量為30個。通電后測試LED芯片發(fā)光面可以達到的最高溫度。其結果如表1所示。

表1.

將實施例5和對比例3的導電膠采用線棒涂膜器將其均勻涂于經(jīng)表面預處理的硅襯底上，以 122 ～240mW/cm²的紫外光，照射70 ～ 120s 使涂料固化，得到涂層。層經(jīng)氮氣氣氛600℃條件下熱處理 1h 后，再次對其性能進行測試。其結果如表2。

表2.

以上為本發(fā)明的其中具體實現(xiàn)方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些顯而易見的替換形式均屬于本發(fā)明的保護范圍。