本發(fā)明涉及一種大功率多芯片led的封裝結(jié)構(gòu)，尤其是涉及一種led芯片平板熱管集成封裝結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著led半導(dǎo)體照明向高集成化、高功率方向發(fā)展，led基板上封裝的芯片越來越多，由此引發(fā)的芯片熱流密度越來越高。目前，大功率led集成封裝結(jié)構(gòu),尤其是多芯片集成封裝結(jié)構(gòu),最常用的封裝基板是銅基板、鋁基板,其熱導(dǎo)率分別高達(dá)398w/mk、180w/mk,已越來越難以滿足大功率led散熱的需求。

針對大功率多芯片led封裝結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的散熱難題，目前已有研究者提出采用平板熱管與led芯片封裝進(jìn)行散熱，如專利cn201220000690.7、cn201020539446.9、cn200920313589.5、cn200920302793.7等。但上述公開的平板熱管蒸發(fā)面和冷凝面均是由上下兩塊金屬蓋板焊接拼合而成，led芯片材料熱膨脹系數(shù)與金屬材料熱膨脹系數(shù)不匹配、易導(dǎo)致嚴(yán)重的熱應(yīng)力失效問題；同時制作電路層前均需要在金屬材料表面制作絕緣層,由于絕緣層的熱導(dǎo)性差，顯著增大了熱阻，從而為led芯片的散熱帶來了難題。

aln陶瓷以其高熱導(dǎo)率、絕緣性、又與led芯片材料熱膨脹系數(shù)匹配優(yōu)良的物理化學(xué)性能,決定了它可用于大功率半導(dǎo)體器件的絕緣基片、封裝基片、散熱基片。采用aln陶瓷作為平板熱管的蒸發(fā)面、并與led芯片直接封裝貼合，目前尚未見有相關(guān)報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的主要技術(shù)問題是提供一種led芯片平板熱管集成封裝結(jié)構(gòu)及其制備方法，導(dǎo)熱快、封裝基板與led芯片的熱應(yīng)力比較小。

為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種led芯片平板熱管集成封裝結(jié)構(gòu)，包括透明硅膠、多個led芯片、電路層、平板熱管、散熱翅片；

所述led芯片以矩陣排列的方式分布于所述電路層的上表面，所述電路層直接設(shè)置在平板熱管的蒸發(fā)面上，所述平板熱管的冷凝面與散熱翅片形成可拆卸式緊固連接，所述透明硅膠直接設(shè)置于若干led芯片和電路層之上，將led芯片封裝于透明硅膠內(nèi)；

所述平板熱管的蒸發(fā)面為一平面aln絕緣陶瓷板，所述平板熱管的冷凝面朝向蒸發(fā)面的一側(cè)，沿著遠(yuǎn)離蒸發(fā)面的方向下凹形成凹腔；所述蒸發(fā)面朝向凹腔的一側(cè)具有多孔毛細(xì)吸液芯結(jié)構(gòu)，該多孔毛細(xì)吸液芯結(jié)構(gòu)包括一圓環(huán)板，所述圓環(huán)板的表面沿著軸向具有多孔結(jié)構(gòu)；所述圓環(huán)板表面設(shè)有的呈輻射狀分布的內(nèi)凹槽，所述內(nèi)凹槽的兩端分別連通至圓環(huán)板的內(nèi)周和外周；所述冷凝面朝向蒸發(fā)面的一側(cè)上設(shè)有薄層多孔吸液芯結(jié)構(gòu)；

所述多孔毛細(xì)吸液芯結(jié)構(gòu)與薄層多孔吸液芯結(jié)構(gòu)直接貼合并置于所述凹腔內(nèi)，所述蒸發(fā)面和薄層多孔吸液芯結(jié)構(gòu)分別位于所述圓環(huán)板的上表面和下表面，使得圓環(huán)板圓心處的空腔形成一密封腔體；所述冷凝面的外周側(cè)壁預(yù)留有抽真空與灌液口。

在一較佳實(shí)施例中：所述多個led芯片均為封裝引腳同向且朝上的led芯片；led芯片的底面與蒸發(fā)面通過金錫銀漿焊料焊接；所述led芯片遠(yuǎn)離蒸發(fā)面的一面設(shè)有所述封裝引腳，封裝引腳通過高導(dǎo)電率的金屬導(dǎo)線串并聯(lián)后直接與電路層的正負(fù)極分別連接。

本發(fā)明還提供了如上所述的led芯片平板熱管集成封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

1)通過機(jī)械加工方法加工紫銅板材制作出紫銅殼體板作為平板熱管的冷凝面，采用激光加工方法制作出aln絕緣陶瓷板材作為平板熱管的蒸發(fā)面，分別清洗除污、烘干；

2)以銅粉顆粒為原料，采用固相燒結(jié)方法，在蒸發(fā)面上制備出多孔毛細(xì)吸液芯結(jié)構(gòu)，在冷凝面上制備出薄層多孔吸液芯結(jié)構(gòu)；所述蒸發(fā)面外邊緣和與所述冷凝面外邊緣采用銀銅鈦真空釬焊密閉連接；使得多孔毛細(xì)吸液芯結(jié)構(gòu)與薄層多孔吸液芯結(jié)構(gòu)直接貼合，在多孔毛細(xì)吸液芯結(jié)構(gòu)內(nèi)形成一封閉腔體，對腔體內(nèi)部進(jìn)行抽真空和灌注工質(zhì)，完成平板熱管的制備；

3)在平板熱管的蒸發(fā)面aln絕緣陶瓷板上掩膜制備出電路圖形及l(fā)ed芯片焊接區(qū)；

4)在平板熱管的蒸發(fā)面上沉積導(dǎo)電金屬原子形成電路層；

5)將封裝引腳同向且朝上的若干led芯片用高導(dǎo)電率的金屬導(dǎo)線串并聯(lián)后與電路層的正負(fù)極分別連接，其芯片底部采用共晶焊的方式直接焊接到所述平板熱管的蒸發(fā)面表面上；

6)在led芯片和電路層上封裝透明硅膠；

7)在平板熱管的冷凝面表面均勻涂敷導(dǎo)熱硅脂后，將平板熱管冷凝面與散熱翅片采用可拆式緊固連接進(jìn)行連接，完成led芯片平板熱管集成封裝結(jié)構(gòu)的制備。

本發(fā)明與其它在平板熱管上直接封裝led芯片的結(jié)構(gòu)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)采用aln絕緣陶瓷板替代傳統(tǒng)金屬材料作為平板熱管的蒸發(fā)面，aln絕緣陶瓷板不僅具有高絕緣性、高導(dǎo)熱率，其熱膨脹系數(shù)與led芯片材料匹配良好，從而大大減少了封裝基板與led芯片的熱應(yīng)力；

2)相對于傳統(tǒng)led封裝結(jié)構(gòu)，本發(fā)明直接在平板熱管蒸發(fā)面上設(shè)置led芯片結(jié)構(gòu)，在電路層與平板熱管之間少設(shè)置了一層絕緣層，利用aln良好的導(dǎo)熱性實(shí)現(xiàn)led熱量的快速散失，顯著減少了系統(tǒng)熱阻，大大提升了散熱效率，進(jìn)而減小了led芯片的結(jié)溫，延長了led的使用壽命及可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明led芯片平板熱管集成封裝結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖2為本發(fā)明led芯片集成封裝到平板熱管蒸發(fā)面剖視圖；

圖3為本發(fā)明平板熱管的爆炸示意圖；

圖4為本發(fā)明平板熱管蒸發(fā)面電路圖形和芯片焊接區(qū)域示意圖；

圖5為本發(fā)明平板熱管蒸發(fā)面電路及金錫銀漿焊接區(qū)域示意圖；

圖6為本發(fā)明led芯片集成封裝到平板熱管蒸發(fā)面俯視圖；

圖7為本發(fā)明平板熱管蒸發(fā)面內(nèi)凹槽吸液芯結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明制造蒸發(fā)面內(nèi)凹槽吸液芯結(jié)構(gòu)使用的模具示意圖；

圖9為本發(fā)明制造冷凝面吸液芯結(jié)構(gòu)使用的模具示意圖。

具體實(shí)施方式

為了詳盡地說明本發(fā)明的構(gòu)造組成、技術(shù)內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)目的及操作方法，以下結(jié)合實(shí)施方式，并配合附圖進(jìn)行說明。

如圖1所示，一種led芯片平板熱管集成封裝結(jié)構(gòu)，包括透明硅膠1、多個led芯片2、電路層3、平板熱管4、散熱翅片5；

所述led芯片2以矩陣排列的方式分布于所述電路層3的上表面，所述電路層3直接設(shè)置在平板熱管4的蒸發(fā)面41上，所述平板熱管4的冷凝面42與散熱翅片5形成可拆卸式緊固連接，所述透明硅膠1直接設(shè)置于若干led芯片2和電路層3之上，將led芯片2封裝于透明硅膠1內(nèi)；

進(jìn)一步參考圖3、圖7，所述平板熱管4的蒸發(fā)面41為一平面aln絕緣陶瓷板，所述平板熱管4的冷凝面42朝向蒸發(fā)面41的一側(cè)，沿著遠(yuǎn)離蒸發(fā)面41的方向下凹形成凹腔；所述蒸發(fā)面41朝向凹腔的一側(cè)具有多孔毛細(xì)吸液芯結(jié)構(gòu)411，該多孔毛細(xì)吸液芯結(jié)構(gòu)411包括一圓環(huán)板，所述圓環(huán)板的表面沿著軸向具有多孔結(jié)構(gòu)；所述圓環(huán)板表面設(shè)有的呈輻射狀分布的內(nèi)凹槽，所述內(nèi)凹槽的兩端分別連通至圓環(huán)板的內(nèi)周和外周；所述冷凝面42朝向蒸發(fā)面41的一側(cè)上設(shè)有薄層多孔吸液芯結(jié)構(gòu)421；

所述多孔毛細(xì)吸液芯結(jié)構(gòu)411與薄層多孔吸液芯結(jié)構(gòu)421直接貼合并置于所述凹腔內(nèi)，所述蒸發(fā)面41和薄層多孔吸液芯結(jié)構(gòu)421分別位于所述圓環(huán)板的上表面和下表面，使得圓環(huán)板圓心處的空腔形成一密封腔體；所述冷凝面42的外周側(cè)壁預(yù)留有抽真空與灌液口43。

因平板熱管4的蒸發(fā)面41材料為aln絕緣陶瓷，使得led芯片2與平板熱管4的蒸發(fā)面41保證良好的絕緣。散熱翅片5的材料為鋁合金，平板熱管4的冷凝面41均勻涂覆適當(dāng)厚度的導(dǎo)熱硅脂后與散熱翅片5采用可拆卸式緊固連接，進(jìn)而將led芯片2瞬間啟動和正常工作產(chǎn)生的熱量經(jīng)平板熱管4直接傳導(dǎo)致散熱翅片5，實(shí)現(xiàn)熱量的快速散失。

如圖2所示，所述多個led芯片2均為封裝引腳同向且朝上的led芯片2；led芯片2的底面與蒸發(fā)面41通過金錫銀漿焊料焊接；所述led芯片2遠(yuǎn)離蒸發(fā)面41的一面設(shè)有所述封裝引腳，封裝引腳通過高導(dǎo)電率的金屬導(dǎo)線6串并聯(lián)后直接與電路層3的正負(fù)極分別連接。所述的電路層3直接設(shè)置于平板熱管4的蒸發(fā)面41的aln絕緣陶瓷上，aln陶瓷厚度為0.5～1mm。

上述的led芯片平板熱管集成封裝結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

1)通過機(jī)械加工方法加工紫銅板材制作出紫銅殼體板作為平板熱管4的冷凝面42，采用激光加工方法制作出aln絕緣陶瓷板材作為平板熱管4的蒸發(fā)面41，分別清洗除污、烘干；

2)如圖8、圖9，通過機(jī)械加工方法制造出與多孔毛細(xì)吸液芯結(jié)構(gòu)411和薄層多孔吸液芯結(jié)構(gòu)421分別相配合的第一燒結(jié)模具7和第二燒結(jié)模具8。首先將金屬粉末顆粒分別填充至兩第一燒結(jié)模具7和第二燒結(jié)模具8和紫銅殼體板、aln絕緣陶瓷板組成的空腔內(nèi)，使多孔吸液芯結(jié)構(gòu)421、蒸發(fā)面多孔毛細(xì)吸液芯結(jié)構(gòu)411均設(shè)置在冷凝面42、蒸發(fā)面41的中心。再分別放入箱式氣氛保護(hù)電阻爐中進(jìn)行固相燒結(jié)，燒結(jié)溫度為900－950℃、燒結(jié)保溫時間為30－60min，通入氫氣保護(hù)。最后將aln絕緣陶瓷板上和紫銅殼體板上的第一燒結(jié)模具7和第二燒結(jié)模具8拔出，從而得到多孔毛細(xì)吸液芯結(jié)構(gòu)411，以及薄層多孔吸液芯結(jié)構(gòu)421。再將紫銅殼體板與aln絕緣陶瓷板通過銀銅鈦真空釬焊進(jìn)行密封連接，對其內(nèi)部進(jìn)行抽真空和灌注工質(zhì)，完成平板熱管的制備。

3)如圖4、5所示，在平板熱管4的蒸發(fā)面41aln絕緣陶瓷板上掩膜制備出電路圖形31及l(fā)ed芯片焊接區(qū)211；

4)如圖5和圖6所示，掩蓋led芯片焊接區(qū)211后，再通過磁控濺射沉積方法在平板熱管4的蒸發(fā)面41上沉淀導(dǎo)電金屬原子形成電路層3，電路層3的形狀與掩膜電路圖形31相匹配，厚度為5-10um；

5)將封裝引腳同向且朝上的若干led芯片2用高導(dǎo)電率的金屬導(dǎo)線6串并聯(lián)后與電路層3的正負(fù)極分別連接，其芯片底部采用共晶焊的方式直接焊接到所述平板熱管4的蒸發(fā)面41表面上；

6)在led芯片2和電路層3上封裝透明硅膠1；

7)在平板熱管4的冷凝面42表面均勻涂敷一層0.1-0.3mm的導(dǎo)熱硅脂后，將平板熱管冷凝面42與散熱翅片5采用可拆式緊固連接進(jìn)行連接，完成led芯片平板熱管集成封裝結(jié)構(gòu)的制備。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。