介绍一种大功率深紫外LED光源模组及其制备方法与流程

将乐信息网 http://www.jianglexinxi.cn 2020-10-18 14:19 出处:网络
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本发明属于深紫外光源杀菌及固化技术领域,更具体地,涉及一种大功率深紫外LED光源模组及其制备方法。



背景技术:

基于三族氮化物材料的紫外LED在杀菌消毒、胶水固化、生化探测、非视距通讯及特种照明等领域有着广阔的应用前景,近年来受到越来越多的关注和重视。在过去的十多年里,紫外LED取得了长足的进步,发光波长400~210nm之间的紫外LED先后被研发出来,短于360nm的深紫外LED的外量子效率(EQE)最好结果仅超10%,与成熟的蓝光LED芯片相比还相差甚远。

目前,传统汞灯主要占据着深紫外杀菌及固化光源领域,而汞灯中的汞元素对环境并不友好,并存在预热时间长,波段不单一等缺点,并不是理想的深紫外光源。受外延材料生长限制,280nm波段的深紫外LED光电转化效率还不到5%,存在发光量不足、发热严重、光衰过快等问题,严重影响了深紫外LED的推广与应用,不符合当下建设绿色中国的理念。



技术实现要素:

针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供一种大功率深紫外LED光源模组及其制备方法,其目的在于结合多层覆铜氮化铝基板和抗紫外密封剂,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。

为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供一种大功率深紫外LED光源模组,包括半圆石英透镜、深紫外LED芯片、密封剂、覆铜陶瓷基板及六角铜基板;

其中,所述六角铜基板为具有高导热特性和高机械强度的热电分离结构,用于适应大功率封装环境;所述六角铜基板的表面设有镀金焊位;所述覆铜陶瓷基板焊接在所述镀金焊位上;所述覆铜陶瓷基板的数量为多颗,每一颗所述覆铜陶瓷基板的表面均镀有金锡层,用于共晶焊接;

所述深紫外LED芯片为正方形或长方形倒装结构,其背部表面设有金锡层,用于与所述覆铜陶瓷基板进行共晶焊接;所述半圆石英透镜通过所述密封剂粘结在所述深紫外LED芯片的表面,形成防水防氧密封结构。

进一步地,所述覆铜陶瓷基板为低热阻高强度的多层共烧氮化铝陶材料,其表面设有金锡层,所述金锡层的高度为80~120um,其表面粗糙度均方根小于400nm。

进一步地,所述半圆石英透镜(3)在220nm-310nm深紫外波段内的透过率为95%~99%。

进一步地,所述覆铜陶瓷基板的数量为四颗。

进一步地,所述六角铜基板的表面还设有镀金电极,用于连接外界正负极导线。

进一步地,所述密封剂为高紫外透过率硅胶或全无机氟胶。

按照本发明的另一个方面,提供一种大功率深紫外LED光源模组的制备方法,其特征在于,具体包括如下步骤:

(1)对覆铜陶瓷基板进行等超声波及离子清洗并烘干;

(2)将深紫外LED芯片封装在覆铜陶瓷基板的镀金电极上,并在氮氢混合气保护的气氛下冷却至室温;

(3)在六角铜基板表面焊位上印刷锡膏;

(4)将步骤(2)制成的深紫外LED灯珠放置在覆铜陶瓷基板焊位上,并使用回流炉进行回流焊接,回流完成后进行超声波清洗及烘干;

(5)将密封剂预先进行脱泡处理;

(6)将所述密封剂均匀涂抹在LED芯片表面及四周,胶水高度不易超过芯片高度两倍;

(7)将半圆石英透镜置于密封剂上,半圆石英透镜中心与芯片中心对准,调整位置;

(8)将上述的制成品置于真空脱泡箱中,真空脱泡;

(9)脱泡后检查密封剂内是否还有气泡残留,若没有,烘烤密封剂;,若仍有气泡残留,重复步骤(8);

(10)接通电路,测试,即可制备得到所述深紫外LED光源模组。

进一步地,步骤(3)中所述锡膏厚度在100-150μm之间。

进一步地,步骤(9)中所述烘烤时间为60分钟,温度为60℃。

总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:

(1)本发明的深紫外LED光源模组,通过结合多层覆铜氮化铝基板和抗紫外密封剂,大大提高了产品的光功率,降低热阻,控制结温,增加寿命与可靠性。

(2)本发明的深紫外LED光源模组,采用抗紫外密封剂提高光提取效率,增加光电转化效率,实现大功率高光提取效率紫外杀菌光源的应用及产业化,此外,采用抗紫外密封剂可避免密封剂老化带来的不良影响。

(3)本发明的深紫外LED光源模组的制备方法,制备工艺简单,易容操作,可以适于批量生产,制备的深紫外LED光源模组光电转化效率高,稳定可靠,使用寿命长;而且采用的设备均为常规设备,大大降低了深紫外LED光源模组的制备成本,有助于紫外杀菌光源的应用及产业化。

附图说明

图1为本发明实施例一种大功率深紫外LED光源模组俯视图;

图2为本发明实施例一种大功率深紫外LED光源模组的主视图;

图3为本发明实施例一种大功率深紫外LED光源模组的制备方法工艺流程示意图。

所有附图中,同一个附图标记表示相同的结构与零件,其中:1-六角铜基板,2-覆铜陶瓷基板,3-半圆石英透镜,4-深紫外LED芯片,5-密封剂,6-SAC305锡膏。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明实施例一种大功率深紫外LED光源模组俯视图;图2为本发明实施例一种大功率深紫外LED光源模组的主视图。如图1和图2所示,该光源模组包括半圆石英透镜3、密封剂5、深紫外LED芯片4、覆铜陶瓷基板2、六角铜基板1。

如图1所示,所述六角铜基板1位于底部,其表面设计有镀金电极和2×2镀金焊位,焊位采用串联方式,六角铜基板1具有高导热特性和高机械强度,适用于大功率封装环境。

覆铜陶瓷基板2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金锡层,镀层高度优选为100μm,也可以是80um或者120um,其表面粗糙度均方根值小于400nm,覆铜陶瓷基板2通过SAC305锡膏6回流焊接在六角铜基板1的镀金焊位上。

在发明优选的实施例中,覆铜陶瓷基板2共有四颗,每一颗覆铜陶瓷基板2的表面镀有金锡层,用于共晶焊接;

如图1所示,深紫外LED芯片4峰值波长280nm,尺寸结构1mm×1mm,为倒装结构,芯片背部电极表面有一层3μm的金锡层,用于和所述覆铜陶瓷基板进行共晶焊接,深紫外LED芯片4通过共晶焊接封装在覆铜陶瓷基板2的焊位处;

半圆石英透镜3半圆石英透镜,具有高紫外透过率,尤其是在深紫外波段(220nm-310nm)具有95%以上的透过率。半圆石英透镜3通过所述密封剂5粘结在深紫外LED芯片4的表面,形成防水防氧密封。

在本发明的优选实施例中,密封剂5可以使用高紫外透过率硅胶和全无机氟胶等多种胶体,可以根据工作环境选择使用。

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,可有效控制深紫外LED芯片结温,提高深紫外LED芯片的光功率和寿命,且采用抗紫外密封剂,可避免密封剂老化带来的不良影响。

经实际测试,在自然散热的环境中,电流350mA时,电压30V,光功率强度可达到60mW,且正常工作情况下光衰小于10%每500小时。其结构制作工艺流程简单,适用于规模生产,在深紫外杀菌光源、固化光源等领域具有非常广阔的应用前景。

图3为本发明实施例一种大功率深紫外LED光源模组的制备方法工艺流程示意图。如图3所示,该深紫外LED光源模组的制备方法包括如下步骤:

(1)对覆铜陶瓷基板2进行等超声波及离子清洗,清洗时间约2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,将深紫外LED芯片4封装在覆铜陶瓷基板2的镀金电极上,并在氮氢混合气保护的气氛下冷却至室温;

(3)使用丝网印刷机,在六角铜基板1表面焊位上印刷SAC305锡膏7,锡膏厚度不超过150μm;

(4)将步骤2制成的深紫外LED灯珠放置在覆铜陶瓷基板焊位上,并使用回流炉进行回流焊接,回流完成后进行超声波清洗及烘干;

(5)将密封剂5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,将密封剂5均匀涂抹在芯片表面及四周,胶水高度不易超过芯片高度两倍;

(7)将半圆石英透镜3置于密封剂上,半圆石英透镜3中心与芯片中心对准,调整位置;

(8)将上述的制成品置于真空脱泡箱中,设定压力为100帕,真空脱泡10分钟;

(9)脱泡后检查密封剂内是否还有气泡残留,若没有,烘烤密封剂;烘烤60分钟,设定温度60℃;

(10)接通电路,测试,即可制备得到所述深紫外LED光源模组。

本发明的深紫外LED光源模组的制备方法,制备工艺简单,易容操作,可以适于批量生产,制备的深紫外LED光源模组光电转化效率高,稳定可靠,使用寿命长;而且采用的设备均为常规设备,大大降低了深紫外LED光源模组的制备成本,有助于紫外杀菌光源的应用及产业化。

本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征:

1.一种大功率深紫外LED光源模组,其特征在于,包括半圆石英透镜(3)、深紫外LED芯片(4)、密封剂(5)、覆铜陶瓷基板(2)及六角铜基板(1);

其中,所述六角铜基板(1)为具有高导热特性和高机械强度的热电分离结构,用于适应大功率封装环境;所述六角铜基板(1)的表面设有镀金焊位;所述覆铜陶瓷基板(2)焊接在所述镀金焊位上;所述覆铜陶瓷基板(2)的数量为多颗,每一颗所述覆铜陶瓷基板(2)的表面均镀有金锡层,用于共晶焊接;

所述深紫外LED芯片(4)为正方形或长方形倒装结构,其背部表面设有金锡层,用于与所述覆铜陶瓷基板(2)进行共晶焊接;所述半圆石英透镜(3)通过所述密封剂(5)粘结在所述深紫外LED芯片(4)的表面,形成防水防氧密封结构。

2.根据权利要求1所述的一种大功率深紫外LED光源模组,其特征在于,所述覆铜陶瓷基板(2)为低热阻高强度的多层共烧氮化铝陶材料,其表面设有金锡层,所述金锡层的高度为80~120um,其表面粗糙度均方根小于400nm。

3.根据权利要求1或2所述的一种大功率深紫外LED光源模组,其特征在于,所述半圆石英透镜(3)在220nm-310nm深紫外波段内的透过率为95%~99%。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种大功率深紫外LED光源模组,其特征在于,所述覆铜陶瓷基板(2)的数量为四颗。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种大功率深紫外LED光源模组,其特征在于,所述六角铜基板(1)的表面还设有镀金电极,用于连接外界正负极导线。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种大功率深紫外LED光源模组,其特征在于,所述密封剂(5)为高紫外透过率硅胶或全无机氟胶。

7.一种大功率深紫外LED光源模组的制备方法,其特征在于,具体包括如下步骤:

(1)对覆铜陶瓷基板进行等超声波及离子清洗并烘干;

(2)将深紫外LED芯片封装在覆铜陶瓷基板的镀金电极上,并在氮氢混合气保护的气氛下冷却至室温;

(3)在六角铜基板表面焊位上印刷锡膏;

(4)将步骤(2)制成的深紫外LED灯珠放置在覆铜陶瓷基板焊位上,并使用回流炉进行回流焊接,回流完成后进行超声波清洗及烘干;

(5)将密封剂预先进行脱泡处理;

(6)将所述密封剂均匀涂抹在LED芯片表面及四周,胶水高度不易超过芯片高度两倍;

(7)将半圆石英透镜置于密封剂上,半圆石英透镜中心与芯片中心对准,调整位置;

(8)将上述的制成品置于真空脱泡箱中,真空脱泡;

(9)脱泡后检查密封剂内是否还有气泡残留,若没有,烘烤密封剂;,若仍有气泡残留,重复步骤(8);

(10)接通电路,测试,从而制备得到所述深紫外LED光源模组。

8.根据权利要求7所述的一种大功率深紫外LED光源模组的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述锡膏厚度在100-150μm之间。

9.根据权利要求7或8所述的一种大功率深紫外LED光源模组的制备方法,其特征在于,步骤(9)中所述烘烤时间为60分钟,温度为60℃。

技术总结
本发明公开了一种大功率深紫外LED光源模组,包括半圆石英透镜(3)、深紫外LED芯片(4)、密封剂(5)、覆铜陶瓷基板(2)及六角铜基板(1);所述六角铜基板(1)的表面设有镀金焊位;所述覆铜陶瓷基板(2)焊接在所述镀金焊位上;所述深紫外LED芯片(4)为正方形或长方形倒装结构,其背部表面设有金锡层,用于与所述覆铜陶瓷基板(2)进行共晶焊接;所述半圆石英透镜(3)通过所述密封剂(5)粘结在所述深紫外LED芯片(4)的表面。本发明还公开了一种大功率深紫外LED光源模组的制备方法。本发明的光源模组,大大提高了产品的光功率,降低热阻,控制结温,增加寿命与可靠性,制备工艺简单,易容操作,可以适于批量生产。

技术研发人员:梁仁瓅;许琳琳;陈景文;王帅
受保护的技术使用者:华中科技大学鄂州工业技术研究院;华中科技大学
文档号码:201710365588
技术研发日:2017.05.22
技术公布日:2017.09.08

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