[发明专利]一种高效散热半导体平面光源的制备方法

说明书

[技术领域]

本发明涉及半导体照明技术领域，具体地说是一种高效散热半导体平面光源的制备方法。

[背景技术]

半导体照明是一种用发光二极管LED，即Light Emitting Diode制作而成的新型高效的固体光源，具有长寿命、节能、经济、绿色环保、色彩丰富、微型化等许多优点，正在逐步替代传统的白炽灯和荧光灯。LED作为照明应用，其发展趋势是向高发光效率的大功率芯片发展，使单个芯片的光通量尽可能高，以满足通用照明的需求。

而随着芯片功率的提高，芯片发光时所需电流越来越大，造成局部发热使芯片温度升高而影响到芯片的发光效率、可靠性和寿命等；另外，因LED芯片发光属于类似点光源发光，光线较集中，在照明时会产生眩光，对人眼易造成伤害，故需要通过导光和散光结构使点光源转化成面光源应用，一般会降低光的利用率。

对于LED照明光源制造，一般将封装好的LED器件直接粘附或焊接在铝基电路板上以增强LED芯片的散热，因LED芯片与铝基板中间有至少四层以上的材料，如从铝基板至芯片的材料依次为环氧树脂绝缘层、铜膜导电层、银胶反射层、硅胶绝缘粘附层等。综合的热阻较大，实际的有效传热效率较低；另外，复合的铝基电路板表面的导电层与铝基板之间的绝缘层一般采用环氧树脂与氧化铝等微粒的复合材料，导热性并不理想，这样所制造的LED光源因传热性能较差，LED芯片工作时的温度较高，使得芯片发光效率降低，光强衰减较大，同时使得光源的可靠性变差，使用寿命缩短。

[发明内容]

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，采用具有良好绝缘性能及高导热效率的金刚石微粒的复合材料制备铝基复合电路板作为LED芯片的电路基板，将LED芯片直接粘附或焊接在具有连线的该复合电路板上，以提高芯片的传热效率；同时将金刚石微粒掺杂于透明硅胶中，形成具有高导热、导光、散光的复合材料，直接用于LED芯片的封装，而使点光源直接转化为面光源，提高芯片的散热效率。

为实现上述目的，设计的一种高效散热半导体平面光源的制备方法，其特征在于采用如下制备步骤：

首先，制备金刚石复合浆料：将粒径为1-100nm小金刚石微粒(22)和粒径为0.1-10μm的大金刚石微粒(21)混合，然后将混合有两种粒径尺寸的金刚石微粒与聚乙二醇和硅胶按重量比为1∶5～10∶6～12进行混合，控制金刚石的重量百分比＜60％，将混合物搅拌成浆料；

然后，制备绝缘层：采用丝网印刷法或旋涂法或压印法，将上述浆料印制在铝基板1表面，在空气中或真空环境下加温至200-400℃，使浆料形成致密的金刚石薄膜，膜厚范围为10-30μm，浆料形成的薄膜中起绝缘高导热作用的材料，主要是导热率在1000-2000W/K*m、微粒尺寸范围为0.1-10μm的大金刚石微粒21，在大金刚石微粒之间还有粒径尺寸为1nm-0.1μm的小金刚石微粒22填充，使得绝缘导热层薄膜致密，同时可增强大金刚石晶粒间的导热性能；

制备导电层：采用导电银浆料用丝网印刷法将设计的电路图形印制在金刚石薄膜2表面，采用马弗炉、真空炉等加热炉在空气状态或气体保护或真空状态下加温烘干后形成银质的导电层3；也可采用磁控溅射等工艺直接在金刚石薄膜2表面沉积一层铜导电薄膜，然后根据电路图形设计，采用刻蚀工艺而得到所需的电路图形；

连接LED芯片：将LED芯片4直接粘贴或焊接在复合铝基板上的导电层3图形镂空处的金刚石薄膜2表面上，然后以金线作为电极引线5，将金线的两端分别焊接在LED芯片4的正或负电极与导电层3连接起来；

封装：将10-100nm的金刚石经采用硝酸或硫酸等进行表面修饰后，用去离子水冲洗，可分散到有机溶剂中，如酒精、丙酮、戊烷或环己烷等，然后添加到透明硅胶中混合均匀。其中，金刚石在硅胶中的含量控制在重量比10％以内，然后将含有金刚石微粒的透明硅胶6涂覆于焊接好LED芯片的复合铝基板表面，在空气或真空环境下加温至150℃使其固化而形成平面光源。

对于LED芯片如采用蓝光LED芯片，则该蓝光LED芯片表面涂覆荧光粉层产生白光，然后将含有金刚石微粒的透明硅胶6涂覆在连接有具有荧光粉层LED芯片的复合铝基板表面，然后烘干固化后形成LED白光平面光源，因金刚石材料具有的高导热性及透明性，可使透明硅胶的导热性增强，同时能起到光的透过和散射作用，使得整个发光层均匀发光。