[发明专利]用石墨烯制作的大功率LED光源封装结构及其生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯的应用，具体涉及运用石墨烯作为LED光源基板及芯片承载区材料而制作的一种新型LED光源。

背景技术

由于LED其作为光源本身的优点，LED光源已经在功能型照明领域中扮演越来越重要的角色。目前的LED光源都是采用高导热率的金属做基板，最常见的是铜或铝。通过将芯片固接在铜或铝板上，将芯片工作时产生的热量通过铜或铝再散发至热沉。对于高功率的LED,则通过增加基板的面积和重量来加快散热。这种增加基板面积与重量的方式往往使整个大功率LED光源体积增大，重量增加，提高了LED光源成本的同时更使LED本身轻便等优点丧失，且难以在推广应用。

石墨烯作为一种二维峰窝状结构碳质新型材料已受到世界关注。单层石墨烯的厚度只有0.335纳米，是目前世界上最薄也是机械强度最大的纳米材料。几乎完全透明，只吸收2.3%的光。同时，它具有良好的散热性能，它的热导系数高达5300W/m.k,远高于目前导热性能最好的金刚石。作为单层碳原子结构，石墨烯的理论比表面积高达2630m²/g。目前尚无将石墨烯应用于LED光源，特别是高功率LED光源的技术。    

发明内容

本发明针对现有大功率LED光源技术上的不足，提出一种运用石墨烯作为LED光源基板及芯片承载区材料而制作的用石墨烯制作的大功率LED光源封装结构及其生产工艺。为此，本发明采用如下技术方案。

用石墨烯制作的大功率LED光源封装结构，包括固结有至少一个芯片并设有芯片电连接的基板，其特征在于所述基板的上、下表面至少一面覆盖有单层石墨烯材料。通常在芯片承载区的基板表面使用单层片状石墨烯作为导热、散热的材料，充分利用石墨烯的物理特性，将大功率LED光源工作时芯片产生的热能传导出来并散发掉，这样在不增加光源重量、体积的情况下，明显改善了芯片的工作温度。

对于上述技术方案的完善和补充，可以增加如下技术特征或其组合。

所述的单层石墨烯材料覆盖于基板的上表面且其外覆盖有高反射系数的金属层，所述的芯片承载于金属层上。对于LED封装而言，芯片承载区需要滿足一些光学要求—平整的表面和较高的反射系数；而石墨烯仅具备良好的机械性能，并不具备高的反射系数，所以必须在石墨烯表面覆盖高反射系数的金属层。

所述的金属层为银、铜、铝之一的材料制成。可根据实际生产成本及工艺，选择材料，也可以直接采用铜基石墨烯制造芯片承载区。

所述的基板周缘设有围框。它在芯片承载区的外围，起着引出电极和防止芯片上硅胶及荧光粉外溢的作用，此时基板的作用是把芯片承载区和围框组合在一起，将芯片产生的热量传至热沉上。

所述的基板的上表面为芯片承载区，其上设有金属格栅，单层石墨烯嵌接在金属格栅的每一个空白区中。对于面积较大的LED光源，还可以通过制作网状的金属格栅，将单层片状的石墨烯嵌入其中的方式制作网状石墨烯基板。

所述的单层片状石墨烯中混合有黑色素。这样黑色的石墨烯吸热快、放热也快，能迅速将芯片工作时产生的热量散发掉，保证LED光源在适宜的温度工作，实现节能长寿命。

为了实现上述结构的封装，可以采用如下生产工艺。

石墨烯制作的大功率LED光源封装结构的生产工艺，其特征在于包括如下步骤：

第一步，选择大小形状符合设计要求的片状石墨烯，用有机溶剂丙酮、无水乙醇进行表面清洁，干燥后备用；

第二步，在片状石墨烯上覆盖银、铜、铝之一的材料制成的高反射系数的金属层。

进一步的，上述生产工艺还可以包括如下步骤。

所述的第二步是在金属阻燃材料制成的基板上通过喷涂、电镀、真空镀膜或真空溅射方式之一在单层石墨烯外表面覆盖具有高反射率的银、铜、铝材料之一制成膜状的金属层。

所述的真空镀膜方式是依据真空镀膜和真空室空间的大小，用不锈钢材料制作一个能放入真空室的网架，把备用的所述的石墨烯为片状且搁在一网架上，需要镀金属层的面向内，放置在真空中，所述的石墨烯片及要蒸镀的银、铜、铝材料之一放置于真空室后，对真空室抽真空达到1×10^-6Pa以上的高真空时对要蒸镀的物质加热，使其蒸发到石墨烯裸露的部分形成高反射的膜层。网架可以是带图形的，同时具有掩膜作用。

相比现有技术，本发明第一次将石墨烯高导热率、高透光率的材料性能直接应用在LED封装上，解决了现有大功率LED体积大、重量大等问题，通过在基板上直接覆盖纳米级厚度的单层石墨烯以及高反射金属层即可高效导热、散热，便于LED照明光源的推广应用。

附图说明