一种LED光源用荧光片散热一体化封装方法与流程

一种led光源用荧光片散热一体化封装方法
技术领域
1.本发明涉及led光源荧光片散热技术领域，具体为一种led光源用荧光片散热一体化封装方法。


背景技术：

2.当前，散热是大功率高流明密度荧光转化型白光led光源的关键技术瓶颈，而光源模组中封装材料、互连材料以及互连空洞率是影响光源模组的散热性能的关键因素，其中互连层热阻约占led器件总热阻30%；同时，在大功率led光源中，由于stokes效应等因素，荧光层热量约占总热量10%-20%，对led器件工作节温影响甚至占据主导地位；荧光陶瓷因其耐高温特性及良好的抗热猝灭性能备受瞩目，目前采用荧光陶瓷封装方式主要还是采用透明硅胶、锡膏等方式进行固定封接，难以发挥荧光陶瓷高热导率的优势（传统封接工艺中所采用硅胶的热导率均在0.2-1w/m
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k左右），极大的限制了荧光陶瓷的优势性能的发挥，也限制了led光源在大功率照明显示产品中的应用推广。


技术实现要素：

3.针对上述led器件中荧光陶瓷封装方式主要还是采用透明硅胶、锡膏等方式进行固定封接，难以发挥荧光陶瓷高热导率优势的问题，本发明的目的在于提供一种散热效果好、成本低廉、可批量生产的超大功率led光源封装方法。
4.为达到上述目的，采用的技术方案为：一种led光源用荧光片散热一体化封装方法，包含以下步骤：s1:将蓝光芯片组置于基板上，并实现电气连接；s2:将固态荧光体加工成与s1中蓝光芯片组尺寸相匹配的片料、块料或棒料；s3：将s2中制得的固态荧光片置于金属散热支架上，固态荧光片与散热支架之间放置高纯金属环或高纯金属垫片，制得半成品备用；s4:将s3中组装的半成品先通过加压装置施加压力为10-30n/mm2进行装夹加压，然后采用400-620℃的温度进行真空焊接或氢气还原氛围扩散焊接，烧结3-30min，即制得荧光散热一体化金属支架；s5：将s4中制备好的荧光散热一体化金属支架置于s1中的蓝光芯片组上，使荧光片散热一体化支架与外部热沉相连接，蓝光芯片组正好激发荧光片进行荧光转化。
5.进一步，所述s1中基板为氧化铝或氮化铝陶瓷基板，所述基板热导率大于170w/m
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k，厚度为1mm。
6.进一步，所述s2或s3中固态荧光片为荧光陶瓷，所述固态荧光片组分或主相为钇铝石榴石（y3al5o12, yag）、镥铝石榴石（lu3al5o12，luag）、尖晶石（mgal2o4）、caalsin3、al2o3中的一种或多种组合。
7.进一步，所述s2或s3中金属散热支架采用铝或者铝合金材质制成，所述金属散热支架厚度为0.05-0.5mm。
8.进一步，所述s3中高纯金属环或高纯金属垫片采用纯度高于99.9%的高纯铝材质制成。
9.进一步，所述s4采用恒定压力装置使得固态荧光片与金属环以及金属散热支架紧密贴合，三者之间压强为10-30mpa。
10.进一步，所述s5荧光散热一体化金属支架不与s1中的蓝光芯片组直接接触，使led光源器件实现三维立体散热结构，从而有效降低节温。
11.进一步，所述s5安装完毕后，固定在金属支架上的固态荧光片与蓝光芯片组保持0.1mm-2mm的分离距离，从而实现三维立体散热结构。
12.本发明提供的一种led光源用荧光片散热一体化封装方法，具备以下有益效果：本发明采用陶瓷金属一体化工艺，有效改善光源荧光层散热性能和封装可靠性，同时工艺简单成熟，适合批量生产，成本低廉；本发明把固态荧光片与金属独立散热支架直接键合固定，避免使用有机物进行粘接，为光源器件增加独立散热通道，同时荧光片不与蓝光芯片直接接触，使得大功率led光源器件实现三维立体散热结构，采用中间介质层通过加压扩散焊接工艺，保证了荧光陶瓷封装中的散热可靠性和结构可靠性，建立了荧光层独立散热通道，能够快速带出led光源器件热量，有效降低节温，提高光源器件使用寿命；本发明操作便捷，实用性强，有效解决了现有led器件中荧光陶瓷封装方式主要采用透明硅胶、锡膏等方式进行固定封接，难以发挥荧光陶瓷高热导率优势的问题。
具体实施方式
13.下面将结合本发明实施例中对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
14.实施例1，本发明提供的一种led光源用荧光片散热一体化封装方法，包含以下步骤：s1:将蓝光芯片组置于基板上，并实现电气连接；s2:将固态荧光体加工成与s1中蓝光芯片组尺寸相匹配的片料、块料或棒料；s3：将s2中制得的固态荧光片置于金属散热支架上，固态荧光片与散热支架之间放置高纯金属环或高纯金属垫片，制得半成品备用；s4:将s3中组装的半成品先通过专用加压装置施加压力为18-22n/mm2进行装夹加压，然后采用500-520℃的温度进行真空焊接或氢气还原氛围扩散焊接，烧结12-15min，即制得荧光散热一体化金属支架；s5：将s4中制备好的荧光散热一体化金属支架置于s1中的蓝光芯片组上，使荧光片散热一体化支架与外部热沉相连接，蓝光芯片组正好激发荧光片进行荧光转化。
15.实施例2与实施例1不同之处是s4:将s3中组装的半成品先通过专用加压装置施加压力为16-18n/mm2进行装夹加压，然后采用500-520℃的温度进行真空焊接或氢气还原氛围扩散焊接，烧结12-15min，即制得荧光散热一体化金属支架。
16.实施例3与实施例1不同之处是s4:将s3中组装的半成品先通过专用加压装置施加压力为22-24n/mm2进行装夹加压，然后采用500-520℃的温度进行真空焊接或氢气还原氛
围扩散焊接，烧结12-15min，即制得荧光散热一体化金属支架。
17.实施例4与实施例1不同之处是s4:将s3中组装的半成品先通过专用加压装置施加压力为18-22n/mm2进行装夹加压，然后采用480-500℃的温度进行真空焊接或氢气还原氛围扩散焊接，烧结12-15min，即制得荧光散热一体化金属支架。
18.实施例5与实施例1不同之处是s4:将s3中组装的半成品先通过专用加压装置施加压力为18-22n/mm2进行装夹加压，然后采用520-540℃的温度进行真空焊接或氢气还原氛围扩散焊接，烧结12-15min，即制得荧光散热一体化金属支架。
19.实施例6与实施例1不同之处是s4:将s3中组装的半成品先通过专用加压装置施加压力为18-22n/mm2进行装夹加压，然后采用500-520℃的温度进行真空焊接或氢气还原氛围扩散焊接，烧结10-12min，即制得荧光散热一体化金属支架。
20.实施例7与实施例1不同之处是s4:将s3中组装的半成品先通过专用加压装置施加压力为18-22n/mm2进行装夹加压，然后采用500-520℃的温度进行真空焊接或氢气还原氛围扩散焊接，烧结15-17min，即制得荧光散热一体化金属支架。
21.将上述实施例中制备出的荧光散热一体化金属支架经导热系数检测，检测结果如下：实施例1中制备出的荧光散热一体化金属支架热导率为20.01-23.54w/m
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k；实施例2中制备出的荧光散热一体化金属支架热导率为14.03-14.89w/m
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k；实施例3中制备出的荧光散热一体化金属支架热导率为16.24-16.68w/m
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k；实施例4中制备出的荧光散热一体化金属支架热导率为15.04-15.78w/m
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k；实施例5中制备出的荧光散热一体化金属支架热导率为17.42-17.84w/m
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k；实施例6中制备出的荧光散热一体化金属支架热导率为18.74-19.76w/m
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k；实施例7中制备出的荧光散热一体化金属支架热导率为18.84-19.81w/m
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k。
22.综上所述，经过对上述实施例中制备出的荧光散热一体化金属支架导热系数检测可知，按照实施例1中将s3中组装的半成品先通过专用加压装置施加压力为18-22n/mm2进行装夹加压，然后采用500-520℃的温度进行真空焊接或氢气还原氛围扩散焊接，烧结12-15min，制备出的荧光散热一体化金属支架，热导率最优；从而保证了固态荧光片封装中的散热可靠性以及结构的可靠性，把固态荧光片与金属独立散热支架直接键合固定，避免使用有机物进行粘接，为光源器件增加独立散热通道，同时荧光片不与蓝光芯片直接接触，使得大功率led光源器件实现三维立体散热结构，有效降低节温，提高光源器件可靠性和寿命。
23.本发明所述s1中基板为氧化铝或氮化铝陶瓷基板，所述基板热导率大于170w/m
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k，厚度为1mm，提高其对蓝光芯片组和固态荧光片的性能，减少热阻对蓝光芯片组和固态荧光片使用寿命的影响；所述s2或s3中固态荧光片为荧光陶瓷，所述固态荧光片组分或主相为钇铝石榴石（y3al5o12, yag）、镥铝石榴石（lu3al5o12，luag）、尖晶石（mgal2o4）、caalsin3、al2o3中的一种或多种组合，固态荧光片掺杂稀土离子为ce2 、ga2 、mn2 中一种或多种组合，提高其耐高温特性以及良好的抗热猝灭性能，同时使其具备良好的稳定性能；所述s2或s3中金属散热支架采用铝或者铝合金材质制成，所述金属散热支架厚度为0.05-0.5mm，为光源器件增加独立散热通道，提高光源器件的热导率，减少热阻影响光源器件的可靠性；所述s3中高纯金属环或高纯金属垫片采用纯度高于99.9%的高纯铝材质制成，增大光源器件内部热导传递的稳定性，同时提高其自身传递热导率的效率；所述s4采用恒定压力装置使得固态荧光片与金属环以及金属散热支架紧密贴合，三者之间压强为10-30mpa，
增加其紧密贴合的稳固性，所述s5荧光散热一体化金属支架不与s1中的蓝光芯片组直接接触，使led光源器件实现三维立体散热结构，从而有效降低节温；所述s5安装完毕后，固定在金属支架上的固态荧光片与蓝光芯片组保持0.1mm-2mm的分离距离，从而实现三维立体散热结构，降低节能，提高光源器件的可靠性和使用寿命。
24.本发明固态荧光片与独立散热支架连接，实现远程荧光技术，通过独立的立体散热结构对荧光层进行散热；再通过高纯金属环或高纯金属垫片来完成蓝光芯片组的大部分导热，构成固态荧光片-高纯金属环或高纯金属垫片-独立散热支架的导热通道；通过三重导热通道的设计将光源器件的热源分隔开来进行充分的导热，固态荧光片和蓝光芯片组的热量通过各自的通道到达基板，再由基板导致热沉传递到空气中；本发明采用陶瓷金属一体化工艺，有效改善光源荧光层散热性能和封装可靠性，同时工艺简单成熟，适合批量生产，成本低廉；把固态荧光片与金属独立散热支架直接键合固定，避免使用有机物进行粘接，为光源器件增加独立散热通道，同时荧光片不与蓝光芯片直接接触，使得大功率led光源器件实现三维立体散热结构，有效降低节温，提高光源器件可靠性和寿命，有效解决了现有led器件中荧光陶瓷封装方式采用透明硅胶、锡膏等方式进行固定封接，难以发挥荧光陶瓷高热导率优势的问题。
25.本发明的保护范围不仅限于上述公开的具体技术方案，以上所述仅为本实发明的较佳实施方式，并不能以此来限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上具体技术方案所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。
26.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。