本发明专利技术提供了一种具有立体布线结构和散热沟槽的平板式陶瓷封装散热模组，为大功率ＬＥＤ的封装和／或热管理提供了高效率、高可靠性的一体化解决方案。利用陶瓷材料的热电分离特性，应用一体化的陶瓷－金属复合材料，同时实现了传统方案中需要用两种材料分别实现的绝缘和导热特性。其有益效果是：１、消除了散热瓶颈，使得热量从ＬＥＤ芯片顺畅地传导到整个散热模组，继而通过散热沟槽形成的空气自然对流将热量有效地发散到空气中，有助于降低ＬＥＤ芯片温度；２、规格统一的平板式结构，便于加工操作，有利于大规模生产及应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种LED的陶瓷封装基板，尤其是一种适用于大功率LED的陶瓷散热 热沉及其制造方法。
技术介绍
由于近二成的居民用电被用于照明，而传统白炽灯只能以5%左右的低效率将电 能转化为光能，所以具有更高能量转化效率的节能照明技术在世界范围内都受到特别的重 视。其中，LED技术因其具备发光效率高、使用寿命长、驱动电压低、安全性好、开关响应速 度快、环境友好等优点，目前在市面上最受瞩目，最近十余年间技术水平亦飞速发展。尽管LED照明技术有着突出的优点和光明的应用前景，但是迄今为止，它在大 规模商业应用方面仍受限于成本以及一些技术问题。其中，热管理是大功率LED应用中极 重要的技术课题，它关系到大功率LED的可靠性和发光效率。由于LED进行能量转化的场所是在发光半导体薄膜的p-n结狭小的界面上，因此， 尽管单颗LED装置的整体功率比较小，但是在发光芯片上的功率密度却很大，而在LED工 作过程中，未能完全转化为光能的那部分电能，相当于在以> 300W/cm2的功率密度在加热 芯片区域(可参考A. Christensen and S. Graham, Thermal Effects in Packaging High Power Light Emitting Diode Arrays. App 1. Thermal Eng. 29，364 (2009) ·)。而牛艮据文献 报道，当LED芯片的工作温度从40°C提升到50°C，其工作寿命最多有可能从42，000小时 缩短到 18，000 小时(可参考N. Narendran and Y. Gu, Life of LED-Based White Light Sources. IEEE/0SA J. Display Technol. 1，167 (2005) ·)；而且，随着芯片温度进一步提高， 还将在工作过程中出现临时性的光衰、色差等一系列问题。可见，过高温度对LED有着极为 不利的影响；另外，由于单粒LED的输出亮度无法跟传统光源相比，实际的照明应用中常将 多粒LED集成在一起，进行集中发光照明，这样一来，系统整体就会产生极高的温度，对散 热能力也有着更为苛刻的要求。目前业内大功率LED散热的通用方案如图1所示厂商LED灯粒4焊接在PCB3表 面的电路图案上，然后再把PCB板3用导热胶2粘在金属热沉1上；图2是这种组合结构 的侧面示意图，其中，PCB板3的作用是提供电路，金属热沉1的作用是吸纳LED产生的热 量并向空气中散发出去。在这种通用方案中，PCB和导热胶会构成热量传递的瓶颈由于 制作PCB的树脂材料(如FR4)的热导率通常不高于lW/m · K，所以即便热沉材料使用高热 导率的金属，如铝(室温热导率为237W/m · K)甚至铜(室温热导率为401W/m · K)，也无法 很好地解决大功率LED的散热问题。近年来，也有厂商采用更高性能的MCPCB (metal core printed circuit board，金属芯印刷电路板)取代普通PCB来固定LED灯粒，不过MCPCB 表面氧化膜的热导率通常也只在2-5W/m · K之间(可参考李华平，柴广跃，彭文达和牛憨 笨，“大功率LED的封装及其散热基板研究”，《半导体光电》，28,47(2007)。)，可见其在实际 使用过程中，仍然是散热瓶颈所在。此外如图1中所示，目前通用的方案是把封装好的LED灯粒焊接到热沉上面，其所4存在的问题是热沉结构复杂，并且异形形状在工业生产中不利于大规模生产；而且，目前 厂商所使用的方法，是将LED灯粒的封装和在热沉上的焊接工序分开进行的，而不是把LED 芯片直接封装到带有封装的热沉上，因而其生产工艺繁琐，成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种散热能力强，平板结构，且LED封装和散热一体化，利于 生产的陶瓷封装散热模组及该陶瓷封装散热模组的制作方法。一种大功率LED用平板式陶瓷封装散热模组，具有多层陶瓷结构，该多层陶瓷主 要由无沟槽平面层及带沟槽平面层相互层叠组成，其中带沟槽平面层的沟槽具有供空气流 通进行热交换的进、出气口，所述无沟槽平面层及带沟槽平面层由氧化铝陶瓷材料或氮化 铝陶瓷材料制成，高温氧化铝和氮化铝陶瓷材料的热导率分别为20-25W/m ·Κ和200-250W/ m · K，可有效提高模组的散热能力；同时，与等体积热沉相比，沟槽结构增大了散热面积。作为上述方案的进一步改进，所述的多层陶瓷沿厚度方向穿设有高导热柱，沿宽 度方向夹设有高导热板，高导热板与高导热柱相接触，高导热柱用于将LED芯片产生的热 量导出，高导热柱和高导热板由金属如钨、钼、银或铜等填充而成，用于增强模组的纵向传 热效果。上述多层陶瓷外侧的上、下陶瓷面及沟槽的内陶瓷面设有与高导热柱相接触的高 导热散热板。高导热散热板用于将高导热柱导出的热量横向传导出来，同时将传导出来的 热量散到空气中；其中高导热散热板由钨、钼、银或铜金属牢固的附着在陶瓷表面而成，用 于增强模组的横向传热效果同时利于将高导热柱和高导热板导出的热量散到外界空气中。作为上述方案的进一步改进，所述多层陶瓷的最上层陶瓷面上附着有至少一组 LED芯片封装基座及相配的芯片贴片区；或至少一组LED灯粒焊接应用电路及相配的灯粒 贴片区；采用LED直接封装在模组上面的结构，减少了散热热阻，同时减少了将LED封装基 座或LED灯粒焊接应用电路再次固定在热沉上这一工序。上述大功率LED用平板式陶瓷封装散热模组的制造方法，其特征在于包括下述步 骤步骤1，原材料分散按一定的配比将陶瓷粉末、有机分散剂、有机粘结剂、溶剂及 助剂通过球磨分散、混合工艺加工而形成陶瓷浆料；步骤2，流延将加工好的陶瓷浆料均勻地涂布在薄膜上，烘干得到陶瓷生带；步骤3，成型将流延制成的陶瓷生带用模具或切刀制成一定尺寸的陶瓷生坯；步骤4，冲孔在陶瓷生坯上冲制孔，所述孔为通孔、腔体或沟槽；步骤5，填孔用金属浆料填充陶瓷生坯上的孔，或在陶瓷生坯上的孔的孔壁挂金 属浆料；步骤6，平面印刷在陶瓷生坯表面印刷导电图形或散热板；步骤7，叠层及加压将多片经加工的单层陶瓷生坯叠合在一起并加压形成整体 的陶瓷模组；步骤8，切割将叠层及加压好的陶瓷模组，按要求切割形成一定深度的槽；步骤9，排胶及烧结，将切割好的陶瓷模组中的有机物通过高温排除干净，并将陶 瓷模组置于还原性气体下烧结形成致密的整体；步骤10，电镀或化学镀在金属化层的表面镀上所需的光量金属层。本专利技术与现有技术相比，具有以下几个特点1、散热性好，本专利技术大功率LED用平板式陶瓷封装散热模组基材为氧化铝 (A1203)或氮化铝(AlN)陶瓷，热导率高，且在模组的纵向设有钨(W)、钼(Mo)、银(Ag)或 铜(Cu)等金属填充的高导热柱辅助散热，增强热沉的纵向导热；在模组的横向同时设有钨 (W)、钼(Mo)、银(Ag)或铜(Cu)等金属附着高导热散热板辅助散热，增强热沉的横向导热 以及散热；此外，热沉可有直接封装芯片的封装，减少了 LED封装芯片和热沉焊接的瓶颈热 阻；因此，本专利技术的大功率LED平板式陶瓷封装散热模组可以一体化、全方位增强LED芯片 的导热和散热效果，散热能力卓越；2、本专利技术采用的平板多沟槽式结构，体积小，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种大功率ＬＥＤ用平板式陶瓷封装散热模组，具有多层陶瓷结构，其特征在于：所述多层陶瓷主要由无沟槽平面层（１）及带沟槽平面层（２）相互层叠组成，其中带沟槽平面层（２）的沟槽具有供空气流通进行热交换的进、出气口，所述无沟槽平面层（１）及带沟槽平面层（２）由氧化铝陶瓷材料或氮化铝陶瓷材料制成。
【技术特征摘要】
一种大功率LED用平板式陶瓷封装散热模组，具有多层陶瓷结构，其特征在于所述多层陶瓷主要由无沟槽平面层(1)及带沟槽平面层(2)相互层叠组成，其中带沟槽平面层(2)的沟槽具有供空气流通进行热交换的进、出气口，所述无沟槽平面层(1)及带沟槽平面层(2)由氧化铝陶瓷材料或氮化铝陶瓷材料制成。2.根据权利要求1所述的一种大功率LED用平板式陶瓷封装散热模组，其特征在于 所述的多层陶瓷沿厚度方向穿设有高导热柱(7)，沿宽度方向夹设有与高导热柱(7)相接 触的高导热板(3)。3.根据权利要求2所述的一种大功率LED用平板式陶瓷封装散热模组，其特征在于 所述多层陶瓷外侧的上、下陶瓷面(4、8)及所述沟槽的内陶瓷面(9)设有与高导热柱(7) 相接触的高导热散热板。4.根据权利要求1或2或3所述的一种大功率LED用平板式陶瓷封装散热模组，其特 征在于所述多层陶瓷的最上层陶瓷面上附着有至少一组LED芯片封装基座(5)及相配的 芯片贴片区(6)。5.根据权利要求1或2或3所述的一种大功率LED用平板式陶瓷封装散热模组，其特 征在于所述多层陶瓷的最上层陶瓷面上附着有至少一组LED灯粒焊接应用电路(5’ )及 相配的灯粒贴片区(6，)。6.根据权利要求2或3所述的一种大功率LED用平板式陶瓷封装散热模组，其特征在 于所述高导热柱(7)和高导热板(3)由金属如钨、钼、银或铜填充而成。7.根据权利要求6所述的一种大功率LED用平板式陶瓷封装散热...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴崇隽，张耀华，谢俊超，
申请(专利权)人：珠海粤科京华科技有限公司，
类型：发明
国别省市：44[]
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