一種紫外發光器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種紫外發光器，包括封裝支架和紫外發光芯片，所述紫外發光芯片焊接于所述封裝支架上，所述紫外發光器包括位于封裝支架底部的散熱裝置。本發明紫外發光器的紫外發光芯片直接焊接于封裝支架上，因而，紫外發光芯片產生的熱量可以直接通過封裝支架散出，散熱裝置可以進一步提高紫外發光芯片的散熱效率，進而提高紫外發光器的出光效率。
【專利說明】一種紫外發光器
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及半導體光電器件技術領域，尤其涉及一種及紫外發光器。
[0003]
【背景技術】
[0004]紫外線對細菌、病毒的殺滅作用一般在幾秒內完成，紫外線消毒技術在所有消毒技術中，殺菌廣譜性最高，幾乎對所有的細菌、病毒都有高效殺滅作用。傳統紫外光源是氣體激光器和汞燈，存在著低效率、體積大、不環保和電壓高等缺點，而深紫外LED光源具有功耗低、壽命長、無污染等優點。但是，在發光波長小于280納米的深紫外領域，其發光二極管的發光功率和效率還相對很低。
[0005]目前國內外普遍采用的紫外發光器的封裝形式如圖1和2所示，即將發射紫外光的紫外發光芯片4首先通過金熱超聲焊(FlipChip Bonding)的方式倒裝在倒裝襯底3上，然后再通過銀漿2貼片方式固定在封裝支架I上面。注入紫外透光的樹脂6進行局部填充或完全覆蓋芯片4，或者完全裸露芯片4在空氣中。再將紫外發光器4的正、負極通過引線15穿過支架I與設置在支架I底部的電極管腳11相連接，最后，在支架I的頂部安裝透光的平窗或者透鏡窗5，從而將紫外發光芯片4和倒裝襯底3封裝于由支架I和透鏡窗5所形成的封裝腔室中，完成最后的紫外發光器的封裝整體結構。
[0006]這兩種封裝方式都采用倒裝芯片(Flipchip Bonding)的普通平面結構，即上面出光的外延襯底是平片結構，下面倒裝襯底3是通過銀漿2固定在支架上，將空氣或者樹脂6作為芯片4和封裝窗口 5之間的界面，實現紫外發光器的出光。對于這兩種封裝方式，出光效率大大受到影響。原因是:
(I)散熱性差導致出光效率低:紫外發光芯片4通過倒裝襯底和銀漿2固定于封裝支架I內，銀漿2本身的散熱性能遠小于金屬的散熱性能，因此，這種通過銀漿2的間接散熱方式會導致發光器內部熱量散發緩慢，從而限制了紫外發光器的出光效率。
[0007](2)全反射現象導致出光效率低:由于空氣的折射率為I，樹脂6折射率是1.4左右，而藍寶石襯底的折射率通常大于2，導致芯片藍寶石襯底面/氣體(樹脂6)界面出現嚴重的全反射現象，限制了芯片的出光效率;芯片發出的紫外光在石英或藍寶石窗口 5外部空氣界面會再次生成全反射，二次降低了出光效率。
[0008]基于此，目前迫切需要進一步開發新型的紫外發光器的芯片結構和具有高出光效率的紫外發光器的封裝方式。
[0009]
【發明內容】
[0010]本發明提供了一種紫外發光芯片，實現提高發光二極管結構的光導出效率。
[0011]為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案予以實現: 本發明提出了一種紫外發光器，包括封裝支架和紫外發光芯片，所述紫外發光芯片焊接于所述封裝支架上，所述紫外發光器包括位于封裝支架底部的散熱裝置，散熱裝置可以加強紫外發光器的散熱，提高出光效率。
[0012]進一步的，所述散熱裝置包括散熱槽，所述封裝支架的底部位于所述散熱槽內，所述封裝支架的底部與所述散熱件之間設置有相變材料，所述封裝支架的底部設置有孔隙。在紫外發光器的溫度大于相變材料的相變溫度時，相變材料相變為液體，封裝支架底部的孔隙被液體填滿，增加導熱性，進一步加快了散熱效果，提高紫外發光器的出光效率。
[0013]如上所述的紫外發光器，所述散熱裝置包括設置于所述封裝支架的底部的散熱管路，所述散熱管路內具有散熱介質，所述散熱管路具有流入口和流出口。在散熱管路中設置散熱介質，進一步加快了散熱效果，提高紫外發光器的出光效率。
[0014]進一步的，所述紫外發光器包括換熱器，所述換熱器與所述散熱管路的流入口和流出口連通，所述換熱器與所述流入口或流出口之間設置有用于使散熱介質循環的部件。可以進一步加快散熱效率，提高紫外發光器的出光效率。
[0015]如上所述的紫外發光器，所述紫外發光器包括用于對紫外發光芯片進行密封的光介質，所述光介質位于所述封裝支架內，所述光介質上設置有透光窗，所述透光窗上設置有若干微米級或納米級凸起結構。提高紫外發光器的出光效率。
[0016]如上所述的紫外發光器，所述透光窗為平面窗或半透鏡，所述半透鏡靠近紫外發光芯片的平面上設置有若干微米級或納米級凸起結構。
[0017]如上所述的紫外發光器，所述紫外發光芯片的襯底上生成若干微米級或納米級凸起結構。以進一步提高紫外發光器的出光效率。
[0018]如上所述的紫外發光器，所述封裝支架的內底壁設置有反射層，反射層將紫外發光芯片發射至封裝支架的內底壁方向的光反射至紫外發光器出光面，提高紫外發光器的出光效率。
[0019]進一步的，所述封裝支架的內底壁上設置有電極，所述電極的表面設置有反射層。
[0020]如上所述的紫外發光器，所述封裝支架的側壁為喇叭口狀，所述封裝支架側壁的內側壁上設置有反射層，反射層將紫外發光芯片發射至封裝支架的內側壁方向的光反射至紫外發光器出光面，提高紫外發光器的出光效率。
[0021]與現有技術相比，本發明的優點和積極效果是:本發明紫外發光器包括封裝支架和紫外發光芯片，紫外發光芯片直接焊接于封裝支架上，因而，紫外發光芯片產生的熱量可以直接通過封裝支架散出，可以提高紫外發光芯片的散熱效率，進而提高紫外發光器的出光效率。紫外發光器包括位于封裝支架底部的散熱裝置，散熱裝置可以加強紫外發光器的散熱，提高出光效率。
[0022]結合附圖閱讀本發明的【具體實施方式】后，本發明的其他特點和優點將變得更加清
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【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為現有紫外發光器的第一種封裝方式的結構示意圖。
[0025]圖2為現有紫外發光器的第二種封裝方式的結構示意圖。
[0026]圖3為本發明具體實施例第一種封裝方式的結構示意圖。
[0027]圖4為本發明具體實施例第二種封裝方式的結構示意圖。
[0028]圖5為本發明具體實施例第三種封裝方式的結構示意圖。
[0029]圖6為本發明具體實施例第四種封裝方式的結構示意圖。
[0030]圖7為本發明具體實施例第五種封裝方式的結構示意圖。
[0031 ]圖8為本發明具體實施例第六種封裝方式的結構示意圖。
[0032]圖9為本發明具體實施例第七種封裝方式的結構示意圖。
[0033]圖10為本發明具體實施例第八種封裝方式的結構示意圖。
[0034]圖11為本發明具體實施例第九種封裝方式的結構示意圖。
[0035]圖12為本發明具體實施例第十種封裝方式的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0036]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0037]實施例一
如圖3所示，本實施例紫外發光器，包括封裝支架I和紫外發光芯片4，紫外發光芯片4直接焊接于封裝支架I上。為了減小紫外發光芯片4和封裝支架I之間的散熱通道，本實施例紫外發光器的封裝方式取消了傳統紫外發光芯片的倒裝襯底和金線鍵合工藝和結構，而是采用了直接焊接方式將紫外發光芯片4直接和封裝支架I焊接在一起。同時，紫外發光器包括位于封裝支架I底部的散熱裝置。因而，減少了紫外發光芯片4的散熱的通道，提高了散熱效果，提高了發光器的效率和壽命，尤其是在大功率大電流的紫外發光器應用范圍的應用。
[0038]具體而言，本實施例紫外發光器的紫外發光芯片4包括襯底41、發光器件42、P-電極43和N-電極44，發光器件42設置在襯底41上，P-電極43和N-電極44分別與發光器件42連接。封裝支架I上具有電極10，封裝支架I的底部外側具有焊接電極11，電極10與焊接電極11導通。紫外發光芯片4的P-電極43和N-電極44直接通過焊材7焊接在封裝支架I的電極10上。本實施例紫外發光芯片4與封裝支架I的裝配方式減少了紫外發光芯片4與封裝支架I之間的散熱通道。焊接的方式可以是金金、金錫、錫錫等方式，這些都比銀漿的導熱性要好。
[0039]本實施例的散熱裝置包括設置于封裝支架I底部的散熱管路(圖中未示出)，本實施例的散熱管路設置于封裝支架I內，散熱管路優選為循環管路，散熱管路內具有散熱介質，散熱管路具有流入口 500和流出口 600，流入口 500和流出口 600設置于封裝支架I的底部。散熱介質可以從流入口 500流入散熱管路，在散熱管路中流動的過程中，吸收封裝支架I的熱量，并從流出口 600流出，從而降低紫外發光器的溫度，進一步加快了散熱效果，提高紫外發光器的出光效率。
[0040]當然，散熱管路也可為設置于封裝支架I底部的表面，也可起到提高散熱效果的作用。
[0041]為了進一步提高散熱效率，本實施例所述紫外發光器包括換熱器(圖中未示出)，換熱器與散熱管路的流入口 500和流出口 600連通，換熱器與流入口 500或流出口 600之間設置有用于使散熱介質循環的部件(圖中未示出)。可以進一步加快散熱效率，提高紫外發光器的出光效率。其中，用于使散熱介質循環的部件可以根據散熱介質進行選擇，例如，散熱介質為空氣時，用于使散熱介質循環的部件為風扇，散熱介質為液體時，用于使散熱介質循環的部件為循環栗。
[0042]為了進一步減小紫外發光芯片4的襯底41對光線產生全反射，本實施例對紫外發光芯片4的襯底41的發光面進行特殊加工，生成多個納米級或微米級的凸起結構8，這樣紫外發光芯片4發出的紫外線光就可以減少損失順利透過襯底41，進一步提高了紫外發光器件的出光效率。其中，凸起結構8可以為半球形、圓錐臺、椎體、多棱錐臺等結構，但并不限定于上述結構。
[0043]本實施例的紫外發光器包括用于對紫外發光芯片4進行密封的光介質6和透光窗5，光介質6位于封裝支架I內，光介質6上設置有透光窗5。密封的光介質6可以采用玻璃膠或者金錫金金共晶焊接或硅膠等方式，防止外界的空氣和水氣滲透到紫外發光器的工作環境中，造成紫外發光器短路或者衰竭。
[0044]本實施例由于紫外發光器的封裝方式取消了傳統紫外發光芯片的倒裝襯底和金線鍵合工藝和結構，還可以避免打金線產生的吸光問題，進一步提高了紫外發光器的出光效率。
[0045]實施例二
基于上述實施例一，本實施例為了解決全反射造成的光損失，本實施例對透光窗5進行半導體工藝處理，在透光窗上形成若干微米級或納米級的凸起結構5-1，以減少全反射，提高出光效率。其中，凸起結構5-1可以為半球形、圓錐臺、椎體、多棱錐臺等結構，但并不限定于上述結構。
[0046]具體的，如圖4所示，本實施例的透光窗5可以為平面窗，平面窗上設置有若干微米級或納米級凸起結構5-1。
[0047]如圖5所示，本實施例的透光窗5還可以為5半透鏡，5半透鏡靠近紫外發光芯片的平面上設置有若干微米級或納米級凸起結構5-1。
[0048]本實施例紫外發光芯片4的襯底41上的凸起結構8、透光窗5上的凸起結構5-1以及半透鏡能夠對紫外光產生協同效應能夠大大提高紫外光的輸出，經實驗驗證此結構至少提高了 10%的出光效率。
[0049]實施例三
基于上述實施例一或實施例二，如圖6所示，為了增加紫外發光器的出光，本實施例在封裝支架I的內底壁設置有反射層13。優選的，反射層13位于封裝支架I的內底壁的電極10上。反射層13可以將紫外發光芯片4發射至封裝支架I的內底壁方向的光反射至紫外發光器出光面，提高紫外發光器的出光效率。
[0050]實施例四
基于上述實施例一或實施例二或實施例三，為了進一步改善紫外發光器件封裝結構內部的光反射功能，如圖7所示，本實施例封裝支架I的側壁為喇叭口狀，封裝支架I側壁的內側面上設置有反射層12。優選的，反射層12與封裝支架I的底壁之間的夾角在110°-130°之間。反射層12形成了紫外光的內部反射通道，對紫外發光芯片4向側面方向的出光以及從上部透光窗5反射回封裝支架I內部的光進行二次反射，增加出光量，提高紫外發光器的出光效率。
[0051 ] 實施例五
本實施例與實施例一、二、三、四的區別在于散熱裝置，如圖8-12所示，本實施例的紫外發光器的散熱裝置包括散熱槽400，封裝支架I的底部位于散熱槽400內，散熱槽400可以提高封裝支架I的散熱，以降低紫外發光芯片4的工作溫度，提高紫外發光器的出光效率和工作壽命。
[0052]為了進一步提高散熱效率，本實施例在封裝支架I的底部與散熱槽400之間設置有相變材料300，封裝支架I的底部設置有孔隙。在紫外發光器的溫度小于相變材料300的溫度時，相變材料300為固體，紫外發光器通過相變材料300和散熱件400散熱。在紫外發光器的溫度大于相變材料300的相變溫度時，相變材料300相變為液體，封裝支架I底部的孔隙被液體填滿，增加導熱性，進一步加快了散熱效果，提高紫外發光器的出光效率。本實施例優選的相變材料為:含有質量比27 %的六水氯化鈣、23 %的六水氯化鍶、7.5 %的馬來酸酐、6.5 %的甲酸鈉、7.5%的氯化鈉、3.5%的過硫酸鉀和25%的水。該相變材料相變溫度在40°C，相變潛熱為203KJ/KG，相變過程可逆，可循環使用次數為10000次以上。
[0053]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制;盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。
【主權項】
1.一種紫外發光器，其特征在于，包括封裝支架和紫外發光芯片，所述紫外發光芯片焊接于所述封裝支架上，所述紫外發光器包括位于封裝支架底部的散熱裝置。2.根據權利要求1所述的紫外發光器，其特征在于，所述散熱裝置包括散熱槽，所述封裝支架的底部位于所述散熱槽內，所述封裝支架的底部與所述散熱件之間設置有相變材料，所述封裝支架的底部設置有孔隙。3.根據權利要求1所述的紫外發光器，其特征在于，所述散熱裝置包括設置于所述封裝支架的底部的散熱管路，所述散熱管路內具有散熱介質，所述散熱管路具有流入口和流出□ O4.根據權利要求3所述的紫外發光器，其特征在于，所述紫外發光器包括換熱器，所述換熱器與所述散熱管路的流入口和流出口連通，所述換熱器與所述流入口或流出口之間設置有用于使散熱介質循環的部件。5.根據權利要求1-4任意一項所述的紫外發光器，其特征在于，所述紫外發光器包括用于對紫外發光芯片進行密封的光介質，所述光介質位于所述封裝支架內，所述光介質上設置有透光窗，所述透光窗上設置有若干微米級或納米級凸起結構。6.根據權利要求5所述的紫外發光器，其特征在于，所述透光窗為平面窗或半透鏡，所述半透鏡靠近紫外發光芯片的平面上設置有若干微米級或納米級凸起結構。7.根據權利要求5所述的紫外發光器，其特征在于，所述紫外發光芯片的襯底上生成若干微米級或納米級凸起結構。8.根據權利要求1-4任意一項所述的紫外發光器，其特征在于，所述封裝支架的內底壁設置有反射層。9.根據權利要求8所述的紫外發光器，其特征在于，所述封裝支架的內底壁上設置有電極，所述電極的表面設置有反射層。10.根據權利要求1-5任意一項所述的紫外發光器，其特征在于，所述封裝支架的側壁為喇叭口狀，所述封裝支架側壁的內側面上設置有反射層。
【文檔編號】H01L33/48GK105932146SQ201610417723
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月15日
【發明人】武帥, 鄭遠志, 梁旭東, 張國華
【申請人】青島杰生電氣有限公司