項(xiàng)目名稱(chēng)：
大功率COB UV-LED光源模組
申報(bào)單位：
樂(lè)健科技（珠海）有限公司
綜合介紹或申報(bào)理由：
UV-LED是新近發(fā)展起來(lái)的固態(tài)LED光源，其光譜波段集中在UV范圍內(nèi)。近年來(lái)隨著LED技術(shù)的快速發(fā)展和LED芯片的發(fā)光效率與封裝技術(shù)的不斷提高，其巨大的應(yīng)用價(jià)值正日益引起人們的高度關(guān)注，成為了全球半導(dǎo)體領(lǐng)域研究和投資的新熱點(diǎn)。相對(duì)于傳統(tǒng)UV光源而言，UV-LED具有功耗低、發(fā)光響應(yīng)快、可靠性高、輻射效率高、壽命長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境無(wú)污染及結(jié)構(gòu)緊湊等諸多獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)勢(shì)，有望成為取代現(xiàn)有UV高壓水銀燈的首選。
主要技術(shù)參數(shù)：
產(chǎn)品特性（Features）：
高功率 (high power)
高輻射功率密度(High radiant power density)
石英透鏡保護(hù) (Quartz glass protection)
低熱阻（low thermal impedance）
應(yīng)用范圍（ Application） 柔版印刷、標(biāo)簽印刷、曝光機(jī)等UV LED固化光源 curing light source such as flexographic printing, Label Printing, exposure machine etc.
與國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品或同類(lèi)技術(shù)的比較情況：
UV-LED封裝是一個(gè)涉及到多學(xué)科（如光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、機(jī)械、材料等）的研究課題。從某種角度而言，良好的封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要對(duì)熱學(xué)、光學(xué)和材料等物理本質(zhì)的理解和應(yīng)用。因此，UV-LED器件的封裝設(shè)計(jì)應(yīng)與芯片設(shè)計(jì)應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，并且需要對(duì)光、熱、電、結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行綜合考慮。其中，光是UV-LED封裝的目的，熱是關(guān)鍵。電、機(jī)械和材料是手段，而性能是其具體體現(xiàn)。
一、散熱基板方案
對(duì)于散熱基板而言，目前國(guó)內(nèi)外研究得比較多的有FR-4PCB（Printed Circuit Board，印刷電路板）和MCPCB（Metal Core PCB，MCPCB，金屬基印刷電路板），熱導(dǎo)率為0.25-10W/(m·K)，對(duì)于小功率電子元器件，尚能夠滿(mǎn)足其散熱要求，但是對(duì)于30W以上的大功率電子元器件，普通PCB板便不能夠滿(mǎn)足散熱要求。本產(chǎn)品借鑒熱電分離式設(shè)計(jì)理念，利用金屬凸臺(tái)或高導(dǎo)熱陶瓷（Al2O3或AlN）充當(dāng)微散熱器，使UV-LED模組在工作過(guò)程所產(chǎn)生的熱量能夠沿著微散熱器迅速向外界擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，避免因散熱不良而導(dǎo)致元器件可靠性降低而造成過(guò)早失效的風(fēng)險(xiǎn)。
若使用金屬凸臺(tái)充當(dāng)微散熱器，那么基板的導(dǎo)熱率可高達(dá)380W/m·K，熱阻則低至0.1℃/W；若使用氮化鋁陶瓷作為封裝散熱基板材料，可采用DBC/AMB高溫鍵合工藝或DPC薄膜工藝完成陶瓷基板表面銅和線(xiàn)路的制作?；逭w導(dǎo)熱率高達(dá)170-230W/m·K，熱阻則低至0.32℃/W以下。
上述兩種類(lèi)型的散熱基板均可為模組的高效散熱提供了良好的散熱載體，有效降低LED芯片結(jié)溫，提升LED輻射功率密度和穩(wěn)定性。
1、微散熱器高導(dǎo)熱金屬基板
1.1方案描述
此類(lèi)基板利用蝕刻或沖壓的方式在金屬底座上制作金屬凸臺(tái)以充當(dāng)金屬微散熱器，然后再利用壓合技術(shù)將FR4與金屬基座連為一個(gè)有機(jī)的整體，最后利用圖形轉(zhuǎn)移的方式完成面板表面的線(xiàn)路圖形制作。FR4僅承當(dāng)電氣連接功能，而金屬凸臺(tái)則為芯片提供快速的散熱通道。
2、高導(dǎo)熱高絕緣陶瓷系列基板方案
2.1方案描述：
此類(lèi)基板將導(dǎo)熱率較高的ALN陶瓷（≥170 W/m·K）嵌入傳統(tǒng)FR4的熱電分離式結(jié)構(gòu)的散熱管理解決方案，將LED燈珠安裝于導(dǎo)熱率較高的ALN陶瓷表面，以便迅速地將熱量導(dǎo)出，F(xiàn)R4部分僅起到電氣連通的作用。
2.2基板結(jié)構(gòu)及實(shí)物：
經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)分析：
一、模組的技術(shù)特點(diǎn) 1、摒棄傳統(tǒng)的有機(jī)膠封裝方式，代之以陶瓷基板、金屬鋁框與UV-LED芯片三者之間具有完全氣密性的封裝結(jié)構(gòu)，避免有機(jī)膠黃化和膠裂等可靠性不足、有機(jī)封裝物質(zhì)界面熱應(yīng)力以及雜質(zhì)入侵導(dǎo)致的失效等問(wèn)題，并可有效地解決覆蓋硅膠方式所帶來(lái)的透光性受損及熱阻增大等技術(shù)問(wèn)題。 2、模組通過(guò)貫穿金屬支撐板和陶瓷基板的安裝孔進(jìn)行安裝，利用金屬支撐板對(duì)陶瓷基板實(shí)施保護(hù)，從而達(dá)到避免陶瓷在安裝過(guò)程中不會(huì)因機(jī)械應(yīng)力而脆裂。 3、對(duì)封裝玻璃透鏡指定的部位選擇性地實(shí)施金屬化，從而使玻璃透鏡與封裝基板的接觸部位可通過(guò)SMT工藝進(jìn)行焊接，避免硅膠或環(huán)氧樹(shù)脂膠在UV環(huán)境下（特別是365nm以下的波長(zhǎng)）長(zhǎng)時(shí)間工作條件下老化失效問(wèn)題，從而增強(qiáng)UV-LED的穩(wěn)定性，大幅延長(zhǎng)UV-LED的使用壽命。
二、UV-LED芯片結(jié)溫仿真
選取目前生產(chǎn)中最常用到的導(dǎo)電銀膠做固晶材料，比較不同基板材料對(duì)大功率LED散熱性能的影響。進(jìn)行基本的對(duì)比分析時(shí)忽略熱量通過(guò)密封材料向上的傳播。固晶層厚度為0.1mm，由于點(diǎn)膠固晶時(shí)芯片的作用力，使固晶層呈半徑為0.75mm的圓。選擇分析類(lèi)型、設(shè)定單元類(lèi)型、定義實(shí)常數(shù)、輸入材料屬性、創(chuàng)建幾何模型并劃分網(wǎng)格，所得有限元模型如圖3-1所示。
在劃分網(wǎng)格后的有限元模型的芯片主體上施加熱載荷，計(jì)算求解獲得使用不同基板材料的溫度分布。其中，圖3-2至圖3-4分別是采用普通鋁基板、高導(dǎo)熱高絕緣陶瓷系列基板及微散熱器高導(dǎo)熱金屬基板的溫度分布圖。
比較采用不同基板的溫度分布圖，芯片作為熱源，其溫度最高，是大功率LED封裝最為關(guān)鍵的溫度。普通鋁基板、高導(dǎo)熱高絕緣陶瓷系列基板、微散熱器高導(dǎo)熱金屬基板的最高溫度分別為143.479℃、50.239℃和37.642℃，其熱導(dǎo)率依次增高，最高溫度依次降低。由此可見(jiàn)，與普通金屬基板相比，高導(dǎo)熱高絕緣陶瓷系列基板和微散熱器高導(dǎo)熱金屬基板市可為UV-LED光源模組提供理想的散熱通道。
表3-1 不同類(lèi)型的散熱基板對(duì)芯片結(jié)溫的影響
技術(shù)及工藝創(chuàng)新要點(diǎn)：
本項(xiàng)目以UV-LED模組為研究對(duì)象，圍繞其散熱問(wèn)題及結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)展開(kāi)研究。相對(duì)于普通的UV-LED模組而言，本項(xiàng)目的技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)如下：
1、使用氮化鋁陶瓷作為封裝散熱基板材料，可采用DBC/AMB高溫鍵合工藝或DPC薄膜工藝完成陶瓷基板表面銅和線(xiàn)路的制作?；逭w導(dǎo)熱率高達(dá)170-230W/m·K，熱阻則低至0.32℃/W以下，為模組的高效散熱提供了良好的散熱載體，有效降低LED芯片結(jié)溫，提升LED輻射功率密度和穩(wěn)定性。
2、摒棄傳統(tǒng)的有機(jī)膠封裝方式，代之以陶瓷基板、金屬鋁框與UV-LED芯片三者之間具有完全氣密性的封裝結(jié)構(gòu)，避免有機(jī)膠黃化和膠裂等可靠性不足、有機(jī)封裝物質(zhì)界面熱應(yīng)力以及雜質(zhì)入侵導(dǎo)致的失效等問(wèn)題，并可有效地解決覆蓋硅膠方式所帶來(lái)的透光性受損及熱阻增大等技術(shù)問(wèn)題。
3、模組通過(guò)貫穿金屬支撐板和陶瓷基板的安裝孔進(jìn)行安裝，利用金屬支撐板對(duì)陶瓷基板實(shí)施保護(hù)，從而達(dá)到避免陶瓷在安裝過(guò)程中不會(huì)因機(jī)械應(yīng)力而脆裂。
4、對(duì)封裝玻璃透鏡指定的部位選擇性地實(shí)施金屬化，從而使玻璃透鏡與封裝基板的接觸部位可通過(guò)SMT工藝進(jìn)行焊接，避免硅膠或環(huán)氧樹(shù)脂膠在UV環(huán)境下（特別是365nm以下的波長(zhǎng)）長(zhǎng)時(shí)間工作條件下老化失效問(wèn)題，從而增強(qiáng)UV-LED的穩(wěn)定性，大幅延長(zhǎng)UV-LED的使用壽命。
基于熱學(xué)及光學(xué)的仿真模擬，從封裝材料的選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面著手，尋求提升UV-LED光輻射功率及可靠性的方法，為UV-LED的固化、印刷、曝光等應(yīng)用場(chǎng)合提供高輻射功率密度和可靠性良好的UV-LED光源模組。
實(shí)際運(yùn)用案例和用戶(hù)評(píng)價(jià)意見(jiàn)：
2016年3月2日-3月4日深圳市某LED制造商攜新產(chǎn)品COB排布UV-LED標(biāo)簽印刷固化燈參加了在廣州琶洲舉辦的國(guó)際標(biāo)簽印刷展。
獲獎(jiǎng)、專(zhuān)利情況：
從2011年1月至今，樂(lè)健已獲得各類(lèi)授權(quán)專(zhuān)利57項(xiàng)，其中國(guó)內(nèi)發(fā)明專(zhuān)利10項(xiàng)，美國(guó)發(fā)明專(zhuān)利1項(xiàng)、實(shí)用新型專(zhuān)利41項(xiàng)及外觀(guān)專(zhuān)利5項(xiàng)。
申報(bào)單位介紹：
樂(lè)健科技（珠海）有限公司成立于2001年，是一家外商獨(dú)資的高新技術(shù)企業(yè)，在LED散熱管理領(lǐng)域，擁有極其豐富研發(fā)、設(shè)計(jì)及制造經(jīng)驗(yàn)。公司以專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)及制造大功率LED散熱基板為主營(yíng)業(yè)務(wù)，集LED模組的研發(fā)、制造、銷(xiāo)售、售后服務(wù)于一體，是LED行業(yè)中技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的LED熱解決方案的領(lǐng)頭羊。樂(lè)健科技有限公司自成立以來(lái)一直專(zhuān)注于高導(dǎo)熱率與高反射率LED封裝基板的設(shè)計(jì)與研究以及其LED模組的的制作，尤其在LED封裝散熱管理的創(chuàng)新和研發(fā)制作上做出了突出的業(yè)績(jī)。從2008年到2015年上半年，公司投入大量的人力物力對(duì)LED散熱基板展開(kāi)卓有成效的開(kāi)發(fā)工作，并且研發(fā)出了一批高水平具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，例如面對(duì)中小功率LED的MHE?301系列，針對(duì)高光密需求的MHE?601系列以及針對(duì)高功率COB封裝的MHE?901系列。2008年至今，針對(duì)大功率、高光密LED的散熱基板生產(chǎn)量增長(zhǎng)逐年增加，產(chǎn)品銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)不僅覆蓋中國(guó)大陸、港澳臺(tái)地區(qū)，而且遠(yuǎn)銷(xiāo)美國(guó)、日本、德、英、法等國(guó)。在供應(yīng)鏈方面，產(chǎn)品已經(jīng)涉及到、醫(yī)療設(shè)備、家電等領(lǐng)域，并且在今后幾年會(huì)逐步滲透到其他領(lǐng)域。
樂(lè)健科技經(jīng)過(guò)自身長(zhǎng)期堅(jiān)持不懈的努力，目前已經(jīng)獲得2016年廣東省高新技術(shù)企業(yè)、廣東省清潔生產(chǎn)企業(yè)、中國(guó)清潔能源二十強(qiáng)企業(yè)、廣東省LED封裝散熱基板工程技術(shù)研究中心、珠海市重點(diǎn)企業(yè)技術(shù)中心、廣東省名牌產(chǎn)品、LED首創(chuàng)企業(yè)獎(jiǎng)&首創(chuàng)技術(shù)類(lèi)金獎(jiǎng)及歐司朗LLFY項(xiàng)目正式會(huì)員等榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。在2015年福布斯中國(guó)非上市潛力企業(yè)100強(qiáng)榜單中，樂(lè)健科技位列第89位，是僅有的三家LED企業(yè)代表之一，并且是唯獨(dú)上榜的LED領(lǐng)域的PCB企業(yè)；連續(xù)6年獲得珠海市納稅超1000萬(wàn)元企業(yè)稱(chēng)號(hào)。經(jīng)2012年年初步認(rèn)定，公司發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)是：成為集研發(fā)、制造、生產(chǎn)、銷(xiāo)售一體化，為L(zhǎng)ED封裝提供高效與優(yōu)質(zhì)的散熱管理解決方案，在LED行業(yè)中有突出影響、技術(shù)領(lǐng)先的科技開(kāi)發(fā)型企業(yè)，并向國(guó)際化進(jìn)軍，提升我國(guó)在國(guó)際LED領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力。樂(lè)健科技有限公司正是以不斷創(chuàng)新的科技精神，以高效LED散熱基板和模組為主導(dǎo)產(chǎn)品，運(yùn)用新材料、新技術(shù)，不斷地開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品及高新技術(shù)產(chǎn)品。
公司秉承“實(shí)事求是、誠(chéng)信負(fù)責(zé)、科技創(chuàng)新、卓越產(chǎn)品、專(zhuān)業(yè)服務(wù)、共同發(fā)展”的經(jīng)營(yíng)理念，形成了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)管理體系。公司以人為本，提倡團(tuán)隊(duì)精神，唯才是舉、應(yīng)人而用。通過(guò)建立按貢獻(xiàn)定酬謝的激勵(lì)機(jī)制，創(chuàng)造人盡其用的寬松環(huán)境，吸引優(yōu)秀人才的加盟。通過(guò)引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，實(shí)行全員聘用制、競(jìng)爭(zhēng)上崗制和崗位淘汰制，不斷提高技術(shù)、管理人員的整體素質(zhì)。
產(chǎn)品圖片：
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