项目名称：

大功率COB UV-LED光源模组

申报单位：

乐健科技（珠海）有限公司

综合介绍或申报理由：

UV-LED是新近发展起来的固态LED光源，其光谱波段集中在UV范围内。近年来随着LED技术的快速发展和LED芯片的发光效率与封装技术的不断提高，其巨大的应用价值正日益引起人们的高度关注，成为了全球半导体领域研究和投资的新热点。相对于传统UV光源而言，UV-LED具有功耗低、发光响应快、可靠性高、辐射效率高、寿命长、对环境无污染及结构紧凑等诸多独一无二的优势，有望成为取代现有UV高压水银灯的首选。

主要技术参数：

产品特性（Features）：

高功率 (high power)

高辐射功率密度(High radiant power density)

石英透镜保护 (Quartz glass protection)

低热阻（low thermal impedance）

应用范围（ Application） 柔版印刷、标签印刷、曝光机等UV LED固化光源 curing light source such as flexographic printing, Label Printing, exposure machine etc.

与国内外同类产品或同类技术的比较情况：

UV-LED封装是一个涉及到多学科（如光学、热学、电学、机械、材料等）的研究课题。从某种角度而言，良好的封装结构设计需要对热学、光学和材料等物理本质的理解和应用。因此，UV-LED器件的封装设计应与芯片设计应同时进行，并且需要对光、热、电、结构等方面进行综合考虑。其中，光是UV-LED封装的目的，热是关键。电、机械和材料是手段，而性能是其具体体现。 一、散热基板方案 对于散热基板而言，目前国内外研究得比较多的有FR-4PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）和MCPCB（Metal Core PCB，MCPCB，金属基印刷电路板），热导率为0.25-10W/(m·K)，对于小功率电子元器件，尚能够满足其散热要求，但是对于30W以上的大功率电子元器件，普通PCB板便不能够满足散热要求。本产品借鉴热电分离式设计理念，利用金属凸台或高导热陶瓷（Al2O3或AlN）充当微散热器，使UV-LED模组在工作过程所产生的热量能够沿着微散热器迅速向外界扩散开来，避免因散热不良而导致元器件可靠性降低而造成过早失效的风险。 若使用金属凸台充当微散热器，那么基板的导热率可高达380W/m·K，热阻则低至0.1℃/W；若使用氮化铝陶瓷作为封装散热基板材料，可采用DBC/AMB高温键合工艺或DPC薄膜工艺完成陶瓷基板表面铜和线路的制作。基板整体导热率高达170-230W/m·K，热阻则低至0.32℃/W以下。 上述两种类型的散热基板均可为模组的高效散热提供了良好的散热载体，有效降低LED芯片结温，提升LED辐射功率密度和稳定性。 1、微散热器高导热金属基板 1.1方案描述 此类基板利用蚀刻或冲压的方式在金属底座上制作金属凸台以充当金属微散热器，然后再利用压合技术将FR4与金属基座连为一个有机的整体，最后利用图形转移的方式完成面板表面的线路图形制作。FR4仅承当电气连接功能，而金属凸台则为芯片提供快速的散热通道。 2、高导热高绝缘陶瓷系列基板方案 2.1方案描述： 此类基板将导热率较高的ALN陶瓷（≥170 W/m·K）嵌入传统FR4的热电分离式结构的散热管理解决方案，将LED灯珠安装于导热率较高的ALN陶瓷表面，以便迅速地将热量导出，FR4部分仅起到电气连通的作用。 2.2基板结构及实物：

经济评价分析：

一、模组的技术特点 1、摒弃传统的有机胶封装方式，代之以陶瓷基板、金属铝框与UV-LED芯片三者之间具有完全气密性的封装结构，避免有机胶黄化和胶裂等可靠性不足、有机封装物质界面热应力以及杂质入侵导致的失效等问题，并可有效地解决覆盖硅胶方式所带来的透光性受损及热阻增大等技术问题。 2、模组通过贯穿金属支撑板和陶瓷基板的安装孔进行安装，利用金属支撑板对陶瓷基板实施保护，从而达到避免陶瓷在安装过程中不会因机械应力而脆裂。 3、对封装玻璃透镜指定的部位选择性地实施金属化，从而使玻璃透镜与封装基板的接触部位可通过SMT工艺进行焊接，避免硅胶或环氧树脂胶在UV环境下（特别是365nm以下的波长）长时间工作条件下老化失效问题，从而增强UV-LED的稳定性，大幅延长UV-LED的使用寿命。

二、UV-LED芯片结温仿真 选取目前生产中最常用到的导电银胶做固晶材料，比较不同基板材料对大功率LED散热性能的影响。进行基本的对比分析时忽略热量通过密封材料向上的传播。固晶层厚度为0.1mm，由于点胶固晶时芯片的作用力，使固晶层呈半径为0.75mm的圆。选择分析类型、设定单元类型、定义实常数、输入材料属性、创建几何模型并划分网格，所得有限元模型如图3-1所示。 在划分网格后的有限元模型的芯片主体上施加热载荷，计算求解获得使用不同基板材料的温度分布。其中，图3-2至图3-4分别是采用普通铝基板、高导热高绝缘陶瓷系列基板及微散热器高导热金属基板的温度分布图。 比较采用不同基板的温度分布图，芯片作为热源，其温度最高，是大功率LED封装最为关键的温度。普通铝基板、高导热高绝缘陶瓷系列基板、微散热器高导热金属基板的最高温度分别为143.479℃、50.239℃和37.642℃，其热导率依次增高，最高温度依次降低。由此可见，与普通金属基板相比，高导热高绝缘陶瓷系列基板和微散热器高导热金属基板市可为UV-LED光源模组提供理想的散热通道。 表3-1 不同类型的散热基板对芯片结温的影响

技术及工艺创新要点：

本项目以UV-LED模组为研究对象，围绕其散热问题及结构方面的优化设计展开研究。相对于普通的UV-LED模组而言，本项目的技术的创新点如下：

1、使用氮化铝陶瓷作为封装散热基板材料，可采用DBC/AMB高温键合工艺或DPC薄膜工艺完成陶瓷基板表面铜和线路的制作。基板整体导热率高达170-230W/m·K，热阻则低至0.32℃/W以下，为模组的高效散热提供了良好的散热载体，有效降低LED芯片结温，提升LED辐射功率密度和稳定性。

2、摒弃传统的有机胶封装方式，代之以陶瓷基板、金属铝框与UV-LED芯片三者之间具有完全气密性的封装结构，避免有机胶黄化和胶裂等可靠性不足、有机封装物质界面热应力以及杂质入侵导致的失效等问题，并可有效地解决覆盖硅胶方式所带来的透光性受损及热阻增大等技术问题。

3、模组通过贯穿金属支撑板和陶瓷基板的安装孔进行安装，利用金属支撑板对陶瓷基板实施保护，从而达到避免陶瓷在安装过程中不会因机械应力而脆裂。

4、对封装玻璃透镜指定的部位选择性地实施金属化，从而使玻璃透镜与封装基板的接触部位可通过SMT工艺进行焊接，避免硅胶或环氧树脂胶在UV环境下（特别是365nm以下的波长）长时间工作条件下老化失效问题，从而增强UV-LED的稳定性，大幅延长UV-LED的使用寿命。 基于热学及光学的仿真模拟，从封装材料的选择与结构设计等方面着手，寻求提升UV-LED光辐射功率及可靠性的方法，为UV-LED的固化、印刷、曝光等应用场合提供高辐射功率密度和可靠性良好的UV-LED光源模组。

实际运用案例和用户评价意见：

2016年3月2日-3月4日深圳市某LED制造商携新产品COB排布UV-LED标签印刷固化灯参加了在广州琶洲举办的国际标签印刷展。

获奖、专利情况：

从2011年1月至今，乐健已获得各类授权专利57项，其中国内发明专利10项，美国发明专利1项、实用新型专利41项及外观专利5项。

申报单位介绍：

乐健科技（珠海）有限公司成立于2001年，是一家外商独资的高新技术企业，在LED散热管理领域，拥有极其丰富研发、设计及制造经验。公司以专业设计及制造大功率LED散热基板为主营业务，集LED模组的研发、制造、销售、售后服务于一体，是LED行业中技术创新驱动的LED热解决方案的领头羊。乐健科技有限公司自成立以来一直专注于高导热率与高反射率LED封装基板的设计与研究以及其LED模组的的制作，尤其在LED封装散热管理的创新和研发制作上做出了突出的业绩。从2008年到2015年上半年，公司投入大量的人力物力对LED散热基板展开卓有成效的开发工作，并且研发出了一批高水平具有市场竞争力的产品，例如面对中小功率LED的MHE?301系列，针对高光密需求的MHE?601系列以及针对高功率COB封装的MHE?901系列。2008年至今，针对大功率、高光密LED的散热基板生产量增长逐年增加，产品销售网络不仅覆盖中国大陆、港澳台地区，而且远销美国、日本、德、英、法等国。在供应链方面，产品已经涉及到、医疗设备、家电等领域，并且在今后几年会逐步渗透到其他领域。 乐健科技经过自身长期坚持不懈的努力，目前已经获得2016年广东省高新技术企业、广东省清洁生产企业、中国清洁能源二十强企业、广东省LED封装散热基板工程技术研究中心、珠海市重点企业技术中心、广东省名牌产品、LED首创企业奖&首创技术类金奖及欧司朗LLFY项目正式会员等荣誉称号。在2015年福布斯中国非上市潜力企业100强榜单中，乐健科技位列第89位，是仅有的三家LED企业代表之一，并且是唯独上榜的LED领域的PCB企业；连续6年获得珠海市纳税超1000万元企业称号。经2012年年初步认定，公司发展的战略目标是：成为集研发、制造、生产、销售一体化，为LED封装提供高效与优质的散热管理解决方案，在LED行业中有突出影响、技术领先的科技开发型企业，并向国际化进军，提升我国在国际LED领域的核心竞争力。乐健科技有限公司正是以不断创新的科技精神，以高效LED散热基板和模组为主导产品，运用新材料、新技术，不断地开发新产品及高新技术产品。 公司秉承“实事求是、诚信负责、科技创新、卓越产品、专业服务、共同发展”的经营理念，形成了严谨的科学管理体系。公司以人为本，提倡团队精神，唯才是举、应人而用。通过建立按贡献定酬谢的激励机制，创造人尽其用的宽松环境，吸引优秀人才的加盟。通过引入竞争机制，实行全员聘用制、竞争上岗制和岗位淘汰制，不断提高技术、管理人员的整体素质。

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