一種高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)led芯片的制作方法
【專利摘要】本實用新型屬于光電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片。所述高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片包括基板和藍(lán)寶石襯底，所述藍(lán)寶石襯底面向基板一側(cè)設(shè)有N半導(dǎo)體層，所述N半導(dǎo)體層面向基板一側(cè)表面的兩端分別設(shè)有發(fā)光層和N電極，所述發(fā)光層一側(cè)表面與N半導(dǎo)體層連接另一側(cè)表面依次設(shè)有P半導(dǎo)體層和P電極；所述N電極通過第一導(dǎo)熱金屬層與基板連接，所述P電極通過第二導(dǎo)熱金屬層與基板連接，所述第一導(dǎo)熱金屬層、第二導(dǎo)熱金屬層、發(fā)光層、P半導(dǎo)體層、P電極和N電極的裸露外表面設(shè)有絕緣材料層。本實用新型高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片工作時的熱量通過電極和導(dǎo)熱金屬層傳導(dǎo)至高散熱基板上，散熱性能是正裝芯片的6倍。
【專利說明】一種高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于光電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片。

【背景技術(shù)】
[0002]散熱問題是大功率型LED需重點解決的技術(shù)難題，散熱效果的優(yōu)劣直接關(guān)系到燈的壽命和節(jié)能效果。LED是靠電子在能帶間躍遷產(chǎn)生光的，其光譜中不含有紅外部分，所以LED芯片的熱量不能靠輻射散發(fā)。如果LED芯片中的熱量不能及時散發(fā)出去，會加速器件的老化。一旦LED芯片的溫度超過最高臨界溫度(跟據(jù)不同外延及工藝，芯片溫度大概為1500C )，往往會造成LED芯片永久性失效。傳統(tǒng)LED芯片正裝結(jié)構(gòu)(見圖1)包括金線11、藍(lán)寶石襯底12、電極13、固金導(dǎo)熱膠層14、高導(dǎo)熱基板15組成，其熱量需要經(jīng)過藍(lán)寶石傳遞，藍(lán)寶石導(dǎo)熱系數(shù)46W/MK，致使PN結(jié)溫大部分熱量被阻隔，只有少部分熱量通過傳導(dǎo)至基板，且正裝結(jié)構(gòu)的P/N電極層與發(fā)光為同側(cè)，P/N電極面積阻擋部分發(fā)光層。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是:提供一種散熱效率高、性能穩(wěn)定的高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案為:提供一種高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片，包括基板和藍(lán)寶石襯底，所述藍(lán)寶石襯底面向基板一側(cè)設(shè)有N半導(dǎo)體層，所述N半導(dǎo)體層面向基板一側(cè)表面的兩端分別設(shè)有發(fā)光層和N電極，所述發(fā)光層一側(cè)表面與N半導(dǎo)體層連接另一側(cè)表面依次設(shè)有P半導(dǎo)體層和P電極；
[0005]所述N電極通過第一導(dǎo)熱金屬層與基板連接，所述P電極通過第二導(dǎo)熱金屬層與基板連接，所述第一導(dǎo)熱金屬層、第二導(dǎo)熱金屬層、發(fā)光層、P半導(dǎo)體層、P電極和N電極的裸露外表面設(shè)有絕緣材料層。
[0006]本實用新型的有益效果在于:1、本實用新型高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片相對于傳統(tǒng)LED芯片，減少了金線封裝工藝，省掉導(dǎo)線架、打線步驟，應(yīng)用時，無需固晶和打線封裝，而是直接采用回流焊接在基板上，因此成本更低廉；2、本實用新型高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片不會出現(xiàn)因金線虛焊或接觸不良引起的不亮、閃爍、光衰大等問題，因此，相比于傳統(tǒng)封裝芯片，穩(wěn)定性更好；3、相比于傳統(tǒng)封裝芯片，本實用新型高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片密度增加了 16倍，封裝體積卻縮小了 80%，燈具設(shè)計空間更大；4、本實用新型高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片在應(yīng)用時無固晶膠、無高阻熱系數(shù)的藍(lán)寶石夾在芯片內(nèi)部，其工作時的熱量通過電極和導(dǎo)熱金屬層傳導(dǎo)至高散熱基板上，散熱性能是正裝芯片的6倍。5、本實用新型高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片的P/N電極層與發(fā)光不在同側(cè)，P/N電極面積不阻擋發(fā)光層，提高了光的出射面積。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為LED芯片傳統(tǒng)正裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2為本實用新型【具體實施方式】中高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片生成導(dǎo)通金屬層時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖3為本實用新型【具體實施方式】中高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]標(biāo)號說明:
[0011]11、金線；12、藍(lán)寶石襯底；13、電極；14、固金導(dǎo)熱膠層；15、高導(dǎo)熱基板；
[0012]21、藍(lán)寶石襯底；22、N半導(dǎo)體層；23、發(fā)光層；24、P半導(dǎo)體層；25、P電極；26、N電極；27、導(dǎo)通金屬層；28、第一導(dǎo)熱金屬層；29、第二導(dǎo)熱金屬層；30、絕緣材料層。

【具體實施方式】
[0013]為詳細(xì)說明本實用新型的技術(shù)內(nèi)容、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式并配合附圖予以說明。
[0014]本實用新型最關(guān)鍵的構(gòu)思在于:提供一條導(dǎo)熱通道讓熱量從PN結(jié)往外散出，將PN結(jié)產(chǎn)生的熱量通過高導(dǎo)熱材料傳導(dǎo)至高散熱基板上，熱量傳遞避開藍(lán)寶石層，高導(dǎo)熱材料既可以將熱量進行傳遞，又可以滿足外部電路連接。
[0015]現(xiàn)有的正裝LED芯片熱量導(dǎo)出結(jié)構(gòu):半導(dǎo)體(熱源)_金層電極(導(dǎo)熱系數(shù)317w/mk)_藍(lán)寶石(導(dǎo)熱系數(shù)46w/mk)。
[0016]本實用新型高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片熱量導(dǎo)出結(jié)構(gòu):半導(dǎo)體(熱源)_金層電極(導(dǎo)熱系數(shù)317w/mk)-銅層(導(dǎo)熱系數(shù)401w/mk)。
[0017]實施例1
[0018]請參照圖2、圖3，本實用新型提供一種高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片，包括基板和藍(lán)寶石襯底21，所述藍(lán)寶石襯底21面向基板一側(cè)設(shè)有N半導(dǎo)體層22，所述N半導(dǎo)體層22面向基板一側(cè)表面的兩端分別設(shè)有發(fā)光層23和N電極26,所述發(fā)光層23 —側(cè)表面與N半導(dǎo)體層22連接另一側(cè)表面依次設(shè)有P半導(dǎo)體層24和P電極25 ；
[0019]所述N電極26通過第一導(dǎo)熱金屬層28與基板連接，所述P電極25通過第二導(dǎo)熱金屬層29與基板連接，所述第一導(dǎo)熱金屬層28、第二導(dǎo)熱金屬層29、發(fā)光層23、P半導(dǎo)體層24、P電極25和N電極26的裸露外表面設(shè)有絕緣材料層30。
[0020]優(yōu)選的，上述的高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片中，所述藍(lán)寶石襯底21的厚度為150-250微米，所述P半導(dǎo)體層24的厚度為1-5微米，N半導(dǎo)體層22的厚度為1_5微米，所述P電極25的厚度為0.1-0.8微米，所述N電極26的厚度為0.1-0.8微米，所述第一導(dǎo)熱金屬層28的厚度為10-600微米，所述第二導(dǎo)熱金屬層29的厚度為10-600微米。
[0021]優(yōu)選的，上述的高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片中，所述絕緣材料為絕緣樹脂。所述第一導(dǎo)熱金屬層28和第二導(dǎo)熱金屬層29的材質(zhì)為銅。所述P電極25和N電極26的材質(zhì)為AU。
[0022]上述高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片的制備方法具體如下:
[0023]步驟S1:在藍(lán)寶石襯底21面向基板的一側(cè)設(shè)置N半導(dǎo)體層22，所述N半導(dǎo)體層22面向基板一側(cè)的表面的兩端分別設(shè)有發(fā)光層23和N電極26，所述發(fā)光層23 —側(cè)表面與N半導(dǎo)體層22連接另一側(cè)表面依次設(shè)有P半導(dǎo)體層24和P電極25 ；
[0024]步驟S2:采用真空濺鍍，在發(fā)光層23、P半導(dǎo)體層24、P電極25、N電極26和N半導(dǎo)體面向基板一側(cè)的表面生成導(dǎo)通金屬層27使P電極25和N電極26導(dǎo)通互連；
[0025]步驟S3:利用黃光制程，露出P電極25和N電極26，采用電鍍工藝，在P電極25和N金電極上分別電鍍第一導(dǎo)熱金屬層28和第二導(dǎo)熱金屬層29 ；
[0026]步驟S4:去除步驟S2所述導(dǎo)通金屬層27 ；
[0027]步驟S5:將裸露出來的導(dǎo)熱金屬層、發(fā)光層23、P半導(dǎo)體層24、P電極25、N電極26和N半導(dǎo)體面向基板一側(cè)的表面采用絕緣材料填充；
[0028]步驟S6:研磨使第一導(dǎo)熱金屬層28不與P電極25連接的一端露出并與基板焊接，研磨使第二導(dǎo)熱金屬層29不與N電極26連接的一端露出并與基板焊接。
[0029]優(yōu)選的，上述的高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片的制備方法還包括步驟S7:將藍(lán)寶石襯底21減薄或完全去除。
[0030]優(yōu)選的，上述的高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片的制備方法中，所述第一導(dǎo)熱金屬層28和第二導(dǎo)熱金屬層29的材質(zhì)為銅，所述第一導(dǎo)熱金屬層28不與P電極25和基板連接的表面設(shè)有抗氧化層，所述第二導(dǎo)熱金屬層29不與N電極26和基板連接的表面設(shè)有抗氧化層。
[0031]優(yōu)選的，上述的高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片的制備方法中，所述絕緣材料為絕緣樹脂，所述P電極25和N電極26的材質(zhì)為AU,所述導(dǎo)通金屬層27的材質(zhì)為鈦鎳合金。
[0032]實施例2
[0033]本實用新型提供一種高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片，包括基板和藍(lán)寶石襯底21，所述藍(lán)寶石襯底21面向基板一側(cè)設(shè)有N半導(dǎo)體層22,所述N半導(dǎo)體層22面向基板一側(cè)表面的兩端分別設(shè)有發(fā)光層23和N電極26,所述發(fā)光層23 —側(cè)表面與N半導(dǎo)體層22連接另一側(cè)表面依次設(shè)有P半導(dǎo)體層24和P電極25 ；
[0034]所述N電極26通過第一導(dǎo)熱金屬層28與基板連接，所述P電極25通過第二導(dǎo)熱金屬層29與基板連接，所述第一導(dǎo)熱金屬層28、第二導(dǎo)熱金屬層29、發(fā)光層23、P半導(dǎo)體層24、P電極25和N電極26的裸露外表面設(shè)有絕緣材料層30。
[0035]上述高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片的制備方法具體如下:
[0036]1、外延片采用清洗、黃光制程、蝕刻、蒸鍍金層制作P/N內(nèi)部電極金層，所述外延片結(jié)構(gòu)為“藍(lán)寶石+N半導(dǎo)體(優(yōu)選N氮化鎵)+發(fā)光層+P半導(dǎo)體(優(yōu)選P氮化鎵)”;電極制作先在P半導(dǎo)體材料涂上光阻，曝光顯影蝕刻P半導(dǎo)體和發(fā)光層，露出N半導(dǎo)體層，去除光阻層；清洗，蒸鍍鉻、鉬、金層，涂光阻，曝光顯影蝕刻，形成P/N電極金層，即電極結(jié)構(gòu)為鉻、鉬、金層。
[0037]2、采用真空濺鍍，將在半導(dǎo)體面生成導(dǎo)通金屬層，使P/N電極導(dǎo)通互連(優(yōu)選材料為鈦+鎳)，以便于后制程電鍍電流導(dǎo)通。
[0038]3、利用黃光制程，露出內(nèi)部P/N電極，按后采用電鍍工藝，在P/N金電極上電鍍導(dǎo)熱金屬層(銅)，其中在PN金電極面上導(dǎo)通金屬層(鈦+鎳)，可以保留或保留。
[0039]4、采用電鍍工藝制作導(dǎo)熱金屬層(即銅層)，并利用化學(xué)處理方式，將第三部導(dǎo)通金屬層去除，導(dǎo)通金屬層為“鈦+鎳”，輔助電鍍銅層P/N電極與電鍍夾點導(dǎo)通，電鍍銅層完成后必須全部去除干凈。
[0040]5、將裸露出來銅電極采用絕緣樹脂填充，穩(wěn)固銅層和隔離電極漏電。
[0041]6、采用研磨工藝露出導(dǎo)熱金屬層(銅層)，以便于與基板SMT焊接。
[0042]7、將藍(lán)寶石襯底減薄或完全去除，以便于半導(dǎo)體導(dǎo)熱發(fā)光。
[0043]8、由于銅層在常溫環(huán)境中易于氧化，因此對芯片裸露出的銅面進行抗氧化表面處理，此抗氧化層在SMT高溫過程中將被分解氣化。
[0044]本實用新型高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片相比于傳統(tǒng)封裝芯片，密度增加了 16倍，封裝體積卻縮小了 80%，燈具設(shè)計空間更大；在應(yīng)用時無固晶膠、無高阻熱系數(shù)的藍(lán)寶石夾在芯片內(nèi)部，其工作時的熱量通過電極和導(dǎo)熱金屬層傳導(dǎo)至高散熱基板上，散熱性能是正裝芯片的6倍。
[0045]以上所述僅為本實用新型的實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等同變換，或直接或間接運用在相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片，其特征在于，包括基板和藍(lán)寶石襯底，所述藍(lán)寶石襯底面向基板一側(cè)設(shè)有N半導(dǎo)體層，所述N半導(dǎo)體層面向基板一側(cè)表面的兩端分別設(shè)有發(fā)光層和N電極，所述發(fā)光層一側(cè)表面與N半導(dǎo)體層連接另一側(cè)表面依次設(shè)有P半導(dǎo)體層和P電極； 所述N電極通過第一導(dǎo)熱金屬層與基板連接，所述P電極通過第二導(dǎo)熱金屬層與基板連接，所述第一導(dǎo)熱金屬層、第二導(dǎo)熱金屬層、發(fā)光層、P半導(dǎo)體層、P電極和N電極的裸露外表面設(shè)有絕緣材料層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片，其特征在于，所述藍(lán)寶石襯底的厚度為150-250微米，所述P半導(dǎo)體層的厚度為1-5微米，N半導(dǎo)體層的厚度為1_5微米，所述P電極的厚度為0.1-0.8微米，所述N電極的厚度為0.1-0.8微米，所述第一導(dǎo)熱金屬層的厚度為10-600微米，所述第二導(dǎo)熱金屬層的厚度為10-600微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片，其特征在于，所述絕緣材料為絕緣樹脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片，其特征在于，所述第一導(dǎo)熱金屬層和第二導(dǎo)熱金屬層的材質(zhì)為銅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)LED芯片，其特征在于，所述P電極和N電極的材質(zhì)為AU。
【文檔編號】H01L33/62GK204144322SQ201420596088
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】左友斌, 楊建山 申請人:廈門英諾爾電子科技股份有限公司