CN104319346A - 一种高导热结构led芯片及其制备方法 - Google Patents

一种高导热结构led芯片及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104319346A
CN104319346A CN201410545166.1A CN201410545166A CN104319346A CN 104319346 A CN104319346 A CN 104319346A CN 201410545166 A CN201410545166 A CN 201410545166A CN 104319346 A CN104319346 A CN 104319346A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
heat
conducting metal
layer
metal layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201410545166.1A
Other languages
English (en)
Inventor
左友斌
杨建山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
XIAMEN INNOV ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
XIAMEN INNOV ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by XIAMEN INNOV ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical XIAMEN INNOV ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201410545166.1A priority Critical patent/CN104319346A/zh
Publication of CN104319346A publication Critical patent/CN104319346A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64Heat extraction or cooling elements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/641Heat extraction or cooling elements characterized by the materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

本发明属于光电技术领域,具体涉及一种高导热结构LED芯片及其制备方法。所述高导热结构LED芯片包括基板和蓝宝石衬底,所述蓝宝石衬底面向基板一侧设有N半导体层,所述N半导体层面向基板一侧表面的两端分别设有发光层和N电极,所述发光层一侧表面与N半导体层连接另一侧表面依次设有P半导体层和P电极;所述N电极通过第一导热金属层与基板连接,所述P电极通过第二导热金属层与基板连接,所述第一导热金属层、第二导热金属层、发光层、P半导体层、P电极和N电极的裸露外表面设有绝缘材料层。本发明高导热结构LED芯片工作时的热量通过电极和导热金属层传导至高散热基板上,散热性能是正装芯片的6倍。

Description

一种高导热结构LED芯片及其制备方法
技术领域
本发明属于光电技术领域,具体涉及一种高导热结构LED芯片及其制备方法。
背景技术
散热问题是大功率型LED需重点解决的技术难题,散热效果的优劣直接关系到灯的寿命和节能效果。LED是靠电子在能带间跃迁产生光的,其光谱中不含有红外部分,所以LED芯片的热量不能靠辐射散发。如果LED芯片中的热量不能及时散发出去,会加速器件的老化。一旦LED芯片的温度超过最高临界温度(跟据不同外延及工艺,芯片温度大概为150℃),往往会造成LED芯片永久性失效。传统LED芯片正装结构(见图1)包括金线11、蓝宝石衬底12、电极13、固金导热胶层14、高导热基板15组成,其热量需要经过蓝宝石传递,蓝宝石导热系数46W/MK,致使PN结温大部分热量被阻隔,只有少部分热量通过传导至基板,且正装结构的P/N电极层与发光为同侧,P/N电极面积阻挡部分发光层。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:提供一种散热效率高、性能稳定的高导热结构LED芯片及其制备方法。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:提供一种高导热结构LED芯片,包括基板和蓝宝石衬底,所述蓝宝石衬底面向基板一侧设有N半导体层,所述N半导体层面向基板一侧表面的两端分别设有发光层和N电极,所述发光层一侧表面与N半导体层连接另一侧表面依次设有P半导体层和P电极;
所述N电极通过第一导热金属层与基板连接,所述P电极通过第二导热金属层与基板连接,所述第一导热金属层、第二导热金属层、发光层、P半导体层、P电极和N电极的裸露外表面设有绝缘材料层。
本发明的另一技术方案为提供一种高导热结构LED芯片的制备方法,包括如下步骤:
步骤S1:在蓝宝石衬底面向基板的一侧设置N半导体层,所述N半导体层面向基板一侧的表面的两端分别设有发光层和N电极,所述发光层一侧表面与N半导体层连接另一侧表面依次设有P半导体层和P电极;
步骤S2:采用真空溅镀,在发光层、P半导体层、P电极、N电极和N半导体面向基板一侧的表面生成导通金属层使P电极和N电极导通互连;
步骤S3:利用黄光制程,露出P电极和N电极,采用电镀工艺,在P电极和N金电极上分别电镀第一导热金属层和第二导热金属层;
步骤S4:去除步骤2所述导通金属层;
步骤S5:将裸露出来的导热金属层、发光层、P半导体层、P电极、N电极和N半导体层面向基板一侧的表面采用绝缘材料填充;
步骤S6:研磨使第一导热金属层不与P电极连接的一端露出并与基板焊接,研磨使第二导热金属层不与N电极连接的一端露出并与基板焊接。
本发明的有益效果在于:1、本发明高导热结构LED芯片相对于传统LED芯片,减少了金线封装工艺,省掉导线架、打线步骤,应用时,无需固晶和打线封装,而是直接采用回流焊接在基板上,因此成本更低廉;2、本发明高导热结构LED芯片不会出现因金线虚焊或接触不良引起的不亮、闪烁、光衰大等问题,因此,相比于传统封装芯片,稳定性更好;3、相比于传统封装芯片,本发明高导热结构LED芯片密度增加了16倍,封装体积却缩小了80%,灯具设计空间更大;4、本发明高导热结构LED芯片在应用时无固晶胶、无高阻热系数的蓝宝石夹在芯片内部,其工作时的热量通过电极和导热金属层传导至高散热基板上,散热性能是正装芯片的6倍。5、本发明高导热结构LED芯片的P/N电极层与发光不在同侧,P/N电极面积不阻挡发光层,提高了光的出射面积。
附图说明
图1为LED芯片传统正装结构示意图;
图2为本发明具体实施方式中高导热结构LED芯片生成导通金属层时的结构示意图;
图3为本发明具体实施方式中高导热结构LED芯片的结构示意图;
标号说明:
11、金线;12、蓝宝石衬底;13、电极;14、固金导热胶层;15、高导热基板;
21、蓝宝石衬底;22、N半导体层;23、发光层;24、P半导体层;25、P电极;26、N电极;27、导通金属层;28、第一导热金属层;29、第二导热金属层;30、绝缘材料层。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果,以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于:提供一条导热通道让热量从PN结往外散出,将PN结产生的热量通过高导热材料传导至高散热基板上,热量传递避开蓝宝石层,高导热材料既可以将热量进行传递,又可以满足外部电路连接。
现有的正装LED芯片热量导出结构:半导体(热源)-金层电极(导热系数317w/mk)-蓝宝石(导热系数46w/mk)。
本发明高导热结构LED芯片热量导出结构:半导体(热源)-金层电极(导热系数317w/mk)-铜层(导热系数401w/mk)。
实施例1
请参照图2、图3,本发明提供一种高导热结构LED芯片,包括基板和蓝宝石衬底21,所述蓝宝石衬底21面向基板一侧设有N半导体层22,所述N半导体层22面向基板一侧表面的两端分别设有发光层23和N电极26,所述发光层23一侧表面与N半导体层22连接另一侧表面依次设有P半导体层24和P电极25;
所述N电极26通过第一导热金属层28与基板连接,所述P电极25通过第二导热金属层29与基板连接,所述第一导热金属层28、第二导热金属层29、发光层23、P半导体层24、P电极25和N电极26的裸露外表面设有绝缘材料层30。
优选的,上述的高导热结构LED芯片中,所述蓝宝石衬底21的厚度为150-250微米,所述P半导体层24的厚度为1-5微米,N半导体层22的厚度为1-5微米,所述P电极25的厚度为0.1-0.8微米,所述N电极26的厚度为0.1-0.8微米,所述第一导热金属层28的厚度为10-600微米,所述第二导热金属层29的厚度为10-600微米。
优选的,上述的高导热结构LED芯片中,所述绝缘材料为绝缘树脂。所述第一导热金属层28和第二导热金属层29的材质为铜。所述P电极25和N电极26的材质为AU。
上述高导热结构LED芯片的制备方法具体如下:
步骤S1:在蓝宝石衬底21面向基板的一侧设置N半导体层22,所述N半导体层22面向基板一侧的表面的两端分别设有发光层23和N电极26,所述发光层23一侧表面与N半导体层22连接另一侧表面依次设有P半导体层24和P电极25;
步骤S2:采用真空溅镀,在发光层23、P半导体层24、P电极25、N电极26和N半导体面向基板一侧的表面生成导通金属层27使P电极25和N电极26导通互连;
步骤S3:利用黄光制程,露出P电极25和N电极26,采用电镀工艺,在P电极25和N金电极上分别电镀第一导热金属层28和第二导热金属层29;
步骤S4:去除步骤S2所述导通金属层27;
步骤S5:将裸露出来的导热金属层、发光层23、P半导体层24、P电极25、N电极26和N半导体面向基板一侧的表面采用绝缘材料填充;
步骤S6:研磨使第一导热金属层28不与P电极25连接的一端露出并与基板焊接,研磨使第二导热金属层29不与N电极26连接的一端露出并与基板焊接。
优选的,上述的高导热结构LED芯片的制备方法还包括步骤S7:将蓝宝石衬底21减薄或完全去除。
优选的,上述的高导热结构LED芯片的制备方法中,所述第一导热金属层28和第二导热金属层29的材质为铜,所述第一导热金属层28不与P电极25和基板连接的表面设有抗氧化层,所述第二导热金属层29不与N电极26和基板连接的表面设有抗氧化层。
优选的,上述的高导热结构LED芯片的制备方法中,所述绝缘材料为绝缘树脂,所述P电极25和N电极26的材质为AU,所述导通金属层27的材质为钛镍合金。
实施例2
本发明提供一种高导热结构LED芯片,包括基板和蓝宝石衬底21,所述蓝宝石衬底21面向基板一侧设有N半导体层22,所述N半导体层22面向基板一侧表面的两端分别设有发光层23和N电极26,所述发光层23一侧表面与N半导体层22连接另一侧表面依次设有P半导体层24和P电极25;
所述N电极26通过第一导热金属层28与基板连接,所述P电极25通过第二导热金属层29与基板连接,所述第一导热金属层28、第二导热金属层29、发光层23、P半导体层24、P电极25和N电极26的裸露外表面设有绝缘材料层30。
上述高导热结构LED芯片的制备方法具体如下:
1、外延片采用清洗、黄光制程、蚀刻、蒸镀金层制作P/N内部电极金层,所述外延片结构为“蓝宝石+N半导体(优选N氮化镓)+发光层+P半导体(优选P氮化镓)”;电极制作先在P半导体材料涂上光阻,曝光显影蚀刻p半导体和发光层,露出N半导体层,去除光阻层;清洗,蒸镀铬、铂、金层,涂光阻,曝光显影蚀刻,形成P/N电极金层,即电极结构为铬、铂、金层。
2、采用真空溅镀,将在半导体面生成导通金属层,使P/N电极导通互连(优选材料为钛+镍),以便于后制程电镀电流导通。
3、利用黄光制程,露出内部P/N电极,按后采用电镀工艺,在P/N金电极上电镀导热金属层(铜),其中在P/N金电极面上导通金属层(钛+镍),可以保留或不保留。
4、采用电镀工艺制作导热金属层(即铜层)。导热金属层形成后,并利用化学处理方式,将“导通金属层”去除,导通金属层为“钛+镍”,仅辅助电镀铜层P/N电极与电镀夹点导通,电镀铜层完成后必须全部去除干净。
5、将裸露出来铜电极采用绝缘树脂填充,稳固铜层和隔离电极漏电。
6、采用研磨工艺露出导热金属层(铜层),以便于与基板SMT焊接。
7、将蓝宝石衬底减薄或完全去除,以便于半导体导热发光。
8、由于铜层在常温环境中易于氧化,因此对芯片裸露出的铜面进行抗氧化表面处理,此抗氧化层在SMT高温过程中将被分解气化。
本发明高导热结构LED芯片相比于传统封装芯片,密度增加了16倍,封装体积却缩小了80%,灯具设计空间更大;在应用时无固晶胶、无高阻热系数的蓝宝石夹在芯片内部,其工作时的热量通过电极和导热金属层传导至高散热基板上,散热性能是正装芯片的6倍。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换,或直接或间接运用在相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高导热结构LED芯片,其特征在于,包括基板和蓝宝石衬底,所述蓝宝石衬底面向基板一侧设有N半导体层,所述N半导体层面向基板一侧表面的两端分别设有发光层和N电极,所述发光层一侧表面与N半导体层连接另一侧表面依次设有P半导体层和P电极;
所述N电极通过第一导热金属层与基板连接,所述P电极通过第二导热金属层与基板连接,所述第一导热金属层、第二导热金属层、发光层、P半导体层、P电极和N电极的裸露外表面设有绝缘材料层。
2.根据权利要求1所述的高导热结构LED芯片,其特征在于,所述蓝宝石衬底的厚度为150-250微米,所述P半导体层的厚度为1-5微米,N半导体层的厚度为1-5微米,所述P电极的厚度为0.1-0.8微米,所述N电极的厚度为0.1-0.8微米,所述第一导热金属层的厚度为10-600微米,所述第二导热金属层的厚度为10-600微米。
3.根据权利要求1所述的高导热结构LED芯片,其特征在于,所述绝缘材料为绝缘树脂。
4.根据权利要求1所述的高导热结构LED芯片,其特征在于,所述第一导热金属层和第二导热金属层的材质为铜。
5.根据权利要求1所述的高导热结构LED芯片,其特征在于,所述P电极和N电极的材质为AU。
6.一种高导热结构LED芯片的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1:在蓝宝石衬底面向基板的一侧设置N半导体层,所述N半导体层面向基板一侧的表面的两端分别设有发光层和N电极,所述发光层一侧表面与N半导体层连接另一侧表面依次设有P半导体层和P电极;
步骤S2:采用真空溅镀,在发光层、P半导体层、P电极、N电极和N半导体面向基板一侧的表面生成导通金属层使P电极和N电极导通互连;
步骤S3:利用黄光制程,露出P电极和N电极,采用电镀工艺,在P电极和N金电极上分别电镀第一导热金属层和第二导热金属层;
步骤S4:去除步骤2所述导通金属层;
步骤S5:将裸露出来的导热金属层、发光层、P半导体层、P电极、N电极和N半导体层面向基板一侧的表面采用绝缘材料填充;
步骤S6:研磨使第一导热金属层不与P电极连接的一端露出并与基板焊接,研磨使第二导热金属层不与N电极连接的一端露出并与基板焊接。
7.根据权利要求6所述的高导热结构LED芯片的制备方法,其特征在于,还包括步骤S7:将蓝宝石衬底减薄或完全去除。
8.根据权利要求6所述的高导热结构LED芯片的制备方法,其特征在于,所述第一导热金属层和第二导热金属层的材质为铜,所述第一导热金属层不与P电极和基板连接的表面设有抗氧化层,所述第二导热金属层不与N电极和基板连接的表面设有抗氧化层。
9.根据权利要求6所述的高导热结构LED芯片的制备方法,其特征在于,所述蓝宝石衬底的厚度为150-250微米,所述P半导体层的厚度为1-5微米,N半导体层的厚度为1-5微米,所述P电极的厚度为0.1-0.8微米,所述N电极的厚度为0.1-0.8微米,所述第一导热金属层的厚度为10-600微米,所述第二导热金属层的厚度为10-600微米。
10.根据权利要求6所述的高导热结构LED芯片的制备方法,其特征在于,所述绝缘材料为绝缘树脂,所述P电极和N电极的材质为AU,所述导通金属层的材质为钛镍合金。
CN201410545166.1A 2014-10-15 2014-10-15 一种高导热结构led芯片及其制备方法 Pending CN104319346A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410545166.1A CN104319346A (zh) 2014-10-15 2014-10-15 一种高导热结构led芯片及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410545166.1A CN104319346A (zh) 2014-10-15 2014-10-15 一种高导热结构led芯片及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104319346A true CN104319346A (zh) 2015-01-28

Family

ID=52374551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410545166.1A Pending CN104319346A (zh) 2014-10-15 2014-10-15 一种高导热结构led芯片及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104319346A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104851513A (zh) * 2015-05-15 2015-08-19 富通集团(天津)超导技术应用有限公司 一种超导线材及其制备方法
CN104953022A (zh) * 2015-05-15 2015-09-30 富通集团(天津)超导技术应用有限公司 超导线材的制备方法
CN113406472A (zh) * 2021-05-17 2021-09-17 世强先进(深圳)科技股份有限公司 一种发光芯片失效原因背面分析方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1731592A (zh) * 2005-08-26 2006-02-08 杭州士兰明芯科技有限公司 倒装焊结构发光二极管及其制造方法
CN1768434A (zh) * 2003-03-28 2006-05-03 吉尔科有限公司 发光二极管功率封装
CN1780002A (zh) * 2004-11-19 2006-05-31 中国科学院半导体研究所 倒装氮化镓基发光二极管芯片的制作方法
US20110062486A1 (en) * 2006-12-21 2011-03-17 Palo Alto Research Center Incorporated fabrication for electroplating thick metal pads
CN204144322U (zh) * 2014-10-15 2015-02-04 厦门英诺尔电子科技股份有限公司 一种高导热结构led芯片

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1768434A (zh) * 2003-03-28 2006-05-03 吉尔科有限公司 发光二极管功率封装
CN1780002A (zh) * 2004-11-19 2006-05-31 中国科学院半导体研究所 倒装氮化镓基发光二极管芯片的制作方法
CN1731592A (zh) * 2005-08-26 2006-02-08 杭州士兰明芯科技有限公司 倒装焊结构发光二极管及其制造方法
US20110062486A1 (en) * 2006-12-21 2011-03-17 Palo Alto Research Center Incorporated fabrication for electroplating thick metal pads
CN204144322U (zh) * 2014-10-15 2015-02-04 厦门英诺尔电子科技股份有限公司 一种高导热结构led芯片

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104851513A (zh) * 2015-05-15 2015-08-19 富通集团(天津)超导技术应用有限公司 一种超导线材及其制备方法
CN104953022A (zh) * 2015-05-15 2015-09-30 富通集团(天津)超导技术应用有限公司 超导线材的制备方法
CN104851513B (zh) * 2015-05-15 2017-08-08 富通集团(天津)超导技术应用有限公司 一种超导线材及其制备方法
CN113406472A (zh) * 2021-05-17 2021-09-17 世强先进(深圳)科技股份有限公司 一种发光芯片失效原因背面分析方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI320975B (zh)
KR101451266B1 (ko) Led 광 모듈
TWI437930B (zh) 封裝載板及其製作方法
JP2008277817A (ja) 放熱モジュール及びその製造方法
TWI513069B (zh) 散熱板
TW200807652A (en) Thermal isolation of electronic devices in submount used for LEDs lighting applications
TWI297537B (en) Embedded metal heat sink for semiconductor device and method for manufacturing the same
US20120314369A1 (en) Package carrier and package structure
WO2012088790A1 (zh) Led光模组和led芯片
US7884385B2 (en) Light emitting diode device
JP2013016769A (ja) パワーモジュールパッケージ及びその製造方法
TW201216446A (en) Power module
CN104319346A (zh) 一种高导热结构led芯片及其制备方法
TW201324705A (zh) 電子元件
WO2011124019A1 (zh) Led灯芯、led芯片及led芯片制造方法
CN103413851A (zh) 光伏旁路器件及应用该器件的保护电路、接线盒及发电***
CN204144322U (zh) 一种高导热结构led芯片
CN203192859U (zh) 散热导线架结构
TW201608678A (zh) 晶片封裝模組與封裝基板
TW201240170A (en) Light source module with enhanced heat dissipation efficiency and assembly method thereof
TW201205882A (en) Manufacturing method for LED light emitting device
TWI424593B (zh) Light - emitting diodes of the thermal substrate and thermal module structure
TWI244780B (en) LED package method
TWI422079B (zh) 半導體發光元件之散熱座的製作方法
TWI722560B (zh) 直接導出電子元件熱能的封裝結構

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150128

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication