TWI493760B - 發光二極體及其晶片板上封裝結構 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種發光二極體及其晶片板上封裝結構，尤指一種可以快速移除熱點(Hot spot)及提升輸出光率之發光二極體與使用其之晶片板上封裝結構。
西元1962年，通用電氣公司的尼克．何倫亞克(Nick Holonyak Jr.)開發出第一種實際應用的可見光發光二極體(Light Emitting Diode，LED)，而隨著科技日益更新，各種色彩發光二極體開發也應蘊而生。而對於現今人類所追求永續發展為前提的情形下，發光二極體的低耗電量以及長效性的發光等優勢下，已逐漸取代日常生活中用來照明或各種電器設備的指示燈或光源等用途。更有甚者，發光二極體朝向多色彩及高亮度的發展，已應用在大型戶外顯示看板或交通號誌。
以習知藍光發光二極體為例，其銦摻雜氮化鎵係為一習知之多量子井(multiple quantum wells，MQW)，其中，具有49個電子之銦原子因其遠大於晶格內的鎵原子及氮原子，而使得銦原子容易從晶格中分離，促使MQW產生缺陷而使得該藍光發光二極體無法作用。更具體地，存在於氮化鎵晶格中之銦原子會造成反壓電以及內應力的問題，其中，反壓電效應會驅使銦原子偏離其平衡位置，而內應力
則會造成銦原子產生差排。上述不可逆之劣化過程將使得該發光二極體之發光效率快速地下降。
於習知發光二極體中，當電子與電洞再結合時，約有1/3的能量以光子形式輻射，而約2/3的能量則轉換為熱能以晶格振動的方式逸散。據此，若發光二極體晶格中之熱能無法快速移除，將導致如上述之發光二極體劣化問題，而促使發光二極體發光效率快速降低，據此，申請人於所提出之中華民國專利申請號第100146548、100146551以及101120872號中均已揭露以類鑽碳與導電材料所組成之堆疊結構或多層結構可有效地改善發光二極體之散熱效率以及緩和或去除發光二極體受熱膨脹的不良影響。雖相關前案揭露其類鑽碳因其超硬材料之特徵，能快速地從發光二極體中移除熱量而達到整體散熱之目的。然而，實際上，如圖1所示，產生於MQW中，尺寸小於1奈米之熱點才是真正直接導致發光二極體劣化之原因。是以，申請人經詳加研究後，更具體提出藉由限制MQW與類鑽碳層之間距，從而透過聲子傳遞方式由發光二極體中快速移除熱點，而達到最佳化發光二極體之散熱效率，進而可維持發光二極體之發光效率。
本發明之主要目的係在提供一種發光二極體，其透過調整多量子井層及碳化物層之結構設計，可在發光二極體運作產生熱量的過程中，透過超聲波方式散熱，快速移除
發光二極體中之熱點，以穩定發光二極體之晶格結構，從而達到最佳化發光二極體散熱效率，並維持其發光效率。
為達成上述目的，本發明之一態樣係提供一種發光二極體，包括：一基板；一半導體磊晶層，其位於該基板表面，該半導體磊晶層包括一第一半導體磊晶層、一活性中間層、以及一第二半導體磊晶層；一反射層，其夾置於該半導體磊晶層及該基板之間；一金屬層，其夾置於該反射層及該基板之間；以及一碳化物層，其夾置於該金屬層及該基板之間；其中，該活性中間層及該碳化物層間之距離可為1至10微米。
於本發明上述發光二極體中，該活性中間層及該碳化物層間之距離較佳可為2微米。
於本發明上述發光二極體中，該反射層可為由銀、或鋁、或其合金所組成。然而，應了解的是，反射層之材質並不僅限於此，舉例而言，亦可為銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide，AZO)、氧化鋅(ZnO)、石墨烯(graphene)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、金(Au)、鋅(Zn)、錫(Sn)、銻(Sb)、鉛(Pb)、銅(Cu)、銅銀(CuAg)、鎳銀(NiAg)、其合金、或其金屬混合物。上述銅銀(CuAg)與鎳銀(NiAg)等係指共晶金屬(eutectic metal)，除了用於達到反射效果之外，也可以達到形成歐姆接觸(ohmic contact)的效用。
於本發明上述發光二極體中，該金屬層可為鈦、鋯、鉬、或鎢，且該金屬層之厚度為5奈米至500奈米。再者，
該碳化物層則可為類鑽碳、石墨烯、或其組合，且該碳化物層之厚度可為5奈米至1000奈米。據此，該金屬層及該碳化物層可形成為相互堆疊之多層結構。於本發明之一態樣中，該金屬層及該碳化物層可各自獨立以1至10層相互堆疊，從而形成為一2至20層相互堆疊之多層結構。
於本發明上述發光二極體中，該金屬層及該碳化物層之形成方法並不特別限制，舉例而言，可以電弧沉積法或濺鍍法形成該金屬層或該碳化物層。於本發明之一態樣中，該碳化物層可以電弧沉積法形成於該金屬層上。於本發明之另一態樣中，該碳化物層則以濺鍍法形成於該金屬層上。
於本發明上述發光二極體中，該碳化物層係形成於基板及半導體磊晶層間，是以該碳化物層需具導電之功能，因此，當所選用之碳化物層為類鑽碳時，該類鑽碳需為一導電性之四面體結構，且該類鑽碳之碳原子含量高於95%以上，及該類鑽碳之25%以上碳原子具有一扭曲四面體鍵結結構。據此，使得介於半導體磊晶層及基板間之金屬層及碳化物層可具有導電之性質。
於本發明上述發光二極體中，該第一半導體磊晶層係夾置於該反射層及該活性中間層之間，該活性中間層係夾置於該第一半導體磊晶層與該第二半導體磊晶層之間。於本發明之一態樣中，該發光二極體可為一直通式發光二極體，其第一半導體磊晶層可被該活性中間層及該第二半導體磊晶層完全覆蓋，其中，該第一半導體磊晶層、該反射
層、該金屬層及碳化物層具有相同電性，並且相互電性連接。該發光二極體更可包括一第二電極，其設置於該第二半導體磊晶層表面，其中，該第二電極與該第二半導體磊晶層具有相同電性，以相互電性連接。於本發明之一具體態樣中，該第一半導體磊晶層、該反射層、該金屬層及碳化物層為P型電性，而該第二半導體磊晶層及該第二電極為N型電性。據此，本發明之發光二極體即可形成一直通式發光二極體。
於本發明上述發光二極體中，該半導體磊晶層可含有一摻雜物，該摻雜物可為銦。據此，該半導體磊晶層之活性中間層可形成為一多量子井層(multiple quantum well layer)，以提升發光二極體中電能轉換成光能的效率，但本發明並不以此為限。
於本發明上述發光二極體中，該基板可包含一絕緣層、以及一電路基板，其中，該絕緣層之材質可選自由類鑽碳、氧化鋁、陶瓷、以及含鑽石之環氧樹脂所組群組之至少一者；該電路基板則可為一金屬板、一陶瓷板或一矽基板。
一般而言，習知鑽石材料因其具有超硬材料之特性，能以15,000m/s之超聲波速度傳遞熱量，相當於5倍之銀熱傳速度，若應用於發光二極體中，可降低其平均溫度或能使其溫度分佈均勻，達到有效散熱之目的。而本發明之重要技術特徵即在於透過超聲波散熱方式，快速移除半導體磊晶層中之熱點，以最佳化發光二極體之發光效率。是以，
於上述本發明之發光二極體中，通常熱點產生位置為半導體磊晶層之活性中間層，因此，活性中間層與鑽石材料間之距離變得相當重要。舉例而言，於上述本發明發光二極體中，可選用類鑽碳作為該碳化物層並設置於半導體磊晶層及該基板間，使該類鑽碳可提供該半導體磊晶層一超聲波散熱功能，達到消除熱點之目的。此外，類鑽碳亦可為基板之絕緣層，只要類鑽碳與熱點之距離夠近，可使其具有超聲波散熱之功效即可，本發明並不特別限制其位置。
本發明之另一目的係在提供晶片板上封裝結構(chip on board，COB)，其透過調整多量子井層及碳化物層之結構設計，使晶片板上封裝結構之發光二極體於運作產生熱量的過程中，透過超聲波方式散熱，快速移除發光二極體中之熱點，以穩定發光二極體之晶格結構，從而達到最佳化發光二極體散熱效率，並維持其發光效率。
為達成上述目的，本發明之一態樣提供一種晶片板上封裝結構(chip on board，COB)，包括：一電路載板，其係包括至少一電性連接墊；一半導體磊晶層，其位於該電路載板表面，該半導體磊晶層包括一第一半導體磊晶層、一活性中間層、以及一第二半導體磊晶層；一反射層，其夾置於該半導體磊晶層及該電路載板之間；一金屬層，其夾置於該反射層及該電路載板之間；以及一碳化物層，其夾置於該金屬層及該電路載板之間；其中，該活性中間層及該碳化物層間之距離可為1至10微米。
於本發明上述晶片板上封裝結構中，該活性中間層及該碳化物層間之距離較佳可為2微米。
於本發明上述晶片板上封裝結構中，該反射層可為由銀、或鋁、或其合金所組成。然而，應了解的是，反射層之材質並不僅限於此，舉例而言，亦可為銦錫氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide，AZO)、氧化鋅(ZnO)、石墨烯(graphene)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、金(Au)、鋅(Zn)、錫(Sn)、銻(Sb)、鉛(Pb)、銅(Cu)、銅銀(CuAg)、鎳銀(NiAg)、其合金、或其金屬混合物。上述銅銀(CuAg)與鎳銀(NiAg)等係指共晶金屬(eutectic metal)，除了用於達到反射效果之外，也可以達到形成歐姆接觸(ohmic contact)的效用。
於本發明上述晶片板上封裝結構中，該金屬層可為鈦、鋯、鉬、或鎢，且該金屬層之厚度為5奈米至500奈米。再者，該碳化物層則可為類鑽碳、石墨烯、或其組合，且該碳化物層之厚度可為5奈米至1000奈米。據此，該金屬層及該碳化物層可形成為相互堆疊之多層結構。於本發明之一態樣中，該金屬層及該碳化物層可各自獨立以1至10層相互堆疊，從而形成為一2至20層相互堆疊之多層結構。
於本發明上述晶片板上封裝結構中，該金屬層及該碳化物層形成方法並不特別限制，舉例而言，可以電弧沉積法或濺鍍法形成該金屬層或該碳化物層。於本發明之一態樣中，該碳化物層可以電弧沉積法形成於該金屬層上。於
本發明之另一態樣中，該碳化物層則以濺鍍法形成於該金屬層上。
於本發明上述晶片板上封裝結構中，由於該碳化物層係形成於電路載板及半導體磊晶層間，該碳化物層需具導電之功能，因此，當所選用之碳化物層為類鑽碳時，該類鑽碳需為一導電性之四面體結構，且該類鑽碳之碳原子含量高於95%以上，及該類鑽碳之25%以上碳原子具有一扭曲四面體鍵結結構。據此，使得介於半導體磊晶層及基板間之金屬層及碳化物層可具有導電之性質。
於本發明上述晶片板上封裝結構中，該第二半導體磊晶層係夾置於該反射層及該活性中間層之間，該活性中間層係夾置於該第一半導體磊晶層與該第二半導體磊晶層之間，且該第一半導體磊晶層係部分未覆蓋該活性中間層及該第二半導體磊晶層，從而顯露部分該第一半導體磊晶層，以提供作為電性連接之用途。
於本發明上述晶片板上封裝結構中，該金屬層及該碳化物層所形成之多層結構可分別設置於該第二半導體磊晶層及該第一半導體磊晶層之表面，作為電極之用途以電性連接至該電路載板。具體而言，為使該半導體磊晶層可電性連接至該電路載板上，該第二半導體磊晶層及設置於其上之金屬層與碳化物層可為P型電性；而該第一半導體磊晶層及設置於其上之金屬層與碳化物層則可為N型電性。據此，可使該半導體磊晶層得以電性連接於該電路載板上。
於本發明上述晶片板上封裝結構中，更可包括一焊接層，其設置於該電路載板及該碳化物層之間，從而使得該半導體磊晶層可穩固地電性連接至該電路載板。
於本發明上述晶片板上封裝結構中，該半導體磊晶層可含有一摻雜物，該摻雜物可為銦。據此，該半導體磊晶層之活性中間層可形成為一多量子井層(multiple quantum well layer)，以提升發光二極體中電能轉換成光能的效率，但本發明並不以此為限。
於本發明上述晶片板上封裝結構中，該電路載板可包含一絕緣層、以及一電路基板，其中，該絕緣層之材質可選自由類鑽碳、氧化鋁、陶瓷、以及含鑽石之環氧樹脂所組群組之至少一者；該電路基板則可為一金屬板、一陶瓷板或一矽基板。
一般而言，習知鑽石材料因其具有超硬材料之特性，能以15,000m/s之超聲波速度傳遞熱量，相當於5倍之銀熱傳速度，若應用於發光二極體中，可降低其平均溫度或能使其溫度分佈均勻，達到有效散熱之目的。而本發明之重要技術特徵即在於透過超聲波散熱方式，快速移除半導體磊晶層中之熱點，以最佳化發光二極體之發光效率。是以，於上述本發明之晶片板上封裝結構中，通常熱點產生位置為半導體磊晶層之活性中間層，因此，活性中間層與鑽石材料間之距離變得相當重要。舉例而言，於上述本發明晶片板上封裝結構中，可選用類鑽碳作為該碳化物層並設置於半導體磊晶層及該電路載板間，使該類鑽碳可提供該半
導體磊晶層一超聲波散熱功能，達到消除熱點之目的。此外，類鑽碳亦可為基板之絕緣層，只要類鑽碳與熱點之距離夠近，可使其具有超聲波散熱之功效即可，本發明並不特別限制其位置。
再者，於上述本發明之晶片板上封裝結構中，該晶片板上封裝結構更可包括一基板，其係設置於該第一半導體磊晶層上。具體而言，可先於該基板上製備一覆晶式發光二極體，並以覆晶技術將該發光二極體透過一焊接層電性連接並封裝至該電路載板上，以形成該晶片板上封裝結構。因此，若該基板為一透明基板，則可保留於該半導體磊晶層上，反之則需移除。於本發明之一具體態樣中，該基板可為一藍寶石基板而保留於該半導體磊晶層上，但本發明並不僅限於此。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
本發明之實施例中該等圖式均為簡化之示意圖。惟該等圖示僅顯示與本發明有關之元件，其所顯示之元件非為
實際實施時之態樣，其實際實施時之元件數目、形狀等比例為一選擇性之設計，且其元件佈局型態可能更複雜。
本發明之目的係在於提供一種發光二極體，其透過調整發光二極體之結構設計，使其能利用超聲波方式散熱，快速移除活性中間層中之熱點，從而達到最佳化發光二極體散熱效率，並維持其發光效率。
請參考圖2A至2E，係本發明實施例一之發光二極體1製備流程結構示意圖，其中，此實施例一所製備之發光二極體1為一直通式發光二極體。首先，如圖2A所示，提供一基板10，其包含一絕緣層1070、以及一電路基板1071。接著，如圖2B所示，於該基板10上方以濺鍍法形成一由兩層金屬層151及兩層碳化物層152相互堆疊形成之多層結構15，其中，該些金屬層151係為鈦、該些碳化物層152係為可導電之類鑽碳，且該些金屬層151及該些碳化物層152之厚度各自獨立為100奈米。接著，請參考圖2C，於該金屬層151上形成一反射層11，其中，該反射層11係為鋁。此外，因所製備之發光二極體1為直通式發光二極體，是以上述金屬層151、碳化物層152及反射層11需具有相同電性，於此實施例一中，該反射層11、該金屬層151及該碳化物層152係為P型電性。
請繼續參閱圖2D，於該反射層11上方形成一半導體磊晶層12，其中，該半導體磊晶層12包含一第一半導體磊晶層121、一活性中間層122、以及一第二半導體磊晶層123，
其中，該第一半導體磊晶層121、該活性中間層122與該第二半導體磊晶層123係層疊設置，該第一半導體磊晶層121係夾置於該反射層11及該活性中間層122之間，該活性中間層122係夾置於該第一半導體磊晶層121與該第二半導體磊晶層123之間。於此實施例一中，該半導體磊晶層12之材質為氮化銦鎵(InGaN)，且該第一半導體磊晶層121係P型磊晶層，該第二半導體磊晶層123係N型磊晶層。在此，需注意的是，本發明之重要技術特徵在於透過碳化物層之結構設計，使其能利用超聲波方式進行散熱。因此，在此實施例一中，該活性中間層122與上述至少一碳化物層152間之距離係設計為2微米，從而使得作為碳化物層152之類鑽碳得以提供半導體磊晶層12藉由超聲波方式散熱，以15,000m/s之超聲波速度快速移除熱量，並減少產生於活性中間層122之熱點。此外，本發明半導體磊晶層12適用的材質不限於此，亦可以使用選用其他本領域中常用材質。再者，於此實施例一中，該活性中間層122為多量子井層，用以提升發光二極體1中電能轉換成光能的效率。
最後，請參閱圖2E，係於該第二半導體磊晶層123上形成一第二電極13，其中，該第二電極係為N型電性。於此實施例一之發光二極體1中，該由金屬層151及碳化物層152形成之多層結構15係同時兼具作為電極之功能，且該反射層11、該金屬層151及該碳化物層152之電性與第一半導體磊晶層121同為P型電性；該第二半導體磊晶層123及該第二電
極13則同為N型電性，從而此實施例一所完成之發光二極體1為一直通式發光二極體。
據此，如圖2A至圖2E所示，上述製得發光二極體1，其包括：一基板10，其包括一絕緣層1070、以及一電路基板1071；一半導體磊晶層12，其係位於基板10上，該半導體磊晶層12包括一第一半導體磊晶層121、一活性中間層122、以及一第二半導體磊晶層123，其中，該第一半導體磊晶層121係夾置於該基板10及該活性中間層122之間，該活性中間層122係夾置於該第一半導體磊晶層121與該第二半導體磊晶層123之間；一反射層11，其係夾置於該基板10及該半導體磊晶層12間；一由兩層金屬層151及兩層碳化物層152相互堆疊形成之多層結構15，其中，金屬層151係為鈦且位於多層結構15上方之金屬層151夾置於該反射層11及該基板10之間，碳化物層152係為一可導電之類鑽碳且位於多層結構15下方之碳化物層152夾置於該金屬層151及該基板10之間；其中，該活性中間層122及該碳化物層間之距離係為2微米，該第一半導體磊晶層121、該反射層11、該金屬層151及該碳化物層152係為P型電性，且該第二半導體磊晶層123則與該第二電極13同為N型電性。據此，即可製備完成此實施例一之發光二極體1，其為一直通式發光二極體。
除上述實施例一之直通式發光二極體外，亦可將本發明之重要技術特徵應用於晶片板上封裝結構中，從而最佳化其發光效率。
請參閱圖3A至3F，係本發明實施例二之晶片板上封裝結構300製備流程結構示意圖，其中，此實施例二係先製備所需之發光二極體3，其為一覆晶式發光二極體。
首先，如圖3A所示，提供一基板30。在此實施例三中，該基板30係為一藍寶石基板。接著，如圖3B所示，於該基板30上方形成一半導體磊晶層32，其中，該半導體磊晶層32包含一第一半導體磊晶層321、一活性中間層322、以及一第二半導體磊晶層323，其中，該第一半導體磊晶層321、該活性中間層322與該第二半導體磊晶層323係層疊設置，該第一半導體磊晶層321係夾置於該基板30及該活性中間層322之間，該活性中間層322係夾置於該第一半導體磊晶層321與該第二半導體磊晶層323之間。於完成該半導體磊晶層32後，係移除部分第二半導體磊晶層323及部分活性中間層322，以顯露其下之第一半導體磊晶層321。於此實施例二中，該半導體磊晶層32之材質為氮化銦鎵(InGaN)，且該第一半導體磊晶層321係N型，該第二半導體磊晶層323係P型。此外，本發明半導體磊晶層32適用的材質不限於此，亦可以使用選用其他本領域中常用材質。再者，於此實施例二中，該活性中間層322為多量子井層，用以提升發光二極體3中電能轉換成光能的效率。
請繼續參閱圖3C，於該部分未移除之第二半導體磊晶層323上方形成一反射層31。於此實施例二中，該反射層31係為銀。然而，此形成反射層31的步驟，本發明所屬技術領域之通常知識者可依需要選擇性執行，換言之若不打算設置反射層，則可跳過形成反射層31之步驟而無需進行。
再者，請參閱圖3D，於該反射層31上以電弧沉積法形成由1層金屬層351及1層碳化物層352相互堆疊之多層結構35，其中，該金屬層351係為鈦且該碳化物層352係為可導電之類鑽碳。此外，於該顯露之第一半導體磊晶層321上係形成一第一電極34，該第一電極34之材質並不特別限制，只要能夠與該第一半導體磊晶層321形成電性連接即可。於此實施例二中，該第一電極34亦為由金屬層及碳化物層形成之多層結構(圖未顯示)，並且透過調整其相互堆疊之層數使得該第一電極34及該碳化物層352形成一共平面。再者，考量該發光二極體3需電性連接至電路載板上，該第一電極34與該第一半導體磊晶層321係為N型電性；該金屬層351、該碳化物層352與該第二半導體磊晶層323係為P型電性。接著，如圖3E所示，於該第一電極34表面與該碳化物層352表面上，分別形成一第一金屬焊接層36以及第二金屬焊接層37，其中，該第一金屬焊接層36之表面與該第二金屬焊接層37之表面係形成一共平面。於本實施例中，該第一金屬焊接層36與該第二金屬焊接層37係由金層與金錫層構成，且該金錫層係一共晶導電材料層。
最後，請參閱圖3F，係將上述所製備之發光二極體3電性連接並封裝至一電路載板7上並利用雷射剝離技術(laser lift-off)，移除該基板30，以製備此實施例二之晶片板上封裝結構300。如圖3F所示，晶片板上封裝結構300包括：一電路載板7；以及上述所製得之發光二極體3，其係經由該第一金屬焊接層36以及該第二金屬焊接層37電性連接該電路載板7，其中，該電路載板7包含一絕緣層70、一電路基板71、以及電性連接墊73。在此，需注意的是，本發明之重要技術特徵在於透過碳化物層使晶片板上封裝結構能透過超聲波方式進行散熱，是以，該活性中間層322係與該碳化物層352間之距離係設計為2微米，從而使得作為碳化物層352之類鑽碳得以藉由超聲波散熱的方式，以15,000m/s之超聲波速度快速移除產生於活性中間層322之熱點。
此外，於該晶片板上封裝結構300中，可利用形成於電性連接墊73表面之焊料72，透過覆晶方式，使該第一金屬焊接層36以及該第二金屬焊接層37與該電路載板7之電性連接墊73達到電性連接。
據此，如圖3A至圖3F所示，上述製得之晶片板上封裝結構300，其包括：一電路載板7；一半導體磊晶層32，其係位於電路載板7上，該半導體磊晶層32包括一第一半導體磊晶層321、一活性中間層322、以及一第二半導體磊晶層323；一反射層31，其係夾置於該電路載板7及該第二半導體磊晶層323間，；一金屬層351，係夾置於該反射層31及
該電路載板7之間；一碳化物層352，係夾置於該金屬層351及該電路載板之間；以及一第一電極34，係設置於該部份顯露之第一半導體磊晶層321上；其中，該第二半導體磊晶層323係夾置於該反射層31及該活性中間層322之間，該活性中間層322係夾置於該第一半導體磊晶層321與該第二半導體磊晶層323之間，且該半導體磊晶層32係經由一第一金屬焊接層36以及一第二金屬焊接層37封裝於該電路載板7，並且該活性中間層322及該碳化物層352間之距離係為2微米。此外，該第一電極34與該第一半導體磊晶層321係為N型電性；該金屬層351、該碳化物層352與該第二半導體磊晶層323係為P型電性。
請參考圖4，其係此實施例三之晶片板上封裝結構400之結構示意圖。實施例三與上述實施例二之製備流程大致相似，所不同處在於，將所製備之發光二極體3電性連接並封裝於該電路載板7上後，由於所使用之基板30為藍寶石基板，因此，在不移除該基板30的情況下，同樣可製備完成一晶片板上封裝結構400。
據此，如圖4所示，此實施例三所製得之晶片板上封裝結構400，其包括：一電路載板7；一半導體磊晶層32，其係位於電路載板7上，該半導體磊晶層32包括一第一半導體磊晶層321、一活性中間層322、以及一第二半導體磊晶層323；一反射層31，其係夾置於該電路載板7及該第二半導體磊晶層323間，；一金屬層351，係夾置於該反射層31及
該電路載板7之間；一碳化物層352，係夾置於該金屬層351及該電路載板7之間；一第一電極34，係設置於該第一半導體磊晶層321上；以及一基板30，係設置於該第一半導體磊晶層321上；其中，該第二半導體磊晶層323係夾置於該反射層31及該活性中間層322之間，該活性中間層322係夾置於該第一半導體磊晶層321與該第二半導體磊晶層323之間，且該半導體磊晶層32係經由一第一金屬焊接層36以及一第二金屬焊接層37封裝於該電路載板7，並且該活性中間層322及該碳化物層352間之距離係為2微米。此外，該第一電極34與該第一半導體磊晶層321係為N型電性；該金屬層351、該碳化物層352與該第二半導體磊晶層323係為P型電性。
實施例四與上述實施例二之製備流程大致相似，所不同處在於，所使用之電路載板之絕緣層係為一類鑽碳(與碳化物層之組成份相同)。據此，此實施例四所完成之晶片板上封裝結構將可同時透過碳化物層及絕緣層進行超聲波散熱。
此比較例一與實施例一大致相同，所不同處僅在於比較例一之直通式發光二極體中並不含有碳化物層。據此，比較例一所製得之直通式發光二極體將無法透過該碳化物層進行超聲波散熱。
此比較例與實施例二大致相同，所不同處僅在於比較例之晶片板上封裝結構中並不含有碳化物層。據此，比較例所製得之晶片板上封裝結構將無法透過該碳化物層進行超聲波散熱。
本試驗例一係於相同的通電發光的條件下，利用一近場光學顯微儀分析實施例一及比較例一所製備之直通式發光二極體之光場分佈，以顯示其熱點產生缺陷之狀況。請參考圖5A及5B係分別為實施例一及比較例一之光場分析結果圖，其中，於圖5A中並無觀察到有因未發光而產生之黑點，顯示實施例一之直通式發光二極體於通電發光(350毫安培，7分鐘)的情況下，並不會有因熱點產生的缺陷；反之，於圖5B中，則可發現於其中央處有因未發光而產生之黑點，顯示於相同條件下，比較例一之直通式發光二極體有因熱點產生的缺陷。
本試驗例二係於相同的通電發光的條件下，分析實施例二及比較例二之晶片板上封裝結構在持續通電發光(350毫安培)達16分鐘後之溫度，其中，實施例二之晶片板上封裝結構之溫度達61.12℃至68.21℃；而比較例二之溫度則為72.44℃至84.11℃，遠高於實施例二之溫度。因此，由此上
述結果可知，根據本發明所製造具有超聲波散熱功能之晶片板上封裝結構，可藉由類鑽碳以提供超聲波方式散熱，快速移除熱量，並減少產生於半導體磊晶層中之熱點。
本試驗例三係於25℃下，利用T3Ster熱阻儀分析實施例二及比較例二所製備之晶片板上封裝結構，以顯示其導熱之狀況。請參考圖6A及6B，係各自獨立為實施例二及比較例二之熱阻分析結果圖，其中，橫軸為熱阻，單位為K/W；縱軸為熱容，單位為Ks/W。請參考圖6A，係本發明實施例二之熱阻分析結果，其中，該電路載板及發光二極體間之熱阻係為0.98K/W。請參考圖6B，係本發明比較例二之熱阻分析結果，顯示其電路載板及發光二極體間之熱阻係為1.51K/W。是以，當晶片板上封裝結構含有一由類鑽碳形成之碳化物層，且該碳化物層與活性中間層間之距離係為2微米時，將可有效降低兩者間之熱阻。
本試驗例四係於相同的通電發光條件下，利用一熱像分析儀分析實施例一及比較例一所製備之直通式發光二極體晶片之溫度分佈。請參考圖7A及7B，係分別為實施例一及比較例一之溫度分佈結果圖。如圖7A及7B所示，於相同通電發光條件下(350毫安培)，實施例一之直通式發光二極體之溫度約為58℃至60℃；反之，比較例一之直通式發光二極體之溫度則約為73℃至76℃。因此，由此上述結果可
知，根據本發明所製造具有超聲波散熱功能之直通式發光二極體，可藉由類鑽碳以提供超聲波方式散熱，快速移除熱量，並減少產生於半導體磊晶層中之熱點。
本試驗例五係於相同的通電發光條件下，利用一熱像分析儀分析實施例四及比較例二所製備之晶片板上封裝結構之溫度分佈。請參考圖8A及8B，係分別為實施例四及比較例二之溫度分佈結果圖。如圖8A及8B所示，於相同通電發光條件下(700毫安培)，實施例四之晶片板上封裝結構之溫度約為55℃至59℃；反之，比較例二之晶片板上封裝結構之溫度則約為65℃至77℃。因此，由此上述結果可知，當碳化物層及絕緣層同時含有類鑽碳時，兩者產生之協同效應將使得本發明所製備之晶片板上封裝結構具有更佳的散熱效果。據此，根據本發明所製造具有超聲波散熱功能之晶片板上封裝結構，確實可藉由類鑽碳以提供超聲波方式散熱，快速移除熱量，並減少產生於半導體磊晶層中之熱點。
據此，上述試驗例一至五之結果顯示本發明之直通式發光二極體及晶片板上封裝結構中，因其含有類鑽碳並且調整活性中間層與類鑽碳間之距離為1至10微米以內，可使得該類鑽碳能透過超聲波散熱的方式，快速移除產生於活性中間層之熱點，進而提升晶片板上封裝結構之整體熱穩定性，達到提高其發光效率並延長其產品壽命。
綜上所述，本發明之發光二極體及使用其之晶片板上封裝結構，因其具有超聲波散熱之結構設計，可在發光二極體運作產生熱量的過程中快速移除所產生之熱點，以穩定其晶格結構，從而達到最佳化其散熱效率，以維持其發光效率。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
1,3‧‧‧發光二極體
10,30‧‧‧基板
11,31‧‧‧反射層
12,32‧‧‧半導體磊晶層
121,321‧‧‧第一半導體磊晶層
122,322‧‧‧活性中間層
123,323‧‧‧第二半導體磊晶層
13‧‧‧第二電極
34‧‧‧第一電極
151,351‧‧‧金屬層
152,352‧‧‧碳化物層
15,35‧‧‧多層結構
36‧‧‧第一金屬焊接層
37‧‧‧第二金屬焊接層
7‧‧‧電路載板
1070,70‧‧‧絕緣層
1071,71‧‧‧電路基板
72‧‧‧焊料
73‧‧‧電性連接墊
300,400‧‧‧晶片板上封裝結構
圖1係產生於發光二極體中之熱源尺寸對應熱源溫度之示意圖。
圖2A至圖2E係本發明實施例一之發光二極體製備流程結構示意圖。
圖3A至圖3F係本發明實施例二之晶片板上封裝結構製備流程示意圖。
圖4係本發明實施例三之晶片板上封裝結構結構示意圖。
圖5A及5B係本發明試驗例一之光場分析結果圖。
圖6A及6B係本發明試驗例三中之熱阻分析結果圖。
圖7A及7B係本發明試驗例四之溫度分佈結果圖。
圖8A及8B係本發明試驗例五之溫度分佈結果圖。
300‧‧‧晶片板上封裝結構
31‧‧‧反射層
32‧‧‧半導體磊晶層
321‧‧‧第一半導體磊晶層
322‧‧‧活性中間層
323‧‧‧第二半導體磊晶層
34‧‧‧第一電極
35‧‧‧多層結構
351‧‧‧金屬層
352‧‧‧碳化物層
36‧‧‧第一金屬焊接層
37‧‧‧第二金屬焊接層
7‧‧‧電路載板
70‧‧‧絕緣層
71‧‧‧電路基板
72‧‧‧焊料
73‧‧‧電性連接墊
Claims (14)
- 一種晶片板上封裝結構(chip on board，COB)，包括：一電路載板，其係包括至少一電性連接墊；一半導體磊晶層，其係位於該電路載板表面，該半導體磊晶層包括一第一半導體磊晶層、一活性中間層、以及一第二半導體磊晶層；一反射層，其係夾置於該半導體磊晶層及該電路載板之間；一金屬層，其係夾置於該反射層及該電路載板之間；以及一碳化物層，其係夾置於該金屬層及該電路載板之間；其中，該金屬層及該碳化物層係為相互堆疊之多層結構，且該活性中間層及該碳化物層間之距離係為1至10微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶片板上封裝結構，其中，該活性中間層及該碳化物層間之距離係為2微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶片板上封裝結構，其中，該金屬層係為鈦、鋯、鉬、或鎢。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶片板上封裝結構，其中，該碳化物層係為類鑽碳、石墨烯、或其組合。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶片板上封裝結構，其中，該類鑽碳係為一導電性之四面體結構，且該類鑽碳之 碳原子含量高於95%以上，及該類鑽碳之25%以上碳原子具有一扭曲四面體鍵結結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶片板上封裝結構，其中，該第二半導體磊晶層係夾置於該反射層及該活性中間層之間，該活性中間層係夾置於該第一半導體磊晶層與該第二半導體磊晶層之間，且該第一半導體磊晶層係部分未覆蓋該活性中間層及該第二半導體磊晶層。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶片板上封裝結構，其中，該半導體磊晶層係含有一摻雜物，該摻雜物係為銦。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶片板上封裝結構，其中，該電路載板包含一絕緣層、以及一電路基板，該絕緣層之材質係選自由類鑽碳、氧化鋁、陶瓷、以及含鑽石之環氧樹脂所組群組之至少一者。
- 如申請專利範圍第8項所述之晶片板上封裝結構，其中，該電路基板係一金屬板、一陶瓷板或一矽基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶片板上封裝結構，其中，該第二半導體磊晶層係為P型電性，而該第一半導體磊晶層係為N型電性。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶片板上封裝結構，其中，該碳化物層係用以提供該半導體磊晶層之超聲波方式散熱。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶片板上封裝結構，更包括一基板，該基板係設置於該第一半導體磊晶層上。
- 如申請專利範圍第12項所述之晶片板上封裝結構，其中，該基板係為一藍寶石基板。
- 如申請專利範圍第1項所述之晶片板上封裝結構，更包括一焊接層，該焊接層係設置於該電路載板及該碳化物層之間。
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