[發明專利]用金剛石膜作熱沉材料的LED芯片基座及制作方法

無效

• 申請號: 200810051719.2
• 申請日: 2008-12-30
• 公開（公告）號: CN101465399A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 李紅東;呂憲義;崔田;何志;鄒廣田;張彤;呂建楠
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司
• 代理人: 王恩遠

技術領域

本發明屬于LED熱沉的技術領域，特別涉及LED芯片陶瓷基座與CVD金剛石膜結合做LED新型熱沉材料。

背景技術

LED全稱為半導體發光二極管，可直接將電能轉化成光能。半導體元器件通常對溫度十分敏感，對于大功率LED來說，P-N結的溫度上升非常明顯，而許多應用又需要將多個大功率LED密集矩陣排列使用，其散熱問題尤其明顯。長時間發熱或過高的溫度會嚴重影響器件的效率、穩定性和使用壽命，所以熱沉材料的選用是提高LED性能需要考慮的問題。而當前需要耐高溫的LED，以長時間照明的路燈、需強光照明的醫療燈具、大面積顯示屏等用途為主，因此必須選擇可高度散熱的LED商品。

和本發明接近的是潮州三環(集團)股份有限公司的發明專利(申請號200810066253.3，200810066254.8)。公開的一種高功率LED陶瓷封裝基座，是在原有結構的基礎上，將基座的下陶瓷層改為“由氧化鋁陶瓷材料或氮化鋁陶瓷材料制成”。上述專利提到了一種SMD高功率LED的Al₂O₃或AlN陶瓷封裝基座，提高了SMD高功率LED封裝基座散熱性能，增強了LED產品耐高低溫沖擊性能。但是Al₂O₃(熱導率18-20W/mk)和AlN(170-230W/mk)陶瓷的導熱率低，仍達不到高度散熱的LED商品的需要。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：基于現有陶瓷封裝基座的不足之處，本發明設計了一種用金剛石膜做熱沉材料的LED芯片基座；并解決將金剛石膜與基座的下陶瓷層固定在一起的問題。采用金剛石膜作為LED的熱沉，使其散熱性能得到明顯的改善。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：

一種用金剛石膜做熱沉材料的LED芯片基座，結構包括上陶瓷層10、下陶瓷層20。在上陶瓷層10上面安裝有反射杯5，下陶瓷層20上面安裝有貼片區1、電極打線區2，在下陶瓷層20內開有豎直的電導通孔4和裝有豎直的導熱柱6，在下陶瓷層20下面安裝有底部焊盤3和散熱焊盤7。下陶瓷層20采用Al₂O₃陶瓷材料或AlN陶瓷材料。

本發明在下陶瓷層20上表面或/和下表面上有金剛石膜9；在下陶瓷層20內打孔放入導熱柱6，導熱柱6采用高導熱材料，如CVD金剛石、聚晶金剛石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)等材料的，增強基座縱向及橫向傳熱效果。導熱柱6可采用激光切割法制得。

同Al₂O₃陶瓷(熱導率18-20W/mk)或AlN陶瓷(170-230W/mk)相比，金剛石(熱導率1300-2000W/mk)的熱導率要高10倍甚至百倍，因此在Al₂O₃或AlN陶瓷上增加金剛石膜做熱沉，增加高導熱材料的導熱柱，可將LED工作中產生的熱以更快的速率導出，提高LED的使用效能。

為了用金剛石膜做LED芯片基座的熱沉材料，可以采用如下兩個方案將金剛石膜制作在下陶瓷層20表面上。

方案一：在通常Al₂O₃或AlN陶瓷基座的下陶瓷層20表面上沉積金剛石膜，利用金剛石膜的高熱導率，將LED器件工作中的散熱加速傳遞出去，提高LED的工作效率。

方案二：在通常Al₂O₃或AlN陶瓷基座的下陶瓷層20表面上焊接化學氣相沉積(CVD)的自支撐金剛石膜做成LED芯片的熱沉系統。利用金剛石膜的高熱導率，將LED器件工作中的散熱加速傳遞出去，提高LED的工作效率。

沉積金剛石膜的具體技術方案如下：

一種用金剛石膜做熱沉材料的LED芯片基座的制作方法，首先在下陶瓷層20的表面沉積金剛石膜，再在下陶瓷層20上安裝上陶瓷層10和反射杯5，最后在下陶瓷層20內裝入導熱柱6。所述的沉積金剛石膜，是在AlN陶瓷材料的下陶瓷層20上沉積金剛石膜，或在Al₂O₃陶瓷材料的下陶瓷層20上先鍍一層AlN膜做過渡層再沉積金剛石膜，是采用化學氣相沉積(CVD)方法沉積金剛石膜。

化學氣相沉積方法可以是微波等離子體CVD法(MPCVD)、電子輔助熱燈絲CVD法(EA-HFCVD)、直流熱陰極輝光等離子體CVD法或直流噴射等離子體CVD方法等。前述的化學氣相沉積方法沉積金剛石膜的工藝條件與現有的工藝條件基本相同。

焊接化學氣相沉積(CVD)的自支撐金剛石膜的具體技術方案如下：