[發明專利]集成金屬基氮化鋁薄膜基板與熱管的大功率LED模塊及其制備方法

有效

• 申請號: 200910196566.5
• 申請日: 2009-09-27
• 公開（公告）號: CN101673802A
• 公開（公告）日: 2010-03-17
• 發明（設計）人: 吳軍;殷錄橋;張建華;李抒智;馬可軍;楊衛橋
• 申請（專利權）人: 上海大學;上海半導體照明工程技術研究中心
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L25/075;H01L23/13;H01L23/367;H01L23/427;H01L23/28;H01L23/14;H01L21/48;H01L21/50
• 代理公司: 上海上大專利事務所（普通合伙）
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種集成金屬基氮化鋁薄膜基板與熱管的大功率LED模塊及其制備方法，該 發明可以大幅度提高大功率LED的散熱性能，提高大功率LED的效率、亮度及可靠性，有 助于LED照明的普及。

背景技術

薄膜的常用制備方法以氣相沉積方法為主，包括物理氣相沉積(PVD)方法和化學氣相 (CVD)方法，近來發展起來的激光熔蒸方法利用激光脈沖熔蒸靶材中的原子或分子到襯底上 形成薄膜，它也是一種PVD的方法，其特點是有助于生長外延的氧化物單晶薄膜。非氣相沉 積方法有：液相外延和固相外延方法，朗謬爾-布洛杰特(Langmuir-Blodgett)方法，化學溶 液涂層法等。

氮化鋁AlN作為寬帶隙的直接帶隙半導體，是一種重要的藍光和紫外發光材料。同時， 因為又具有高熱導率、高硬度、高熔點以及高的化學穩定性、大的擊穿場強和低的介電損耗， 尤其是氮化鋁AlN與硅Si、砷化鎵GaAs等常用半導體材料的熱膨脹系數相近和兼容性強的 特點，氮化鋁AlN薄膜可用于高溫、高功率的微電子器件。由于AlN具有較高的介電常數， 所以氮化鋁AlN是一種很好的MIS絕緣材料。目前，大多數成膜方法都已應用于氮化鋁AlN 薄膜的制備。其中比較成熟的主要有化學氣相沉積法(CVD)、反應分子束外延法(MBE)、等離 子體輔助化學氣相沉積法(PACVD)、激光化學氣相沉積法(LCVD)、金屬有機化合物化學氣相 沉積法(MOCVD)、脈沖激光沉積法(PLD)、磁控反應濺射法(MRS)和離子注入法等。

典型的熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，將管內抽成負壓后充以適量的工作液體，使緊 貼管內壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿液體后加以密封。管的一端為蒸發段(加熱段)，另一 端為冷凝段(冷卻段)，介于蒸發段和冷凝段之間的為絕熱段。當熱管的一端受熱時，毛細芯 中的液體蒸發汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結成液體，液體再沿多孔材 料靠毛細力的作用流回蒸發段。如此往復循環，熱量由熱管的一端傳至另一端。熱管除了散 熱性能好以外，結構簡單、重量輕、體積小，在傳遞熱量時，不需要有轉動部件的輔助設備 等優點。維修量少，可靠性高，無噪音，選擇適宜的工質和管殼材料，可制造出使用溫度范 圍大、壽命長的熱管。

白光是由LED的制作方式通常有：RGB混光、LED藍光芯片上涂覆YAG熒光粉及LED 紫外光芯片上涂覆RGB熒光等三種途徑。RGB是光的三原色，其它各種顏色均可通過RGB 的混光得到；只要通過各芯片的電流穩定、散熱性好，這種方法制作白光LED產生的白光穩 定且簡單，但是由于紅、綠、藍三種芯片的光衰不一樣，驅動方法要考慮到不同芯片的光衰 不一樣，操作起來較為復雜。從LED基片發出的藍光在熒光粉層中多次反射并被熒光粉部 分吸收，熒光粉被藍光激發并發出黃色熒光，白光是由上述藍光和黃光混合而成，根據顏色 的相加原理，這種混合光給人眼的感覺為白光。在LED紫外光芯片上涂覆RGB熒光粉的方 法利用紫外激光激發熒光粉產生三基色光來混合形成白光，但是目前的紫外光芯片和RGB熒 光粉是混合激發的，其出光效率較低RGB混光的方法較為復雜。通過藍光LED器件和黃色 熒光粉制得白光LED器件的方法較容易實現。

釔鋁石榴石Y₃A₁₅O₁₂(簡稱YAG)，具有優良的導熱性和機械強度以及良好的物理化學性 質，耐高強度輻照和電子轟擊等，被廣泛用作激光和發光的基質材料。YAG作為一種有效的發 光材料，特別是以YAG為基質摻雜了稀土離子的發光材料以其特殊的優越性而得到了人們的 普遍關注。目前LED光學透鏡多由環氧樹脂或玻璃制成，而這些材料的折射率一般不超過 1.7，不利于LED的二次光學設計。透明陶瓷的折射率可以超過2.0，并且透明陶瓷的單色性 較好、熱導率較高，所以用透明陶瓷對LED器件進行二次光學設計可以提高LED的光學性 能和散熱性能，從而提高LED的效率。

硅樹脂是目前LED主要的灌封材料，抗熱和抗紫外線能力更強，不會產生采用環氧材料 導致的感光層變黃和分層問題，并具有良好的機械特性，發光效率更高，使用壽命更長，然 而接著性、強度與折射率等問題仍有待解決。于是新型熒光體的研究引起了人們的關注。