[發(fā)明專利]一種使用陶瓷散熱的高功率LED燈具

有效

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• 申請日: 2012-02-27
• 公開（公告）號: CN102593304A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發(fā)明（設計）人: 俞國宏
• 申請（專利權）人: 俞國宏
• 主分類號: H01L33/38
• 分類號: H01L33/38;H01L33/20;H01L33/64
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種LED燈具，尤其是涉及一種使用陶瓷散熱的高功率LED燈具。

背景技術

LED燈具由于散熱大，如果不能及時進行散熱，尤其是大功率LED時間久后將會燒毀電子元器件，影響到LED燈具正常的使用和壽命?，F(xiàn)在市場上的使用散熱裝置通常是使用金屬散熱方式，但是金屬散熱沒有使用陶瓷材料散熱的效果更佳。

此外，使用藍寶石襯底其優(yōu)點是化學穩(wěn)定性好，不吸收可見光、價格適中、制造技術相對成熟，因此成為用于GaN生長最普遍的襯底。在LED的封裝過程中，都把藍寶石襯底面直接固定在散熱板上。在LED的工作過程中，其發(fā)光區(qū)是器件發(fā)熱的根源。由于藍寶石襯底本身是一種絕緣體材料，且導熱性能比GaN材料較差，所以對這種正裝的LED器件其工作電流都有一定的限制，以確保LED的發(fā)光效率和工作壽命。為改善器件的散熱性能，人們設計了一種LED芯片結構，即倒裝結構的LED芯片。

另外，傳統(tǒng)的藍寶石襯底的GaN芯片的結構，電極剛好位于芯片的出光面。由于p-GaN層有限的電導率，因此要求在?p-GaN層表面沉淀一層用于電流擴散的金屬層，這個電流擴散層由?Ni和?Au組成，會吸收部分光，從而降低出光效率。如果將芯片倒裝，那么電流擴散層?(金屬反射層)就成為光的反射層，這樣光可通過藍寶石襯底發(fā)射出去，從而提高出光效率。

自從提出芯片的倒裝設計之后，人們針對其可行性進行了大量的研究和探索。由于LED芯片設計的局限性，封裝良率一直很低，原因如下：第一、N型電極區(qū)域相對小，很難與PCB板的相應區(qū)域對位；第二、N型電極位置比P型電極位置高很多，很容易造成虛焊、脫焊情形；第三、為制作N型電極，往往要人為地去掉很大一部分有源區(qū)，這樣大大地減少了器件的發(fā)光面積，直接影響了LED發(fā)光效率。

再者，雖然LED的發(fā)光效率已經(jīng)超過日光燈和白熾燈，但商業(yè)化LED發(fā)光效率還是低于鈉燈(150lm/W)。那么，哪些因素影響LED的發(fā)光效率呢？就白光LED來說，其封裝成品發(fā)光效率是由內量子效率,?電注入效率,?提取效率和封裝效率的乘積決定的。??????如圖35所示，利用MOCVD、VPE、MBE或LPE技術在襯底30上生長器件（如LED、LD等）結構，從上至下依次分別為襯底30、N型材料層31、發(fā)光區(qū)32、P型材料層33、P型電極34、P級焊錫層35、PCB板36以及散熱板40。其中N型材料層31與散熱板40之間還依次連接N型電極37、N級焊錫層38和PCB板39。

該傳統(tǒng)的LED倒裝芯片存在的技術缺陷如下：

1、在水平方向N型電極37所處位置與P型電極34相距較遠，N型電極37對其下方的PCB板39的位置設計有苛刻的要求，影響到封裝優(yōu)良率。

2、N型電極37位置比P型電極34位置高很多，導致其與下方的PCB板39之間的間隙較大，在焊錫時很容易使得N級焊錫層38過長而造成虛焊或脫焊的發(fā)生。

3、為了使得N型電極37與其下方的PCB板39可以進行焊接，需要去掉很大一部分發(fā)光區(qū)，影響到LED芯片的發(fā)光效率。

4、電極區(qū)域不夠大，影響注入電流效率進而影響到LED芯片的發(fā)光效率。

5、P型電極與N型電極位在芯片兩側，造成電子流動路徑不一，如圖36，形成電阻不均勻，芯片發(fā)光區(qū)發(fā)光不均勻，影響到LED芯片的發(fā)光效率。

發(fā)明內容

本發(fā)明設計了一種使用陶瓷散熱的高功率LED燈具，其解決了以下技術問題是：

（1）大功率LED燈具由于散熱大，如果不能及時進行散熱，尤其是大功率LED時間久后將會燒毀電子元器件，影響到LED燈具正常的使用和壽命。

（2）N型電極區(qū)和P型電極區(qū)相對小，很難與PCB板的相應區(qū)域對位，會影響到封裝效果和LED產品的優(yōu)良率；

（3）N型電極位置比P型電極位置高很多，很容易造成虛焊、脫焊情形；

（4）為制作N型電極，往往要人為地去掉很大一部分有源區(qū)，這樣大大地減少了器件的發(fā)光面積，直接影響了LED發(fā)光效率；

（5）P型電極及N型電極區(qū)域不夠大，影響注入電流，直接影響了LED芯片發(fā)光效率；

（6）P型電極與N型電極位在芯片兩側，造成電子流動路徑不一，形成電阻不均勻，芯片發(fā)光區(qū)發(fā)光不均勻，影響到LED芯片的發(fā)光效率。

為了解決上述存在的技術問題，本發(fā)明采用了以下方案：?