[發(fā)明專利]LED晶粒與封裝結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410612715.2
• 申請(qǐng)日: 2014-11-04
• 公開（公告）號(hào): CN104332554B
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪寬;王偉;宋姚;胡永久
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江中博光電科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/64
• 分類號(hào): H01L33/64;H01L33/20;H01L33/54;H01L25/075
• 代理公司: 浙江英普律師事務(wù)所33238
• 代理人: 陳俊志

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及LED芯片領(lǐng)域，尤其涉及了一種LED晶粒與封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

目前，LED晶粒結(jié)構(gòu)存在以下不足：1、LED晶粒工作時(shí)，散熱方面主要是通過底部的襯底散熱，散熱性能并不十分理想。導(dǎo)電方面，是通過正電極、負(fù)電極分別連接金線，金線再連接PCB板上的線路層但是此種結(jié)構(gòu)會(huì)影響出光效率，使得此種結(jié)構(gòu)的LED晶粒的導(dǎo)電性能不好。2、LED晶粒在后續(xù)封裝時(shí)，必須通過導(dǎo)線與PCB板上的線路層連接，這就涉及到在LED晶粒的正電極、負(fù)電極上打金線，在打金線的過程中，由于原始晶粒結(jié)構(gòu)，使得LED晶粒封裝時(shí)工序復(fù)雜。

并且現(xiàn)有的LED晶粒的應(yīng)用中，有數(shù)據(jù)表明，當(dāng)LED晶粒的溫度每升高20℃，發(fā)光二極管光源發(fā)光效能就要降低5％。可見，為了提升發(fā)光二極管光源發(fā)光能效，必須要使LED晶粒在較低的溫度下進(jìn)行工作。

研究表明，LED晶粒產(chǎn)生的90％的熱量都是向下傳導(dǎo)，因此封裝技術(shù)中，導(dǎo)熱基板的散熱十分重要。然前述發(fā)光二極管光源采用的LED晶粒采用固晶膠粘結(jié)至導(dǎo)熱基板，固晶膠往往具有較低的導(dǎo)熱性，因此散熱效果很差。

為了改善LED晶粒的散熱問題，有人提出將LED晶粒與導(dǎo)熱基板直接鍵合。眾所周知，LED晶粒包括藍(lán)寶石或碳化硅襯底和生長(zhǎng)于襯底上的外延發(fā)光體。相對(duì)于前述采用固晶膠粘接方式，發(fā)光二極管的散熱不會(huì)受到固晶膠的制約，散熱效果有了一定程度的改善，然，藍(lán)寶石或碳化硅襯底的導(dǎo)熱能力依然不夠突出。

一種改進(jìn)的LED晶粒將外延發(fā)光體通過分子鍵合和的方式直接連接至導(dǎo)熱基板上。如此以來，LED晶粒的散熱能力得到了大大提高。然而，由于外延發(fā)光體和導(dǎo)熱基板的熱膨脹系數(shù)存在巨大差異，鍵合至導(dǎo)熱基板的外延發(fā)光體和導(dǎo)熱基板二者膨脹和收縮的過程極不匹配，因此極易發(fā)生外延發(fā)光體裂片的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中散熱效果差以及發(fā)光能效低等缺點(diǎn)，提供了一種LED晶粒與封裝結(jié)構(gòu)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決：

LED晶粒，包括發(fā)光層、N型半導(dǎo)體層、活性層、P型半導(dǎo)體層、襯底、緩沖層、熱沉、正電極以及負(fù)電極；

所述發(fā)光層下方設(shè)有N型半導(dǎo)體層，N型半導(dǎo)體層下方設(shè)有活性層，活性層下方設(shè)有P型半導(dǎo)體層，所述P型半導(dǎo)體層下方設(shè)有襯底，所述襯底下方設(shè)有熱沉；

所述N型半導(dǎo)體層、活性層、P型半導(dǎo)體層以及襯底均為環(huán)狀體且三者內(nèi)部柱狀孔的直徑相同，所述熱沉為上臺(tái)階與下臺(tái)階組成的梯臺(tái)柱狀一體結(jié)構(gòu)，所述緩沖層設(shè)置在上臺(tái)階的上端，所述上臺(tái)階套在N型半導(dǎo)體、活性層以及P型半導(dǎo)體層的內(nèi)部柱狀孔內(nèi)部；

正電極延伸設(shè)置在所述P型半導(dǎo)體層與熱沉下臺(tái)階的一側(cè)，所述正電極與所述P型半導(dǎo)體層的端部、所述襯底的端部直接接觸連接；所述負(fù)電極延伸設(shè)置在N型半導(dǎo)體層與熱沉下臺(tái)階的一側(cè)，所述負(fù)電極與所述N型半導(dǎo)體層的端部、所述襯底的端部直接接觸連接。

作為優(yōu)選，所述緩沖層為散熱材料緩沖層，所述緩沖層內(nèi)設(shè)有密集的孔洞。在熱沉上方設(shè)有緩沖層，緩沖層可以將發(fā)光層發(fā)出的熱量引導(dǎo)至熱沉中，經(jīng)過熱沉散出熱量。

作為優(yōu)選，所述緩沖層采用陶瓷緩沖層，所述孔洞設(shè)置在緩沖層豎直方向上，所述孔洞的直徑為0.5mm-1mm。陶瓷制成的緩沖層散熱效果更加好，在緩沖層上設(shè)有密集的孔洞，發(fā)光層散發(fā)出的熱可以經(jīng)過緩沖層的孔洞散到熱沉上去，經(jīng)過熱沉散熱。而直徑為0.5mm-1mm的孔洞是考慮到緩沖層的制作工藝，經(jīng)過多次試驗(yàn)，0.5mm-1mm之間的孔洞做工更為方便，并且散熱效果好。

作為優(yōu)選，所述正電極與襯底以及熱沉下臺(tái)階之間設(shè)有第一絕緣層，所述負(fù)電極與P型半導(dǎo)體層以及襯底以及熱沉下臺(tái)階之間設(shè)有第二絕緣層。

作為優(yōu)選，所述N型半導(dǎo)體層、活性層、P型半導(dǎo)體層以及襯底之間的柱狀孔與熱沉的上臺(tái)階形成夾角，所述夾角不超過10度。將N型半導(dǎo)體層、活性層、P型半導(dǎo)體層以及襯底作為一個(gè)整體，并且四者內(nèi)部柱狀孔的斜邊與熱沉的上臺(tái)階的中心形成不超過10度的角度，并且是從上至下與上臺(tái)階形成的角度，經(jīng)過試驗(yàn)證明，角度不超過10度，并且N型半導(dǎo)體層、活性層、P型半導(dǎo)體層以及襯底的柱狀孔的斜邊從上到下是在同一條直線上，并且最下方與下臺(tái)階形成角度，此種散熱效果達(dá)到了最佳。