專(zhuān)利名稱(chēng)：一種通孔式高散熱led芯片及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制作通孔式高散熱LED芯片，以及制作該通孔式高散熱LED芯片的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
自1990年代LED白光被發(fā)現(xiàn)之后，它的發(fā)光效率快速增加，2010年突破1001m/W。 它不需暖燈時(shí)間、反應(yīng)速度快、體積小、用電量省、污染低、適合量產(chǎn)、可靠度高、且適用范圍廣，如交通號(hào)志、大型顯示器或背光源、手機(jī)背光源、路燈照明等。LED也有其缺點(diǎn)需克服，輸入LED的能量，大約20 %會(huì)轉(zhuǎn)換成光源，剩下80%都轉(zhuǎn)成熱能，產(chǎn)生熱是很?chē)?yán)重的問(wèn)題，首先，溫度升高時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度會(huì)下降，而且壽命也會(huì)跟著下降。溫度升高也會(huì)導(dǎo)致放射波長(zhǎng)改變，產(chǎn)生色差，且伴隨量子轉(zhuǎn)換效率降低，導(dǎo)致發(fā)光強(qiáng)度就會(huì)下降，并且材料會(huì)膨脹，產(chǎn)品可靠性就會(huì)降低，使用年限也會(huì)降低。因此，散熱是亟需解決的問(wèn)題?，F(xiàn)在在照明方面，白光是最主要光源，比較4種主要光源，白熾燈泡、螢光燈管、鹵素?zé)?、LED能量分布，白熾燈泡大量以紅外光的方式放射，所以在旁邊可以感受到高溫高熱， 但熱不會(huì)在燈具本身，發(fā)光效率很低。螢光燈發(fā)光效率到達(dá)不錯(cuò)的境界，熱能也均勻分布。 LED的發(fā)光效率在20 %左右，但本身發(fā)出的熱能在80 %左右，可以看出LED熱能問(wèn)題極待解決。散熱基本上有3種方式，一是傳導(dǎo)式散熱，二是對(duì)流式散熱，三是輻射式散熱。散熱最主要問(wèn)題點(diǎn)就在面積；而因輻射散熱量非常小，所以最主要要討論的散熱方式在傳導(dǎo)和對(duì)流兩方面。熱模式奧姆定理ΔΤ = QR，溫差=熱流χ熱阻，熱阻愈大，就有愈大的熱產(chǎn)生在元件內(nèi)。熱阻之后來(lái)看熱傳遞，熱傳遞有垂直和水平方向，垂直方向相當(dāng)于串連方式，串愈多熱阻愈大，厚度相對(duì)要愈低。水平傳遞是并連方式，并連熱阻數(shù)愈多，產(chǎn)生效果愈好。降低LED熱累積的方式有三種，一為改善發(fā)光效率，在芯片制作階段，改善20%發(fā)光80%發(fā)熱的能量配置，二為藍(lán)寶石移除的垂直式LED，，三為封裝基板采用高導(dǎo)熱材料， 和熱膨脹系數(shù)匹配的材料，并且降低整個(gè)散熱基板總熱阻方式。傳統(tǒng)LED封裝使用打線(xiàn)方式，但相對(duì)于金屬，藍(lán)寶石傳熱相當(dāng)慢，所以熱源會(huì)從金屬線(xiàn)傳導(dǎo)，但散熱效果不佳。目前LED芯片端最新的散熱技術(shù)為藍(lán)寶石移除的垂直式LED， 移除藍(lán)寶石后的LED轉(zhuǎn)貼至導(dǎo)熱極佳的硅或金屬基板上，大大增加散熱性。但垂直式LED 相較於傳統(tǒng)水平式LED工藝繁瑣，且移除藍(lán)寶石后的LED芯片和轉(zhuǎn)貼后的基板之間的熱膨脹系數(shù)差異和附著性，對(duì)將來(lái)高功率LED長(zhǎng)期使用是一個(gè)隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述散熱問(wèn)題，提供一種通孔式高散熱LED芯片，以及制作該通孔式高散熱LED芯片的結(jié)構(gòu)，其主要將LED芯片以晶圓鍵合方式形成一高散熱底板，從而在芯片端改善熱傳和散熱問(wèn)題，并將部份N型電極透過(guò)通孔和底板相連接，部份N型電極透過(guò)側(cè)壁化和底板相連接。使芯片垂直上下各成正負(fù)極，減少封裝打線(xiàn)數(shù)量， 增加出光面積和效率。發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種制作通孔式高散熱LED芯片的結(jié)構(gòu)和方法，該結(jié)構(gòu)包含至少一芯片和一底板，所述芯片包括襯底和生長(zhǎng)在一襯底表面的發(fā)光外延層；所述襯底具有第一表面和與所述第一表面相反的第二表面；在所述襯底的第二表面形成一反射層， 在該襯底第二表面形成的反射層上晶圓鍵合一散熱性良好的底板；以及在所述第一表面上形成發(fā)光外延層，其中從所述發(fā)光外延層發(fā)射的光包括遠(yuǎn)離所述襯底方向傳播的光以及向著所述襯底方向傳播的光，向著所述襯底方向傳播的光至少部分地透過(guò)所述襯底后被所述反射層反射。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，將部份N型電極透過(guò)通孔和底板相連接，部份N型電極透過(guò)側(cè)壁化和底板相連接。使芯片垂直上下各成正負(fù)極，減少封裝打線(xiàn)數(shù)量，增加出光面積和效率。通孔和側(cè)壁金屬或合金含反射與不反射二種，反射型可充份收集側(cè)光回到芯片中來(lái)與避免光被吸收。采用本發(fā)明提供的制作LED芯片的結(jié)構(gòu)，可以使得依該結(jié)構(gòu)制得的LED芯片中，在取光方向的電極面積減少，不只電流走向均勻，且發(fā)光外延層發(fā)射的向著襯底方向傳播并從襯底背面出射的光被直接地、牢固地附著在襯底背面的反射層反射為從襯底正面出射， 借此能夠有效地利用上述向著襯底方向傳播的光，提高LED芯片的整體出光效率。更重要地，在此反射層之后，以高壓晶圓鍵合方式形成的高散熱底板，幫助LED芯片在大功率操作下散熱，部份N型電極透過(guò)通孔和底板相連接，部份N型電極透過(guò)側(cè)壁化和底板相連接，使得LED芯片所產(chǎn)生的熱，能更有效率地透過(guò)N型電極往下傳導(dǎo)至高散熱底板，從而增加LED 的發(fā)光效率和延長(zhǎng)使用壽命。


結(jié)合在說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成說(shuō)明書(shū)一部分的附圖用于說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，并與上述總體說(shuō)明和下述實(shí)施方式的詳細(xì)說(shuō)明一起對(duì)本發(fā)明的原理進(jìn)行說(shuō)明。圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的LED芯片的襯底與其第一表面上形成發(fā)光外延層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是顯示對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的LED芯片，刻蝕完成N型摻雜區(qū)曝露后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是顯示對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的LED芯片的襯底第二表面上形成反射層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是顯示在如圖3所示的反射層后，以高壓晶圓鍵合的方式形成高散熱底板后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是顯示對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的LED芯片，使其N(xiāo)型電極和底板預(yù)備接合的地方曝露出來(lái)后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是顯示對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的LED芯片，完成所有P型電極和N型電極的制作，且部份N型電極透過(guò)通孔和底板相連接，部份N型電極透過(guò)側(cè)壁化和底板相連接后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是顯示對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的LED芯片，剖面?zhèn)纫暫驼暿疽鈭D。
圖8是顯示對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的LED芯片示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照

本發(fā)明的具體實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例制作LED芯片的結(jié)構(gòu)包括以下步驟圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的LED芯片的襯底1與其第一表面11上形成發(fā)光外延層2，該發(fā)光外延層2是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于LED的發(fā)光結(jié)構(gòu)，例如IIIV 族化合物半導(dǎo)體發(fā)光結(jié)構(gòu)等。其所發(fā)射的光包括遠(yuǎn)離該襯底1方向傳播的光以及向著該襯底1方向傳播的光，并且向著襯底1方向傳播的光至少部分地透過(guò)襯底1。圖2是顯示對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的LED芯片，利用熟知的半導(dǎo)體工藝技術(shù)， 將該發(fā)光外延層2的N型摻雜區(qū)曝露出來(lái)。并對(duì)襯底1的第二表面12進(jìn)行研磨拋光處理。研磨拋光處理可以是利用鉆石砂輪研磨，以達(dá)到對(duì)藍(lán)寶石襯底減薄的效果，然后再利用
<3um鉆石顆粒與襯底表面相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行拋光處理，以達(dá)到鏡面效果。圖3是顯示對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的LED芯片的襯底第二表面12上形成反射層3。反射層3可以是金屬層或合金層，單層或多層，全反射膜(DBR)，DBR加金屬層或合金層ο圖4顯示在如圖3所示的反射層3后，以高壓晶圓鍵合的方式形成高散熱底板 4 ；此晶圓鍵合的方式是在真空小於一個(gè)大氣壓的環(huán)境下，以高壓的方式配合適當(dāng)?shù)臏囟?br> <3500C，將一散熱性良好的底板4形成於反射層3上。此散熱性良好的底板4是可以是導(dǎo)電導(dǎo)熱材料與導(dǎo)電不導(dǎo)熱材料，如鉬，鋁，鎳，銅，銅鎢，硅等。該散熱性良好的底板4厚度在 50um 200um。襯底1第二表面12上形成的反射層3與底板4連接可以直接鍵合或通過(guò)鍵合層鍵合或通過(guò)粘接層粘接，材料可以是金屬材料，合金材料，非金屬材料，有機(jī)材料，可以是單層結(jié)構(gòu)，多層結(jié)構(gòu)。圖5是顯示對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的LED芯片，利用激光切割穿孔與腐蝕的方式，使其N(xiāo)型電極和底板預(yù)備接合的地方曝露出來(lái)。圖6是顯示對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的LED芯片，利用熟知的半導(dǎo)體工藝技術(shù)， 完成所有P型電極5和N型電極6、7的制作，且部份N型電極6透過(guò)通孔和底板相連接，部份N型電極7透過(guò)側(cè)壁化和底板相連接。使芯片垂直上下各成正負(fù)極，減少封裝打線(xiàn)數(shù)量， 增加出光面積和效率。通孔和側(cè)壁金屬或合金含反射與不反射二種，反射型可充份收集側(cè)光回到芯片中來(lái)與避免光被吸收。圖7是顯示對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的LED芯片，完成所有工藝后的剖面?zhèn)纫暫驼暿疽鈭D。下面說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例。如圖8，本發(fā)明的第二實(shí)施例是將襯底1研磨拋光至某一厚度后，在襯底1的第二表面12上制作圖形化結(jié)構(gòu)，后續(xù)工藝和本發(fā)明的第一實(shí)施例相同。其他的優(yōu)點(diǎn)和變型對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是容易想到的。因此，本發(fā)明就廣泛的方面而言，并不局限于這里顯示和描述的具體細(xì)節(jié)和典型實(shí)施例。在不脫離所附的權(quán)利要求及其等同概念所定義的總的發(fā)明構(gòu)思的宗旨和范圍的情況下，可進(jìn)行各種變形。
權(quán)利要求
1.一種制作通孔式高散熱LED芯片，其特征在于所述結(jié)構(gòu)包括至少一芯片和一底板，所述芯片包括襯底和生長(zhǎng)在一襯底表面的發(fā)光外延層，所述襯底具有第一表面和與所述第一表面相反的第二表面；在所述襯底的第二表面形成一反射層，在該襯底第二表面形成的反射層上晶圓鍵合一散熱性良好的底板；以及在所述第一表面上形成發(fā)光外延層，其中從所述發(fā)光外延層發(fā)射的光包括遠(yuǎn)離所述襯底方向傳播的光以及向著所述襯底方向傳播的光，向著所述襯底方向傳播的光至少部分地透過(guò)所述襯底后被所述反射層反射。該發(fā)光外延層的部份N型電極透過(guò)通孔和底板相連接；部份 N型電極透過(guò)側(cè)壁化和底板相連接。該本發(fā)明還提供由該方法制作的高散熱LED芯片。
2.如權(quán)利要求1所述的制作通孔式高散熱LED芯片，其特征在于所述襯底，可以是透明與不透明，導(dǎo)電與不導(dǎo)電，如硅、碳化硅、氧化鋁等。
3.如權(quán)利要求1所述的制作通孔式高散熱LED芯片，其特征在于所述襯底的第一表面和第二表面，可以是平面、圖形，或納米結(jié)構(gòu)、光子晶體等。所述襯底的第二表面，可以是拋光與不拋光。
4.如權(quán)利要求1所述的制作通孔式高散熱LED芯片，其特征在于所述底板，可以是導(dǎo)電導(dǎo)熱與導(dǎo)電不導(dǎo)熱，如鉬、鋁、鎳、銅、銅鎢、硅等。
5.如權(quán)利要求1所述的制作通孔式高散熱LED芯片，其特征在于在襯底第二表面與底板之間，或襯底第二表面與鍵合層，或襯底第二表面與粘接層之間設(shè)置至少有一反射層，反射層可以是金屬層或合金層、單層或多層、全反射膜(DBR)、DBR 加金屬層或合金層。
6.如權(quán)利要求1所述的制作通孔式高散熱LED芯片，其特征在于襯底第二表面上形成的反射層與底板連接可以直接鍵合或通過(guò)鍵合層鍵合或通過(guò)粘接層粘接，材料可以是金屬材料、合金材料、非金屬材料、有機(jī)材料，可以是單層結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的制作通孔式高散熱LED芯片，其特征在于部份N型電極透過(guò)通孔和底板相連接，部份N型電極透過(guò)側(cè)壁化和底板相連接?？墒剐酒怪鄙舷赂鞒烧?fù)極，減少封裝打線(xiàn)數(shù)量，增加出光面積和效率；通孔和側(cè)壁金屬或合金含反射與不反射二種，反射型可充份收集側(cè)光回到芯片中來(lái)與避免光被吸收。
8.如權(quán)利要求1所述的制作通孔式高散熱LED芯片，其特征在于部份N型電極透過(guò)通孔和底板相連接，部份N型電極透過(guò)側(cè)壁化和底板相連接?？墒?LED芯片所產(chǎn)生的熱，更有效率地透過(guò)N型電極往下傳導(dǎo)至高散熱底板。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制作通孔式高散熱LED芯片的結(jié)構(gòu)和方法，該結(jié)構(gòu)包含至少一芯片和一底板，所述芯片包括襯底和生長(zhǎng)在一襯底表面的發(fā)光外延層，所述襯底具有第一表面和與所述第一表面相反的第二表面；在所述襯底的第二表面形成一反射層，在該襯底第二表面形成的反射層上晶圓鍵合一散熱性良好的底板；以及在所述第一表面上形成發(fā)光外延層，其中從所述發(fā)光外延層發(fā)射的光包括遠(yuǎn)離所述襯底方向傳播的光以及向著所述襯底方向傳播的光，向著所述襯底方向傳播的光至少部分地透過(guò)所述襯底后被所述反射層反射。該發(fā)光外延層的部份N型電極透過(guò)通孔和底板相連接，部份N型電極透過(guò)側(cè)壁化和底板相連接。本發(fā)明還提供由該方法制作的通孔式高散熱LED芯片。
文檔編號(hào)H01L33/38GK102479912SQ20101056610
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者李剛, 蔡鳳萍, 鐘偉榮 申請(qǐng)人:上海藍(lán)寶光電材料有限公司