專利名稱：一種led器件的硅基板與銅微熱管集成制造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于LED器件封裝與散熱領域，涉及ー種LED器件的硅基板與銅微熱管集成制造方法，應用于LED器件的散熱。
背景技術：
LED被稱為第四代照明光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小等特點，可以廣泛應用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明和城市夜景等領域。近年來，世界上一些經濟發(fā)達國家圍繞LED的研制展開了激烈的技術競賽，其中LED散熱是ー個亟待解決的問題。研究數據表明，假如LED芯片結溫為25°C時的發(fā)光為100% ;那么 結溫上升至60°C時，其發(fā)光量就只有90% ;結溫為IOOoC時就下降到80% ；140oC就只有70%。此外LED的發(fā)熱還會使得其光譜移動；色溫升高；熱應カ增高；熒光粉環(huán)氧樹脂老化加速等問題，因此LED器件的散熱是其應用中的瓶頸問題。LED器件的散熱與其基板的熱導能力有直接關聯(lián)，利用基板材料或結構的高熱導率，將熱量從LED芯片導出，實現與外界的熱交換。目前常用的LED封裝基板主要包括印刷線路板(PCB)、金屬核印刷電路板(MCPCB)、直接鍵合銅基板(DBC)和半導體硅片等。其中，PCB基板生產技術已非常成熟，成本較低。但是作為PCB主材的FR4熱導率(O. 2_0. 3W/mK)很低，難以滿足大功率LED散熱要求A Poppel, et al. , 26th IEEE SEMI-THERMSymposium, 2010, 283。MCPCB是ー種由金屬鋁板、有機絕緣層和銅箔組成的三明治結構，其優(yōu)點是成本低，可實現大尺寸、大規(guī)模生產S Lee, et al. , Korean Institute ofElectrical Engineers, 2008:2276-2280。但也存在熱導率較低，熱失配以及使用溫度較低等問題。DBC是ー種高導熱性覆銅陶瓷板，由陶瓷基板(Al2O3或AlN)和導電層(厚度大于O. Imm Cu層)在高溫下(1065°C)共晶燒結而成，根據布線要求，以刻蝕方式形成線路。DBC具有導熱性好、絕緣性強、可靠性高等優(yōu)點T Wang, et al, 2009 ICEPT-HDP: 581-584。但是銅層較厚，因此濕法腐蝕的最小線寬一般大于150 μ m。半導體硅具有熱導率高、與LED芯片材料熱失配小，具有加工技術成熟等優(yōu)點，非常適合作為大功率LED的散熱基板，是近年來新型大功率LED器件基板設計與研制中常用的材料，但是由于傳統(tǒng)的LED采用藍寶石或者氮化鎵材料為基板，因此該項技術仍處于實驗室研究階段。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了ー種應用于LED散熱的基板制造方法，在LED硅基板的背面采用電鑄的方法制作出銅的微結構，與另ー塊銅基板采用直接鍵合方法封接后形成銅微熱管。本發(fā)明的技術方案如下第一歩，在硅基板的背面濺射銅種子層，銅種子層厚度在50_300nm范圍內；第二步，在銅種子層上涂覆光刻膠，光刻膠的可以是正膠，也可以是負膠，光刻膠的厚度在100-900 μ m范圍內，光刻后獲得電鑄形模，電鑄銅直到需要的厚度，電鑄厚度小于或者等于膠厚，去光刻膠，在硅基板上獲得銅微結構；
第三步，切割純銅板，獲得與硅片同樣大小的另一片純銅片，該純銅片的厚度通常為O. 5-2mm,并采用機械加工方法獲得エ質灌注孔，孔徑為O. 5-2. 5mm ;將此純銅片與帶有銅微通道的硅基板鍵合，灌注エ質，獲得集成銅微熱管的硅基板。本發(fā)明的效果和益處是由于采用電鑄的方法直接在硅基底上生長銅，因此該方法在銅微熱管與硅基板之間沒有界面，不需要導熱膠和粘結劑，沒有熱阻較大的界面熱阻，器件的整體熱阻小；也不存在由于膠干涸導致的熱傳導能力突降，因此傳熱穩(wěn)定，提高了器件的可靠性和壽命。


圖I為本發(fā)明制作的集成銅微熱管的硅基片結構示意圖。
圖2為利用本發(fā)明制作集成銅微熱管的硅基片的エ藝流程圖。圖中I純銅片；2銅微結構；3銅種子層；4硅基板；5聯(lián)通溝道；6 SU_8膠；7SU-8膠電鑄形模。
具體實施例方式下面結合技術方案和附圖，詳細敘述本發(fā)明的具體實施例。實施例I首先，在硅基板4的背面采用濺射的方法獲得150nm厚的銅種子層3。然后，旋涂SU-8膠6，當SU-8膠6的型號為2075時，勻膠機以500rpm速度預涂15s，之后以2000rpm速度旋涂45s，獲得100 μ m厚的膠厚。以85°C前烘SU-8膠90分鐘，在光刻機上光刻后以850C中烘SU-8膠5分鐘后顯影，獲得SU-8膠電鑄形模7。在電鑄機中，在SU-8膠電鑄形模6上電鑄銅，直到與形模的膠層厚度一致時停止，在SU-8膠的去膠液中去除SU-8膠，獲得銅微結構2。在O. 5mm厚的純銅板上切割一片與硅基板同樣大小的純銅板1，在與銅微結構2的聯(lián)通溝道5對應的位置采用機械加工方法，例如鉆孔，獲得熱管エ質灌注孔。采用氧炔焰燒結純銅片I和硅基板4上的銅微結構2，鍵合微熱管，以30-80%的微通道體積比灌注エ質，例如水、こ醇等，獲得集成銅微熱管的硅基板。實施例2首先，在硅基板4的背面采用濺射的方法獲得200nm厚的銅種子層3。然后，旋涂SU-8膠6。當SU-8膠6的型號為3100時，勻膠機以500rpm速度預涂15s，之后以IOOOrpm速度旋涂45s，獲得250 μ m厚的膠厚。以85°C前烘SU-8膠150分鐘，在光刻機上光刻后以850C中烘SU-8膠15分鐘后顯影，獲得SU-8膠電鑄形模7。在電鑄機中，在SU-8膠電鑄形模6上電鑄銅，直到與形模的膠層厚度一致時停止，在SU-8膠的去膠液中去除SU-8膠，獲得銅微結構2。在O. 5mm厚的純銅板上切割一片與硅基板同樣大小的純銅板1，在與銅微結構2的聯(lián)通溝道5對應的位置采用機械加工方法，例如鉆孔，獲得熱管エ質灌注孔。采用氧炔焰燒結純銅片I和硅基板4上的銅微結構2，鍵合微熱管，以30-80%的微通道體積比灌注エ質，例如水、こ醇等，獲得集成銅微熱管的硅基板。實施例3
首先，在硅基板4的背面采用濺射的方法獲得200nm厚的銅種子層3。然后，旋涂SU-8膠6。當SU-8膠6的型號為3100時，勻膠機以500rpm速度預涂15s，之后以800rpm速度旋涂45s，獲得300 μ m厚的膠厚。以85°C前烘SU-8膠200分鐘，在光刻機上光刻后以850C中烘SU-8膠30分鐘后顯影，獲得SU-8膠電鑄形模7。在電鑄機中，在SU-8膠電鑄形模6上電鑄銅，直到與形模的膠層厚度一致時停止，在SU-8膠的去膠液中去除SU-8膠，獲得銅微結構2。在O. 5mm厚的純銅板上切割一片與硅基板同樣大小的純銅板1，在與銅微結構2的聯(lián)通溝道5對應的位置采用機械加工方法，例如鉆孔，獲得熱管エ質灌注孔。采用氧炔焰燒結純銅片I和硅基板4上的銅微結構2，鍵合微熱管，以30-80%的微通道體積比灌注エ質，例如水、こ醇等，獲得集成銅微熱管的硅基板。實施例4
首先，在硅基板4的背面采用濺射的方法獲得300nm厚的銅種子層3。然后，旋涂SU-8膠6，當SU-8膠6的型號為3100吋，以85°C前烘SU-8膠200分鐘，在光刻機上光刻后以85°C中烘SU-8膠30分鐘后，重復旋涂SU-8膠、前烘、光刻和中烘過程2次，其中光刻需要對準掩模上的圖像，獲得厚度為900 μ m的膠厚，顯影，獲得SU-8膠電鑄形模7。在電鑄機中，在SU-8膠電鑄形模6上電鑄銅，直到與形模的膠層厚度一致時停止，在SU-8膠的去膠液中去除SU-8膠，獲得銅微結構2。在O. 5mm厚的純銅板上切割一片與硅基板同樣大小的純銅板1，在與銅微結構2的聯(lián)通溝道5對應的位置采用機械加工方法，例如鉆孔，獲得熱管エ質灌注孔。采用氧炔焰燒結純銅片I和硅基板4上的銅微結構2，鍵合微熱管，以30-80%的微通道體積比灌注エ質，例如水、こ醇等，獲得集成銅微熱管的硅基板。
權利要求
1.一種LED器件的硅基板與銅微熱管集成制造方法，應用于LED器件的散熱，其特征在于該方法的步驟如下 a)在硅基板的背面濺射銅種子層，銅種子層厚度在50-300nm范圍內； b)在銅種子層上涂覆光刻膠，光刻膠是正膠或負膠，光刻膠的厚度在100-900μ m范圍內，光刻后獲得電鑄形模，電鑄銅直到需要的厚度，電鑄厚度小于或者等于膠厚，去光刻膠，在娃基板上獲得銅微結構； c)切割純銅板，獲得與硅片同樣大小的另一片純銅片，該純銅片的厚度通常為O.5-2mm,并采用機械加工方法獲得工質灌注孔，孔徑為O. 5-2. 5mm ;將此純銅片與帶有銅微通道的硅基板鍵合，灌注工質，獲得集成銅微熱管的硅基板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LED器件的硅基板與銅微熱管集成制造方法，用于LED器件散熱。其特征是在硅基板的背面濺射厚度在50-300nm范圍內的銅種子層，在銅種子層上涂覆100-900μm厚光刻膠，光刻后獲得電鑄形模，電鑄銅直到需要的厚度，去光刻膠，在硅基板上獲得銅微結構，切割純銅板，獲得與硅片同樣大小的另一片純銅片，并采用機械加工方法獲得工質灌注孔，將此純銅片與帶有銅微通道的硅基板鍵合，灌注工質，獲得集成銅微熱管的硅基板。該方法在銅微熱管與硅基板之間沒有界面，因此沒有熱阻較大的界面熱阻，器件的整體熱阻小，同時傳熱穩(wěn)定，提高了器件的可靠性和壽命。
文檔編號H01L33/64GK102820405SQ20121024647
公開日2012年12月12日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權日2012年7月17日
發(fā)明者羅怡, 王曉東, 劉剛, 鄒靚靚, 王立鼎 申請人:大連理工大學