CN102339929A - Led发光组件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种LED发光组件的制造方法，包括如下步骤：(A)提供一具有凹槽的导热基板及一LED芯片；(B)在该导热基板凹槽的肩部形成一电极电路层；(C)于该导热基板凹槽的底部与该LED芯片一侧面分别镀上一金属层；(D)藉由共晶结合技术，使该LED芯片的金属层与导热基板凹槽底部的金属层形成一共晶层；(E)从LED芯片引出电极，将该电极与该电极电路层导电连接；及(F)对LED芯片进行封装。

Description

LED发光组件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种LED发光组件的制造方法。
背景技术
目前，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)因具光质佳及发光效率高等特性而逐渐取代冷阴极荧光灯(Cold Cathode FluorescentLamp，CCFL)，成为照明装置中的发光组件。
现有的一种LED发光组件的结构与制造方法，是将LED芯片封装后黏着于一印刷电路板(PCB)上，然后将电路板与一金属性基板结合，其中，LED芯片与PCB之间通常会经由银胶等黏结材料粘接。由于，在该LED发光组件结构中，LED芯片与金属基板间的接口层较多，即LED芯片产生的热量需经由基座、电极、焊料、PCB才能到达金属性基板，这当中存在着较大热阻。再者，一般银胶之热传导系数(Thermal Conductivity)仅5～10W/mK，导致LED芯片产生的热量不能快速、及时地传至金属性基板而散发掉，反而在银胶与发光二极管之间的接口上聚积，一则造成光衰，一则大幅降低发光组件的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，实有必要提供一种制造具有较高散热效率的LED发光组件的方法。
一种LED发光组件的制造方法，包括如下步骤：(A)提供一具有凹槽的导热基板及一LED芯片；(B)在该导热基板凹槽的肩部形成一电极电路层；(C)于该导热基板凹槽的底部与该LED芯片一侧面分别镀上一金属层；(D)藉由共晶结合技术，使该LED芯片的金属层与导热基板凹槽底部的金属层形成一共晶层；(E)从LED芯片引出电极，将该电极与该电极电路层导电连接；及(F)对LED芯片进行封装。
相对于现有技术，本发明的LED发光组件的制程是将LED芯片藉由共晶结合的方式直接结合于导热基板上，一则减少了LED芯片与导热基板之间的接口层，一则，由于直接结合，没有以往低热传导系数的接口物质，例如，银胶的热传导障碍，使LED芯片产生的热量能够直接经由具有导热效率较高的共晶层及导热基板传导出去，提高了LED发光组件的散热效率。再者，由于该导热基板电性绝缘，所以能把散热路径和电路路径区隔开，形成热电分离的结构。
附图说明
图1是本发明第一实施例的LED发光组件的示意图。
图2是图1中LED发光组件的制造方法的流程图。
图3是图2中步骤一所述的LED芯片及导热基板的示意图。
图4是在图3所示的导热基板上形成一电绝缘层的示意图。
图5是在图4所示的电绝缘层上形成一电极电路层的示意图。
图6是在图5所示的导热基板上形成一金属层及在LED芯片上形成另一金属层的示意图。
图7是将图6所示的LED芯片结合于导热基板的示意图。
图8是从图7所示的LED芯片引出电极与电极电路层导电连接的示意图。
图9是本发明第二实施例的LED发光组件的制造方法的流程图。
主要元件符号说明
导热基板                    10
LED芯片                     20
凹槽                        12
导热膏                      14
衬底                        26
电极                        22
金属线                      24
电绝缘层                30
电极电路层              40
共晶层                  50
封装材料                60
金属层                  52、54
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参照图2，为本发明的一实施例中一种制作LED发光组件的方法，其包括如下步骤：
1.提供一导热基板10及一LED芯片20(如图3)；
该导热基板10为一导热系数大于20(W/mK)的高导热系数基板，例如，Si等半导体板，Al、Cu等金属板。
该LED芯片20可以是磷化物(AlxInyGa(1-x-y)P(0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1))或砷化物(AlxInyGa(1-x-y)As(0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1))，也可以采用具有可发射足以激发荧光材料的长波长光的半导体材料，诸如各种氧化物，如ZnO或氮化物，如GaN，或者可发射足以激发荧光材料的短波长光的氮化物半导体(InxAlyGa(1-x-y)N，0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1))。本实施方式中，该LED芯片20采用具有可发射足以激发荧光材料的短波长光的氮化物半导体(InxAlyGa(1-x-y)N，0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1))，并可发出具有UV光至红光波长的光。该LED芯片20的衬底26为本征半导体(intrinsic semiconductor)或者是不刻意掺杂其它杂质的其它半导体(unintentionally doped semiconductor)。该衬底26的载子浓度(carrier concentration)小于或者等于5×106cm-3。优选地，该衬底26的载子浓度小于等于2×106cm-3。衬底26的载子浓度越低，其导电率就越低，就越能够隔绝流经衬底26的电流。例如，该衬底26的材料可以是尖晶石、碳化硅(SiC)、硅(Si)、氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、氮化铝(AlN)等半导体材料，或者导热性能佳且导电性能差的材料，如钻石。
该导热基板10呈平板状，其热膨胀系数与该LED芯片20的衬底26的热膨胀系数接近，从而使该导热基板10与LED芯片20结合后可以抗热冲击，容许较大范围的操作温度。该导热基板10开设至少一凹槽12用以容置LED芯片20，该凹槽的横截面大于该LED芯片的横截面。可以理解的，该导热基板10并不限于平板状，其也可以是具有多个不同平面的多角形。另外，当该导热基板10的材料为金属时，还可以于导热基板10一侧表面形成若干散热鳍片，以利于增加其散热效率。
2.在该导热基板10上形成一电绝缘层30(如图4)；
该电绝缘层30具体可为如下层级：
1)介电层，该介电层可以为SiO2、SixNy、SixOyNz、旋涂式玻璃(spin on glass，SOG)、AlxOy、AlxNy、AlxOyNz中的一种；
2)塑料高分子层，该塑料高分子层可以为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、环氧树脂(epoxy resin)、硅树脂(silicone)中的一种；
3)固态平板层，该固态平板层可以为玻璃纤维(fiberglass)、聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PolyethyleneTerephthalate，PET)中的一种。
其中，如果步骤1中所选择的导热基板10为硅(Si)板，则形成于该导热基板10上的电绝缘层为介电层，形成电绝缘层30的制程可以采用下述方法中的一种：1.氧化法，即直接在硅(Si)板表面氧化形成二氧化硅(SiO2)层；2.氮化法，即在高温下通入氮气于硅(Si)板表面形成氮化硅(SixNy)层；3.结合以上两种方法形成氮、氧和硅的化合物(SixOyNz)层；4.旋转涂胶(Spin Coating)法，涂布旋涂式玻璃(spin on glass，SOG)于Si板表面，再以适当温度加热形成均匀的氧化硅层。
如果步骤1中所选择的导热基板10为铝(Al)板，则形成于该导热基板10上的电绝缘层为介电层，形成电绝缘层30的制程可以采用下述方法中的一种：1.氧化法，Al板表面氧化形成氧化铝(AlxOy)；2.氮化法，在高温下通入氮气于Al板表面形成氮化铝(AlxNy)层；3.结合以上两种方法形成铝、氧和硅的化合物(AlxOyNz)层。在以上的方法中，还可以在其制程中通入游离气体形成电浆，以增大氧化物或氮化物形成的速度及致密程度。
3.在该电绝缘层30上形成一电极电路层40(如图5)；
该电极电路层40可以是镍(Ni)、金(Au)、锡(Sn)、铍(Be)、铝(Al)、铟(In)、钛(Ti)、钽(Ta)、银(Ag)、铜(Cu)等金属或其合金，或者是透明导电氧化物(TCO)，如铟锡金属氧化物(Indium Tin Oxides，ITO)、镓掺杂氧化锌(GZO)、铝掺杂氧化锌(AZO)等材料。
形成该电极电路层40的制程方法可采用物理沉积法，如溅射(sputter)、物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)、电子束蒸发沉积(e-beam evaporation deposition)，或者采用化学气相沉积法，如化学蒸汽沉积(chemical vapor deposition，CVD)、电镀电化学沉积，或者采用网印技术将材料印制于导热基板10的电绝缘层30上，经过干燥、烧结、镭射等步骤而成。
4.于导热基板10上与该电极电路层40相间隔开的位置处镀上一金属层52，在该LED芯片20的衬底26的底部镀上另一金属层54；
在本实施例中，由于该导热基板10形成凹槽12，且该LED芯片20设置在该凹槽12内，该导热基板10上的金属层52则镀设在该凹槽12内的表面上(如图6)。
5.采用共晶黏着制程将LED芯片20结合于导热基板10上；
将LED芯片20容置于导热基板10的凹槽12内，再将该导热基板10上的金属层52和该LED芯片20上的金属层54在特定温度下烘烤，使该LED芯片20上的金属层54与该导热基板10上的金属层52共晶结合(eutectic bonding)形成一共晶层50。然后用电气绝缘的导热膏14填补导热基板10的凹槽12与LED芯片20间的空隙(如图7)。该共晶层50的材料可以是Au、Sn、In、Al、Ag、Bi、Be等金属或其合金。
6.焊线；
从LED芯片20上引出电极22，将该电极22与该电极电路层40通过金属线24焊接(如图8)；该金属线24的材料可以是Au、Sn、In、Al、Ag、Bi、Be等金属或其合金。在该步骤中，还包括对该金属线24与该LED芯片20的电极22及电极电路层40的电连接进行测试，以及测试结果电连接不良时进行修补的环节。
7.封装(如图1)。
其中，对LED芯片20进行封装所用的封装材料60可以是silicone、epoxy resin、PMMA等热固形透光材料。该封装材料60可以通过射出成型的方式来制成各种形状如半球形、圆顶型或方形。此外，为转换该LED芯片20出射光的波长，可以在封装材料60内填充至少一荧光材料，如硫化物(sulfides)、铝酸盐(aluminates)、氧化物(oxides)、硅酸盐(silicates)、氮化物(nitrides)等材料。
与现有技术相比，该LED发光组件的制程是将LED芯片20通过共晶直接结合于导热基板10上，从而有效地减小了LED芯片20与导热基板10之间的界面层，使LED芯片20产生的热量能够直接经由具有导热效率较高的共晶层50及导热基板10传导出去，提高了LED发光组件的散热效率；并且由于该导热基板10电性绝缘，所以能把散热路径和电路路径区隔开，形成热电分离的结构。
如图3所示为本发明的第二实施例，与第一实施例相比，该LED发光组件的制程的步骤1中，该导热基板的材料选择不导电、高热导率、低热膨胀系数的陶瓷材料，如AlxOy、AlN、氧化锆(ZrO2)等，由于陶瓷材料不导电，因而可以直接在该导热基板10上形成一电极电路层40，因此可省略在该导热基板10上形成一电绝缘层30的步骤2。

Claims (9)

1.一种LED发光组件的制造方法，包括如下步骤：
(A)提供一具有凹槽的导热基板及一LED芯片；
(B)在该导热基板凹槽的肩部形成一电极电路层；
(C)于该导热基板凹槽的底部与该LED芯片一侧面分别镀上一金属层；
(D)藉由共晶结合技术，使该LED芯片的金属层与导热基板凹槽底部的金属层形成一共晶层；
(E)从LED芯片引出电极，将该电极与该电极电路层导电连接；及
(F)对LED芯片进行封装。
2.如权利要求1所述的LED发光组件的制造方法，其特征在于，在步骤(A)和步骤(B)之间还包括于该导热基板上形成一电绝缘层，该电极电路层形成在电绝缘层上。
3.如权利要求2所述的LED发光组件的制造方法，其特征在于，所述导热基板为Si板，形成电绝缘层的制程采用下述方法中的一种：(1)氧化法，Si板表面氧化形成SiO2层；(2)氮化法，在高温下通入氮气于Si板表面形成SixNy层；(3)结合以上两种方法形成SixOyNz层；(4)旋转涂胶法，涂布旋涂式玻璃(spin on glass，SOG)于Si板表面，再加热形成均匀的氧化硅层。
4.如权利要求2所述的LED发光组件的制造方法，其特征在于，所述导热基板为Al板，形成电绝缘层的制程采用下述方法中的一种：(1)氧化法，Si板表面氧化形成AlxOy层；(2)氮化法，在高温下通入氮气于Al板表面形成AlxNy层；(3)结合以上两种方法形成AlxOyNz层。
5.如权利要求1所述的LED发光组件的制造方法，其特征在于，该导热基板为不导电的陶瓷材料AlxOy、AlN或ZrO2，该电极电路层直接形成于该导热基板上。
6.如权利要求1所述的LED发光组件的制造方法，其特征在于，该导热基板的导热系数大于20W/mK。
7.如权利要求1所述的LED发光组件的制造方法，其特征在于，该共晶层的材料是金属Au、Sn、In、Al、Ag、Bi或Be或其合金。
8.如权利要求1所述的LED发光组件的制造方法，其特征在于，所述LED芯片具有一衬底，该另一金属层形成于该LED芯片的衬底上。
9.如权利要求8所述的LED发光组件的制造方法，其特征在于，所述衬底的载子浓度小于或等于2×106cm-3。
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