CN102456779A - 一种高散热led芯片的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高散热LED芯片的制作方法，该方法包括设置衬底，该衬底具有第一表面和与该第一表面相反的第二表面；对该衬底的第一表面形成一复合型反射层，此一复合型反射层是由具方向性(directional)反射层和无方向性(omi-directional)反射层所构成；在该衬底第一表面形成的复合型反射层上晶圆键合一散热性良好的基板；以及在该第二表面上形成出光结构，从该出光结构发射的光包括远离该衬底方向传播的光以及向着该衬底方向传播的光，向着该衬底方向传播的光至少部分地透过该衬底，并且透过衬底的光被该复合型反射层反射。本发明还提供由该方法制作的高散热LED芯片。

Description

一种高散热LED芯片的制作方法

技术领域

本发明涉及一种高散热LED芯片，以及制作该高散热LED芯片的结构。

背景技术

自1990年代LED白光被发现之后，它的发光效率快速增加，2010年突破100lm/W。它不需暖灯时间、反应速度快、体积小、用电量省、污染低、适合量产、可靠度高、且适用范围广，如交通号志、大型显示器或背光源、手机背光源、路灯照明等。LED也有其缺点需克服，输入LED的能量，大约20％会转换成光源，剩下80％都转成热能，产生热是很严重的问题，首先，温度升高时，发光强度会下降，而且寿命也会跟着下降。温度升高也会导致放射波长改变，产生色差，且伴随量子转换效率降低，将会导致发光强度下降，并且材料会膨胀，产品可靠性就会降低，使用年限也会降低。因此，散热是亟需解决的问题。

现在在照明方面，白光是最主要光源，比较4种主要光源——白炽灯泡、萤光灯管、卤素灯、LED灯，白炽灯泡大量以红外光的方式放射，所以在旁边可以感受到高温高热，但热不会在灯具本身，发光效率很低。萤光灯发光效率到达不错的境界，热能也均匀分布。LED的发光效率在20％左右，但本身发出的热能在80％左右，可以看出LED热能问题极待解决。

散热基本上有3种方式，一是传导式散热，二是对流式散热，三是辐射式散热。散热最主要问题点就在面积；而因辐射散热量非常小，所以最主要要讨论的散热方式在传导和对流两方面。

热模式奥姆定理ΔT＝QR，温差＝热流×热阻，热阻愈大，就有愈大的热产生在元件内。热阻之后来看热传递，热传递有垂直和水平方向，垂直方向相当于串连方式，串愈多热阻愈大，厚度相对要愈低。水平传递是并连方式，并连热阻数愈多，产生的效果愈好。

降低LED热累积的方式有三种，一为改善发光效率，在芯片制作阶段，改善20％发光、80％发热的能量配置；二为蓝宝石移除的垂直式LED；三为封装基板采用高导热材料和热膨胀系数匹配的材料，并且降低整个散热基板总热阻方式。

传统LED封装使用打线方式，但相对于金属，蓝宝石传热相当慢，所以热源会从金属线传导，但散热效果不佳。目前LED芯片端最新的散热技术为蓝宝石移除的垂直式LED，移除蓝宝石后的LED转贴至导热极佳的矽或金属基板上，大大增加散热性。但垂直式LED相较于传统水平式LED工艺繁琐，且移除蓝宝石后的LED芯片和转贴后的基板之间的热膨胀系数差异和附著性，对将来高功率LED长期使用是一个隐患。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术中的上述散热问题，提供一种高功率LED芯片及制作该高功率LED芯片的结构，其主要将LED芯片的蓝宝石研磨抛光后镀上复合型反射层和在此复合型反射层之后，以高压晶圆接合方式形成一高散热基板，从而在芯片端改善热传和散热问题。

发明的一个方面，提供一种制作高散热LED芯片的方法，该方法包括设置衬底，该衬底具有第一表面和与该第一表面相反的第二表面；对该衬底的第一表面形成一复合型反射层，此一复合型反射层是由具方向性(directional)反射层和无方向性(omi-directional)反射层所构成；以及在该第二表面上形成出光结构，从该出光结构发射的光包括远离该衬底方向传播的光以及向着该衬底方向传播的光，向着该衬底方向传播的光至少部分地透过该衬底，并且透过衬底的光被该复合型反射层反射。

根据本发明的另一个方面，在该衬底第一表面形成的复合型反射层上，高压晶圆键合一散热性良好的基板。

采用本发明提供的制作LED芯片的结构，可以使得依该结构制得的LED芯片中出光结构发射的向着衬底方向传播并从衬底背面出射的光被直接地、牢固地附着在衬底背面的复合型反射层反射为从衬底正面或侧面出射，借此能够有效地利用上述向着衬底方向传播的光，提高LED芯片的整体出光效率。更重要的是在此复合型反射层之后，以高压晶圆接合方式形成的高散热基板，帮助LED芯片在大电流操作下散热，从而增加LED的发光效率和延长使用寿命。从实验数据上来看，蓝宝石衬底的厚度愈薄热阻愈小，因此高散热基板对LED芯片散热的帮助愈大，造成发光效率在大电流底下的提升也愈明显。

附图说明

结合在说明书中并构成说明书一部分的附图用于说明本发明的具体实施方式，并与上述总体说明和下述实施方式的详细说明一起对本发明的原理进行说明。

图1是显示根据本发明的第一实施例的LED芯片的衬底的背面进行研磨抛光处理后的结构示意图；

图2是显示对根据本发明的第一实施例的LED芯片的衬底的背面形成复合型反射层之方向性(directional)反射层(DBR)后的结构示意图；

图3是显示对根据本发明的第一实施例的LED芯片的衬底的背面形成复合型反射层之方向性(directional)反射层(DBR)后，再形成无方向性(omi-directional)反射层后的结构示意图；

图4是显示在如图3所示的复合型反射层之无方向性(omi-directional)反射层后，以高压晶圆接合的方式形成高散热基板后的结构示意图；

图5是显示蓝宝石衬底的厚度愈薄热阻愈小。

图6是显示蓝宝石衬底的厚度愈薄热阻愈小，高散热基板对LED芯片散热的帮助愈大，造成发光效率在大电流底下的提升也愈明显。

具体实施方式

下面将参照附图说明本发明的具体实施例。

根据本发明的第一实施例制作LED芯片的结构包括以下步骤：

图1是显示根据本发明的第一实施例的LED芯片的衬底的背面进行研磨抛光处理后的结构示意图。如图1所示，所设置的衬底1包括第一表面(即，背面)12和与第一表面12相反的第二表面(即，正面)11。衬底1可以是LED芯片制作领域中任何可用的材料构成，在根据本发明的第一实施例中，衬底1是蓝宝石衬底。在衬底1的第二表面11上形成出光结构2，该出光结构2是本领域技术人员熟知的用于LED的出光结构，例如IIIV族化合物半导体发光结构等。其所发射的光包括远离该衬底方向传播的光以及向着该衬底方向传播的光，并且向着衬底方向传播的光至少部分地透过衬底。

首先，对衬底1的背面12进行研磨抛光处理。研磨抛光处理可以是利用钻石砂轮研磨，以达到对蓝宝石衬底减薄的效果，然后再利用＜3um钻石颗粒与衬底表面相对运动的方式进行抛光处理，以达到镜面效果。

图2是显示对根据本发明的第一实施例的LED芯片的衬底的背面形成复合型反射层之方向性(directional)反射层(DBR)后的结构示意图。经过研磨抛光处理后，背面12呈现光亮的镜面。之后在其上形成一复合型反射层构成之一的具方向性(directional)反射层31。是以等离子蒸镀或溅镀的方式，由不同折射率氧化层所堆叠而成，即所称不拉格反射镜(DBR)。

图3是显示对根据本发明的第一实施例的LED芯片的衬底的背面形成复合型反射层之方向性(directional)反射层(DBR)31后，再形成复合型反射层构成之一的无方向性(omi-directional)反射层32后的结构示意图，无方向性(omi-directional)反射层32是以蒸镀或等离子溅镀方式所制作，由单一金属或合金所构成，如钛、镍、铬、铝、银、金等，此复合型反射层最终具有无方向性且反射率高于金属反射层。

图4是显示在如图3所示的复合型反射层之无方向性(omi-directional)反射层32之后，以高压晶圆接合的方式形成高散热基板4后的结构示意图；此晶圆接合的方式是在真空小于一个大气压的环境下，以高压的方式配合适当的温度(＜350℃)，将一散热性良好的基板4形成于复合型反射层之无方向性(omi-directional)反射层32上。此散热性良好的基板是指半导体或金属基板，如矽、钼、铝、铜、铜钨合金等。该散热性良好的基板厚度为50um～200um。其中接合介质金属可为单一金属或合金，如金、银、金锡、金铟、金银等。

下面说明根据本发明的第二实施例。本发明的第二实施例是由于衬底1研磨抛光至某一厚度后容易碎裂，所以在研磨抛光前，先将未研磨抛光的衬底1含出光结构2先贴合至一暂时性基板后再予以研磨抛光，后续工艺和本发明的第一实施例相同，最终完成后最再移除或去除此一暂时性基板。

其他的优点和变型对本领域技术人员来说是容易想到的。因此，本发明就广泛的方面而言，并不局限于这里显示和描述的具体细节和典型实施例。在不脱离所附的权利要求及其等同概念所定义的总的发明构思的宗旨和范围的情况下，可进行各种变形。

Claims (7)

1.一种制作高散热LED芯片的方法，其特征在于，所述结构包括：

设置衬底，所述衬底具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面；在所述衬底的所述第一表面形成一复合型反射层，此一复合型反射层是由具方向性(directional)反射层和无方向性(omi-directional)反射层所组成；在该衬底第一表面形成的复合型反射层上晶圆键合一散热性良好的基板；以及在所述第二表面上形成出光结构，其中从所述出光结构发射的光包括远离所述衬底方向传播的光以及向着所述衬底方向传播的光，向着所述衬底方向传播的光至少部分地透过所述衬底后被所述复合型反射层反射。

2.如权利要求1所述的制作高散热LED芯片的方法，其特征在于，

大部份电光转换时所产生的热，透过传导方式由散热性良好的基板导出LED芯片。

3.如权利要求1所述的制作高散热LED芯片的方法，其特征在于，

所述衬底是蓝宝石，衬底的所述第一表面需加以研磨抛光至亮面，该衬底厚度为10um～200um。

4.如权利要求1所述的制作高散热LED芯片的方法，其特征在于，

所述复合型反射层是由具方向性(directional)反射层和无方向性(omi-directional)反射层所构成。其中方向性(directional)反射层是由不同折射率氧化层所堆叠而成，即所称不拉格反射镜(DBR)；无方向性(omi-directional)反射层是由单一金属或合金所构成，如钛、镍、铬、铝、银、金等，此复合型反射层最终具有无方向性且反射率高于金属反射层。

5.如权利要求1所述的制作高散热LED芯片的方法，其特征在于，

散热性良好的基板是指半导体或金属基板，如矽、钼、铝、铜、铜钨合金等。该散热性良好的基板厚度为50um～200um。

6.如权利要求1所述的制作高散热LED芯片的方法，其特征在于，

方向性(directional)反射层是用等离子蒸镀或溅镀方式所制作，无方向性(omi-directional)反射层是用蒸镀或等离子溅镀方式所制作。

7.如权利要求1所述的制作高散热LED芯片的方法，其特征在于，

散热性良好的基板是用高压晶圆接合的方式，形成于复合型反射层上。其中接合介质金属可为单一金属或合金，如金，银，金锡，金铟，金银等。

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