CN103000776A - Led芯片及led芯片的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED芯片及LED芯片的制造方法，LED芯片包括外延发光体、导热基板和导热缓冲层，导热缓冲层设置于导热基板的一侧，外延发光体键合至导热缓冲层，导热缓冲层的平均热膨胀系数介于导热基板和外延发光体之间。通过上述方式，本发明能够有效改善导热基板与外延发光体之间因热膨胀系数相差过大而出现的热失配问题；因此，能够有效改善LED芯片的裂片问题，提高成品率、延长LED芯片的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体器件，尤其涉及一种LED芯片及LED芯片的制造方法。
背景技术
由于发光二极管具有低耗电量、低发热量、寿命长等优点；因此，在电子显示及照明等领域，发光二极管正在逐渐取代能耗高、寿命短的传统照明灯具。
一种现有发光二极管光源主要由导热基板、LED芯片、固晶胶、荧光粉、封装胶等组成。先将LED芯片利用固晶胶黏贴于导热基板上，接着采用引线将LED芯片信号引出，然后将荧光粉与封装胶混合，最后将荧光粉与封装胶的混合体灌入导热基板中，加热烘烤使胶材固化后即完成最基本的LED芯片封装。
在LED芯片的应用中，有数据表明，当LED芯片的温度每升高20℃，发光二极管光源发光效能就要降低5%。可见，为了提升发光二极管光源发光能效，必须要使LED芯片在较低的温度下进行工作。
研究表明，LED芯片产生的90%的热量都是向下传导，因此封装技术中，导热基板的散热十分重要。然前述发光二极管光源采用的LED芯片采用固晶胶粘结至导热基板，固晶胶往往具有较低的导热性，因此散热效果很差。
为了改善LED芯片的散热问题，有人提出将LED芯片与导热基板直接键合。众所周知，LED芯片包括蓝宝石或碳化硅衬底和生长于衬底上的外延发光体。相对于前述采用固晶胶粘接方式，发光二极管的散热不会受到固晶胶的制约，散热效果有了一定程度的改善，然，蓝宝石或碳化硅衬底的导热能力依然不够突出。
一种改进的LED芯片将外延发光体通过分子键合和的方式直接连接至导热基板上。如此以来，LED芯片的散热能力得到了大大提高。然而，由于外延发光体和导热基板的热膨胀系数存在巨大差异，键合至导热基板的外延发光体和导热基板二者膨胀和收缩的过程极不匹配，因此极易发生外延发光体裂片的现象。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种散热效果好且使用状态稳定的LED芯片及LED芯片的制造方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种LED芯片，包括外延发光体、导热基板和导热缓冲层，导热缓冲层设置于导热基板的一侧，外延发光体键合至导热缓冲层，导热缓冲层的平均热膨胀系数介于导热基板和外延发光体之间。
其中，导热缓冲层包括形成于导热基板上的导热绝缘层，导热绝缘层的热膨胀系数介于导热基板和外延发光体之间；导热绝缘层上设置至少一个通孔以使外延发光体与导热基板电连接。
其中，导热缓冲层进一步包括第一金属层，第一金属层填充于至少一个通孔中且与导热基板连通，以使外延发光体键合于第一金属层上且与导热基板电连接。
其中，导热缓冲层进一步包括第一金属层，第一金属层设置于导热绝缘层上且填充至少一个通孔以使外延发光体与导热基板电连接。
其中，外延发光体外镀设第二金属层，第二金属层键合至第一金属层。
其中，导热基板具有与至少一个通孔对应设置的凸台，凸台位于通孔中以使外延发光体键合于凸起上且与导热基板电连接。
其中，外延发光体外镀设第二金属层，第二金属层键合至导热基板。
其中，导热绝缘层为类金刚石、金刚石、氮化铝、氧化铝、氧化硅、氮化硅中任意一种膜层或以上膜层任意组合的复合膜层。
其中，第一金属层为镍、钛、铬、铜、金、银中的任意一种膜层或以上膜层任意组合的复合膜层。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种LED芯片的制造方法，该制造方法包括：于第一基板上形成外延发光体；将外延发光体自第一基板上剥离；于第二基板上形成导热缓冲层；将剥离第一基板的外延发光体与导热缓冲层键合以形成LED芯片；其中导热缓冲层的平均热膨胀系数介于外延发光体和第二基板之间，第二基板的导热性能优于第一基板。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明LED芯片的外延发光体通过导热缓冲层固定至导热基板，且导热缓冲层的平均热膨胀系数介于导热基板和外延发光体之间，能有效改善导热基板与外延发光体之间因热膨胀系数相差过大而出现的热失配问题；因此，能够有效改善LED芯片的裂片问题，提高成品率、延长LED芯片的使用寿命。
附图说明
图1是本发明LED芯片第一实施例的结构示意图；
图2是本发明LED芯片第二实施例的结构示意图；
图3是本发明LED芯片第三实施例的结构示意图；
图4是本发明LED芯片第四实施例的结构示意图；
图5是本发明LED芯片制造方法的流程图。
具体实施方式
参阅图1，本发明第一实施例LED芯片100包括外延发光体11、导热缓冲层（未标示）和导热基板13。
外延发光体11自蓝宝石或碳化硅衬底（未图示）上生成并与之形成现有LED芯片（未图示）。为了改善现有LED芯片的散热性能，将外延发光体11自蓝宝石或碳化硅衬底上剥离以留作后用。
导热基板13是金属或陶瓷等散热性能优于蓝宝石及碳化硅的基板。本实施例中，导热基板13呈平板状。导热缓冲层设置于导热基板13的一侧，本实施例中，导热缓冲层是形成于导热基板13上的导热绝缘层12。导热绝缘层12通过溅射、喷涂、丝网印刷、激光熔覆、化学气相沉积或者热丝等方法形成于导热基板13的一侧表面上。为了达到与外延发光体11键合的需求，导热绝缘层12具有光滑的表面。
优选地，导热绝缘层12是类金刚石膜层，实际应用中，导热绝缘层12还可以是金刚石、氮化铝、氧化铝、氧化硅、氮化硅中的任意一种膜层或前述包括类金刚石膜层在内的多种膜层中的任意组合的复合膜层。例如，导热绝缘层12包括首先形成于导热基板13的一侧表面上的氮化硅膜层和形成于氮化硅膜层的表面上的类金刚石膜层等。
与蓝宝石或碳化硅衬底剥离的外延发光体11键合至导热缓冲层。本实施例中，导热绝缘层12是导热缓冲层，导热绝缘层12的热膨胀系数介于导热基板13和外延发光体11之间，从而使外延发光体11、导热缓冲层和导热基板13之间的热膨胀系数逐渐变化，大大降低因外延发光体11与导热基板13二者的热膨胀系数相差太大而引起的LED芯片裂片的几率。
需要补充说明的是，本实施例中，导热缓冲层12是导热绝缘层，因此，外延发光体12与导热基板13之间均绝缘连接。LED芯片100是水平结构的LED芯片，即LED芯片的电极（未图示）均设置于外延发光体12的远离导热基板13的一侧。本实施方式对导热基板13是否导电不做要求。
请参阅图2，本发明第二实施例LED芯片200包括外延发光体21、导热基板23和导热缓冲层（未标示）。
与第一实施例LED芯片100相比，本实施例中，导热基板23是导电基板，一般情况下，该导电基板是金属基板，例如，铜板等等。
导热缓冲层包括导热绝缘层22和金属层24。导热绝缘层22与导热绝缘层11的材料、构成及成型方法相同或类似，此处不再赘述。首先在导热基板23上形成导热绝缘层22，然后采用蚀刻等方式在导热绝缘层22上形成至少一个与导热基板23连通的通孔221，通孔221的设置以使外延发光体21与导热基板23电连接。
金属层24的一部分设置于导热绝缘层22上且具有光滑的表面，另一部分填充于通孔221中且与导热基板23连通。
为了在外延发光体21与导热缓冲层之间减低键合难度以及取得更加优异的键合效果，在外延发光体21外镀设金属层25。外延发光体21通过金属层25键合至导热缓冲层的金属层24从而使外延发光体21通过金属层25和金属层24与导热基板23电连接。
金属层24、25为镍、钛、铬、铜、金、银中的任意一种膜层或以上膜层任意组合的复合膜层。以金属层25为例，金属层25包括首先形成于外延发光体21的一侧表面上的镍层和形成于镍层的表面上的银层等。
本实施例中，导热缓冲层包括形成于导热基板23上的设置通孔221的导热绝缘层22和填充通孔221并形成于导热绝缘层22上的金属层24，由于导热绝缘层22的热膨胀系数介于外延发光体21和导热基板23之间，从而使得导热缓冲层的平均热膨胀系数介于外延发光体21和导热基板23之间，大大降低因外延发光体21与导热基板23二者的热膨胀系数相差太大而引起的LED芯片裂片的几率。
请参照图3，本发明LED芯片300包括外延发光体31、导热基板33和导热缓冲层（未标示）。
导热缓冲层包括形成于导热基板33的一侧表面上的具有至少一个通孔321的导热绝缘层32和填充于通孔321中与导热基板33连通的金属层34。外延发光体31的一侧表面上设置金属层35。外延发光体31通过金属层35键合于金属层34和导热绝缘层32上。
与第二实施例LED芯片200相比，本实施例中，金属层34仅填充于通孔321中，具有与导热绝缘层32相同的表面。金属层34可以直接由第二实施例中的金属层24进行磨抛形成。
请参照图4，本发明第四实施例LED芯片400包括外延发光体41、导热缓冲层和导热基板43。导热缓冲层包括导热绝缘层42。外延发光体41的一侧表面上形成金属层45。
与第三实施例LED芯片300相比，导热绝缘层42具有至少一个通孔（未标示）。本实施例中，导热基板43具有与通孔对应设置的凸台431。反过来，亦可以看做导热基板43上设置凹部（未标示），导热绝缘层42填充于凹部中。外延发光体41通过金属层45键合至导热绝缘层42与导热基板43共同形成的表面上。
LED芯片200、300、400的外延发光体21、31、41分别与导热基板23、33、43电连接，因此，LED芯片200、300和400是垂直结构LED芯片，导热基板23、33、43分别构成LED芯片200、300、400的电极之一。
区别于现有技术，本发明LED芯片100、200、300、400的外延发光体11、21、31、41通过导热缓冲层固定至导热基板13、23、33、43，且导热缓冲层的平均热膨胀系数介于导热基板和外延发光体之间，能有效改善导热基板13、23、33、43与外延发光体11、21、31、41之间因热膨胀系数相差过大而出现的热失配问题；因此，能够有效改善LED芯片100、200、300、400的裂片问题，提高成品率、延长LED芯片的使用寿命。。
请一并参照图5，本发明进一步提供一种LED芯片的制造方法，该制造方法包括：
S1，于第一基板上形成外延发光体。
本步骤中，第一基板是蓝宝石基板或碳化硅基板。
S2，将外延发光体自所述第一基板上剥离。
S3，于第二基板上形成导热缓冲层。
第二基板是导热性优于蓝宝石基板和碳化硅基板的金属基板或陶瓷基板。导热缓冲层的具体形成方式、组成及结构请结合LED芯片实施例。步骤S2在步骤S1之后，步骤S3与步骤S1或步骤S2无先后之分。
S4，将所述剥离第一基板的外延发光体与所述导热缓冲层键合以形成所述LED芯片；其中所述导热缓冲层的平均热膨胀系数介于所述外延发光体和所述第二基板之间，所述第二基板的导热性能优于所述第一基板。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片包括外延发光体、导热基板和导热缓冲层，所述导热缓冲层设置于所述导热基板的一侧，所述外延发光体键合至所述导热缓冲层，所述导热缓冲层的平均热膨胀系数介于所述导热基板和所述外延发光体之间。
2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述导热缓冲层包括形成于所述导热基板上的导热绝缘层，所述导热绝缘层的热膨胀系数介于所述导热基板和所述外延发光体之间；所述导热绝缘层上设置至少一个通孔以使所述外延发光体与所述导热基板电连接。
3.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述导热缓冲层进一步包括第一金属层，所述第一金属层填充于所述至少一个通孔中且与所述导热基板连通，以使所述外延发光体键合于所述第一金属层上且与所述导热基板电连接。
4.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述导热缓冲层进一步包括第一金属层，所述第一金属层设置于所述导热绝缘层上且填充所述至少一个通孔以使所述外延发光体与所述导热基板电连接。
5.根据权利要求3或4所述的LED芯片，其特征在于，所述外延发光体外镀设第二金属层，所述第二金属层键合至所述第一金属层。
6.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述导热基板具有与所述至少一个通孔对应设置的凸台，所述凸台位于所述通孔中以使所述外延发光体键合于所述凸起上且与所述导热基板电连接。
7.根据权利要求6所述的LED芯片，其特征在于，所述外延发光体外镀设第二金属层，所述第二金属层键合至所述导热基板。
8.根据权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述导热绝缘层为类金刚石、金刚石、氮化铝、氧化铝、氧化硅、氮化硅中任意一种膜层或以上膜层任意组合的复合膜层。
9.根据权利要求3或4所述的LED芯片，其特征在于，所述第一金属层为镍、钛、铬、铜、金、银中的任意一种膜层或以上膜层任意组合的复合膜层。
10.一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
于第一基板上形成外延发光体；
将所述外延发光体自所述第一基板上剥离；
于第二基板上形成导热缓冲层；
将所述剥离第一基板的外延发光体与所述导热缓冲层键合以形成所述LED芯片；其中所述导热缓冲层的平均热膨胀系数介于所述外延发光体和所述第二基板之间，所述第二基板的导热性能优于所述第一基板。
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