CN109881151A - 基于类金刚石薄膜的led散热结构及其制备方法和led结构 - Google Patents
基于类金刚石薄膜的led散热结构及其制备方法和led结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109881151A CN109881151A CN201910227409.XA CN201910227409A CN109881151A CN 109881151 A CN109881151 A CN 109881151A CN 201910227409 A CN201910227409 A CN 201910227409A CN 109881151 A CN109881151 A CN 109881151A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- led
- dlc film
- substrate
- transition zone
- heat dissipation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于类金刚石薄膜的LED散热结构及其制备方法和LED结构，该LED散热结构，包括衬底，沉积于所述衬底表面的过渡层，以及沉积于所述过渡层表面的类金刚石薄膜，所述过渡层为氮化铝过渡层或碳化硅过渡层。本发明将热导率高的类金刚石薄膜作为散热层，又解决了常规类金刚石薄膜硬脆不能作为单独的散热层的技术难题，降低了类金刚石薄膜和衬底材料的晶格错配度，减少了不同材料之间的内应力，使类金刚石薄膜散热层和衬底之间结合的更加紧密，又克服了类金刚石薄膜又硬又脆不能单独作为散热层的缺点，从而实现提高衬底的散热性能，达到降低LED结温，提高LED寿命和发光效率的目的。
Description
技术领域
本发明涉及LED结构，具体地，涉及一种基于类金刚石薄膜的LED散热结构及其制备方法和LED结构。
背景技术
LED作为第四代光源，具备了传统光源所不具备的诸多优点，现已得到了广泛的使用和关注。但是目前LED还存在一个较大的缺点就是光效不高只有100lm/W，其电光转换效率大约只有20-30％左右，也就是说大约70％的电能都变成了热能。LED芯片的特点决定了其在极小的体积内产生极高的热量，而LED本身的热容量很小，所以必须以最快的速度把这些热量传导出去，否则就会产生很高的结温。LED的寿命和发光效率是直接和其结温有关，散热不好结温就高，寿命就短，发光效率就会下降，如果能把LED的结温控制在65℃，那么LED的寿命将能达到10万小时，发光效率也能达到理论值的90％，这些都是和结温密切相关的。除此之外，结温升高还会加速LED封装器件的老化，当温度达到LED芯片最高使用温度时，LED就会坏掉。
因此为了改善LED芯片本身的散热性能，其最主要的改进方向就是采用导热更好的散热结构。目前国内厂商主要采用单一的蓝宝石衬底作为散热结构，但是蓝宝石衬底的导热性能不是太好，热导率约为46W/(m·K)。美国Cree公司采用单一的碳化硅衬底作为散热结构，它的热导率约为490W/(m·K)，要比蓝宝石高将近10倍，但是其成本过高，而且有专利保护，目前只有Cree公司生产以碳化硅为衬底的散热结构的LED。最近国内也有厂商开始采用硅作为衬底而制备的散热结构，因为硅衬底不受专利限制，其性能优于蓝宝石，热导率约为150W/(m·K)，但是也不甚理想。
因此，如何提供一种LED的散热结构，解决现有LED散热结构散热性能不足的问题，从而提高衬底的散热性能，达到降低LED结温，提高LED寿命和发光效率的目的。
发明内容
为了解决现有LED散热结构散热性能不足的问题，从而实现提高衬底的散热性能，达到降低LED结温，提高LED寿命和发光效率的目的。本发明从材料和结构两方面同时入手。提供一种基于类金刚石薄膜的LED散热结构及其制备方法和LED结构，该结构能够提高常规衬底的散热性能，达到降低LED结温，提高LED寿命和发光效率的目的。
一种基于类金刚石薄膜的LED散热结构，包括衬底，沉积于所述衬底表面的过渡层，以及沉积于所述过渡层表面的类金刚石薄膜，所述过渡层为氮化铝过渡层或碳化硅过渡层。
优选地，所述过渡层的厚度为10-50nm；和/或，所述类金刚石薄膜的厚度为20-30um。
优选地，所述衬底为蓝宝石衬底或硅衬底。
本发明还提供一种前文所述的LED散热结构的制备方法，包括以下步骤：首先在衬底上沉积一层过渡层；再在过渡层之上沉积一层类金刚石薄膜。
优选地，还包括在沉积制备类金刚石薄膜之前，用金刚石研磨膏研磨衬底16-15min，然后用丙酮和/或乙醇超声波清洗并晾干的步骤。
优选地，金刚石研磨膏中金刚石的粒径不大于1.5um。
优选地，沉积得到过渡层的方法包括物理气相沉积法和/或化学气相沉积法。
优选地，沉积得到类金刚石薄膜的方法包括离子束沉积、溅射沉积、直接光化学气相沉积和等离子体增强化学气相沉积中的一种或多种。
不仅如此，本发明还提供一种LED结构，包括前文所述的LED散热结构，形成在所述LED散热结构顶层之上LED外延片，所述LED外延片至少包括从下到上依次设置的第一半导体层、发光层和第二半导体层，其中，所述第一半导体层上设置有第一电极，第二半导体层上设置有第二电极。
优选地，所述LED外延片设置在所述衬底之上。
为了解决现有LED散热结构散热性能不足的问题，从而实现提高衬底的散热性能，达到降低LED结温，提高LED寿命和发光效率的目的。本发明从从材料和结构两方面同时入手。类金刚石碳(简称DLC)是一种非晶态材料，其机械、电学、光学和摩擦学特性类似于金刚石，其热导率约为1300W/(m·K)，是铜的2-3倍，且透明度高、化学稳定性好，但是类金刚石薄膜又硬又脆不能单独作为散热层。
本发明将热导率高的类金刚石薄膜作为散热层，又解决了常规类金刚石薄膜硬脆不能作为单独的散热层的技术难题，降低了类金刚石薄膜和常规衬底材料的晶格错配度，减少了不同材料之间的内应力，使类金刚石薄膜散热层和衬底之间结合的更加紧密，又克服了类金刚石薄膜又硬又脆不能单独作为散热层的缺点，从而实现提高衬底的散热性能，达到降低LED结温，提高LED寿命和发光效率的目的。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的LED散热结构的结构示意图；
图2是本发明的LED结构的结构示意图；
图3是本发明一种优选的实施方式中发光器件的结构示意图。
附图标记说明
1衬底 2过渡层
3类金刚石薄膜 4第一半导体层
5发光层 6第二半导体层
7第一电极 8第二电极
9基板 10支架
11固晶胶 12硅胶荧光粉
13金线 14LED结构
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，“上、下、内、外”等包含在术语中的方位词仅代表该术语在常规使用状态下的方位，或为本领域技术人员理解的俗称，而不应视为对该术语的限制。
如图1所示，本发明提供一种基于类金刚石薄膜的LED散热结构，包括衬底1，沉积于所述衬底1表面的过渡层2，以及沉积于所述过渡层2表面的类金刚石薄膜3，所述过渡层2为氮化铝过渡层或碳化硅过渡层。
为了解决现有LED散热结构散热性能不足的问题，从而实现提高衬底的散热性能，达到降低LED结温，提高LED寿命和发光效率的目的。本发明从材料和结构两方面同时入手。类金刚石碳(简称DLC)是一种非晶态材料，其机械、电学、光学和摩擦学特性类似于金刚石，其热导率约为1300W/(m·K)，是铜的2-3倍，且透明度高、化学稳定性好，但是类金刚石薄膜又硬又脆不能单独作为散热层。本发明提供一种基于类金刚石薄膜的LED散热结构，包括衬底1，沉积于所述衬底1表面的过渡层2，以及沉积于所述过渡层2表面的类金刚石薄膜3，所述过渡层2为氮化铝过渡层或碳化硅过渡层。考虑到类金刚石薄膜3和LED衬底1在热膨胀系数和晶格常数上的差别，为了加强类金刚石薄膜3散热层和衬底1的结合强度和紧密度，首先在衬底材料上沉积一层过渡层2，即降低了类金刚石薄膜3和衬底1的晶格错配度，减少了不同材料之间的内应力，使类金刚石薄膜3散热层和衬底1之间结合的更加紧密，又克服了类金刚石薄膜3又硬又脆不能单独作为散热层的缺点。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高衬底的散热性能，达到降低LED结温，提高LED寿命和发光效率的目的，所述过渡层2的厚度为10-50nm。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高衬底的散热性能，达到降低LED结温，提高LED寿命和发光效率的目的，所述类金刚石薄膜3的厚度为20-30um。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高衬底的散热性能，达到降低LED结温，提高LED寿命和发光效率的目的，所述衬底1为蓝宝石衬底或硅衬底。
本发明还提供一种前文所述的LED散热结构的制备方法，包括以下步骤：首先在衬底1上沉积一层过渡层2；再在过渡层2之上沉积一层类金刚石薄膜3。
为了解决现有LED散热结构散热性能不足的问题，从而实现提高衬底的散热性能，达到降低LED结温，提高LED寿命和发光效率的目的。本发明从材料和结构两方面同时入手。类金刚石碳(简称DLC)是一种非晶态材料，其机械、电学、光学和摩擦学特性类似于金刚石，其热导率约为1300W/(m·K)，是铜的2-3倍，且透明度高、化学稳定性好，但是类金刚石薄膜又硬又脆不能单独作为散热层。本发明提供一种基于类金刚石薄膜的LED散热结构，包括衬底1，沉积于所述衬底1表面的过渡层2，以及沉积于所述过渡层2表面的类金刚石薄膜3，所述过渡层2为氮化铝过渡层或碳化硅过渡层。考虑到类金刚石薄膜3和LED衬底1在热膨胀系数和晶格常数上的差别，为了加强类金刚石薄膜3散热层和衬底1的结合强度和紧密度，首先在衬底材料上沉积一层过渡层2，即降低了类金刚石薄膜3和衬底1的晶格错配度，减少了不同材料之间的内应力，使类金刚石薄膜3散热层和衬底1之间结合的更加紧密，又克服了类金刚石薄膜3又硬又脆不能单独作为散热层的缺点。
在本发明一种优选的实施方式中，还包括在沉积制备类金刚石薄膜3之前，用金刚石研磨膏研磨衬底16-15min，然后用丙酮和/或乙醇超声波清洗并晾干的步骤。提高了衬底1表面平整度和洁净度，防止接触界面产生气泡等缺陷，形成紧密的接触面降低热阻，提高散热效率。
在本发明一种优选的实施方式中，为了提高衬底1表面平整度和洁净度，防止接触界面产生气泡等缺陷，金刚石研磨膏中金刚石的粒径不大于1.5um。
在本发明一种优选的实施方式中，沉积得到过渡层2的方法包括物理气相沉积法和/或化学气相沉积法。可以采用现有的方法进行，例如采用公开号为CN101775580A的专利申请文件《一种氮化铝薄膜的微波等离子体制备方法》中的物理气相沉积法；采用公开号为CN102304701A的专利申请文件《一种碳化硅薄膜的制备方法》中化学气相沉积法沉积得到过渡层，均可实现本发明，在此不再赘述。
在本发明一种优选的实施方式中，沉积得到类金刚石薄膜3的方法包括离子束沉积、溅射沉积、直接光化学气相沉积和等离子体增强化学气相沉积中的一种或多种，均可实现本发明，本发明中类金刚石薄膜3的生长具体的分为三个步骤：首先是在过渡层2上生长一层类金刚石薄膜的过渡层，然后在类金刚石薄膜过渡层表面上形成高密度且均匀的形核点，最后一步就是在形核点上生长致密的类金刚石薄膜。这些方法均为现有技术，例如公开号为CN104947037A的专利申请文件《一种掺杂类金刚石薄膜及其制备方法》中的离子束沉积；采用公开号为CN103572237A的专利申请文件《一种硼掺杂类金刚石薄膜电极的制备方法》中溅射沉积；采用公开号为CN101319324的专利申请文件《类金刚石薄膜制备方法》中直接光化学气相沉积；采用公开号为CN103938211A的专利申请文件《一种低应力、耐腐蚀的多层类金刚石(DLC)薄膜的沉积方法》中等离子体增强化学气相沉积；均可实现本发明，在此不再赘述。
如图2所示，本发明还提供一种LED结构，包括前文所述的LED散热结构，形成在所述LED散热结构顶层之上LED外延片，所述LED外延片至少包括从下到上依次设置的第一半导体层4、发光层5和第二半导体层6，其中，所述第一半导体层上设置有第一电极7，第二半导体层上设置有第二电极8。这样的LED结构不仅散热性能好，能够在使用过程中降低LED结温，提高LED寿命和发光效率。
在本发明一种优选的实施方式中，所述LED外延片设置在所述衬底1之上。
在本发明一种优选的实施方式中，LED结构的结构包括，从下到上类金刚石薄膜3，过渡层2，衬底1，n型氮化镓以及其上的n电极，LED的发光层，p型氮化镓以及其上的p电极。进一步得到散热性能好，能够在使用过程中降低LED结温，提高LED寿命和发光效率的LED结构。
如图3所示，在本发明一种优选的实施方式中，LED封装成的发光器件，LED结构14通过固晶胶11固定在支架10的内表面，LED结构14上的电极通过金线13和支架10上的电极相连接，LED结构14之上由硅胶荧光粉12来进行封装，支架10通过焊料固定在基板9上。LED发光层所产生的热量通过本发明的LED散热结构传导给支架，支架传导给基板，基板再通过外部的散热器将热量散发到空气中去。这样的发光器件不仅散热性能好，能够在使用过程中降低LED结温，提高LED寿命和发光效率。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种基于类金刚石薄膜的LED散热结构，其特征在于，包括衬底(1)，沉积于所述衬底(1)表面的过渡层(2)，以及沉积于所述过渡层(2)表面的类金刚石薄膜(3)，所述过渡层(2)为氮化铝过渡层或碳化硅过渡层。
2.根据权利要求1所述的LED散热结构，其特征在于，所述过渡层(2)的厚度为10-50nm；和/或，所述类金刚石薄膜(3)的厚度为20-30um。
3.根据权利要求2所述的LED散热结构，其特征在于，所述衬底(1)为蓝宝石衬底或硅衬底。
4.一种权利要求1-3任一项所述的LED散热结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先在衬底(1)上沉积一层过渡层(2)；
再在过渡层(2)之上沉积一层类金刚石薄膜(3)。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，还包括在沉积制备类金刚石薄膜(3)之前，用金刚石研磨膏研磨衬底(1)6-15min，然后用丙酮和/或乙醇超声波清洗并晾干的步骤。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，金刚石研磨膏中金刚石的粒径不大于1.5um。
7.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，沉积得到过渡层(2)的方法包括物理气相沉积法和/或化学气相沉积法。
8.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，沉积得到类金刚石薄膜(3)的方法包括离子束沉积、溅射沉积、直接光化学气相沉积和等离子体增强化学气相沉积中的一种或多种。
9.一种LED结构，其特征在于，包括权利要求1-3任一项所述的LED散热结构，形成在所述LED散热结构顶层之上LED外延片，所述LED外延片至少包括从下到上依次设置的第一半导体层(4)、发光层(5)和第二半导体层(6)，
其中，所述第一半导体层上设置有第一电极(7)，第二半导体层上设置有第二电极(8)。
10.根据权利要求9所述的LED结构，其特征在于，所述LED外延片设置在所述衬底(1)之上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910227409.XA CN109881151A (zh) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | 基于类金刚石薄膜的led散热结构及其制备方法和led结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910227409.XA CN109881151A (zh) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | 基于类金刚石薄膜的led散热结构及其制备方法和led结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109881151A true CN109881151A (zh) | 2019-06-14 |
Family
ID=66934069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910227409.XA Pending CN109881151A (zh) | 2019-03-25 | 2019-03-25 | 基于类金刚石薄膜的led散热结构及其制备方法和led结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109881151A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110527964A (zh) * | 2019-09-03 | 2019-12-03 | 上海大学 | 一种类金刚石复合薄膜及其制备方法和应用以及一种igbt模块散热基板 |
| CN111009497A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-14 | 长春理工大学 | 一种高导热率半导体衬底及其制备方法和应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101980382A (zh) * | 2010-10-15 | 2011-02-23 | 深圳市瑞丰光电子股份有限公司 | 一种led芯片的制造方法、led芯片及led |
| CN102738377A (zh) * | 2012-06-05 | 2012-10-17 | 星弧涂层科技(苏州工业园区)有限公司 | 超高导热金属基线路板及其制备方法、应用 |
| CN102983124A (zh) * | 2012-11-14 | 2013-03-20 | 深圳大学 | 具有散热装置的led光源 |
| US20150340653A1 (en) * | 2014-05-23 | 2015-11-26 | Innolux Corporation | Oled display panel |
-
2019
- 2019-03-25 CN CN201910227409.XA patent/CN109881151A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101980382A (zh) * | 2010-10-15 | 2011-02-23 | 深圳市瑞丰光电子股份有限公司 | 一种led芯片的制造方法、led芯片及led |
| CN102738377A (zh) * | 2012-06-05 | 2012-10-17 | 星弧涂层科技(苏州工业园区)有限公司 | 超高导热金属基线路板及其制备方法、应用 |
| CN102983124A (zh) * | 2012-11-14 | 2013-03-20 | 深圳大学 | 具有散热装置的led光源 |
| US20150340653A1 (en) * | 2014-05-23 | 2015-11-26 | Innolux Corporation | Oled display panel |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110527964A (zh) * | 2019-09-03 | 2019-12-03 | 上海大学 | 一种类金刚石复合薄膜及其制备方法和应用以及一种igbt模块散热基板 |
| CN110527964B (zh) * | 2019-09-03 | 2020-07-31 | 上海大学 | 一种类金刚石复合薄膜及其制备方法和应用以及一种igbt模块散热基板 |
| CN111009497A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-14 | 长春理工大学 | 一种高导热率半导体衬底及其制备方法和应用 |
| CN111009497B (zh) * | 2019-12-31 | 2021-07-06 | 长春理工大学 | 一种高导热率半导体衬底及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8210698B2 (en) | Phosphor layer having enhanced thermal conduction and light sources utilizing the phosphor layer | |
| US10359152B2 (en) | LED filament and LED light bulb | |
| US20080237844A1 (en) | Microelectronic package and method of manufacturing same | |
| CN101673802B (zh) | 集成金属基氮化铝薄膜基板与热管的大功率led模块及其制备方法 | |
| CN109881151A (zh) | 基于类金刚石薄膜的led散热结构及其制备方法和led结构 | |
| CN104124217B (zh) | 一种高温碳化硅功率器件封装结构及其制备方法 | |
| TW201708498A (zh) | 用於熱管理之使用熱解石墨的發光二極體組件 | |
| CN105514059A (zh) | 一种石墨烯复合材料/氮化硅/硅芯片高效散热系统 | |
| JP2010511304A (ja) | 石英で密閉されたヒータアセンブリ | |
| CN103000776A (zh) | Led芯片及led芯片的制造方法 | |
| JPH11508394A (ja) | 赤外線放射を低減した白熱光エネルギーの変換 | |
| EP2462632A2 (en) | High power led device architectures employing dielectric coatings and method of manufacture | |
| CN109560457A (zh) | 一种面射型激光器芯片的散热结构及其制作方法 | |
| EP2579345A1 (en) | Radiation heat dissipation led structure and the manufacturing method thereof | |
| CN203521463U (zh) | 一种高导热的led-cob封装基板 | |
| CN109461804A (zh) | 新型白光发光元器件及其制备方法 | |
| CN202103092U (zh) | 一种高效高压电极侧壁化键合式led芯片 | |
| JP2020109796A (ja) | 半導体装置、半導体装置の製造方法及び基板接合方法 | |
| WO2011081634A1 (en) | Led device architecture employing novel optical coating and method of manufacture | |
| CN107246596A (zh) | 用于led芯片的散热装置以及使用该装置的led光源 | |
| TWI635631B (zh) | 垂直型發光二極體晶粒的結構及其製造方法 | |
| TWI398956B (zh) | 具有鑽石材料之散熱結構及其製造方法 | |
| TW595017B (en) | Light-emitting diode with high thermal conductivity and its manufacturing method | |
| KR101734831B1 (ko) | (002) 우선 배향의 판상 질화알루미늄 분말의 제조방법 | |
| KR20200025067A (ko) | 방열특성이 우수한 방열패드용 하이브리드 충전재 및 이를 포함하는 중합체 방열패드 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190614 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |