CN204303868U - 改善散热的半导体发光器件和立体led光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种改善散热的半导体发光器件和立体LED光源，其用以改善发光半导体的散热状况，芯片发出的热量能够更迅速的传导出去，减小芯片上以及芯片周边的积热。该半导体发光器件包括至少两个LED芯片；LED芯片的两个电极在同一面；在所述LED芯片有电极的一面的上面有图形化的导电碳纳米管层，所述导电碳纳米管层作为两个LED芯片之间电性连接的导线；在LED芯片的无电极的背面的上面有荧光粉层。这种结构，其电阻和热阻均很小，且导电碳纳米管作为芯片之间的串并联导线，其可以更高效的将芯片内部的热量导出，芯片表面的积热可以很快地通过导电碳纳米管层散发到周围环境中。

Description

改善散热的半导体发光器件和立体LED光源

技术领域

本发明涉及一种LED器件的封装技术以及涉及LED发光器件。

背景技术

现有技术的LED封装技术是将LED固晶在铝基板上，然后在LED芯片周围涂覆荧光粉胶以实现照明。该技术的LED周围为荧光粉胶体，一般为环氧树脂或硅胶。这类有机材料直接与LED芯片接触，其传热性能差，LED芯片发出的热量不能及时传导出去，LED芯片的温度与器件上散热器上的温度差别很大，如果散热器的温度在70度，则LED芯片内部温度可能会超过110度。这样的情况导致芯片长期处于高温状态下工作，减少其寿命和性能稳定性。

现有的立体光源中，有一种LED玻璃，这种光源是在玻璃上制作电路线，将LED芯片固晶在玻璃上。然后将两块玻璃叠合在一起，形成立体光源，其用于显示或发光。由于LED芯片很小，且需要将每个LED芯片固晶在玻璃电路板上，因此这种LED玻璃的制作工艺非常复杂，且玻璃为热的不良导体，将LED芯片直接固定在玻璃上，LED芯片发出的热量不能及时传导出去，其导致LED芯片的使用环境不佳，影响其寿命和稳定性。为了改善LED玻璃的LED芯片的散热环境，现有技术中，有将LED芯片先固定在热沉上，再将热沉焊接在玻璃上，则LED芯片的热量可以更好的传导出去，但是这种方式导致LED玻璃上可以清晰看到热沉的存在，影响其美观。除此以外，热沉一般为金属，其有负重，其并不容易固定在玻璃电路板上，如果采用银胶固定，则银胶固定处的热阻和电阻都很大，这可能会引起玻璃整体热量增加。这种改进行为，由于采用了热沉，会产生材料成本。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种改善散热的半导体发光器件，用以改善发光半导体的散热状况，芯片发出的热量能够更迅速的传导出去，减小芯片上以及芯片周边的积热。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种立体LED光源，用以改善发光半导体的散热状况，芯片发出的热量能够更迅速的传导出去，减小芯片上以及芯片周边的积热。

为解决上述第一个技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种改善散热的半导体发光器件，包括至少两个LED芯片；LED芯片的两个电极在同一面；以及

在所述LED芯片有电极的一面的上面有图形化的导电碳纳米管层，所述导电碳纳米管层作为两个LED芯片之间电性连接的导线；

在LED芯片的无电极的背面的上面有荧光粉层。

优选地：所述导电碳纳米管的图形化空隙之间填充有绝缘碳纳米管材料。

优选地：在LED芯片之间填充有绝缘填充物。

优选地：所述绝缘填充物为氧化钛或氧化硅。

优选地：LED芯片之间通过导电碳纳米管串联和/或并联连接。

优选地：所述支撑体为氧化硅、硅、蓝宝石、碳化硅、陶瓷、树脂和/或含金属的材料。

为解决上述第二个技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种立体LED光源，包括电路板，在所述电路板上设有所述的半导体发光器件。

优选地：所述电路板为其上布置有导线的透明材料。

优选地：所述导电碳纳米管内有金属填充物。碳纳米管内有空腔，在空腔中填充金属，例如银，其可以改善碳纳米管的导电性和导热性。

本发明器件采用的制造方法的技术方案如下：

一种发光半导体器件的制造方法，包括：

固晶，将多个LED芯片固定在支撑体上，使LED芯片的具有两个电极的一面朝上；

一次填充，在LED芯片之间填充绝缘填充物，形成芯片层；

制作导电层，在芯片层上生长导电碳纳米管层；

图形化处理，对导电碳纳米管层进行图形化处理，使LED芯片之间形成电性连接关系；

二次填充，在导电碳纳米管的图形化空隙中间填充绝缘材料，形成导电碳纳米管层；

去支撑体，去除支撑体；

制作荧光层，在LED芯片的无电极的背面的上面制作荧光粉层。

优选地：所述一次填充的绝缘填充物为氧化钛，氧化钛通过溅射方式填充在LED芯片之间的空隙。

优选地：所述二次填充的绝缘物为绝缘碳纳米管。绝缘的碳纳米管具有良好的导热性，其与导电的碳纳米管的搭配使用，散热效果更加稳定和一致性。

优选地：所述支撑体为蓝膜，在去支撑体的步骤中，将蓝膜从芯片层上剥离去除。

相比现有技术，本发明的有益效果是：

本发明应用导电碳纳米管的良好的导热导电性，将其作为LED芯片之间导线。相比现有技术焊接引线的方式，本发明的导电碳纳米管是生长、溅射等方式依附在芯片的电极上的。这种电极与导线的接触方式，其电阻和热阻均很小，且导电碳纳米管作为芯片之间的串并联导线，其可以更高效的将芯片内部的热量导出，芯片表面的积热可以很快地通过导电碳纳米管层散发到周围环境中。

附图说明

图1为本发明一个实施例的固晶步骤示意图；

图2是一次填充步骤的示意图；

图3是制作导电层步骤的示意图；

图4是图形化导电层步骤的示意图；

图5是二次填充步骤的示意图；

图6是去支撑体步骤的示意图；

图7是制作荧光层步骤的示意图；

图8是一种LED芯片的结构示意图；

图9是图7的仰视角度的结构示意图。

附图说明：

1、LED芯片；2、支撑体；3、绝缘填充物；4、导电碳纳米管；5、空隙；6、绝缘碳纳米管；7、荧光粉层；8、蓝宝石衬底；9、电极。

具体实施方式

本发明提出一种改善散热的半导体发光器件，包括至少两个LED芯片；LED芯片的两个电极在同一面；在LED芯片有电极的一面的上面有图形化的导电碳纳米管层，导电碳纳米管层作为两个LED芯片之间电性连接的导线；在LED芯片的无电极的背面的上面有荧光粉层。本发明还提出一种应用了上述发光器件的立体LED光源。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1至7为本发明的改善散热的半导体发光器件制造工艺示意图。本发明的发光器件的结构参看图7所示实施例，该例以三颗LED芯片的器件为例。但是不限于三颗LED芯片，两颗、四颗、五颗等等均可，而对于一些由小功率芯片构成的大功率器件，芯片数量往往是数十颗，甚至数百颗。目前有些集体封装大功率器件，例如用于背光的器件，芯片数量一般都是上百颗。在显示领域，芯片数量高达数干颗，例如用作显示的LED玻璃，其尺寸越大，用到的芯片数量会越多。但是LED玻璃不限于显示领域，其还用于照明、灯光装饰方面的应用。

参见图8和图7，LED芯片1的两个电极9在同一面。目前这种结构的芯片为双电极芯片，其具有蓝宝石衬底8。以蓝宝石衬底不被剥离的芯片为例。LED芯片1与荧光粉层7接触的上面为蓝宝石衬底的位置，有蓝宝石衬底的一面为背面，与背面相对的一面为LED芯片的正面，即在LED芯片的正面有两个电极。

在LED芯片有电极的一面的上面有图形化的导电碳纳米管层4，导电碳纳米管层4作为两个LED芯片之间电性连接的导线。参见图9和图7，以三颗芯片串联在一起为例，导电碳纳米管4将三颗LED芯片的电极串联在一起，在图形化导电碳纳米管4的缝隙之间填充有绝缘碳纳米管6。碳纳米管为透明体，无论导电的还是绝缘的，均呈现透明状态。在LED芯片的电极所在的表层铺设的这层碳纳米管层其与LED芯片零距离接触，可以直接导出芯片内部的热量，并在外部铺设了一个相比芯片面积来说非常巨大的散热面，相比现有的引线技术，其散热结构有天壤之别。

在LED芯片1的无电极的背面的上面有荧光粉层7。荧光粉层7可以是喷涂在其上，也可以是先制作好荧光粉胶片，然后将其固定在芯片上方，这种结构为无封装结构。对于采用无封装的结构，则在LED芯片与荧光粉胶片之间存在空腔，因此需要在空腔内填充惰性气体以保护芯片。

在LED芯片之间填充有绝缘填充物3。绝缘填充物3可以是氧化钛等材料，氧化钛薄膜在与LED芯片等厚的情况呈现半透明状态，氧化钛可以溅射在芯片之间的空隙中。氧化钛的好处是其几乎不吸收光，且导热性良好。为了改善其透明度，可以将氧化钛混入硅胶或环氧树脂中，将混合物喷附在支撑体2上形成薄膜层。在一个实施例中，将氧化钛混入UV胶体，然后将UV胶用紫外线固化处理。绝缘填充物3还可以是绝缘碳纳米管，由于芯片的厚度有数百纳米甚至更厚，因此如果绝缘填充物3是绝缘碳纳米管，其成本会明显增加。考虑到绝缘填充物需要有一定的导热性，因此，可以考虑使用陶瓷材料结合胶体的形式，但是这种组合会牺牲一定的透明度，这对透明度要求不高的应用领域是很适用的。如果降低绝缘填充物的导热性要求，则可以使用一般的封装胶即可。在支撑体为蓝膜的情况下，绝缘填充物可以是封装胶。但是如果支撑体为硅基板，则可以考虑使用氧化硅作为绝缘填充物，即使用外延技术，LED芯片之间生长一层氧化硅作为绝缘填充物。

图9显示为LED芯片之间的串联电路结构。但是对于LED芯片数量众多的情况，LED芯片之间更多的使用的并联结构，或者串并联结合的方式。对于图7、图9所示的实施例，该器件的两端为对外连接的正负电极端口。

本发明还提出一种立体LED光源，包括电路板，在电路板上设有前述的半导体发光器件。在一个LED玻璃的应用实施例中，电路板为玻璃电路板，电路板为其上布置有导线的透明玻璃。玻璃可以是氧化硅玻璃或有机玻璃。在玻璃电路板上布置有金属电路线。

本发明的改善散热的半导体发光器件非常适用于LED玻璃，因为其可以呈现360度的发光角度。本发明技术可以降低现有LED玻璃中LED芯片散热不畅的问题。由于LED玻璃的电路板的基体是玻璃，玻璃的导热性不佳，这就造成大功率LED芯片的使用受限，或者使用寿命短暂。本发明增大了芯片的外导热能力，芯片表面的散热面积非常大，即使LED灯周边玻璃的导热性不佳，但是由于导热碳纳米管的作用，芯片表面的温度与玻璃的温度的温差明显减小。因此，本发明可以明显延长LED玻璃的使用寿命，也可以增大使用LED芯片单颗芯片的功率。

参见图1至图7，本发明还提出一种用于制造图7所示发光半导体器件的制造方法，包括以下步骤：

固晶，将多个LED芯片固定在蓝膜上，使LED芯片的具有两个电极的一面朝上。

一次填充，先在LED芯片表面覆盖一层掩膜，将LED芯片掩盖，然后采用喷射的方式在LED芯片之间填充氧化钛胶体混合物，形成芯片层然后去除LED芯片表面的掩膜。

制作导电层，在芯片层上通过磁控溅射方式制作导电碳纳米管层，导电碳纳米管层的厚度为20nm～100nm范围，但不限于这个范围。也可以采用旋涂方式在芯片层上面制作一层导电碳纳米管。

图形化处理，先在导电碳纳米管层表面涂上光刻胶，然后显影处理形成图形化的导电碳纳米管电路线结构，即完成对导电碳纳米管层进行图形化处理，参见图9，使LED芯片之间形成电性连接关系。

二次填充，在导电碳纳米管的图形化空隙中间填充绝缘材料，形成导电碳纳米管层。这个步骤中绝缘材料可以是绝缘碳纳米管材料，也可以是其他绝缘材料，但是一般要求该材料有很好的导热性。由于图形化的导电碳纳米管被分割成分割的几个不相连的部分，参见图9，所以连接它们的绝缘材料具有良好的导热性才能将各个部分的热量均匀散开，导电碳纳米管和绝缘碳纳米管它们可以组成一个散热整体，这样散热效果会更好，效果会更明显。

去支撑体，去除支撑体蓝膜。

制作荧光层，在LED芯片的无电极的背面的上面制作荧光粉层。制作荧光粉层可以采用喷涂的方式。

在其它实施例中，支撑体可以为氧化硅、硅、蓝宝石、碳化硅、陶瓷、树脂和/或含金属的材料。支撑体选择不同的材料，则可以采取不同的工艺。例如如果支撑体采用蓝宝石，则导电碳纳米管可以采用生长的方式而不用采用磁控溅射的方式。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种改善散热的半导体发光器件，包括至少两个LED芯片；LED芯片的两个电极在同一面；其特征在于：

在所述LED芯片有电极的一面的上面有图形化的导电碳纳米管层，所述导电碳纳米管层作为两个LED芯片之间电性连接的导线；

在LED芯片的无电极的背面的上面有荧光粉层。

2.根据权利要求1所述的改善散热的半导体发光器件，其特征在于：所述导电碳纳米管的图形化空隙之间填充有绝缘碳纳米管材料。

3.根据权利要求1所述的改善散热的半导体发光器件，其特征在于：在LED芯片之间填充有绝缘填充物。

4.根据权利要求3所述的改善散热的半导体发光器件，其特征在于：所述绝缘填充物为氧化钛或氧化硅。

5.根据权利要求1所述的改善散热的半导体发光器件，其特征在于：LED芯片之间通过导电碳纳米管串联和/或并联连接。

6.根据权利要求1所述的改善散热的半导体发光器件，其特征在于：所述支撑体为氧化硅、硅、蓝宝石、碳化硅、陶瓷、树脂和/或含金属的材料。

7.根据权利要求1所述的改善散热的半导体发光器件，其特征在于：所述支撑体为蓝膜。

8.一种立体LED光源，包括电路板，其特征在于：在所述电路板上设有如权利要求1至7所述的半导体发光器件。

9.根据权利要求8所述的立体LED光源，其特征在于：所述电路板为其上布置有导线的透明材料。

10.根据权利要求9所述的立体LED光源，其特征在于：所述透明材料为二氧化硅玻璃或有机玻璃。