CN212113750U - 半导体发光器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种半导体发光器件，包括金属基板以及设置在所述金属基板至少一表面上的半导体发光芯片；所述半导体发光芯片包括衬底、设置在所述衬底上的半导体发光叠层、设置在所述半导体发光叠层上的导热焊盘、第一焊盘和第二焊盘；所述金属基板的表面上对应所述半导体发光芯片设有第一焊垫和第二焊垫；所述第一焊盘和第二焊盘分别与所述第一焊垫和第二焊垫导电连接；所述导热焊盘与所述金属基板导热连接。本实用新型的半导体发光器件，半导体发光芯片通过导热焊盘直接与基板导热连接，能够在大功率工作时将产生的热量及时传导至基板，提升半导体发光芯片的最大可工作功率，可靠性高；简化结构，简化制造流程以及降低成本。

Description

半导体发光器件

技术领域

本实用新型涉及半导体发光技术领域，尤其涉及一种半导体发光器件。

背景技术

随着发光效率的提升和制造成本的下降，半导体发光光源已被广泛应用于背光、显示和照明等领域。半导体发光光源包括有LED、COB、模组、灯板、灯条等多种类型。

常见的半导体发光器件结构如图1所示，其包括衬底11、半导体发光叠层12、以及与外界导电连接的第一焊盘13和第二焊盘14。当半导体发光芯片直接焊接到线路板10上时，半导体发光芯片的第一、第二焊盘13、14分别与设置在线路板10上相对应的第一焊垫15和第二焊垫16导电连接。

在大功率工作条件下，常用的基于FR4的线路板无法满足导热的需求，所以线路板10通常采用金属基线路板，如覆铜铜基板。为了使设置在铜基板上的第一焊垫15和第二焊垫16与铜基板绝缘，在第一焊垫15和第二焊垫16与铜基板之间必须加一绝缘层17。绝缘层17通常采用树脂，导热性能非常差。

如图1可知，半导体发光芯片发光时所产生的热量只能通过第一焊盘13和第二焊盘14、导电连接第一焊盘13和第二焊盘14与第一焊垫15和第二焊垫16的粘接剂或焊接层18和19、第一焊垫15和第二焊垫16以及绝缘层17传导给铜基板上(如箭头所示)。由于绝缘层17的导热性能很差，使得半导体发光芯片在大功率工作时产生的热量无法传导给铜基板，限制了半导体发光芯片的最大可工作功率。

为了减少绝缘层的影响，通常把半导体发光芯片先焊接到陶瓷基板的第一表面上，如图2所示的另一种半导体发光器件，在陶瓷基板20的第一表面设置有与第一焊盘13和第二焊盘14导电连接的第三焊垫21和第四焊垫22、贯穿陶瓷基板20的导电柱23、24，在陶瓷基板20的第一表面设置与设置在线路板10上的第一焊垫15和第二焊垫16导电连接的第五焊垫25和第六焊垫26，还有与线路板10直接导热连接的导热焊垫27。由于导热焊垫27与焊垫绝缘，所以可直接通过粘接剂或焊接层28与陶瓷基板20导热连接。

如图2可知，半导体发光器件发光时所产生的热量可以通过第一焊盘13和第二焊盘14，导电连接第一焊盘13和第二焊盘14与第三焊垫21和第四焊垫22的粘接剂或焊接层18和19，传导到陶瓷基板20，再由陶瓷基板20上的导热焊垫27通过粘接剂或焊接层28传导给铜基板(如箭头所示)。整个传导过程不通过导热性能很差的绝缘层17，使得半导体发光器件在大功率工作时产生的热量可能迅速传导给铜基板，大大提升了半导体发光器件的最大可工作功率。

尽管陶瓷基板的存在可以绕过导热性能很差的树脂，提升光源的导热能力，但也增加了光源的制造成本，特别是制造工艺流程变长，需要多次焊接，焊接工艺和成本居高不下，导热性能好的氮化铝陶瓷基板制造成本高，其本身也会产生一定的热阻，影响光源的导热。

因此，由于上述半导体发光器件结构存在本质的缺陷和不足，无法解决实现半导体发光器件大功率、高导热、高可靠所面临的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种实现大功率、高导热及低成本的半导体发光器件。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种半导体发光器件，包括金属基板以及设置在所述金属基板至少一表面上的半导体发光芯片；所述半导体发光芯片包括衬底、设置在所述衬底上的半导体发光叠层、设置在所述半导体发光叠层上的导热焊盘、第一焊盘和第二焊盘；所述金属基板的表面上对应所述半导体发光芯片设有第一焊垫和第二焊垫；所述第一焊盘和第二焊盘分别与所述第一焊垫和第二焊垫导电连接；所述导热焊盘与所述金属基板导热连接。

优选地，所述半导体发光器件还包括绝缘层；所述绝缘层设置在所述金属基板上并围绕所述半导体发光芯片。

优选地，所述半导体发光器件还包括透光层；所述透光层设置在所述半导体发光芯片上。

优选地，所述绝缘层与所述半导体发光芯片的侧面之间留有间隔，所述透光层还填充到所述间隔中。

优选地，所述绝缘层与所述半导体发光芯片的侧面相接；

所述透光层还延伸至所述绝缘层的表面上；或者，所述绝缘层的侧面高出所述半导体发光芯片的侧面，所述透光层还与所述绝缘层的侧面相接。

优选地，所述透光层与所述金属基板之间的部分或全部界面设有吸光层或反光层。

优选地，所述透光层为透光薄片。

优选地，所述透光薄片包括玻璃、陶瓷、微晶玻璃中的一种或多种。

优选地，所述半导体发光器件还包括围绕所述透光层的遮光层；所述遮光层的底面位于所述绝缘层和/或所述透光层上。

优选地，所述半导体发光器件还包括设置在所述金属基板上的绝缘树脂层；所述第一焊垫和第二焊垫设置在所述绝缘树脂层上，与所述金属基板相绝缘。

优选地，所述金属基板的表面上设有凸台，所述凸台与所述导热焊盘正对并导热连接；

所述凸台的外侧相对所述凸台形成槽部，所述第一焊垫和第二焊垫位于所述槽部内，分别与所述第一焊盘和第二焊盘正对并导电连接。

优选地，所述半导体发光器件还包括连接所述第一焊盘和第一焊垫的第一连接层、连接所述第二焊盘和第二焊垫的第二连接层、连接所述导热焊盘和金属基板的第三连接层。

本实用新型的半导体发光器件，半导体发光芯片通过导热焊盘直接与基板导热连接，能够在大功率工作时将产生的热量及时传导至基板，提升半导体发光芯片的最大可工作功率，可靠性高；相较于增设陶瓷基板的设置，简化结构，简化制造流程以及降低成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1、图2是现有技术中两种半导体发光芯片的结构示意图；

图3是本实用新型第一实施例的半导体发光器件的结构示意图；

图4是本实用新型第二实施例的半导体发光器件的结构示意图；

图5是本实用新型第三实施例的半导体发光器件的结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图3所示，本实用新型第一实施例的半导体发光器件，包括金属基板31、半导体发光芯片32、绝缘层33和透光层34。金属基板31具有相对的第一表面和第二表面，半导体发光芯片32、绝缘层33和透光层34依次设置在金属基板31的至少一个表面上。

本实施例中，金属基板31为覆铜铜基板。金属基板31的表面上设有相间隔绝缘的第一焊垫311和第二焊垫312，该第一焊垫311和第二焊垫312也与金属基板31之间相绝缘。

为了隔绝焊垫和金属基板31，该半导体发光器件还包括设置在金属基板31上的绝缘树脂层35。第一焊垫311和第二焊垫312设置在绝缘树脂层35上，通过该绝缘树脂层35与金属基板31相绝缘。绝缘树脂层35可以覆盖第一焊垫311和第二焊垫312所在的金属基板31表面的部分或全部。

半导体发光芯片32包括衬底321、设置在衬底321上的半导体发光叠层322、设置在半导体发光叠层322上的导热焊盘323、第一焊盘324和第二焊盘325。衬底321具有相对的两个表面，半导体发光叠层322设置在衬底321的一个表面上并朝向金属基板31。导热焊盘323、第一焊盘324和第二焊盘325相间隔设置在半导体发光叠层322上；第一焊盘324和第二焊盘325之间相绝缘且可以如图3所示的分别位于导热焊盘323的两侧。

第一焊盘324和第二焊盘325分别与金属基板31上的第一焊垫311和第二焊垫312对应设置，并且第一焊盘324与第一焊垫311导电连接，第二焊盘325与第二焊垫312导电连接。导热焊盘323与金属基板31导热连接，实现传热。半导体发光芯片32工作时产生的热量通过导热焊盘323传导至金属基板31，传导方向如图3中箭头所示。

进一步地，为了使半导体发光芯片32可以平稳或水平设置在金属基板31上，金属基板31对应的表面上设有凸台313，凸台313与导热焊盘323正对并导热连接。凸台313的外侧相对凸台313形成槽部314，第一焊垫311和第二焊垫312位于槽部314内，分别与第一焊盘324和第二焊盘325正对并导电连接。

对应焊垫和焊盘的连接、导热焊盘323与金属基板31之间的连接，本实用新型的半导体发光器件还包括连接第一焊盘324和第一焊垫311的第一连接层361、连接第二焊盘325和第二焊垫312的第二连接层362、连接导热焊盘323和金属基板31的第三连接层363。

其中，第一连接层361和第二连接层362分别可以是粘结剂层或焊接层。第三连接层363可以是粘结剂层或焊接层。对应凸台313的设置，第三连接层363设置在凸台313上。

绝缘层33设置在金属基板31上并围绕半导体发光芯片32。绝缘层33可以覆盖金属基板31的部分或全部表面，还可以与半导体发光芯片32侧面相接或留有间隔330。

本实施例中，如图3所示，绝缘层33与半导体发光芯片32的侧面之间留有间隔330。绝缘层33包括白胶、硅胶、树脂、玻璃釉、液体玻璃、油墨以及涂料中一种或多种组合。

透光层34设置在半导体发光芯片32上，起到透光及保护的作用，该透光层34具体包裹在半导体发光芯片32背向金属基板31的表面上，包括衬底321背向金属基板31的表面。

对应于绝缘层33与半导体发光芯片32侧面之间的间隔330，透光层34还填充到间隔330中，从而包裹半导体发光芯片32的侧面。

透光层34包括硅胶、树脂、玻璃釉、油墨以及涂料中的一种或多种。

透光层34为无色透明或掺有光致发光粉末、光扩散粉未和着色粉末中至少一种。光致发光粉末为荧光粉和/或量子点；其中荧光粉包括YAG荧光粉、氧化物荧光粉、氮化物荧光粉、氟化物荧光粉、铝酸盐荧光粉、硅酸盐荧光粉、氮氧化物荧光粉中的一种或多种；量子点包括硅量子点、锗量子点、硫化镉量子点、硒化镉量子点、碲化镉量子点、硒化锌量子点、硫化铅量子点、硒化铅量子点、磷化铟量子点和砷化铟量子点中的一种或多种。光扩散粉末为微米、亚微米、纳米粒径的玻璃粉、陶瓷粉、氧化物粉和氮化物粉中的一种或多种。着色粉末为微米、亚微米、纳米粒径的碳黑、氧化物粉和盐类中的一种或多种。

如图4所示，本实用新型第二实施例的半导体发光器件，包括金属基板41、半导体发光芯片42、绝缘层43和透光层44。金属基板41具有相对的第一表面和第二表面，半导体发光芯片42、绝缘层43和透光层44依次设置在金属基板41的至少一个表面上。

本实施例中，金属基板41为覆铜铜基板。金属基板41的表面上设有相间隔绝缘的第一焊垫411和第二焊垫412，该第一焊垫411和第二焊垫412也与金属基板41之间相绝缘。

半导体发光器件还包括设置在金属基板41上的绝缘树脂层45。第一焊垫411和第二焊垫412设置在绝缘树脂层45上，通过该绝缘树脂层45与金属基板41相绝缘。绝缘树脂层45可以覆盖第一焊垫411和第二焊垫412所在的金属基板41表面的部分或全部。

半导体发光芯片42包括衬底421、设置在衬底421上的半导体发光叠层422、设置在半导体发光叠层422上的导热焊盘423、第一焊盘424和第二焊盘425。衬底421具有相对的两个表面，半导体发光叠层422设置在衬底421的一个表面上并朝向金属基板41。导热焊盘423、第一焊盘424和第二焊盘425相间隔设置在半导体发光叠层422上；第一焊盘424和第二焊盘425之间相绝缘且可以如图4所示的分别位于导热焊盘423的两侧。

第一焊盘424和第二焊盘425分别与金属基板41上的第一焊垫411和第二焊垫412对应设置，并且第一焊盘424与第一焊垫411导电连接，第二焊盘425与第二焊垫412导电连接。导热焊盘423与金属基板41导热连接，实现传热；半导体发光芯片42工作时产生的热量通过导热焊盘423传导至金属基板41。

为了使半导体发光芯片42可以平稳或水平设置在金属基板41上，金属基板41对应的表面上设有凸台413，凸台413与导热焊盘423正对并导热连接。凸台413的外侧相对凸台413形成槽部414，第一焊垫411和第二焊垫412位于槽部414内，分别与第一焊盘424和第二焊盘425正对并导电连接。

半导体发光器件还包括连接第一焊盘424和第一焊垫411的第一连接层461、连接第二焊盘425和第二焊垫412的第二连接层462、连接导热焊盘423和金属基板41的第三连接层463。第一连接层461和第二连接层462分别可以是粘结剂层或焊接层。第三连接层463可以是粘结剂层或焊接层。对应凸台413的设置，第三连接层463设置在凸台413上。

绝缘层43设置在金属基板41上并围绕半导体发光芯片42。绝缘层43可以覆盖金属基板41的部分或全部表面，还可以与半导体发光芯片42侧面相接或留有间隔。

本实施例中，如图4所示，绝缘层43与半导体发光芯片42的侧面相接。绝缘层43包括白胶、硅胶、树脂、玻璃釉、液体玻璃、油墨以及涂料中一种或多种组合。

透光层44设置在半导体发光芯片42上，起到透光及保护的作用。

进一步地，本实施例中，绝缘层43的侧面高出半导体发光芯片42的侧面，透光层44还与绝缘层43的侧面相接。

透光层44为透光薄片；透光薄片可包括玻璃、陶瓷、微晶玻璃中的一种或多种。

透光层44为无色透明或掺有光致发光粉末、光扩散粉未和着色粉末中至少一种。

如图5所示，本实用新型第三实施例的半导体发光器件，包括金属基板51、半导体发光芯片52、绝缘层53和透光层54。金属基板51具有相对的第一表面和第二表面，半导体发光芯片52、绝缘层53和透光层54依次设置在金属基板51的至少一个表面上。

本实施例中，金属基板51为覆铜铜基板。金属基板51的表面上设有相间隔绝缘的第一焊垫511和第二焊垫512，该第一焊垫511和第二焊垫512也与金属基板51之间相绝缘。

半导体发光器件还包括设置在金属基板51上的绝缘树脂层55。第一焊垫511和第二焊垫512设置在绝缘树脂层55上，通过该绝缘树脂层55与金属基板51相绝缘。绝缘树脂层55可以覆盖第一焊垫511和第二焊垫512所在的金属基板51表面的部分或全部。

半导体发光芯片52包括衬底521、设置在衬底521上的半导体发光叠层522、设置在半导体发光叠层522上的导热焊盘523、第一焊盘524和第二焊盘525。衬底521具有相对的两个表面，半导体发光叠层522设置在衬底521的一个表面上并朝向金属基板51。导热焊盘523、第一焊盘524和第二焊盘525相间隔设置在半导体发光叠层522上；第一焊盘524和第二焊盘525之间相绝缘且可以如图5所示的分别位于导热焊盘523的两侧。

第一焊盘524和第二焊盘525分别与金属基板51上的第一焊垫511和第二焊垫512对应设置，并且第一焊盘524与第一焊垫511导电连接，第二焊盘525与第二焊垫512导电连接。导热焊盘523与金属基板51导热连接，实现传热；半导体发光芯片52工作时产生的热量通过导热焊盘523传导至金属基板51。

为了使半导体发光芯片52可以平稳或水平设置在金属基板51上，金属基板51对应的表面上设有凸台513，凸台513与导热焊盘523正对并导热连接。凸台513的外侧相对凸台513形成槽部514，第一焊垫511和第二焊垫512位于槽部514内，分别与第一焊盘524和第二焊盘525正对并导电连接。

半导体发光器件还包括连接第一焊盘524和第一焊垫511的第一连接层561、连接第二焊盘525和第二焊垫512的第二连接层562、连接导热焊盘523和金属基板51的第三连接层563。第一连接层561和第二连接层562分别可以是粘结剂层或焊接层。第三连接层563可以是粘结剂层或焊接层。对应凸台513的设置，第三连接层563设置在凸台513上。

绝缘层53设置在金属基板51上并围绕半导体发光芯片52。绝缘层53可以覆盖金属基板51的部分或全部表面，还可以与半导体发光芯片52侧面相接或留有间隔。

本实施例中，如图5所示，绝缘层53与半导体发光芯片52的侧面相接。绝缘层53包括白胶、硅胶、树脂、玻璃釉、液体玻璃、油墨以及涂料中一种或多种组合。

透光层54设置在半导体发光芯片52上，起到透光及保护的作用。透光层54具体包裹在半导体发光芯片52背向金属基板51的表面上，包括衬底521背向金属基板51的表面。透光层54进一步还延伸至绝缘层54的表面上。

透光层54可以包括硅胶、树脂、玻璃釉、油墨以及涂料中的一种或多种。透光层54为无色透明或掺有光致发光粉末、光扩散粉未和着色粉末中至少一种。

进一步地，本实施例的半导体发光器件还包括围绕透光层54的遮光层55。遮光层55的底面位于绝缘层53和/或透光层54上。

遮光层55包括金属、合金、无机非金属、硅胶、树脂、玻璃釉、油墨以及涂料中的一种或多种组合。

在上述图3-图5所示的实施例的半导体发光器件中，透光层还可延伸至金属基板上，进而透光层与金属基板之间的部分或全部界面还可以设置吸光层或反光层。

上述图3-图5所示的实施例的半导体发光器件，半导体发光芯片等设置在金属基板的一个表面(如第一表面)。可以理解地，在其他实施例中，金属基板的相对另一个表面也可设置半导体发光芯片等件，形成双面发光器件。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (11)

1.一种半导体发光器件，其特征在于，包括金属基板以及设置在所述金属基板至少一表面上的半导体发光芯片；所述半导体发光芯片包括衬底、设置在所述衬底上的半导体发光叠层、设置在所述半导体发光叠层上的导热焊盘、第一焊盘和第二焊盘；所述金属基板的表面上对应所述半导体发光芯片设有第一焊垫和第二焊垫；所述第一焊盘和第二焊盘分别与所述第一焊垫和第二焊垫导电连接；所述导热焊盘与所述金属基板导热连接。

2.根据权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述半导体发光器件还包括绝缘层；所述绝缘层设置在所述金属基板上并围绕所述半导体发光芯片。

3.根据权利要求2所述的半导体发光器件，其特征在于，所述半导体发光器件还包括透光层；所述透光层设置在所述半导体发光芯片上。

4.根据权利要求3所述的半导体发光器件，其特征在于，所述绝缘层与所述半导体发光芯片的侧面之间留有间隔，所述透光层还填充到所述间隔中。

5.根据权利要求3所述的半导体发光器件，其特征在于，所述绝缘层与所述半导体发光芯片的侧面相接；

所述透光层还延伸至所述绝缘层的表面上；或者，所述绝缘层的侧面高出所述半导体发光芯片的侧面，所述透光层还与所述绝缘层的侧面相接。

6.根据权利要求3所述的半导体发光器件，其特征在于，所述透光层与所述金属基板片之间的部分或全部界面设有吸光层或反光层。

7.根据权利要求3所述的半导体发光器件，其特征在于，所述透光层为透光薄片。

8.根据权利要求3所述的半导体发光器件，其特征在于，所述半导体发光器件还包括围绕所述透光层的遮光层；所述遮光层的底面位于所述绝缘层和/或所述透光层上。

9.根据权利要求1-8任一项所述的半导体发光器件，其特征在于，所述半导体发光器件还包括设置在所述金属基板上的绝缘树脂层；所述第一焊垫和第二焊垫设置在所述绝缘树脂层上，与所述金属基板相绝缘。

10.根据权利要求1-8任一项所述的半导体发光器件，其特征在于，所述金属基板的表面上设有凸台，所述凸台与所述导热焊盘正对并导热连接；

所述凸台的外侧相对所述凸台形成槽部，所述第一焊垫和第二焊垫位于所述槽部内，分别与所述第一焊盘和第二焊盘正对并导电连接。

11.根据权利要求1-8任一项所述的半导体发光器件，其特征在于，所述半导体发光器件还包括连接所述第一焊盘和第一焊垫的第一连接层、连接所述第二焊盘和第二焊垫的第二连接层、连接所述导热焊盘和金属基板的第三连接层。

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