TWM623119U - 具有高散熱性的發光二極體封裝結構 - Google Patents

Abstract

一種具有高散熱性的發光二極體封裝結構，包含一承載基板、多個發光單元，及一散熱單元。該等發光單元設置於該承載基板上，且各自具有一發光磊晶結構，及一形成於該發光磊晶結構上，供用以對外電連接的電極組。該散熱單元披覆於該承載基板的至少部分表面，而與該等發光單元位於同側，且該散熱單元是以原子層沉積方式形成，總厚度不大於1μm，可緻密且完整地披覆於該承載基板與該等發光單元表面，用以將該等發光單元作動時產生的熱對外逸散，同時不影響出光。

Description

具有高散熱性的發光二極體封裝結構

本新型是有關於一種發光二極體封裝結構，特別是指一種具有高散熱性的發光二極體封裝結構。

微發光二極體元件的技術發展已日臻成熟，且逐漸朝高功率的方向發展，以追求更高的發光效率。

微發光二極體元件在運作時，其發光層會產生大量的熱，業界通常利用在該微發光二極體元件的磊晶基板底面再設置一散熱基板/鰭片或是塗佈散熱膏，以協助將該微發光二極體元件運作時產生的熱經由底面排出。而隨著該微發光二極體元件功率提升，伴隨著更多的熱產生，供用於磊晶成長用之磊晶基板因本身的散熱性不佳，或是該導熱膏含有熱阻抗成分且與基板間容易出現空隙，容易使熱量累積而無法有效地散出，令該微發光二極體元件因散熱不佳而導致發光效能降低，元件壽命縮短。

因此，本新型的目的，即在提供一具有高散熱性的發光二極體封裝結構，以提高發光二極體的散熱效率。

於是，本新型具有高散熱性的發光二極體封裝結構，包含一承載基板、多個發光單元，及一散熱單元。

該等發光單元設置於該承載基板上，每一發光單元具有一發光磊晶結構，及一形成於該發光磊晶結構上，供用以對外電連接的電極組。

該散熱單元披覆於該承載基板的至少部分表面，而與該等發光單元位於同側，該散熱單元以原子層沉積方式形成，且總厚度不大於1μm。

本新型的功效在於：利用原子層沉積方式將該散熱單元的總厚度控制在不大於1μm，而具有透光性，因此可與該等發光單元位於同側，將該等發光單元作動時產生的熱向外逸散，以提升該發光二極體結構的散熱能力，同時不影響出光。

2:承載基板

21:晶粒設置區

22:電連接墊

3:發光單元

31:發光磊晶結構

32:電極組

321:N型電極

322:P型電極

4:散熱單元

41:介電絕緣層

42:導熱層

43:熱輻射層

5:電路板

51:電連接埠

61:提供步驟

62:發光單元設置步驟

63:散熱單元形成步驟

64:設置步驟

本新型的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一流程圖，說明本新型具有高散熱性的發光二極體封裝結構的製作方法的一實施例； 圖2是一剖視示意圖，說明該實施例所製得的一具有高散熱性的發光二極體封裝結構；圖3是一局部示意圖，輔助說明圖2中A的放大圖，說明該實施例的一散熱單元的結構；圖4是一剖視示意圖，說明該實施例配置有一電路板的實施態樣；圖5是一剖視示意圖，說明該發光二極體封裝結構的另一實施態樣；圖6是一剖視示意圖，說明該實施例的承載基板為一電路板的實施態樣；及圖7是一流程圖，說明本新型具有高散熱性的發光二極體封裝結構的製作方法的另一實施順序。

有關本新型之相關技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。此外，要說明的是，本新型圖式僅為表示元件間的結構及/或位置相對關係，與各元件的實際尺寸並不相關。

參閱圖2與圖3，說明本新型具有高散熱性的發光二極體封裝結構的一實施例，包含一承載基板2、多個發光單元3，及一散 熱單元4。

該承載基板2的其中一面上定義出多個彼此間隔排列的晶粒設置區21。該承載基板2可選自磊晶基板或電路板，圖2中是以該承載基板2為可透光的磊晶基板為例。

該等發光單元3分別對應設置於該等晶粒設置區21，且每一發光單元3具有一形成於該承載基板2表面的發光磊晶結構31，及一形成於該發光磊晶結構31上，供用以對外電連接的電極組32。該等發光單元3可以選自發光二極體結構、微發光二極體結構或是次毫米發光二極體結構，且依需求可以設計為水平式結構或垂直式結構，此外，該等發光單元3也可再視需求而具有共電極(如共陰極)的電連接結構。在本實施例中，是以該等發光單元3為水平式的微發光二極體結構，且每個發光單元3為各自獨立為例作說明，其中，該發光磊晶結構31具有多層磊晶積層，例如該發光磊晶結構31可具有自該承載基板2的表面依序向上的一未參雜磊晶層、一n型磊晶層、一形成於該n型磊晶層的部份表面的多重量子井發光層、一設置於該多重量子井發光層上的p型磊晶層，及一形成於該p型磊晶層上的電流擴散層。該電極組32形成於相應的發光磊晶結構31上，並具有一形成於該n型磊晶層裸露的表面的N型電極321，及一形成於該電流擴散層上的P型電極322。要說明的是，該發光磊晶結構31的磊晶積層、電極組32的設置位置或材料等具體結構細 節為本技術領域者所知悉，且可依需求設計而有不同態樣，因此，不以前述或本案圖式為限制。

該散熱單元4披覆該等發光單元3及自該等發光單元3之間露出的該承載基板2表面，而與該等發光單元3位於同側，且令該等發光單元3的電極組32對外裸露，供用以對外電連接。

詳細的說，該散熱單元4是以原子層沉積方式(Atomic Layer Deposition，ALD)形成，而可以將厚度控制在極薄(其總厚度不大於1μm)。較佳地，該散熱單元4的總厚度介於0.3nm至300nm，更進一步地，該散熱單元4的總厚度介於0.1nm至300nm。配合參閱圖3，該散熱單元4具有一位於最內側的介電絕緣層41、一導熱層42，及一位於最外側而對外露出的熱輻射層43，且該介電絕緣層41、該導熱層42與該熱輻射層43的厚度分別介於0.1nm至100nm。該介電絕緣層41由介電絕緣材料構成，且至少披覆於該等發光磊晶結構31上，以確保該等發光單元3彼此電性獨立。該導熱層42由導熱材料構成，用以將該等發光單元3運作時所產生的熱向外傳導。該熱輻射層43覆蓋於該導熱層42上，且由熱輻射材料構成，用以將來自該導熱層42的熱量對外逸散。要說明的是，當該散熱單元4披覆於該等發光單元3時，該散熱單元4視與該等發光單元3的出光方向的相關位置而可具有透光性，以不影響該等發光單元3的出光，於本實施例中，該散熱單元4不影響出光，因此，可無 需特別具有透光性。

其中，該介電絕緣材料主要為氧化物，且可選自氧化鋁、氧化矽、氧化鈦、氧化鎂、氧化鋅，或是其他金屬氧化物的其中一種。該導熱材料可以為氮化物、氧化物或碳化物，且可選自硼、鎂、鋁、鈹、矽的氮化物、氧化物、碳化物的其中一種。該熱輻射材料主要為氧化物，且可選自氧化鋁、氧化鈦、氧化矽、氧化鋅，或是其他金屬氧化物的其中一種。要說明的是，該介電絕緣材料、導熱材料、熱輻射材料的選擇依據產品設計或製程需求不同而有變化，不應以前述所列的材料為限制。

在本實施例中，是以該介電絕緣材料選自氧化鋁，該導熱材料選自氮化鋁，該熱輻射材料選自氧化鋁為例，但並不以此為限。

更具體地說，由於該散熱單元4是以原子層沉積方式形成，而原子層沉積是在氣相環境中將材料形成「單原子級」的膜層，並一層一層的沉積在一待沉積物表面，因此可視需求將其控制於厚度均勻的單層結構(Monolayer)，且可將該散熱單元4的厚度控制至奈米等級。由於原子層沉積製程於氣相環境中進行，因此該散熱單元4能完整且緻密地包覆於各種複雜形貌的該等發光單元3及/或承載基板2的表面，而有更好的披覆性。由於原子層沉積製程的相關實驗參數及選用材料等為相關領域者知悉，因此不再多加說明。

在一些實施例中，該散熱單元4也可視需求而未配置該介電絕緣層41，而僅具有用於熱傳導、將熱對外散出的該導熱層42與該熱輻射層43。

配合參閱圖4，在一些實施例中，可利用將如圖2所示的該發光二極體封裝結構與另一電路板5電連接，而得到一以該承載基板2為出光顯示方向的發光面板。詳細的說，該電路板5具有多個位於表面，並用於與該等發光單元3的電極組32電連接的電連接埠51，及一與該等電連接埠51電連接的控制電路(圖未示)，透過將該電路板5與該等發光單元3的電極組32電連接後，即可完成該發光面板的製作。

配合參閱圖5，在一些實施例中，該承載基板2也可以是非磊晶基板的另一透光基板，該散熱單元4可以預先形成於該承載基板(透光基板)2的整個表面，該等發光單元3可透過晶粒轉移方式設置於該散熱單元4表面，而形成如圖5所示的發光二極體封裝結構。

參閱圖6，在其他實施例中，該發光二極體封裝結構的承載基板2也可以為一具有線路結構(圖未示)的電路板，該電路板具有多個與該線路結構連接並對應設置於該等晶粒設置區21的電連接墊22，該散熱單元4可以預先沉積於該承載基板(電路板)2表面，並令該等電連接墊22裸露，該等發光單元3是以覆晶的方式接合於 該承載基板2上，而各自與相應的該等電連接墊22電連接。此時，該散熱單元4與該等發光單元3位於同側，但不會披覆於該等發光單元3表面。

再參閱圖1至圖3，茲將前述該發光二極體封裝結構的該實施例的製作方法說明如下。該製作方法包含一提供步驟61、一發光單元設置步驟62，及一散熱單元形成步驟63。

該提供步驟61提供該承載基板2，並於該承載基板2的其中一面上定義出彼此間隔排列的該等晶粒設置區21。在本實施例中，該承載基板2為一可透光的磊晶基板。

該發光單元設置步驟62是先以磊晶成長方式於該承載基板2上形成一磊晶積層，並以蝕刻方式移除該磊晶積層的部分結構以於該等晶粒設置區21對應形成該等發光磊晶結構31；接著，於相應的每一發光磊晶結構31上以塗佈或沉積方式形成該電極組32，而得到對應該等晶粒設置區21設置的該等發光單元3。

該散熱單元形成步驟63在該發光單元設置步驟62之後執行，是以原子層沉積方式於該等發光單元3及自該等發光單元3之間露出的該承載基板2表面上形成與該等發光單元3位於同側的該散熱單元4，且該散熱單元4的總厚度不大於1μm。在本實施例中，該散熱單元4是以電漿輔助原子層沉積方式形成，且製程溫度不高於60℃，而可避免該等發光單元3因製程高溫而毀損。詳細地 說，該散熱單元4為多層結構，且每一層厚度介於0.1nm至100nm之間，該散熱單元4具有由介電絕緣材料構成，且位於最內側的該介電絕緣層41、由導熱材料構成，且形成於該介電絕緣層上的該導熱層42，及由熱輻射材料構成，且位於最外側而對外露出的該熱輻射層43。在本實施例中，該介電絕緣材料選自氧化鋁，該導熱材料選自氮化鋁，該熱輻射材料選自氧化鋁，但並不以此為限。

在一些實施例中，該散熱單元形成步驟63也可視需求形成一僅具有該導熱層42與該熱輻射層43的散熱單元4。

在一些實施例中，該製作方法還包含一執行於該散熱單元形成步驟63之後的設置步驟64，將該電路板5設置於該等發光單元3反向該承載基板2的一側，且令該電路板5位於表面的該等電連接埠51分別與該等發光單元3的電極組32電連接，即可製得如圖4所示的發光二極體封裝結構。

參閱圖5、圖6與圖7，要說明的是，當該承載基板2為電路板，或是另一非用於磊晶成長的透光基板時，該電路板具有分別設置於該等晶粒設置區21的該等電連接墊22。該製作方法也可以視需求而如圖7所示，先執行該散熱單元形成步驟63，再執行該發光單元設置步驟62，以製得如圖5或圖6所示的發光二極體封裝結構。

具體地說，以該承載基板2為另一透光基板時，也可以是 先執行該散熱單元形成步驟63，於該承載基板2表面形成該散熱單元4，再將預先製備完成的該等發光單元3利用晶粒轉移方式轉移至該散熱單元4表面，即可製得如圖5所示的該發光二極體封裝結構。同樣地，當該承載基板2為該電路板時，也可先執行該散熱單元形成步驟63，於該承載基板2表面先形成該散熱單元4並令該等電連接墊22對外裸露；然後，再執行該發光單元設置步驟62，將已預成型的該等發光單元3分別以覆晶方式設置，並與相應的電連接墊22電連接，而可得到如圖6所示的發光二極體封裝結構。透過形成於該承載基板2表面且與該等發光單元3位於同側的該散熱單元4，可有效的令該等發光單元3作動時產生的熱對外逸散，而具有更佳的散熱效果。

綜上所述，本新型具有散熱性的發光二極體封裝結構利用原子層沉積方式將該散熱單元4的總厚度控制在不大於1μm，並具有良好的緻密性與完整地披覆性。由於該散熱單元4的厚度控制在極薄而具有透光性，因此可與該等發光單元3位於同側，將該等發光單元3作動時產生的熱向外逸散，以提升該發光二極體結構的散熱能力，同時不影響出光，故確實可達成本新型的目的。

惟以上所述者，僅為本新型的實施例而已，當不能以此限定本新型實施的範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋的範圍 內。

2:承載基板

21:晶粒設置區

3:發光單元

31:發光磊晶結構

32:電極組

321:N型電極

322:P型電極

4:散熱單元

Claims (8)

1. 一種具有高散熱性的發光二極體封裝結構，包含： 一承載基板； 多個發光單元，設置於該承載基板上，每一發光單元具有一發光磊晶結構，及一形成於該發光磊晶結構上，供用以對外電連接的電極組；及 一散熱單元，披覆於該承載基板的至少部分表面，而與該等發光單元位於同側，該散熱單元以原子層沉積方式形成，且總厚度不大於1μm。
2. 如請求項1所述的具有高散熱性的發光二極體封裝結構，其中，該散熱單元具有可透光性，披覆於該等發光單元及自該等發光單元之間露出的該承載基板表面，且令該等發光單元的電極組對外裸露。
3. 如請求項1所述的具有高散熱性的發光二極體封裝結構，其中，該散熱單元至少具有一導熱層，及一熱輻射層，且該熱輻射層位於最外側而對外露出。
4. 如請求項3所述的具有高散熱性的發光二極體封裝結構，其中，該散熱單元還具有一介電絕緣層，該介電絕緣位於該散熱單元的最內側。
5. 如請求項1所述的具有高散熱性的發光二極體封裝結構，其中，該散熱單元的總厚度介於0.1nm至300nm。
6. 如請求項1所述的具有高散熱性的發光二極體封裝結構，其中，該承載基板選自磊晶基板或具有線路結構的電路板。
7. 如請求項1所述的具有高散熱性的發光二極體封裝結構，其中，該承載基板選自可透光的磊晶基板，該發光二極體封裝結構還包含一電路板，具有多個位於表面的電連接埠，該電路板設置於該等發光單元反向該承載基板的一側，且該等電連接埠分別對應連接於該等發光單元的電極組。
8. 如請求項1所述的具有高散熱性的發光二極體封裝結構，其中，該等發光單元選自微發光二極體或次毫米發光二極體。

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