專利名稱：發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light-emitting Diode, LED)的壽命是一般燈泡要的50 100倍， 而其耗電量?jī)H為一般燈泡的1/3 1/5，可望在ニi^一世紀(jì)取代現(xiàn)有的鎢絲燈、水銀燈、冷 陰極熒光燈等，成為既節(jié)能又環(huán)保的新照明光源?，F(xiàn)有的LED結(jié)構(gòu)，是將LED芯片封裝后粘著于ー印刷電路板(PrintedCircuit Board,PCB)上，然后將PCB與一金屬基板結(jié)合以散發(fā)LED芯片產(chǎn)生的熱量。然而，此種LED 結(jié)構(gòu)中，LED芯片產(chǎn)生的熱量需要經(jīng)過PCB才能傳遞至基板，熱量傳遞的界面層較多，且PCB 的材料一般為FR-4(由環(huán)氧樹脂與玻璃纖維含浸壓覆而成)，其熱傳導(dǎo)性能不佳，因此LED 芯片產(chǎn)生的熱量難以快速地傳導(dǎo)至基板散發(fā)，導(dǎo)致LED芯片溫度的升高，嚴(yán)重影響LED的發(fā) 光效率及其使用壽命，因此如何快速有效地散發(fā)LED所產(chǎn)生的熱量，已成為影響LED品質(zhì)與 壽命的關(guān)鍵因素。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供ー種具有良好的散熱效果的發(fā)光二極管。ー種發(fā)光二極管，包括基板、設(shè)于基板上的芯片、及密封所述芯片的封裝體，所述 基板為不導(dǎo)電陶瓷材料，基板上直接形成電路層，所述芯片直接粘結(jié)于基板上并與電路層 電性連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的發(fā)光二極管在基板上直接形成電路，芯片直接結(jié)合于 基板上，有效減小芯片與基板之間的界面層，從而芯片產(chǎn)生的熱量能夠直接傳導(dǎo)至基板散 發(fā)，提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率與使用壽命。


下面參照附圖結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明。圖1為本發(fā)明一較佳實(shí)施例發(fā)光二極管的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1所示發(fā)光二極管的剖視圖。圖3為發(fā)光二極管第二實(shí)施例的剖視圖。圖4為發(fā)光二極管第三實(shí)施例的剖視圖。圖5為發(fā)光二極管第四實(shí)施例的剖視圖。圖6為發(fā)光二極管第五實(shí)施例的剖視圖。主要元件符號(hào)說明發(fā)光二極管100、300、400、500、600基板10、310、410、510、610頂面12、312
容置槽14,314
電路層16
-H-* LL 心片20
襯底22
PN結(jié)24
電極26
封裝體30、330、430、530、630
外表面32,336,538
底層332,432,532
外層334、434、536
電極40
銀膠350
導(dǎo)熱膏460,560,660
中間層534
界面53具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明第一實(shí)施例發(fā)光二極管100包括基板10、設(shè)置在基板10上的芯片20、密封芯片20的封裝體30、以及用于連接外界電源(圖未示)的電極40。所述基板10為不導(dǎo)電、高熱導(dǎo)率、低熱膨脹系數(shù)的陶瓷材料，如氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氧化鋯(ZrO2)、碳化硼(B4C)、二硼化鈦(TiB2)、氧化鋁(AlxOy)、氮化鋁(AlN)、 氧化鈹(BeO)、賽隆(Sialon)或前述材料的混合物。請(qǐng)同時(shí)參閱圖2，本實(shí)施例中，基板10呈方形薄板狀結(jié)構(gòu)?；?0的頂面12的中央位置向下凹陷形成容置槽14，基板10于對(duì)應(yīng)容置槽14的底部的位置上直接形成有電路層16。所述電路層16可以是鎳(Ni)、金(Au)、錫(Sn)、鈹(Be)、鋁(Al)、銦(In)、鈦 (Ti)、鉭(Ta)、銀(Ag)、銅(Cu)等金屬或其合金，或者是透明導(dǎo)電氧化物(Transparent Conductive Oxides, TC0)，如銦錫金屬氧化物(Indium Tin Oxides, ITO)、鎵摻雜氧化鋅 (GZO)、鋁摻雜氧化鋅(AZO)等。形成所述電路層16的方法包括物理沉積法如濺射(Sputter)、電子束蒸發(fā)沉積(Ε-beam Evaporation D印osition)，化學(xué)沉積法如化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor D印osition，CVD)、電鍍電化學(xué)沉積等。亦可采用網(wǎng)印技術(shù)將材料印制于基板10上，再經(jīng)過干燥、燒結(jié)、鐳射等步驟形成所述電路層16。本實(shí)施例中，所述芯片20呈陣列狀設(shè)置于基板10的容置槽14內(nèi)。為減小芯片 20所產(chǎn)生的光線之間的相互影響，芯片20之間的距離以不小于500um為宜，優(yōu)選的不小于 900um，更優(yōu)選的不小于lOOOum。芯片20的尺寸以邊長不大于350um、厚度不大于200um為宜，優(yōu)選的邊長不大于300um、厚度不大于150um，更優(yōu)選的邊長不大于250um、厚度不大于 IOOum0所述芯片20可以是磷化物(AlxInyfeia_x_y)P，其中0彡χ彡1，0彡y彡1，x+y彡1)或砷化物(AlJnyGaa_x_y)AS，其中0彡χ彡1，0彡y彡l，x+y彡1)，也可以采用具有可發(fā)射足以激發(fā)熒光材料的長波長光的半導(dǎo)體材料，如各種氧化物如氧化鋅(ZnO)，或氮化物如氮化鎵(GaN)等，或者采用可發(fā)射足以激發(fā)熒光材料的短波長光的氮化物半導(dǎo)體anxAlyGa(1_x_y) N，其中0彡χ彡1，0彡y彡l，x+y彡1)。本實(shí)施例中，芯片20為氮化物半導(dǎo)體，可發(fā)射激發(fā)熒光材料的短波長光的紫外光(UV)至紅光。每一芯片20包括襯底22、PN結(jié)M、以及P型與N型電極沈。本實(shí)施例中，芯片 20與電路層16呈交錯(cuò)設(shè)置，芯片20的襯底22與基板10沒有電路層16的部分形成直接接觸，芯片20的P型與N型電極沈均形成于芯片20的出光面(頂面)上，并通過打線(Wire Bonding)的方式與電路層16相連，從而芯片20的熱量傳遞與電流的路徑相互分離，互不干擾。為彌補(bǔ)芯片20與基板10之間的間隙，減小兩者的接觸熱阻，加速芯片20的熱量的傳遞，基板10與芯片20的襯底22之間設(shè)有一層銀膠(Ag印oxy)50。在其它實(shí)施例中， 也可將錫膏印刷于芯片20與基板10連接的位置再用熱回焊使兩者粘結(jié)，或是錫球粘著制程將芯片20粘結(jié)于基板10上。另外，還可利用共晶結(jié)合(Eutectic Bonding)的方式將芯片20粘結(jié)于基板10上降低兩者之間的接觸熱阻，即先分別在芯片20及基板10上鍍上金屬層，然后將這二金屬層在特定溫度下烘烤通過共晶結(jié)合(Eutectic Bonding)相連，所使用的金屬層的材料可以為金(Au)，錫(Sn)，銦an)，鋁(Al)，銀(Ag)，鉍(Bi)，鈹(Be)或者是前述金屬的合金等。芯片20的襯底22為本征半導(dǎo)體(Intrinsic Semiconductor)或者是不刻意摻雜其它雜質(zhì)的半導(dǎo)體(Unintentionally Doped Semiconductor)，如尖晶石、碳化娃(SiC)、 硅(Si)、氧化鋅(ZnO)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、氮化鋁(AlN)等，或者導(dǎo)熱性能佳且導(dǎo)電性能差的材料，如鉆石等。襯底22的熱膨脹系數(shù)與基板10接近，從而基板10與芯片20結(jié)合后可以抗熱沖擊，容許較大范圍的操作溫度。襯底22的載子濃度 (CarrierConcentration)以不大于5 XlO6CnT3為宜，其載子濃度越低，導(dǎo)電率就越低，就越能夠隔絕流經(jīng)襯底22的電流。優(yōu)選地，襯底22的載子濃度不大于2X 106cm_3。封裝體30包覆芯片20及電路層16，用以隔絕芯片20和外界的水氣。封裝體30 的材料包含硅樹脂(Silicone)、環(huán)氧樹脂(Epoxy Resin)、低熔點(diǎn)玻璃(Low Temperature Melt Glass)、聚甲基丙烯酸甲酯(PolymethylMethacrylate，PMMA)、聚合物(Polymer)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)等熱固形透光材料。封裝體30可以通過射出成型的方式來制成各種形狀如半球形、圓頂型或方形等。本實(shí)施例中，封裝體30填充于基板10的容置槽14 內(nèi)，其外表面32為一與基板10的頂面12相齊平的平面。此外，為轉(zhuǎn)換該芯片20出射光的波長，可以在封裝體30內(nèi)填充熒光材料，如硫化物(Sulfide)、鋁酸鹽(Aluminates)、氧化物(Oxides)、硅酸鹽(Silicates)、氮化物 (Nitrides)等。電極40形成于基板10上且裸露于封裝體30之外，電極40的一端與電路層16電性連接，另一端用于連接外界電源從而為芯片20提供電流。電極40的材料包含鎳(Ni)， 金(Au)、錫(Sn)、鈹(Be)、鋁(Al)、銦(In),It (Ti)、鉭(Ta)、銀(Ag)、銅(Cu)等金屬或其合金，或者是透明導(dǎo)電氧化物，如銦錫金屬氧化物、鎵摻雜氧化鋅、鋁摻雜氧化鋅等。發(fā)光二極管100工作時(shí)，電極40分別與外界電源(圖未示)的正、負(fù)極相連對(duì)芯片20供電，注入芯片20的操作電流不大于50mA、操作電流密度不大于50A/cm2，優(yōu)選的操作電流不大于30mA、操作電流密度不大于40A/cm2，更優(yōu)選的操作電流不大于20mA、操作電流密度不大于30A/cm2。當(dāng)發(fā)光二極管100發(fā)光時(shí)，熱量亦隨之產(chǎn)生，由于本發(fā)明的發(fā)光二極管100的芯片 20是直接結(jié)合于基板10上，有效地減小了芯片20與基板10之間的界面層，使芯片20產(chǎn)生的熱量能夠快速直接地傳導(dǎo)至基板10并最終經(jīng)由高導(dǎo)熱效率的基板10散發(fā)出去，提高了發(fā)光二極管100的散熱效率，使芯片20維持在低溫的工作狀態(tài)，提升發(fā)光二極管100的性能及使用壽命。如圖3所示，為本發(fā)明第二實(shí)施例發(fā)光二極管300，本實(shí)施例中，基板310上形成有多個(gè)分離的容置槽314，每一容置槽314容置一芯片20。優(yōu)選地，每一容置槽314呈向外漸擴(kuò)狀，從而將芯片20產(chǎn)生的光線反射至外界。本實(shí)施例中，容置槽314底部的面積大于芯片20的面積，芯片20的襯底22通過粘著材料350粘結(jié)于基板310內(nèi)，芯片20的側(cè)面與基板310之間形成間隙，芯片20的出光面與基板310的頂面312大致齊平。封裝體330密封所述芯片20，封裝體330包括填充于芯片20與基板310的間隙內(nèi)的底層332以及位于基板 310的頂面312上的外層334。本實(shí)施例中，外層334內(nèi)分布有熒光材料，其外表面336呈平面狀。如圖4所示，為發(fā)光二極管400第三實(shí)施例，其與前一實(shí)施例的不同之處在于本實(shí)施例中，芯片20的襯底22與基板410之間的間隙內(nèi)填充有電氣絕緣的導(dǎo)熱膏460，增加芯片20與基板410之間熱傳導(dǎo)效率。封裝體430包括填充于芯片20的PN結(jié)M與基板 410之間的間隙內(nèi)的底層432以及位于基板410上的外層434。如圖5所示，為發(fā)光二極管500第四實(shí)施例，本實(shí)施例中，封裝體530包括填充于芯片20的PN結(jié)與基板410的間隙內(nèi)的底層532、粘結(jié)于基板510上的中間層534、及位于中間層534上的外層536，其中外層536內(nèi)填充有熒光材料，中間層534內(nèi)填充有分散劑，外層536的外表面538為外凸的曲面，外層536與中間層534的界面535為一平面。芯片20 的襯底22與基板510之間同樣填充有電氣絕緣的導(dǎo)熱膏560以增加兩者之間的熱傳導(dǎo)效率，加速芯片20的熱量的散發(fā)。前述實(shí)施例中，芯片20完全收容于基板10(310、410、510)內(nèi)，封裝體30 (330、430、 530)呈一體結(jié)構(gòu)包覆所有芯片20。圖6所示為本發(fā)明第五實(shí)施例，與前述實(shí)施例不同的是芯片20的PN結(jié)M突出于基板610之外，芯片20的襯底22與基板610之間形成有間隙，間隙內(nèi)填充有導(dǎo)熱膏660。封裝體630包括多個(gè)分離的封裝單體，每一封裝單體密封其中一芯片20，從而芯片20產(chǎn)生的光線不會(huì)相互干擾或吸收，因此芯片20的分布也不再受到距離的限制，有效提升發(fā)光二極管600的出光率。以上實(shí)施例中，芯片20的P型與N型電極沈形成于芯片20同一側(cè)面上，芯片 20與基板10(310、410、510、610)沒有電路層16的部分直接接觸。在其它實(shí)施例中，芯片的P型與N型電極也可分別形成于芯片的相對(duì)兩側(cè)面，如頂面與底面上，在此種情形下， 芯片的襯底可采用高參雜濃度的半導(dǎo)體(Heavily Doped Semiconductor)，其載子濃度 (Carrier Concentration)越高，導(dǎo)電率越好，一般以不小于5 X 108cm_3為宜，優(yōu)選的不小于 IX IO9CnT3，如此能夠讓電流流過襯底，芯片直接置于基板的電路層上，位于芯片的底面上的電極與電路層形成電連接，位于芯片頂面上的電極則可通過打線的方式與電路層連接。
可以理解地是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思做出其它各種像應(yīng)的改變與變形，而所有這些改變與變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管，包括基板、設(shè)于基板上的芯片、及密封所述芯片的封裝體，其特征在于所述基板為不導(dǎo)電陶瓷材料，基板上直接形成電路層，所述芯片直接粘結(jié)于基板上并與電路層電性連接。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述基板的材料為氮化硅、碳化硅、 氧化鋯、碳化硼、二硼化鈦、氧化鋁、氮化鋁，氧化鈹或賽隆。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述芯片與電路層呈錯(cuò)開設(shè)置，芯片的電極均形成于芯片的出光面上，并通過打線與電路層連接。
4.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述芯片的電極分別形成于芯片的相對(duì)兩側(cè)面上，芯片直接置于基板的電路層上，芯片與基板相連的側(cè)面上的一電極直接與電路層相連，芯片的另一電極通過打線與電路層連接。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述基板上設(shè)有收容槽，所述芯片收容于收容槽內(nèi)，所述封裝體填充于收容槽內(nèi)，封裝體的外表面與基板的外表面共面。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述基板上設(shè)有若干收容槽，每一收容槽收容一芯片，所述收容槽的尺寸大于芯片的尺寸，所述芯片包括襯底及形成于襯底上的PN結(jié)，所述襯底位于收容槽內(nèi)，襯底與基板之間形成間隙，所述間隙內(nèi)填充有電氣絕緣的導(dǎo)熱膏。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述PN結(jié)突出于基板之外。
8.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述PN結(jié)位于容置槽內(nèi)且與基板形成間隙，所述封裝體包括填充于PN結(jié)與基板之間的底層以及形成于基板外的外層，所述外層內(nèi)分布有熒光材料。
9.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管，其特征在于所述封裝體還包括形成于底層與外層之間的中間層，所述中間層內(nèi)分布有分散劑。
10.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于還包括形成于基板上且裸露于封裝體之外的兩電極，電極的一端與電路層連接，另一端用于連接外界電源。
全文摘要
一種發(fā)光二極管，包括基板、設(shè)于基板上的芯片、及密封所述芯片的封裝體，所述基板為不導(dǎo)電陶瓷材料，基板上直接形成電路層，所述芯片直接粘結(jié)于基板上并與電路層電性連接，有效減小芯片與基板之間的界面層，芯片產(chǎn)生的熱量能夠直接傳導(dǎo)至基板散發(fā)，提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率與使用壽命。
文檔編號(hào)H01L33/62GK102376865SQ20101026288
公開日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者賴志銘 申請(qǐng)人:富士邁半導(dǎo)體精密工業(yè)(上海)有限公司, 沛鑫能源科技股份有限公司