專利名稱：熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱輻射散熱發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)及其制作方法，尤其是具有熱輻射散熱薄膜藉熱輻射以加強(qiáng)散熱效率的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)及其制作方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著環(huán)保、節(jié)能及減碳的世界風(fēng)潮的逐漸盛行，LED因具有高發(fā)光效率而成為取代一般發(fā)光源的最重要選項(xiàng)之一。參閱圖1，為現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的LED結(jié)構(gòu)1 一般包括LED芯片10、藍(lán)寶石基板20、銀膠30、支架40、底座基板50、多個(gè)連接線60、 封裝膠70及散熱鋁基板80。LED芯片10在藍(lán)寶石基板20上形成，利用銀膠30將包含LED 芯片10的藍(lán)寶石基板20連結(jié)至支架40上，底座基板50承載支架40，且所述連接線60用以連接LED芯片10至支架40。支架40具延伸體結(jié)構(gòu)，用以貫穿底座基板50而與底座基板 50底下的散熱鋁基板80接觸，藉以將LED芯片10所產(chǎn)生的熱量以熱傳導(dǎo)方式傳播至散熱鋁基板80，如熱傳導(dǎo)方向H所示。由于熱傳導(dǎo)效率取決于材料的熱導(dǎo)系數(shù)以及傳導(dǎo)面積，而現(xiàn)有技術(shù)中，為增加熱傳導(dǎo)的面積，必須加大LED結(jié)構(gòu)1的尺寸，造成使用上受到限制。此外，散熱鋁基板80的表面積亦決定整體的散熱效率，所以散熱鋁基板80 —般具有很大的幾何外觀，增加整體LED 結(jié)構(gòu)1的重量，進(jìn)而使得LED結(jié)構(gòu)1非常笨重。因此，需要一種不需支架及散熱鋁基板且能高效率熱輻射散熱的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括LED磊晶層、 藍(lán)寶石基板、黏著導(dǎo)熱層、熱輻射散熱薄膜及底座基板，其中LED磊晶層在藍(lán)寶石基板上形成，熱輻射散熱薄膜在基板上形成，黏著導(dǎo)熱層位于藍(lán)寶石基板與熱輻射散熱薄膜之間，用以將包含LED磊晶層的藍(lán)寶石基板及包含熱輻射散熱薄膜的底座基板結(jié)合成一體的熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。熱輻射散熱薄膜包含金屬與非金屬的組合物，并具有結(jié)晶體的顯微結(jié)構(gòu)，其中結(jié)晶體的大小為數(shù)微米至數(shù)納米之間，尤其是，熱輻射散熱薄膜具有高效率的熱輻射散熱特性，可將LED磊晶層所產(chǎn)生的熱量以熱輻射方式快速的朝向底座基板而向外傳播，因此，能大幅降低LED磊晶層的操作溫度，維持穩(wěn)定的發(fā)光操作并延長使用壽限，或增加LED磊晶層的導(dǎo)通電流以增加發(fā)光亮度。同時(shí)，本發(fā)明的熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)不需支架及散熱鋁基板，進(jìn)一步降低材料及制作成本，并縮小整體的體積及重量，進(jìn)而增加應(yīng)用范圍及使用方便性。本發(fā)明的另一目的在提供一種熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，包括在藍(lán)寶石基板上形成LED磊晶層；在底座基板上形成熱輻射散熱薄膜；以及利用黏著導(dǎo)熱層結(jié)合將包含LED磊晶層的藍(lán)寶石基板及包含熱輻射散熱薄膜的底座基板，以形成一體的熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2為依據(jù)本發(fā)明熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3為依據(jù)本發(fā)明熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法的處理流程圖。圖4為依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式以下配合說明書附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式做更詳細(xì)的說明，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員在研讀本說明書后能據(jù)以實(shí)施。參閱圖2，為本發(fā)明熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖2所示，本發(fā)明的熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)100包括LED磊晶層110、藍(lán)寶石基板120、黏著導(dǎo)熱層130、熱輻射散熱薄膜140、底座基板150、至少一電氣連接線(圖中未顯示)及封裝膠體(圖中未顯示)。LED磊晶層110 —般至少可包括依序堆棧的N型半導(dǎo)體層、半導(dǎo)體發(fā)光層、P型半導(dǎo)體層，比如N型半導(dǎo)體層可為N型GaN(氮化鎵)層，半導(dǎo)體發(fā)光層可包含氮化鎵或氮化銦鎵，P型半導(dǎo)體層可為P型GaN層，其中P型GaN層及N型GaN層分別藉電氣連接線而電氣連接至外部電源(圖中未顯示)的正電端及負(fù)電端，藉以導(dǎo)通LED磊晶層110，亦即順向偏壓，而使得半導(dǎo)體發(fā)光層產(chǎn)生電子電洞對的復(fù)合作用以發(fā)射光線。封裝膠體可為硅膠或環(huán)氧樹脂，用以包覆LED磊晶層110以提供包護(hù)作用，同時(shí)可在封裝膠體中摻雜適當(dāng)?shù)臒晒夥?，用以將LED磊晶層110所發(fā)射的原始光譜與熒光粉機(jī)發(fā)光進(jìn)行混光，比如將藍(lán)光混色成不同色溫的白光。黏著導(dǎo)熱層130位于藍(lán)寶石基板120及熱輻射散熱薄膜130之間，且具較佳熱傳導(dǎo)特性，可將經(jīng)由藍(lán)寶石基板120傳導(dǎo)LED磊晶層110所產(chǎn)生的熱，進(jìn)一步傳導(dǎo)至熱輻射散熱薄膜140，亦即LED磊晶層110所產(chǎn)生的熱以熱傳導(dǎo)的機(jī)制經(jīng)藍(lán)寶石基板120及銀膠130 而逐層傳導(dǎo)至熱輻射散熱薄膜140，其中黏著導(dǎo)熱層130用以黏著的銀膠或錫膠，或是用以共金的銅錫合金或金錫合金。由于熱輻射散熱薄膜140是在底座基板150上形成，因此與底座基板150接觸的交接面具有高效率熱輻射特性，可將本身的熱量以熱輻射的機(jī)制朝向底座基板150傳播， 如圖中的熱輻射R所示。熱輻射散熱薄膜140主要是包含金屬與非金屬的組合物，且該組合物包含銀、銅、 錫、鋁、鈦、鐵及銻的至少其中之一，以及包含硼、碳的至少其中之一的氧化物或氮化物或無機(jī)酸機(jī)化物，例如，熱輻射散熱薄膜140可包括鈦銻商化物。此外，熱輻射散熱薄膜140具有結(jié)晶體的顯微結(jié)構(gòu)，其中結(jié)晶體的大小可為數(shù)微米至數(shù)納米之間，據(jù)信，該結(jié)晶體可產(chǎn)生特定的晶體振蕩，藉以輻射出高效率的熱輻射光譜，比如紅外線或遠(yuǎn)紅外線范圍的光譜。為提高熱輻射散熱薄膜140的質(zhì)量，可選用具適當(dāng)材料的底座基板150，比如熱輻射散熱薄膜140與底座基板150的熱膨脹系數(shù)的差額比不大于0. 1%。上述的熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)100中可直接以底座基板150當(dāng)作散熱裝置，而不需使用額外的支架及散熱裝置，以降低材料成本，尤其是省略笨重且占相當(dāng)大體積的散熱裝置，比如散熱鋁基板。散熱鋁基板的溫度更可因熱輻射散熱薄膜140的熱輻射傳播機(jī)制而高于LED磊晶層110的溫度。因此，本發(fā)明可加強(qiáng)LED磊晶層的散熱效率，簡化整體 LED結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)復(fù)雜度并提升產(chǎn)品的良率，同時(shí)可減少整體的重量及體積，改善使用的方便性并擴(kuò)大應(yīng)用范圍。 此外，可進(jìn)一步使用小型的散熱裝置(圖中未顯示)連結(jié)至底座基板150，以更加增強(qiáng)散熱能力，而由于熱輻射散熱薄膜140可將熱量以熱輻射方式傳播至該散熱裝置上， 使得散熱裝置的溫度可大于當(dāng)作主要發(fā)熱源的LED磊晶層110的溫度，因而產(chǎn)生與傳統(tǒng)熱傳導(dǎo)的散熱機(jī)制完全不同的散熱效果。依據(jù)實(shí)際量測，在LED磊晶層110的溫度為115°C 時(shí)，散熱裝置的溫度可高達(dá)125°C。參閱圖3，為依據(jù)本發(fā)明熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法的處理流程圖。如圖3所示，本發(fā)明的制作方法依序包括步驟S 10至步驟S50，其中首先由步驟SlO開始，在藍(lán)寶石基板上形成LED磊晶層，接著進(jìn)入步驟S20，在底座基板上形成熱輻射散熱薄膜，可使用包含液體、金屬及非金屬化合物的組合物涂布在經(jīng)加熱的底座基板上，藉以將液體揮發(fā)掉，并使金屬及非金屬化合物在加熱下形成具結(jié)晶體構(gòu)造的熱輻射散熱薄膜。步驟S20中所使用的液體可為水、醇類及酮類的至少其中之一，而所包含的金屬及非金屬化合物可為如上述圖2的實(shí)施例所說明，且底座基板的材料亦如圖2的實(shí)施例所述，因此不再贅述。然后進(jìn)入步驟S30，利用黏著導(dǎo)熱層結(jié)合藍(lán)寶石基板及熱輻射散熱薄膜，使包含 LED磊晶層的藍(lán)寶石基板及包含熱輻射散熱薄膜的底座基板結(jié)合成一體的熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。接著在步驟S40中，利用電氣連接線以電氣連接LED磊晶層至外部電源的正電端及負(fù)電端。最后在步驟S50中，利用封裝膠體包覆LED磊晶層，封裝膠體的作用如圖2 的實(shí)施例所述。上述的制作方法可進(jìn)一步包括使用散熱裝置連結(jié)至底座基板，藉以更加增強(qiáng)散熱能力，如圖2的實(shí)施例所述。參閱圖4，為依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖4 所示，本發(fā)明的熱輻射散熱LED結(jié)構(gòu)102包括LED磊晶層110、藍(lán)寶石基板120、第一熱輻射散熱薄膜141、黏著導(dǎo)熱層130、納米釉層160、第二熱輻射散熱薄膜142、底座基板150、至少一電氣連接線(圖中未顯示)及封裝膠體(圖中未顯示)，其中LED磊晶層110在藍(lán)寶石基板120的上部表面上形成，第一熱輻射散熱薄膜1410在藍(lán)寶石基板120的下部表面上形成，第二熱輻射散熱薄膜142在底座基板150上形成，而納米釉層160在第二熱輻射散熱薄膜142上形成，黏著導(dǎo)熱層130用以連結(jié)第一熱輻射散熱薄膜141及納米釉層160，以形成一體的熱輻射散熱LED結(jié)構(gòu)102。第一熱輻射散熱薄膜141及第二熱輻射散熱薄膜142的特性如同上述圖2的實(shí)施例的熱輻射散熱薄膜140，且LED磊晶層110、藍(lán)寶石基板120、黏著導(dǎo)熱層130、底座基板 150、至少一電氣連接線及封裝膠體亦如上述圖2的實(shí)施例所說明。第一熱輻射散熱薄膜41 與藍(lán)寶石基板120的熱膨脹系數(shù)的差額比不大于0.1%，且第二熱輻射散熱薄膜142與底座基板150的熱膨脹系數(shù)的差額比不大于0. 1%。納米釉層160由納米顆粒經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而形成具有納米化的表面，比如納米釉層160的表面粗糙度Ra可為10至2000。上述的納米顆?？捎裳趸X構(gòu)成。本實(shí)施例的特點(diǎn)在于，LED磊晶層110所產(chǎn)生的熱量可由第一熱輻射散熱薄膜141 以熱輻射方式傳播至黏著導(dǎo)熱層130及納米釉層160，在由第二熱輻射散熱薄膜142將經(jīng)納米釉層160傳播過來的熱量以熱輻射方式朝底座基板150向外傳播，因此可進(jìn)步提升整體結(jié)構(gòu)的散熱效率。以上所述僅為用以解釋本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非企圖據(jù)以對本發(fā)明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的創(chuàng)作精神下所作有關(guān)本發(fā)明的任何修飾或變更，皆仍應(yīng)包括在本發(fā)明意圖保護(hù)的范疇。
權(quán)利要求
1.一種熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一藍(lán)寶石基板；一發(fā)光二極管芯片，形成于該藍(lán)寶石基板上，且包括至少依序堆棧的一 N型半導(dǎo)體層、 一半導(dǎo)體發(fā)光層、一 P型半導(dǎo)體層，其中該半導(dǎo)體發(fā)光層可在順向偏壓而導(dǎo)通時(shí)發(fā)射光線；一底座基板；一熱輻射散熱薄膜，形成于該底座基板上；一黏著導(dǎo)熱層，位于該藍(lán)寶石基板及該熱輻射散熱薄膜之間，用以連結(jié)該藍(lán)寶石基板及該熱輻射散熱薄膜；至少一電氣連接線，用以分別電氣連接至該LED磊晶層的N型半導(dǎo)體層及P型半導(dǎo)體層至外部電源的正電端及負(fù)電端；以及一封裝膠體，用以包覆該LED磊晶層；其中，該熱輻射散熱薄膜包含金屬與非金屬的組合物，且該組合物包含銀、銅、錫、鋁、 鈦、鐵及銻的至少其中之一，以及包含硼、碳的至少其中之一的氧化物或氮化物或無機(jī)酸機(jī)化物，且該熱輻射散熱薄膜具有結(jié)晶體的顯微結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，該熱輻射散熱薄膜的結(jié)晶體的大小為數(shù)微米至數(shù)納米之間，該熱輻射散熱薄膜與該底座基板的熱膨脹系數(shù)的差額比不大于0. 1%。
3.如權(quán)利要求1所述的熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括一散熱裝置， 連結(jié)至該底座基板，以增強(qiáng)散熱能力。
4.一種熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，步驟包括在一藍(lán)寶石基板上形成一 LED磊晶層，該LED磊晶層包括至少依序堆棧的一 N型半導(dǎo)體層、一半導(dǎo)體發(fā)光層、一 P型半導(dǎo)體層，其中該半導(dǎo)體發(fā)光層可在順向偏壓而導(dǎo)通時(shí)發(fā)射光線；在一底座基板上形成一熱輻射散熱薄膜；以及利用黏著導(dǎo)熱層結(jié)合該藍(lán)寶石基板及該熱輻射散熱薄膜，以形成一熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)；其中，該熱輻射散熱薄膜包含金屬與非金屬的組合物，且該組合物包含銀、銅、錫、鋁、 鈦、鐵及銻的至少其中之一，以及包含硼、碳的至少其中之一的氧化物或氮化物或無機(jī)酸機(jī)化物，且該熱輻射散熱薄膜具有結(jié)晶體的顯微結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的制作方法，其特征在于，該熱輻射散熱薄膜的結(jié)晶體的大小為數(shù)微米至數(shù)納米之間，該熱輻射散熱薄膜與該底座基板的熱膨脹系數(shù)的差額比不大于 0.1%。
6.如權(quán)利要求4所述的制作方法，其特征在于，將一散熱裝置連結(jié)至該底座基板，以增強(qiáng)散熱能力。
7.一種熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一藍(lán)寶石基板，具一上部表面及一下部表面；一發(fā)光二極管芯片，形成于該藍(lán)寶石基板的上部表面上，且包括至少依序堆棧的一 N 型半導(dǎo)體層、一半導(dǎo)體發(fā)光層、一 P型半導(dǎo)體層，其中該半導(dǎo)體發(fā)光層可在順向偏壓而導(dǎo)通時(shí)發(fā)射光線；一第一熱輻射散熱薄膜，形成于該藍(lán)寶石基板的下部表面上；一底座基板；一第二熱輻射散熱薄膜，形成于該底座基板上；一納米釉層，形成于該第二熱輻射散熱薄膜上；一黏著導(dǎo)熱層，位于該第一熱輻射散熱薄膜及該納米釉層之間，用以連結(jié)該第一熱輻射散熱薄膜及該納米釉層；至少一電氣連接線，用以分別電氣連接至該LED磊晶層的N型半導(dǎo)體層及P型半導(dǎo)體層至外部電源的正電端及負(fù)電端；以及一封裝膠體，用以包覆該LED磊晶層；其中，該第一及第二熱輻射散熱薄膜包含金屬與非金屬的組合物，且該組合物包含銀、 銅、錫、鋁、鈦、鐵及銻的至少其中之一，以及包含硼、碳的至少其中之一的氧化物或氮化物或無機(jī)酸機(jī)化物，且該第一及第二熱輻射散熱薄膜具有結(jié)晶體的顯微結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一及第二熱輻射散熱薄膜的結(jié)晶體的大小為數(shù)微米至數(shù)納米之間。
9.如權(quán)利要求7所述的熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一熱輻射散熱薄膜與該藍(lán)寶石基板的熱膨脹系數(shù)的差額比不大于0.1%，且該第二熱輻射散熱薄膜與該底座基板的熱膨脹系數(shù)的差額比不大于0. 1%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種熱輻射散熱發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)及其制作方法，包括LED磊晶層、藍(lán)寶石基板、黏著導(dǎo)熱層、熱輻射散熱薄膜及底座基板，LED磊晶層在藍(lán)寶石基板上形成，熱輻射散熱薄膜在基板上形成，黏著導(dǎo)熱層位于藍(lán)寶石基板與熱輻射散熱薄膜之間以結(jié)合包含LED磊晶層的藍(lán)寶石基板及包含熱輻射散熱薄膜的底座基板。熱輻射散熱薄膜包含金屬與非金屬的組合物，并具有結(jié)晶體的顯微結(jié)構(gòu)，尤其是具有高效率的熱輻射散熱特性，可將LED磊晶層所產(chǎn)生的熱量以熱輻射方式快速的朝向底座基板而向外傳播，因此能大幅降低LED磊晶層的操作溫度，維持穩(wěn)定的發(fā)光操作并延長使用壽限。
文檔編號H01L33/48GK102263185SQ201010185720
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月28日
發(fā)明者陳烱勛 申請人:景德鎮(zhèn)正宇奈米科技有限公司