專利名稱：具有低熱阻的發(fā)光二極管燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及發(fā)光二極管(LED)燈的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是，LED燈的封裝。
背景技術(shù)：
傳熱管理為發(fā)光二極管(LED)燈的設(shè)計(jì)師所關(guān)心，希望增加效率，從而與同樣數(shù)量的發(fā)光輸出的傳統(tǒng)白熾和熒光照明相比，推動LED更具成本競爭性。當(dāng)LED燈被強(qiáng)電流驅(qū)動，由于從半導(dǎo)體活化層的p-n結(jié)到周圍環(huán)境的不良熱傳導(dǎo)，會產(chǎn)生高的裝置溫度。這樣的高溫可以損害該半導(dǎo)體，并且導(dǎo)致例如加速老化、LED芯片從引線框分離和連接線斷裂這樣的退化。除上述問題之外，LED的光學(xué)性質(zhì)也會隨著溫度變化。例如，LED的光輸出一般隨著結(jié)區(qū)溫度的增加而減小。另外，由于半導(dǎo)體的帶隙能量的變化，發(fā)射波長隨溫度而變。在現(xiàn)有技術(shù)中，散熱的主路徑(熱路徑)是從p-n結(jié)到引線框，然后通過熱傳導(dǎo)穿過引線端部。在引線端部，熱傳導(dǎo)、對流和輻射都用于將熱導(dǎo)出安裝在印刷電路板上的LED。 還有熱傳導(dǎo)的第二路徑，是從半導(dǎo)體芯片的表面到塑料外殼的表面。這種設(shè)計(jì)的問題是，大多數(shù)引線框位于作為熱絕緣體的塑料外殼的內(nèi)部，并且將熱量傳導(dǎo)出該裝置的主要熱路徑被引線的尺寸限制。即使設(shè)計(jì)增加引線的尺寸或數(shù)目以促進(jìn)熱傳導(dǎo)，但是仍然具有散熱的固有瓶頸，因?yàn)橐€仍然夾在熱絕緣的塑料外殼中間。因此，需要一種改進(jìn)散熱的封裝LED燈的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要包括一個(gè)沉積在封入外殼中的金屬基底上的發(fā)光二極管半導(dǎo)體活化層，一個(gè)電連接至活化層上的接合焊盤的第二金屬板，和一個(gè)通過金屬連接層可導(dǎo)電的并可導(dǎo)熱的連接至該金屬基底的第一金屬板，其中該第一和第二金屬板通過該外殼的底部露出并且提供到該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的外部電連接。本申請的另一個(gè)實(shí)施例提供了一個(gè)不同的LED結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要包括一個(gè)沉積在封入外殼中的金屬基底上的發(fā)光二極管半導(dǎo)體活化層，一個(gè)電連接至活化層上的接合焊盤且通過該外殼的底部露出的第二金屬板，和一個(gè)具有上下層的第一金屬板，其中該第一金屬板的上層通過第一金屬連接層可導(dǎo)電并可導(dǎo)熱地連接至該金屬基底，并且封入該外殼中，而且，其中該第一金屬板的下層通過該外殼的底部露出。本申請的另一個(gè)實(shí)施例提供了一個(gè)不同于前面兩個(gè)實(shí)施例的LED結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要包括一個(gè)沉積在封入外殼中的金屬基底上的發(fā)光二極管半導(dǎo)體活化層，一個(gè)電連接至活化層上的接合焊盤的第二金屬板，和一個(gè)通過第一金屬連接層可導(dǎo)電并可導(dǎo)熱地連接至該金屬基底的第一金屬板，其中該第一和第二金屬板位于該外殼的內(nèi)部底面，并且橫向延伸穿過該外殼從而為該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)提供外部電連接。


圖1是依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的低熱阻LED燈的截面略圖；圖2是依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的低熱阻LED燈的截面略圖；以及圖3是依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的低熱阻LED燈的截面略圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例提供了一個(gè)改進(jìn)的具有比傳統(tǒng)LED燈更低熱阻的熱傳導(dǎo)路徑。對某些實(shí)施例來說，提供了一種表面可安裝的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其包括沉積在直接連接至金屬板的金屬基底上的活化層，通過將其放在該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的底部，該金屬板基本露出以得到低熱阻。該金屬板然后可以焊接至一個(gè)包括散熱器的印刷電路板(PCB)。對本發(fā)明的某些實(shí)施例來說，該金屬板通過多個(gè)熱傳導(dǎo)層可導(dǎo)熱并可導(dǎo)電地連接至包括在該結(jié)構(gòu)中的大散熱器。圖1是依照本發(fā)明的第一實(shí)施例的、具有低熱阻的發(fā)光二極管(LED)燈的截面略圖。該略圖示出了一個(gè)可以由AlInGaN或AlInGaP組成的LED半導(dǎo)體活化層110。為了產(chǎn)生二極管的電性能特征，活化層110的一側(cè)用目標(biāo)雜質(zhì)摻雜以產(chǎn)生ρ摻雜側(cè)(未示出)，而 η摻雜側(cè)(也未示出)產(chǎn)生在活化層110的另一側(cè)。沉積在由銅、銅合金或復(fù)合金屬合金組成的金屬基底120上，該活化層110可以表示多片。該活化層110的ρ摻雜側(cè)可以緊密連接至金屬基底120，以迅速將熱傳導(dǎo)離開活化層110。夾在金屬基底120和用于外部連接的第一金屬板141之間的是可以由例如Au-Sn、 Ag-Sn或Sn合金的金屬焊錫組成的金屬連接層130。金屬連接層130將活化層110和金屬基底120可導(dǎo)熱地并可導(dǎo)電地連接至第一金屬板141。第二金屬板142通過由導(dǎo)電材料如金制成的結(jié)合線150電連接至活化層110上的接合焊盤。對某些實(shí)施例來說，第一金屬板 141可以做的盡可能的大(在LED燈封裝的尺寸范圍內(nèi))，從而努力允許更大的熱傳導(dǎo)，在此情況中，一般會大于第二金屬板142?；罨瘜?10、金屬基底120和金屬連接層130位于直接安裝在第一金屬板141的頂上的LED燈的底部，其導(dǎo)致較現(xiàn)有技術(shù)更低的熱阻和更好的散熱能力。該LED燈可以封入由例如硅樹脂或環(huán)氧樹脂的絕緣材料組成的外殼160中，從而引導(dǎo)發(fā)射光。兩個(gè)金屬板141、 142，且尤其是第一金屬板141，可以延伸出外殼160，從而將熱更好的傳導(dǎo)至安裝表面。圖2是依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的、具有低熱阻的發(fā)光二極管(LED)燈的截面略圖。不像前面的實(shí)施例，這個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)散熱器290和與其連接的熱傳導(dǎo)路徑。 該略圖示出了一個(gè)沉積在由銅、銅合金或復(fù)合金屬合金組成的金屬基底220上的、可以由 AlInGaN或Al^iGaP組成的LED半導(dǎo)體活化層210。該活化層210可以表示多片。夾在金屬基底220和用于外部連接的第一金屬板241之間的是可以由例如Au-Sn、Ag-Sn或Sn合金的金屬焊錫組成的金屬連接層230。金屬連接層230將活化層210和金屬基底220可導(dǎo)熱并可導(dǎo)熱地連接至第一金屬板Ml。第二金屬板242通過由導(dǎo)電材料如金制成的結(jié)合線250 電連接至活化層210上的接合焊盤。對某些實(shí)施例來說，第一金屬板Ml的表面積可以做的盡可能的大(在LED燈封裝的尺寸范圍內(nèi))，從而努力允許更大的熱傳導(dǎo)，并且，在此情況中，一般會大于第二金屬板242的表面積。這些金屬板241、242的厚度通常是1 μ m-20 μ m?；罨瘜?10、金屬基底220、金屬連接層230、結(jié)合線250和金屬板M1J42的上層可以封入由例如氮化鋁(AlN)或氧化鋁(Al2O3)的陶瓷絕緣材料組成的外殼260中，從而也用來引導(dǎo)發(fā)射的光?；罨瘜?10、金屬基底220和金屬連接層230可以直接位于第一金屬板 241的頂上，并且位于外殼沈0的內(nèi)部底面，其導(dǎo)致較現(xiàn)有技術(shù)更低的熱阻和更好的散熱能力。金屬通孔245、246可以穿過陶瓷外殼沈0，并且將金屬板M1J42的上層連接至在外殼260下方的金屬板247、248的下層。一個(gè)也由Au_Sn、Ag-Sn或Sn合金組成的附加金屬連接層271 (27 位于金屬板的下層和第一傳導(dǎo)層第二傳導(dǎo)層M4)之間， 從而將它們熱連接且電連接。傳導(dǎo)層243、244可以是金屬或包括附加電路的印刷電路板， 并且這些是本申請的第二實(shí)施例的外部連接所在的地方。直接在傳導(dǎo)層243、244下方可以存在一個(gè)介質(zhì)層觀0。由提供電絕緣的陽極化鋁組成，該介質(zhì)層280在傳導(dǎo)層243、244和就位于介質(zhì)層280下的散熱器290之間提供充分的熱傳導(dǎo)。圖3是依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的、具有低熱阻的發(fā)光二極管(LED)燈的截面略圖。類似于前面的實(shí)施例，這個(gè)實(shí)施例也包括一個(gè)散熱器390和與其連接的熱傳導(dǎo)路徑。 該略圖示出了一個(gè)沉積在由銅、銅合金或復(fù)合金屬合金組成的金屬基底320上的、可以由 AlInGaN或AlInGaP組成的LED半導(dǎo)體活化層310。該活化層310可以表示多片。夾在金屬基底320和用于外部連接的第一金屬板341之間的是可以由例如Au-Sn、Ag-Sn或Sn合金的金屬焊錫組成的金屬連接層330。金屬連接層330將活化層310和金屬基底320可導(dǎo)熱并可導(dǎo)電地連接至第一金屬板341。第二金屬板342通過由導(dǎo)電材料如金制成的結(jié)合線 350電連接至活化層310上的接合焊盤。對某些實(shí)施例來說，第一金屬板341的表面積可以做的盡可能的大(在LED燈封裝的尺寸范圍內(nèi))，從而努力允許更大的熱傳導(dǎo)，并且，在此情況中，一般會大于第二金屬板342的表面積。本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的外部連接可以形成在金屬板341、342上，并且這些金屬板；341、；342的厚度通常是1 μ m-20 μ m?；罨瘜?10、金屬基底320、金屬連接層330、結(jié)合線350和金屬板341、342的部分可以封入由例如氮化鋁(AlN)或氧化鋁(Al2O3)的陶瓷絕緣材料組成的外殼360中，從而也用作引導(dǎo)發(fā)射的光?；罨瘜?10、金屬基底320和金屬連接層330可以直接位于第一金屬板 341的頂上，并且位于外殼360的內(nèi)部底面，其導(dǎo)致較現(xiàn)有技術(shù)更低的熱阻和更好的散熱能力。直接位于外殼360下方的可以是一個(gè)由Ag漿料、Au漿料或其它類型的合適的金屬漿料組成的上導(dǎo)熱層371。也由Au-Sn、Ag-Sn或Sn合金組成的第二金屬連接層331，可以位于上導(dǎo)熱層371和下導(dǎo)熱層372之間。下導(dǎo)熱層372由Ag漿料、Au漿料或其它類型的合適的金屬漿料組成。直接在下導(dǎo)熱層372下方存在一個(gè)介質(zhì)層380。由提供電絕緣的陽極化鋁組成，該介質(zhì)層380在下導(dǎo)熱層372和就位于介質(zhì)層380下的散熱器390之間提供充分的熱傳導(dǎo)。雖然本發(fā)明在這里具體地圖示和描述為一個(gè)表面可安裝的發(fā)光二極管燈結(jié)構(gòu)，然而并不意味著局限于所示細(xì)節(jié)，因?yàn)槠渲锌梢栽诓幻撾x本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的同等范圍內(nèi)做出各種修改和結(jié)構(gòu)變化。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)沉積在封入外殼中的金屬基底上的發(fā)光二極管半導(dǎo)體活化層；一個(gè)電連接至活化層上的接合焊盤的第二金屬板；以及一個(gè)通過金屬連接層可導(dǎo)電并且可導(dǎo)熱地連接至所述金屬基底的第一金屬板，其中所述第一和第二金屬板通過所述的外殼的底部露出并且提供到所述發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的外部電連接。
2.權(quán)利要求1的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中所述屬基底包括銅、銅合金或復(fù)合金屬合金中的至少一種。
3.權(quán)利要求1的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中所述金屬連接層包括Au-SruAg-Sn或Sn合金中的至少一種。
4.權(quán)利要求1的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中所述第一金屬板大于所述第二金屬板。
5.權(quán)利要求1的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中所述第一金屬板和所述第二金屬板橫向延伸超過所述外殼。
6.權(quán)利要求1的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中所述的外殼是圓柱形的。
7.一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)沉積在封入外殼中的金屬基底上的發(fā)光二極管半導(dǎo)體活化層；一個(gè)電連接至活化層上的接合焊盤的第二金屬板；以及一個(gè)通過第一金屬連接層可導(dǎo)電并且可導(dǎo)熱地連接至所述的金屬基底的第一金屬板， 其中第一和第二金屬板位于所述的外殼的內(nèi)部底面，并且橫向延伸穿過所述的外殼從而為所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)提供外部電連接。
8.權(quán)利要求7的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括一個(gè)位于所述的外殼的底面下方的上導(dǎo)熱層；一個(gè)位于所述上導(dǎo)熱層和下導(dǎo)熱層之間的第二金屬連接層；以及一個(gè)夾在下導(dǎo)熱層和散熱器之間的用于熱傳導(dǎo)的介質(zhì)層，其中所述的散熱器在所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的底部露出。
9.權(quán)利要求7的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中所述的外殼包括氮化鋁(AlN)或氧化鋁(Al2O3) 中的至少一種。
10.權(quán)利要求8的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中所述的第一和第二金屬連接層包括Au-Sn、 Ag-Sn或Sn合金中的至少一種。
11.權(quán)利要求8的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中所述的上和下導(dǎo)熱層包括銀(Ag)漿料或金 (Au)漿料中的至少一種。
12.權(quán)利要求8的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中所述的介質(zhì)層由陽極化鋁組成。
13.一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)沉積在封入外殼中的金屬基底上的發(fā)光二極管半導(dǎo)體活化層，其中所述的活化層的P摻雜側(cè)緊密連接至所述的金屬基底；一個(gè)電連接至活化層上的接合焊盤的第二金屬板；以及一個(gè)通過金屬連接層可導(dǎo)電并且可導(dǎo)熱地連接至所述的金屬基底的第一金屬板，其中第一和第二金屬板通過所述的外殼的底部露出并且提供到所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的外部電連接。
14.權(quán)利要求13的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬基底包括銅、銅合金或復(fù)合金屬合金中的至少一種。
15.權(quán)利要求13的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中所述的金屬連接層包括Au-SruAg-Sn或Sn合金中的至少一種。
16.權(quán)利要求13的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中所述的第一金屬板大于所述的第二金屬板。
17.權(quán)利要求13的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其中所述的第一金屬板和所述的第二金屬板橫向延伸超過所述外殼。
全文摘要
提供了一種具有改進(jìn)的熱傳導(dǎo)路徑的、較傳統(tǒng)LED燈具有低熱阻的發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)。對某些實(shí)施例來說，提供了一種表面可安裝的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其包括沉積在直接連接至金屬板的金屬基底上的活化層，通過將其放在該發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的底部，該金屬板基本露出以得到低熱阻。該金屬板然后可以焊接至一個(gè)包括散熱器的印刷電路板(PCB)。對本發(fā)明的某些實(shí)施例來說，該金屬板通過多個(gè)熱傳導(dǎo)層可導(dǎo)熱并可導(dǎo)電地連接至包括在該結(jié)構(gòu)中的大散熱器。
文檔編號H01L33/62GK102544313SQ20111042543
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者顏?？?申請人:旭明光電股份有限公司