Led晶粒與封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及LED芯片領(lǐng)域，公開了一種LED晶粒，包括發(fā)光層、N型半導(dǎo)體層、活性層、P型半導(dǎo)體層、襯底、緩沖層、熱沉、正電極以及負(fù)電極；發(fā)光層下方設(shè)有N型半導(dǎo)體層，N型半導(dǎo)體層下方設(shè)有活性層，活性層下方設(shè)有P型半導(dǎo)體層，P型半導(dǎo)體層下方設(shè)有襯底，襯底下方設(shè)有熱沉。本發(fā)明在熱沉上加入結(jié)構(gòu)特殊的緩沖層，緩沖層內(nèi)設(shè)有孔洞，經(jīng)過孔洞將熱量散到熱沉中去，經(jīng)過熱沉散熱；而采用環(huán)狀半導(dǎo)體層，可以增加發(fā)光率；在封裝結(jié)構(gòu)中，采用矩陣式連接，可以節(jié)省密封體材料，并且上下兩個密封體將LED晶粒矩陣包覆，可以防水。
【專利說明】LED晶粒與封裝結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED芯片領(lǐng)域，尤其涉及了一種LED晶粒與封裝結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，LED晶粒結(jié)構(gòu)存在以下不足:1、LED晶粒工作時(shí)，散熱方面主要是通過底部的襯底散熱，散熱性能并不十分理想。導(dǎo)電方面，是通過正電極、負(fù)電極分別連接金線，金線再連接PCB板上的線路層但是此種結(jié)構(gòu)會影響出光效率，使得此種結(jié)構(gòu)的LED晶粒的導(dǎo)電性能不好。2、LED晶粒在后續(xù)封裝時(shí)，必須通過導(dǎo)線與PCB板上的線路層連接，這就涉及到在LED晶粒的正電極、負(fù)電極上打金線，在打金線的過程中，由于原始晶粒結(jié)構(gòu)，使得LED晶粒封裝時(shí)工序復(fù)雜。
[0003]并且現(xiàn)有的LED晶粒的應(yīng)用中，有數(shù)據(jù)表明，當(dāng)LED晶粒的溫度每升高20 V，發(fā)光二極管光源發(fā)光效能就要降低5%。可見，為了提升發(fā)光二極管光源發(fā)光能效，必須要使LED晶粒在較低的溫度下進(jìn)行工作。
[0004]研究表明，LED晶粒產(chǎn)生的90%的熱量都是向下傳導(dǎo)，因此封裝技術(shù)中，導(dǎo)熱基板的散熱十分重要。然前述發(fā)光二極管光源采用的LED晶粒采用固晶膠粘結(jié)至導(dǎo)熱基板，固晶膠往往具有較低的導(dǎo)熱性，因此散熱效果很差。
[0005]為了改善LED晶粒的散熱問題，有人提出將LED晶粒與導(dǎo)熱基板直接鍵合。眾所周知，LED晶粒包括藍(lán)寶石或碳化硅襯底和生長于襯底上的外延發(fā)光體。相對于前述采用固晶膠粘接方式，發(fā)光二極管的散熱不會受到固晶膠的制約，散熱效果有了一定程度的改善，然，藍(lán)寶石或碳化硅襯底的導(dǎo)熱能力依然不夠突出。
[0006]一種改進(jìn)的LED晶粒將外延發(fā)光體通過分子鍵合和的方式直接連接至導(dǎo)熱基板上。如此以來，LED晶粒的散熱能力得到了大大提高。然而，由于外延發(fā)光體和導(dǎo)熱基板的熱膨脹系數(shù)存在巨大差異，鍵合至導(dǎo)熱基板的外延發(fā)光體和導(dǎo)熱基板二者膨脹和收縮的過程極不匹配，因此極易發(fā)生外延發(fā)光體裂片的現(xiàn)象。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中散熱效果差以及發(fā)光能效低等缺點(diǎn)，提供了一種LED晶粒與封裝結(jié)構(gòu)。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決:
[0009]LED晶粒，包括發(fā)光層、N型半導(dǎo)體層、活性層、P型半導(dǎo)體層、襯底、緩沖層、熱沉、正電極以及負(fù)電極；
[0010]所述發(fā)光層下方設(shè)有N型半導(dǎo)體層，N型半導(dǎo)體層下方設(shè)有活性層，活性層下方設(shè)有P型半導(dǎo)體層，所述P型半導(dǎo)體層下方設(shè)有襯底，所述襯底下方設(shè)有熱沉；
[0011]所述N型半導(dǎo)體層、活性層、P型半導(dǎo)體層以及襯底均為環(huán)狀體且三者內(nèi)部柱狀孔的直徑相同，所述熱沉為上臺階與下臺階組成的梯臺柱狀一體結(jié)構(gòu)，所述緩沖層設(shè)置在上臺階的上端，所述上臺階套在N型半導(dǎo)體、活性層以及P型半導(dǎo)體層的內(nèi)部柱狀孔內(nèi)部；
[0012]正電極延伸設(shè)置在所述P型半導(dǎo)體層與熱沉下臺階的一側(cè)，所述正電極與所述P型半導(dǎo)體層的端部、所述襯底的端部直接接觸連接；所述負(fù)電極延伸設(shè)置在N型半導(dǎo)體層與熱沉下臺階的一側(cè)，所述負(fù)電極與所述N型半導(dǎo)體層的端部、所述襯底的端部直接接觸連接。
[0013]作為優(yōu)選，所述緩沖層為散熱材料緩沖層，所述緩沖層內(nèi)設(shè)有密集的孔洞。在熱沉上方設(shè)有緩沖層，緩沖層可以將發(fā)光層發(fā)出的熱量引導(dǎo)至熱沉中，經(jīng)過熱沉散出熱量。
[0014]作為優(yōu)選，所述緩沖層采用陶瓷緩沖層，所述孔洞設(shè)置在緩沖層豎直方向上，所述孔洞的直徑為0.陶瓷制成的緩沖層散熱效果更加好，在緩沖層上設(shè)有密集的孔洞，發(fā)光層散發(fā)出的熱可以經(jīng)過緩沖層的孔洞散到熱沉上去，經(jīng)過熱沉散熱。而直徑為0.5mm-1mm的孔洞是考慮到緩沖層的制作工藝，經(jīng)過多次試驗(yàn)，0.之間的孔洞做工更為方便，并且散熱效果好。
[0015]作為優(yōu)選，所述正電極與襯底以及熱沉下臺階之間設(shè)有第一絕緣層，所述負(fù)電極與P型半導(dǎo)體層以及襯底以及熱沉下臺階之間設(shè)有第二絕緣層。
[0016]作為優(yōu)選，所述N型半導(dǎo)體層、活性層、P型半導(dǎo)體層以及襯底之間的柱狀孔與熱沉的上臺階形成夾角，所述夾角不超過10度。將N型半導(dǎo)體層、活性層、P型半導(dǎo)體層以及襯底作為一個整體，并且四者內(nèi)部柱狀孔的斜邊與熱沉的上臺階的中心形成不超過10度的角度，并且是從上至下與上臺階形成的角度，經(jīng)過試驗(yàn)證明，角度不超過10度，并且N型半導(dǎo)體層、活性層、P型半導(dǎo)體層以及襯底的柱狀孔的斜邊從上到下是在同一條直線上，并且最下方與下臺階形成角度，此種散熱效果達(dá)到了最佳。
[0017]封裝結(jié)構(gòu)，所述若干個LED晶粒矩陣式排列設(shè)置在銅底座上，所述銅底座預(yù)先設(shè)置好安裝LED晶粒的內(nèi)凹安裝部，內(nèi)凹安裝部內(nèi)設(shè)置為絕緣內(nèi)壁，內(nèi)凹安裝部底端印刷有電極引出電路，所述電極引出電路的正電極連接LED晶粒的負(fù)電極，所述電極引出電路的負(fù)電極連接LED晶粒的正電極，所述銅底座(12)的內(nèi)凹安裝部下方印刷有電極引出電路，并且與內(nèi)凹安裝部底端印刷有電極引出電路相互串聯(lián)。
[0018]作為優(yōu)選，在所述銅底座上方設(shè)有第一密封體，所述第一密封體向下延伸至銅底座周端，所述銅底座下方設(shè)有第二密封體，第二密封體延伸至銅底座的第一密封體處的外端。
[0019]作為優(yōu)選，所述第一密封體上端結(jié)構(gòu)為半球狀結(jié)構(gòu)，所述第一密封體為環(huán)氧樹脂密封體。
[0020]作為優(yōu)選，所述第二密封體為絕緣材料密封裝置。
[0021]作為優(yōu)選，所述第二密封體設(shè)有出線孔，出線孔內(nèi)設(shè)有軟導(dǎo)線，軟導(dǎo)線連接銅底座下方印有的電極引出電路。第二密封體設(shè)有出線孔，出線孔內(nèi)設(shè)有軟導(dǎo)線，防水，在這樣的情況下，若是不小心進(jìn)水或者濺上水，不會發(fā)生短路等情況，引起不必要的麻煩。
[0022]本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，具有顯著的技術(shù)效果:
[0023]本發(fā)明在熱沉上加入結(jié)構(gòu)特殊的緩沖層，緩沖層內(nèi)設(shè)有孔洞，經(jīng)過孔洞將熱量散到熱沉中去，經(jīng)過熱沉散熱；而采用環(huán)狀半導(dǎo)體層，可以增加發(fā)光率；在封裝結(jié)構(gòu)中，采用矩陣式連接，可以節(jié)省密封體材料，并且上下兩個密封體將LED晶粒矩陣包覆，可以防水。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1是本發(fā)明的LED晶粒的結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖2是熱沉的結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖3是緩沖層的截面圖；
[0028]圖4是LED晶粒矩陣式排列圖；
[0029]圖5是封裝結(jié)構(gòu)圖。
[0030]標(biāo)號說明:1 一發(fā)光層、2— N型半導(dǎo)體層、3—活性層、4一P型半導(dǎo)體層、5—襯底、
6—緩沖層、7—熱沉、8—正電極、9一負(fù)電極、10—第一絕緣層、11 一第二絕緣層、12—銅底座、13—第一密封體、14 一第二密封體、61 一孔洞、71 一上臺階、72—下臺階。

【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以下實(shí)施例是對本發(fā)明的解釋而本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。
[0032]實(shí)施例1:
[0033]LED晶粒，如圖1，2所述，包括發(fā)光層1、N型半導(dǎo)體層2、活性層3、P型半導(dǎo)體層
4、襯底5、緩沖層6、熱沉7、正電極8以及負(fù)電極9 ;
[0034]發(fā)光層I下方設(shè)有N型半導(dǎo)體層2，N型半導(dǎo)體層2下方設(shè)有活性層3，活性層3下方設(shè)有P型半導(dǎo)體層4，P型半導(dǎo)體層4下方設(shè)有襯底5，襯底5下方設(shè)有熱沉7 ；
[0035]N型半導(dǎo)體層2、活性層3、P型半導(dǎo)體層4以及襯底5均為環(huán)狀體且三者內(nèi)部柱狀孔的直徑相同，熱沉7為上臺階71與下臺階72組成的梯臺柱狀一體結(jié)構(gòu)，緩沖層6設(shè)置在上臺階71的上端，上臺階71套在N型半導(dǎo)體2、活性層3以及P型半導(dǎo)體層4的內(nèi)部柱狀孔內(nèi)部；
[0036]正電極8延伸設(shè)置在P型半導(dǎo)體層4與熱沉7下臺階72的一側(cè)，正電極8與P型半導(dǎo)體層4的端部、襯底5的端部直接接觸連接；負(fù)電極9延伸設(shè)置在N型半導(dǎo)體層2與熱沉7下臺階72的一側(cè)，負(fù)電極9與N型半導(dǎo)體層2的端部、襯底5的端部直接接觸連接。
[0037]正電極8與襯底5以及熱沉7下臺階72之間設(shè)有第一絕緣層10，所述負(fù)電極9與P型半導(dǎo)體層4以及襯底5以及熱沉7下臺階72之間設(shè)有第二絕緣層11。正電極8與N型半導(dǎo)體層2不能接觸，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候兩者就沒有連接在一起，同理，負(fù)電極9與P型半導(dǎo)體層4也設(shè)置第二絕緣層11。而第一絕緣層10與第二絕緣層11的形狀根據(jù)N型半導(dǎo)體層2與P型半導(dǎo)體層4的形狀相互符合。
[0038]在此，正電極8延伸設(shè)置在P型半導(dǎo)體層4與熱沉7下臺階72的一側(cè)，正電極8與P型半導(dǎo)體層4的端部、襯底5的端部直接接觸連接，即正電極8與P型半導(dǎo)體層4直接接觸形成電連接，而通過第一絕緣層10的絕緣隔絕作用，使得正電極8與N型半導(dǎo)體層2，也即負(fù)電極9絕緣隔離開，從而避免短路，第一絕緣層可為Si02絕緣層。
[0039]負(fù)電極9延伸設(shè)置在N型半導(dǎo)體層2與熱沉7下臺階72的一側(cè)，負(fù)電極9與N型半導(dǎo)體層2的端部、襯底5的端部直接接觸連接，實(shí)現(xiàn)負(fù)電極9與N型半導(dǎo)體層2之間的電連接。同時(shí)，LED晶粒中還包括第二絕緣層11，第二透明絕緣層延伸到透明導(dǎo)電層的高度，即負(fù)電極9與P型半導(dǎo)體層4之間設(shè)有第二絕緣層11，防止負(fù)電9與P型半導(dǎo)體層4連接進(jìn)而與正電極8導(dǎo)通，從而防止短路，其中，第二透明絕緣層也可為Si02絕緣保護(hù)層。
[0040]工作時(shí)，除通過底部的襯底與熱沉散熱外，兩側(cè)的正負(fù)電極也可輔助散熱，從而提高LED晶粒的散熱性能，使得LED晶粒的散熱性能較好。
[0041]如圖3所示，緩沖層6為散熱材料緩沖層，緩沖層6內(nèi)設(shè)有密集的孔洞61。在熱沉7上方設(shè)有緩沖層6，緩沖層6可以將發(fā)光層I發(fā)出的熱量引導(dǎo)至熱沉7中，經(jīng)過熱沉7散出熱量。
[0042]緩沖層6采用陶瓷緩沖層，孔洞61設(shè)置在緩沖層6豎直方向上，孔洞61的直徑為0.陶瓷制成的緩沖層6散熱效果更加好，在緩沖層6上設(shè)有密集的孔洞61，發(fā)光層I散發(fā)出的熱可以經(jīng)過緩沖層6的孔洞散到熱沉7上去，經(jīng)過熱沉7散熱。而直徑為
0.5mm-1mm的孔洞61是考慮到緩沖層6的制作工藝,經(jīng)過多次試驗(yàn),0.之間的孔洞61做工更為方便，并且散熱效果好。
[0043]N型半導(dǎo)體層2、活性層3、P型半導(dǎo)體層4以及襯底5之間的柱狀孔與熱沉7的上臺階形成夾角，夾角不超過10度。將N型半導(dǎo)體層2、活性層3、P型半導(dǎo)體層4以及襯底5作為一個整體，并且四者內(nèi)部柱狀孔的斜邊與熱沉7的上臺階的中心形成不超過10度的角度，并且是從上至下與上臺階71形成的角度，經(jīng)過試驗(yàn)證明，角度不超過10度，并且N型半導(dǎo)體層2、活性層3、P型半導(dǎo)體層4以及襯底5的柱狀孔的斜邊從上到下是在同一條直線上，并且最下方與下臺階72形成角度，此種散熱效果達(dá)到了最佳。
[0044]LED晶粒的封裝結(jié)構(gòu)，如圖4所示，若干個LED晶粒矩陣式排列設(shè)置在銅底座12上，銅底座12預(yù)先設(shè)置好安裝LED晶粒的內(nèi)凹安裝部，內(nèi)凹安裝部內(nèi)設(shè)置為絕緣內(nèi)壁，內(nèi)凹安裝部底端印刷有電極引出電路，電極引出電路的正電極連接LED晶粒的負(fù)電極9，電極引出電路的負(fù)電極連接LED晶粒的正電極8，所述銅底座12的內(nèi)凹安裝部下方印刷有電極引出電路，并且與內(nèi)凹安裝部底端印刷有電極引出電路相互串聯(lián)。矩陣方式優(yōu)選選擇4*4矩陣或者6*6矩陣，矩陣之中的元素依次連接，并且最先元素與最后元素相互連接。
[0045]如圖5所不,在銅底座12上方設(shè)有第一密封體13,第一密封體13向下延伸至銅底座12周端,銅底座12下方設(shè)有第二密封體14，第二密封體14延伸至銅底座I的第一密封體13處的外端。第一密封體13將銅底座12包覆，最好是延伸至銅底座12的下端，然后向內(nèi)彎折，將銅底座12的下邊緣包住。
[0046]第一密封體13上端結(jié)構(gòu)為半球狀結(jié)構(gòu)，第一密封體13為環(huán)氧樹脂密封體。環(huán)氧樹脂密封體可以用來直接與銅底座12接觸、粘連。第二密封體14為絕緣材料密封裝置，第二密封體14的粘貼方式為在安裝好第一密封體13后，然后在粘貼第二密封體14，第二密封體14設(shè)有出線孔141，出線孔141內(nèi)設(shè)有軟導(dǎo)線142，軟導(dǎo)線142連接銅底座12下方印有的電極引出電路。
[0047]此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實(shí)施例，其零、部件的形狀、所取名稱等可以不同。凡依本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.LED晶粒，其特征在于:包括發(fā)光層(I)、N型半導(dǎo)體層(2)、活性層(3)、P型半導(dǎo)體層(4)、襯底(5)、緩沖層(6)、熱沉(7)、正電極⑶以及負(fù)電極(9)； 所述發(fā)光層(I)下方設(shè)有N型半導(dǎo)體層(2)，N型半導(dǎo)體層(2)下方設(shè)有活性層(3)，活性層(3)下方設(shè)有P型半導(dǎo)體層(4)，所述P型半導(dǎo)體層(4)下方設(shè)有襯底(5)，所述襯底(5)下方設(shè)有熱沉(7)； 所述N型半導(dǎo)體層(2)、活性層(3)、P型半導(dǎo)體層(4)以及襯底(5)均為環(huán)狀體且三者內(nèi)部柱狀孔的直徑相同，所述熱沉(7)為上臺階(71)與下臺階(72)組成的梯臺柱狀一體結(jié)構(gòu)，所述緩沖層(6)設(shè)置在上臺階(71)的上端，所述上臺階(71)套在N型半導(dǎo)體(2)、活性層(3)以及P型半導(dǎo)體層(4)的內(nèi)部柱狀孔內(nèi)部； 正電極(8)延伸設(shè)置在所述P型半導(dǎo)體層(4)與熱沉(7)下臺階(72)的一側(cè)，所述正電極(8)與所述P型半導(dǎo)體層(4)的端部、所述襯底(5)的端部直接接觸連接；所述負(fù)電極(9)延伸設(shè)置在N型半導(dǎo)體層(2)與熱沉(7)下臺階(72)的一側(cè)，所述負(fù)電極(9)與所述N型半導(dǎo)體層(2)的端部、所述襯底(5)的端部直接接觸連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED晶粒，其特征在于:所述緩沖層(6)為散熱材料緩沖層，所述緩沖層(6)內(nèi)設(shè)有密集的孔洞(61)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED晶粒，其特征在于:所述緩沖層(6)采用陶瓷緩沖層，所述孔洞(61)設(shè)置在緩沖層(6)豎直方向上，所述孔洞(61)的直徑為0.5mm-lmm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED晶粒，其特征在于:所述正電極(8)與襯底(5)以及熱沉(7)下臺階(72)之間設(shè)有第一絕緣層(10)，所述負(fù)電極(9)與P型半導(dǎo)體層(4)以及襯底(5)以及熱沉(7)下臺階(72)之間設(shè)有第二絕緣層(11)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED晶粒，其特征在于:所述N型半導(dǎo)體層(2)、活性層(3)、P型半導(dǎo)體層(4)以及襯底(5)之間的自上而下的柱狀孔與熱沉(7)的上臺階(71)形成夾角，所述夾角不超過10度。
6.基于權(quán)利要求1所述的LED晶粒的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括所述若干個LED晶粒矩陣式排列設(shè)置在銅底座(12)上，所述銅底座(12)預(yù)先設(shè)置好安裝LED晶粒的內(nèi)凹安裝部，內(nèi)凹安裝部內(nèi)設(shè)置為絕緣內(nèi)壁，內(nèi)凹安裝部底端印刷有電極引出電路，所述電極引出電路的正電極連接LED晶粒的負(fù)電極(9)，所述電極引出電路的負(fù)電極連接LED晶粒的正電極(8)，所述銅底座(12)的內(nèi)凹安裝部下方印刷有電極引出電路，并且與內(nèi)凹安裝部底端印刷有電極引出電路相互串聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:在所述銅底座(12)上方設(shè)有第一密封體(13)，所述第一密封體(13)向下延伸至銅底座(12)周端，所述銅底座(12)下方設(shè)有第二密封體(14)，第二密封體(14)延伸至銅底座(I)的第一密封體(13)處的外端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一密封體(13)上端結(jié)構(gòu)為半球狀結(jié)構(gòu)，所述第一密封體(13)為環(huán)氧樹脂密封體。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第二密封體(14)為絕緣材料密封裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第二密封體(14)設(shè)有出線孔(141)，出線孔(141)內(nèi)設(shè)有軟導(dǎo)線(142)，軟導(dǎo)線(142)連接銅底座(12)下方印有的電極引出電路。
【文檔編號】H01L25/075GK104332554SQ201410612715
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】洪寬, 王偉, 宋姚, 胡永久 申請人:浙江中博光電科技有限公司