[实用新型]集成微结构的大功率发光二极管封装结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种半导体器件，特别涉及一种集成微结构的大功率发光二极管封装结构。

背景技术

发光二极管(LED)的内量子效率和外量子效率决定着LED总的出光效率和器件亮度。传统光源中，日光灯的发光效率为60-100lm/W，高压钠灯的发光效率为60-120lm/W，而目前大功率氮化镓(GaN)基白光LED(蓝光+荧光粉)的发光效率最高也只有100lm/W，普通的只有30-50lm/W。从LED发光原理来看，LED效率(外量子效率)主要由注入效率、内量子效率和光提取效率三者的乘积来决定。其中，注入效率与材料结构和器件串联电阻有关，内量子效率主要由晶体生长的质量、量子阱的结构和器件制作过程中对有源层的损伤等因素决定。目前室温下GaN基LED的内量子效率较低，只有30％左右，而GaN基大功率LED的光提取效率更低，只有10％左右，使得GaN基大功率LED的效率小于10％，有90％左右的光不能导出而在器件中以热形式消耗掉，造成电能浪费，更严重的是使器件发热、升温导致LED光效急剧下降，同时芯片、焊线和封装材料严重老化，缩短寿命。

由以上分析可以看到，散热问题是影响LED获得广泛应用的难题之一。一般LED封装结构如图1所示。发光芯片通过焊膏焊接在基板上，基板与热沉之间以热界面材料相接，故散热路径为：发光芯片-基板-热沉-环境。常用的基板一般为MCPCB板，含有一层绝缘层，其热阻较高，散热效果受到影响。基板与热沉之间选用的热界面材料，亦有一定热阻，增加了散热难度。热量传导至热沉以后，现行的被动散热如图1所示，通过散热片把热量散发至环境中。此种方法在LED功率较小时散热效果尚能匹配，但随着LED功率的不断提高，散热量增加，这类被动散热结构已不能满足LED的散热要求。

发明内容

本实用新型的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供了一种集成微结构的大功率发光二极管封装结构。

本实用新型主要包括：陶瓷片、上铜片和下铜片，其特征在于所述上铜片和下铜片通过直接键合铜(DBC Directed Bonded Cooper)工艺键合在陶瓷片上下表面，并且在下铜片表面或内部设有微通道。本实用新型的优点是发光芯片直接焊接在金属焊盘上，陶瓷基板上下表面都有铜层，热失配应力小，制作成本低，结构紧凑，有利于提高封装密度，并且微通道中可通入冷却循环液，大大提高了封装散热能力。

附图说明

图1现有的LED封装结构平面图；

图2a上铜片截面剖视图；

图2b下铜片加工前的截面剖视图；

图2c下铜片加工后的截面剖视图；

图2d上下铜片与陶瓷片键合后的截面剖视图；

图2e金属腐蚀工艺加工后的结构截面剖视图；

图3a金属扩散键合工艺加工后的结构截面剖视图；

图3b上下铜片与陶瓷片键合后的截面剖视图；

图3c金属腐蚀工艺加工后的结构截面剖视图；

图4LED封装结构的截面剖视图。

11发光芯片、12固晶层、13金属膜层、14绝缘层、15金属基板、16焊接(粘结)层、17热沉、18含荧光粉硅胶层、19金线、20封装胶层、21上铜片、22下铜片、23微通道、24陶瓷片、25芯片区和电路、31上铜片、32下铜片、33微通道、34铜片、35陶瓷片、36复合铜片、37芯片区和电路、41发光芯片、42固晶层、43芯片区和电路、44陶瓷片、45微通道、46下铜片、47含荧光粉硅胶层、48金线、49封装硅胶层。

具体实施方式

实施例一

下面结合附图进一步说明本实用新型的实施例：

参见图2a、图2b，选择两块厚度合适的高纯无氧铜铜片，上铜片21厚度为0.3mm，下铜片22厚度为5mm。

采用机械加工技术，在下铜片22表面制作截面为正方形的微通道23，正方形边长为2mm，参见图2c。微通道可布置为蛇形或M形单层或多层结构。

采用直接键合铜(DBC)工艺将两块铜片同时键合到一块氧化铝陶瓷片24的上下表面，陶瓷片24厚度为0.63mm，参见图2d。

采用金属腐蚀工艺，在上铜片21上形成芯片区和电路结构25(同时保护下铜片22)，即制备出集成微通道结构的封装基板，参见图2e。

实施例二

实施例二与实施例一相同，所不同是先选择两块厚度合适的高纯无氧铜铜片，其中上铜片31厚度为1mm，下铜片32厚度为3mm。

采用机械加工工艺在下铜片32表面制作出正方形微通道33，正方形边长为2mm。并采用金属扩散键合工艺把两块铜片键合到一起，参见图3a。