[发明专利]一种通孔式高散热LED芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及制作通孔式高散热LED芯片，以及制作该通孔式高散热LED芯片的结构。

背景技术

自1990年代LED白光被发现之后，它的发光效率快速增加，2010年突破100lm/W。它不需暖灯时间、反应速度快、体积小、用电量省、污染低、适合量产、可靠度高、且适用范围广，如交通号志、大型显示器或背光源、手机背光源、路灯照明等。LED也有其缺点需克服，输入LED的能量，大约20％会转换成光源，剩下80％都转成热能，产生热是很严重的问题，首先，温度升高时，发光强度会下降，而且寿命也会跟著下降。温度升高也会导致放射波长改变，产生色差，且伴随量子转换效率降低，导致发光强度就会下降，并且材料会膨胀，产品可靠性就会降低，使用年限也会降低。因此，散热是亟需解决的问题。

现在在照明方面，白光是最主要光源，比较4种主要光源，白炽灯泡、萤光灯管、卤素灯、LED能量分布，白炽灯泡大量以红外光的方式放射，所以在旁边可以感受到高温高热，但热不会在灯具本身，发光效率很低。萤光灯发光效率到达不错的境界，热能也均匀分布。LED的发光效率在20％左右，但本身发出的热能在80％左右，可以看出LED热能问题极待解决。

散热基本上有3种方式，一是传导式散热，二是对流式散热，三是辐射式散热。散热最主要问题点就在面积；而因辐射散热量非常小，所以最主要要讨论的散热方式在传导和对流两方面。

热模式奥姆定理ΔT＝QR，温差＝热流x热阻，热阻愈大，就有愈大的热产生在元件内。热阻之后来看热传递，热传递有垂直和水平方向，垂直方向相当于串连方式，串愈多热阻愈大，厚度相对要愈低。水平传递是并连方式，并连热阻数愈多，产生效果愈好。

降低LED热累积的方式有三种，一为改善发光效率，在芯片制作阶段，改善20％发光80％发热的能量配置，二为蓝宝石移除的垂直式LED，，三为封装基板采用高导热材料，和热膨胀系数匹配的材料，并且降低整个散热基板总热阻方式。

传统LED封装使用打线方式，但相对于金属，蓝宝石传热相当慢，所以热源会从金属线传导，但散热效果不佳。目前LED芯片端最新的散热技术为蓝宝石移除的垂直式LED，移除蓝宝石后的LED转贴至导热极佳的硅或金属基板上，大大增加散热性。但垂直式LED相较於传统水平式LED工艺繁琐，且移除蓝宝石后的LED芯片和转贴后的基板之间的热膨胀系数差异和附著性，对将来高功率LED长期使用是一个隐患。

发明内容

本发明目的在于解决现有技术中的上述散热问题，提供一种通孔式高散热LED芯片，以及制作该通孔式高散热LED芯片的结构，其主要将LED芯片以晶圆键合方式形成一高散热底板，从而在芯片端改善热传和散热问题，并将部份N型电极透过通孔和底板相连接，部份N型电极透过侧壁化和底板相连接。使芯片垂直上下各成正负极，减少封装打线数量，增加出光面积和效率。

发明的一个方面，提供一种制作通孔式高散热LED芯片的结构和方法，该结构包含至少一芯片和一底板，所述芯片包括衬底和生长在一衬底表面的发光外延层；所述衬底具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面；在所述衬底的第二表面形成一反射层，在该衬底第二表面形成的反射层上晶圆键合一散热性良好的底板；以及在所述第一表面上形成发光外延层，其中从所述发光外延层发射的光包括远离所述衬底方向传播的光以及向着所述衬底方向传播的光，向着所述衬底方向传播的光至少部分地透过所述衬底后被所述反射层反射。

根据本发明的另一个方面，将部份N型电极透过通孔和底板相连接，部份N型电极透过侧壁化和底板相连接。使芯片垂直上下各成正负极，减少封装打线数量，增加出光面积和效率。通孔和侧壁金属或合金含反射与不反射二种，反射型可充份收集侧光回到芯片中来与避免光被吸收。

采用本发明提供的制作LED芯片的结构，可以使得依该结构制得的LED芯片中，在取光方向的电极面积减少，不只电流走向均匀，且发光外延层发射的向着衬底方向传播并从衬底背面出射的光被直接地、牢固地附着在衬底背面的反射层反射为从衬底正面出射，借此能够有效地利用上述向着衬底方向传播的光，提高LED芯片的整体出光效率。更重要地，在此反射层之后，以高压晶圆键合方式形成的高散热底板，帮助LED芯片在大功率操作下散热，部份N型电极透过通孔和底板相连接，部份N型电极透过侧壁化和底板相连接，使得LED芯片所产生的热，能更有效率地透过N型电极往下传导至高散热底板，从而增加LED的发光效率和延长使用寿命。

附图说明