专利名称：集成微结构的大功率发光二极管封装结构的制作方法
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60-1001m/W，高压钠 灯的发光效率为60-1201m/W，而目前大功率氮化镓(GaN)基白光LED (蓝光 十荧光粉)的发光效率最高也只有1001m/W，普通的只有30-50 lm/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，縮短寿 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一基板一热沉一环境。 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。
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。ll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
以下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. 3腿,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. 63rara，参见图2d。釆用金属腐蚀工艺，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lmm，下铜片32厚度为3iran。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。采用DBC工艺把另一块铜片34 (厚度为0. 2腿)和复合铜片36同时键 合到陶瓷片35的上下表面，陶瓷片材料为氮化铝，厚度为lmm，参见图3b。采用金属腐蚀工艺，在铜片34上形成芯片区和电路结构37 (同时保护 下铜片31),即制备出另一种集成微通道结构的封装基板，参见图3c。图4为采用本实用新型制备的LED封装基板结构图，发光芯片41通过 固晶层42固定在芯片区43，发光芯片41通过金线48与电路连接，下铜片 45采用DBC工艺与陶瓷片44键合在一起，下铜片45上设有微通道46，发 光芯片41上表面设有含荧光粉硅胶层47，外部为封装硅胶层49。在上述实施例中，所述微通道结构的截面形状还可为长方形或半圆形， 微通道可布置为蛇形或M形单层或多层结构。
权利要求1.一种集成微结构的大功率发光二极管封装结构，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)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。
2. 根据权利要求1所述的集成微结构的大功率发光二极管封装结构，其特 征在于所述上铜片上有芯片区和电路结构。
3. 根据权利要求1所述的集成微结构的大功率发光二极管封装结构，其特 征在于所述微通道为蛇形或M形单层或多层结构，其截面形状可为正 方形或长方形或半圆形。
4. 根据权利要求1所述的集成微结构的大功率发光二极管封装结构，其特征 在于所述陶瓷片为氧化铝或氮化铝或陶瓷材料。
专利摘要一种集成微结构的大功率发光二极管封装结构，主要包括陶瓷片、上铜片和下铜片，其特征在于所述两铜片通过直接键合铜(DBC)工艺键合在陶瓷片上下表面，并且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液，大大提高了封装散热能力。
文档编号H01L33/00GK201117676SQ20072007375
公开日2008年9月17日 申请日期2007年8月17日 优先权日2007年8月17日
发明者胜 刘, 刘宗源, 恺 王, 甘志银, 罗小兵, 谢庆明, 陈明祥 申请人:广东昭信光电科技有限公司