[发明专利]LED散热基板、LED封装结构及二者的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED半导体领域，具体地说涉及一种封装大功率LED芯片用的散热基板，采用这种散热基板的LED封装结构以及二者的制作方法。

背景技术

随着全球环保的意识抬头和光电子技术的快速进步，具有节能、省电、高效率、反应时间快、寿命周期长、且不含汞的LED半导体照明产业正迅速成为最热门的产业之一。目前，小功率LED发光二极管芯片已广泛应用于显示屏，LCD电视和电脑显示屏的背光，以及室内装饰和通用照明等领域。然而LED未来最大的市场是在路灯照明上，而这个应用要求使用大功率、高亮度的LED芯片，并且对灯具系统的整体散热设计要求很高。

一般而言LED高功率产品输入功率约有20％能转换成光，剩下80％的电能均转换为热能，LED发光时所产生的热能若无法导出，将会使LED结面温度过高，进而影响产品生命周期、发光效率、稳定性。而LED的操作环境温度愈高，其寿命亦愈低。因此，要提升LED的发光效率，解决LED系统的热散管理与设计便成为了一个及其重要课题。

LED封装里散热基板的作用就是吸引晶片产生的热量，并传导到热沉上，实现与外界的热交换。常用的散热基板材料包括金属，如铝，铜；陶瓷，如氮化铝，氧化铝以及复合材料等。而其中氮化铝和氧化铝广泛为目前市场上的主流产品所采用。硅作为原材料来讲，热导率为140W/mk，和目前普遍采用的氮化铝160W/mK的导热率相近，热膨胀系数3.2×10-6/℃，和各主流LED外延生长芯片膨胀系数极为接近，在高温条件下机械应力变形小，利于延长芯片寿命。综合硅的各项物理、机械和热学性能和材料和加工费用，硅是一个很好的的大功率LED芯片封装基板材料。但是目前硅基板的生产和封装的技术基本由国外公司掌握，而且设计复杂、成本高。如中国专利文献CN 101517729A公开的《使用蚀刻停止层形成贯穿晶片电学互连及其它结构》以及中国专利文献CN1605126A公开的《带有一个或更多通孔的半导体结构》中硅基板的制作工艺都非常复杂，相应的成本很高，不适合推广使用。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种结构简单的LED散热基板。

实现本发明第一个目的的技术方案是一种LED散热基板，包括：

以SOI晶圆或单晶硅晶圆为基材，以SOI晶圆为基材的散热基板包括：

一硅材质的上层，其上包括通过蚀刻形成的硅杯；

一位于上层的下SOI晶圆内的二氧化硅材质的蚀刻停止层；

一硅材质的底层，其上包括通过蚀刻形成的至少二个导孔；

导孔内填充有金属导体；

以单晶硅晶圆为基材的散热基板包括：

在第一面上通过蚀刻形成的硅杯；

在第二面上通过蚀刻形成的至少二个导孔；

导孔内填充有金属导体。

所述硅杯的底部为正方形或者长方形；在硅杯的底部及SOI晶圆底层的下表面的背面或单晶硅晶圆的第二面上还包括Sn/Au合金或者银浆材质的粘接层。

所述硅杯的深度为300～500um；所述导孔的深度为50～200um上层的厚度为300～500um；，导孔的上端面的直径＞100um；所述以SOI晶圆为基材的散热基板的蚀刻停止层的厚度为1～2um；所述底层的典型厚度为50～200um。

本发明的第二个目的是提供一种结构简单、散热效果好的LED封装结构。

实现本发明第二个目的的技术方案是一种LED封装结构，包括：散热基板、大功率LED芯片和荧光粉/硅胶；散热基板以SOI晶圆或单晶硅晶圆为基材，

以SOI晶圆为基材的散热基板包括：

一硅材质的上层，其上包括通过蚀刻形成的硅杯；

一位于上层的下SOI晶圆内的二氧化硅材质的蚀刻停止层；

一硅材质的底层，其上包括通过蚀刻形成的至少二个导孔；

导孔内填充有金属导体；

硅杯的底部及底层的背面上包括Sn/Au合金或者银浆材质的粘接层；

以单晶硅晶圆为基材的散热基板包括：

在第一面上通过蚀刻形成的硅杯；

在第二面上通过蚀刻形成的至少二个导孔；

导孔内填充有金属导体；

硅杯的底部及第二面上包括Sn/Au合金或者银浆材质的粘接层；

一个或多个点阵排列的大功率LED芯片绑定在硅杯的底部的粘接层上，大功率LED芯片的引脚焊接在导孔内的金属导体上；

荧光粉/硅胶封装在硅杯内。