[实用新型]一种高效高压电极侧壁化键合式LED芯片

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效高压电极侧壁化键合式LED芯片的结构。 

背景技术

相比较传统的直流LED照明产品，高压LED产品不需要变压器件，不但节约了成本，且性能更稳定、电流密度更为均匀、发光效率也更高。发光效率提升与器件成本降低并重是LED核心技术发展的趋势。目前，外延芯片技术的提升使其成本比例迅速下降，但分立式芯片后端工艺和传统封装工艺成为成本瓶颈。另外，当LED器件效率＞100lm/W时，还面临着大尺寸LED芯片出光效率，封装散热问题。传统LED封装问题，如成本、结构，随着通用照明对LED光源设计、多功能使用提出更高要求，模组光源、具系统功能光源的需求迅速增加。大功率、集成化是LED芯片和光源发展的一种趋势。。 

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，提供一种高效高压电极侧壁化键合式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，并将部分电极加以侧壁化，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，提供一种高效高压电极侧壁化键合式LED芯片的结构，该结构包含至少一芯片和一底板，所述芯片包括衬底(所述衬底可以是不透明导电的硅，透明导电的碳化硅，透明不导电的氧化铝。)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(所述衬底的第一表面和第二表面，可以是平面，图形，纳米结构，光子晶体。)；在所述衬底的第二表面形成一反射层(所述反射层可以是金属层或合金层，单层或多层，DBR全反射膜、DBR全反射膜加金属层或合金层。)，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(所述底板可以是导电导热的金属材料或半导体材料，如钼、铝、镍、铜、铜钨、硅等。)；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。