一种具有导热基座的发光二极管装置，包含发光二极管晶片、与发光二极管晶片连接的导热基座及提供电能的电极单元，发光二极管晶片具有底面形成有至少一个填充孔的基材及设置在基材上并在提供电能时产生光的动作膜，导热基座由高热传导系数的材料构成，具有与该发光基材底面连接的基底、及自基底向上凸伸且对应地填满填充孔的凸块，发光二极管晶片操作时产生的热，在经由极短的基材路径传导后，即可从导热基座的凸块、基底直接、快速地导至外界，简单且有效的降低操作接合面温度，提升整体的发光亮度与工作寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种发光二极管装置，特别是涉及一种具有导热基座的发光二极管装置。
技术介绍
参阅图1, 一般的发光二极管晶片1包含一块基材11、 一层连接在该基材11上的动作膜12及一组用于提供电能的电极单元13。该基材11由易于供氮化镓类的半导体材料磊晶成长，例如蓝宝石(sapphire)的材料构成。这层动作膜12通常是选自氮化镓类的半导体材料、并自基材向上磊晶形成，具有分别经过掺杂而成n、p型的第一、二覆盖层121、122(n-typecladding layer、 p画type cladding layer), 及一层形成在i亥第一、二;f隻盖层121、 122之间的主动层123 ( active layer),所述第一覆盖层121、第二覆盖层122相对该主动层123形成载子能障而在对该动作膜12提供电能产生电子-电洞复合、释放能量，进而转换成光。该电极单元13包括两片可提供电能的电极131、 132,所述电极131、132分别与第一、二覆盖层121、 122形成欧姆4妄触，并相互配合对该动作膜12提供电能；当自该两片电极131、 132施加电能时，电流分散流通过该动作膜12,而使该动作膜12以光电效应产生光子，进而向外发光。由于发光二极管晶片1工作时，有将近70%的电功率无法转换成光而转换成热，造成发光二极管晶片1操作接合面的温度上升，从而使得动作膜12的载子局限效果降低、载子生命期缩短，进而导致载子辐射复合效率(radiative recombination efficiency)降低，这种热功率上升而使光功率下降的恶性循环，会造成随着输入电流的增加而造成光输出功率饱和甚至下降的现象，所以如何使操作时的接合面温度降低， 一直是发光 二极管
从未停止的研究课题。一般说来，单晶片式的发光二极管晶片1都是通过固晶材料140(例如银胶)直接固定安装在封装用的大面积(相对大于发光二极管晶片1而言)铝基板150 (或电路板)上的，通过大面积且由具有高热传导系数 的材料构成(即导热速率较快)的基板150，将发光二极管晶片1的动作 膜12操作时所产生的热快速地导离发光二极管晶片l本身，以降低发光 二极管晶片1的接合面温度(junction temperature),避免因内废热导致 结构的质变，而减少工作寿命；但是，这种方式一方面受限于热传导路 径过长-至少需经过基材11的厚度、固晶材料140的厚度之后才会进入 基板150由基板150传导，另一方面，固晶材料140的热传导系数通常 较低，所以并无法真正的有效降低发光二极管晶片1的接合面温度、提 升光输出效率，此外，大面积的封装用基板150也会增加材料成本及封 装后的元件体积，反而造成另一需要解决的问题。参阅图2,近来也有采用晶片接合技术(wafer bonding)来解决发光 二极管的散热问题，这项技术主要是把易于磊晶氮化镓类半导体材料的 基材ll去除，将动作膜12、电极单元13等结构"接合"在热传导率高 于原基材的半导体基板120,例如"接合"在硅基板上，如此一来，动作 膜12操作时所产生的热，可以通过半导体基板120快速地导离动作膜12 本身而传导至外界、降低接合面温度；但是，这样的技术除了会导致制 程复杂与成本上升之外，还会在移除磊晶用的基材11的过程中，动作膜 12会承受瞬间的高应力变化而造成晶格缺陷，使元件产生无法回复的漏 电(leakage)现象。所以，发光二极管仍需研发改善，以提升光输出效率，进而提升元 件的发光亮度、延长工作寿夺。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种具有导热基座的发光二极管装置，可 快速将内废热导离至外界，并具有接合面温度低、工作寿命长的优点。于是，本专利技术具有导热基座的发光二极管装置包含 一块发光二极 管晶片、 一块导热基座及一组电极单元。该块发光二极管晶片具有一层基材及一层动作膜，该基材包括一顶 面、 一相反于该顶面的底面及至少一个形成在该底面的填充孔，该动作 膜连接在该基材顶面上并在提供电能时以光电效应产生光。该块导热基座由高热传导系数的材料构成，具有一层与该基材底面 连接的基底、及至少一 自该基底向上凸伸且对应地填满该填充孔的凸块。该组电极单元与该动作膜电连接以提供电能使该动作膜发光。本专利技术的有益效果在于由该发光二极管晶片基材的填充孔与导热 基座容填于填充孔中的凸块，缩短动作膜操作时产生的内废热至外界散 逸的热传导路径，而可快速地将内废热导离至外界，使晶片具有低的接 合面温度，进而使整体装置具有高的光输出效率与长且稳定的工作寿命。附图说明图1是一剖视示意图，说明现有的发光二极管晶片以一固晶材料固 定安装在一封装用的基板上；图2是一剖视示意图，说明发光二极管晶片的晶片接合技术；图3是一剖视示意图，说明本专利技术具有导热基座的发光二极管装置 的一第一优选实施例；图4是一剖视示意图，说明本专利技术具有导热基座的发光二极管装置 的一第二优选实施例；图5是一剖视示意图，说明本专利技术具有导热基座的发光二极管装置 的一第三优选实施例；及图6是一温度梯度图，说明本专利技术有导热基座的发光二极管装置操 作时的接合面温度梯度。具体实施例方式下面结合附图及实施例对本专利技术具有导热基座的发光二极管装置进 4亍详细i兌明。参阅图3,本专利技术具有导热基座的发光二极管装置的第一优选实施例 包含 一块发光二极管晶片3、 一块导热基座4及一组电极单元5。该块发光二极管晶片3具有一层基材31及一层动作膜32,与现有的 发光二极管晶片相类似，该基材31由易于供氮化镓类的半导体材料蟲晶 成长的材津牛、例如蓝宝石(sapphire)构成，包4舌一顶面311、 一相反于 该顶面311的底面312及至少一个形成在该底面312的填充孔313，在本 例图示中仅绘示单一填充孔313作说明。该层动作膜32与目前的发光二极管晶片1的动作膜12相类似，通 常是选自氮化镓类的半导体材料、并自基材31顶面311向上磊晶形成， 并具有分别经过掺杂而成n、 p型的第一、二覆盖层321、 322、及一层 形成在该第一、二覆盖层321、 32之间的主动层323，该第一、二覆盖层 321 、 322相对该主动层323形成载子能障而在对该动作膜32提供电能产 生电子-电洞复合、释放能量，进而转换成光。特别地，该填充孔313可以在磊晶成长动作膜32之前或是之后以蚀 刻方式或是其它例如激光钻孔、水刀钻孔、机械钻孔方式成型，必须注 意的是，填充孔313底端至该基材31顶面311的距离须控制不小于5n m,避免成长的动作膜32结构不佳，或是已经成长的动作膜32结构遭到 应力作用而祐^皮坏。该块导热基座4由高热传导系数的材料，例如铜、铝、金、银、钼、 镍、及/或包含上述金属的合金、氮化铝、碳化鵠、碳化硅构成，具有一 层与该基材31底面312连接的基底41、及至少一自该基底41向上凸伸 且对应地填满该填充孔313的凸块42,值得一提的是，该块导热基座4 是先自该基材31底面312及该填充孔313内沉积一层金属或是合金的薄 层之后，再电镀增厚形成；当然，也可以预先对应该基材31填充孔313 的位置、形状等成型出导热基座4，再将二者接合成一体；或是混用二者 -先自该基材31底面及该填充孔313内沉积一层金本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有导热基座的发光二极管装置，包含：一块发光二极管晶片及一组电极单元，所述发光二极管晶片具有一层基材及一层动作膜，所述基材包括一顶面与一相反于所述顶面的底面，所述动作膜则连接在所述基材顶面上并在提供电能时以光电效应产生光，所述电极单元与所述动作膜电连接以提供电能使所述动作膜动作发光，其特征在于： 所述基材还包括至少一个形成在所述底面的填充孔，且所述发光二极管装置还包含一块由高热传导系数的材料构成的导热基座，所述导热基座具有一层与所述基材底面连接的基底、及至少一自所述 基底向上凸伸且对应地填满所述填充孔的凸块。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈锡铭，朱长信，
申请(专利权)人：奇力光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]
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