一种大功率阵列LED芯片表面散热结构及制作方法技术

一种大功率阵列LED芯片表面散热结构，其特征在于，阵列LED芯片发光单元之间的隔离槽内自下向上依次沉积有一层氮化铝、一层铜，形成栅格状金属层，即在芯片发光单元之间形成将芯片发光单元产生的热量引出的热沉通道。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种大功率阵列LED芯片表面散热结构及其制作方法，在阵列LED芯片发光单元之间的隔离槽内自下向上依次沉积有一层氮化铝、一层铜，形成栅格状金属层，即在芯片发光单元之间形成将芯片发光单元产生的热量引出的热沉通道。本专利技术可以有效提高其散热性能。而且，工艺简单易实现，既适合实验室研发又适合批量生产，可以有效解决目前大功率阵列LED芯片散热的技术难题，对于实现高效大功率LED照明具有重要意义。【专利说明】一种大功率阵列LED芯片表面散热结构及制作方法
本专利技术涉及LED
，特别涉及一种大功率阵列LED芯片表面散热结构及制作方法。
技术介绍
目前市场上普通直流氮化物LED的工作电压大都不超过5V，而我们日常生活用电通常为110V-240V，这样使用极为不便。氮化物阵列LED的出现有效解决了上述问题。阵列LED芯片是指将LED发光单元通过一定的排列方式集成到基底上，这样每个发光单元承担一定的分压，通过调整发光单元的个数就可以达到在高电压下使用的目的，这样电光转化效率大大提高。普通小功率LED因其工作电压太低，限制了其在日常照明的应用，氮化物阵列LED可直接接入到日常生活所用交流电路中，实用性高，所以研究氮化物阵列LED的意义深远。LED的电光转换效率比白炽灯和荧光灯高很多，但是仍有超过60%的输入电能转化成热能，该部分热能如果不能有效的散出，会导致芯片温度升高，这会引起热应力的非均匀分布、芯片发光效率和荧光粉激射效率下降，另外，如果LED长时间工作在非正常温度下，其寿命会大大降低。因此，如何有效的对LED芯片散热是LED应用的先决条件。目前普通直流氮化物LED所采用的散热方法通常是将LED芯片基底(通常为蓝宝石)用导热胶固定到导热金属上面，该方法对于小功率的LED芯片散热效果较好，但对于功率较高、产生热量较多的阵列LED芯片散热效果不佳，原因在于蓝宝石导热性能较差，仅约为20-30W/m.k，这样当产生热量较小时，热量可以慢慢散出，芯片温度在正常范围内，但是当芯片功率较大时热量就会积在芯片内导致温度升高。对于目前较为新颖的倒装焊封装技术，因其光从蓝宝石表面射出，有效避免了引线挡光的现象，同时大部分热量则从芯片另一面流入基板，有效避免了蓝宝石衬底导热性差的问题，这样散热效果及电光转换效率得到明显改善，但是当芯片功率较大时也会存在散热不佳的问题。在氮化物阵列LED芯片中，相邻的发光单元间距只有10-30微米，考虑到光刻时的倾角问题，其间隔会更小，这样会导致发光单元产生的热量无法很好地散出，发光单元的发光效率会随着芯片温度的升高而大大降低，如果单纯增加发光单元间距会使有效发光面积降低。散热问题是现在大功率阵列LED亟需解决的问题，此问题得不到有效解决，氮化物阵列LED芯片的应用将大受限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种大功率阵列LED芯片表面散热结构及制作方法，针对大功率阵列LED芯片的特点引入一种新型热沉通道，可以有效提高其散热性能。而且，工艺简单易实现，既适合实验室研发又适合批量生产，可以有效解决目前大功率阵列LED芯片散热的技术难题，对于实现高效大功率LED照明具有重要意义。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是:一种大功率阵列LED芯片表面散热结构，其特征在于，阵列LED芯片发光单元之间的隔离槽内自下向上依次沉积有一层氮化铝、一层铜，形成栅格状金属层，即在芯片发光单元之间形成将芯片发光单元产生的热量引出的热沉通道。一种大功率阵列LED芯片表面散热结构的制作方法，其包括如下步骤:I)在LED芯片发光单元之间的隔离槽内先沉积一层氮化铝，以此有效保护芯片内部电路，防止芯片发光单元之间的桥联金属短路，同时该层也起到热量传递的作用；2)在氮化铝有效保护好芯片内部电路后，在其上沉积一层金属铜；在沉积氮化铝及金属铜时，在适当的时候用光刻胶做掩膜来保护芯片的出光部分及芯片电极部分，确保在增强散热性能的同时不影响出光面积；3)阵列式LED芯片存在正装和倒装两种形式，对于正装芯片需将芯片固定在封装支架沟槽内，然后通过导热粘合剂连接栅格状金属层与封装支架金属热沉，形成热流通路；对于倒装芯片，用Cr/Sn/Au合金层将芯片热沉通道完全覆盖，通过倒装焊贴片机将芯片热沉通道与倒装焊基板连接，形成热流通路。本专利技术的一种大功率阵列LED芯片表面散热结构的制作方法，其包括如下步骤:I)在阵列LED芯片结构的表面涂覆一层光刻胶，此处选择正胶，并进行前烘处理；2)使用选择性透光光刻板对其进行曝光，将LED芯片结构中P-GaN层表面的光刻胶保留，阵列LED芯片发光单元之间的隔离槽的光刻胶曝光，并进行显影处理；3)在涂有光刻胶的LED芯片结构表面沉积一层氮化铝层，并对光刻胶进行剥离，氮化铝层厚度设定在80?300nm ；4)在隔离槽内的氮化铝层沉积一层金属铜层，金属铜层厚度5?10微米；5)减薄、抛光、背面镀膜、裂片工艺得到单颗芯片；6)芯片封装。进一步，氮化铝层沉积采用磁控溅射方式。又，铜层沉积采用逐次沉积的方法，每沉积I?2微米铜层将光刻胶剥离一次，重复步骤2)后继续沉积。另外，所述的步骤6)首先，将阵列LED芯片用导热粘合剂固定在LED支架的芯片凹槽内，芯片凹槽大小需与芯片大小相匹配；然后将阵列LED芯片的最外围热沉通道金属通过导热粘合剂连接，加热固化即可，使芯片表面的热沉通道与封装支架金属热沉连接；然后通过焊线、灌胶工艺形成器件。再有，本专利技术所述的导热粘合剂为银浆。本专利技术的一种大功率阵列LED芯片表面散热结构的制作方法，其包括如下步骤:I)在阵列LED芯片结构中的P-GaN层表面沉积一层氮化铝层，氮化铝层厚度设定在80?300nm ;氮化铝层厚度大于80nm时，绝缘性很好；2)在氮化铝层表面先涂覆一层光刻胶，使用选择性透光光刻板对其进行曝光，将LED芯片结构中P-GaN层表面氮化铝上的光刻胶保留，阵列LED芯片发光单元之间的隔离槽的光刻胶曝光，并进行显影处理；3)隔离槽内的氮化铝层上沉积金属铜层；4)阵列LED芯片表面再沉积一层倒装焊封装所需的Cr/Sn/Au合金层，该层厚度为3?5μπι，然后进行磨平处理；5)经减薄、抛光、裂片工艺形成单颗芯片，热沉通道被Cr/Sn/Au合金层覆盖，光从芯片的蓝宝石面发出。6)使用倒装焊贴片机将芯片合金层面与倒装焊基板焊接。进一步，氮化铝层沉积采用磁控溅射方式。又，铜层沉积采用逐次沉积的方法，每沉积I?2微米铜层将光刻胶剥离一次，重复步骤2)后继续沉积。具体来讲就是在芯片发光单元之间的隔离槽内先沉积一层氮化铝，然后在氮化铝层的上面沉积一层铜，形成栅格状金属层，该栅格状金属层起到及氮化铝层起到导热散热的作用，可以将发光单元产生的热量导出，从而使发光单元的温度保持在正常工作范围内，提闻光效。氮化铝是一种导热性好、热膨胀系数小、绝缘性好、抗金属侵蚀性强的耐热冲击材料，其热导率约为320W/m.k，因此，氮化铝十分适合做绝缘导热材料，引入该层的目的是有效保护芯片电流通路防止芯片中发光单元之间的桥联金属短路，同时该层也起到热量传递的作用。在氮化铝有效保护好芯片内部电路后，在其上沉积一层金属铜，纯铜的热传导率约为403W/m.k，其导热性能更好，沉积方法简单，同时价格低廉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率阵列LED芯片表面散热结构，其特征在于，阵列LED芯片发光单元之间的隔离槽内自下向上依次沉积有一层氮化铝、一层铜，形成栅格状金属层，即在芯片发光单元之间形成将芯片发光单元产生的热量引出的热沉通道。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴维群，贾砚林，于得鲁，陈阿平，熊峰，曹清，卢金雄，胡勇，
申请(专利权)人：宝钢金属有限公司，
类型：发明
国别省市：