[发明专利]一种基于金刚石薄膜的LED散热基底及其制作方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及光电器件封装及材料的交叉技术领域，特别是一种基于金刚石薄膜的散热基底及其制作方法。

(二)背景技术

发光二极管(LED)是直接将电能转化成光能的发光元件，有着传统光源所不具备的诸多优点，例如：较好的驱动特性、较快的响应速度、较高的抗震能力、较长的使用寿命、绿色环保等优点。但是低发光率和高成本限制了其在照明领域的广泛应用，随着LED芯片制造技术和封装技术的不断发展，近年来LED一直沿着Haitz定律(LED界的Moore定律)不断的提高亮度，降低成本。人们开始关注LED照明的应用，并且将LED誉为第四代照明光源的最有力的竞争者。

作为21世纪最具前景的高技术领域之一，半导体LED照明技术发展正面临着严峻的挑战——高功率白光LED半导体照明应用及普及首先要解决高功率引起的散热难题。研究表明，高功率LED封装引起的散热问题成为影响LED发光芯片质量与寿命的关键问题。热量引起结温的升高，同时导致芯片的发光效率降低，芯片周围荧光粉的激射效率降低，严重影响芯片的光学性能，同时热应力的非均匀分布也容易降低器件的使用寿命和稳定性。尤其是当前LED芯片的多芯片组件(MCM)封装技术，模块间互相影响，高热阻会导致芯片失效等问题更加严重。

传统的蓝宝石衬底的GaN功率芯片为正装芯片，电极位于出光面上，从而大大限制了芯片的功率和出光率。这种结构的散热是由蓝宝石衬底导出去的，由于蓝宝石的导热率较低，导热路径长，使得这种结构的LED芯片的热阻很高。为了提高发光效率、减小光衰、提高芯片的可靠性，工业上采用主流的封装技术是LED flip-chip封装技术，而较为典型的LED flip-chip封装工艺是把芯片通过金凸点与硅基底焊接在一起，然后在硅基底上引出正负电极，在与管座、透镜封装成一体。这种封装需要与相应的散热基底(Al基底)相连接才能减少热阻，传统的硅基底热导率是Al和Cu的1/2-1/3，因此不利于散热。

对于高功率引起的散热问题可以考虑从两个方面来解决，一是应用导热率高的新型材料；二是采用新的基底散热结构。目前人们已经开发出了基于不同材料的散热基底用于LED flip-chip结构封装，比如铝基底、陶瓷基底、铜基底、甚至开发氮化铝、氧化铋等基底，这些基底中一方面有些材料环境不友好、存在安全问题，如氧化铋；另一方面即使采用热导率接近400W/m·K的铜基底LED封装技术，但是器件集成兼容性较差，且随着功率的进一步提高，仍然无法满足高功率LED的散热问题。对散热基底结构进行改进以提高散热效率的方法也取得了一些进展。广东中山市刘崇儒的专利：平板散热式LED及其制作方法(CN101246940)，介绍了一种增大基底面积来提高散热效果的方法。但是这种方法在封装时采用导热率不是很高的环氧树脂或者硅胶，增加了结热阻，基底散热效率的提高有限。大连安得工贸有限公司金光阁、李晓晨等人的专利：开放式多层复式LED散热系统(CN101210670)，介绍了一种多层复式散热基底。此散热基底采用质轻而导热效果相对优良的金属板材制成开放式双层或多层的复式结构散热载体，散热载体的上层安装有相对较大的主散热片。层间选用多个具有高效热传导性能的导热管连结，导热管的受热部分及散热部分都埋置进入散热载体内。这种结构制作方法复杂，且必须保证导热管和散热管要有良好的接触，否则将大大降低此结构的散热性能。浙江省宁海县王其林的专利：一种利用气压和风洞的LED灯散热方法(CN101178171)，在此专利中介绍了一种利用LED灯壳体和壳体内的电路板、电源和恒流源上的散热板构成一个空气流通道，通过空气流通道中形成的空气流，将电路板、电源和恒流源工作时产生的热量随时带出壳体外，达到散热。此种散热结构制作过程复杂且由于空气的导热系数(0.023W/m·K)较小，故散热效果有限。本发明将采用导热率最高的金刚石(1000-2000W/m·K)作为基底散热材料，在硅衬底上形成基底DOS结构，将材料改进的方法和基底结构改进的方法结合起来，以提高基底的散热性能。

(三)发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种导热效率高，散热快，制作简单且与传统CMOS工艺兼容的基于金刚石薄膜的LED芯片散热基底及其制作方法。

本发明的技术方案：