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1、(10)申请公布号 CN 102790161 A (43)申请公布日 2012.11.21 C N 1 0 2 7 9 0 1 6 1 A *CN102790161A* (21)申请号 201210078639.2 (22)申请日 2012.03.22 13/110,642 2011.05.18 US H01L 33/48(2010.01) H01L 33/64(2010.01) H05K 1/02(2006.01) (71)申请人台湾积体电路制造股份有限公司 地址中国台湾新竹 (72)发明人叶伟毓 柯佩雯 孫志璿 傅学弘 (74)专利代理机构北京德恒律师事务所 11306 代理人陆鑫 房岭梅。
2、 (54) 发明名称 发光二极管载具 (57) 摘要 一种发光二极管(LED)载具组件包括安装在 硅基台上的LED管芯、导热并且电隔离地设置在 硅基台下面的中间层以及设置在中间层下面的印 刷电路板(PCB)。中间层与硅基台和PCB接合。本 发明还公开了一种发光二极管载具。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 1/1页 2 1.一种发光二极管(LED)载具组件，包括： LED管芯，安装在硅基台上； 中间层，导热并且电隔离地设置在所述硅基台下面。
3、；以及 印刷电路板(PCB)，设置在所述中间层下面， 其中，所述中间层与所述硅基台和所述PCB接合。 2.根据权利要求1所述的LED载具组件，进一步包括设置在所述PCB下面的散热层， 其中，至少一个通孔穿过所述PCB与所述散热层连接，或者所述散热层包括Al、Cu、Ag、 Fe或其任意组合。 3.根据权利要求1所述的LED载具组件，进一步包括设置在所述硅基台和所述中间层 之间的铜覆层， 其中，至少一个通孔穿过所述中间层连接所述PCB和所述铜覆层，或者所述LED载具组 件进一步包括设置在所述硅基台和所述铜覆层之间的导热焊盘或导电焊盘。 4.根据权利要求1所述的LED载具组件，其中，使用共晶接合或焊。
4、接层，所述中间层与 所述硅基台和所述PCB接合；或者 所述中间层包括AlN、Al 2 O 3 、金刚石或其任意组合；或者 所述PCB包括FR-4、基于Al的金属芯PCB(MCPCB)或基于Cu的MCPCB。 5.一种制造发光二极管(LED)载具组件的方法，包括： 接合LED管芯和硅基台； 接合所述硅基台和导热并且电隔离的中间层；以及 接合所述中间层和印刷电路板(PCB)。 6.根据权利要求5所述的方法，进一步包括接合所述PCB和散热片， 其中，接合所述PCB和所述散热层包括将至少一个通孔穿过所述PCB与所述散热层连 接，或者所述散热层包括Al、Cu、Ag、Fe或其任意组合。 7.根据权利要求5。
5、所述的方法，进一步包括形成穿过所述中间层的至少一个通孔。 8.根据权利要求7所述的方法，其中，接合所述硅基台和所述中间层包括将所述至少 一个通孔穿过所述中间层与所述PCB连接。 9.根据权利要求7所述的方法，进一步包括在所述中间层上方形成铜覆层；以及 在所述铜覆层上方形成导热焊盘或导电焊盘，或者接合所述硅基台和所述中间层进一 步包括将所述至少一个通孔穿过所述中间层与所述铜覆层连接。 10.一种发光二极管(LED)载具组件，包括： LED管芯，安装在硅基台上； 中间层，导热并且电隔离地设置在所述硅基台下面； 印刷电路板(PCB)，设置在所述中间层下面；以及 散热层，设置在所述PCB下面， 其中，。
6、所述中间层与所述硅基台和所述PCB接合，至少一个第一通孔穿过所述PCB与所 述散热层连接，并且至少一个第二通孔穿过所述中间层与所述PCB连接。 权 利 要 求 书CN 102790161 A 1/4页 3 发光二极管载具 技术领域 0001 本发明大体涉及集成电路并且更具体地涉及发光二极管(LED)载具。 背景技术 0002 例如，在单个封装件中使用差不多10W及以上的高功率LED被更为广泛地应用，并 且将来有望使用带有甚至更大功率的LED。LED中的一些电被转换成热量而不是光，并且如 果不去除该热量，LED将在高温下运行。这降低了LED的效率。因此，高功率LED的热处理 是个重要的问题。在一。
7、些LED中，在LED载具上使用氮化铝(AlN)，因为AlN是一种带有高 热导率(150W/mK)和良好的电隔离(10kV/mm)的材料。但是，由于该材料的易碎特 性，AlN昂贵并且难于组装。 发明内容 0003 为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种发光二 极管(LED)载具组件，包括：LED管芯，安装在硅基台上；中间层，导热并且电隔离地设置在 所述硅基台下面；以及印刷电路板(PCB)，设置在所述中间层下面，其中，所述中间层与所 述硅基台和所述PCB接合。 0004 该LED载具组件进一步包括设置在所述PCB下面的散热层，其中，至少一个通孔穿 过所述PCB与所述散热层。
8、连接，或者所述散热层包括Al、Cu、Ag、Fe或其任意组合。 0005 该LED载具组件进一步包括设置在所述硅基台和所述中间层之间的铜覆层，其 中，至少一个通孔穿过所述中间层连接所述PCB和所述铜覆层，或者所述LED载具组件进一 步包括设置在所述硅基台和所述铜覆层之间的导热焊盘或导电焊盘。 0006 在LED载具组件中，使用共晶接合或焊接层，所述中间层与所述硅基台和所述PCB 接合；或者所述中间层包括AlN、Al 2 O 3 、金刚石或其任意组合；或者所述PCB包括FR-4、基于 Al的金属芯PCB(MCPCB)或基于Cu的MCPCB。 0007 根据本发明的又一方面，提供了一种制造发光二极管。
9、(LED)载具组件的方法，包 括：接合LED管芯和硅基台；接合所述硅基台和导热并且电隔离的中间层；以及接合所述中 间层和印刷电路板(PCB)。 0008 该方法进一步包括接合所述PCB和散热片，其中，接合所述PCB和所述散热层包括 将至少一个通孔穿过所述PCB与所述散热层连接，或者所述散热层包括Al、Cu、Ag、Fe或其 任意组合。 0009 该方法进一步包括形成穿过所述中间层的至少一个通孔。 0010 在该方法中，接合所述硅基台和所述中间层包括将所述至少一个通孔穿过所述中 间层与所述PCB连接。 0011 该方法进一步包括在所述中间层上方形成铜覆层；以及在所述铜覆层上方形成导 热焊盘或导电焊。
10、盘，或者接合所述硅基台和所述中间层进一步包括将所述至少一个通孔穿 过所述中间层与所述铜覆层连接。 说 明 书CN 102790161 A 2/4页 4 0012 根据本发明的再一方面，提供了一种发光二极管(LED)载具组件，包括：LED管芯， 安装在硅基台上；中间层，导热并且电隔离地设置在所述硅基台下面；印刷电路板(PCB)， 设置在所述中间层下面；以及散热层，设置在所述PCB下面，其中，所述中间层与所述硅基 台和所述PCB接合，至少一个第一通孔穿过所述PCB与所述散热层连接，并且至少一个第二 通孔穿过所述中间层与所述PCB连接。 附图说明 0013 现将下面结合附图的说明作为参考，其中， 0。
11、014 图1是示出根据一些实施例的示例性发光二极管(LED)载具组件的示意图； 0015 图2A至图2C是示出根据一些实施例制造如图1所示的示例性发光二极管(LED) 载具组件的示例性步骤的示意图；以及 0016 图3是根据一些实施例用于制造如图1所示的示例性发光二极管(LED)载具组件 的方法的流程图。 具体实施方式 0017 下面，详细讨论本发明各实施例的制造和使用。然而，应该理解，本发明提供了许 多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施例仅仅示出了制造和使 用本发明的具体方式，而不用于限制本发明的范围。 0018 图1是示出根据一些实施例的示意性的发光二极管(LED)载。
12、具组件的示意图。该 LED载具组件100示出被安装在硅基台104上的LED管芯102。该LED管芯102可以是包 括不同材料的任意颜色LED。例如，LED管芯102可以包括对于蓝色/绿色的GaN、对于黄 色/红色的AlInGaP等。LED管芯102可以具有不同厚度(例如，大约100m，可以更薄或 更厚)的不同尺寸(例如，大约44mm 2 的尺寸，可以更大或更小)。 0019 硅基台104可以将用于LED管芯102的LED工艺与复杂的硅电路结合在一起。相对 较为简单的是使用成熟的半导体技术使电路处在硅基台上。可以基于硅工艺制造带有LED 或其他检测电路的复杂的集成电路。硅基台104可以具有不同的。
13、厚度例如，大约400m(可 以更薄或更厚)。 0020 共晶接合或焊接层106将硅基台104与导热焊盘108和导电焊盘110接合。共晶 接合或焊接层106可以是例如，厚度大约为2m的Ni/Au或AuSn合金。在其他实施例中， 可以使用直接接合或其他接合技术。存在多种本领域公知的接合工艺和规范。导热焊盘 108可以包括厚度大约为10m至大约14m的Cu/Ni/Au合金，合金通常用于从LED管芯 102到下面的层的有效的热传导。导电焊盘110可以包括厚度为大约10m至大约14m 的Cu/Ni/Au合金，合金被用于LED管芯102的电连接件，例如，用于负极或正极。铜覆层 112可以包括厚度大约为35。
14、m至大约200m的Cu。 0021 中间层114是导热的(例如，20W/mK)和电隔离的(例如，10kV/mm)。为了有 效地处理以带有高功率/热密度的硅基台104为基础的LED管芯102的热特性(例如，热 量)，有必要将LED管芯102放置在带有良好的热处理和电隔离特性的载具上。可以使用厚 度大约1mm至大约2mm的各种材料诸如，AlN、Al 2 O 3 、金刚石、其任意组合或任意其他适当的 材料。 说 明 书CN 102790161 A 3/4页 5 0022 通孔(或过孔)116被用于穿过中间层114的电连接。通孔116可以包括Cu、Au、 Ag或任意其他适当的材料(填充的)。其他共晶接。
15、合或焊接层118将中间层114(和通孔 116)和其他铜覆层120接合。该共晶接合或焊接层118可以包括Ni、Au或其他适当的材 料。共晶接合或焊接层118可以包括多个层，例如，可以同时使用厚度大约为3.81m的Ni 层以及厚度大约为0.0508m的Au层。在其他实施例中，可以使用直接接合或其他接合技 术。存在多种本领域公知的被用于接合中间层114和其他铜覆层120的接合工艺和规范。 0023 铜覆层120可以包括厚度为大约35m至大约200m的Cu。电隔离层122可以 是导热的介电层(例如，热导率大约为0.5W/mK至8W/mK)或带有低热导率的厚度大约为 35m至大约200m的环氧树脂。其。
16、他通孔(或过孔)124可以包括Cu、Au、Ag或其他适 当的材料(填充的)，用于传递热量。金属芯层126可以包括厚度为大约0.8mm至大约5mm 的Cu、Al或其他适当的材料。 0024 铜覆层120、电隔离层122以及金属芯层126在该实例中是金属芯PCB(MCPCB)的 部分。通孔124被用于穿过MCPCB 119进行热传导。MCPCB119可以承受高击穿电压。在各 种实施例中，可以使用不同的PCB，例如，包括FR-4的PCB、基于Al的MCPCB、或基于Cu的 MCPCB或任意其他种类的PCB。PCB使LED模块的装配更容易。 0025 在使用直接式(direct-type)MCPCB的。
17、实施例中，PCB可以不具有用于电隔离层 112的介电层，并且可以只具有铜覆层120和金属芯层126(例如，基于Al)。直接式的MCPCB 可以实现更迅速的热传递。通过使用PCB119作为LED载具的底部而不将与中间层材料114 相同的材料用于整个LDE载具，可以使中间层114的尺寸更小以适合LED管芯102的尺寸 从而降低成本。 0026 散热层128可以包括Al、Cu、Ag、Fe、其任意组合或任意其他适当的材料。散热层 128的尺寸依赖于具体情况(例如，功率或热量多大、温度的需求等)。例如，10W的LED源 极可能需要10000mm 2 的散热面积。 0027 图2A至图2C是示出根据一些实。
18、施例制造如图1所示的示例性发光二极管(LED) 载具组件的示例性步骤的示意图。在图2A中，使用包括导热和导电焊盘接合的接合层103 将LED管芯102与硅基台104接合。 0028 在图2B中，使用包括导热和导电焊盘接合的接合层105将硅基台104与中间层 114(和通孔116)接合。接合层105与图1中的共晶接合或焊接层106、导热焊盘108和导 电焊盘110以及铜覆层112相对应。 0029 在图2C中，使用接合层115(包括导热和导电焊盘接合)将中间层114(和通孔 116)与包括电隔离层122、通孔124以及金属芯层126的PCB接合。接合层115与图1中 的共晶接合或焊接层118以及。
19、铜覆层120相对应。 0030 图3是根据一些实施例用于制造如图1所示的示例性发光二极管(LED)载具组件 的方法的流程图。在步骤302中，将LED管芯与硅基台接合。可以使用共晶接合、直接接合 或其他接合技术。存在多种本领域公知的并且适用于步骤302的接合工艺和规范。在步骤 304中，将硅基台与导热并且电隔离的中间层接合。在步骤306中，将中间层与印刷电路板 (PCB)接合。 0031 在各种实施例中，PCB都与散热层接合。至少一个通孔(或例如，填充有Cu的通 孔)穿过PCB与散热层连接。散热层包括Al、Cu、Ag、Fe或其任意组合。穿过中间层形成 说 明 书CN 102790161 A 4/。
20、4页 6 至少一个与PCB连接的通孔(或例如，填充有Cu的通孔)。铜覆层形成在中间层上方。导 热焊盘或导电焊盘形成在铜覆层上方。至少一个通孔穿过中间层与铜覆层连接。 0032 根据一些实施例，发光二极管(LED)载具组件包括安装在硅基台上的LED管芯、 被设置在硅基台下面的导热并且电隔离的中间层以及设置在中间层下面的印刷电路板 (PCB)。中间层与硅基台和PCB接合。 0033 根据一些实施例，用于制造发光二极管(LED)载具组件的方法包括将LED管芯与 硅基台接合。将该硅基台与导热并且电隔离的中间层接合。将该中间层与印刷电路板(PCB) 接合。 0034 本领域技术人员应该理解，可以存在多种。
21、本发明的实施例的变化。尽管已经详细 地描述了本发明及其优势，但应该理解，可以在不背离实施例的主旨和范围的情况下，在此 做出各种改变，替换和更改。而且，本申请的范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、 制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员应理解，通过本 发明，现有的或今后开发的用于执行与根据本发明所采用的所述相应实施例基本相同的功 能或获得基本相同结果的工艺、机器、制造，材料组分、装置、方法或步骤根据本发明可以被 使用。 0035 以上方法实施例示出了示例性步骤，但并不一定要按照所示顺序实施。根据本发 明实施例的主旨和范围，可以对步骤做适当的增加，替换，改变顺序和/或删除。结合了不 同权利要求和/或不同实施例的实施例仍然在本发明的范围之内，并且在审阅本发明之 后，对于本领域普通技术人员而言也是显而易见的。 说 明 书CN 102790161 A 1/3页 7 图1 图2A 说 明 书 附 图CN 102790161 A 2/3页 8 图2B 图2C 说 明 书 附 图CN 102790161 A 3/3页 9 图3 说 明 书 附 图CN 102790161 A 。