一種改善熱分布集中的超大功率光電器件制造技術

一種改善熱分布集中的超大功率光電器件，包括光電器件芯片，芯片的外延層包括彼此隔離的多個單胞，該等單胞相互串聯或并聯，且該等單胞中的至少兩個單胞相互并聯形成至少一個單胞組，該至少一個單胞組還與該等單胞中其余的一個以上單胞和/或一個以上單胞組串聯，且每一單胞組內的所有單胞均排布在一個矩形區域內，該區域相對較短邊與相對較長邊的比值＞0.5，但≤1。本實用新型專利技術通過采用多胞設計，并將其中若干單胞并聯形成單胞組，且使各單胞組內的單胞排布在長寬比約為1的矩形內，進而使節溫較高的單胞可向周圍單胞傳導熱，使相鄰單胞節溫保持一致，避免節溫較高的單胞成為熱斑和熱崩，從而有效提升大功率光電器件的工作性能，并延長其使用壽命。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
一種改善熱分布集中的超大功率光電器件
本技術涉及一種半導體光電器件，尤其涉及一種改善熱分布集中的超大功率光電器件，屬于半導體光電
。
技術介紹
光電器件是指光能和電能相互轉換的一類器件。其種類眾多，如:發光二極管(LED)、太陽能電池、光電探測器、激光器(LD)等等。LED以其固有的特點，如省電、壽命長、耐震動，響應速度快、冷光源等特點，廣泛應用于各種照明等領域，但由于其亮度差、價格昂貴等條件的限制，無法作為通用光源推廣應用。近幾年來，隨著人們對半導體發光材料研究的不斷深入，LED制造工藝的不斷進步和新材料(氮化物晶體和熒光粉)的開發和應用，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進展，其發光效率提高了近1000倍，色度方面已實現了可見光波段的所有顏色，其中最重要的是超高亮度白光LED的出現。據國際權威機構預測，二十一世紀將進入以LED為代表的新型照明光源時代，被稱為第四代發光源。目前，LED已經大量進入大屏幕顯示、裝飾照明、建筑照明、交通指示、IXD背光等市場，可是更大的市場在于普通照明，而LED還未能打入這個龐大市場。同時在熒光顯微鏡和投影儀市場中，LED所占的市場份額還很低，這是由于現在的LED還不能他們應用的要求造成的。普通照明、熒光顯微鏡以及投影儀需要大功率的LED產品，可是現在的大功率LED技術還不成熟，對于普通照明領域來說大功率LED制造成本還很昂貴。在工業生產中，增加芯片面積能起到降低成本的作用，有利于產品的升級、換代，可是涉及到產品的可靠性問題，尤其是在大功率應用中的熱可靠性。如果不能有效控制芯片的可靠性，那么增加芯片面積就變得毫無意義，甚至導致生產成本驟增。以下簡單分析LED芯片的熱可靠性:一方面，LED的結溫隨電流的增大而上升；另一方面，電流隨溫度的上升，又以指數形式增大；這樣就形成了熱電正反饋。大功率器件的結溫通常在芯片內是不均勻分布的，某些區域的溫度較高，電流較大，在過激勵的情況下，這些溫度較高的區域，電流集中，導致該區域越來越亮，而其他區域由于分到電流減少，亮度減少，芯片發光便不均勻，影響器件使用。更嚴重的是電流嚴重集中，由于熱電正反饋的作用，溫度進一步增加，成為熱斑，當溫度超過所能承受的結溫時，該處燒毀(熱崩)，進而導致整個芯片失效。器件芯片面積越大，溫度分布越不均勻，熱斑出現的概率越大，可靠性也會隨之下降。因此，提高熱可靠性是大面積、大功率LED器件的關鍵。
技術實現思路
鑒于現有技術的以上不足，本技術的目的在于提供一種改善熱分布集中的超大功率光電器件，以提高大功率光電器件的輸出特性和成品率。為實現上述目的，本技術采用了如下技術方案:—種改善熱分布集中的超大功率光電器件，包括光電器件芯片，所述芯片的外延層包括彼此隔離的復數個單胞，該復數個單胞相互串聯或并聯，該復數個單胞中的至少兩個單胞相互并聯形成至少一個單胞組，并且該至少一個單胞組還與該復數個單胞中其余的一個以上單胞和/或一個以上單胞組串聯，其中，每一單胞組內的所有單胞均排布在一個矩形區域內，所述矩形區域的相對較短的邊與相對較長的邊的比值大于0.5，但小于或等于1作為較為優選的實施方案之一，所述芯片包括依次串聯的復數個單胞組，每一單胞組包括兩個以上并聯設置的單胞。作為較為優選的實施方案之一，該復數個單胞組沿設定的折返曲線形軌跡依次串聯。該復數個單胞組排布在一個矩形區域內，所述矩形區域的相對較短的邊與相對較長的邊的比值大于0.5，但小于或等于I。進一步的，每一單胞組內的每一單胞的正、負極均與該單胞組的正、負極互聯金屬電連接。任一單胞組的正、負極互聯金屬還均與相鄰單胞組的負、正極互聯金屬電連接。位于最上游的單胞組的正極互聯金屬和最下游的單胞組的負極互聯金屬還分別與芯片的陽極壓焊區和陰極壓焊區電連接，或者，位于最上游的單胞組的負極互聯金屬和最下游的單胞組的正極互聯金屬還分別與芯片的陰極壓焊區和陽極壓焊區電連接。進一步的，所述超大功率光電器件還包含轉移基片，所述芯片通過倒裝焊形式與轉移基片結合。所述轉移基片上分布有復數個互聯金屬組，每一單胞組的正、負極互聯金屬分別與轉移基片上對應互聯金屬組內的正、負互聯金屬電連接，并且，每一互聯金屬組內的正、負互聯金屬還分別與相鄰互聯金屬組內的負極、正極互聯金屬電連接，而位于最上游的互聯金屬組內的正極互聯金屬和最下游的互聯金屬組內的負極互聯金屬還分別與芯片的陽極壓焊區和陰極壓焊區電連接，或者，位于最上游的互聯金屬組內的負極互聯金屬和最下游的互聯金屬組內的正極互聯金屬還分別與芯片的陰極壓焊區和陽極壓焊區電連接。所述單胞的平面形狀為規則幾何形狀或非規則形狀，所述規則幾何形狀包括矩形、三角形、正多邊形或圓形。優選的，該復數個單胞中，相鄰單胞之間的間距在Iym以上，但是在ΙΟμπι以下。所述超大功率光電器件包括功率為10瓦以上的發光二極管或固態激光器。進一步的，該復數個單胞組排布在一個矩形區域內，所述矩形區域的相對較短邊與相對較長邊的比值大于0.5，但小于或等于I。與現有技術相比，本技術至少具有如下優點:通過將光電器件芯片的有源區分割成許多小面積的單胞，并將其中若干單胞并聯形成單胞組(或稱，并聯組)，且使并聯組的單胞盡可能的排布在一個正方形或者長寬比接近I的矩形內，藉此設計，在出現某個單胞節溫較高的情形時，該單胞可通過襯底向周圍單胞傳導熱，并且熱場呈環狀擴散，進而使相鄰單胞節溫保持一致，避免熱電正反饋作用使得節溫較高的單胞成為熱斑和熱崩，從而有效提升大功率光電器件的可靠性、發光效率等方面的工作性能，并延長其使用壽命?！靖綀D說明】圖1是本技術一較佳實施方式的原理結構示意圖；圖2a是本技術實施例1中改善熱分布集中的超大功率光電器件的主視圖；圖2b是本技術實施例1中改善熱分布集中的超大功率光電器件的剖視圖；圖3a是本技術實施例2中改善熱分布集中的超大功率光電器件的主視圖；圖3b是本技術實施例2中改善熱分布集中的超大功率光電器件的剖視圖；圖3c是本技術實施例2中改善熱分布集中的超大功率光電器件的光學照片。【具體實施方式】如前所述，本技術的主旨在于提供一種新型的超大功率光電器件，其通過采用多胞設計及獨特的電路結構設計，進而有效改善了光電器件芯片內出現的熱分布集中問題。在本技術的一優選實施方式中，其技術方案可以概括為:一種改善熱分布集中的超大功率光電器件(亦可稱為“改善熱分布集中的多胞連接大功率光電器件”)，其芯片被分隔成m*n個單胞，每η個單胞的正極、負極由對應極性的互聯金屬分別連接在一起，因此可以稱這每η個單胞為一個并聯組(也可稱為“單胞組”)，其中，m為大于I的正整數，η >> 1，亦為正整數。進一步地，每個并聯組的正極、負極互聯金屬分別和相鄰并聯組的負極、正極互聯金屬連接。進一步地，最外側(即，最上游和最下游)的并聯組正極、負極互聯金屬分別和芯片的陽極、陰極壓焊區連接?；蛘撸摴怆娖骷€可包含轉移基片，光電器件的芯片通過倒裝焊形式與轉移基片結合，每個并聯組單胞正極、負極金屬分別通過轉移基片上對應極性的互聯金屬連接，轉移基板上每個并聯組的正極、負極互聯金屬分別和相鄰并聯組的負極、正極互聯金屬連接，并且最外側正極、負極互聯本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種改善熱分布集中的超大功率光電器件，包括光電器件芯片，所述芯片的外延層包括彼此隔離的復數個單胞，該復數個單胞相互串聯或并聯，其特征在于，該復數個單胞中的至少兩個單胞相互并聯形成至少一個單胞組，并且該至少一個單胞組還與該復數個單胞中其余的一個以上單胞和/或一個以上單胞組串聯，其中，每一單胞組內的所有單胞均排布在一個矩形區域內，所述矩形區域的相對較短邊與相對較長邊的比值大于0.5，但小于或等于1。

【技術特征摘要】
1.一種改善熱分布集中的超大功率光電器件，包括光電器件芯片，所述芯片的外延層包括彼此隔離的復數個單胞，該復數個單胞相互串聯或并聯，其特征在于，該復數個單胞中的至少兩個單胞相互并聯形成至少一個單胞組，并且該至少一個單胞組還與該復數個單胞中其余的一個以上單胞和/或一個以上單胞組串聯，其中，每一單胞組內的所有單胞均排布在一個矩形區域內，所述矩形區域的相對較短邊與相對較長邊的比值大于0.5，但小于或等于I。2.根據權利要求1所述的改善熱分布集中的超大功率光電器件，其特征在于，所述芯片包括依次串聯的復數個單胞組，每一單胞組包括兩個以上并聯設置的單胞。3.根據權利要求2所述的改善熱分布集中的超大功率光電器件，其特征在于，該復數個單胞組沿設定的折返曲線形軌跡依次串聯。4.根據權利要求1或2所述的改善熱分布集中的超大功率光電器件，其特征在于，每一單胞組內的每一單胞的正、負極均與該單胞組的正、負極互聯金屬電連接。5.根據權利要求2所述的改善熱分布集中的超大功率光電器件，其特征在于，任一單胞組的正、負極互聯金屬還均與相鄰單胞組的負、正極互聯金屬電連接。6.根據權利要求2所述的改善熱分布集中的超大功率光電器件，其特征在于，位于最上游的單胞組的正極互聯金屬和最下游的單胞組的負極互聯金屬還分別與芯片的陽極壓焊區和陰...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王瑋，蔡勇，張寶順，
申請(專利權)人：中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所，
類型：實用新型
國別省市：