阶梯阵列式高压发光管及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体发光器件及其制备技术领域，特别是涉及一类GaN基阵列式高压发光管及其制备方法。器件由支撑衬底1、支撑衬底1上的焊片2和焊片2上面的单元管芯3构成，其特征在于：单元管芯3是垂直结构，其上电极31为条形，下电极32覆盖全部单元管芯3的下面；支撑衬底1是一维方向的阶梯形结构，在每个台阶上有金属化薄膜11；支撑衬底1的每个台阶上有一个单元管芯3，通过焊片2将单元管芯3焊接固定在支撑衬底1上，同时将上面的一个单元管芯的下电极32焊接在下面一个单元管芯的上电极31上，多个单元管芯串联焊接组成阶梯阵列式高压发光管。本发明专利技术克服正装结构散热不好，侨接电极制备工艺复杂的缺点，进一步拓展高压发光管应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体发光器件及其制备
，特别是涉及一类GaN基阵列式高 压发光管及其制备方法。
技术介绍
随着第三代半导体材料氮化镓的突破和蓝、绿、白光发光二极管的问世，继半导体 技术引发微电子革命之后，又在孕育一场新的产业革命——照明革命，其标志是半导体灯 将逐步替代白炽灯和荧光灯。由于半导体照明(亦称固态照明)具有节能、长寿命、免维护、 环保等优点，业内普遍认为，如同晶体管替代电子管一样，半导体灯替代传统的白炽灯和荧 光灯，也是科学技术发展的必然和大势所趋。目前用于半导体照明的发光器件主要是GaN 材料系发光管(LED)。但是单个发光管的驱动电压只有3伏多，用于高压交流(比如220伏 市电)时必须将高压交流转化为低压直流，这样就增加了电路的复杂性和电功率的损耗。 于是人们开始研究开发阵列式高压发光管，如台湾小太阳公司就报道了一种正装阵列式高 压发光管(见该公司网站microsolar. com. tw)。这种阵列式高压发光管结构如图1所示， 由带有金属化电极的支撑衬底1，支撑衬底1上的焊片2，焊片2上面的单元管芯3和侨接 电极4构成。这种阵列式高压发光管的单元管芯3是同面电极结构，其组装方式为正装结 构，散热不好，同时，这种侨接电极的制备需要蒸镀电极金属、光刻、腐蚀等复杂工艺。为了克服上述阵列式高压发光管的这一困难，本专利技术提出一种新型阶梯阵列式高 压发光管及其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为解决上述阵列式高压发光管散热不好，工艺复杂的一些问 题，提供一种新型。本专利技术的技术方案是本专利技术所设计的一种新型阶梯式高压发光管(见附图2和附图说明)，依次由支撑 衬底1、支撑衬底1上的焊片2和焊片2上面的单元管芯3构成，其特征在于1、单元管芯3是如图3所示的垂直结构，制备在单元管芯3出光面的上电极31为 条形，其面积占整个单元管芯3出光面表面积的5 30%，下电极32覆盖在全部单元管芯 3的下表面；2、支撑衬底1是如图4所示的一维方向的阶梯形结构，阶梯台阶的高度和单元管 芯3的厚度一样，其前后方向的宽度为单元管芯3的前后方向宽度，其左右方向的宽度比单 元管芯3的左右方向的宽度(即单元管芯3的长度)短5 30%，在阶梯形结构的每个台 阶的上面均制备有分立的常规材料的金属化薄膜11 ；3、在阶梯形结构的每个台阶的上面均设置有一个单元管芯3，焊片2设置在每个 单元管芯3下电极32的下面，焊片2的长宽尺寸和单元管芯3相同，厚度为5 60微米，通 过焊片2将每个单元管芯3固定在支撑衬底1的金属化薄膜11上，即固定在每个台阶上，同时沿阶梯上升的方向使每个单元管芯3的下电极32与其前一个单元管芯3的上电极31 电连接，从而使多个单元管芯3串联在一起组成了单元阶梯式高压发光管，如图2所示，阶 梯形结构的起始端为单元阶梯式高压发光管的低端，阶梯形结构的终止端为单元阶梯式高 压发光管的高端。进一步地为了使阵列高压发光管排列更多的单元管芯3，而又不进一步增加支撑 衬底1的厚度，只增加宽度和长度，本专利技术提出几种线形结构的阶梯式高压发光管阵列，这 种线形结构的阶梯式高压发光管阵列是把上述阶梯式高压发光管作为一个单元，将这样多 个单元的阶梯式高压发光管沿支撑衬底1的原一维方向进行重复排列，再将多个单元阶梯 式高压发光管的低端和高端进行电连接，从而形成串联或并联的单元阶梯式高压发光管阵 列。为了描述方便，我们先不考虑这些单元阶梯式高压发光管的电桥接连接方式，先 描述其位置的排列。如将第一个单元阶梯式高压发光管的高端和第二个单元阶梯式高压发 光管的低端相连接，再将第二个单元阶梯式高压发光管的高端和第三个单元阶梯式高压发 光管的低端相连接，余下依次排列，则排成锯齿形结构的阶梯式高压发光管阵列。如将第一个单元阶梯式高压发光管的高端和第二个单元阶梯式高压发光管的高 端相连接，再将第二个单元阶梯式高压发光管的低端和第三个单元阶梯式高压发光管的低 端相连接，余下依次排列，则排成升、降交替的凸凹形阶梯式高压发光管阵列；如只有两个 单元的阶梯式高压发光管，就形成了凸字形结构的阶梯式高压发光管阵列，如图5所示；如 果将第一个单元阶梯式高压发光管的低、高端互换，使第一个单元阶梯式高压发光管的低 端与第二个单元阶梯式高压发光管的低端相连接，则排成凹字形结构的阶梯式高压发光管 阵列。下面考虑这些单元阶梯式高压发光管的电桥接连接方式与方法，连接的方式可以 是串联也可以是并联，串联能够增加高压发光管的使用电压，并联能够增加高压发光管的 使用电流，根据设计需要按电路的基本常识选择。连接的方法用支撑衬底1排布的金属化 桥接线12和键合金属线相结合方法相连接。以如图5所示凸字形结构进行串联为例，可将 左边的单元阶梯管芯的低端下电极用金丝就近键合到左单元阶梯旁边的金属化桥接线12 左端上，然后将右单元阶梯管芯的高端上电极用金丝就近键合到左单元阶梯旁边金属化桥 接线12的右端，这样左单元阶梯管芯的上电极就成为整个高压发光管的上电极，右单元阶 梯管芯的下电极就成为整个高压发光管的下电极。再以如图5所示凸字形结构进行并联为 例，可将左单元阶梯管芯的低端下电极用金丝就近键合到左单元阶梯旁边的金属化桥接线 12左端上，同样将右单元阶梯管芯的低端下电极用金丝键合就近到右单元阶梯旁边的金属 化桥接线12上右端，再将左单元阶梯管芯的高端上电极和右单元阶梯管芯的高端上电极 用金丝键合连接，成为整个高压发光管的上电极，再将左单元阶梯旁边的金属化桥接线12 右端和右单元阶梯旁边的金属化桥接线12的左端用金丝键合连接，成为整个高压发光管 的下电极。对于多个单元阶梯式高压发光管也还可以有其他多种电桥接连接方法和方式， 可根据需要按电路的基本常识灵活设计。这种线形阶梯阵列式高压发光管和上述线形阶梯阵列式高压发光管相比较，特征 1和特征2均一样，只是支撑衬底1的形状和电连接方法方式有所改变。即几种线形阶梯阵 列式高压发光管，由支撑衬底1、支撑衬底1上的焊片2和焊片2上面的单元管芯3构成，其特征在于1、单元管芯3是如图3所示的垂直结构，制备在单元管芯3出光面的上电极31为 条形，其面积占整个单元管芯3出光面表面积的5 30%，下电极32覆盖在全部单元管芯 3的下表面；2、支撑衬底1是将如图4所示的一维方向的阶梯形作为一个单元阶梯，再沿着 支撑衬底1的原一维方向重复排列，排列的方式有多种，可以是第一个单元阶梯的高端和 第二个单元阶梯的低端相连接，再将第二个单元阶梯的高端和第三个单元阶梯的低端相连 接，则排成锯齿形；也可以是将第一个单元阶梯的高端和第二个单元阶梯的高端相连接，再将第二个单元阶梯的低端和第三个单元阶梯的低端相连接......，则排成升、降交替的凸凹形，如只有两个单元的阶梯，就形成了凸字形结构，如图5所示；同样如只有两个单元的 阶梯，还可以的将第一个单元阶梯的低、高端互换，使第一个单元阶梯低端与第二个单元阶 梯的低端相连接，则排成凹字形结构的阶梯；阶梯的台阶的宽度和高度根据所制备的单元 管芯3设计，其高度和单元管芯3的厚度一样，其前后方向的宽度为单元管芯3的前后方向 宽度，其左右方向的宽度比单元管芯3的左右方向的宽度(即单元管芯3的长度)短5 30%，，在阶梯形结构的每个本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种新型阶梯式高压发光管，依次由支撑衬底（１）、焊片（２）和单元管芯（３）构成，其特征在于：ａ）单元管芯（３）为垂直结构，制备在单元管芯（３）外延片出光面的上电极（３１）为条形，其面积占整个单元管芯（３）出光面表面积的５～３０％，下电极（３２）覆盖在全部单元管芯（３）的下表面；ｂ）支撑衬底（１）为一维方向的阶梯形结构，阶梯形结构台阶的高度和单元管芯（３）的厚度一样，其前后方向的宽度为单元管芯（３）的前后方向宽度，其左右方向的宽度比单元管芯（３）的左右方向的宽度短５～３０％，在阶梯形结构的每个台阶的上面均制备有分立的金属化薄膜（１１）；ｃ）在阶梯形结构的每个台阶的上面均设置有一个单元管芯（３），焊片（２）设置在每个单元管芯（３）下电极（３２）的下面，焊片（２）的尺寸和单元管芯（３）相同，厚度为５～６０微米，通过焊片（２）将每个单元管芯（３）固定在支撑衬底（１）的金属化薄膜（１１）上，即固定在每个台阶上，同时沿阶梯上升的方向使每个单元管芯（３）的下电极（３２）与其前一个单元管芯（３）的上电极（３１）电连接，从而使多个单元管芯（３）串联在一起组成单元阶梯式高压发光管，阶梯形结构的起始端为单元阶梯式高压发光管的低端，阶梯形结构的终止端为单元阶梯式高压发光管的高端。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜国同，梁红伟，彭晖，郭文平，闫春辉，
申请(专利权)人：吉林大学，大连理工大学，亚威朗光电中国有限公司，
类型：发明
国别省市：82