5-2 散熱基板之製作流程
本次製程用的矽晶片為三吋雙面拋光矽晶片，用雙面拋光是因 為兩面都要做製程，我們在正面要做電極，背面要蝕刻 V 型槽與電 鍍銅，矽晶片的厚度為 395µm，切片大小為 2.7µm × 2.7µm。此次製 程的前段步驟(一) 晶圓切割，(二) 晶圓清洗，(三) 成長 Thermal oxide，(四) 黃光微影，（五）二氧化矽之濕蝕刻，(六) 矽 V 型槽濕 蝕刻，皆與 3-1 節一樣，不同的是我們在矽 V 型槽濕蝕蝕刻並不會把 矽蝕刻完畢，而是保留約 20µm ~ 30µm 厚度的矽，之後用 BOE 溶液 將剩下的 SiO2 清除乾淨，在重新將 sample 擺進高溫爐管裡，再成 長一次 Thermal oxide。
接著在正面進行(七) 鉻、金熱蒸鍍，(八) 鉻、金濕蝕刻，此兩 步驟也與 3-2 節一樣。
此後我們將 sample 翻面再進行:
(九) 鉻、金熱蒸鍍:
為了讓下一步驟電鍍能順利的進行，我們利用熱蒸鍍機將鉻 (Cr)以 0.3 Å/sec 的速率蒸鍍到 sample 背面的 V 型槽上，蒸鍍厚度為 2000 Å，之後在不破壞真空的情況下，接著蒸鍍金(Au)，蒸鍍速率為 0.4 Å/sec，厚度為 1000 Å。
(十) 電鍍銅:
我們將 sample 用導電膠帶固定於電鍍液中進行電鍍，電鍍時 間約為四小時，電鍍的銅厚度約為 400µm。
(十一) 晶片切割
將電鍍銅的 sample 置於切割機中以軟刀沿著切割線切割，切 成 3.3cm × 3.3cm 的 submount。
(十二) LED 粘著
在 PC 板上塗上一層銀膠，並將 Power
LED(45mil,460nm,ES-CADBV45B,晶元光電)粘著在 PC 板上面，之後 將 sample 置於 Hot Plate 上，溫度為 140℃，烤 40 分鐘。此步驟比較 要注意的是，從文獻[10]中，我們可以知道用來接合的材料可能會產 生大量的熱阻，而這些熱阻可能會主宰最終整個元件的熱阻值，在 LED 黏著中，因為我們使用的接合材料為銀膠，熱傳導係數只有 0.62 W/mk(對比銅的熱傳導係數為 398 W/mk)，銀膠厚度若控制不當，會 造成整個元件的熱阻飆升，所以我們塗上的銀膠盡量控制在少量，並 在將 sample 置於 140℃的 Hot Plate 上時，先輕壓 sample 約三分鐘之 後，再熱烤 40 分鐘。
(十三) 引線架、散熱板接合
將做好的 sub-mount 用銀膠黏著至 Case 上，再之後將 Case 黏 著至 Sub-mount 上，要注意的是此處用的銀膠仍會引響整個元件的熱 阻值，所以銀膠也須盡可能的少量。
(十四) 電極打線
利用打線機將金線打至兩端的電極，而因為我們此處使用的 引線架上鍍有銀，所以我們直接將金線從 LED 上打至引線架上。至 此完成整個元件的製作。
【1】清洗矽晶片
【2】成長 Thermal oxide
SiO2
【3】黃光微影
UV Tape
【4】SiO2濕蝕刻
Ｓi
Ｓi
Ｓi
Ｓi
Sio2
Sio2
光阻 光阻
【5】光阻、UV Tab 去除
【10】電鍍銅
圖 5-7 1mm Power LED
圖 5-8 LED 打線圖
圖 5-9 完成的元件圖
5-3 散熱元件量測結果與分析
在本節中，我們將做好的元件接到電流源 LDX-3525，之後依 序通入電流 250 mA、300 mA、350 mA、400 mA，再利用熱像儀 IRI4010 量測 LED 的溫度，並紀錄下來(Si+Cu 組)。我們另外準備兩組 sample 做為對照組，分別為只將 LED 黏到 Case (Bare 組)和 Board 和另一組 將 LED 黏到 si sub-mount 再黏到 Case 和 Board(Si 組)，si sub-mount 的長寬為 3.3cm × 3.3cm，厚度為 395µm。量測完溫度之後，再將結 果代入熱阻的計算公式:
Rth : 熱阻 Tj : LED 的溫度 Ta:環境溫度 P: 輸入功率 之後再將各組的熱阻進行比較與分析，量測結果如圖 5-12。
圖 5-10 電流源 LDX-3525 Rth = ( Tj – Ta )/P
圖 5-11 熱像儀 IRI4010
圖 5-12 量測的熱影像圖
35.45288
(二) 銀膠的用量:我們知道用來接合的銀膠，若其厚度控制不當，將 會導致整個元件的熱阻飆升，而在此三組 sample 中，Bare 組用的銀 膠量最少(一層)，其次為 Si 組、Si+Cu 組(兩層)，越多層的銀膠將導 致越高的熱組值。
(三) Submount 與 Case 的面積過於接近，Submount 面積為 3.3cm × 3.3cm，Case 的面積為 3.8cm × 3.8cm，由於面積過於接近，使得 Submount 無法有效扮演將眾多小支流的熱量傳導至大支流熱量的角 色，在 Si+Cu 組與 Si 組中，Case 的功用幾乎可等同於 Submount。
第六章 結論
在本論文中，我們利用光學模擬軟體 Lighttools 成功對我們提 出的結構進行光學分析，並能藉著調整元件的參數與球透鏡的搭配來 得到不同發光角度的光源，且將模擬的結構變化成線光源的形式，去 預估所能得到的均勻度。在模擬中，我們的光源的半功率角為 36 度，
而六顆發光二極體做成的三公分長的線光源的均勻度為 84.76%。
接著我們成功的按照模擬中的結構實際的將元件製作出來，而我們量 測實際的元件所得到的結果為，我們的光源的半功率角為 38 度，而 六顆發光二極體做成的三公分長的線光源的均勻度為 84.82%。
而我們也成功的製做出供高功率發光二極體用的散熱基板，我 們將量測分為三組進行，分別為將 LED 黏至本散熱基板(Si+Cu)、矽 散熱基板(Si)、不黏基板(Bare LED)，再分別黏接到 Case 與 Submount 上，之後用熱像儀進行量測，量測結果為在輸入功率為一瓦的情況 下，Si+Cu 組的熱阻為 34.7 W/mk、Si 組的熱阻為 19.4 W/mk、Bare 組的熱阻為 13 W/mk。我們將 Si+Cu 組的熱組較高的原因歸納為以下 三項，使用了較多量的銀膠、sub-mount 的厚度過厚、sub-mount 與 Case 的面積過於接近，使得 case 的功用等同於 sub-mount。而未來製 程方面的改善，可以在 sub-mount 的背面鍍一層金錫合金，利用 die bonding 的技術做接合，則可避免銀膠的使用；並可使用厚度較薄的
矽晶圓並在電鍍完銅後，將 V 型槽外的銅利用研磨技術磨掉，值到 露出矽晶片的表面為止，則可大大的減低 sub-mount 的厚度；接著也 可將 sub-mount 的面積，在光罩設計時進一步的縮小或將 case 換成其 他面積較大的產品。則可進一步的減低整個元件的熱阻。