CN103840064A - 一种立体式发光的led器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于LED技术领域，具体公开了一种立体式发光的LED器件及其制作方法，该LED器件包括相对设置的第一直接贴装式LED芯片和第二直接贴装式LED芯片，在所述第一直接贴装式LED芯片的N电极键合层和第二直接贴装式LED芯片的N电极键合层之间电连接有一N电极引出金属片，在所述第一直接贴装式LED芯片的P电极键合层和第二直接贴装式LED芯片的P电极键合层之间电连接有一P电极引出金属片，在所述第一直接贴装式LED芯片和第二直接贴装式LED芯片的外表面设置有光转换物质材料层。本发明不仅发光面积大，而且具有散热性能更好、生产加工容易、产品良率高、寿命更长的优点。
Description
技术领域
本发明属于LED技术领域，具体涉及一种立体式发光的LED器件及其制作方法。
背景技术
立体式发光的LED灯具产品具有几乎360度全角度发光的优点，如球形、方形等形状的球泡灯、景观灯，可直接替换传统的白炽灯、荧光灯管、金卤灯等满足一些家居、广场、户外景观照明的需求。目前市面上所有单一光源均是单面发光，若要做成两面360°发光光源，需要用两个单一光源拼接而成，但整个光源体积会更大，占用了更多空间。
如图1所示，中国专利申请号201310123520.7公开了一种LED封装结构，采用正装芯片与透明基板双面封装，包括透明封装基板10、设置于透明封装基板10两侧的LED芯片20、所述LED芯片20通过金属导线与固定于透明封装基板10上的电极30连接、最后通过透明硅胶40将LED芯片20和连接导线封装在其中。按照该专利技术生产出来的产品，的确具有较大的发光角度，但是采用金属线将LED芯片的电信号分别通过基板两表面分别设置的电极30引导出，容易出现电气连接可靠性问题，而且透明基板10在两LED芯片20直接也会出现散热问题，进一步影响LED的使用寿命。
如图2所示，中国专利申请号201220343299.7公开了一种由倒装发光单元阵列组成的立体式发光器件，通过P、N互补的LED芯片倒装连接来代替LED芯片上的金属布线实现各发光单元间的串并联，通过第二芯片2最外侧的P电极焊垫P203和最外侧的N电极焊垫N204,作为完整的立体发光器件的外接用正、负电极。该技术需要第一芯片和第二芯片准确对位，并在细小的沟槽之间实现电器连接，P、N焊盘的面积小对焊接精度要求高，工艺难度比较大容易出现短路、散热不良、电气连接不稳定等产品质量问题。并且，该产品仍然存在散热问题，是的芯片寿命不高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种立体式发光的LED器件及其制作方法，在真正增加器件发光面积的同时，提高其散热性能和降低生产工艺难度，进一步提高其生产良率和产品使用寿命。
为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种立体式发光的LED器件，包括相对设置的第一直接贴装式LED芯片和第二直接贴装式LED芯片，在所述第一直接贴装式LED芯片的N电极键合层和第二直接贴装式LED芯片的N电极键合层之间电连接有一N电极引出金属片，在所述第一直接贴装式LED芯片的P电极键合层和第二直接贴装式LED芯片的P电极键合层之间电连接有一P电极引出金属片，在所述第一直接贴装式LED芯片和第二直接贴装式LED芯片的外表面设置有光转换物质材料层。
进一步的，所述直接贴装式LED芯片包括外延衬底层、生长在所述外延衬底层上表面的N型氮化镓层、生长在所述N型氮化镓层部分上表面的发光层、生长在所述N型氮化镓层部分上表面的N型欧姆接触层、生长在所述发光层上表面的P型氮化镓层和生长在所述P型氮化镓层部分上表面的P型欧姆接触层，在所述P型氮化镓层、P型欧姆接触层、N型氮化镓层和N型欧姆接触层上表面还设置有绝缘层，在所述P型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第一通孔，在所述N型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第二通孔，在所述绝缘层上表面分别独立设置有P电极键合层和N电极键合层，所述P电极键合层贯穿第一通孔与P型欧姆接触层电连接，所述N电极键合层贯穿第二通孔与N型欧姆接触层电连接。
进一步的，所述N电极引出金属片和P电极引出金属片为金属铜片，在金属铜片表面还设置有高导热导电材料。
进一步的，所述高导热导电材料为石墨烯、金、镍或高导热导电陶瓷。
进一步的，所述光转换物质材料层由高分子密封材料和分散于所述高分子密封材料中的光转换材料制成。
进一步的，所述高分子密封材料为热固性或热塑性胶体，所述光转换材料包括上转换发光材料和下转换发光材料，所述上转换发光材料和下转换发光材料均由基质材料和掺杂在所述基质材料中的稀土离子构成，所述基质材料由钇铝石榴石、镥铝石榴石、硅酸盐、氮化物、氟化物、磷酸盐中的一种或多种组成，所述上转换发光材料中掺杂的稀土离子为Eu2+、Pr3+、Ce3+、Eu3+、Tb3+、Yb2+、Dy3+中的一种或多种组成，所述下转换发光材料中掺杂的稀土离子为Yb3+、Er3+、Tm3+、Nd3+、Pr3+、Sm3+、Ho3+中的一种或多种组成。
进一步的，所述高分子密封材料为硅胶、硅树脂或环氧树脂。
进一步的，所述LED器件呈方形灯柱、圆形灯丝、发光球体、发光长方体、发光正方体的一种。
一种立体式发光的LED器件的制作方法，包括以下步骤：
（1）、制作电极引出金属片：在金属铜片表面制作一层高导热导电材料；
（2）、制作直接贴装式LED芯片：在外延衬底层上依次形成N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层，然后通过蚀刻漏出部分N型氮化镓层，在漏出的N型氮化镓层的部分上表面制作N型欧姆接触层，并在所述P型氮化镓层的部分上表面制作P型欧姆接触层，然后在所述P型氮化镓层、P型欧姆接触层、N型氮化镓层和N型欧姆接触层上表面制作绝缘层，再接着在所述P型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第一通孔，在所述N型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第二通孔，然后在所述绝缘层上表面制作P电极键合层和N电极键合层，所述P电极键合层贯穿第一通孔与P型欧姆接触层电连接，所述N电极键合层贯穿第二通孔与N型欧姆接触层电连接；
（3）LED器件贴装：将第一直接贴装式LED芯片的N电极键合层焊接到第一电极引出金属片上，并将第一直接贴装式LED芯片的P电极键合层焊接到第二电极引出金属片上，然后将第二直接贴装式LED芯片焊接在第一直接贴装式LED芯片对面，第二直接贴装式LED芯片的N电极键合层与第一电极引出金属片的另一面焊接，第二直接贴装式LED芯片的P电极键合层与第二电极引出金属片的另一面焊接；
（4）制作光转换物质材料层：把光转换材料混入高分子密封材料中，并分散均匀，除去气泡后，用混合后的材料对直接贴装式LED芯片进行包封。
进一步的，所述步骤（1）中制作高导热导电材料层的具体方法为化学气相沉积、电子束蒸发、等离子增强化学气相沉积、电镀中的一种或多种组合；所述步骤（3）中采用选择表面贴装机、固晶机、倒装邦定机的一种进行贴装，采用超声键合、共晶焊接、导电胶粘连、回流焊技术、凸点焊球的一种进行电气连接；所述步骤（4）采用模顶成型、浸涂、喷涂、沉积、薄膜包封中的一种或多种组合。
本发明将两块直接贴装式LED芯片相对设置的方式，使得本发明LED器件能够两面发光，从而真正增加器件发光面积。同时，本发明的这种结构可以使得电极引出金属片的面积做得更大，大大降低LED芯片与电极引出金属片的贴合难度，提高产品生产良率。不仅如此，本发明将电极引出金属片设置在两相对LED器件之间不仅可以起到电极引出的作用，还能够很好的将LED发光过程中产生的热量从旁边散发出来，进一步提高LED器件的散热性能，提高其使用寿命。
因此，本发明不仅发光面积大，而且具有散热性能更好、生产加工容易、产品良率高、寿命更长的优点。
附图说明
图1是第一类现有技术的结构示意图；
图2是第二类现有技术的结构示意图；
图3是本发明LED芯片的结构示意图；
图4是本发明LED器件的结构示意图；
图5是本发明LED器件的另一结构示意图；
图6是本发明LED器件制备过程中的LED芯片结构示意图。
图中：
10、封装基板 20、LED芯片
30、电极 40、透明硅胶
P203、P电极焊垫 N204、N电极焊垫
100、直接贴装式LED芯片
101、外延衬底层 102、N型氮化镓层
103、发光层 104、N型欧姆接触层
105、P型氮化镓层 106、P型欧姆接触层
107、绝缘层 108、P电极键合层
109、N电极键合层
200、光转换物质材料层
300、电极引出金属片
400、焊接材料层
具体实施方式
为了充分地了解本发明的目的、特征和效果，以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明。
实施例1
图4为本发明LED器件的结构示意图，如图4所示，本实施例公开了一种立体式发光的LED器件，包括相对设置的第一直接贴装式LED芯片100（图中位于电极引出金属片300之上的LED芯片）和第二直接贴装式LED芯片100（图中位于电极引出金属片300之下的LED芯片），在所述第一直接贴装式LED芯片的N电极键合层和第二直接贴装式LED芯片的N电极键合层之间电连接有一电极引出金属片300（由于它的作用是引出LED的N电极，也可以叫N电极引出金属片），在所述第一直接贴装式LED芯片的P电极键合层和第二直接贴装式LED芯片的P电极键合层之间电连接有一电极引出金属片300（由于它的作用是引出LED的P电极，也可以叫P电极引出金属片），在所述第一直接贴装式LED芯片和第二直接贴装式LED芯片的外表面设置有光转换物质材料层200，当然在实现直接贴装式LED芯片100与电极引出金属片300电气连接过程中自然形成有焊接材料层400。
如图3所示为本实施例直接贴装式LED芯片100的结构示意图，包括外延衬底层101、生长在所述外延衬底层101上表面的N型氮化镓层102、生长在所述N型氮化镓层102部分上表面的发光层103、生长在所述N型氮化镓层102部分上表面的N型欧姆接触层104、生长在所述发光层103上表面的P型氮化镓层105和生长在所述P型氮化镓层105部分上表面的P型欧姆接触层106，在所述P型氮化镓层105、P型欧姆接触层106、N型氮化镓层102和N型欧姆接触层104上表面还设置有绝缘层107，在所述P型欧姆接触层106上表面的绝缘层107上开设有第一通孔，在所述N型欧姆接触层104上表面的绝缘层107上开设有第二通孔，在所述绝缘层107上表面分别独立设置有P电极键合层108和N电极键合层109，所述P电极键合层108贯穿第一通孔与P型欧姆接触层106电连接，所述N电极键合层109贯穿第二通孔与N型欧姆接触层104电连接。
本实施例之所以叫电极引出金属片而不是叫电极引出金属片，是它要具有较大的面积尤其是和LED芯片结合面积，当然延生在LED芯片之外的面积也可以做得较大，从而起到很好的散热效果。
本实施例将两块直接贴装式LED芯片相对设置的方式，使得本实施例LED器件能够两面发光，从而真正增加器件发光面积。同时，本实施例的这种结构可以使得电极引出金属片的面积做得更大，大大降低LED芯片与电极引出金属片的贴合难度，提高产品生产良率。不仅如此，本实施例将电极引出金属片设置在两相对LED器件之间不仅可以起到电极引出的作用，还能够很好的将LED发光过程中产生的热量从旁边散发出来，进一步提高LED器件的散热性能，提高其使用寿命。
其中，为了进一步提高本实施例的散热效果，N电极引出金属片和P电极引出金属片选用金属铜片，在金属铜片表面还设置有高导热导电材料，所述高导热导电材料为石墨烯、金、镍或高导热导电陶瓷。说明的是，本发明包括但不限于金属铜片，还包括其他导电导热性能良好的金属材料，同时，本发明的高导热导电材料包括但不限于石墨烯，还包括其他性质类似的金属材料、透明陶瓷材料等，这些都是本发明的保护范围。
其中，所述光转换物质材料层由高分子密封材料和分散于所述高分子密封材料中的光转换材料制成。所述高分子密封材料为热固性或热塑性胶体，所述光转换材料包括上转换发光材料和下转换发光材料，所述上转换发光材料和下转换发光材料均由基质材料和掺杂在所述基质材料中的稀土离子构成，所述基质材料由钇铝石榴石、镥铝石榴石、硅酸盐、氮化物、氟化物、磷酸盐中的一种或多种组成，所述上转换发光材料中掺杂的稀土离子为Eu2+、Pr3+、Ce3+、Eu3+、Tb3+、Yb2+、Dy3+中的一种或多种组成，所述下转换发光材料中掺杂的稀土离子为Yb3+、Er3+、Tm3+、Nd3+、Pr3+、Sm3+、Ho3+中的一种或多种组成。其中，所述下转换荧光材料能够将吸收LED工作时以红外光热辐射的形式转化成可见光，从而降低LED发热并提高其出光效率。其中，所述上转换荧光材料可吸收LED发出的短波段光转换成更长波段的可见光，进一步提高其出光效率。
其中，本实施例LED器件呈方形灯柱、圆形灯丝、发光球体、发光长方体、发光正方体的一种，但是包括但不限于上述形状。
本实施还公开了一种立体式发光的LED器件的制作方法，包括以下步骤：
（1）、制作电极引出金属片：在金属铜片表面制作一层高导热导电材料；
（2）、制作直接贴装式LED芯片：在外延衬底层上依次形成N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层，然后通过蚀刻漏出部分N型氮化镓层，在漏出的N型氮化镓层的部分上表面制作N型欧姆接触层，并在所述P型氮化镓层的部分上表面制作P型欧姆接触层，然后在所述P型氮化镓层、P型欧姆接触层、N型氮化镓层和N型欧姆接触层上表面制作绝缘层，再接着在所述P型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第一通孔，在所述N型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第二通孔，然后在所述绝缘层上表面制作P电极键合层和N电极键合层，所述P电极键合层贯穿第一通孔与P型欧姆接触层电连接，所述N电极键合层贯穿第二通孔与N型欧姆接触层电连接；
（3）LED器件贴装：将第一直接贴装式LED芯片的N电极键合层焊接到第一电极引出金属片上，并将第一直接贴装式LED芯片的P电极键合层焊接到第二电极引出金属片上，然后将第二直接贴装式LED芯片焊接在第一直接贴装式LED芯片对面，第二直接贴装式LED芯片的N电极键合层与第一电极引出金属片的另一面焊接，第二直接贴装式LED芯片的P电极键合层与第二电极引出金属片的另一面焊接；
（4）制作光转换物质材料层：把光转换材料混入高分子密封材料中，并分散均匀，除去气泡后，用混合后的材料对直接贴装式LED芯片进行包封。
其中，所述步骤（1）中制作高导热导电材料层的具体方法为化学气相沉积、电子束蒸发、等离子增强化学气相沉积、电镀中的一种或多种组合；所述步骤（3）中采用选择表面贴装机、固晶机、倒装邦定机的一种进行贴装，采用超声键合、共晶焊接、导电胶粘连、回流焊技术、凸点焊球的一种进行电气连接；所述步骤（4）采用模顶成型、浸涂、喷涂、沉积、薄膜包封中的一种或多种组合。
实施例2
如图5所示，本实施例与实施例1的不同在于：其光转换物质材料层200的外形不同。
本实施例在光转换物质材料层200制作工艺过程中，选用特定设计的模顶模具制作成的立体式发光器件发光形态为LED发光球体，实现360°全角度发光。
实施例3：
本实施例不同仅在于立体式发光的LED器件的制作方法上略有不同：
如图6所示，本实施例制作完直接贴装式LED芯片100后，就先在其外表面制作好光转换物质材料层200，然后再与电极引出金属片300贴合。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明构思在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在本权利要求书所确定的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种立体式发光的LED器件，其特征在于：包括相对设置的第一直接贴装式LED芯片和第二直接贴装式LED芯片，在所述第一直接贴装式LED芯片的N电极键合层和第二直接贴装式LED芯片的N电极键合层之间电连接有一N电极引出金属片，在所述第一直接贴装式LED芯片的P电极键合层和第二直接贴装式LED芯片的P电极键合层之间电连接有一P电极引出金属片，在所述第一直接贴装式LED芯片和第二直接贴装式LED芯片的外表面设置有光转换物质材料层。
2.根据权利要求1所述的立体式发光的LED器件，其特征在于：
所述直接贴装式LED芯片包括外延衬底层、生长在所述外延衬底层上表面的N型氮化镓层、生长在所述N型氮化镓层部分上表面的发光层、生长在所述N型氮化镓层部分上表面的N型欧姆接触层、生长在所述发光层上表面的P型氮化镓层和生长在所述P型氮化镓层部分上表面的P型欧姆接触层，在所述P型氮化镓层、P型欧姆接触层、N型氮化镓层和N型欧姆接触层上表面还设置有绝缘层，在所述P型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第一通孔，在所述N型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第二通孔，在所述绝缘层上表面分别独立设置有P电极键合层和N电极键合层，所述P电极键合层贯穿第一通孔与P型欧姆接触层电连接，所述N电极键合层贯穿第二通孔与N型欧姆接触层电连接。
3.根据权利要求1所述的立体式发光的LED器件，其特征在于：
所述N电极引出金属片和P电极引出金属片为金属铜片，在金属铜片表面还设置有高导热导电材料。
4.根据权利要求3所述的立体式发光的LED器件，其特征在于：
所述高导热导电材料为石墨烯、金、镍或高导热导电陶瓷。
5.根据权利要求1所述的立体式发光的LED器件，其特征在于：
所述光转换物质材料层由高分子密封材料和分散于所述高分子密封材料中的光转换材料制成。
6.根据权利要求5所述的立体式发光的LED器件，其特征在于：
所述高分子密封材料为热固性或热塑性胶体，所述光转换材料包括上转换发光材料和下转换发光材料，所述上转换发光材料和下转换发光材料均由基质材料和掺杂在所述基质材料中的稀土离子构成，所述基质材料由钇铝石榴石、镥铝石榴石、硅酸盐、氮化物、氟化物、磷酸盐中的一种或多种组成，所述上转换发光材料中掺杂的稀土离子为Eu2+、Pr3+、Ce3+、Eu3+、Tb3+、Yb2+、Dy3+中的一种或多种组成，所述下转换发光材料中掺杂的稀土离子为Yb3+、Er3+、Tm3+、Nd3+、Pr3+、Sm3+、Ho3+中的一种或多种组成。
7.根据权利要求6所述的立体式发光的LED器件，其特征在于：
所述高分子密封材料为硅胶、硅树脂或环氧树脂。
8.根据权利要求1-7任一项所述的立体式发光的LED器件，其特征在于：
所述LED器件呈方形灯柱、圆形灯丝、发光球体、发光长方体、发光正方体的一种。
9.一种立体式发光的LED器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）、制作电极引出金属片：在金属铜片表面制作一层高导热导电材料；
（2）、制作直接贴装式LED芯片：在外延衬底层上依次形成N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层，然后通过蚀刻漏出部分N型氮化镓层，在漏出的N型氮化镓层的部分上表面制作N型欧姆接触层，并在所述P型氮化镓层的部分上表面制作P型欧姆接触层，然后在所述P型氮化镓层、P型欧姆接触层、N型氮化镓层和N型欧姆接触层上表面制作绝缘层，再接着在所述P型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第一通孔，在所述N型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第二通孔，然后在所述绝缘层上表面制作P电极键合层和N电极键合层，所述P电极键合层贯穿第一通孔与P型欧姆接触层电连接，所述N电极键合层贯穿第二通孔与N型欧姆接触层电连接；
（3）LED器件贴装：将第一直接贴装式LED芯片的N电极键合层焊接到第一电极引出金属片上，并将第一直接贴装式LED芯片的P电极键合层焊接到第二电极引出金属片上，然后将第二直接贴装式LED芯片焊接在第一直接贴装式LED芯片对面，第二直接贴装式LED芯片的N电极键合层与第一电极引出金属片的另一面焊接，第二直接贴装式LED芯片的P电极键合层与第二电极引出金属片的另一面焊接；
（4）制作光转换物质材料层：把光转换材料混入高分子密封材料中，并分散均匀，除去气泡后，用混合后的材料对直接贴装式LED芯片进行包封。
10.根据权利要求9所述的立体式发光的LED器件的制作方法，其特征在于：
所述步骤（1）中制作高导热导电材料层的具体方法为化学气相沉积、电子束蒸发、等离子增强化学气相沉积、电镀中的一种或多种组合；
所述步骤（3）中采用选择表面贴装机、固晶机、倒装邦定机的一种进行贴装，采用超声键合、共晶焊接、导电胶粘连、回流焊技术、凸点焊球的一种进行电气连接；
所述步骤（4）采用模顶成型、浸涂、喷涂、沉积、薄膜包封中的一种或多种组合。
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