CN101814487A

CN101814487A - 一种多芯片led光源模组及其制作方法

Info

Publication number: CN101814487A
Application number: CN201010113198A
Authority: CN
Inventors: 刘立林; 王钢; 凌敏捷; 钟健伟
Original assignee: Sun Yat Sen University
Current assignee: Sun Yat Sen University
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2030-02-09
Also published as: CN101814487B

Abstract

本发明公开一种多芯片LED光源模组，包括多个LED光源单元，每个LED光源单元包括相互固连的透明水平基板和透明导电层，LED芯片置于透明导电层上，所述透明导电层上未设置LED芯片的位置覆盖有绝缘层，绝缘层上表面覆盖厚度小于LED芯片的光敏介质，相邻LED光源单元之间的光敏介质形成凹状结构，光敏介质和LED芯片背面依次设有厚度均匀的反射镜膜及散热金属层。由于采用凹状结构的反射镜膜，可以收集芯片的侧面出光，提高出光效率；而在反射镜膜表面镀有散热金属层作为整个模块的热沉，大大提高整个模块的散热能力。本发明同时提供一种多芯片LED光源模组的制作方法，工艺过程简单，充分降低成本。

Description

一种多芯片LED光源模组及其制作方法

技术领域

本发明涉及LED集成光源模块微加工技术领域，尤其涉及一种多芯片LED光源模组及其制作方法。

背景技术

随着GaN基发光二极管效率和可靠性的不断提高，LED在背光源以及固体照明领域的应用越来越受到关注。为了得到更高功率的光输出，提高LED驱动电流密度是一个可行的办法。然而，随着注入电流的增大，LED会随之产生很大一部分的热量，导致结温升高。对于GaN基蓝宝石衬底的LED，一般采用银胶封装在热沉上，由于蓝宝石和银胶的热导率低(分别为为35W/mK和2～25W/mK)，导热性差，故散热成为最需要解决的问题。

为了降低高功率GaN基蓝宝石衬底LED的结温，已经有几种比较成熟的解决方法，如倒装和薄膜技术。倒装技术实际是在热通道上去掉衬底的方法，利用连接于底部热沉的焊接点进行散热，该方法需要准确的焊接定位；薄膜技术则是把蓝宝石衬底减薄剥离，并把芯片转移到电导性和热导性更好的铜基或Si基上，这种方法有两个好处：1.去掉蓝宝石的高热阻层，大大地提高LED芯片的散热能力；2.同时，由于绝缘的蓝宝石被去掉，故可以做成垂直结构的LED芯片，有效避免电流拥挤效应，提高出光面积。该方法制作的垂直结构LED已有商业产品，并表现出很好的性能。

还有文献报道(APPLIED PHYSICS LETTERS 93，111907(2008))的一种增加芯片散热能力的方法，首先是把GaN基蓝宝石衬底的水平结构LED的衬底减薄，然后直接在芯片背部制作反射散热铜层，该方法避免了衬底剥离带来的芯片损伤以及减低不良率，在一定程度提高芯片的散热能力以及出光效率。

对于上述的方法，工艺流程都较为复杂，成品率较低，成本也较高尤其是最后一种方法不利于背光和照明模组的集成封装，不能一次成型。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种散热效果好、出光率高的多芯片LED光源模组，同时也提供了一种工艺流程简单，成本较低的多芯片LED光源模组制作方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种多芯片LED光源模组，包括多个LED光源单元，每个LED光源单元包括相互固连的透明水平基板和透明导电层，LED芯片置于透明导电层上，所述透明导电层上未设置LED芯片的位置覆盖有绝缘层，绝缘层上表面覆盖厚度小于LED芯片的光敏介质，相邻LED光源单元之间的光敏介质形成凹状结构，在光敏介质和LED芯片背面依次设有厚度均匀的反射镜膜以及散热金属层，形成以LED芯片为中心的凸台形状结构。使LED芯片四周涂敷的液态光敏介质由于表面张力自然形成凹状的结构，以形成以LED芯片为中心的凸台形状结构，从基板下方进行紫外曝光，凹状结构固化，以该结构作为后继反射镜膜以及散热金属层的成型载体。沉积厚度均匀的反射镜膜以及散热金属层以成为LED光源模组的集成化反射杯，这样的凹状结构的反射镜膜可以收集LED芯片的侧面出光，提高出光效率，散热金属层作为整个模块的热沉，提高模块的散热能力，而利用自组装技术形成的反射镜膜，提高了模块的出光效率，适用于自动化工业生产。

所述透明水平基板未与透明导电层固连的一侧表面为凹凸结构。这样的设计便于控制出光角度，也能够增加光源出光均匀性

所述透明水平基板未与透明导电层固连的一侧表面覆盖有光学透镜或者荧光粉膜层。设置光学透镜便于控制出光角度，而设置荧光粉膜层可以实现荧光粉的热隔离。

所述反射镜膜为多层金属结构，所述散热金属层材质为Cu。采用高热导率的金属Cu，使得散热效果更佳。

一种多芯片LED光源模组的制作方法，包括以下步骤：

A、在透明水平基板上沉积透明导电层；

B、将LED芯片出光面固定在透明导电层；

C、在透明导电层表面上未固有LED芯片的位置涂覆绝缘层并在绝缘层表面涂覆凹状结构的光敏介质；

D、在光敏介质和LED芯片背面沉积反射镜膜并电镀散热金属层形成以LED芯片为中心的凸台形状结构。

整个集成模块的制作过程直接在反射镜膜表面电镀散热金属层，而无需减薄衬底，因而制作工艺简单，成本低。

步骤C包括以下步骤：

E、在透明导电层以及LED芯片背面旋涂正性光刻胶，并利用紫外光透过透明水平基板进行曝光；

F、用显影液将透明导电层上的正性光刻胶去除，并沉积绝缘层，去除LED芯片背面上的光刻胶。

H、在LED芯片背面及绝缘层上旋涂液态光敏介质，并利用紫外光透过透明水平基板进行曝光，去除LED芯片背面光敏介质。

利用GaN吸收紫外的特性，将LED芯片当作天然的掩膜版，则避免光刻版的使用，节省制作成本

所述步骤C包括以下步骤：

I、在透明导电层及LED芯片背面沉积绝缘层并旋涂负性光刻胶；

J、利用紫外光透过透明水平基板，以芯片作为掩膜进行曝光，并去除LED芯片背面的负性光刻胶；

K、对剩余负性光刻胶进行坚膜和固胶处理，并刻蚀LED芯片背面的绝缘层。

将LED芯片当作天然的掩膜版，则避免光刻版的使用，节省制作成本，这里直接将负性光刻胶作为前述的光敏介质。

步骤A中，所述沉积方法为溅射、蒸发或者CVD，步骤D中反射镜膜为Ag、Cr、Au层组成的厚度为50-500nm的多层结构，所述散热金属为厚度为20-300um的Cu。

所述绝缘层为采用PECVD工艺沉积的厚度为100-300nm的SiO₂或SiN。

所述凸台结构侧面形状由液态光敏介质的表面张力和LED芯片的高度进行调节。光敏介质在液态时，由于自身表面的张力，自然形成凹状的结构，因而凹状结构侧面的形状，由LED芯片的高度和其表面张力调节。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提供的多芯片LED光源模组由于采用了凹状结构的的反射镜膜，可以收集LED芯片的侧面出光，提高出光效率；而在反射镜膜表面镀有散热金属层作为整个模块的热沉，大大提高了整个模块的散热能力。本发明提供的多芯片LED光源模组制作方法由于将散热金属层直接镀于反射镜膜表面，无需减薄衬底，因而制作工艺简单，成本低，同时又以LED芯片直接作为掩膜，无须光刻版，制作成本更加低廉。

附图说明

图1为本发明的多芯片LED光源模组的结构示意图；

图2为本发明的成品垂直结构的LED芯片的结构图；

图3为本发明的多芯片LED光源模组制作流程示意图；

图4为实施例4的改进后的多芯片LED光源模组制作流程示意图；

图5为实施例2的多芯片LED光源模组的结构示意图；

图6为图5的多芯片LED光源模组的光路示意图；

图7为实施例3的多芯片LED光源模组的结构示意图。

1、透明水平基板；2、透明导电层；3、LED芯片；4、绝缘层；5、光敏介质；6、反射镜膜；7、散热金属层；8、正性光刻胶；9、凹凸结构；10、光学透镜；11、凹状结构；81、负性光刻胶；301、N电极；302、有源层；303、金属合金层；304、蓝光芯片；305、红光芯片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述，应当理解，此处所描述的实施例仅仅是用以解释本发明的实例，并不用于限定本发明。

实施例一

如图1所示，为本实施例的多芯片LED光源模组的结构。

一种多芯片LED光源模组，包括多个LED光源单元，每个LED光源单元包括相互固连的透明水平基板1和透明导电层2，LED芯片3的出光面置于透明导电层2上，透明导电层2上未设置LED芯片3的位置覆盖有绝缘层4，绝缘层4上表面覆盖厚度小于LED芯片3的光敏介质5，相邻LED光源单元之间的光敏介质5形成凹状结构11，在光敏介质5和LED芯片3背面依次设有厚度均匀的反射镜膜6以及散热金属层7，形成以LED芯片3为中心的凸台形状结构。

如图2所示，为本发明的成品垂直结构的LED芯片的结构图，其底部含有金属合金，其结构包括金属合金层303、设于其上的有源层302，以及设于有源层302之上的N电极301。

透明水平基板1可以是玻璃基板、有机聚合基板等，而透明导电层2可以是锡化铟氧化物(ITO)或ZnO薄膜或其他透明导电材料。绝缘层4可以是SiO₂或SiN或其他可代替绝缘材料。反射镜膜6由多层金属组成，如Cr/Ag或Ti/Ag或Cr/Ag/Au等，其中第一层Cr或Ti提高界面的附着力，第二层Ag具有很高的反射率，能提高芯片的出光效率。散热金属层7选择导热率较高的Cu。此外，LED芯片可选择垂直结构的芯片，可以是一种或一种以上的颜色LED芯片的组合，也可以是表面涂覆了荧光粉的白光LED芯片。

本发明的多芯片LED光源模组的制作方法包括以下步骤：

A、如图3(a)所示，在透明水平基板1上沉积一层ITO做透明导电层2，ITO透明导电层的厚度为100到1000纳米，沉积的方法可以是溅射、蒸发或CVD等。

B、如图3(b)所示，把LED芯片3转移到透明导电层2上，LED芯片3的N电极301连接于透明导电层2。

C、(1)如图3(c)所示，在透明水平基板1设有LED芯片3的表面旋涂正性光刻胶8，并在另一表面利用紫外光或紫光进行曝光。

(2)如图3(d)所示，用显影液把受光照的正性光刻胶8去除，此时，LED芯片3背面未曝光，因而在透明导电层2上未设置LED芯片3的位置形成窗口，之后在窗口区用PECVD的工艺沉积一层SiO₂或SiN的绝缘层4，约100-300nm。接着把剩余的LED芯片3上的光刻胶用丙酮或去胶剂去除。

(3)如图3(e)所示，在水平透明基板1设有LED芯片3的表面旋涂一层液态光敏介质5，这里选择光敏树脂，并在另一表面利用紫外光或紫光进行曝光。这样LED芯片3周围的光敏介质5由于紫外光/紫光作用，聚合固化成凹状结构11，其结构可以由所用的光敏介质的表面张力和芯片高度进行调节。

(4)如图3(f)把LED芯片3背面未变性的光敏介质去掉。

D、如图3(g)(h)所示，在光敏介质5以及LED芯片3背面利用金属蒸镀的方法，形成厚度为50-500nm的Ag/Cr/Au依次而成的反射镜膜6；此后在反射镜膜6上再电镀一层厚度为20-300um的厚Cu层形成以LED芯片3为中心的凸台形状结构。

实施例二

如图5所示，为本实施例的多芯片LED光源模组的结构，和实施例1类似，不同之处在于，采用了两种颜色的LED芯片，分别是304的蓝光芯片和305的红光芯片，这里设置不同颜色的LED芯片，则其出射光能够在模块内进行混光。还可以采用RGB等其他形式的芯片组合。这里，透明水平基板1的未与透明导电层2固连的一侧表面为凹凸结构9，即为微小的凹凸散射结构，并覆盖有硅胶与YAG荧光粉的混合胶膜，实现荧光粉的热隔离，也可以覆盖光学薄膜材料(硅胶、PC、PMMA等)，对玻璃等易碎透明水平基板1进行保护和释放应力。如图6的光路示意图可以看到，凸状反射镜膜6相当于凸面镜，能把LED芯片3侧面射出的光有效散开，同时，由于微小凹凸散射结构的存在，使多种波长的光在模组内混合，出光的均匀性大大提高。该实施例适用于背光源等场合的应用。

实施例三

如图7所示，为本实施例的多芯片LED光源模组的结构，和实施例1类似，不同之处在于，在透明水平基板1的未与透明导电层2固连的一侧表面覆盖了光学透镜10，其材料可以是硅胶或亚克力(PMMA)，用于控制出光角度。

实施例四

如图4所示，本实施例对实施1中的步骤C做了改进，将先形成绝缘层，光敏介质保护结构的光刻-沉积-剥离工艺，改成沉积-光刻-刻蚀工艺，改进后的步骤为：

(5)、如图4(a)所示，在透明水平基板1固定有LED芯片3的背面用PECVD工艺沉积一层SiO₂或SiN的绝缘层4，约100-300nm。

(6)、如图4(b)所示，在绝缘层4表面旋涂负性光刻胶81，利用LED芯片3作为掩膜，在透明水平基板1的另一面用紫外光/紫光曝光，由于液态负性光刻胶81的表面张力的原因，自然形成并固化成凹状结构11。

(7)、如图4(c)所示，进行显影工序，去除没有被光照射的负性光刻胶81，留下LED芯片3周围设于绝缘层上的负性光刻胶，并进行坚膜(hard bake)和固胶(resist stabilization)处理。

(8)、如图4(d)所示，采用含湿法刻蚀或等离子体干法刻蚀的方法对LED芯片3背面的绝缘层4进行刻蚀，露出LED芯片3，这里直接用负性光刻胶作为前述的光敏材质5。

Claims

1.一种多芯片LED光源模组，包括多个LED光源单元，每个LED光源单元包括相互固连的透明水平基板和透明导电层，LED芯片置于透明导电层上，所述透明导电层上未设置LED芯片的位置覆盖有绝缘层，绝缘层上表面覆盖厚度小于LED芯片的光敏介质，其特征在于：相邻LED光源单元之间的光敏介质形成凹状结构，在光敏介质和LED芯片背面依次设有厚度均匀的反射镜膜以及散热金属层，形成以LED芯片为中心的凸台形状结构。

2.根据权利要求1所述的多芯片LED光源模组，其特征在于：所述透明水平基板未与透明导电层固连的一侧表面为凹凸结构。

3.根据权利要求1所述的多芯片LED光源模组，其特征在于：所述透明水平基板未与透明导电层固连的一侧表面覆盖有光学透镜或者荧光粉膜层。

4.根据权利要求1至3任一项所述的多芯片LED光源模组，其特征在于：所述反射镜膜为多层金属结构，所述散热金属层材质为Cu。

5.一种如权利要求1的多芯片LED光源模组的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、在透明水平基板上沉积透明导电层；

B、将LED芯片出光面固定在透明导电层；

6.根据权利要求5所述的多芯片LED光源模组的制作方法，其特征在于：步骤C包括以下步骤：

F、用显影液将透明导电层上的正性光刻胶去除，并沉积绝缘层，去除LED芯片背面上的光刻胶；

7.根据权利要求5所述的多芯片LED光源模组的制作方法，其特征在于：所述步骤C包括以下步骤：

K、对剩余负性光刻胶进行坚膜和固胶处理，并刻蚀掉LED芯片背面的绝缘层。

8.根据权利要求5至7任一项所述的多芯片LED光源模组的制作方法，其特征在于：步骤A中，所述沉积方法为溅射、蒸发或者CVD，步骤D中反射镜膜为Ag、Cr、Au层组成的厚度为50-500nm的多层结构，所述散热金属为厚度为20-300um的Cu。

9.根据权利要求6或7所述的多芯片LED光源模组的制作方法，其特征在于：所述绝缘层为采用PECVD工艺沉积的厚度为100-300nm的SiO₂或SiN。

10.根据权利要求5至7任一项所述的多芯片LED光源模组的制作方法，其特征在于：所述凸台形状结构侧面形状由液态光敏介质的表面张力和LED芯片的高度进行调节。