CN101982883A - 一种由倒装发光单元阵列组成的发光器件及其制造方法 - Google Patents

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肖国伟
姜志荣
曾照明
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    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/14—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of a plurality of bump connectors

Abstract

本发明涉及一种由倒装发光单元阵列组成的发光器件，包括LED芯片和衬底。所述LED芯片上设置有多个相互绝缘的发光单元，每个发光单元分别具有至少一个P极和至少一个N极。所述衬底的上表面设置有一金属线层。所述LED芯片倒装在该衬底上，LED芯片上的各发光单元的P极和N极分别与衬底上的金属线层电连接，各发光单元通过所述金属线层实现串联或并联。相对于现有技术，本发明通过衬底上的金属线层来代替LED芯片上的金属布线实现各发光单元间的串并联，避免了正装工艺中在互相隔离的发光单元间布线连接的工艺困难。此外，只需改变衬底的金属线层设计便可实现不同串并联或混联设计，工艺相对简单及灵活。

Description

一种由倒装发光单元阵列组成的发光器件及其制造方法
技术领域
本发明属于发光器件的制造领域，涉及一种由倒装发光单元阵列组成的发光器件及其制造方法。
背景技术
发光二极管(LED)光源具有高效率、长寿命、不含Hg等有害物质的优点。随着LED技术的迅猛发展，LED的亮度、寿命等性能都得到了极大的提升，使得LED的应用领域越来越广泛，从路灯等室外照明到装饰灯等室内照明，均纷纷使用或更换成LED作为光源。
与单颗大尺寸LED芯片相比，在同等芯片面积的情况下，由多个LED发光单元阵列构成的LED芯片具有以下优点：所需驱动电流小，驱动电压高，在半导体照明的电源匹配上，避免了驱动电源需将高压交流转化为低压直流来供给LED芯片时的功率损失，简化并降低驱动电源成本和体积。另一方面，若将多个LED发光单元间采用串联的方式来提高其工作电压，相互串联的发光单元通过的电流大小是一样的，从而使芯片电流分布更均匀，有利于提高LED芯片的发光效率。
请参阅图1，其是现有技术中LED芯片结构剖视图。目前，在一个LED芯片上制备多个串联或并联的发光单元阵列的工艺中，各发光单元之间一般通过在LED芯片上进行金属布线1c来实现。因此，为了防止金属布线将同一发光单元的第一导电层1a和第二导电层1b电连接，需要在金属布线下设置绝缘层1d。而且，通常LED芯片的第一导电层及第二导电层的厚度需要在5微米以上，要实现各发光单元之间的互联，则需要克服在沟槽高度达5微米以上的发光单元阵列之间实现金属布线的工艺难点。
为克服这一困难，目前已有一些特别的工艺来实现。如公开号为TW201013979的台湾专利申请中，通过使用绝缘层大致封闭沟槽来克服沟槽高度，实现金属布线的串并联。另外，如公开号为US20090237935A1的美国专利申请，则公开了通过两次光刻来实现悬空在沟槽上的金属布线来进行组件间的串并联。但是，上述两种工艺均需要在LED芯片上的沟槽进行布线，工艺复杂，且生产良率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种结构简单的由倒装发光单元阵列组成的发光器件。
同时，本发明还提供了所述发光器件的制造方法。
一种由倒装发光单元阵列组成的发光器件，包括LED芯片和衬底。所述LED芯片上设置有多个相互绝缘的发光单元，每个发光单元分别具有至少一个P极和至少一个N极。所述衬底的上表面设置有一金属线层。所述LED芯片倒装在该衬底上，LED芯片上的各发光单元的P极和N极分别与衬底上的金属线层电连接，各发光单元通过所述金属线层实现串联或并联。
进一步，在所述衬底和金属线层之间上还设置有一绝缘层。
进一步，所述金属线层上设置有多个金属焊垫，作为与LED芯片的发光单元的P极和N极的连接点；所述衬底的两端的金属线层上表面还设置有二外接焊垫作为电源连接端。
进一步，还包括凸点焊球，其设置在所述LED芯片的各发光单元的N极和P极上表面，或者设置在所述衬底的金属线层或金属焊垫的上表面。
一种由倒装发光单元阵列组成的发光器件的制造方法，包括如下步骤：
步骤1)：在LED芯片上形成多个相互绝缘的发光单元，每个发光单元上形成P极和N极；
步骤2)：在衬底上形成金属线层；
步骤3)：将LED芯片倒装在衬底的金属线层上，使得LED芯片上各发光单元的P极和N极分别与衬底上的金属线层电连接，各发光单元通过所述金属线层实现串联或并联。
具体地，所述步骤2)的具体步骤为：S1：在该衬底的上表面形成一绝缘层；S2：在该绝缘层的上表面形成金属线层；S3：在该金属线层的上表面形成金属焊垫和外接焊垫；所述步骤3)中的LED芯片上各发光单元的P极和N极分别与衬底上的金属焊垫电连接。
进一步，所述步骤1)中还包括步骤：在每个发光单元的P极和N极上形成凸点焊球，所述步骤3)中的N极和P极上的凸点焊球分别与衬底上的金属焊垫连接；或者所述步骤2)中还包括步骤：在所述金属焊垫上表面形成凸点焊球，所述步骤3)中的N极和P极分别与衬底上的凸点焊球连接。
所述步骤S1中的绝缘层为通过化学气相沉积管式炉，在高温条件下生长高温二氧化硅层。
所述步骤S1中的金属线层是通过溅射配合光刻及剥离工艺而形成，其材质为铝。
所述衬底的材料为硅片、陶瓷、线路板或金属板。
相对于现有技术，本发明由倒装发光单元阵列组成的发光器件通过衬底上的金属线层来代替LED芯片上的金属布线实现各发光单元间的串并联，LED芯片沟槽上金属布线的工艺难点完全消除，大大提高生产良率。此外，只需改变衬底的金属线层设计即可实现不同串并联或混联设计，工艺相对简单及灵活，可大大提高生产效率。
为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。
附图说明
图1是现有技术中LED芯片结构剖视图。
图2是本发明发光器件的结构示意图。
图3是本发明发光器件实施例1的电路示意图。
图4是本发明发光器件实施例1的表面结构俯视图。
图5是图4所示发光器件的剖视图。
图6是图4所示的LED芯片表面结构的仰视图。
图7是图4所示衬底的表面结构俯视图。
图8是本发明发光器件实施例2的衬底的表面结构俯视图。
具体实施方式
请参阅图2，其是本发明发光器件的结构示意图。本发明的发光器件包括LED芯片1和衬底2。该LED芯片1上设置有N个发光单元(N≥2)，每个发光单元分别具有至少一个P极和至少一个N极。该衬底2的上表面设置有一金属线层203，以及两个用以外接高电压低电流的驱动电源的外接焊垫205，其设置在金属线层203的上表面。该LED芯片1倒装在该衬底2上，该LED芯片1上的各发光单元的P极和N极分别与衬底2上的金属线层203电连接，各发光单元通过所述金属线层203实现串联或并联。
实施例1
请同时参阅图3至图7，其中，图3是本发明发光器件实施例1的电路示意图；图4是本发明发光器件实施例1的表面结构俯视图；图5是图4所示发光器件的剖视图；图6是图4所示的LED芯片表面结构的仰视图；图7是图4所示衬底的表面结构俯视图。
本实施例中的发光器件的LED芯片1上具有9个相互串联的发光单元101，在物理位置上，该九个发光单元101在LED芯片1上分布成3行列与3纵列。每个发光单元101分别具有P极和N极，P极表面覆盖有P极凸点焊球102，N极表面覆盖有N极凸点焊球103。
该衬底2的上表面覆盖一绝缘层202，金属线层203覆盖在绝缘层202的上表面。所述金属线层203上设置有多个金属焊垫204，作为与LED芯片1的发光单元101的P极凸点焊球102和N极凸点焊球103连接点。金属焊垫204的一侧通过金属线层203与该侧相邻的金属焊垫电连接，另一侧则与相邻的金属焊垫相互绝缘。该衬底2的两端的金属线层203上表面还设置有二外接焊垫205作为电源连接端。
该LED芯片1倒装在该衬底2上，发光单元101的P极凸点焊球102和N极凸点焊球103分别与衬底2上的金属焊垫204连接。各发光单元101的P极通过金属线层203与相邻的发光单元的N极电连接。该LED芯片1上的各发光单元101通过衬底2上的金属线层203实现相互串联，并通过电源连接端205串接至外接电源。
以下详细说明本实施例中的发光器件的具体制造方法：
步骤1)：在LED芯片1上形成多个相互绝缘的发光单元101，每个发光单元101上具有P极和N极，并分别在P极和N极上形成P极凸点焊球和N极凸点焊球。
步骤2)：在衬底2上形成金属线层203，具体步骤为：
S1：在该衬底2的上表面形成一绝缘层202。该绝缘层202可以通过化学气相沉积管式炉，在高温条件下生长高温二氧化硅层作为绝缘层。
S2：在该绝缘层202的上表面形成金属线层203。该金属线层203是以溅射配合光刻及剥离工艺形成，其材质为铝或其它金属。
S3：在该金属线层203的上表面形成金属焊垫204和外接焊垫205。
步骤3)：将LED芯片1倒装在衬底2的金属焊垫上，使得LED芯片1上各发光单元101的P极凸点焊球和N极凸点焊球分别与衬底2上的金属焊垫204连接。该倒装连接可以是加压加热后再加超声的绑定键合方法。
所述的衬底可以是用硅片、陶瓷、线路板、金属或合金等材料制成。
实施例2
请参阅图8，其是本发明发光器件实施例2的衬底的表面结构俯视图。本发明的实施例2与实施例1大致相同，其区别仅在于：该LED芯片1倒装在所述衬底2上，各发光单元101与衬底2上的金属线层203电连接，并通过该金属线层203实现三并三串的混连。
由此可推断，本发明可以仅通过改变衬底2上的金属线层203的布线即可实现LED芯片1上多个发光单元101之间的电连接方式的改变。
此外，本发明还可有多种变形实施例，如所述凸点焊球可以设置在衬底的金属焊垫上表面，或者同时设置在LED芯片的P极和N极表面以及衬底的金属焊垫或金属线层的表面。
相对于现有技术，本发明由倒装发光单元阵列组成的发光器件通过衬底上的金属线层来代替LED芯片上的金属布线实现各发光单元间的串并联，LED芯片沟槽上金属布线的工艺难点完全消除，大大提高生产良率。此外，只需改变衬底的金属线层设计即可实现不同串并联或混联设计，LED芯片设计可以不需因应不同串并联或混联设计而作更改，工艺相对简单及灵活，可大大提高生产效率。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (10)

1.一种由倒装发光单元阵列组成的发光器件，其特征在于：包括
——LED芯片，所述LED芯片上设置有多个相互绝缘的发光单元，每个发光单元分别具有至少一个P极和至少一个N极；
——衬底，所述衬底的上表面设置有一金属线层；
所述LED芯片倒装在该衬底上，LED芯片上的各发光单元的P极和N极分别与衬底上的金属线层电连接，各发光单元通过所述金属线层实现串联或并联。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于：在所述衬底和金属线层之间上还设置有一绝缘层。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于：所述金属线层上设置有多个金属焊垫，作为与LED芯片的发光单元的P极和N极的连接点；所述衬底的两端的金属线层上表面还设置有二外接焊垫作为电源连接端。
4.根据权利要求1所述的发光器件，其特征在于：包括凸点焊球，其设置在所述LED芯片的各发光单元的N极和P极上表面，或者设置在所述衬底的金属线层上表面。
5.一种由倒装发光单元阵列组成的发光器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1)：在LED芯片上形成多个相互绝缘的发光单元，每个发光单元上形成P极和N极；
步骤2)：在衬底上形成金属线层；
步骤3)：将LED芯片倒装在衬底的金属线层上，使得LED芯片上各发光单元的P极和N极分别与衬底上的金属线层电连接，各发光单元通过所述金属线层实现串联或并联。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于：所述步骤2)的具体步骤为：
S1：在该衬底的上表面形成一绝缘层；
S2：在该绝缘层的上表面形成金属线层；
S3：在该金属线层的上表面形成金属焊垫和外接焊垫；
所述步骤3)中的LED芯片上各发光单元的P极和N极分别与衬底上的金属焊垫电连接。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中还包括步骤：在每个发光单元的P极和N极上形成凸点焊球，所述步骤3)中的N极和P极上的凸点焊球分别与衬底上的金属焊垫连接；或者所述步骤2)中还包括步骤：在所述金属焊垫上表面形成凸点焊球，所述步骤3)中的N极和P极分别与衬底上的凸点焊球连接。
8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：所述步骤S1中的绝缘层为通过化学气相沉积管式炉，在高温条件下生长高温二氧化硅层。
9.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：所述步骤S2中的金属线层是通过溅射配合光刻及剥离工艺而形成，其材质为铝。
10.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：所述衬底的材料为硅片、陶瓷、线路板或金属板。
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