CN102064164A - 倒装功率led管芯自由组合灯芯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种倒装功率LED管芯自由组合灯芯，包括平板倒装焊GaN基LED管芯和导热基板，平板倒装焊GaN基LED管芯的P电极焊点外端制作有P焊板，N电极焊点外端制作有N焊板，其特征是：在一导热基板上光刻有制作组合灯芯所需的串并联的P电极区和N电极区；每一颗平板倒装焊GaN基LED管芯通过P焊板和N焊板共晶或合金焊接到导热基板的P电极区和N电极区。本发明通过金属焊盘平板化倒装芯片合金或共晶焊接基板，其基板上可用光刻腐蚀或剥离方式根据灯芯需要任意组合连接，芯片间连接按照需要在基板上光刻腐蚀或剥离制作通道，避免了打线连接的弊端，减少了管芯间集成打线连接的步骤，制作简单，同时提高了成品率。

Description

倒装功率LED管芯自由组合灯芯
技术领域
本发明涉及一种GaN基蓝光LED(发光二极管)的多颗芯片组合的灯芯，属于发光二极管器件结构技术领域。
背景技术
LED作为第四代电光源，赋有“绿色照明光源”之称，具有体积小、安全低电压、寿命长、电光转换效率高、响应速度快、节能、环保等优良特性，将取代传统的白炽灯、卤钨灯和荧光灯而成为21世纪的新一代光源。1998年美国Lumileds Lighting公司封装出世界上第一个大功率LED(1W LUXOEN器件)，使LED器件从以前的指示灯应用变成可以替代传统照明的新型固体光源，引发了人类历史上继白炽灯发明以来的又一场照明革命。1WLUXOEN器件使LED的功率从几十毫瓦一跃超过1000毫瓦，单个器件的光通量也从不到1个lm飞跃达到十几个1m。大功率LED由于芯片的功率密度高，器件的设计者和制造者必须在结构和材料等方面对器件的热系统进行优化设计。
传统的蓝宝石衬底GaN芯片，电极刚好位于芯片的出光面。在这种结构中，小部分p-GaN层和“发光”层被刻蚀，以便与下面的n-GaN层形成电接触。光从最上面的p-GaN层取出。p-GaN层有限的电导率要求在p-GaN层表面再沉淀一层电流扩散层。这个电流扩散层太厚会吸收部分光，从而降低的出光效率，过薄会限制电流在p-GaN层表面均匀和扩散大电流的能力。这种结构制约了LED芯片的工作功率，这种结构pn结的热量通过蓝宝石衬底导出去，导热路径长，且蓝宝石的热导系数较金属低(为35W/m？K)，这种结构的LED芯片热阻大。同时，这种结构的p电极和引线挡住部分光线。这种正装LED芯片的器件功率、出光效率和热性能均不可能是最优的。
为了克服正装芯片的这些不足，Lumileds Lighting公司发明了倒装芯片(Flipchip)结构。在这种结构中，光从蓝宝石衬底取出，不必经过电流扩散层出射，这样电流扩散层可以加厚，增加Flipchip的电流密度。同时这种结构还可以将pn结的热量直接通过金属凸点导给热导系数高的衬底材料，散热效果较正装结构有较大优势。
目前大功率LED照明用管芯一般为毫米级或更小，封灯功率到瓦级。如果做到功率值十几瓦更高的LED灯具，需要集成多颗功率芯片，同时在实际功率LED灯中，即使瓦级灯具也常见多颗小尺寸功率芯片集成连接。多颗芯片集成封装，每个芯片两个电极焊点对封装焊线要求高，多颗芯片焊线次数比单一颗管芯高得多，出现虚焊的几率高，另外打线次数高多芯片及打好电极引线的触碰几率也高。整体上，瓦级芯片多颗集成灯芯良品率一直是制约该类灯具发展的瓶颈。
发明内容
本发明针对目前多颗芯片集成灯芯良品率不高现象，提供一种制作简单、成品率高的倒装功率LED管芯自由组合灯芯。
本发明的倒装功率LED管芯自由组合灯芯采用以下技术方案：
该倒装功率LED管芯自由组合灯芯，包括平板倒装焊GaN基LED管芯和导热基板，平板倒装焊GaN基LED管芯的结构包括衬底，在衬底的下方自上至下依次设有N型GaN层、量子阱QW有源区、P型GaN层、电流扩展层和光反射层；光反射层上刻蚀有至N型GaN层的台阶面，在该台阶面的N型GaN层上制作有N电极，在光反射层上制作有P电极，N电极与P电极的外端处于同一水平面；在P电极焊盘和N电极焊盘所在面的除P电极焊盘和N电极焊盘以外的其它区域上镀有一层透明绝缘介质膜，P电极焊点外端制作有P焊板，N电极焊点外端制作有N焊板，P焊板和N焊板共晶或合金焊接到一导热基板的P电极区和N电极区上；在一导热基板上光刻有制作组合灯芯所需的串并联的P电极区和N电极区；每一颗平板倒装焊GaN基LED管芯通过P焊板和N焊板共晶或合金焊接到导热基板的P电极区和N电极区。
本发明通过金属焊盘平板化倒装芯片合金或共晶焊接基板，其基板上可用光刻腐蚀或剥离方式根据灯芯需要任意组合连接，芯片间连接按照需要在基板上光刻腐蚀或剥离制作通道，避免了打线连接的弊端，减少了管芯间集成打线连接的步骤，制作简单，同时提高了成品率。
附图说明
图1是单颗平板倒装焊GaN基LED管芯的结构示意图。
图2是2×2四颗平板倒装焊GaN基LED管芯串联排列的组合灯芯结构示意图。
图3是3×3四颗平板倒装焊GaN基LED管芯串并联排列的组合灯芯结构示意图。
其中：1、衬底，2、N型GaN层，3、量子阱QW有源区，4、P型GaN层，5、电流扩展层，6、光反射层，7、N电极，8、绝缘介质膜，9、P焊板，10、N焊板，11、导热基板。
具体实施方式
本发明的倒装功率LED管芯自由组合灯芯中使用的LED管芯为图1所示的平板倒装焊GaN基LED管芯，该平板倒装焊GaN基LED管芯包括衬底1，在衬底1的下方自上至下依次设有N型GaN层2、量子阱QW有源区3、P型GaN层4、电流扩展层5和光反射层6。光反射层6上刻蚀有至N型GaN层2的台阶面，在该台阶面的N型GaN层上制作有N电极7，在光反射层6上制作有P电极，N电极与P电极的外端处于同一水平面。在P电极焊盘和N电极焊盘所在面的除P电极焊盘和N电极焊盘以外的其它区域上镀有一层透明绝缘介质膜8，P电极焊点外端制作有P焊板9，N电极焊点外端制作有N焊板10。
在一导热基板11(导热基板11为Si或者SiC衬底)上根据灯芯需要光刻制作串并联的P电极区和N电极区；将每一颗图1所示平板倒装焊GaN基LED管芯通过P焊板9和N焊板10共晶或合金焊接到导热基板11的P电极区和N电极区，即形成组合灯芯。图2给出了将2×2四颗平板倒装焊GaN基LED管芯串联排列成组合灯芯的示意图。图3给出了将3×3四颗平板倒装焊GaN基LED管芯串并联排列的组合灯芯的示意图。

Claims (1)

1.一种倒装功率LED管芯自由组合灯芯，包括平板倒装焊GaN基LED管芯和导热基板，其特征是：平板倒装焊GaN基LED管芯的结构包括衬底，在衬底的下方自上至下依次设有N型GaN层、量子阱QW有源区、P型GaN层、电流扩展层和光反射层；光反射层上刻蚀有至N型GaN层的台阶面，在该台阶面的N型GaN层上制作有N电极，在光反射层上制作有P电极，N电极与P电极的外端处于同一水平面；在P电极焊盘和N电极焊盘所在面的除P电极焊盘和N电极焊盘以外的其它区域上镀有一层透明绝缘介质膜，P电极焊点外端制作有P焊板，N电极焊点外端制作有N焊板，在一导热基板上光刻有制作组合灯芯所需的串并联的P电极区和N电极区；每一颗平板倒装焊GaN基LED管芯通过P焊板和N焊板共晶或合金焊接到导热基板的P电极区和N电极区。
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