CN102201527A - 一种led封装结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED封装结构，其LED芯片的N型电极通过通孔与N型电子注入层相连，从而可将芯片内部PN结的热量直接通过通孔传导至导热基板，降低了热阻，提高了散热效果；且由于采用垂直电极结构，LED芯片的有效发光面积被完全利用，因而大幅提高了LED芯片的出光效率，降低了制造成本；还公开了一种LED封装结构的制备方法，通过在衬底的底部制作通孔，使得LED芯片的N型电极通过通孔与N型电子注入层相连，从而可将芯片内部PN结的热量直接通过所述通孔传导至导热基板，降低了热阻，提高了散热效果；且由于采用垂直电极结构，LED芯片的有效发光面积被完全利用，因而大幅提高了LED芯片的出光效率，降低了制造成本。

Description

一种LED封装结构及其制备方法

技术领域

本发明涉及LED制备技术领域，尤其涉及一种LED封装结构及其制备方法。

背景技术

发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。当半导体PN结的两端加上正向电压后，注入PN结中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出颜色为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的光。

1998年，流明(Lumileds)公司封装出世界上第一个大功率LED(1W LUXOEN型器件)，从而使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。大功率LED由于芯片的功率密度很高，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。

LED器件热系统的性能很大程度上取决于其封装材料及结构。传统的LED器件采用正装芯片结构，以蓝宝石衬底GaN基LED芯片为例，在正装芯片结构中，其电极位于芯片的出光面，光从最上面的P型GaN层取出。由于P型GaN层的电导率有限，因此需在P型GaN层表面再沉淀一层用于电流扩散的金属层(又称电流扩散层)；且所述电流扩散层一般由Ni/Au或ITO组成。然而所述电流扩散层会吸收部分光，从而会降低芯片的出光效率。为了降低光吸收，所述电流扩散层的厚度应减少到几百纳米以下。而厚度的减少反过来又限制了电流扩散层在P型GaN层表面均匀和可靠地扩散大电流的能力；因此，正装芯片结构制约了LED芯片的工作功率。

同时，在正装芯片结构中，LED中的PN结的热量是通过蓝宝石衬底导出去的。由于导热路径较长，并且蓝宝石的热导系数较低，从而使得正装芯片结构的LED芯片的热阻较大。此外，在正装芯片结构中，其P电极和引线也会挡住部分光线，对出光效率造成影响。

因此，对于正装芯片结构的LED器件来说，其器件功率、出光效率和热性能均不可能是最优的。

因此，有必要对现有的LED封装结构及封装方法进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED封装结构及其制备方法，以提LED器件的整体性能。

为解决上述问题，本发明提出一种LED封装结构，包括：

LED芯片，采用垂直电极结构，其N型电极设置在其衬底的底部，且所述N型电极通过通孔与所述LED芯片的N型电子注入层电性相连；

导热基板，所述LED芯片固定在所述导热基板上；

反光杯，固定于所述导热基板上，且所述LED芯片位于所述反光杯内；

掺荧光粉胶层，位于所述反光杯内，将所述LED芯片密封在所述反光杯内。

可选的，所述通孔设置在所述衬底的底部，且与所述LED芯片的N型电子注入层相连，所述N型电极覆盖所述通孔及所述衬底底部。

可选的，所述N型电极包括第一电极及第二电极，其中所述第一电极位于所述通孔内，所述第二电极覆盖所述衬底底部。

可选的，所述第一电极的导电性大于所述第二电极的导电性，所述第二电极的散热性大于所述第一电极的散热性。

可选的，所述第一电极的材料为TiAlAu，所述第二电极的材料为Al或Cu。

可选的，所述LED芯片包括：衬底，在所述衬底上依次生长的低温缓冲层、N型电子注入层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型空穴注入层以及P型电极金属全发射层，其中，所述P型电极金属全发射层上制备有P型电极，所述衬底底部制备有N型电极，所述N型电极与所述N型电子注入层电性相连。

可选的，所述衬底为蓝宝石衬底。

可选的，所述LED芯片为氮化镓基LED芯片，其中，所述低温缓冲层为GaN层，所述N型电子注入层为N型GaN层，所述电子阻挡层为P型AlGaN层，所述P型空穴注入层为P型GaN层。

可选的，所述导热基板为硅衬底或氧化铝陶瓷基板。

同时，为解决上述问题，本发明还提出一种上述LED封装结构的制备方法，该方法包括如下步骤：

制备所述LED芯片；

准备所述导热基板；

将所述LED芯片固定至所述导热基板上；

在所述导热基板上安装反光杯；以及

点胶，将掺荧光粉胶层注入至所述反光杯内。

可选的，所述制备LED芯片具体包括如下步骤：

提供衬底；

在所述衬底上依次生长低温缓冲层、N型电子注入层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型空穴注入层以及P型电极金属全发射层；

在所述衬底中制作通孔，所述通孔与所述N型电子注入层相连；

沉积N型电极，所述N型电极填充所述通孔，并覆盖所述衬底底部；

在所述P型电极金属全发射层上制备P型电极。

可选的，在所述衬底中制作通孔，所述通孔与所述N型电子注入层相连具体包括如下步骤：

将所述衬底减薄至20～50um；

采用激光在所述衬底上钻孔至所述N型电子注入层；

采用硫酸与磷酸混合液对所述孔的侧壁进行湿法腐蚀，形成所述通孔。

可选的，所述N型电极包括第一电极及第二电极，其中所述第一电极位于所述通孔内，所述第二电极覆盖所述衬底底部。

可选的，所述第一电极的导电性大于所述第二电极的导电性，所述第二电极的散热性大于所述第一电极的散热性。

可选的，所述第一电极的材料为TiAlAu，所述第二电极的材料为Al或Cu。

可选的，所述衬底为蓝宝石衬底。

可选的，所述LED芯片为氮化镓基LED芯片，其中，所述低温缓冲层为GaN层，所述N型电子注入层为N型GaN层，所述电子阻挡层为P型AlGaN层，所述P型空穴注入层为P型GaN层。

可选的，所述导热基板为硅衬底或氧化铝陶瓷基板。

与现有技术相比，本发明提供的LED封装结构，其LED芯片采用垂直电极结构，所述LED芯片的N型电极通过通孔与N型电子注入层相连，从而可将LED芯片内部PN结的热量直接通过所述通孔传导至导热基板，降低了热阻，提高了散热效果，解决了功率型芯片的散热问题；并且由于采用垂直电极结构，所述LED芯片的有效发光面积被完全利用，因而大幅度提高了LED芯片的出光效率，降低了制造成本。

与现有技术相比，本发明提供的LED封装结构的制备方法，通过在衬底的底部制作通孔，所述LED芯片的N型电极通过所述通孔与N型电子注入层相连，从而可将LED芯片内部PN结的热量直接通过所述通孔传导至导热基板，降低了热阻，提高了散热效果，解决了功率型芯片的散热问题；并且由于采用垂直电极结构，所述LED芯片的有效发光面积被完全利用，因而大幅度提高了LED芯片的出光效率，降低了制造成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的LED封装结构的剖面图；

图2A至图2E为本发明实施例提供的LED封装结构制备方法中各步骤对应的器件剖面图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的LED封装结构及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，提供一种LED封装结构，其LED芯片采用垂直电极结构，所述LED芯片的N型电极通过通孔与N型电子注入层相连，从而可将LED芯片内部PN结的热量直接通过所述通孔传导至导热基板，降低了热阻，提高了散热效果，解决了功率型芯片的散热问题；并且由于采用垂直电极结构，所述LED芯片的有效发光面积被完全利用，因而大幅度提高了LED芯片的出光效率，降低了制造成本；同时，还提供一种LED封装结构的制备方法，通过在衬底的底部制作通孔，所述LED芯片的N型电极通过所述通孔与N型电子注入层相连，从而可将LED芯片内部PN结的热量直接通过所述通孔传导至导热基板，降低了热阻，提高了散热效果，解决了功率型芯片的散热问题；并且由于采用垂直电极结构，所述LED芯片的有效发光面积被完全利用，因而大幅度提高了LED芯片的出光效率，降低了制造成本。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的LED封装结构的剖面图，如图1所示，本发明实施例提供的LED封装结构包括：

LED芯片，采用垂直电极结构，其N型电极130b设置在其衬底121的底部，且所述N型电极130b通过通孔与所述LED芯片的N型电子注入层123电性相连；

导热基板110，所述LED芯片固定在所述导热基板110上；

反光杯140，固定于所述导热基板110上，且所述LED芯片位于所述反光杯140内；

掺荧光粉胶层150，位于所述反光杯140内，将所述LED芯片密封在所述反光杯140内。其中，所述掺荧光粉胶层150为荧光粉与硅胶的混合物。

本发明实施例提供的LED封装结构，其LED芯片采用垂直电极结构，所述LED芯片的N型电极通过通孔与N型电子注入层相连，从而可将LED芯片内部PN结的热量直接通过所述通孔传导至导热基板，降低了热阻，提高了散热效果，解决了功率型芯片的散热问题；并且由于采用垂直电极结构，所述LED芯片的有效发光面积被完全利用，因而大幅度提高了LED芯片的出光效率，降低了制造成本。

进一步地，所述通孔设置在所述衬底121的底部，且与所述LED芯片的N型电子注入层123相连，所述N型电极130b覆盖所述通孔及所述衬底121底部。

进一步地，所述N型电极130b包括第一电极及第二电极，其中所述第一电极位于所述通孔内，所述第二电极覆盖所述衬底121底部。

进一步地，所述第一电极的导电性大于所述第二电极的导电性，从而降低所述N型电极130b与所述衬底121之间的接触电阻；并且所述第二电极的散热性大于所述第一电极的散热性，从而提高器件的散热性能。

进一步地，所述第一电极的材料为TiAlAu，所述第二电极的材料为Al或Cu；然而本发明并不以此为限，只要保证所述第一电极的导电性较好，第二电极的散热性较好即可。

进一步地，所述LED芯片包括：衬底121，在所述衬底121上依次生长的低温缓冲层122、N型电子注入层123、多量子阱有源层124、电子阻挡层125、P型空穴注入层126以及P型电极金属全发射层127，其中，所述P型电极金属全发射层127上制备有P型电极130a，所述衬底121底部制备有N型电极130b，所述N型电极130b与所述N型电子注入层123电性相连。

在本发明的一个具体实施例中，所述衬底121为蓝宝石衬底，所述LED芯片为氮化镓基LED芯片，其中，所述低温缓冲层122为GaN层，所述N型电子注入层123为N型GaN层，所述电子阻挡层125为P型AlGaN层，所述P型空穴注入层126为P型GaN层。

进一步地，所述导热基板110为硅衬底或氧化铝陶瓷基板，从而使得所述导热基板110具有较高的热导系数。

请继续参考图2A至图2E，图2A至图2E为本发明实施例提供的LED封装结构制备方法中各步骤对应的器件剖面图，结合图2A至图2E，本发明实施例提供的LED封装结构的制备方法包括如下步骤：

步骤一：制备LED芯片；具体包括以下步骤：

提供衬底121；

在所述衬底121上依次生长低温缓冲层122、N型电子注入层123、多量子阱有源层124、电子阻挡层125、P型空穴注入层126以及P型电极金属全发射层127，如图2A所示；

在所述衬底121中制作通孔128，所述通孔128与所述N型电子注入层123相连，如图2B所示；具体地，先将所述衬底121减薄至20～50um，再采用激光在所述衬底121上钻孔至所述N型电子注入层123，最后采用硫酸与磷酸混合液对所述孔的侧壁进行湿法腐蚀，形成所述通孔128；

沉积N型电极130b，所述N型电极130b填充所述通孔128，并覆盖所述衬底121底部，如图2C所示；具体地，所述N型电极130b包括第一电极及第二电极，其中所述第一电极位于所述通孔128内，所述第二电极覆盖所述衬底121底部；其中，所述第一电极的导电性大于所述第二电极的导电性，所述第二电极的散热性大于所述第一电极的散热性；优选地，所述第一电极的材料为TiAlAu，所述第二电极的材料为Al或Cu；

在所述P型电极金属全发射层127上制备P型电极130a，如图2D所示；

步骤二：准备所述导热基板110；其中，所述导热基板110为硅衬底或氧化铝陶瓷基板，从而使得所述导热基板110具有较高的热导系数；

步骤三：将所述LED芯片固定至所述导热基板110上；其中，所述N型电极130b直接固定在所述导热基板110上，P型电极130a通过一引线连接至所述导热基板110上的导电电极上；

步骤三：在所述导热基板110上安装反光杯140，使得所述LED芯片位于所述反光杯140内；

步骤四：点胶，将掺荧光粉胶层150注入至所述反光杯140内，将所述LED芯片密封在所述反光杯140内；该步骤完成后的器件剖面图如图2E所示。其中，所述掺荧光粉胶层150为荧光粉与硅胶的混合物。

综上所述，本发明提供了一种LED封装结构，其LED芯片采用垂直电极结构，所述LED芯片的N型电极通过通孔与N型电子注入层相连，从而可将LED芯片内部PN结的热量直接通过所述通孔传导至导热基板，降低了热阻，提高了散热效果，解决了功率型芯片的散热问题；并且由于采用垂直电极结构，所述LED芯片的有效发光面积被完全利用，因而大幅度提高了LED芯片的出光效率，降低了制造成本；同时，还提供了一种LED封装结构的制备方法，通过在衬底的底部制作通孔，所述LED芯片的N型电极通过所述通孔与N型电子注入层相连，从而可将LED芯片内部PN结的热量直接通过所述通孔传导至导热基板，降低了热阻，提高了散热效果，解决了功率型芯片的散热问题；并且由于采用垂直电极结构，所述LED芯片的有效发光面积被完全利用，因而大幅度提高了LED芯片的出光效率，降低了制造成本。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (18)

1.一种LED封装结构，其特征在于，包括：

LED芯片，采用垂直电极结构，其N型电极设置在其衬底的底部，且所述N型电极通过通孔与所述LED芯片的N型电子注入层电性相连；

导热基板，所述LED芯片固定在所述导热基板上；

反光杯，固定于所述导热基板上，且所述LED芯片位于所述反光杯内；

掺荧光粉胶层，位于所述反光杯内，将所述LED芯片密封在所述反光杯内。

2.如权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述通孔设置在所述衬底的底部，且与所述LED芯片的N型电子注入层相连，所述N型电极覆盖所述通孔及所述衬底底部。

3.如权利要求2所述的LED封装结构，其特征在于，所述N型电极包括第一电极及第二电极，其中所述第一电极位于所述通孔内，所述第二电极覆盖所述衬底底部。

4.如权利要求3所述的LED封装结构，其特征在于，所述第一电极的导电性大于所述第二电极的导电性，所述第二电极的散热性大于所述第一电极的散热性。

5.如权利要求4所述的LED封装结构，其特征在于，所述第一电极的材料为TiAlAu，所述第二电极的材料为Al或Cu。

6.如权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述LED芯片包括：衬底，在所述衬底上依次生长的低温缓冲层、N型电子注入层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型空穴注入层以及P型电极金属全发射层，其中，所述P型电极金属全发射层上制备有P型电极，所述衬底底部制备有N型电极，所述N型电极与所述N型电子注入层电性相连。

7.如权利要求6所述的LED封装结构，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。

8.如权利要求6所述的LED封装结构，其特征在于，所述LED芯片为氮化镓基LED芯片，其中，所述低温缓冲层为GaN层，所述N型电子注入层为N型GaN层，所述电子阻挡层为P型AlGaN层，所述P型空穴注入层为P型GaN层。

9.如权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述导热基板为硅衬底或氧化铝陶瓷基板。

10.一种如权利要求1所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

制备所述LED芯片；

准备所述导热基板；

将所述LED芯片固定至所述导热基板上；

在所述导热基板上安装反光杯；以及

点胶，将掺荧光粉胶层注入至所述反光杯内。

11.如权利要求10所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，所述制备LED芯片具体包括如下步骤：

提供衬底；

在所述衬底上依次生长低温缓冲层、N型电子注入层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型空穴注入层以及P型电极金属全发射层；

在所述衬底中制作通孔，所述通孔与所述N型电子注入层相连；

沉积N型电极，所述N型电极填充所述通孔，并覆盖所述衬底底部；

在所述P型电极金属全发射层上制备P型电极。

12.如权利要求11所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，在所述衬底中制作通孔，所述通孔与所述N型电子注入层相连具体包括如下步骤：

将所述衬底减薄至20～50um；

采用激光在所述衬底上钻孔至所述N型电子注入层；

采用硫酸与磷酸混合液对所述孔的侧壁进行湿法腐蚀，形成所述通孔。

13.如权利要求11所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，所述N型电极包括第一电极及第二电极，其中所述第一电极位于所述通孔内，所述第二电极覆盖所述衬底底部。

14.如权利要求13所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，所述第一电极的导电性大于所述第二电极的导电性，所述第二电极的散热性大于所述第一电极的散热性。

15.如权利要求14所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，所述第一电极的材料为TiAlAu，所述第二电极的材料为Al或Cu。

16.如权利要求11所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。

17.如权利要求11所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，所述LED芯片为氮化镓基LED芯片，其中，所述低温缓冲层为GaN层，所述N型电子注入层为N型GaN层，所述电子阻挡层为P型AlGaN层，所述P型空穴注入层为P型GaN层。

18.如权利要求11所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，所述导热基板为硅衬底或氧化铝陶瓷基板。

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