CN102479916B - 发光二极管芯片结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供发光二极管芯片结构。本发光二极管芯片结构包含基板及N型层，上述N型层设置于上述基板之上；P型层，设置于上述N型层之上；反射层，设置于该上述P型层之上；钝化层，设置于上述反射层之上；以及散热垫，设置于上述钝化层之上，用以传导上述N型层及上述P型层所产生之热，其中上述散热垫藉由上述钝化层与上述N型接触垫和上述P型接触垫绝缘。

Description

发光二极管芯片结构
技术领域
本发明是有关于发光二极管，特定而言是有关于发光二极管芯片的结构。
背景技术
发光二极管(light emitting diodes，LED)预料将会是取代白炽灯泡(incandescent bulbs)及荧光的下一世代的光源。图1显示一已知发光二极管芯片。已知发光二极管芯片10包含基板101。P型层102形成于基板101之上，而N型层103进一步形成于P型层102之上。接着，钝化层(passivation layer)105形成于N型层103的两端，且N型接触垫104形成于N型层103之上。终端接触垫106形成于基板101之下。因此，发射面107形成于N型层103的上表面上。
图2显示另一已知发光二极管芯片。已知发光二极管芯片20包含基板201(例如由蓝宝石(sapphire)制成)。N型层202形成于基板201之上，而反射层209形成于基板201之下。N型接触垫203及P型层205形成于N型层202之上，以此发光层204形成于N型层202与P型层205之间。透明接触层206形成于P型层205之上，而P型接触垫207形成于透明接触层206之上。因此，除了P型接触垫207之外保护层208覆盖于N型层202、P型层205、发光层204以及透明接触层206的外表面。
上述已知发光二极管芯片仍受困于若干问题。例如，发光二极管芯片上的N型接触垫104及P型接触垫207会减少发光面积及光输出量，且PN接合处(PN junction)所产生的热无法向外传导。因此，现今仍需一能解决上述问题的崭新的发光二极管芯片。
发明内容
为解决上述已知发光二极管芯片的问题，本发明提出一崭新的发光二极管芯片结构。
于一实施例中，一种发光二极管芯片结构，包含基板及第一型半导体层，上述第一型半导体层设置于上述基板之上；第二型半导体层，设置于上述第一型半导体层之上；第一型半导体接触垫及第二型半导体接触垫，设置于上述基板之下；导电通孔，设置贯穿上述基板，用以分别将上述第一型半导体层电性连接至上述第一型半导体接触垫且将上述第二型半导体层电性连接至上述第二型半导体接触垫；以及散热垫，设置于上述基板之下，用以传导上述第一型半导体层及上述第二型半导体层所产生的热量。
于另一实施例中，一种发光二极管芯片结构，包含基板及第一型半导体层，上述第一型半导体层设置于上述基板之上；第二型半导体层，设置于上述第一型半导体层之上；反射层，形成于上述第二型半导体层之上；钝化层，设置于上述反射层之上；第一型半导体接触垫，连接至上述第一型半导体层，以及第二型半导体接触垫，连接至上述第二型半导体层；以及散热垫，设置于上述钝化层之上，用以传导上述第一型半导体层及上述第二型半导体层所产生的热量。
再者，于又另一实施例中，一种发光二极管芯片结构，包含基板及第一型半导体层，上述第一型半导体层设置于上述基板之上；第二型半导体层，设置于上述第一型半导体层之上；第二型半导体接触垫，设置于上述第二型半导体层之上；终端接触垫，设置于上述基板之下，以及介电层与第一型半导体接触垫，设置于上述终端接触垫之下；以及散热垫，设置于上述介电层之下，用以传导上述第一型半导体层及上述第二型半导体层所产生的热量。
于一详细观点中，本发明提供正常型发光二极管芯片结构。本发光二极管芯片结构包含基板及N型层，上述N型层设置于上述基板之上；P型层，设置于上述N型层之上；N型接触垫及P型接触垫，设置于上述基板之下；导电通孔，设置贯穿上述基板，用以分别将上述N型层电性连接至上述N型接触垫且将上述P型层电性连接至上述P型接触垫；以及散热垫，设置于上述基板之下，用以向下传导上述N型层及上述P型层所产生的热量。
于另一详细观点中，本发明提供覆晶型发光二极管芯片结构。本发光二极管芯片结构包含基板及第一N型层，上述第一N型层设置于上述基板之上；第一P型层及第二N型层，设置于上述第一N型层之上；第二P型层及钝化层，设置于上述第一P型层之上；N型接触垫，设置于上述第二N型层及钝化层上，以及P型接触垫，设置于上述第二P型层及钝化层上；以及散热垫，设置于上述钝化层之上，用以向上传导上述第一P型层、上述第一N型层及上述第二N型层所产生的热量。
于又另一详细观点中，本发明提供正常型发光二极管芯片结构。本发光二极管芯片结构包含基板及P型层，上述P型层设置于上述基板之上；N型层，设置于上述P型层之上；N型接触垫，设置于上述N型层之上；终端接触垫，设置于上述基板之下，以及介电层与P型接触垫，设置于上述终端接触垫之下；以及散热垫，设置于上述介电层之下，用以向下传导上述P型层及上述N型层所产生的热量。
本发明的一优点是PN接合处所产生的热量可快速地通过散热垫向外传导。
本发明的另一优点是发光二极管芯片的光发射面积及光输出量将会增加。
本发明的又另一优点是散热垫可与N型接触垫及P型接触垫绝缘以达到静电放电保护。
附图说明
图1为一已知发光二极管芯片。
图2为另一已知发光二极管芯片。
图3为根据本发明的一实施例显示正常型发光二极管芯片。
图4为根据本发明的另一实施例显示覆晶型发光二极管芯片。
图5为根据本发明的又另一实施例显示另一正常型发光二极管芯片。
图6为根据本发明的一实施例显示发光二极管封装结构。
图7为根据本发明的另一实施例显示具有白色基板的另一发光二极管封装结构。
主要组件符号说明：
10　已知发光二极管芯片                         101　基板
102　P型层                                                    103　N型层
104　N型接触垫                                     105　钝化层
106　终端接触垫                                     107　发射面
20　已知发光二极管芯片                         201　基板
202　N型层                                                   203　N型接触垫
204　发光层                                            205　P型层
206　透明接触层                                     207　P型接触垫
208　保护层                                            209　反射层
30　发光二极管芯片                                301　基板
302　N型层                                                   303　P型层
304　N型接触垫                                     305　P型接触垫
306　导电通孔                                               307　散热垫
40　发光二极管芯片                                401　基板
402　N型层                                                   403　N型连接层
404　P型层                                                    405　P型连接层
407　反射层                                            408　N型接触垫
409　P型接触垫                                      410　散热垫
411　焊锡凸块                                               416　钝化层
50　发光二极管芯片                                501　基板
502　P型层                                                    503　N型层
504　N型接触垫                                     505　钝化层
506　终端接触垫                                     507　薄膜型介电层
508　散热垫                                            509　P型接触垫
510　发射面                                            601　外部基板
602　上侧接触垫                                     603　下侧接触垫
604　通孔                                                      605　微透镜
701　外部基板                                               702　上侧接触垫
703　下侧接触垫                                     704　通孔
705　上侧外部基板                                 706　微透镜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明提供发光二极管(light emitting diode，LED)芯片。图3显示正常型(normal type)发光二极管芯片。参照图3，于本发明的一实施例中，发光二极管芯片30包含基板301、第一型半导体层例如N型层302，其设置于基板301之上，以及第二型半导体层例如P型层303，其设置于N型层302之上。层的类型可予以改变。上层，于本实施例中为P型层303，其宽度大体上相较于下层，于本实施例中为N型层302，其宽度较大。于本发明的一实施例中，基板301的材料可为陶瓷、玻璃、蓝宝石或任何其它具有高热导率(heat conductivity)的非导电性基板材料。基板301的材料较佳可为氮化铝(aluminum nitride，AlN)。第一型接触垫，例如N型接触垫304，以及第二型接触垫，例如P型接触垫305，系设置于基板301之下。于一实施例中，N型接触垫304及P型接触垫305可利用重分布(re-distribution)方法予以形成。
导电通孔306设置贯穿基板301，且分别设置于N型接触垫304及P型接触垫305之上，并以导电材料填充于其中，用以分别将N型层302电性连接至N型接触垫304及将P型层303电性连接至P型接触垫305。于本发明的一实施例中，导电通孔306可利用直通硅晶穿孔(Through-Silicon Via，TSV)方法例如蚀刻法或雷射钻孔法或者机械钻孔法予以形成。散热垫307设置于基板301之下除了N型接触垫304及P型接触垫305以外的区域中。于一实施例中，散热垫307的材料可为金属或合金。于一实施例中，散热垫307可利用重分布(re-distribution)方法予以形成。导电材料填充于P型接触垫305上的导电通孔306内，且进一步形成超过基板301的上表面以连接P型层303。因此，N型接触垫304及P型接触垫305设置于与光发射表面即发光二极管芯片30的上表面相对的基板301下表面上。发光二极管芯片30所发射的光将不会被N型接触垫304及P型接触垫305所阻挡。发光二极管芯片30的发光面积及光输出量将会增加。因此，光发射效率将会大为改善。再者，PN接合处即P型层303接触N型层302的区域所产生的热量可快速地通过可导热的基板301及散热垫307向下传导。此外，散热垫307通过非导电性的基板301与N型接触垫304及P型接触垫305绝缘，以此可达到静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)保护。
图4显示覆晶型发光二极管芯片。参照图4，于本发明的另一实施例中，发光二极管芯片40包含基板401及第一型半导体层例如N型层402，其设置于基板401之上。于本发明的一实施例中，基板401的材料可为玻璃、蓝宝石等。第二型半导体层，于本实施例中为P型层404，以及第一型连接层，于本实施例中为N型连接层403，设置于N型层402之上。如上所述，N型层402及P型层404的类型可予以改变。再者，反射层407设置于P型层404之上，而第二型连接层，例如P型连接层405，以及钝化层416设置于反射层407之上。于一实施例中，钝化层416的材料可为二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。反射层407的材料可为金属或合金。
第一型半导体接触垫，于本实施例中为N型接触垫408，通过N型连接层403设置于N型层402的上方且于钝化层416之上，而第二型半导体接触垫，于本实施例中为P型接触垫409，设置于P型连接层405及钝化层416之上。接触垫的类型可予以变化。散热垫410设置于钝化层416之上。于本发明的一实施例中，散热垫410的材料可为金属或合金。于一实施例中，N型接触垫408、P型接触垫409以及散热垫410可利用重分布(re-distribution)方法予以形成。此外，焊锡凸块411分别设置于N型接触垫408、P型接触垫409及散热垫410之上。因此，N型接触垫408及P型接触垫409设置于与光发射表面即基板401的下表面相对的发光二极管芯片40上表面上。发光二极管芯片40所发射的光将不会被N型接触垫408及P型接触垫409所阻挡。发光二极管芯片40的发光面积及发光效率将会增加。再者，PN接合处即P型层404接触N型层402及N型连接层403的区域所产生的热可快速地通过散热垫410向上传导。此外，散热垫410通过钝化层416与N型接触垫408及P型接触垫409绝缘，以此可达到短路(short-circuit)保护。
图5显示另一正常型(normal type)发光二极管芯片。如上所述，半导体层及接触垫的类型亦可予以改变。参照图5，于本发明的又另一实施例中，发光二极管芯片50包含基板501以及P型层502，其设置于基板501之上。于一实施例中，基板501的材料可为碳化硅(silicon carbon，SiC)或任何其它具有高导热率的P型材料。于一实施例中，P型层502的材料可为金属。N型层503设置于P型层502之上，而N型接触垫504设置于N型层503之上。于一实施例中，N型层503的材料可为氮化铟镓(indium gallium nitride，InGaN)。钝化层505设置于N型层503的两端。此外，终端接触垫506设置于基板501之下。终端接触垫506的材料可为金(aurum，Au)或合金。发射面510形成于N型层503的上表面上。
薄膜型介电层507及P型接触垫509设置于终端接触垫506之下，而散热垫508进一步设置于薄膜型介电层507之下。如图5所示，于一实施例中，薄膜型介电层507的厚度可约为1微米(μm)，其较佳为越薄越好。于一实施例中，薄膜型介电层507的材料可为聚亚酰胺(Polyimide，PI)、苯环丁烯(Benzocyclobutene，BCB)、二氧化硅、氮化硅(silicon nitride，SiN)等。于本发明的一实施例中，散热垫508的材料可为金属或合金。于本发明的一实施例中，终端接触垫506、薄膜型介电层507、散热垫508及P型接触垫509可利用重分布(re-distribution)方法予以形成。因此，PN接合处即P型层502接触N型层503的区域所产生的热量可快速地通过可导热的基板501、终端接触垫506及散热垫508向下传导。由于薄膜型介电层507属于薄膜类型，故热导速率不会降低。此外，散热垫508通过薄膜型介电层507与N型接触垫504及P型接触垫509绝缘，以此可达到静电放电(Electrostatic Discharge，ESD)保护。
于一实施例，当本发明的发光二极管芯片被封装于发光二极管封装中时，发光二极管芯片的散热垫可直接接触外部基板上的金属，以增加热传导率。于另一实施例中，若焊锡凸块设置于散热垫上，则焊锡凸块可直接接触外部基板上的金属。例如，图6是根据本发明的一实施例显示一发光二极管封装结构。如图6所示，外部基板601包含复数个通孔604、复数个上侧接触垫602以及复数个下侧接触垫603。通孔604以导电材料填充，以电性连接上侧接触垫602及下侧接触垫603。微透镜605设置于发光二极管芯片40及外部基板601的上侧接触垫602之上。发光二极管芯片40中的散热垫上的焊锡凸块直接接触上侧接触垫602，以通过通孔604电性耦合至下侧接触垫603。
图7是根据本发明的另一实施例显示具有白色基板的另一发光二极管封装结构。如图7所示，外部基板701包含复数个通孔704、复数个上侧接触垫702以及复数个下侧接触垫703。通孔704以导电材料填充，以电性连接上侧接触垫702及下侧接触垫703。一上侧外部基板705设置于外部基板701之上。微透镜706设置于发光二极管芯片40及上侧外部基板705之上。发光二极管芯片40中的散热垫上的焊锡凸块直接接触上侧接触垫702，以通过通孔704电性耦合至下侧接触垫703。上侧外部基板705的材料可为白色的双马来酰亚胺三氮杂苯(bismaleimide triazine，BT)，如图7所示上侧外部基板705环绕发光二极管芯片40，以此发光二极管芯片40所发射的光可由以白色的双马来酰亚胺三氮杂苯制成的上侧外部基板705所反射，且发光二极管封装的机械性支持(mechanical support)亦可得到提升。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种发光二极管芯片结构，其特征在于，包含：
一基板及一第一型半导体层，该第一型半导体层设置于该基板之上；
一第二型半导体层，设置于该第一型半导体层之上；
一反射层，形成于该第二型半导体层之上；
一钝化层，设置于该反射层之上；
一第一型半导体接触垫，连接至该第一型半导体层，以及一第二型半导体接触垫，连接至该第二型半导体层；
一散热垫，设置于该钝化层之上，用以传导该第一型半导体层及该第二型半导体层所产生的热量；以及
一焊锡凸块，设置于该第一型半导体接触垫、该第二型半导体接触垫和该散热垫上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片结构，其特征在于，其中该焊锡凸块与一外部基板之复数接触垫连接，该外部基板的材料包含白色的双马来酰亚胺三氮杂苯，该外部基板环绕该发光二极管芯片结构。
3.一种发光二极管芯片结构，其特征在于，包含：
一基板及一第一型半导体层，该第一型半导体层设置于该基板之上；
一第二型半导体层，设置于该第一型半导体层之上；
一反射层，形成于该第二型半导体层之上；
一钝化层，设置于该反射层之上；
一第一型半导体接触垫，连接至该第一型半导体层，以及一第二型半导体接触垫，连接至该第二型半导体层；以及
一散热垫，设置于该钝化层之上，用以传导该第一型半导体层及该第二型半导体层所产生的热量，其中该散热垫通过该钝化层与该第一型接触垫和该第二型接触垫绝缘，该散热垫之材料包含金属。
4.根据权利要求3所述的发光二极管芯片结构，其特征在于，其中该基板的材料包含玻璃或蓝宝石。
5.根据权利要求3所述的发光二极管芯片结构，其特征在于，其中该钝化层的材料包含二氧化硅或氮化硅。
6.根据权利要求3所述的发光二极管芯片结构，其特征在于，其中该反射层的材料包含金属或合金。
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