CN102569585A - 一种led芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种LED芯片,所述N型电极(22)为阶梯结构;所述N型电极(22)的下端穿过所述绝缘介质膜(13)与所述N型层(3)连接;所述N型电极(22)的中间部分贴在垂直部分的绝缘介质膜(13)上;所述N型电极(22)的上端位于最上方绝缘介质膜(13)之上并且向P型电极(21)的位置延伸,所述N型电极(22)的上端与第二PCB板(23)连接,所述N型电极(22)的上端与P型电极(21)存在相同高度的或近似高度的共同锡焊面。本发明由于把LED芯片的N型电极与N型电极设置相同高度的或近似高度的共同锡焊面,因而增加了LED芯片倒装工艺的封装良率,避免了电极虚焊或脱焊的情形发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED芯片,尤其是涉及一种倒装结构的LED芯片。
背景技术
在蓝宝石衬底上制作的蓝、绿或紫光LED芯片的发光面为外延材料的生长表面,即P型表面。在LED的封装过程中,都把蓝宝石衬底面直接固定在散热板上。在LED的工作过程中,其发光区是器件发热的根源。由于蓝宝石衬底本身是一种绝缘体材料,且导热性能和GaN材料比较差,所以对这种正装的LED器件其工作电流都有一定的限制,以确保LED的发光效率和工作寿命。为改善器件的散热性能,人们设计了一种LED芯片结构,即倒装结构的LED芯片。
自从提出芯片的倒装设计之后,人们针对其可行性进行了大量的研究和探索。由于LED芯片设计的局限性,封装良率一直很低,原因如下:第一、N型电极区域相对小,很难与PCB板的相应区域对位;第二、N型电极位置比P型电极位置高很多,很容易造成虚焊、脱焊情形;第三、为制作N型电极,往往要人为地去掉很大一部分有源区,这样大大地减少了器件的发光面积,直接影响了LED发光效率。
如图1所示,利用MOCVD、VPE、MBE或LPE技术在衬底30上生长器件(如LED、LD等)结构,从上至下依次分别为衬底30、N型材料层31、发光区32、P型材料层33、P型电极34、P级焊锡层35、PCB板36以及散热板40。其中N型材料层31与散热板40之间还依次连接N型电极37、N级焊锡层38和PCB板39。
该传统的LED芯片存在的技术缺陷如下:
1、在水平方向N型电极37所处位置与P型电极34相距较远,N型电极37对其下方的PCB板27的位置设计有苛刻的要求,影响到封装优良率。
2、N型电极37位置比P型电极34位置高很多,导致其与下方的PCB板39之间的间隙较大,在焊锡时很容易使得N级焊锡层38过长而造成虚焊或脱焊的发生。
3、为了使得N型电极37与其下方的PCB板39可以进行焊接,需要去掉很大一部分发光区,影响到LED芯片的发光效率。
发明内容
本发明设计了一种LED芯片,其解决了以下技术问题是:
(1)N型电极区域相对小,很难与PCB板的相应区域对位,会影响到封装效果和LED产品的优良率;
(2)N型电极位置比P型电极位置高很多,很容易造成虚焊、脱焊情形;
(3)为制作N型电极,往往要人为地去掉很大一部分有源区,这样大大地减少了器件的发光面积,直接影响了LED发光效率。
为了解决上述存在的技术问题,本发明采用了以下方案:
一种LED芯片,包括P型电极区(17)和N型电极区(18),所述P型电极区(17)从下至上依次包括衬底(1)、缓冲层(2)、N型层(3)、N型分别限制层(4)、发光区层(5)、P型分别限制层(6)、P型层(7)、P型欧姆接触层(8)、光反射层(9)以及绝缘介质膜(13),所述N型电极区(18)从下至上依次包括衬底(1)、缓冲层(2)、N型层(3)以及绝缘介质膜(13),P型电极(21)下端穿过所述绝缘介质膜(13)与光反射层(9)连接,P型电极(21)上端与第一PCB板(24)连接,所述衬底(1)由上凹孔结构(26)和下凹孔结构(27)组合而成。所述N型电极(22)为阶梯结构;所述N型电极(22)的下端穿过所述绝缘介质膜(13)与所述N型层(3)连接;所述N型电极(22)的中间部分贴在垂直部分的绝缘介质膜(13)上;所述N型电极(22)的上端位于最上方绝缘介质膜(13)之上并且向P型电极(21)的位置延伸,所述N型电极(22)的上端与第二PCB板(23)连接,所述N型电极(22)的上端与P型电极(21)存在相同高度的或近似高度的共同锡焊面。
进一步,所述上凹孔结构(26)的各个凹孔直径大于都所述下凹孔结构(27)各个凹孔的直径。
进一步,所述P型电极(21)上端通过焊锡与第一PCB板(24)进行固定。
进一步,所述P型电极(21)通过所述第一PCB板(24)与散热板(25)进行固定连接。
进一步,所述P型电极(21)上端通过焊锡与第二PCB板(23)进行固定。
进一步,所述N型电极(22)通过所述第二PCB板(23)与散热板(25)进行固定连接。
进一步,所述绝缘介质膜(13)的厚度在150nm-450nm之间。
进一步,所述衬底(1)的材质为蓝宝石、碳化硅或GaN。
该LED芯片的制作方法,LED芯片从下至上依次为衬底(1)、缓冲层(2)、N型层(3)、N型分别限制层(4)、发光区层(5)、P型分别限制层(6)、P型层(7)以及P型欧姆接触层(8),
包括以下制作步骤:
步骤01、在P型欧姆接触层(8)表面形成光反射层(9);
步骤02、形成N型电极形成区(12);
步骤03、形成绝缘介质膜(13);
步骤04、形成P型电极区(17)和N型电极区(18);
步骤05、制作形成P型电极(21)和N型电极(22),其中N型电极(22)为阶梯结构,N型电极(22)的下端穿过所述绝缘介质膜(13)与所述N型层(3)连接,N型电极(22)的上端向P型电极(21)的位置延伸,并且上端的N型电极(22)与P型电极(21)存在相同高度的或近似高度的共同锡焊面;
步骤06、P型电极(21)和N型电极(22)通过锡焊的方式固定在各自的PCB板上;
步骤07、对LED芯片进行封装。
进一步,所述步骤01中光反射层(9)通过蒸镀或溅射方式附着在P型欧姆接触层(8)上。
进一步,所述步骤02中包括以下具体分步骤:
步骤021、在光反射层(9)表面涂敷第一光刻胶层(10);
步骤022、LED芯片一侧的第一光刻胶层(10)通过曝光或显影方式去除;
步骤023、利用干刻或化学腐蚀的方法,将暴露部分的N型分别限制层(4)、发光区层(5)、P型分别限制层(6)、P型层(7)、P型欧姆接触层(8)、光反射层(9)以及部分的N型层(3)去除并且形成N型电极形成区(12),使得整个LED芯片形成阶梯结构;
步骤024、将LED芯片另一侧剩余的第一光刻胶层(10)全部去除。
进一步,所述步骤03中的绝缘介质膜(13)通过镀膜的方式均匀地覆盖在阶梯结构的LED芯片上表面。
进一步,所述步骤04中包括以下具体分步骤:
步骤041、在绝缘介质膜(13)表面涂敷第二光刻胶层(14);
步骤042、通过曝光或显影方法,在阶梯结构的LED芯片上下两端部分去除第二光刻胶层(14),并且形成两个绝缘介质膜暴露区(15);
步骤043、通过干刻或化学腐蚀方法,将两个绝缘介质膜暴露区(15)覆盖的绝缘介质膜(13)去除,形成两个去除绝缘介质膜暴露区(16);
步骤044、去除绝缘介质膜(13)上的所有剩余第二光刻胶层(14)后,在LED芯片的阶梯上下两端分别形成P型电极区(17)和N型电极区(18)。
进一步,所述步骤05中包括以下具体分步骤:
步骤051、将步骤04得到阶梯结构的LED芯片表面涂敷第三光刻胶层(19);
步骤052、去除P型电极区(17)和N型电极区(18)上方的第三光刻胶层(19)以及去除P型电极区(17)和N型电极区(18)之间部分的第三光刻胶层(19),保留的部分第三光刻胶层(19)用于将来P型电极和N型电极之间形成隔离;
步骤053、将步骤052得到阶梯结构的LED芯片表面制作一金属合金层(20);
步骤054、去除步骤052中保留的部分第三光刻胶层(19)及其上方的金属合金层(20),最终形成P型电极(21)和N型电极(22)。
进一步,所述步骤07中P型电极(21)和N型电极(22)通过各自的PCB板与散热板(25)进行固定连接。
进一步,所述第一光刻胶层(10)、第二光刻胶层(14)以及第三光刻胶层(19)的涂布速度在2500-5000转/分,并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间,在烘箱里或铁板表面烘烤,烘烤时间分别为30分钟和2分钟。
进一步,所述绝缘介质膜(13)的厚度在150nm-450nm之间。
进一步,所述衬底(1)的材质为蓝宝石、碳化硅或GaN。
该LED芯片与传统的LED芯片相比,具有以下有益效果:
(1)本发明由于把LED芯片的N型电极与N型电极设置相同高度的或近似高度的共同锡焊面,使得在锡焊时,两个电极焊锡厚度相同并且可以减少N型电极的焊锡厚度,因而增加了LED芯片倒装工艺的封装良率,避免了电极虚焊或脱焊的情形发生。
(2)本发明由于将衬底由上凹孔结构和下凹孔结构组合而成,使得部分全反射光线以散射的形式射出,或者通过多次折射进入临界角射出,从而实现出光效率的提高。
(3)本发明由于P型电极的N型电极为阶梯结构,无需去掉很大一部分发光区,因而减少制作N型欧姆接触的面积,增加发光区面积,以提高LED的发光效率。
(4)本发明由于P型电极的N型电极为阶梯结构,与N型电极连接的PCB板位置可以自由进行调整,提高了LED芯片封装结构的优良率。
附图说明
图01是传统LED芯片的结构示意图;
图02是本发明中倒装LED裸芯片结构示意图;
图03是本发明中倒装LED裸芯片设置光反射层结构示意图;
图04是本发明LED芯片制作步骤1;
图05是本发明LED芯片制作步骤2;
图06是本发明LED芯片制作步骤3;
图07是本发明LED芯片制作步骤4;
图08是本发明LED芯片制作步骤5;
图09是本发明LED芯片制作步骤6;
图10是本发明LED芯片制作步骤7;
图11是本发明LED芯片制作步骤8;
图12是本发明LED芯片制作步骤9;
图13是本发明LED芯片制作步骤10;
图14是本发明LED芯片制作步骤11;
图15是本发明LED芯片制作步骤12;
图16是本发明LED芯片制作步骤13;
图17是本发明LED芯片制作步骤14;
图18是本发明LED芯片的结构示意图。
附图标记说明:
1—衬底;2—缓冲层;3—N型层;4—N型分别限制层;5—发光区层;6—P型分别限制层;7—P型层;8—P型欧姆接触层;9—光反射层;10—第一光刻胶层;11—N型电极形成开口;12—N型电极形成区;13—绝缘介质膜;14—第二光刻胶层;15—绝缘介质膜暴露区;16—去除绝缘介质膜暴露区;17—P型电极区;18—N型电极区;19—第三光刻胶层;20—金属合金层;21—P型电极;22—N型电极;23—第二PCB板;24—第一PCB板;25—散热板;26—上凹孔结构;27—下凹孔结构;
30—衬底;31—N型材料层;32—发光区;33—P型材料层;34—P型电极;35—P级焊锡层;36—PCB板;37—N型电极;38—N级焊锡层;39—PCB板;40—散热板。
具体实施方式
下面结合图2至图17,对本发明做进一步说明:
如图2所示,衬底1是载体,一般是蓝宝石、碳化硅或GaN等材料。缓冲层2是一个过度层,在此基础上生长高质量的N, P, 量子阱等其它材料。LED由pn结构成,缓冲层2、N型层3层、N型分别限制层4,P型分别限制层6以及P型层7是为了形成制作LED所需的P和N型材料。发光区层5是LED的发光区,光的颜色由有源区的结构决定。P型欧姆接触层8是材料生长的最后一层,这一层的载流子搀杂浓度较高,目的是为制作较小的欧姆接触电阻。P型金属欧姆接触层不是由生长形成的,而是通过蒸镀或溅射等方法形成的,目的之一是制作器件的电极,目的之二是为了封装打线用。
如图3所示,通过蒸镀、溅射或其它薄膜制作方法,在P型欧姆接触层8表面形成一层或多层薄膜(如ITO、银镜、镍金、合金或半金属等),用于制作发光二极管的光反射层9。
如图4所示,在图3结构的表面涂布第一光刻胶层10(正胶或负胶),涂布速度在2500-5000转/分,并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间,在烘箱里或铁板表面烘烤,烘烤时间分别为30分钟和2分钟。
如图5所示,LED芯片一侧的第一光刻胶层10通过曝光或显影方式去除,用于形成N型电极形成区12。
如图6所示,利用干刻或化学腐蚀的方法,将暴露部分的N型分别限制层4、发光区层5、P型分别限制层6、P型层7、P型欧姆接触层8、光反射层9以及部分的N型层3去除并且形成N型电极形成区12,使得整个LED芯片形成阶梯结构。
如图7所示,将LED芯片另一侧剩余的第一光刻胶层10全部去除。
如图8所示,利用PECVD或其它镀膜技术,在图7所示的结构表面制备一层绝缘介质膜13,厚度在100nm-500nm之间。绝缘介质膜13通过镀膜的方式均匀地覆盖在阶梯结构的LED芯片上表面。
如图9所示,在绝缘介质膜13表面涂敷第二光刻胶层14。涂布速度在2500-5000转/分,并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间,在烘箱里或铁板表面烘烤,烘烤时间分别为30分钟和2分钟。
如图10所示,通过曝光或显影方法,在阶梯结构的LED芯片上、下两端部分去除第二光刻胶层14,并且形成两个绝缘介质膜暴露区15,用于制作P型电极区17和N型电极区18。
如图11所示,通过干刻或化学腐蚀方法,将两个绝缘介质膜暴露区15覆盖的绝缘介质膜13去除,形成两个去除绝缘介质膜暴露区16。
如图12所示,去除绝缘介质膜13上的所有剩余第二光刻胶层14后,在LED芯片的阶梯上下两端分别形成P型电极区17和N型电极区18。
如图13所示,将图12中得到阶梯结构的LED芯片表面涂敷第三光刻胶层19。
如图14所示,去除P型电极区17和N型电极区18上方的第三光刻胶层19以及去除P型电极区17和N型电极区18之间部分的第三光刻胶层19,保留的部分第三光刻胶层19用于将来P型电极和N型电极之间形成隔离。
如图15所示,将图14中得到阶梯结构的LED芯片表面制作一金属合金层20;
如图16所示,去除图14中保留的部分第三光刻胶层19及其上方的金属合金层20,最终形成P型电极21和N型电极22。
图17所示,一种LED芯片,包括P型电极区17和N型电极区18,P型电极区17从下至上依次包括衬底1、缓冲层2、N型层3、N型分别限制层4、发光区层5、P型分别限制层6、P型层7、P型欧姆接触层8、光反射层9以及绝缘介质膜13,N型电极区18从下至上依次包括衬底1、缓冲层2、N型层3以及绝缘介质膜13,P型电极21下端穿过所述绝缘介质膜13与光反射层9连接,P型电极21上端与第一PCB板24连接,N型电极22为阶梯结构;N型电极22的下端穿过绝缘介质膜13与N型层3连接;N型电极22的中间部分贴在垂直部分的绝缘介质膜13上;N型电极22的上端位于最上方绝缘介质膜13之上并且向P型电极21的位置延伸,N型电极22的上端与第二PCB板23连接,N型电极22的上端与P型电极21存在相同高度的或近似高度的共同锡焊面。
P型电极21上端通过焊锡与第一PCB板24进行固定。P型电极21通过所述第一PCB板24与散热板25进行固定连接。P型电极21上端通过焊锡与第二PCB板23进行固定。N型电极22通过第二PCB板23与散热板25进行固定连接。
绝缘介质膜13的厚度在150nm-450nm之间。衬底1的材质为蓝宝石、碳化硅或GaN。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述,显然本发明的实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进,或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种LED芯片,包括P型电极区(17)和N型电极区(18),所述P型电极区(17)从下至上依次包括衬底(1)、缓冲层(2)、N型层(3)、N型分别限制层(4)、发光区层(5)、P型分别限制层(6)、P型层(7)、P型欧姆接触层(8)、光反射层(9)以及绝缘介质膜(13),所述N型电极区(18)从下至上依次包括衬底(1)、缓冲层(2)、N型层(3)以及绝缘介质膜(13),P型电极(21)下端穿过所述绝缘介质膜(13)与光反射层(9)连接,P型电极(21)上端与第一PCB板(24)连接,所述衬底(1)由上凹孔结构(26)和下凹孔结构(27)组合而成,其特征在于:所述N型电极(22)为阶梯结构;所述N型电极(22)的下端穿过所述绝缘介质膜(13)与所述N型层(3)连接;所述N型电极(22)的中间部分贴在垂直部分的绝缘介质膜(13)上;所述N型电极(22)的上端位于最上方绝缘介质膜(13)之上并且向P型电极(21)的位置延伸,所述N型电极(22)的上端与第二PCB板(23)连接,所述N型电极(22)的上端与P型电极(21)存在相同高度的或近似高度的共同锡焊面。
2.根据权利要求1所述LED芯片,其特征在于:所述上凹孔结构(26)的各个凹孔直径大于都所述下凹孔结构(27)各个凹孔的直径。
3.根据权利要求2所述LED芯片,其特征在于:所述P型电极(21)上端通过焊锡与第一PCB板(24)进行固定。
4.根据权利要求3所述LED芯片,其特征在于:所述P型电极(21)通过所述第一PCB板(24)与散热板(25)进行固定连接。
5.根据权利要求2所述LED芯片,其特征在于:所述P型电极(21)上端通过焊锡与第二PCB板(23)进行固定。
6.根据权利要求4或5所述LED芯片,其特征在于:所述N型电极(22)通过所述第二PCB板(23)与散热板(25)进行固定连接。
7.根据权利要求1-6中任何一项所述LED芯片,其特征在于:所述绝缘介质膜(13)的厚度在150nm-450nm之间。
8.根据权利要求7所述LED芯片,其特征在于:所述衬底(1)的材质为蓝宝石、碳化硅或GaN。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C04 | Withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20120711 |