CN103594613B - 免焊线的正装led芯片及其封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种免焊线的正装LED芯片，其特征在于：包括：外延芯片，外延芯片包括衬底、缓冲层、N型层、发光层、电子阻挡层、P型层和ITO层，在ITO层上形成有网状手指；形成于外延芯片上的N型电极、P型电极和荧光粉层；形成于外延芯片的上侧和四周的隔离层；位于N型电极与相应的外置电路以及P型电极和相应的外置电路之间的焊料层，同时也公开了该LED产品的制作方法。本发明能增大光的提取率，并提升光源品质，且无需金线，减少制作成本并提升LED的可靠性，同时通过点焊实现电极与外置电路相连，提高了LED的良率。

Description

免焊线的正装 LED 芯片及其封装方法
技术领域
本发明涉及LED生产技术，尤其是一种免焊线的正装LED芯片及其封装方法。
背景技术
照明对于人类于暗处及夜间的活动非常重要，古时候的人利用原始的方式来取得光源，例如烧材、烧油或烧蜡等方式，甚至利用能在夜间发光的萤火虫做为夜间光源予以使用，但随着科技的进步，从过去的白炽灯泡及日光灯直至现今的发光二极管（light emitting diode，LED），人类开始尝试其他不同方法获得光源。作为新一代环保型固态光源，GaN基LED已成为人们关注的焦点，与传统光源相比，LED具有寿命长、可靠性高、体积小、功耗低、响应速度快、易于调制和集成等优点。在信息显示、图像处理等领域得到广泛的应用，未来必将替代白炽灯、荧光灯，进入普通照明领域。但LED仍面临诸多问题，如制作工艺相对较复杂，光谱分布不均匀，光提取效率等问题。因此如何提高LED的发光效率，降低生产成本是LED面临的一个主要技术瓶颈。
GaN基LED发光效率由发光二极管的内量子效率和光提取率决定。随着材料生长技术以及器件结构设计的进步，但受材料吸收，电极吸收，GaN/空气界面全反射临界角，电流拥挤等多种因素的影响，芯片出现了三种结构，1）正装结构、2）倒装结构、3）垂直结构。倒装结构与传统的正装结构相比，具备避免电极对光线的吸收，同时蓝宝石的折射率小于GaN材料，界面将有更多的光线的出射角小于全反射临界角，而有效提高LED的提取效率。但倒装结构也面临不可避免的技术难题，如倒装结构所需设备相对于正装芯片结构的设备较贵，同时倒装结构精确度要求更高等多种问题。垂直结构相对于传统正装结构在散热效果和电流拥挤上有了很大的改善，但垂直结构需将蓝宝石剥离，且剥离工艺复杂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明在传统的正装结构基础上，提供一种免焊线的正装LED芯片，其光源品质好且能降低原材料成本和点胶难度。
本发明的技术方案为：一种免焊线的正装LED芯片，包括：
—外延芯片，外延芯片包括衬底、缓冲层、N型层、发光层、电子阻挡层、P型层和ITO层，在ITO层上形成有网状手指；
—N型电极，形成于外延芯片的N型层上，该N型电极与外延芯片电性耦合；
—P型电极，形成于外延芯片的P型层上，该P型电极与外延芯片电性耦合，P型电极与网状手指金属连接；
—荧光粉层，形成于外延芯片上，荧光粉层高度与N型电极及P型电极等高，或不等高；
—隔离层，形成于外延芯片的上侧和四周；
—焊料层，位于N型电极与相应的外置电路以及P型电极和相应的外置电路之间。
所述外沿芯片按设计尺寸大小分为小功率芯片、中功率芯片、大功率芯片及高压芯片。
N型电极高度、P型电极高度、荧光粉层高度相一致或者高度差为LED总厚度的5%之内。
所述隔离层为二氧化硅、氮化硅或聚酰亚胺材料中的一种或多种组合，厚度为0.5微米-30微米之间。
所述N型电极、P型电极、焊料层和网状手指的材料均为Ag、Cu、Al、Ni、In、Sn、Ti、Pt、Cr、Au和Wu中的一种或者多种组成的合金。
一种免焊线的正装LED芯片的封装方法，包括如下步骤：1、清洗衬底；2、采用MOCVD技术生长外延芯片结构中的缓冲层、N型层、发光层、电子阻挡层、P型层；3、使用ICP、掩膜或光刻技术刻蚀出N型电极和P型电极；4、使用反应等离子沉积技术制作ITO层和网状手指，并使P型电极与网状手指连接；5、采用PECVD技术制作隔离层；6、涂覆或黏贴荧光粉；7、荧光粉固化；8、点焊。
优选地，所述电极制作中，电极可分布在对角或者两边；电极的数目可以大于两个；并依据尺寸大小设定电极的形状与位置。
优选地，所述点焊步骤中，焊料直接点在电极上，多余焊料沿着外延芯片侧壁流下，流下的焊料直接与外置电路相连。
本发明的有益效果为：提供了一种免焊线的正装LED芯片，一方面通过外延芯片的设计能增大光的提取率，并提升光源品质；一方面无金线减少了制作成本，并且无金线遮蔽可提升光效，还降低了由荧光粉与芯片热失配带来的金线断裂的问题，提升了LED的可靠性；另一方面采用点焊工艺就能实现电极与外置电路相连，简化工艺步骤并提高了LED的良率。
附图说明
图1 为本发明各实施例主体结构的剖面示意图；
图2 为本发明的实施例1所提供的俯视示意图；
图3 为本发明的实施例2所提供的俯视示意图；
图4 为本发明的实施例3所提供的俯视示意图；
图5 为本发明的实施例4所提供的俯视示意图。
图中，1-衬底；2-缓冲层；3-N型层；4-发光层；5-电子阻挡层；6-P型层；7-ITO层；8-隔离层；9-P型电极；10-荧光粉层；11-N型电极；12-焊料层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本发明提供的免焊线的正装LED芯片，各实施例基本结构相同，均包括衬底（1），形成于衬底（1）上的缓冲层（2），形成于缓冲层（2）上的N型层（3），形成于N型层（3）上的发光层（4），形成于发光层（4）上的电子阻挡层（5），形成于电子阻挡层（5）上的P型层（6），形成于P型层（6）上的ITO层（7），形成于N型层（3）上的N型电极（11），形成于P型层（6）上的P型电极（9），形成于ITO（7）上的网状手指（网状的电流传输线），形成于ITO（7）、N型层（3）和侧壁上的隔离层（8），形成于ITO（7）上的荧光粉层（10），形成于P型电极（9）或N型电极（11）和外延芯片侧壁上的焊料层（12）。
如图2所示，实施例1的特点在于N型电极（11）和P型电极（9）呈对角设置，制作过程为：1、形成外延芯片基本结构后，通过ICP在外延芯片上制作一对对角电极；2、进一步处理后，制作荧光粉层（10）并通过点焊使电极与外置电路相连。
如图3所示，实施例2的特点在于N型电极（11）和P型电极（9）呈相对设置，制作过程为：1、形成外延芯片基本结构后，通过ICP在外延芯片上制作一对电极；2、进一步处理后，制作荧光粉层（10）和进行点焊。
如图4所示，实施例3的特点在于有两个N型电极（11）和一个P型电极（9），制作过程为：1、形成外延芯片基本结构后，通过ICP在外延芯片上制作两个N型电极（11）和一个P型电极（9）；2、进一步处理后，制作荧光粉层（10）和进行点焊。
如图5所示，实施例4的特点在于是在高压芯片的基础上制作对角设置的N型电极（11）和P型电极（9），制作过程为：1、形成高压芯片基本结构后，通过ICP在高压芯片上制作一对对角电极；2、进一步处理后，制作荧光粉层和进行点焊。
上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1. 一种免焊线的正装LED芯片，其特征在于，包括：
—外延芯片，外延芯片包括衬底、缓冲层、N型层、发光层、电子阻挡层、P型层和ITO层，在ITO层上形成有网状手指；
—N型电极，形成于外延芯片的N型层上，该N型电极与外延芯片电性耦合；
—P型电极，形成于外延芯片的P型层上，该P型电极与外延芯片电性耦合，P型电极与网状手指金属连接；
—荧光粉层，形成于外延芯片上；
—隔离层，形成于外延芯片的上侧和四周；
—焊料层，位于N型电极与相应的外置电路以及P型电极和相应的外置电路之间；
所述的N型电极高度、P型电极高度、荧光粉层高度相一致或者高度差为LED总厚度的5%之内。
2.根据权利要求1所述的免焊线的正装LED芯片，其特征在于：所述隔离层厚度为0.5微米-30微米之间。
3.根据权利要求1或2所述的免焊线的正装LED芯片，其特征在于：所述隔离层为二氧化硅、氮化硅或聚酰亚胺材料中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的免焊线的正装LED芯片，其特征在于：所述N型电极、P型电极、焊料层和网状手指的材料均为Ag、Cu、Al、Ni、In、Sn、Ti、Pt、Cr、Au和Wu中的一种或者多种组成的合金。
5.一种免焊线的正装LED芯片的封装方法，其特征在于，包括如下步骤：1）清洗衬底；2）采用MOCVD技术生长外延芯片结构中的缓冲层、N型层、发光层、电子阻挡层、P型层；3）使用ICP技术刻蚀出N型电极和P型电极；4）使用反应等离子沉积技术制作ITO层和网状手指，并使P型电极与网状手指连接；5）采用PECVD技术制作隔离层；6）涂覆或黏贴荧光粉；7）荧光粉固化；8）点焊；所述点焊步骤中，焊料直接点在电极上，多余焊料沿着外延芯片侧壁流下，流下的焊料直接与外置电路相连。
6.根据权利要求5所述的免焊线的正装LED芯片的封装方法，其特征在于：在电极制作中，电极分布在对角或者两边，电极的数目大于两个。
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