CN104022207B - 一种白光led芯片及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种白光LED芯片及其制作方法，该白光LED芯片包括一贴装式LED芯片，在所述贴装式LED芯片的外延衬底层上贴装有预制成型的用于光色转换的光转换层薄片，在所述贴装式LED芯片四周紧挨围闭设置有用于防止LED芯片侧面漏光的反光墙，所述反光墙连接在所述光转换层薄片上。其制作方法，包括以下步骤：(1)、在光转换层薄片表面制作反光墙，所述反光墙在所述光转换层薄片的表面上围成多个LED芯片安装腔体；(2)、将贴装式LED芯片贴装到所述LED安装腔体内，并切割成上方具有光转换层和四周具有反光墙的单颗白光LED芯片。本发明不仅能够提升白光LED芯片的发光效率，而且能够避免现有做法让LED芯片底部电极受到污染和生产加工容易、产品良率高的优点。

Description

一种白光LED芯片及其制作方法
技术领域
本发明属于LED技术领域，具体涉及一种白光LED芯片及其制作方法。
背景技术
白光LED芯片是采用Chip Scale Package(以下简称为“CSP”)技术实现的可以直接发白光的LED芯片，该类芯片具有体积小、发光角度大、可耐大电流驱动、制造成本低、方便下游客户灯具设计。
当前LED白光芯片的普遍结构特征：倒装芯片结构，电极在底部，正上面和4个侧面均包覆荧光粉。正上方和四个侧面的荧光粉层普遍采用Molding和压合半固化的荧光片工艺来实现的，正上方和四个侧面的荧光粉层是相同材料一体成型的结构。又如中国专利申请号201310039776.X公开了一种具有波长转换层的发光二极管元件的结构，在倒装LED芯片上制作荧光层，让四个侧面荧光粉距离底部电极保持一定高度，但是该结构会引起四个侧面有蓝光漏出，出现蓝圈的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种白光LED芯片的制作方法及应用该方法制作的LED芯片，以解决现有制作工艺过程中容易污染LED芯片电极而影响白光LED芯片后工序的焊接不良和LED芯片侧面漏光的问题。
为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种白光LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
(1)、在光转换层薄片表面制作反光墙，所述反光墙在所述光转换层薄片的表面上围成多个LED芯片安装腔体，所述光转换层薄片是一种预制成型的薄片状材料；
(2)、将贴装式LED芯片贴装到所述LED安装腔体内，并切割成上方具有光转换层和四周具有反光墙的单颗白光LED芯片。
进一步的，所述第(1)步具体包括如下子步骤：
(11)、在所述光转换层薄片表面涂一感光性材料层；
(12)、通过曝光和显影去除感光性材料层中的非贴装LED芯片区域；
(13)、在所述非贴装LED芯片区域通过溅射或金属薄膜沉积方式制作反光墙；
(14)、通过去胶液去除剩余的感光性材料层露出多个LED芯片安装腔体。
进一步的，所述第(1)步骤具体如下：将预先制备好的块状反光墙粘接在所述光转换层薄片表面，从而围成多个LED芯片安装腔体。
一种白光LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
(1)、将LED芯片贴装在预制成型的光转换层薄片表面；
(2)、在贴好LED芯片的光转换层薄片上涂覆一层高分子反光材料并使其固化，所述高分子反光材料完全覆盖所述LED芯片；
(3)、研磨上表面的高分子反光材料露出所述LED芯片的电极，并切割成上方具有光转换层和四周具有反光墙的单颗白光LED芯片。
进一步的，所述贴装式LED芯片为倒装LED芯片，其包括外延衬底层、生长在所述外延衬底层上表面的N型氮化镓层、生长在所述N型氮化镓层部分上表面的发光层、生长在所述N型氮化镓层部分上表面的N型欧姆接触层、生长在所述发光层上表面的P型氮化镓层和生长在所述P型氮化镓层部分上表面的P型欧姆接触层，在所述P型氮化镓层、P型欧姆接触层、N型氮化镓层和N型欧姆接触层上表面还设置有绝缘层，在所述P型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第一通孔，在所述N型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第二通孔，在所述绝缘层上表面分别独立设置有P电极键合层和N电极键合层，所述P电极键合层贯穿第一通孔与P型欧姆接触层电连接，所述N电极键合层贯穿第二通孔与N型欧姆接触层电连接。
一种白光LED芯片，包括一贴装式LED芯片，在所述贴装式LED芯片的外延衬底层上贴装有预制成型的用于光色转换的光转换层薄片，在所述贴装式LED芯片四周紧挨围闭设置有用于防止LED芯片侧面漏光的反光墙，所述反光墙连接在所述光转换层薄片上。
进一步的，所述贴装式LED芯片为倒装LED芯片，其包括外延衬底层、生长在所述外延衬底层上表面的N型氮化镓层、生长在所述N型氮化镓层部分上表面的发光层、生长在所述N型氮化镓层部分上表面的N型欧姆接触层、生长在所述发光层上表面的P型氮化镓层和生长在所述P型氮化镓层部分上表面的P型欧姆接触层，在所述P型氮化镓层、P型欧姆接触层、N型氮化镓层和N型欧姆接触层上表面还设置有绝缘层，在所述P型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第一通孔，在所述N型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第二通孔，在所述绝缘层上表面分别独立设置有P电极键合层和N电极键合层，所述P电极键合层贯穿第一通孔与P型欧姆接触层电连接，所述N电极键合层贯穿第二通孔与N型欧姆接触层电连接。
进一步的，所述反光墙厚度在10-1000um之间。
进一步的，所述反光墙材料为在可见光区光反射率在95％以上的金属材料。
进一步的，所述反光墙材料为金、银、铜、镍、钨与钛中的一种或多种的组合。
本发明在同一构思下，将贴装式LED芯片直接贴装在一预制成型的光转换层薄片上，将反光墙直接做在预制成型的光转换层薄片上。本发明在直接贴装式LED芯片四个侧面设置反光墙，使得本发明白光LED芯片四个侧面不会出现漏蓝光，同时能够将光集中于正面发出提升白光LED芯片的发光效率。同时，本发明的这种结构有利于选择倒贴LED芯片于预制成型的光转换薄膜上，避免现有做法让LED芯片底部电极受到污染，提高白光LED芯片后工序应用的焊接良率。
因此，本发明不仅能够提升白光LED芯片的发光效率，而且能够避免现有做法让LED芯片底部电极受到污染和生产加工容易、产品良率高的优点。
附图说明
图1是本发明贴装式LED芯片的结构示意图；
图2是本发明白光LED芯片的结构示意图；
图3a-图3f是本发明实施例1制作方法过程示意图；
图4a-图4c是本发明实施例2制作方法过程示意图；
图5a-图5d是本发明实施例3制作方法过程示意图。
图中：
100、贴装式LED芯片
101、外延衬底层 102、N型氮化镓层
103、发光层 104、N型欧姆接触层
105、P型氮化镓层 106、P型欧姆接触层
107、绝缘层 108、P电极键合层
109、N电极键合层
200、光转换层薄片
300、反光墙
400、感光性材料层
具体实施方式
为了充分地了解本发明的目的、特征和效果，以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明。
实施例1
如图2所示，本实施例公开了一种白光LED芯片，包括一贴装式LED芯片100，在所述贴装式LED芯片100的外延衬底层上贴装有预制成型的用于光色转换的光转换层薄片200，在所述贴装式LED芯片100四周紧挨围闭设置有用于防止LED芯片侧面漏光的反光墙300，所述反光墙300连接在所述光转换层薄片100上。
其中，光转换层薄片200是一种预制成型的薄片状材料，该光转换层薄片200是用于转换光色，比如贴装式LED芯片100为蓝光LED芯片时，光转换层薄片200就选用黄色光转换材料，从而将蓝光转换成白光，需要说明的是本专利并不局限于蓝光LED芯片和黄色光转换材料这种，其他将LED芯片发出的光转换成白光的情况也是本发明的保护范围。光转换层薄片200由一种载体材料和分散于所述载体材料中的光转换材料制成，所述光转换材料包括基质材料和发光材料，所述基质材料由钇铝石榴石、镥铝石榴石、硅酸盐、氮化物、氟化物、磷酸盐中的一种或多种组成，所述发光材料为掺杂的稀土离子为Eu2+、Pr3+、Ce3+、Eu3+、Tb3+、Yb2+、Dy3+中的一种或多种组合材料。所述载体材料为透明的无机陶瓷基材料，所述无机陶瓷基材料为氧化铝、二氧化硅。该预制成型带有光转换层薄片200，具体制作方式可以是把无机陶瓷基氧化铝粉末、荧光粉材料经过混合、压锭、高温下烧结、还原烧结、研磨、切割等工序加工成薄片状的光转换层薄片，其制备方式都是常规技术，其材料和物质也与现有荧光粉层或荧光片一致，只是本发明是将预制成型的光转换层薄片与LED粘接在一起，而不是通过点胶的方式在LED芯片上形成光转换物质材料层。
其中，反光墙300可以使得本发明白光LED芯片四个侧面不会出现漏光，同时能够将光集中于正面光转换层薄片100发出提升白光LED芯片的发光效率。反光墙300也是同样的道理，并不是直接通过点胶方式将反光材料粘接在LED芯片四周形成，而是将反光墙300做在光转换层薄片100上，反光墙300虽然是在贴装式LED芯片100四周紧挨围闭设置，但是其是直接连接在反光墙300上，从而使得反光墙300的制作过程可以不污染LED芯片。
如图1所示，本实施例选用的贴装式LED芯片100为倒装LED芯片，其包括外延衬底层101、生长在所述外延衬底层101上表面的N型氮化镓层102、生长在所述N型氮化镓层102部分上表面的发光层103、生长在所述N型氮化镓层102部分上表面的N型欧姆接触层104、生长在所述发光层103上表面的P型氮化镓层105和生长在所述P型氮化镓层105部分上表面的P型欧姆接触层106，在所述P型氮化镓层105、P型欧姆接触层106、N型氮化镓层102和N型欧姆接触层104上表面还设置有绝缘层107，在所述P型欧姆接触层106上表面的绝缘层107上开设有第一通孔，在所述N型欧姆接触层104上表面的绝缘层107上开设有第二通孔，在所述绝缘层107上表面分别独立设置有P电极键合层108和N电极键合层109，所述P电极键合层108贯穿第一通孔与P型欧姆接触层106电连接，所述N电极键合层10贯穿第二通孔与N型欧姆接触层104电连接。
其中，为了制作方便和达到防漏光的效果，反光墙厚度在10-1000um之间，所述反光墙材料为在可见光区光反射率在95％以上的金属材料，所述反光墙材料为金、银、铜、镍、钨与钛中的一种或多种的组合。需要说明的是，本发明反光墙的材料并不局限于上述金属材料，还可以是其他高分子等反光材料，这些都是本发明的等同保护范围。
图3a-图3f是本发明实施例1制作方法过程示意图，本实施例还公开了一种白光LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
(1)、在光转换层薄片200表面制作反光墙300，所述反光墙300在所述光转换层薄片200的表面上围成多个LED芯片安装腔体，具体包括如下子步骤：
(11)、如图3a所示，先在所述光转换层薄片200表面涂一感光性材料层400；
(12)、如图3b1和图3b2所示，通过曝光和显影去除感光性材料层200中的非贴装LED芯片区域；图3b1是去除非贴装LED芯片区域后的剖视图，图3b2是本步骤完成后的俯视图，如图所示，所谓的非贴装LED芯片区域就是光转换层薄片200上除去安装LED芯片的位置之外的其他区域，那么图3b2中保留的400部分也就是后续步骤用于贴装LED芯片的区域；
(13)、如图3c所示，在所述非贴装LED芯片区域通过溅射或金属薄膜沉积方式制作反光墙200；
(14)、如图3d1和图3d2，通过去胶液去除剩余的感光性材料层露出多个LED芯片安装腔体，图3d1是去除剩余的感光性材料层后的剖视图，图3d2是本步骤完成后的俯视图；
(2)、如图3e所示，将贴装式LED芯片贴装到所述LED安装腔体内，并切割成上方具有光转换层和四周具有反光墙的单颗白光LED芯片，图3e中虚线为切割示意线，图3f为切割后得到的单颗LED芯片的结构示意图。选择表面贴装机、固晶机、倒装邦定机的一种进行贴装，采用透明胶体粘接方式实现LED芯片100与光转换层薄片200的物理连接。采用切割机进行切割成单颗的直接贴装式带有光转换层和反光墙的白光LED芯片。
本方法完全区别于传统制作荧光粉层的方式，将LED芯片的光转换层材料层采用预制薄片方式—光转换层薄片200贴装在LED芯片上，反光墙300也是做在光转换层薄片200上以实现包围LED芯片四周的目的，在制作时侧面的反光墙300不是直接做在LED芯片上，就不容易引起LED芯片底部电极受到污染，进而提高白光LED芯片后工序应用的焊接良率。在不容易被污染的情况下，完全可以将反光墙300完全延伸至LED芯片底部完全包围LED芯片使之不漏光。
实施例2
如图4a-图4c所示，本实施例与实施例1的不同仅在于，本实施例的白光LED芯片的制作方法的第(1)步骤具体如下：将预先制备好的块状反光墙300粘接在所述光转换层薄片200表面，从而围成多个LED芯片安装腔体。
本实施例制作白光LED芯片的方法过程具体如下：
1、如图4a1所示，现在将预先制备好的块状反光墙300粘接在所述光转换层薄片200表面，图4a1是剖视图，图4a2是粘接完成后的俯视图，从图中可以看出反光墙300在光转换层薄片200表面形成了多个安装LED芯片的LED安装腔体。
2、如图4b所示，然后将贴装式LED芯片100贴装到所述LED安装腔体内，并切割成上方具有光转换层和四周具有反光墙的单颗白光LED芯片，图4b中虚线为切割示意线，图4c为切割后得到的单颗LED芯片的结构示意图。
实施例3
本实施例与实施例1也略有不同，本实施例公开了一种白光LED芯片的制作方法，具体包括以下步骤：
(1)、如图5a所示，先将LED芯片100贴装在预制成型的光转换层薄片200表面；
(2)、如图5b所示，在贴好LED芯片100的光转换层薄片200上涂覆一层高分子反光材料并使其固化，所述高分子反光材料完全覆盖所述LED芯片；
(3)、如图5c所示，研磨上表面的高分子反光材料露出所述LED芯片的电极，并切割成上方具有光转换层和四周具有反光墙的单颗白光LED芯片，图5d就是最后得到的单颗白光LED芯片。
本实施例是先将LED芯片100贴装在预制成型的光转换层薄片200表面，而不是先做好反射墙300再安装LED芯片100，顺序上有所改变，然后再通过涂覆的方式在光转换层薄片200上制作一层高分子反光材料，也即是反光墙的基础，最后通过研磨露出LED芯片100的电极，研磨后的电极也是非常洁净的，进而提高了白光LED芯片后工序应用的焊接良率。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明构思在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在本权利要求书所确定的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种白光LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、在光转换层薄片表面制作反光墙，所述反光墙在所述光转换层薄片的表面上围成多个LED芯片安装腔体，所述反光墙紧挨围闭所述LED芯片的四周，所述光转换层薄片是一种预制成型的薄片状材料；所述第(1)步具体包括如下子步骤：
(11)、在所述光转换层薄片表面涂一感光性材料层；
(12)、通过曝光和显影去除感光性材料层中的非贴装LED芯片区域；
(13)、在所述非贴装LED芯片区域通过溅射或金属薄膜沉积方式制作反光墙；
(14)、通过去胶液去除剩余的感光性材料层露出多个LED芯片安装腔体；
或所述第(1)步骤具体如下：
将预先制备好的块状反光墙粘接在所述光转换层薄片表面，从而围成多个LED芯片安装腔体；
(2)、将贴装式LED芯片贴装到所述LED安装腔体内，并切割成上方具有光转换层和四周具有反光墙的单颗白光LED芯片，所述贴装式LED芯片为倒装LED芯片。
2.根据权利要求1任一项所述的白光LED芯片的制作方法，其特征在于：
所述贴装式LED芯片为倒装LED芯片，其包括外延衬底层、生长在所述外延衬底层上表面的N型氮化镓层、生长在所述N型氮化镓层部分上表面的发光层、生长在所述N型氮化镓层部分上表面的N型欧姆接触层、生长在所述发光层上表面的P型氮化镓层和生长在所述P型氮化镓层部分上表面的P型欧姆接触层，在所述P型氮化镓层、P型欧姆接触层、N型氮化镓层和N型欧姆接触层上表面还设置有绝缘层，在所述P型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第一通孔，在所述N型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第二通孔，在所述绝缘层上表面分别独立设置有P电极键合层和N电极键合层，所述P电极键合层贯穿第一通孔与P型欧姆接触层电连接，所述N电极键合层贯穿第二通孔与N型欧姆接触层电连接。
3.一种白光LED芯片，其特征在于：采用如权利要求1所述的制作方法制作，所述白光LED芯片包括一贴装式LED芯片，在所述贴装式LED芯片的外延衬底层上贴装有预制成型的用于光色转换的光转换层薄片，在所述贴装式LED芯片四周紧挨围闭设置有用于防止LED芯片侧面漏光的反光墙，所述反光墙连接在所述光转换层薄片上。
4.根据权利要求3所述的白光LED芯片，其特征在于：
所述贴装式LED芯片为倒装LED芯片，其包括外延衬底层、生长在所述外延衬底层上表面的N型氮化镓层、生长在所述N型氮化镓层部分上表面的发光层、生长在所述N型氮化镓层部分上表面的N型欧姆接触层、生长在所述发光层上表面的P型氮化镓层和生长在所述P型氮化镓层部分上表面的P型欧姆接触层，在所述P型氮化镓层、P型欧姆接触层、N 型氮化镓层和N型欧姆接触层上表面还设置有绝缘层，在所述P型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第一通孔，在所述N型欧姆接触层上表面的绝缘层上开设有第二通孔，在所述绝缘层上表面分别独立设置有P电极键合层和N电极键合层，所述P电极键合层贯穿第一通孔与P型欧姆接触层电连接，所述N电极键合层贯穿第二通孔与N型欧姆接触层电连接。
5.根据权利要求3所述的白光LED芯片，其特征在于：
所述反光墙厚度在10-1000 μ m 之间。
6.根据权利要求3所述的白光LED芯片，其特征在于：
所述反光墙材料为在可见光区光反射率在95％以上的金属材料。
7.根据权利要求3所述的白光LED芯片，其特征在于：
所述反光墙材料为金、银、铜、镍、钨与钛中的一种或多种的组合。
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