CN104167482A - 一种白光led芯片及其制作方法 - Google Patents

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芯片一用于转换光色的预制成型的光转换层，其制作方法包括以下步骤：制作一用于转换光色的预制成型的光转换层；所述光转换层的表面上设置一个以上用于安装LED芯片的安装腔体；贴装所述LED芯片至所述安装腔体内；以每个安装有LED芯片的安装腔体为单位，切割所述光转换层为单颗白光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等优点。 

当前LED白光芯片的普遍结构特征包括：倒装芯片结构，电极设置在底部，正上表面和4个侧面均包覆荧光粉。正上表面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，正上表面和四个侧面的荧光粉层是相同材料一体成型的结构。美国专利申请号US2013/0183777公开了一种LED芯片回流焊接在基板上，通过Molding上模具保护电极，Injection Molding方式实现荧光胶制作，该工艺模具加工难度大，不易对准。又如美国专利申请号US2013/0029439公开了一种白光LED芯片的制作方法，倒装LED芯片先放在一个临时载板上，四周设置挡板，点荧光胶再刮平，切割成单颗，该工艺出现底部焊盘电极污染。中国专利申请号CN201120150362.0，公开一种正装结构的白光LED芯片，采用光阻剂阻挡电极，旋涂工艺制作荧光层，但是旋涂工艺的荧光粉层均匀性较差。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种白光LED芯片及制作该白光LED芯片的方法，以解决现有制作工艺过程中容易污染LED芯片电极而导致白光LED芯片后工序的焊接不良和白光LED芯片发光均匀性的问题。 

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，包括一LED芯片和一用于转换光色的预制成型的光转换层，所述光转换层设有一容纳所述LED芯片的安装腔体，所述LED芯片的四个侧面和出光面均被所述安装腔体包裹。 

进一步地，所述光转换层的厚度为100um-1000um。 

进一步地，所述光转换层的材料包括陶瓷基、硅胶、环氧树脂、或玻璃中一种或多种。 

进一步地，所述光转换层的安装腔体的长和宽的面积为LED芯片的长和宽的面积的1.0-1.2倍，其高度小于或等于光转换层厚度的30％。 

进一步地，：所述安装腔体内表面设有定位图案，所述白光LED芯片包括贴倒装型LED 芯片、贴正装型LED芯片和贴垂直型LED芯片；所述贴倒装型LED芯片的安装腔体内表面设有十字形、方形或圆形开槽；所述贴正装型LED芯片的安装腔体内表面设有多于2个的方形、圆形或十字形的开孔；所述贴垂直型LED芯片的安装腔体内表面设有多于1个的方形、圆形或十字形的开孔。 

进一步地，所述白光LED芯片为贴倒装型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芯片的制作方法，包括以下步骤： 

(1)、制作一用于转换光色的预制成型的光转换层； 

(2)、所述光转换层的表面上设置一个以上用于安装LED芯片的安装腔体； 

(3)、贴装所述LED芯片至所述安装腔体内； 

(4)、以每个安装有LED芯片的安装腔体为单位，切割所述光转换层为单颗白光LED芯片。 

进一步的，所述安装腔体内设有定位图案，所述LED芯片设有定位部，所述LED芯片的定位部对准所述安装腔体内的定位图案，贴装所述LED芯片至所述安装腔体内。 

进一步地，所述白光LED芯片包括贴倒装型LED芯片；所述贴倒装型LED芯片的光转换层通过模顶成型方式制作，其安装腔体内的定位图案通过模具上预先设置定位图案，定位图案包括十字形、圆形或方形中的一种或多种组合。 

进一步地，所述白光LED芯片包括贴正装型LED芯片和贴垂直型LED芯片；所述贴正装型LED芯片和贴垂直型LED芯片通过模具冲压出定位图案，所述定位图案的形状包括十字形、圆形或方形中的一种或多种组合。 

进一步地，所述光转换层为一种半固化的高分子基材料，所述LED芯片贴于所述光转换层的安装腔体内，通过固化结合LED芯片和光转换层。 

或所述光转换层为一种陶瓷基荧光片，所述LED芯片贴于所述安装腔体内，通过加热透明的胶材固化结合所述光转换层和所述LED芯片。 

进一步的，所述白光LED芯片为贴倒装型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，所述白光LED芯片为正装型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、在所述N型氮化镓层部分上表面的N型欧姆接触层、在所述发光层上表面的P型氮化镓层和在所述P型氮化镓层部分上表面的P型欧姆接触层，一透明导电层覆盖在该第一LED芯片的P型欧姆接触层，一绝缘层覆盖在该第一透明导电层的部分表面，第一、二金属焊垫分别设置在所述N型欧姆接触层和该绝缘层表面。 

进一步的，所述白光LED芯片为垂直型LED芯片，其包括金属衬底层、键合在在所述金属衬底层上表面的P型氮化镓层、生长在所述P型氮化镓层部分上表面的发光层、生长在所述发光层上表面的N型氮化镓层和生长在所述N型氮化镓层部分上表面的N型欧姆接触层。所述N型欧姆接触层设置有金属焊垫。 

本发明在同一构思下，将LED芯片直接贴装在一预制成型的光转换层上，实现光转换层包覆LED芯片。本发明的这种结构有利于选择倒贴型LED芯片于预制成型的光转换层上，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1a是本发明倒装型白光LED芯片的结构示意图(有光转换层)； 

图1b是本发明倒装型白光LED芯片的结构示意图(无光转换层)； 

图2是本发明正装型白光LED芯片的结构示意图； 

图3是本发明垂直型白光LED芯片的结构示意图； 

图4a-图4b是本发明实施例1的一种安装腔体的结构示意图； 

图5a-图5b是本发明实施例1的另一种安装腔体的结构示意图； 

图6a-图6b是本发明实施例1的第三种安装腔体的结构示意图。 

图7a-图7b是本发明实施例1的第四种安装腔体的结构示意图。 

图8是本发明实施例1的白光LED灯的结构示意图。 

图9a-图9b是本发明实施例2的一种安装腔体的结构示意图。 

图10a-图10b是本发明实施例2的另一种安装腔体的结构示意图。 

图11a-图11b是本发明实施例2的第三种安装腔体的结构示意图。 

图12a-图12b是本发明实施例3的一种安装腔体的结构示意图。 

图13a-图13b是本发明实施例3的另一种安装腔体的结构示意图。 

图14a-图14b是本发明实施例3的第三种安装腔体的结构示意图。 

图中： 

100、倒装型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、电极键合层 

400、电极键合层 

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。 

如图1a、图2和图3所示，本实施例公开了一种白光LED芯片，包括一LED芯片100和一预制成型的用于光色转换的光转换层200，所述LED芯片100为贴装式芯片。所述光转换层200设有一容纳所述LED芯片100的安装腔体，LED芯片100的四个侧面和出光面均被所述安装腔体包裹。LED芯片100发出的蓝光或其它颜色的光经过光转换层的转换后变成白光。 

优选的，所述光转换层为薄片，其厚度在于100um-1000um之间。光转换层的材料为陶瓷基、硅胶、环氧、玻璃中一种或多种组合。其制作方法如1)、荧光粉混入陶瓷中经压制、烧结、研磨、切割等制成一平整的光转换层，再利用感光型环氧基树脂材料涂覆在陶瓷基光 转层上经曝光、显影层、成型后，制作出带有安装腔体的光转换层。2)、先把荧光粉和制作玻璃的原材料中混合经过高温煅烧、研磨、抛光、切割制成平整的玻璃基荧光片，再混有荧光粉的硅胶材料点涂在玻璃基荧光片，形成带有若干个安装腔体的光转换层薄片。优选地，所述光转换层为一种半固化的高分子基材料，所述LED芯片贴于所述光转换层的安装腔体内，通过固化结合LED芯片和光转换层。或所述光转换层为一种陶瓷基荧光片，所述LED芯片贴于所述安装腔体内，通过加热透明的胶材固化结合所述光转换层和所述LED芯片。 

所述安装腔体的体积为长宽高之积。其中，光转换层的安装腔体的长和宽之积，即长宽面积为LED芯片的长宽面积的1.0-1.2倍，其高度不超过光转换层厚度的30％，达到微型化的目的。 

其中，光转换层200是一种预制成型的薄片状材料，可以是条状，也可以是块状。该光转换层200用于转换光色，比如贴装式LED芯片100为蓝光的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例子，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200的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，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。 

实施例1 

如图1b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109贯穿第二通孔与N型欧姆接触层104电连接。 

本发明实施例所述白光LED芯片的制作方法，包括以下步骤： 

(1)、制作一用于转换光色的预制成型的光转换层。 

光转换层200必须先制作好，制作好后等待使用。 

(2)、所述光转换层的表面上设置一个以上用于安装LED芯片的安装腔体。 

将已经制作好的光转换层200的表面上设置多个用于安装LED芯片的安装腔体。各安装腔体内制作定位图案。安装腔体内的定位图案有十字形、方形、圆形等其它形状。如图1a所示，本实施例选用的贴装式LED芯片100为倒装LED芯片，其P电极键合层108和N电极键合层109均朝下，光转换层200并不会覆盖P电极键合层108和N电极键合层109。所以定位图案仅需要开槽形状，不能开孔，以防止未经过光转换层转换的光溢出外界。 

(3)、贴装所述LED芯片至所述安装腔体内。 

如图1a所示，将贴装式LED芯片贴装到所述LED安装腔体内。 

(4)以每个安装有LED芯片的安装腔体为单位，切割所述光转换层为单颗白光LED芯片。 

贴装好后，由于光转换层中有很多个安装腔体，每个安装腔体内斗安装有一LED芯片。将光转换层切割成单颗白光LED芯片，每一颗白光LED芯片除了P电极键合层108和N电极键合层109外，都被光转换层材料覆盖。图4(b)、图5(b)、图6(b)、图7(b)分别为每个设有安装腔体的光转换层的俯视图，对应地，图4(a)为图4(b)的A1-A1方向截面图；图5(a)为图5(b)的A2-A2方向截面图；图6(a)为图6(b)的A3-A3方向截面图；图7(a)为图7(b)的A4-A4方向截面图。从如图4、图5、图6和图7可以看出，本实施例在安装腔体的底部刻有圆形、方形、十字形等刻槽用于定位。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200的物理连接。如图8所示，采用切割机沿虚线位置进行切割成单颗的直接贴装式带有光转换层的白光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形成—光转换层200，并将LED芯片贴装在光转换层200的安装腔体内，光转换层200包围LED芯片四周和顶面，而不是直接做在LED芯片上，这样就不容易引起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。 

实施例2 

如图2、图9、图10和图11所示，本实施例与实施例1的不同仅在于，本实施例所述白 光LED芯片为正装型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、在所述N型氮化镓层部分上表面的N型欧姆接触层、在所述发光层上表面的P型氮化镓层和在所述P型氮化镓层部分上表面的P型欧姆接触层，一透明导电层覆盖在该第一LED芯片的P型欧姆接触层，一绝缘层覆盖在该第一透明导电层的部分表面，第一、二金属焊垫分别设置在所述N型欧姆接触层和该绝缘层表面。 

本实施例的白光LED芯片的制作方法与实施例一的区别具体如下：所述光转换层的表面上设置一个以上用于安装LED芯片的安装腔体是通过模具冲压方式从而围成具有开孔的多个LED芯片安装腔体。开孔图案用于正装型LED芯片的电极对准，方便电极引线。如图9、图10和图11所示，图9(b)、图10(b)、图11(b)分别为每个设有安装腔体的光转换层的俯视图，对应地，图9(a)为图9(b)的B1-B1方向截面图；图10(a)为图10(b)的B2-B2方向截面图；图11(a)为图11(b)的B3-B3方向截面图。所述定位图案的形状包括十字形、圆形或方形中的一种或多种组合。 

正装型LED芯片100贴装到所述LED安装腔体内，并切割成上方和四周具有光转换层单颗白光LED芯片即可供后续使用。 

实施例3 

如图3、图12、图13和图14所示，本实施例与实施例1的不同仅在于，所述白光LED芯片为垂直型LED芯片，其包括金属衬底层、键合在在所述金属衬底层上表面的P型氮化镓层、生长在所述P型氮化镓层部分上表面的发光层、生长在所述发光层上表面的N型氮化镓层和生长在所述N型氮化镓层部分上表面的N型欧姆接触层。所述N型欧姆接触层设置有金属焊垫。 

本实施例的白光LED芯片的制作方法与实施例一的区别具体如下：贴垂直型LED芯片通过模具冲压方式从而围成具有开孔的多个LED芯片安装腔体。开孔图案用作电极对准，方便电极引线。如图12、图13和图14所示，图12(b)、图13(b)、图14(b)分别为每个设有安装腔体的光转换层的俯视图，对应地，图12(a)为图12(b)的C1-C1方向截面图；图13(a)为图13(b)的C2-C2方向截面图；图14(a)为图14(b)的C3-C3方向截面图所述定位图案的形状包括十字形、圆形或方形中的一种或多种组合。 

垂直型LED芯片100贴装到所述LED安装腔体内，并切割成上方和四周具有光转换层单颗白光LED芯片即可供后续使用。 

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 (11)

1.一种白光LED芯片，其特征在于，包括一LED芯片和一用于转换光色的预制成型的光转换层，所述光转换层设有一容纳所述LED芯片的安装腔体，所述LED芯片的四个侧面和出光面均被所述安装腔体包裹。 

2.根据权利要求1所述的白光LED芯片，其特征在于：所述光转换层的厚度为100um-1000um。 

3.根据权利要求1所述的白光LED芯片，其特征在于：所述光转换层的材料包括陶瓷基、硅胶、环氧树脂、或玻璃中一种或多种。 

4.根据权利要求1或2所述的白光LED芯片，其特征在于：所述光转换层的安装腔体的长和宽的面积为LED芯片的长和宽的面积的1.0-1.2倍，其高度小于或等于光转换层厚度的30％。 

5.根据权利要求1所述的白光LED芯片，其特征在于：所述安装腔体内表面设有定位图案，所述白光LED芯片包括贴倒装型LED芯片、贴正装型LED芯片和贴垂直型LED芯片；所述贴倒装型LED芯片的安装腔体内表面设有十字形、方形或圆形开槽；所述贴正装型LED芯片的安装腔体内表面设有多于2个的方形、圆形或十字形的开孔；所述贴垂直型LED芯片的安装腔体内表面设有多于1个的方形、圆形或十字形的开孔。 

6.根据权利要求5所述的白光LED芯片，其特征在于： 

所述白光LED芯片为贴倒装型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。 

7.一种白光LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤： 

(1)、制作一用于转换光色的预制成型的光转换层； 

(2)、所述光转换层的表面上设置一个以上用于安装LED芯片的安装腔体； 

(3)、贴装所述LED芯片至所述安装腔体内； 

(4)、以每个安装有LED芯片的安装腔体为单位，切割所述光转换层为单颗白光LED芯片。 

8.根据权利要求7所述的白光LED芯片的制作方法，其特征在于： 

所述安装腔体内设有定位图案，所述LED芯片设有定位部，所述LED芯片的定位部对准所述安装腔体内的定位图案，贴装所述LED芯片至所述安装腔体内。 

9.根据权利要求8所述的白光LED芯片的制作方法，其特征在于： 

所述白光LED芯片包括贴倒装型LED芯片；所述贴倒装型LED芯片的光转换层通过模顶成型方式制作，其安装腔体内的定位图案通过模具上预先设置定位图案，定位图案包括十字形、圆形或方形中的一种或多种组合。 

10.根据权利要求8所述的白光LED芯片的制作方法，其特征在于： 

所述白光LED芯片包括贴正装型LED芯片和贴垂直型LED芯片；所述贴正装型LED芯片和贴垂直型LED芯片通过模具冲压出定位图案，所述定位图案的形状包括十字形、圆形或方形中的一种或多种组合。 

11.根据利要求7所述的白光LED芯片的制作方法，其特征在于： 

所述光转换层为一种半固化的高分子基材料，所述LED芯片贴于所述光转换层的安装腔体内，通过固化结合LED芯片和光转换层。 

或所述光转换层为一种陶瓷基荧光片，所述LED芯片贴于所述安装腔体内，通过加热透明的胶材固化结合所述光转换层和所述LED芯片。