CN104183686A - 发光二极管器件及其制作方法 - Google Patents

发光二极管器件及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管器件及其制作方法，其通过加热可直接安装于电路板上进行使用，无需采用回流焊接设备。该发光二极管器件，包括：LED芯片，其具有相对的上表面和下表面及连接所述上、下表面的侧壁，其中下表面上设有第一电极和第一电极，所述第一电极和第二电极之间具有一间隙，实现两电极间的电性隔离；封装材料层，覆盖所述LED芯片的上表面，用于保护和支撑所述LED芯片；绝缘层，填充所述间隙，并向所述第一电极、第二电极延伸覆盖其靠近间隙的部分表面上，其厚度大于所述第一、第二电极的厚度；焊料电极层，覆盖所述LED芯片的第一、第二电极，当该发光二极管器件安装于电路板时，直接使用该焊料电极层进行连接。

Description

发光二极管器件及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体照明领域，具体为一种白光发光二极管器件及其制作方法。
背景技术
发光二极管（英文为Light Emitting Diode，简称LED）系利用半导体的P-N结电致发光原理制成的一种半导体发光器件。LED具有环保、亮度高、功耗低、寿命长、工作电压低、易集成化等优点，是继白炽灯、荧光灯和高强度放电（英文缩写为HID）灯之后的第四代新光源。
请参看附图1， 为现有的一种白光发光二极管器件100，其包括倒装LED芯片110和封装材料体120，封装材料体120覆盖倒装LED芯片的110的上表面和侧壁，底面露出LED芯片的第一电极112和第二电极114。该白光发光二极管器件一般安装于电路板进行使用，但在安装时需加入焊锡采用庞大的回流焊接设备进行焊接，工艺复杂，成本高。
发明内容
针对上述问题，本发明提了一种发光二极管器件及其制作方法，其通过加热可直接安装于电路板上进行使用，无需再加入焊料进行回流焊接。
 根据本发明的第一个方面，发光二极管器件，包括：LED芯片，其具有相对的上表面和下表面及连接所述上、下表面的侧壁，其中下表面上设有第一电极和第一电极，所述第一电极和第二电极之间具有一间隙，实现两电极间的电性隔离；封装材料层，覆盖所述LED芯片的上表面，用于保护和支撑所述LED芯片；绝缘层，填充所述间隙，并向所述第一电极、第二电极延伸覆盖其靠近间隙的部分表面上，其厚度大于所述第一、第二电极的厚度；焊料电极层，覆盖所述LED芯片的第一、第二电极，并与所述绝缘层齐平，当该发光二极管器件安装于电路板时，通过该焊料电极层进行连接。
优选地，所述LED芯片的第一、第二电极的间隙为100μm~200μm。
优选地，所述LED芯片的第一、第二电极分别具有两个端部，其中第一端部所述LED芯片下表面接触，第二端部与所述焊料电极层接触，所述第一电极的第二端部与第二电极的第二端部齐平。
优选地，所述第一、第二电极和绝缘层在LED芯片上的投影占满整个芯片的下表面。
优选地，所述绝缘层的宽度为300μm~400μm。
优选地，所述绝缘层覆盖所述LED芯片的第一、第二电极的面积占所述第一、第二电极的表面的10%~60%。优选地，所述绝缘层为防焊性的材料。
优选地，所述封装材料层的厚度为250μm~2000μm。
优选地，所述焊料电极层与绝缘层构成一个整平的表面，其完全覆盖所述LED芯片的下表面。
在本发明的一个较佳实施例中，所述封装材料层还覆盖所述LED芯片的侧壁，并向所述芯片外四周延伸露出部分底表面，该底面与所述LED芯片的第一、第二电极离远下表面的一侧表面齐平。更佳的，所述焊料电极层还覆盖所述封装材料层的露出的底表面。
在本发明的另一个较佳实施例中，所述发光二极管器件还包括一绝缘性反射层，其覆盖所述封装材料层的底表面及部分所述LED芯片的第一、第二电极。
根据本发明的第二个方面，发光二极管器件的制作方法，包括步骤：提供LED芯片，其具有相对的上表面和下表面及连接所述上、下表面的侧壁，其中下表面上设有第一电极和第一电极，所述第一电极和第二电极之间具有一间隙，实现两电极间的电性隔离；将所述LED芯片排列在一临时载体上，所述LED芯片的第一表面朝上；在所述LED芯片的第一表面上形成一封装材料层，用于保护和支撑所述LED芯片；去除所述临时载体，并翻转所述器件使得所述LED芯片的第一、第二电极朝上；采用网印方式，在所述LED芯片的第二表面上形成一绝缘层，其填充所述第一、第二电极之间的间隙，并向所述第一电极、第二电极延伸覆盖其靠近间隙的部分表面上，其厚度大于所述第一、第二电极的厚度；采用网印方式在所述LED芯片的第一、第二电极上形成焊料电极层，其与所述绝缘层齐平，构成发光二极管器件，当该发光二极管器件安装于电路板时，通过所述焊料电极层进行连接。
优选地，在形成所述焊料电极层前，先形成一绝缘性反射层，其覆盖所述封装材料层的底表面及部分所述LED芯片的第一、第二电极。
优选地，所述临时载体为一粘性薄膜。
根据本发明的第三个方面，发光二极管器件的制作方法，包括步骤：提供一LED外延晶片，其具有一生长衬底和形成在所述生长衬底之上的发光外延叠层，定义所述生长衬底一侧表面为第一表面，远离生长衬底的一侧表面为第二表面；将所述外延晶片的发光外延叠层单元化，并在第二表面制作第一、第二电极，形成一系列LED芯片单元，所述第一、第二电极之间具有一间隙；提供一临时载体，将前述处理完的LED外延晶片粘接在所述临时载体上，所述第一表面朝上；去除所述LED外延晶片的生长衬底；在所述LED外延晶片的第一表面上涂布封装材料层；去除所述临时载体，并翻转所述LED外延晶片使得所述第一、第二电极朝上；采用网印方式，在所述LED外延晶片的第二表面上形成一绝缘层，其填充所述第一、第二电极之间的间隙，并向所述第一电极、第二电极延伸覆盖其靠近间隙的部分表面上，其厚度大于所述第一、第二电极的厚度；采用网印方式在所述LED芯片的第一、第二电极上形成焊料电极层，其与所述绝缘层齐平；将所述LED外延晶片单一化，形成发光二极管器件，当该发光二极管器件安装于电路板中时，通过所述焊料电极层进行连接。
优选地，所述形成的绝缘层覆盖所述第一、第二电极的面积占所述第一、第二电极的总表面的10%~60%。
根据本发明的第四个方面，发光二极管器件的制作方法，包括步骤：提供一LED外延晶片，其具有一生长衬底和形成在所述生长衬底之上的发光外延叠层，定义所述生长衬底一侧表面为第一表面，远离生长衬底的一侧表面为第二表面；在所述LED外延晶片的第二表面上形成一封装材料层；去除所述生长衬底，将所述外延晶片的发光外延叠层单元化，并在第一表面制作第一、第二电极，形成一系列LED芯片单元，所述第一、第二电极之间具有一间隙；采用网印方式，在所述LED外延晶片的第一表面上形成一绝缘层，其填充所述第一、第二电极之间的间隙，并向所述第一电极、第二电极延伸覆盖其靠近间隙的部分表面上，其厚度大于所述第一、第二电极的厚度；采用网印方式在所述LED芯片的第一、第二电极上形成焊料电极层，其与所述绝缘层齐平；将所述LED外延晶片单一化，形成发光二极管器件，当该发光二极管器件安装于电路板中时，直接使用所述焊料电极层进行连接。
根据本发明的第五个方面，一种发光二极管器件的安装结构，其具有前述任意一种发光二极管器件和一电路板，所述发光二极管器件通过所述焊料电极层进行连接与电极板连接。
根据本发明的第六个方面，一种发光二极管器件的安装方法，包括步骤：提供一电路板；将前述任意一种发光二极管器件排放于该电路板上，其中所述焊料电极层与电路板接触，加热所述电路板，使所述焊料电极层熔化并固化连接所述电路板。
优选地，预设加热温度和加热时间，在加热所述电路板时一次升温到于该预设温度进行加热，达到该预设时间后断开加热。在本发明中，在LED芯片的第一电极和第二电极之间加入绝缘层后制作焊料电极层，可以使LED器件不需在使用锡膏直接在加热的电路板上热压贴著，不用使用庞大的回流焊设备。进一步地，在芯片电极周围与封装材料层底部使用高反射绝缘层包覆，强化芯片与封装材料层之间黏附机械强度的同时增加亮度反射效果及焊料电极层的贴著良率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1为一种现有白光发光二极管器件的侧面剖视图。
图2为本发明实施例1的立体示意图。
图3为本发明实施例1的剖视图。
图4为沿图3中面A-A的剖面图。
图5为图2所示发光二极管器件的仰视图。
图6为图2所示LED器件的安装示意图。
图7为图2所示LED器件的安装结构示意图。
图8为本发明实施例2的剖视图。
图9~14显示了图8所示LED器件的一种制作方法。
图15~18显示了图8所示LED器件的另一种制作方法。
图19为本发明实施例3的剖视图。
图20~24显示了图19所示LED器件的一种制作方法。
图中各标号表示如下：
100、200、300、500：LED器件；
110、210、310、410、510：LED芯片；
112、212、312、412、512：LED芯片的第一电极；
114、214、314、414、514：LED芯片的第二电极；
120、220、320、420、420：封装材料层；
230、330、530：绝缘层；
210a、310a：LED芯片的上表面；
210b、310b：LED芯片的下表面；
210c、310c：LED芯片的侧壁；
240、340、540：焊料电极层；
260：电路板；
261：基板；
262：电路层；
350：绝缘性反射层；
360、460：临时载体；
400：LED外延晶片；
400a、500a：LED外延晶片的第一表面；
400b、500b：LED外延晶片的第二表面。
具体实施方式
下面结合示意图对本发明的LED器件及其制作方法进行详细的描述，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
图2和图3显示了本发明的第一个较佳实施例。
请参看附图2，一种LED器件200，包括LED芯片210、封装材料层220和焊料电极层240，其中封装材料层220覆盖LED芯片210的上表面和侧壁，焊料电极层240覆盖在芯片210的下表面及封装材料层220的底表面。
请参看附图3，LED芯片210的下表面210b具有第一电极212和第二电极214，两者之间具有一个间隙，其间隙的宽度D1可为100μm ~200μm，在本实施例中选150μm。绝缘层230填充该间隙并向第一电极212、第二电极214延伸，覆盖其靠近间隙的部分表面上，厚度大于第一、第二电极的厚度。该绝缘层230可选用防焊漆层，宽度D2为250~600μm。请参看附图4，第一、第二电极和绝缘层230在LED芯片上的投影占满整个芯片的下表面。
封装材料层220覆盖在LED芯片210的上表面210a和侧壁210c，并向芯片外四周延伸，露出部分底表面222，该底面222与LED芯片的第一、第二电极离远下表面的一端表面齐平。该封装材料层220的材料可为硅胶，一般为了取得白光可直接加入荧光粉。为了提高取光效率，可增加封装材料层220的厚度，在本实施例中，可取250~2000μm。
焊料电极层240直接覆盖在LED芯片210的第一电极、第二电极的表面和封装材料层露出的底表面222，材料可选用锡膏。焊料电极层240与绝缘层230构成一个整平的表面。请看参看图5，焊料电极层240与绝缘层完全覆盖LED器件200的下表面。
在本实施例，在LED芯片的第一电极和第二电极之间加入绝缘层后形成焊料电极层，可以使后续LED器件不需再涂布锡膏，直接在加热的电路板上热压贴著，可不用使用庞大的回流焊设备，下面结合附图6~7对其安装方法和安装结构进行说明。
请参看附图6，提供一电路板260，至少具有基板261和电路层262，将前述LED器件200排放于该电路板上，加热电路板260，贴合、下压LED器件200使焊料电极层240固化连接所述电路板。，在加热所述电路板，先预设加热温度和加热时间，一次性升温到于该预设温度进行加热，达到该预设时间后断开加热。其安装结构如图7所示。
图8显示了本发明的第二个较佳实施例。
请参看附图8，本实施例与实施例1的区别主要在于：在LED芯片第一、第二电极的部分下表面和封装材料层的底表面322包覆一层绝缘性反射层，较佳的采用高反射的白漆即可，其同时可起到防焊作用。下面结合附图9~14对LED器件的制作方法做详细说明。
首先，请参看附图9，提供LED芯片310，其具有相对的上表面和下表面及连接该上、下表面的侧壁，其中下表面上设有通过一间隙间隔的第一电极和第一电极，将该LED芯片310排列在一临时载体360上，LED芯片310的第一表面朝上，其中该临时载体350可采用粘性薄膜。一般可在临时载体350排列一系列的芯片310，在图9~14中为了简化附图，仅示出了两个LED芯片。
请参看附图10，在该LED芯片的第一表面上涂布一层硅胶作为封装材料层320，可在硅胶内掺入荧光粉。
请参看附图11，去除该临时载体360，此时露出LED芯片的第二表面及封装材料层320的部分底表面，翻转整个样品使得LED芯片的电极312、314朝上。
请参看附图12，采用网印方式，在LED芯片的第二表面上形成绝缘层330，该绝缘层330填充第一、第二电极之间的间隙，并向第一电极、第二电极延伸覆盖其靠近间隙的部分表面312a和314a上，厚度大于第一、第二电极的厚度。
请参看附图13，采用网印方式，在封装材料层320的底表面322及LED芯片的第一、第二电极的部分表面312b、314b及绝缘层330的表面覆盖一层高反射漆料作为绝缘性反射层350，预留第一电极和第二电极的部分表面312c、314c露出来，用于作电性连接。
请参看附图14，采用网印方式在LED芯片第一、第二电极预留的表面312c和314c上形成焊料电极层340，该焊料电极层330同时覆盖封装材料层320的底表面322。至此，整个样品远离出光面的一侧表面为一平整表面。
最后，对该样品进行切割形成一系列LED器件，当将LED器件安装于电路板中时，直接使用焊料电极层340进行连接即可。
在本实施例中，在芯片电极周围与封装材料层底部使用高反射漆料包覆，强化芯片与封装材料层之间黏著机械强度外，同时增加亮度反射效果与焊料电极层贴著良率。
图15~图18显示了图8所示LED器件的另一种制作方法，该方法采用晶片级进行制作。下面结合附图进行说明。
请参看图15，提供一LED外延晶片400，该LED外延晶片400具有生长衬底401和形成在生长衬底之上的发光外延叠层402，其中生长衬底一侧表面400a为第一表面，远离生长衬底的一侧表面400b为第二表面。
请参看附图16，将LED外延晶片400的发光外延叠层402单元化，并在第二表面400b上制作第一、第二电极，形成一系列LED芯片单元410，其中第一、第二电极之间具有间隙。
请参看附图17，提供一临时载体460，将前面处理完的LED外延晶片粘接在临时载体460上，第一表面400a朝上，去除LED外延晶片的生长衬底401，露出发光外延叠层402的表面，在该表面上涂布胶硅作为封装材料层420。
请参看附图18，去除临时载体460，并翻转LED外延晶片使得第一、第二电极朝上，后续采用图12~14所示的方式继续制作绝缘层、绝缘性反射层及焊料电极层，并进行切割形成一系列LED器件。
图19显示了本发明的第三个较佳实施例。
请参看附图19，本实施例与实施例1的主要区别在于：封装材料层520仅覆盖LED芯片520的上表面。下面结合附图20~24和制作方法对本实施例进行详细说明。
请参看附图20，提供一LED外延晶片，该LED外延晶片具有生长衬底501和形成在生长衬底之上的发光外延叠层502，其中生长衬底一侧表面500a为第一表面，远离生长衬底的一侧表面500b为第二表面。
请参看附图21，在LED外延晶片的第二表面500b上形成封装材料层520。
请参看附图22，去除生长衬底501，将外延晶片的发光外延叠层502单元化，并在第一表面500a制作第一、第二电极，形成一系列LED芯片单元，第一、第二电极之间具有一间隙。
请参看附图23，采用网印方式，在LED外延晶片的第一表面500a上形成一绝缘层530，其填充第一、第二电极之间的间隙，并向所述第一电极、第二电极延伸覆盖其靠近间隙的部分表面上，厚度大于所述第一、第二电极的厚度。
请参看附图24，采用网印方式，在LED芯片单元的第一、第二电极上形成焊料电极层540，其与绝缘层530构成一个平整表面。
最后，进行切割，形成一系列LED器件500，当将LED器件500安装于电路板中时，直接使用焊料电极层540进行连接即可。
在本实施例，采有晶片级进行制作，简单化了工艺，同时有效缩小了器件的体积。
惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明申请专利范围及专利说明书内容所作之简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。

Claims (21)

1.发光二极管器件，包括：
LED芯片，其具有相对的上表面和下表面及连接所述上、下表面的侧壁，其中下表面上设有第一电极和第一电极，所述第一电极和第二电极之间具有一间隙，实现两电极间的电性隔离；
封装材料层，覆盖所述LED芯片的上表面，用于保护和支撑所述LED芯片；
绝缘层，填充所述间隙，并向所述第一电极、第二电极延伸覆盖其靠近间隙的部分表面上，其厚度大于所述第一、第二电极的厚度；
焊料电极层，覆盖所述LED芯片的第一、第二电极，并与所述绝缘层齐平，当该发光二极管器件安装于电路板时，通过该焊料电极层进行连接。
2.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于：所述LED芯片的第一、第二电极的间隙为100μm ~200μm。
3.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于：所述LED芯片的第一、第二电极分别具有两个端部，其中第一端部所述LED芯片下表面接触，第二端部与所述焊料电极层接触，所述第一电极的第二端部与第二电极的第二端部齐平。
4.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于：所述第一、第二电极和绝缘层在LED芯片上的投影占满整个芯片的下表面。
5.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于：所述绝缘层的宽度为250μm~600μm。
6.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于：所述绝缘层覆盖所述LED芯片的第一、第二电极的面积占所述第一、第二电极的表面的10%~60%。
7.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于：所述绝缘层为防焊性材料。
8.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于：所述绝缘层为高反射绝缘材料。
9.根据权利要求1所术的发光二极管器件，其特征在于：所述封装材料层还覆盖所述LED芯片的侧壁，并向所述芯片外四周延伸露出部分底表面，该底面与所述LED芯片的第一、第二电极离远LED芯片下表面的一端表面齐平。
10.根据权利要求9所述的发光二极管器件，其特征在于：所述焊料电极层还覆盖所述封装材料层露出的底表面。
11.根据权利要求9所述的发光二极管器件，其特征在于：还包括一绝缘性反射层，其覆盖所述封装材料层的底表面及部分所述LED芯片的第一、第二电极，所述焊料电极层覆盖该绝缘性反射。
12.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于：所述封装材料层的厚度为250μm ~2000μm。
13.根据权利要求1所述的发光二极管器件，其特征在于：所述焊料电极层与绝缘层构成一个整平的表面，其完全覆盖所述LED芯片的下表面。
14.发光二极管器件的制作方法，包括步骤：
提供LED芯片，其具有相对的上表面和下表面及连接所述上、下表面的侧壁，其中下表面上设有第一电极和第一电极，所述第一电极和第二电极之间具有一间隙，实现两电极间的电性隔离；
将所述LED芯片排列在一临时载体上，所述LED芯片的上表面朝上；
在所述LED芯片的上表面上形成一封装材料层，用于保护和支撑所述LED芯片；
去除所述临时载体，并翻转所述器件使得所述LED芯片的第一、第二电极朝上；
采用网印方式，在所述LED芯片的下表面上形成一绝缘层，其填充所述第一、第二电极之间的间隙，并向所述第一电极、第二电极延伸覆盖其靠近间隙的部分表面上，厚度大于所述第一、第二电极的厚度；
采用网印方式在所述LED芯片的第一、第二电极上形成焊料电极层，其与所述绝缘层齐平，构成发光二极管器件，当该发光二极管器件安装于电路板时，通过所述焊料电极层进行连接。
15.根据权利要求14所述发光二极管器件的制作方法，其特征在于：在形成所述焊料电极层前，先形成一绝缘性反射层，其覆盖所述封装材料层的底表面及部分所述LED芯片的第一、第二电极。
16.根据权利要求14所述发光二极管器件的制作方法，其特征在于：所述临时载体为一粘性薄膜。
17.发光二极管器件的制作方法，包括步骤：
提供一LED外延晶片，其具有一生长衬底和形成在所述生长衬底之上的发光外延叠层，定义所述生长衬底一侧表面为第一表面，远离生长衬底的一侧表面为第二表面；
将所述外延晶片的发光外延叠层单元化，并在第二表面制作第一、第二电极，形成一系列LED芯片单元，所述第一、第二电极之间具有一间隙；
提供一临时载体，将前述处理完的LED外延晶片粘接在所述临时载体上，所述第一表面朝上；
去除所述LED外延晶片的生长衬底；
在所述LED外延晶片的第一表面上涂布封装材料层；
去除所述临时载体，并翻转所述LED外延晶片使得所述第一、第二电极朝上；
采用网印方式，在所述LED外延晶片的第二表面上形成一绝缘层，其填充所述第一、第二电极之间的间隙，并向所述第一电极、第二电极延伸覆盖其靠近间隙的部分表面上，其厚度大于所述第一、第二电极的厚度；
采用网印方式在所述LED芯片的第一、第二电极上形成焊料电极层，其与所述绝缘层齐平；
将所述LED外延晶片单一化，形成发光二极管器件，当该发光二极管器件安装于电路板中时，通过所述焊料电极层进行连接。
18.发光二极管器件的制作方法，包括步骤：
提供一LED外延晶片，其具有一生长衬底和形成在所述生长衬底之上的发光外延叠层，定义所述生长衬底一侧表面为第一表面，远离生长衬底的一侧表面为第二表面；
在所述LED外延晶片的第二表面上形成一封装材料层；
去除所述生长衬底，将所述外延晶片的发光外延叠层单元化，并在第一表面制作第一、第二电极，形成一系列LED芯片单元，所述第一、第二电极之间具有一间隙；
采用网印方式，在所述LED外延晶片的第一表面上形成一绝缘层，其填充所述第一、第二电极之间的间隙，并向所述第一电极、第二电极延伸覆盖其靠近间隙的部分表面上，其厚度大于所述第一、第二电极的厚度；
采用网印方式在所述LED芯片的第一、第二电极上形成焊料电极层，其与所述绝缘层齐平；
将所述LED外延晶片单一化，形成发光二极管器件，当该发光二极管器件安装于电路板中时，通过所述焊料电极层进行连接。
19.一种发光二极管器件的安装结构，其包括权利要求1~14中的任何一项所述的发光二极管器件和一电路板，所述发光二极管器件通过所述焊料电极层进行连接与电极板连接。
20.一种发光二极管器件的安装方法，包括步骤：
提供一电路板；
将权利要求1~14中的任何一项所述的发光二极管器件排放于该电路板上，其中所述焊料电极层与电路板接触，
加热所述电路板，使所述焊料电极层熔化并固化连接所述电路板。
21.根据权利要求20所述的发光二极管器件的安装方法，其特征在于：预设加热温度和加热时间，在加热所述电路板时一次升温到于该预设温度进行加热，达到该预设时间后断开加热。
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