CN106848032A - 一种晶圆级封装的led器件结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种晶圆级封装的LED器件结构，所述LED器件结构至少包括：荧光粉基板，所述荧光粉基板包括透明基板和形成于所述透明基板上的荧光粉胶体；形成于所述荧光粉基板上的倒装结构发光二极管；覆盖于所述荧光粉胶体和倒装结构发光二极管的侧壁表面的第一反射镜。所述荧光粉基板还包括形成在所述荧光粉胶体表面的隔离基板。本发明中所述器件的侧壁具有反射镜结构，该反射镜将芯片及荧光粉胶体的侧壁覆盖，防止芯片发出的光从芯片的侧壁泄露，再结合倒装结构发光二极管中P型半导体导电层表面的反射镜，使芯片的出射光完全从暴露出的N型半导体层表面出射，进入透明基板之间的荧光粉胶体，激发荧光粉，更好的提高荧光粉的激发效率，提高器件的光效。

Description

一种晶圆级封装的LED器件结构
技术领域
本发明涉及LED技术领域，特别是涉及一种晶圆级封装的LED器件结构。
背景技术
发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点,在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率发光二极管可能实现半导体固态照明，引起人类照明史的革命,从而逐渐成为目前电子学领域的研究热点。LED的光提取效率是指出射到器件外可供利用的光子与外延片的有源区由电子空穴复合所产生的光子的比例。在传统LED器件中，由于衬底吸收、电极阻挡、出光面的全反射等因素的存在，光提取效率通常不到10％，绝大部分光子被限制在器件内部无法出射而转变成热，成为影响器件可靠性的不良因素。为提高光提取效率，使得器件体内产生的光子更多地发射到体外，并改善器件内部热特性，经过多年的研究和实践，人们已经提出了多种光提取效率提高的方法，比如电流分布与电流扩展结构、芯片形状几何化结构、表面微结构等。
通常LED的芯片结构为在蓝宝石(Al2O3)等衬底上依次外延了N型半导体层、有源层、P型半导体层的构造。另外，在P型半导体层上配置有P电极，在N型半导体层上配置有N电极。最终的芯片可以是正装结构、倒装结构、垂直结构等。目前较为常用的是倒装结构的LED器件，出光面为蓝宝石生长衬底，但是蓝宝石生长衬底的透光率(300nm～700nm)小于80％，很大一部分光被蓝宝石生长衬底吸收，并且蓝宝石衬底的导热性也较差，散热不好，因此LED衬底材料需要改善。另外，现有的LED结构的蓝光侧漏也较为严重，导致出光效率降低。
因此，如何突破现有技术进一步提高芯片良品率、提高芯片的散热能力、提高出光率，仍然是本领域技术人员亟待解决的技术课题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种晶圆级封装的LED器件结构，用于解决现有技术中LED器件结构蓝光侧漏、散热差、出光效率低等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种晶圆级封装的LED器件结构，所述LED器件结构至少包括：
荧光粉基板，所述荧光粉基板包括透明基板和形成于所述透明基板表面的荧光粉胶体；
倒装结构发光二极管，形成于所述荧光粉基板上；
第一反射镜，覆盖于所述荧光粉胶体和倒装结构发光二极管的侧壁表面。
作为本发明晶圆级封装的LED器件结构的一种优化的方案，所述荧光粉基板还包括在所述荧光粉胶体表面形成的隔离基板。
作为本发明晶圆级封装的LED器件结构的一种优化的方案，所述透明基板的厚度范围为10～100μm，所述隔离基板的厚度范围为10～30μm。作为本发明晶圆级封装的LED器件结构的一种优化的方案，所述透明基板和隔离基板的透光率在92％以上。
作为本发明晶圆级封装的LED器件结构的一种优化的方案，所述第一反射镜覆盖于所述荧光粉胶体、隔离基板以及倒装结构发光二极管的侧壁表面。
作为本发明晶圆级封装的LED器件结构的一种优化的方案，所述倒装结构发光二极管通过键合层键合于所述荧光粉基板上。
作为本发明晶圆级封装的LED器件结构的一种优化的方案，所述荧光粉胶体、隔离基板以及倒装结构发光二极管整体呈梯形，所述第一反射镜为斜面结构。
作为本发明晶圆级封装的LED器件结构的一种优化的方案，所述倒装结构发光二极管为薄膜倒装结构发光二极管，所述薄膜倒装结构发光二极管包括：
N型半导体生长层，具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面具有粗化结构；
量子阱层，生长于所述N型半导体生长层的第二表面上；
P型半导体生长层，形成于所述量子阱层上；
第二反射镜层，形成于所述P型半导体生长层上；
P电极，结合于所述第二反射镜上；
N电极，形成于所述第二反射镜上，并穿过所述第二反射镜、P型半导体生长层以及量子阱层与所述N型半导体生长层电连；
绝缘层，隔离于所述N电极与所述第二反射镜、P型半导体生长层以及量子阱层之间。
作为本发明晶圆级封装的LED器件结构的一种优化的方案，所述N型半导体生长层的第一表面键合于所述荧光粉基板上。
作为本发明晶圆级封装的LED器件结构的一种优化的方案，所述第一反射镜为DBR、Ag、或者Al。
如上所述，本发明的晶圆级封装的LED器件结构，具有以下有益效果：
1.本发明LED器件的出光面为高透光率的透明基板面，其避免了传统LED器件出光面的生长衬底对光的吸收，并结合高透光率的透明基板的选用，可大大提高所述LED器件的透光率。以玻璃作为透明基板为例，其替代了原出光面所在的蓝宝石(Al2O3)生长衬底，现传统蓝宝石生长衬底的透光率(300nm-700nm)小于80％左右，而玻璃基板的透光率(300nm-700nm)则大于90％，因此，增加了出光效率。
2.传统的芯片在芯片的侧壁无反射镜，因此必然有光从芯片的侧壁泄漏，同时由于蓝宝石生长衬底的存在，因此，侧光也包含蓝宝石衬底的侧光部分。本发明由于芯片的侧壁有反射镜，因此，可明显减少封装后发光二极管的蓝光侧漏。因此相比传统芯片，本发明的LED器件的光效提升了20％以上。
3.由于采用透光率更高的透明基板作为出光面，且采用倒装结构避免了电极对光的遮挡，同时减少了芯片的侧光，且芯片除了出光面外，其他位置均有反射镜结构，因此，光线更加集中，单位面积的荧光粉受到更多光的激发，器件出光效率、出光的均匀性和可靠性等的整体性能得到提高。
4.本发明由于剥离掉了导热性较差的生长衬底，减少了热传导的介质材料，因此LED器件的散热效果更好。
5.本发明采用透明基板结构与荧光粉胶体结合，与直接用荧光粉胶体进行LED芯片封装的LED器件相比，由于克服了后者支撑衬底、芯片易碎等缺点，机械强度得到大大增强。
附图说明
图1为本发明晶圆级封装的LED器件结构示意图。
图2为本发明实施例中薄膜倒装结构发光二极管的结构示意图
图3为本发明实施例二中晶圆级封装的LED器件结构示意图。
元件标号说明
1 透明基板
2 荧光粉胶体
3 倒装结构发光二极管
30 外延层
31 N型半导体生长层
301 粗化结构
32 量子阱层
33 P型半导体生长层
34 第二反射镜层
35 P电极
36 N电极
37 绝缘层
4 第一反射镜
5 隔离基板
6 键合层
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本实施例提供一种晶圆级封装的LED器件结构，如图1所示，所述LED器件结构至少包括如下结构：荧光粉基板、倒装结构发光二极管3以及第一反射镜4。
所述荧光粉基板包括透明基板1和形成于所述透明基板1表面的荧光粉胶体2。
所述透明基板1是高透光率材料，其对蓝光(300nm～700nm)的透光率在95％以上，例如，可以是玻璃基板等。所述第一透明基板1的厚度在10～100μm范围内，例如，可以是20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、48μm、50μm、60μm、70μm、90μm、100μm等。本实施例中，所述透明基板1的厚度优选为70μm。
所述荧光粉胶体2可以通过涂覆或者烧结工艺形成于所述透明基板1上，所述荧光粉胶体2中的荧光粉受到激发后，产生的光从所述透明基板1出射。
所述倒装结构发光二极管3形成于所述荧光粉基板上。进一步地，所述倒装结构发光二极管3可以通过键合层键合于所述荧光粉基板上，形成永久性键合。所述键合层可以是硅胶或其他合适的树脂胶体。
所述第一反射镜4，覆盖于所述荧光粉胶体2和倒装结构发光二极管3的侧壁表面。通过所述第一反射镜4可以防止芯片发出的光从芯片的侧壁泄露，结合倒装结构发光二极管3顶部的反射镜，从而使芯片的出射光完全从底部表面出射，激发荧光粉，更好的提高荧光粉的激发效率，提高器件的光效。
所述第一反射镜4可以是分布布拉格反射镜(DBR)、Ag反射镜或者Al反射镜等。当然，也可以是其他合适的反射镜材料，在此不限。本实施例中，所述第一反射镜4为DBR。
本实施例中，如图2所示，所述薄膜倒装结构发光二极管3优选为薄膜倒装结构发光二极管，所述薄膜倒装结构发光二极管包括结构：N型半导体生长层31、量子阱层32、P型半导体生长层33、第二反射镜层34、P电极35、N电极36以及绝缘层37。
所述N型半导体生长层31具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面具有粗化结构301，在所述N型半导体生长层31的第二表面上依次生长形成所述量子阱层32和P型半导体生长层33。所述N型半导体生长层31、量子阱层32和P型半导体生长层33构成所述薄膜倒装结构发光二极管的外延层30。
所述第二反射镜34形成于所述P型半导体生长层33上。所述第二反射镜34可以是Ag反射镜等。需要注意的是，本发明中，“第一”和“第二”只是用来区别不同位置的结构，并没有先后顺序之分。
所述P电极35结合于所述第二反射镜34上。所述N电极36形成于所述第二反射镜34上，并穿过所述第二反射镜34、P型半导体生长层33以及量子阱层32与所述N型半导体生长层31电连。如此，所述P型半导体生长层33由所述P电极35引出，所述N型半导体生长层31由所述N电极36引出。
所述绝缘层37隔离于所述N电极36与所述第二反射镜34、P型半导体生长层33以及量子阱层32之间。
所述N型半导体生长层31具有粗化结构301的第一表面键合于所述荧光粉基板上。进一步地，所述N型半导体生长层31具有粗化结构301的第一表面通过键合层6(如硅胶)键合于所述荧光粉基板上。
具体地，所述第一反射层4覆盖在外延层以及荧光粉胶体2的侧壁表面，如图3所示，所述LED器件的上表面由第二反射镜34覆盖，侧壁由第一反射镜4覆盖，荧光粉胶体2中的荧光粉受到激发后发射的光全部从透明基板1出射，有效防止出射光侧漏，提高光效。所述透明基板1的对光的吸收低、透光率高，可以进一步提高光出射效率。
所述荧光粉胶体2和倒装结构发光二极管3整体优选呈梯形，此时覆盖在其侧壁上的第一反射镜4为斜面结构。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于，本实施例提供的晶圆级封装的LED器件结构中，如图3所示，所述荧光粉基板还包括在所述荧光粉胶体2表面形成的隔离基板5。此时所述荧光粉基板包括：透明基板1、隔离基板5以及夹在所述透明基板1和隔离基板5之间的荧光粉胶体2。
作为示例，所述倒装结构发光二极管3通过键合层6(如硅胶或者其他树脂胶体)键合于荧光粉基板的隔离基板5上。
通过将所述荧光粉胶体2涂覆或者烧结在两层透明基板中间，形成带有荧光粉胶体2的透明基板。所述隔离基板5是高透光率材料，其对蓝光(300nm～700nm)的透光率在95％以上，例如，可以是玻璃基板等。所述隔离基板5的厚度在10～30μm范围内，例如，可以是10μm、15μm、18μm、20μm、25μm、28μm、30μm等。本实施例中，所述隔离基板5的厚度优选为20μm。
由于所述荧光粉基板还包括隔离基板5，因此，所述第一反射镜4覆盖于所述荧光粉胶体2、隔离基板5以及倒装结构发光二极管3的侧壁表面。所述荧光粉胶体2、隔离基板5以及倒装结构发光二极管3整体呈梯形，所述第一反射镜4为斜面结构。更进一步地，所述N型半导体生长层31的第一表面键合于荧光粉基板的隔离基板5上。
需要说明的是，本实施例的倒装结构发光二极管优选为薄膜倒转管结构发光二极管3。图3中的薄膜倒装结构发光二极管3的结构细节并未画出，例如N电极需要跟N型半导体生长层电连、以及绝缘层等均为画出。所述薄膜倒装结构发光二极管的结构3以图2为准。
使用芯片尺寸大小为12mil*26mil的芯片晶圆制作以上LED封装器件。采用Labsphere50cm积分球系统，60mA下，器件的光效可达到180lm/W以上；同时，对传统的12mil*26mil倒装芯片进行封装测试，器件的光效为150lm/W。因此相比传统芯片，本发明的LED器件的光效提升了20％以上。
综上所述，本发明提供一种一种晶圆级封装的LED器件结构，所述LED器件结构至少包括：荧光粉基板，所述荧光粉基板包括透明基板和形成于所述透明基板上的荧光粉胶体；形成于所述荧光粉基板上的倒装结构发光二极管；覆盖于所述荧光粉胶体和倒装结构发光二极管的侧壁表面的第一反射镜。所述荧光粉基板还包括形成在所述荧光粉胶体表面的隔离基板。本发明中所述器件的侧壁具有反射镜结构，该反射镜将芯片及荧光粉胶体的侧壁覆盖，防止芯片发出的光从芯片的侧壁泄露，再结合倒装结构发光二极管中P型半导体导电层表面的反射镜，使芯片的出射光完全从暴露出的N型半导体层表面出射，进入透明基板之间的荧光粉胶体，激发荧光粉，更好的提高荧光粉的激发效率，提高器件的光效。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种晶圆级封装的LED器件结构，其特征在于，所述LED器件结构至少包括：
荧光粉基板，所述荧光粉基板包括透明基板和形成于所述透明基板表面的荧光粉胶体；
倒装结构发光二极管，形成于所述荧光粉基板上；
第一反射镜，覆盖于所述荧光粉胶体和倒装结构发光二极管的侧壁表面。
2.根据权利要求1所述的晶圆级封装的LED器件结构，其特征在于：所述荧光粉基板还包括在所述荧光粉胶体表面形成的隔离基板。
3.根据权利要求2所述的晶圆级封装的LED器件结构，其特征在于：所述透明基板的厚度范围为10～100μm，所述隔离基板的厚度范围为10～30μm。
4.根据权利要求2所述的晶圆级封装的LED器件结构，其特征在于：所述透明基板和隔离基板的透光率在92％以上。
5.根据权利要求2所述的晶圆级封装的LED器件结构，其特征在于：所述第一反射镜覆盖于所述荧光粉胶体、隔离基板以及倒装结构发光二极管的侧壁表面。
6.根据权利要求1或2所述的晶圆级封装的LED器件结构，其特征在于：所述倒装结构发光二极管通过键合层键合于所述荧光粉基板上。
7.根据权利要求2所述的晶圆级封装的LED器件结构，其特征在于：所述荧光粉胶体、隔离基板以及倒装结构发光二极管整体呈梯形，所述第一反射镜为斜面结构。
8.根据权利要求1或2所述的晶圆级封装的LED器件结构，其特征在于：所述倒装结构发光二极管为薄膜倒装结构发光二极管，所述薄膜倒装结构发光二极管包括：
N型半导体生长层，具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第一表面具有粗化结构；
量子阱层，生长于所述N型半导体生长层的第二表面上；
P型半导体生长层，形成于所述量子阱层上；
第二反射镜层，形成于所述P型半导体生长层上；
P电极，结合于所述第二反射镜上；
N电极，形成于所述第二反射镜上，并穿过所述第二反射镜、P型半导体生长层以及量子阱层与所述N型半导体生长层电连；
绝缘层，隔离于所述N电极与所述第二反射镜、P型半导体生长层以及量子阱层之间。
9.根据权利要求8所述的晶圆级封装的LED器件结构，其特征在于：所述N型半导体生长层的第一表面键合于所述荧光粉基板上。
10.根据权利要求1所述的晶圆级封装的LED器件结构，其特征在于：所述第一反射镜为DBR、Ag反射镜或者Al反射镜。
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