CN205376566U

CN205376566U - Led芯片封装结构

Info

Publication number: CN205376566U
Application number: CN201520997938.5U
Authority: CN
Inventors: 李庆
Original assignee: FOCUS LIGHTINGS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: FOCUS LIGHTINGS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2025-12-03

Abstract

本实用新型公开了一种LED芯片封装结构，所述LED芯片包括衬底、N型半导体层、发光层、P型半导体层及N电极和P电极，所述LED芯片上预设有用于进行MESA光刻的MESA线，所述P型半导体层、发光层及部分N型半导体层沿MESA线刻蚀形成有N台阶，所述N台阶上设有支撑平台，所述N电极包裹所述支撑平台并与N型半导体层电性连接，所述N电极的上边缘与MESA线之间的距离大于N电极的下边缘与MESA线之间的距离，所述N电极上通过焊球与焊接线电性连接。本实用新型通过在N台阶上设置支撑平台，N电极设于支撑平台的上方和侧边，支撑平台能够有效释放焊球在N电极上表面的表面应力，减小了焊接时N电极的变形，有效提高了LED器件的稳定性。

Description

LED芯片封装结构

技术领域

本实用新型涉及半导体发光器件技术领域，尤其涉及一种LED芯片封装结构。

背景技术

发光二极管（Light-EmittingDiode，LED）是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。

LED芯片封装结构目前分成正装、倒装、垂直三种封装结构，目前正装封装结构是最使用最多的。正装封装结构的LED芯片在封装制程里需使用打线（wirebonding）工艺，鉴于正装封装结构的LED芯片P电极和N电极同侧的特殊性，要求打线过程中焊球和电极结合的面积不要超出芯片制程的预设的MESA线。

随着LED技术的发展，LED芯片N电极和P电极的面积变得越来越小，打线使用的材料由金线变成了合金线；导致现有打线制程会出现如图1所示的问题：焊球和N电极结合过程中N电极变形严重，会对LED芯片的稳定性造成影响，当N电极变形部分超出MESA线时，会出现LED芯片失效。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种LED芯片封装结构。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种LED芯片封装结构及其封装方法。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供的技术方案如下：

一种LED芯片封装结构，所述LED芯片包括衬底、N型半导体层、发光层、P型半导体层及N电极和P电极，所述LED芯片上预设有用于进行MESA光刻的MESA线，所述P型半导体层、发光层及部分N型半导体层沿MESA线刻蚀形成有N台阶，所述N台阶上设有支撑平台，所述N电极包裹所述支撑平台并与N型半导体层电性连接，所述N电极的上边缘与MESA线之间的距离大于N电极的下边缘与MESA线之间的距离，所述N电极上通过焊球与焊接线电性连接。

作为本实用新型的进一步改进，所述N电极的下边缘边缘与MESA线之间的距离为5~15μm，N电极的上边缘与MESA线之间的距离为10~30μm。

作为本实用新型的进一步改进，所述N电极在支撑平台侧边的厚度为0.5~3μm，所述N电极在支撑平台上方的厚度为0.5~3μm。

作为本实用新型的进一步改进，所述N电极在支撑平台上方的厚度与N电极在支撑平台侧边的厚度相等。

作为本实用新型的进一步改进，所述焊球的面积小于N电极上表面的面积。

作为本实用新型的进一步改进，所述支撑平台为与N型半导体层绝缘连接或电性导通连接。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过在N台阶上设置支撑平台，N电极设于支撑平台的上方和侧边，支撑平台能够有效释放焊球在N电极上表面的表面应力，减小了焊接时N电极的变形，有效提高了LED器件的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术LED芯片上N电极焊接处的电镜图。

图2a为本实用新型一具体实施方式中LED芯片的侧面结构示意图。

图2b为本实用新型一具体实施方式中LED芯片的俯视结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型公开了一种LED芯片封装结构，所述LED芯片包括衬底、N型半导体层、发光层、P型半导体层及N电极和P电极，所述LED芯片上预设有用于进行MESA光刻的MESA线，所述P型半导体层、发光层及部分N型半导体层沿MESA线刻蚀形成有N台阶，所述N台阶上设有支撑平台，所述N电极包裹所述支撑平台并与N型半导体层电性连接，所述N电极的上边缘与MESA线之间的距离大于N电极的下边缘与MESA线之间的距离，所述N电极上通过焊球与焊接线电性连接。

参图2a所示，本实用新型的一具体实施方式中LED芯片封装结构从下至上依次包括：

衬底10，衬底可以是蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO等；

N型半导体层20，N型半导体层可以是N型GaN等；

发光层30，发光层可以是GaN、InGaN等；

P型半导体层40，P型半导体层可以是P型GaN等；

N电极60及P电极70，N电极60设置于N台阶50上，且与N型半导体层20电性连接，P电极70设于P型半导体层40上方，且与P型半导体层40电性连接。

其中，结合图2b所示，LED芯片上预设有用于进行MESA光刻的MESA线1，经过MESA光刻后可以形成MESA图层2。

本实施方式中的P型半导体层40、发光层30及部分N型半导体层20沿MESA线1刻蚀形成有N台阶50，N台阶50上设有支撑平台51，N电极60包裹支撑平台51并与N型半导体层20电性连接，N电极60上通过焊球与焊接线电性连接。

接合图2b所示，本实施方式中N电极60包括两部分，即位于支撑平台51侧边的N电极部分和位于支撑平台51上方的N电极部分，其中，位于支撑平台51上方的N电极部分的上边缘与MESA线之间的距离大于位于支撑平台51侧边的N电极部分的下边缘与MESA线之间的距离。

在本实用新型的一优选实施例中，N电极的下边缘边缘与MESA线之间的距离为5~15μm，N电极的上边缘与MESA线之间的距离为10~30μm；

在本实用新型的一优选实施例中，N电极60在支撑平台51上方的厚度为0.5~3μm，N电极60在支撑平台51侧边的厚度为0.5~3μm。

在本实用新型的一优选实施例中，N电极60在支撑平台51上方的厚度与N电极60在支撑平台51侧边的厚度相等。

在进行焊接时，焊球的面积小于N电极60上表面的面积。

优选地，本实用新型图2a、2b所示的一具体实施例中，N电极60的下边缘与MESA线1之间的距离为9~10μm，N电极60的上边缘与MESA线1之间的距离为18~20μm；N电极60在支撑平台51侧边的厚度为2μm，且N电极60在支撑平台51上方的厚度与N电极60在支撑平台51侧边的厚度相等。

其中，支撑平台51可以与N型半导体层绝缘连接或电性导通连接。

本实施例中的LED芯片在焊接过程中，焊球能够覆盖支撑平台上方的N电极，而焊球与支撑平台侧边的N电极不在同一平面内，焊球变形部分不会对侧边的N电极造成挤压，有效地释放了焊球在N电极上表面的表面应力，降低了N电极变形的情况，减小了LED器件失效的情况，有效提高了LED器件的稳定性。

另外，本实施方式中LED芯片封装结构的封装方法，具体包括：

在衬底10上依次外延生长N型半导体层20、发光层30及P型半导体层40，形成LED外延结构；

在LED外延结构上形成MESA线1，并采用MESA光刻1形成N电极区域；

对N电极区域刻蚀形成N台阶50，N台阶50上形成有支撑平台51；

在支撑平台50上方和侧边形成于N型半导体层电性连接的N电极60；

在P型半导体层上形成于P型半导体层电性连接的P电极70。

其中，在本实用新型的一优选实施例中，“对N电极区域刻蚀形成N台阶，N台阶上形成有支撑平台”具体包括：

对N电极区域全部刻蚀至N型半导体层，而后在N型半导体层上外延生长支撑平台。

该方法是先将N电极区域处的外延层全部刻蚀掉，此步骤与现有技术完全相同，而后在N台阶50的对应区域再生长支撑平台51。

在本实用新型的另一优选实施例中，“对N电极区域刻蚀形成N台阶，N台阶上形成有支撑平台”具体包括：

采用掩膜对N电极区域部分刻蚀至N型半导体层，保留N电极区域中间的部分外延层，形成支撑平台。

该方法是在进行刻蚀过程中，在支撑平台对应处利用掩膜，将部分外延层保留进而形成支撑平台，无需外延生长支撑平台。

本实施方式中刻蚀采用的是ICP刻蚀工艺，ICP蚀刻即气体刻蚀，反应气主要有氯气、氩、四氟化碳、氧气。氯气、四氟化碳、氧气刻蚀原理是在射频作用下产生高能等离子体，同GaN反应达到刻蚀效果，生成挥发性的Ga、GaCl_x、Ga⁺、GaCl_x ⁺、N₂，GaF等，生成挥发性氯化镓、氟化镓等被泵抽离反应腔体；氩主要是物理轰击功效，同时Cl₂也有物理轰击功效，原理如下：

GaN+Cl→Ga，GaCl_x，Ga⁺，GaCl_x ⁺，N₂（x=1，2，3）。

当然，在其他实施方式中也可以采用其他刻蚀工艺形成N台阶及支撑平台，此处不再一一举例进行说明。

在对上述LED芯片封装结构进行焊接时，焊球与N电极进行焊接，金线与焊球电性连接，其中，焊球的形状大致呈圆形，且焊球的面积小于N电极上表面的面积，以免焊球在焊接时凸出于N电极外部，避免了焊球与MESA线接触。同时，支撑平台的设置可以减小焊接过程中焊球在N电极上的表面应力，防止N电极变形与MESA线接触造成失效。

由以上技术方案可以看出，与现有技术相比，本实用新型通过在N台阶上设置支撑平台，N电极设于支撑平台的上方和侧边，支撑平台能够有效释放焊球在N电极上表面的表面应力，减小了焊接时N电极的变形，有效提高了LED器件的稳定性。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种LED芯片封装结构，所述LED芯片包括衬底、N型半导体层、发光层、P型半导体层及N电极和P电极，其特征在于，所述LED芯片上预设有用于进行MESA光刻的MESA线，所述P型半导体层、发光层及部分N型半导体层沿MESA线刻蚀形成有N台阶，所述N台阶上设有支撑平台，所述N电极包裹所述支撑平台并与N型半导体层电性连接，所述N电极的上边缘与MESA线之间的距离大于N电极的下边缘与MESA线之间的距离，所述N电极上通过焊球与焊接线电性连接。

2.根据权利要求1所述的LED芯片封装结构，其特征在于，所述N电极的下边缘边缘与MESA线之间的距离为5~15μm，N电极的上边缘与MESA线之间的距离为10~30μm。

3.根据权利要求1所述的LED芯片封装结构，其特征在于，所述N电极在支撑平台侧边的厚度为0.5~3μm，所述N电极在支撑平台上方的厚度为0.5~3μm。

4.根据权利要求3所述的LED芯片封装结构，其特征在于，所述N电极在支撑平台上方的厚度与N电极在支撑平台侧边的厚度相等。

5.根据权利要求1所述的LED芯片封装结构，其特征在于，所述焊球的面积小于N电极上表面的面积。

6.根据权利要求1所述的LED芯片封装结构，其特征在于，所述支撑平台为与N型半导体层绝缘连接或电性导通连接。