CN210200756U - 高压倒装led光源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压倒装LED光源，其包括导热基板和高压倒装LED芯片，所述芯片的第一表面具有电极，第二表面为出光面，所述第一表面与第二表面相背对设置，所述导热基板表面形成有至少一凸台，其中至少一所述芯片的第一表面通过导热绝缘连接胶与一所述凸台的顶端面连接。所述芯片包括电极区与发光区，所述电极区与发光区间隔设置。本实用新型的高压倒装LED光源中，所述芯片可以与基板无缝结合，且可避免出现连接胶溢流到导电电极处的问题，从而既可保障电学连接的有效性，亦可增强LED倒装芯片的散热均匀性，同时采用的LED芯片为单片集成大功率高压倒装LED芯片，具有稳定性好、抗失效率高、面积利用率高等特点。

Description

高压倒装LED光源

技术领域

本实用新型涉及一种LED的封装结构，具体涉及一种高压倒装LED光源，属于半导体技术领域。

背景技术

与正装芯片相比，倒装芯片具有更低的热阻，更好的取光，无需金线，更好的集成性和制作更加简单等优点。目前，由于技术水平的限制，为了保证芯片的良率，产业化水平的倒装LED芯片一般具有功率小、面积小和集成度低的特点，这种特点在很大程度上限制了倒装LED的应用，使得倒装LED市场上出现空白。要填补这块空白，扩大倒装LED的应用范围，亟需获得能够用于产业化的大功率高压集成倒装LED芯片。然而，目前大功率高压集成倒装芯片在封装时面临多个技术难题，例如：绝缘连接胶溢出影响电极导电的问题；以及，芯片发光区与基板之间的导热绝缘问题。但业界一直未能探索出有效的解决办法。

发明内容

本实用新型的主要目的在于提供一种高压倒装LED光源，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型实施例提供了一种高压倒装LED光源，包括导热基板和高压倒装LED芯片，所述LED芯片的第一表面具有电极，第二表面为出光面，所述第一表面与第二表面相背对设置，所述导热基板表面形成有至少一凸台，其中至少一所述LED芯片的第一表面通过导热绝缘连接胶与一所述凸台的顶端面连接。

在一些较为优选的实施方式中，所述高压倒装LED芯片为单片集成大功率高压倒装LED芯片，所述LED芯片包括电极区与发光区，所述电极区与发光区间隔设置，所述发光区包括多个能独立发光的单胞，所述多个单胞串联和/或并联设置，所述多个单胞与电极区电连接。

在一些较为优选的实施方式中，所述发光区与电极区之间的间距满足如下条件：在将所述LED芯片的第一表面通过导热绝缘连接胶与所述凸台的顶端面连接的过程中，无导热绝缘连接胶溢流到电极区表面。

与现有技术相比，本实用新型至少具有如下有益效果：提供的高压倒装LED光源中，LED倒装芯片可以与基板无缝结合，且可避免出现连接胶溢流到导电电极处的问题，从而既可保障电学连接的有效性，亦可增强LED倒装芯片的散热均匀性。同时，其中采用的倒装LED芯片为单片集成大功率高压倒装LED芯片，其具有稳定性好、抗失效率高等特点，其中电极区与发光区的特殊位置设计可以有效地提高芯片的面积利用率，将发光区域面积最大化，以及还可保证封装时导热绝缘层材料不溢到电极表面，并保证焊锡不溢到发光区造成短路。

附图说明

图1是现有的一种倒装LED光源的结构示意图。

图2是现有的一种倒装LED光源的示意图。

图3是本实用新型第一实施例中一种高压倒装LED光源的示意图。

图4是本实用新型第一实施例中一种高压倒装LED芯片的结构示意图。

图5是本实用新型第二实施例中一种高压倒装LED光源的示意图。

图6是本实用新型第三实施例中一种高压倒装LED光源的示意图。

图7是本实用新型第四实施例中一种高压倒装LED光源的示意图。

图8是本实用新型第五实施例中一种高压倒装LED光源的示意图。

图9是本实用新型一实施例中一种高压倒装LED芯片的结构示意图。

图10是本实用新型另一实施例中一种高压倒装LED芯片的结构示意图。

图11是本实用新型又一实施例中一种高压倒装LED芯片的结构示意图。

具体实施方式

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。

又及，需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括至少一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本实用新型实施例的一个方面提供了一种高压倒装LED光源，其包括导热基板和高压倒装LED芯片，所述LED芯片的第一表面具有电极，第二表面为出光面，所述第一表面与第二表面相背对设置，所述导热基板表面形成有至少一凸台，其中至少一所述LED芯片的第一表面通过导热绝缘连接胶与一所述凸台的顶端面连接。

进一步的，所述凸台的顶端面上还覆盖有导热绝缘层，所述LED芯片的第一表面通过导热绝缘连接胶与所述导热绝缘层连接。

其中，所述导热绝缘层由导热绝缘材料形成。并且，所述导热绝缘层是由外部转移而来，或者，所述导热绝缘层至少是一体形成在所述凸台的顶端面上。

进一步的，所述导热基板的材质包括导电导热金属材料，所述导电导热金属材料包括铜或铝等，且不限于此。

进一步的，所述导热绝缘层是通过对所述导热基板表面进行化学处理而形成的致密导热绝缘钝化层。

进一步的，所述导热基板整体或者所述凸台由导热绝缘材料形成。

进一步的，所述导热绝缘材料包括氧化物、氮化物、碳化物中的任意一者，且不限于此。

例如，所述氧化物包括氧化铝或氧化铜等，所述氮化物包括氮化铝、氮化硅或氮化铍等，所述碳化物包括碳化硅等，但均不限于此。

进一步的，所述高压倒装LED芯片为单片集成大功率高压倒装LED芯片，所述LED芯片包括电极区与发光区，所述电极区与发光区间隔设置，所述发光区包括多个能独立发光的单胞，所述多个单胞串联和/或并联设置，所述多个单胞与电极区电连接。

进一步的，所述LED芯片内还分布有气体存储空间，所述气体存储空间包括形成于单胞之间的槽状结构。

进一步的，所述LED芯片具有一组以上电极区，每一组电极区包括对称设置的两个电极区，所述电极区为三角形结构或直线型结构。

优选的，所述LED芯片具有一组电极区，所述的一组电极区为对称设置的两个三角形电极区。

进一步的，所述LED芯片的电极区上结合有硬质导电材料(例如金属片、金属线等且不限于此)，所述硬质导电材料通过银浆或电学焊接材料与所述基板上的导电线路电连接。

进一步的，所述发光区与电极区之间的间距满足如下条件：在将所述LED芯片的第一表面通过导热绝缘连接胶与所述凸台的顶端面连接的过程中，无导热绝缘连接胶溢流到电极区表面。

以下将结合若干实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步的解释说明。

请参阅图3示出了本实用新型第一个实施例中的一种高压倒装LED光源，其包括导热基板1(如下也简称“基板”)和高压倒装LED芯片2(如下也简称“芯片”或“LED芯片”)，所述LED芯片的第一表面201具有电极，第二表面202为出光面，所述第一表面与第二表面相背对设置，所述导热基板表面形成有一个或多个凸台11，其中一个所述LED芯片的第一表面通过导热绝缘连接胶3(如下简称“连接胶”)与一所述凸台的顶端面连接。

进一步地，前述凸台应与所述LED芯片的发光区大小匹配且有一定高度。

进一步的，前述高压倒装LED芯片为单片集成大功率高压倒装LED芯片，所述LED芯片包括电极区与发光区，所述电极区与发光区间隔设置，所述发光区包括多个能独立发光的单胞，所述多个单胞串联和/或并联设置，所述多个单胞与电极区电连接。

请参阅图4所示，前述高压倒装LED芯片2中，各单胞之间可以通过形成于所述芯片第一表面的互联金属层26电连接，为保证电学连接的可靠性，在所述芯片第一表面上还可设置有绝缘介质层25。典型的一种所述芯片2可以包括衬底21(如蓝宝石衬底)及形成在衬底上的外延结构，所述外延结构可以包括N型GaN层22、发光区23、P型GaN层24等。

前述的单胞是于所述外延结构中加工形成的独立完整功能的器件单元，并且任意两个单胞的导电半导体层隔离开，使任一单胞电学上独立；通过金属互连，使多个单胞实现电学连接，形成所述单片集成大功率高压倒装LED芯片。

优选的，所述衬底可以是“晶圆级”的，即，衬底的直径在2英寸以上。相应的，所述单片集成大功率高压倒装LED芯片也可以被认为是晶圆级的器件。

前述基板的材料包括氮化铝、氮化硅、氮化铍、氧化铝、碳化硅等等，且不限于此。

优选的，还可在前述LED芯片的出光面上覆盖荧光粉层27，以实现芯片出光波长的转换，例如实现白光LED芯片。

前述导热基片1表面上还分布有焊锡或银浆形成的导电结构12，用以与前述芯片2的电极电连接，这些导电结构12可以通过引线13与外部电源等电连接，同样的，为保证电学连接的可靠性，在所述基片表面上还可设置有绝缘层14。

前述的高压倒装LED光源在制作时，可以将前述LED芯片贴合到导热基板上，为保证LED芯片与导热基板之间没有缝隙，需要让连接胶稍有溢出，但是如果连接胶流到导电电极处，会影响电学连接。在现有的LED封装结构中，一般考虑在导热基板上做凹槽，但由于芯片贴合时凹槽内的空气无法排出将会产生大量的气泡严重影响芯片的散热均匀性。所以采用凸台存胶的方式。芯片与基板贴合时，气体向四周排出，多余的连接胶沿着凸台侧面流下在力的作用下聚集在凸台周围，同时，不影响电学连接。

进一步的，请再次参阅图4所示，所述LED芯片内形成于单胞之间的槽状结构还可以作为气体存储空间，如此，在以连接胶将芯片与基板连接时，可以使连接胶内的气体能排放到该气体存储空间内，减少或消除其中可能存在的气泡，从而进一步增强芯片与基板的连接可靠性。

作为对比，请参阅图2所示，在现有的一种倒装LED光源中，芯片2’的出光面是一个连续的平面，即，不存在图4所示LED芯片的气体存储空间，是以，在其封装结构中，连接胶3’内的气体等无法释放，并以气泡31’的形式分布于连接胶内，这一方面会影响芯片与基板的结合强度，另一方面也使散热效率大幅降低。

请参阅图5示出了本实用新型第二个实施例中的一种高压倒装LED光源，其与前述第一个实施例具有相近似的结构，区别之处在于：前述基板1可以是铜、铝等导热导电金属材料制成，凸台上额外加一层导热绝缘陶瓷作为导热绝缘层4。如此，可以使基板的选择更加自由，并可优先考虑导热性能，同时还无需考虑连接胶的绝缘性，使得连接胶厚度降低，有利于导热。所述导热绝缘陶瓷可以包括氮化铝等，且不限于此。

请参阅图6示出了本实用新型第三个实施例中的一种高压倒装LED光源，其与前述第一个实施例具有相近似的结构，区别之处在于：前述基板1可以是铜、铝等导热导电金属材料制成，通过化学反应可以直接在基板凸台上产生一层致密的导热绝缘钝化层5作为导热绝缘层。所述的化学反应可以是氧化反应等，且不限于此。如此也可以使基板的选择更加自由，并可优先考虑导热性能，同时还无需考虑连接胶的绝缘性，使得连接胶厚度大大降低，有利于导热。而且钝化层5厚度可以达到几微米，可以很好地满足导热绝缘的要求。当然，前述钝化层也可以通过其它化学沉积、物理沉积，例如CVD、PECVD、PVD、ALD等方式于基板表面沉积形成，其材质可以包括氮化铝、氮化硅、氮化铍、氧化铝、碳化硅等，且不限于此。

在前述第一至第三实施例中，是在LED芯片的出光面上预先覆盖荧光粉层，因此可以被认为是芯片式荧光粉层封装结构。在本实用新型的第四实施例中，可以采用另一种优化的方案，即，请参阅图7所示，可以先制作高压倒装LED芯片；再参照前述实施例将芯片粘贴到基板上，使芯片与基板电学连接，再在芯片表面涂覆荧光粉层28，之后外接引线。从而实现所谓的“基板式荧光粉层封装结构”。此种封装方式的优点在于：工艺简单，成本低。

在本实用新型的第五实施例中，还可以采用另一种优化的方案，即，请参阅图8所示，在芯片电极区加硬质导电材料6(金属片或者金属线)，其相当于电极的延伸，再用银浆或电学焊接材料7连接硬质导电材料6与基板1。这种方式的优点在于保证了芯片与基板之间的电学连接，粘贴芯片时无需考虑连接胶溢出导致芯片与基板之间绝缘的问题，缩小芯片电极区与发光区的间距，提高芯片面积利用率。

前述高压倒装LED芯片2可以具有图9所示结构。其中发光区203与电极区204具有一定间距。保证封装时导热绝缘层材料不溢到电极表面，造成电极断路，同时保证焊锡不溢到发光区造成短路。所述发光区203由若干前述的单胞组成，单胞可以采取如图所示并串结构。该结构的特点是：若一个单胞短路，该并联级失效，由于LED是恒流驱动的，因此该芯片其它级正常工作。若一个单胞发生断路，则该并联级中其余单胞均摊多余电流，该级正常工作，因此芯片整体仍然可以正常工作。该结构有利于提高芯片抗失效率。另外，该图9所示结构中，电极区为三角形结构。如此有利于增加发光区域面积，提高芯片利用率。该芯片采用单片集成技术，无需裂片、打金线工艺，节约成本，提高面积利用率。

前述高压倒装LED芯片2还可以具有图10、图11所示结构。当然，以图9所示结构为最优，因为将电极区设计为三角形，可以有效地提高芯片的面积利用率，将发光区域面积最大化。

应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压倒装LED光源，其特征在于包括导热基板和高压倒装LED芯片，所述LED芯片的第一表面具有电极，第二表面为出光面，所述第一表面与第二表面相背对设置，所述导热基板表面形成有至少一凸台，其中至少一所述LED芯片的第一表面通过导热绝缘连接胶与一所述凸台的顶端面连接。

2.根据权利要求1所述的高压倒装LED光源，其特征在于：所述凸台的顶端面上还覆盖有导热绝缘层，所述LED芯片的第一表面通过导热绝缘连接胶与所述导热绝缘层连接；其中，所述导热绝缘层由导热绝缘材料形成，并且，所述导热绝缘层是由外部转移而来，或者，所述导热绝缘层至少是一体形成在所述凸台的顶端面上。

3.根据权利要求2所述的高压倒装LED光源，其特征在于：所述导热基板的材质包括导电导热金属材料，所述导电导热金属材料包括铜或铝。

4.根据权利要求2所述的高压倒装LED光源，其特征在于：所述导热绝缘层是通过对所述导热基板表面进行化学处理而形成的致密导热绝缘钝化层。

5.根据权利要求1所述的高压倒装LED光源，其特征在于：所述导热基板整体或者所述凸台由导热绝缘材料形成。

6.根据权利要求2或5所述的高压倒装LED光源，其特征在于：所述导热绝缘材料包括氧化物、氮化物、碳化物中的任意一者；所述氧化物包括氧化铝或氧化铜，所述氮化物包括氮化铝、氮化硅或氮化铍，所述碳化物包括碳化硅。

7.根据权利要求1所述的高压倒装LED光源，其特征在于：所述高压倒装LED芯片为单片集成大功率高压倒装LED芯片，所述LED芯片包括电极区与发光区，所述电极区与发光区间隔设置，所述发光区包括多个能独立发光的单胞，所述多个单胞串联和/或并联设置，所述多个单胞与电极区电连接。

8.根据权利要求7所述的高压倒装LED光源，其特征在于：所述LED芯片具有一组以上电极区，每一组电极区包括对称设置的两个电极区，所述电极区为三角形结构或直线型结构；和/或，所述LED芯片内还分布有气体存储空间，所述气体存储空间包括形成于单胞之间的槽状结构；和/或，所述LED芯片的电极区上结合有硬质导电材料，所述硬质导电材料通过银浆或电学焊接材料与所述基板上的导电线路电连接。

9.根据权利要求8所述的高压倒装LED光源，其特征在于：所述LED芯片具有一组电极区，所述的一组电极区为对称设置的两个三角形电极区。

10.根据权利要求7所述的高压倒装LED光源，其特征在于：所述发光区与电极区之间的间距满足如下条件：在将所述LED芯片的第一表面通过导热绝缘连接胶与所述凸台的顶端面连接的过程中，无导热绝缘连接胶溢流到电极区表面。

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