CN213583850U - 一种具有封装结构的led芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有封装结构的LED芯片，包括LED晶圆、导电柱、电极连接线和焊垫层；所述LED晶圆包括衬底，所述衬底的正面设有发光区、空白区和保护层，所述发光区上设有发光结构，所述发光结构包括外延层、透明导电层、第一电极和第二电极；所述保护层覆盖在发光结构和衬底上；所述空白区设有至少两个通孔，所述通孔贯穿所述衬底和保护层，所述导电柱设置在通孔内，所述电极连接线设置在保护层上，并将第一电极、第二电极和导电柱形成导电连接，所述焊垫层设于衬底的背面，并与导电柱导电连接。本实用新型的LED芯片自带封装结构，可减少后续的封装流程，降低成本。

Description

一种具有封装结构的LED芯片

技术领域

本实用新型涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种具有封装结构的LED芯片。

背景技术

LED具有寿命长，效率高、应用范围广等特点，因此普及率一直提升。一般的LED芯片需要封装成灯珠之后，才能应用在灯具上。现有的封装流程如下：LED芯片→封装(固晶)→封装(打线)→封装(封胶与荧光粉)→裁切。如何减少封装流程，降低成本，已成为LED领域需要迫切解决的问题。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种具有封装结构的LED芯片，LED芯片自带封装结构，可减少后续的封装流程，降低成本。

本实用新型还要解决的技术问题在于，提供一种具有封装结构的LED芯片，亮度高，电压稳定，出光角度可控，应用范围广。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种具有封装结构的LED芯片，包括LED晶圆、导电柱、电极连接线和焊垫层；

所述LED晶圆包括衬底，所述衬底的正面设有发光区、空白区和保护层，所述发光区上设有发光结构，所述发光结构包括外延层、透明导电层、第一电极和第二电极；

所述保护层覆盖在发光结构和衬底上；

所述空白区设有至少两个通孔，所述通孔贯穿所述衬底和保护层，所述导电柱设置在通孔内，所述电极连接线设置在保护层上，并将第一电极、第二电极和导电柱形成导电连接，所述焊垫层设于衬底的背面，并与导电柱导电连接。

作为上述方案的改进，所述LED晶圆设有一个发光结构或多个发光结构；所述电极连接线包括第一电极连接线和第二电极连接线；

若LED晶圆设有一个发光结构，则所述第一电极连接线将第一电极和其中一个导电柱形成导电连接，所述第二电极连接线将第二电极与另一个导电柱形成导电连接。

作为上述方案的改进，若LED晶圆设有多个发光结构，则所述第一电极连接线分别将每个发光结构的第一电极和其中一个导电柱形成导电连接，所述第二电极连接线分别将每个发光结构的第二电极和另一个导电柱形成导电连接，多个发光结构通过第一电极连接线和第二电极连接线形成并联连接。

作为上述方案的改进，所述电极连接线还包括第三电极连接线；

若LED晶圆设有多个发光结构，则所述第三电极连接线连接在发光结构的第一电极和第二电极之间，所述第一电极连接线将第一个发光结构的第一电极和其中一个导电柱形成导电连接，所述第二电极连接线将最后一个发光结构的第二电极和另一个导电柱形成导电连接，多个发光结构通过第一电极连接线、第二电极连接线和第三电极连接线形成串联连接。

作为上述方案的改进，所述电极连接线的厚度大于2μm，宽度大于等于3μm。

作为上述方案的改进，所述通孔的宽度为100～300μm；

所述导电柱的材料为金、银或铜。

作为上述方案的改进，所述焊垫层对应设置在导电柱的下方，所述焊垫层的材料选自Cu、Au、Ag中的一种。

作为上述方案的改进，所述衬底的正面上还设有挡光层，所述挡光层设置在空白区的边缘上，将发光结构包围；

所述挡光层的材料为TiO或GaO；或者，所述挡光层为金属反射层，其结构为金属叠层结构。

作为上述方案的改进，所述挡光层的高度为发光结构高度的2～5倍；

所述挡光层朝向发光结构的一侧设有斜面，所述斜面与保护层的夹胶为30°～75°。

作为上述方案的改进，所述衬底的背面设有反射层，所述反射层为DBR反射层或金属反射层。

实施本实用新型，具有如下有益效果：

本实用新型的电极连接线、导电柱和焊垫层组成了芯片的封装结构，其中电极连接线相当于传统封装打线步骤中的导线，本实用新型的电极连接线为一体成型，与第一电极、第二电极和导电柱结合强度更好，芯片的电压更加稳定；其中，本实用新型在衬底的空白区形成通孔，并在通孔内设置导电柱，从而将衬底正面和背面的电极连接线与焊垫层形成导电连接，进而实现了发光结构上电极与焊垫层的导电连接，并将芯片的发光结构和封装结构完美结合；本实用新型的导电柱和焊垫层相当于传统封装固晶步骤中的支架，传统封装中的芯片需要通过支架与PCB板或元件形成导电连接，本实用新型的焊垫层可直接焊接的PCB板上，也可以连接在元件上。

与传统封装打线的导线相比，本实用新型的电极连接线可通过控制其厚度、宽度来降低芯片的电压和成本；此外，本实用新型的电极连接线与发光结构和导电柱可以进行不同方式的连接，可满足单个发光结构的连接，也可满足多个发光结构的串联、并联连接。

本实用新型在空白区的边缘上设置挡光层来将发光结构包围，用于调整发光结构的出光角度，以使发光结构的出光角度为130°～140°，让发光结构的出光更加集中，以满足客户对这种集中出光芯片的要求。

附图说明

图1是本实用新型LED芯片的结构示意图；

图2是本实用新型LED芯片实施例1的俯视图；

图3是本实用新型LED芯片实施例2的俯视图；

图4是本实用新型LED芯片实施例3的俯视图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

参见图1和图2，本实用新型提供的一种具有封装结构的LED芯片，包括LED晶圆1、导电柱2、电极连接线3和焊垫层4，所述LED晶圆1包括衬底10，所述衬底10的正面设有发光区11、空白区12和保护层13，所述发光区11上设有发光结构20，所述发光结构20包括外延层21、透明导电层22、第一电极23和第二电极24，所述保护层13覆盖在发光结构20和衬底10上，所述空白区12设有至少两个通孔，所述通孔贯穿所述衬底10和保护层13，所述导电柱2设置在通孔内，所述电极连接线3设置在保护层13上，并将第一电极23、第二电极24和导电柱2形成导电连接，所述焊垫层4设于衬底10的背面，并与导电柱2导电连接。

本实用新型的电极连接线3、导电柱2和焊垫层4组成了芯片的封装结构，其中电极连接线3相当于传统封装打线步骤中的导线，本实用新型的电极连接线3为一体成型，与第一电极23、第二电极24和导电柱2结合强度更好，芯片的电压更加稳定；其中，本实用新型在衬底10的空白区12形成通孔，并在通孔内设置导电柱2，从而将衬底10正面和背面的电极连接线3与焊垫层4形成导电连接，进而实现了发光结构20上电极与焊垫层4的导电连接，并将芯片的发光结构和封装结构完美结合；本实用新型的导电柱2和焊垫层4相当于传统封装固晶步骤中的支架，传统封装中的芯片需要通过支架与PCB板或元件形成导电连接，本实用新型的焊垫层4可直接焊接的PCB板上，也可以连接在元件上。

本实用新型的LED晶圆可以只有一个发光结构20，也可以有多个发光结构20；若本实用新型的LED晶圆只有一个发光结构20时，则所述发光结构20的尺寸与常规封装体的尺寸相同，如35mil*25mil等；若本实用新型的LED晶圆有多个发光结构20，则所述发光结构20的尺寸与常规芯片的尺寸相同，如28mil*10mil等。其中，若本实用新型的LED晶圆有多个发光结构20，则多个发光结构20可以为串联连接，也可以为并联连接。

所述外延层21包括设于衬底10上的第一半导体层211、设于第一半导体层211上的有源层212、以及设于有源层212上的第二半导体层213。

本实用新型的保护层13由绝缘材料制成，其用于隔开发光区11和空白区12上的结构，并用于保护LED晶圆，防止短路、漏电。

优选的，所述衬底10的背面设有反射层30，所述反射层30将衬底10背面的光反射到衬底10的正面出射，以提高芯片的出光效率。其中，所述反射层30为DBR反射层或金属反射层。具体的，所述金属反射层的材料选自Ag或Al。

进一步地，所述衬底10的正面上还设有挡光层40，所述挡光层40设置在空白区12的边缘上，将发光结构20包围。本实用新型的挡光层40用于调整发光结构20的出光角度，以使发光结构20的出光角度为130°～140°，让发光结构20的出光更加集中，以满足客户对这种集中出光芯片的要求。

为了保证挡光层40的挡光效果，同时又要避免挡光层40吸光，优选的，所述挡光层40的材料为TiO或GaO。此外，所述挡光层40还可以为金属反射层，优选的，所述挡光层40为金属叠层结构。更优的，所述挡光层40为Al/Ti/Pt叠层结构，或Ni/Ag/Tiw/Pt叠层结构。

进一步地，所述挡光层40的高度要高于发光结构20的高度。优选的，所述挡光层40的高度为发光结构20高度的2～5倍。若挡光层40的高度过矮，则影响挡光效果，发光结构20的出光角度过大；若挡光层40的高度过高，也同样影响挡光效果，发光结构20的出光角度过小。更优的，所述挡光层40的高度为发光结构20高度的2.5～4倍。

由于本实用新型挡光层40的高度要明显高于发光结构20的高度，因此本实用新型的挡光层40与底层结构(保护层13)的结合容易不稳，则容易脱落。为了解决这一问题，优选的，所述挡光层40朝向发光结构20的一侧设有斜面，所述斜面与保护层13的夹胶为30°～75°。更优的，所述斜面与保护层13的夹胶为30°～60°。

本实用新型的通孔用于放置导电柱2，所述导电柱2用于连接发光结构20上的电极和外部电源，因此通孔的大小影响了导电柱2的大小，若通孔的宽度过小，则难以在通孔内形成填充金属形成导电柱2；若通孔的宽度过大，则需要填充大量的金属来形成导电柱2，则增加成本。

优选的，所述通孔的宽度为100～300μm。更优的，所述通孔的宽度为150～250μm。

所述导电柱2的材料为金、银或铜。

由于本实用新型的电极连接线3代替了传统封装的导电线，因此本实用新型电极连接线3的厚度和宽度对芯片的电压起着重要的影响。若电极连接线3的厚度过薄宽度过小，则芯片电压升高；若电极连接线3的厚度过厚宽度过大，则浪费材料，增加成本。优选的，所述电极连接线3的厚度大于2μm，宽度大于等于3μm。更优的，所述电极连接线3的厚度为5～20μm，宽度为5～30μm。

其中，本实用新型的电极连接线3可以为单层结构，也可以为叠层结构，所述电极连接线3的材料选自Cr、Al、Ti、W、Pt、Au、Cu中的一种或几种。

为了进一步降低芯片电压，提高电极连接线3与第一电极23、第二电极24和导电柱4的结合强度，本实用新型选用叠层结构的电极连接线3，优选的，所述电极连接线3的结构为Al/Ti/Pt叠层结构，或Ni/Ag/Tiw/Pt叠层结构。本实用新型的电极连接线3选用上述叠层结构，在降低芯片电压，提高电极连接线3与第一电极23、第二电极24和导电柱4的结合强度的同时，可以将电极连接线3的厚度范围和宽度范围都控制在5～10μm，这样可以节省电极连接线3的材料，降低成本。

本实用新型的电极连接线3包括第一电极连接线31和第二电极连接线32，所述第一电极连接线31将第一电极23和其中一个导电柱2形成导电连接，所述第二电极连接线32将第二电极24与另一个导电柱2形成导电连接。

参见图3，图3是本实用新型LED芯片实施例2的俯视图，当LED晶圆设有多个发光结构20，所述第一电极连接线31分别将每个发光结构20的第一电极23和其中一个导电柱2形成导电连接，所述第二电极连接线32分别将每个发光结构20的第二电极24和另一个导电柱2形成导电连接，则多个发光结构20通过第一电极连接线31和第二电极连接线32形成并联连接。

参见图4，图4是本实用新型LED芯片实施例3的俯视图，所述电极连接线3还包括第三电极连接线33，当LED晶圆设有多个发光结构20，所述第三电极连接线33连接在发光结构20的第一电极23和第二电极24之间，所述第一电极连接线31将第一个发光结构20的第一电极23和其中一个导电柱2形成导电连接，所述第二电极连接线32将最后一个发光结构20的第二电极24和另一个导电柱2形成导电连接，则多个发光结构20通过第一电极连接线31、第二电极连接线32和第三电极连接线33形成串联连接。

与传统封装打线的导线相比，本实用新型的电极连接线3可通过控制其厚度、宽度来降低芯片的电压和成本；此外，本实用新型的电极连接线3与发光结构20和导电柱3可以进行不同方式的连接，可满足单个发光结构20的连接，也可满足多个发光结构20的串联、并联连接。

其中，所述焊垫层4对应设置在导电柱2的下方，所述焊垫层4的材料选自Cu、Au、Ag中的一种或几种。

相应地，本实用新型提供的一种自带封装的LED芯片的制备方法，包括以下步骤：

S1、提供一LED晶圆；

所述LED晶圆包括衬底，所述衬底的正面设有发光区、空白区和保护层，所述发光区上设有发光结构，所述发光结构包括外延层、透明导电层、第一电极和第二电极；所述保护层覆盖在发光结构和衬底上。其中，所述空白区为衬底裸露出来的区域。

本实用新型的LED晶圆可以只有一个发光结构，也可以有多个发光结构；若本实用新型的LED晶圆只有一个发光结构时，则所述发光结构的尺寸与常规封装体的尺寸相同，如35mil*25mil等；若本实用新型的LED晶圆有多个发光结构，则所述发光结构的尺寸与常规芯片的尺寸相同，如28mil*10mil等。其中，若本实用新型的LED晶圆有多个发光结构，则多个发光结构可以为串联连接，也可以为并联连接。

本实用新型的保护层由绝缘材料制成，其用于隔开发光区和空白区上的结构，并用于保护LED晶圆，防止短路、漏电。

优选的，所述衬底的背面设有反射层，所述反射层将衬底背面的光反射到衬底的正面出射，以提高芯片的出光效率。其中，所述反射层为DBR反射层或金属反射层。具体的，所述金属反射层的材料选自Ag或Al。

进一步地，所述衬底的正面上还设有挡光层，所述挡光层设置在空白区的边缘上，将发光结构包围。本实用新型的挡光层用于调整发光结构的出光角度，以使发光结构的出光角度为130°～140°，让发光结构的出光更加集中，以满足客户对这种集中出光芯片的要求。

为了保证挡光层的挡光效果，同时又要避免挡光层吸光，优选的，所述挡光层的材料为TiO或GaO。此外，所述挡光层还可以为金属反射层，优选的，所述挡光层为金属叠层结构。更优的，所述挡光层为Al/Ti/Pt叠层结构，或Ni/Ag/Tiw/Pt叠层结构。

进一步地，所述挡光层的高度要高于发光结构的高度。优选的，所述挡光层的高度为发光结构高度的2～5倍。若挡光层的高度过矮，则影响挡光效果，发光结构的出光角度过大；若挡光层的高度过高，也同样影响挡光效果，发光结构的出光角度过小。更优的，所述挡光层的高度为发光结构高度的2.5～4倍。

由于本实用新型挡光层的高度要明显高于发光结构的高度，因此本实用新型的挡光层与底层结构(保护层)的结合容易不稳，则容易脱落。为了解决这一问题，优选的，所述挡光层朝向发光结构的一侧设有斜面，所述斜面与保护层的夹胶为30°～75°。更优的，所述斜面与保护层的夹胶为30°～60°。

所述LED晶圆的制备方法包括：

S11、在衬底上形成外延层，其中，所述外延层包括设于衬底上的第一半导体层、设于第一半导体层上的有源层、以及设于有源层上的第二半导体层；

S12、对所述外延层进行一次刻蚀，刻蚀至衬底表面，形成所述空白区，其中，保留有外延层的区域为所述发光区；

S13、对所述外延层进行二次刻蚀，刻蚀至第一半导体层，形成裸露区域；

S14、在第二半导体层上形成透明导电层；

S15、形成保护层，所述保护层覆盖发光区和空白区上；

S16、形成第一电极和第二电极；

S17、在衬底的背面形成反射层；

S18、在空白区的边缘上形成挡光层。

S2、对空白区上的衬底进行蚀刻，形成至少两个通孔；

具体的，采用激光刻蚀或钻孔的方式来形成所述通孔。需要说明的是，所述通孔贯穿所述衬底。若所述衬底上设有保护层和反射层，则所述通孔贯穿所述保护层、衬底和反射层。

本实用新型的通孔用于形成导电柱，所述导电柱用于连接发光结构上的电极和外部电源，因此通孔的大小影响了导电柱的大小，若通孔的宽度过小，则难以在通孔内形成填充金属形成导电柱；若通孔的宽度过大，则需要填充大量的金属来形成导电柱，则增加成本。

优选的，所述通孔的宽度为100～300μm。更优的，所述通孔的宽度为150～250μm。

S3、在通孔内填充金属，形成导电柱；

具体的，采用蒸镀+电镀的方式在通孔内填充金属以形成导电柱。由于通孔的宽度较小，为了能够将金属填满在通孔内，本实用新型采用先蒸镀、后电镀的方式来填充金属。

优选的，采用蒸镀的方式在通孔内填充的金属体积为通孔总体积的30％～50％，采用电镀的方式在通孔的其余空间内填充金属。

为了形成良好的导电连接，填充在通孔内的金属为金、银或铜。

S4、在保护层上形成电极连接线，所述电极连接线将第一电极、第二电极和导电柱形成导电连接；

具体的，采用蒸镀或溅射的方式在保护层上形成所述电极连接线。其中，所述电极连接线包括第一电极连接线和第二电极连接线，所述第一电极连接线将第一电极和其中一个导电柱形成导电连接，所述第二电极连接线将第二电极与另一个导电柱形成导电连接。

本实用新型的电极连接线代替了传统封装的打线步骤，与传统的封装打线方式相比，本实用新型的电极连接线通过蒸镀或溅射的方式一体成型，与发光结构的第一电极、第二电极和导电柱结合强度更好，制备方法简单，效率更高。

由于本实用新型的电极连接线代替了传统封装的导电线，因此本实用新型电极连接线的厚度和宽度对芯片的电压起着重要的影响。若电极连接线的厚度过薄宽度过小，则芯片电压升高；若电极连接线的厚度过厚宽度过大，则浪费材料，增加成本。优选的，所述电极连接线的厚度大于2μm，宽度大于等于3μm。更优的，所述电极连接线的厚度为5～20μm，宽度为5～30μm。

其中，本实用新型的电极连接线可以为单层结构，也可以为叠层结构，所述电极连接线的材料选自Cr、Al、Ti、W、Pt、Au、Cu中的一种或几种。

S5、在LED晶圆的背面形成焊垫层，所述焊垫层与所述导电柱导电连接；

具体的，采用蒸镀或印刷电路的方式在LED晶圆的背面形成所述焊垫层，本实用新型的焊垫层可直接焊接的PCB板上，也可以连接在元件上。

其中，所述焊垫层的材料选自Cu、Au、Ag中的一种或几种。

本实用新型的制备方法简单，其中，所述电极连接线通过蒸镀或溅射的方式一体成型，与发光结构的第一电极、第二电极和导电柱结合强度更好，效率更高；所述导电柱和焊垫层相当于传统封装的固晶步骤，传统的封装方式需要将芯片固定在支架上，然后进行固晶，传统封装中的芯片需要通过支架与PCB板或元件形成导电连接，本实用新型在芯片的制作阶段已经将封装结构结合到发光结构上，LED芯片自带封装结构，在后续封装过程中省去了支架、涂胶水和固晶的步骤，成本更低，效率更高。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种具有封装结构的LED芯片，其特征在于，包括LED晶圆、导电柱、电极连接线和焊垫层；

所述LED晶圆包括衬底，所述衬底的正面设有发光区、空白区和保护层，所述发光区上设有发光结构，所述发光结构包括外延层、透明导电层、第一电极和第二电极；

所述保护层覆盖在发光结构和衬底上；

所述空白区设有至少两个通孔，所述通孔贯穿所述衬底和保护层，所述导电柱设置在通孔内，所述电极连接线设置在保护层上，并将第一电极、第二电极和导电柱形成导电连接，所述焊垫层设于衬底的背面，并与导电柱导电连接。

2.如权利要求1所述的具有封装结构的LED芯片，其特征在于，所述LED晶圆设有一个发光结构或多个发光结构；所述电极连接线包括第一电极连接线和第二电极连接线；

若LED晶圆设有一个发光结构，则所述第一电极连接线将第一电极和其中一个导电柱形成导电连接，所述第二电极连接线将第二电极与另一个导电柱形成导电连接。

3.如权利要求2所述的具有封装结构的LED芯片，其特征在于，若LED晶圆设有多个发光结构，则所述第一电极连接线分别将每个发光结构的第一电极和其中一个导电柱形成导电连接，所述第二电极连接线分别将每个发光结构的第二电极和另一个导电柱形成导电连接，多个发光结构通过第一电极连接线和第二电极连接线形成并联连接。

4.如权利要求2所述的具有封装结构的LED芯片，其特征在于，所述电极连接线还包括第三电极连接线；

若LED晶圆设有多个发光结构，则所述第三电极连接线连接在发光结构的第一电极和第二电极之间，所述第一电极连接线将第一个发光结构的第一电极和其中一个导电柱形成导电连接，所述第二电极连接线将最后一个发光结构的第二电极和另一个导电柱形成导电连接，多个发光结构通过第一电极连接线、第二电极连接线和第三电极连接线形成串联连接。

5.如权利要求1所述的具有封装结构的LED芯片，其特征在于，所述电极连接线的厚度大于2μm，宽度大于等于3μm。

6.如权利要求1所述的具有封装结构的LED芯片，其特征在于，所述通孔的宽度为100～300μm；

所述导电柱的材料为金、银或铜。

7.如权利要求1所述的具有封装结构的LED芯片，其特征在于，所述焊垫层对应设置在导电柱的下方，所述焊垫层的材料选自Cu、Au、Ag中的一种。

8.如权利要求1所述的具有封装结构的LED芯片，其特征在于，所述衬底的正面上还设有挡光层，所述挡光层设置在空白区的边缘上，将发光结构包围；

所述挡光层的材料为TiO或GaO；或者，所述挡光层为金属反射层，其结构为金属叠层结构。

9.如权利要求8所述的具有封装结构的LED芯片，其特征在于，所述挡光层的高度为发光结构高度的2～5倍；

所述挡光层朝向发光结构的一侧设有斜面，所述斜面与保护层的夹角为30°～75°。

10.如权利要求1所述的具有封装结构的LED芯片，其特征在于，所述衬底的背面设有反射层，所述反射层为DBR反射层或金属反射层。

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