CN2904307Y

CN2904307Y - Led

Info

Publication number: CN2904307Y
Application number: CNU2006200589680U
Authority: CN
Inventors: 吴纬国
Original assignee: Guangzhou Nanker Integrated Electronic Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Nanker Integrated Electronic Co Ltd
Priority date: 2006-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2016-05-17

Abstract

本实用新型公开了一种LED，旨在提供一种发光效率高、正面出光强度高的LED。本实用新型包括LED裸芯片和硅衬底，LED裸芯片包括N型外延层、P型外延层，硅衬底顶面有两个金属层，两个外延层通过焊球或金属线焊接在金属层上，金属层与硅衬底的结合区还有两个隔离层I，硅衬底上表面有U型凹槽，LED裸芯片位于凹槽内，凹槽内有填充树脂，金属层覆盖于凹槽的底面和侧面，金属层的外表面为反光面，金属层与硅衬底之间有隔离层II。本实用新型可广泛应用于LED领域。

Description

LED

技术领域

本实用新型涉及一种LED。

背景技术

倒装芯片技术是当今最先进的微电子封装技术之一，它既是一种芯片互连技术，又是一种理想的芯片粘接技术，它将电路组装密度提升到了一个新的高度。在所有表面安装技术中，倒装芯片可以达到最小、最薄的封装，随着电子产品体积的进一步缩小，倒装芯片的应用将会越来越广泛。

将LED裸芯片倒扣在硅衬底上的封装形式称为倒装LED。传统的倒装LED为平面型结构，如图1所示，它包括LED裸芯片和硅衬底2，所述LED裸芯片由衬底10和N型外延层11、P型外延层12组成，所述硅衬底2顶面有两个分离的沉积金属层30、31，所述P型外延层12、所述N型外延层11分别通过焊球40、41焊接在所述金属层30、31上，所述金属层30、31与所述硅衬底2的结合区分别还有一个与所述硅衬底2极性相反的隔离层20、21，用于隔离所述金属层30、31与所述硅衬底2，起到保护的作用。这种传统的倒装LED的PN结在正面、侧面和底面上均会发光，但是由于侧面及底面发出的光都被散射出去，因而没有被充分利用，造成LED的发光效率较低，使得正面出光的强度降低。

正装芯片技术是传统的微电子封装技术，其技术成熟，应用范围最广泛。目前绝大多数LED均为正装LED，LED裸芯片正装在一个带有反射杯的支架上，其P型外延层、N型外延层分别通过金属线焊接在阳极和阴极引线上，这种正装LED虽然有反射杯，可反射侧面的光使其从正面射出，但是效果仍然不够好，正面出光会被金属焊线遮蔽，如衬底为绝热材料时，其散热性差。同时，这种正装LED较难实现多芯片集成。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术上的不足，提供一种发光效率高、正面出光强度高的LED。

本实用新型所采用的第一种技术方案是：本实用新型包括LED裸芯片和硅衬底，所述LED裸芯片包括衬底和N型外延层、P型外延层，所述硅衬底顶面有两个分离的沉积金属层，所述P型外延层、所述N型外延层分别通过焊球倒装焊接在所述金属层上，所述金属层与所述硅衬底的结合区分别还有一个掺杂的隔离层I，所述硅衬底上表面有一个U型凹槽，所述LED裸芯片位于所述U型凹槽内，所述U型凹槽内有透明绝缘的填充树脂，所述金属层覆盖于所述U型凹槽的底面和侧面，所述金属层的外表面为反光面，所述金属层与所述硅衬底之间各有一个隔离层II。

所述硅衬底为<100>晶向的硅衬底，所述U型凹槽为四棱台体形状，所述U型凹槽的各侧面与所述硅衬底顶面之间的夹角均为54.7°。

本实用新型还包括保护层，所述保护层覆盖于所述金属层外表面。

所述硅衬底为P型或N型，所述隔离层I与所述硅衬底极性相反，所述填充树脂内混有荧光粉，所述焊球为金球栓或铜球栓或锡球，所述金属层为金属铝或硅铝合金。

本实用新型所采用的第二种技术方案是：本实用新型包括LED裸芯片和硅衬底，所述LED裸芯片包括衬底和N型外延层、P型外延层，所述硅衬底顶面有两个分离的沉积金属层，所述N型外延层、所述P型外延层分别通过金属线正装焊接在所述金属层上，所述金属层与所述硅衬底的结合区还有两个分离的掺杂的隔离层III，所述硅衬底上表面有一个U型凹槽，所述LED裸芯片位于所述U型凹槽内，所述U型凹槽内有透明绝缘的填充树脂，所述金属层覆盖于所述U型凹槽的底面和侧面，所述金属层的外表面为反光面，所述金属层与所述硅衬底之间有隔离层IV。

所述硅衬底为P型或N型，所述隔离层III与所述硅衬底极性相反，所述填充树脂内混有荧光粉，所述金属线为金线或铝线或铜线，所述金属层为金属铝或硅铝合金。

本实用新型的有益效果是：由于本实用新型所述硅衬底上表面有一个U型凹槽，所述LED裸芯片位于所述U型凹槽内，所述金属层覆盖于所述U型凹槽的底面和侧面，所述LED裸芯片的PN结在侧面和底面发出的光线遇到所述凹槽的侧面和底面覆盖的所述金属层会发生反射，反射的光线又从正面射出，这样，无论是从PN结的正面、底面还是侧面发出的光都得到了有效利用，不会造成侧面及底面光的浪费，提高了发光效率，即使是正装LED也避免了传统正装的缺陷，故本实用新型LED发光效率高、正面出光强度高，散热效果好，且工艺简便，产品质量好，易于实现多芯片集成。

附图说明

图1是传统倒装LED的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一的结构示意图；

图3是本实用新型实施例二的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

如图2所示，本实施例的LED为一种倒装LED，包括LED裸芯片和硅衬底2，所述LED裸芯片包括蓝宝石(Al₂O₃)衬底10和氮化镓(GaN)N型外延层11、P型外延层12，当然，所述衬底10也可以为碳化硅(SiC)等其他材料的衬底，所述硅衬底2为<100>晶向的P型硅衬底，所述硅衬底2上表面有一个U型凹槽，所述LED裸芯片位于所述U型凹槽内。所述硅衬底2顶面有两个分离的沉积金属层32、33，所述金属层32、33为金属铝，当然也可以采用硅铝合金，所述金属层32、33覆盖于所述U型凹槽的底面和侧面，所述金属层32、33的外表面为反光面，所述金属层32、33既是电极又是侧面及底面光线的反光体，所述P型外延层12、所述N型外延层11分别通过焊球40、41倒装焊接在所述金属层32、33上，所述焊球40、41为金球栓，当然也可以为铜球栓或锡球，所述金属层32、33与所述硅衬底2的结合区分别还有一个掺杂磷、砷等材料的N型隔离层I22、23，用于隔离所述金属层30、31与所述硅衬底2，防止所述金属层30、31之间漏电或短路，同时所述隔离层I22、23与所述硅衬底2之间也构成一个静电保护二极管，也可起到在封装过程中静电保护的作用，同时所述隔离层I22、23将所述LED裸芯片传给所述金属层30、31的热量再传递给所述硅衬底2，起到良好的导热、散热作用。所述U型凹槽内有透明绝缘的填充树脂7，所述填充树脂7内混有荧光粉，所述LED裸芯片经所述蓝宝石衬底10发出的蓝色光激励所述荧光粉发出黄色光，两种颜色的光混合，最终向外发出白色光，所述金属层32、33与所述硅衬底2之间各有一个隔离层II 51、53，所述金属层32、33之间还有一个隔离层II 52。所述倒装LED还包括保护层6，所述保护层6覆盖于所述金属层32、33外表面，以防止所述金属层32、33短路，所述保护层6采用二氧化硅(SiO₂)材料，当然也可以采用氮化硅(SiN)等其他材料。所述U型凹槽为正四棱台体形状，所述U型凹槽的侧面与所述硅衬底2顶面之间的夹角为54.7°，当然所述U型凹槽也可以为上、下底面为矩形的四棱台体形状。当然，所述硅衬底2也可以为<100>晶向的N型硅衬底，此时，所述隔离层II22、23为掺杂硼等材料的P型隔离层

本实用新型的生产工艺过程如下：在所述硅衬底2上生长掩蔽层，通过光刻、蚀刻形成两个掩蔽层；利用掩蔽层，用KOH或NaOH溶液腐蚀出四个<111>晶向的硅面形成四棱台体形状的U型凹槽；在所述硅衬底2上表面及所述U型凹槽内生长出氧化层，经光刻、蚀刻后形成三个隔离层II51、52、53；然后高温扩散出隔离层I22、23；沉积金属层，经光刻、蚀刻后形成两个金属层32、33；沉积出保护层6；经光刻、蚀刻后，倒装上LED裸芯片，将P型外延层12、N型外延层11分别通过焊球40、41焊接在金属层32、33上；最后填充树脂材料形成填充树脂7。

当然，所述硅衬底2也可以为<100>晶向的N型硅衬底，此时，所述隔离层II22、23为掺杂硼等材料的P型隔离层。

实施例二：

如图3所示，本实施例的LED为一种正装LED，包括LED裸芯片和硅衬底2，所述LED裸芯片包括蓝宝石(Al₂O₃)衬底10和氮化镓(GaN)N型外延层11、P型外延层12，当然，所述衬底10也可以为碳化硅(SiC)等其他材料的衬底，所述硅衬底2为<100>晶向的P型硅衬底，所述硅衬底2上表面有一个U型凹槽，所述LED裸芯片位于所述U型凹槽内。所述硅衬底2顶面有两个分离的沉积金属层35、36，所述金属层35、36为金属铝，当然也可以采用硅铝合金，所述金属层35、36覆盖于所述U型凹槽的底面和侧面，所述金属层35、36的外表面为反光面，所述金属层35、36既是电极又是侧面光线的反光体，所述N型外延层11、所述P型外延层12分别通过金属线45、46正装焊接在所述金属层35、36上，所述金属线45、46为金线，当然也可以为铝线或铜线，所述金属层35、36与所述硅衬底2的结合区还有两个分离的掺杂磷、砷等材料的N型隔离层III25、26，用于隔离所述金属层35、36与所述硅衬底2，防止所述金属层35、36之间漏电或短路，同时所述隔离层III25、26与所述硅衬底2之间也构成一个静电保护二极管，也可起到在封装过程中静电保护的作用，同时所述隔离层III25、26将所述LED裸芯片传给所述金属层35、36的热量再传递给所述硅衬底2，起到良好的导热、散热作用。所述U型凹槽内有透明绝缘的填充树脂7，所述填充树脂7内混有荧光粉，所述LED裸芯片经所述蓝宝石衬底10发出的蓝色光激励所述荧光粉发出黄色光，两种颜色的光混合，最终向外发出白色光，所述金属层与所述硅衬底之间有隔离层IV，所述隔离层IV由氧化层54、55、56、57和氮化硅层84、85、86、87组成。所述正装LED还包括保护层6，所述保护层6覆盖于所述金属层35、36外表面，以防止所述金属层35、36短路，所述保护层6采用二氧化硅(SiO2)材料，当然也可以采用氮化硅(SiN)等其他材料。所述U型凹槽为正四棱台体形状，所述U型凹槽的侧面与所述硅衬底2顶面之间的夹角为54.7°，当然所述U型凹槽也可以为上、下底面为矩形的四棱台体形状。当然，所述硅衬底2也可以为<100>晶向的N型硅衬底，此时，所述隔离层III25、26为掺杂硼等材料的P型隔离层

本实用新型的生产工艺过程如下：在所述硅衬底2上生长第一掩蔽层，通过光刻、蚀刻形成一个第一掩蔽层；利用第一掩蔽层，高温扩散出两个隔离层；然后去除第一掩蔽层，再生长出氧化层54、55、56、57及氮化硅层84、85、86、87，通过光刻、蚀刻形成两个第二掩蔽层；利用第二掩蔽层，用KOH或NaOH溶液腐蚀出四个<111>晶向的硅面形成四棱台体形状的U型凹槽；利用第二掩蔽层，高温扩散出两个最终的隔离层III25、26，通过光刻、蚀刻形成两个与隔离层III接触的通孔；沉积金属层，经光刻、蚀刻后形成两个金属层35、36；沉积出保护层6；经光刻、蚀刻后，正装上LED裸芯片，将N型外延层11、P型外延层12分别通过金属线45、46焊接在金属层35、36上；最后填充树脂材料形成填充树脂7。

当然，所述硅衬底2也可以为<100>晶向的N型硅衬底，此时，所述隔离层III25、26为掺杂硼等材料的P型隔离层。

本实用新型可广泛应用于LED领域。

Claims

1、一种LED，包括LED裸芯片和硅衬底(2)，所述LED裸芯片包括衬底(10)和N型外延层(11)、P型外延层(12)，所述硅衬底(2)顶面有两个分离的沉积金属层(32、33)，所述P型外延层(12)、所述N型外延层(11)分别通过焊球(40、41)倒装焊接在所述金属层(32、33)上，所述金属层(32、33)与所述硅衬底(2)的结合区分别还有一个掺杂的隔离层I(22、23)，其特征在于：所述硅衬底(2)上表面有一个U型凹槽，所述LED裸芯片位于所述U型凹槽内，所述U型凹槽内有透明绝缘的填充树脂(7)，所述金属层(32、33)覆盖于所述U型凹槽的底面和侧面，所述金属层(32、33)的外表面为反光面，所述金属层(32、33)与所述硅衬底(2)之间各有一个隔离层II(51、53)。

2、根据权利要求1所述的LED，其特征在于：所述硅衬底(2)为<100>晶向的硅衬底，所述U型凹槽为四棱台体形状，所述U型凹槽的各侧面与所述硅衬底(2)顶面之间的夹角均为54.7°。

3、根据权利要求1所述的LED，其特征在于：它还包括保护层(6)，所述保护层(6)覆盖于所述金属层(32、33)外表面。

4、根据权利要求1或2或3所述的LED，其特征在于：所述硅衬底(2)为P型或N型，所述隔离层I(22、23)与所述硅衬底(2)极性相反，所述填充树脂(7)内混有荧光粉，所述焊球(40、41)为金球栓或铜球栓或锡球，所述金属层(32、33)为金属铝或硅铝合金。

5、一种LED，包括LED裸芯片和硅衬底(2)，所述LED裸芯片包括衬底(10)和N型外延层(11)、P型外延层(12)，所述硅衬底(2)顶面有两个分离的沉积金属层(35、36)，所述N型外延层(11)、所述P型外延层(12)分别通过金属线(45、46)正装焊接在所述金属层(35、36)上，所述金属层(35、36)与所述硅衬底(2)的结合区还有两个分离的掺杂的隔离层III(25、26)，其特征在于：所述硅衬底(2)上表面有一个U型凹槽，所述LED裸芯片位于所述U型凹槽内，所述U型凹槽内有透明绝缘的填充树脂(7)，所述金属层(35、36)覆盖于所述U型凹槽的底面和侧面，所述金属层(35、36)的外表面为反光面，所述金属层(35、36)与所述硅衬底(2)之间有隔离层IV。

6、根据权利要求5所述的LED，其特征在于：所述硅衬底(2)为<100>晶向的硅衬底，所述U型凹槽为四棱台体形状，所述U型凹槽的各侧面与所述硅衬底(2)顶面之间的夹角均为54.7°。

7、根据权利要求5所述的LED，其特征在于：它还包括保护层(6)，所述保护层(6)覆盖于所述金属层(35、36)外表面。

8、根据权利要求5或6或7所述的LED，其特征在于：所述硅衬底(2)为P型或N型，所述隔离层III(25、26)与所述硅衬底(2)极性相反，所述填充树脂(7)内混有荧光粉，所述金属线(45、46)为金线或铝线或铜线，所述金属层(35、36)为金属铝或硅铝合金。