TWI433358B - 發光二極體晶片結構 - Google Patents

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TWI433358B TW100129637A TW100129637A TWI433358B TW I433358 B TWI433358 B TW I433358B TW 100129637 A TW100129637 A TW 100129637A TW 100129637 A TW100129637 A TW 100129637A TW I433358 B TWI433358 B TW I433358B
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Description

發光二極體晶片結構
本發明係有關於發光二極體，特定而言係有關於發光二極體晶片之結構。
發光二極體(light emitting diodes，LED)預料將會是取代白熾燈泡(incandescent bulbs)及螢光之下一世代的光源。第一圖係顯示一習知發光二極體晶片。習知發光二極體晶片10包含基板101。P型層102係形成於基板101之上，而N型層103係進一步形成於P型層102之上。接著，鈍化層(passivation layer)105係形成於N型層103之兩端，且N型接觸墊104係形成於N型層103之上。終端接觸墊106係形成於基板101之下。因此，發射面107係形成於N型層103之上表面上。
第二圖係顯示另一習知發光二極體晶片。習知發光二極體晶片20包含基板201(例如由藍寶石(sapphire)製成)。N型層202係形成於基板201之上，而反射層209係形成於基板201之下。N型接觸墊203及P型層205係形成於N型層202之上，藉此發光層204係形成於N型層202與P型層205之間。透明接觸層206係形成於P型層205之上，而P型接觸墊207係形成於透明接觸層206之上。因此，除了P型接觸墊207之外保護層208係覆蓋於N型層202、P型層205、發光層204以及透明接觸層206之外表面。
上述習知發光二極體晶片仍受困於若干問題。例如，發光二極體晶片上之N型接觸墊104及P型接觸墊207會減少發光面積及光輸出量，且PN接合處(PN junction)所產生之熱無法向外傳導。是故，現今仍需一能解決上述問題的嶄新之發光二極體晶片。
為解決上述習知發光二極體晶片之問題，本發明提出一嶄新的發光二極體晶片結構。
於一實施例中，一種發光二極體晶片結構，包含基板及第一型半導體層，上述第一型半導體層設置於上述基板之上；第二型半導體層，設置於上述第一型半導體層之上；第一型半導體接觸墊及第二型半導體接觸墊，設置於上述基板之下；導電通孔，設置貫穿上述基板，用以分別將上述第一型半導體層電性連接至上述第一型半導體接觸墊且將上述第二型半導體層電性連接至上述第二型半導體接觸墊；以及散熱墊，設置於上述基板之下，用以傳導上述第一型半導體層及上述第二型半導體層所產生之熱。
於另一實施例中，一種發光二極體晶片結構，包含基板及第一型半導體層，上述第一型半導體層設置於上述基板之上；第二型半導體層，設置於上述第一型半導體層之上；反射層，形成於上述第二型半導體層之上；鈍化層，設置於上述反射層之上；第一型半導體接觸墊，連接至上述第一型半導體層，以及第二型半導體接觸墊，連接至上述第二型半導體層；以及散熱墊，設置於上述鈍化層之上，用以傳導上述第一型半導體層及上述第二型半導體層所產生之熱。
再者，於又另一實施例中，一種發光二極體晶片結構，包含基板及第一型半導體層，上述第一型半導體層設置於上述基板之上；第二型半導體層，設置於上述第一型半導體層之上；第二型半導體接觸墊，設置於上述第二型半導體層之上；終端接觸墊，設置於上述基板之下，以及介電層與第一型半導體接觸墊，設置於上述終端接觸墊之下；以及散熱墊，設置於上述介電層之下，用以傳導上述第一型半導體層及上述第二型半導體層所產生之熱。
於一詳細觀點中，本發明提供正常型發光二極體晶片結構。本發光二極體晶片結構包含基板及N型層，上述N型層設置於上述基板之上；P型層，設置於上述N型層之上；N型接觸墊及P型接觸墊，設置於上述基板之下；導電通孔，設置貫穿上述基板，用以分別將上述N型層電性連接至上述N型接觸墊且將上述P型層電性連接至上述P型接觸墊；以及散熱墊，設置於上述基板之下，用以向下傳導上述N型層及上述P型層所產生之熱。
於另一詳細觀點中，本發明提供覆晶型發光二極體晶片結構。本發光二極體晶片結構包含基板及第一N型層，上述第一N型層設置於上述基板之上；第一P型層及第二N型層，設置於上述第一N型層之上；第二P型層及鈍化層，設置於上述第一P型層之上；N型接觸墊，設置於上述第二N型層及鈍化層上，以及P型接觸墊，設置於上述第二P型層及鈍化層上；以及散熱墊，設置於上述鈍化層之上，用以向上傳導上述第一P型層、上述第一N型層及上述第二N型層所產生之熱。
於又另一詳細觀點中，本發明提供正常型發光二極體晶片結構。本發光二極體晶片結構包含基板及P型層，上述P型層設置於上述基板之上；N型層，設置於上述P型層之上；N型接觸墊，設置於上述N型層之上；終端接觸墊，設置於上述基板之下，以及介電層與P型接觸墊，設置於上述終端接觸墊之下；以及散熱墊，設置於上述介電層之下，用以向下傳導上述P型層及上述N型層所產生之熱。
本發明之一優點係為PN接合處所產生之熱可快速地透過散熱墊向外傳導。
本發明之另一優點係為發光二極體晶片之光發射面積及光輸出量將會增加。
本發明之又另一優點係為散熱墊可與N型接觸墊及P型接觸墊絕緣以達到靜電放電保護。
此等優點及其他優點從以下較佳實施例之敘述並伴隨後附圖式及申請專利範圍將使讀者得以清楚了解本發明。
本發明將以較佳實施例及態樣加以敘述，此類敘述係解釋本發明之結構及程序，僅用以說明而非用以限制本發明之申請專利範圍。因此，除說明書中之較佳實施例以外，本發明亦可廣泛實行於其他實施例中。
本發明係揭露發光二極體(light emitting diode，LED)晶片。第三圖係顯示正常型(normal type)發光二極體晶片。參照第三圖，於本發明之一實施例中，發光二極體晶片30包含基板301、第一型半導體層例如N型層302，其設置於基板301之上，以及第二型半導體層例如P型層303，其設置於N型層302之上。層的類型可予以改變。上層，於本實施例中為P型層303，之寬度大體上相較於下層，於本實施例中為N型層302，之寬度為長。於本發明之一實施例中，基板301之材料可為陶瓷、玻璃、藍寶石或任何其他具有高熱導率(heat conductivity)之非導電性基板材料。基板301之材料較佳可為氮化鋁(aluminum nitride，AlN)。第一型接觸墊，例如N型接觸墊304，以及第二型接觸墊，例如P型接觸墊305，係設置於基板301之下。於一實施例中，N型接觸墊304及P型接觸墊305可利用重分佈(re-distribution)方法予以形成。
導電通孔306係設置貫穿基板301，且分別設置於N型接觸墊304及P型接觸墊305之上，並以導電材料填充於其中，用以分別將N型層302電性連接至N型接觸墊304及將P型層303電性連接至P型接觸墊305。於本發明之一實施例中，導電通孔306可利用直通矽晶穿孔(Through-Silicon Via，TSV)方法例如蝕刻法或雷射鑽孔法或者機械鑽孔法予以形成。散熱墊307係設置於基板301之下除了N型接觸墊304及P型接觸墊305以外之區域中。於一實施例中，散熱墊307之材料可為金屬或合金。於一實施例中，散熱墊307可利用重分佈(re-distribution)方法予以形成。導電材料係填充於P型接觸墊305上之導電通孔306內，且進一步形成超過基板301之上表面以連接P型層303。因此，N型接觸墊304及P型接觸墊305係設置於與光發射表面即發光二極體晶片30之上表面相對之基板301下表面上。發光二極體晶片30所發射之光將不會被N型接觸墊304及P型接觸墊305所阻擋。發光二極體晶片30之發光面積及光輸出量將會增加。是故，光發射效率將會大為改善。再者，PN接合處即P型層303接觸N型層302之區域所產生之熱可快速地透過可導熱之基板301及散熱墊307向下傳導。此外，散熱墊307藉由非導電性之基板301與N型接觸墊304及P型接觸墊305絕緣，藉此可達到靜電放電(Electrostatic Discharge，ESD)保護。
第四圖係顯示覆晶型發光二極體晶片。參照第四圖，於本發明之另一實施例中，發光二極體晶片40包含基板401及第一型半導體層例如N型層402，其設置於基板401之上。於本發明之一實施例中，基板401之材料可為玻璃、藍寶石等。第二型半導體層，於本實施例中為P型層404，以及第一型連接層，於本實施例中為N型連接層403，係設置於N型層402之上。如上所述，N型層402及P型層404之類型可予以改變。再者，反射層407係設置於P型層404之上，而第二型連接層，例如P型連接層405，以及鈍化層416係設置於反射層407之上。於一實施例中，鈍化層416之材料可為二氧化矽、氮化矽或氮氧化矽。反射層407之材料可為金屬或合金。
第一型半導體接觸墊，於本實施例中為N型接觸墊408，係透過N型連接層403設置於N型層402之上方且於鈍化層416之上，而第二型半導體接觸墊，於本實施例中為P型接觸墊409，係設置於P型連接層405及鈍化層416之上。接觸墊之類型可予以變化。散熱墊410係設置於鈍化層416之上。於本發明之一實施例中，散熱墊410之材料可為金屬或合金。於一實施例中，N型接觸墊408、P型接觸墊409以及散熱墊410可利用重分佈(re-distribution)方法予以形成。此外，焊錫凸塊411係分別設置於N型接觸墊408、P型接觸墊409及散熱墊410之上。因此，N型接觸墊408及P型接觸墊409係設置於與光發射表面即基板401之下表面相對之發光二極體晶片40上表面上。發光二極體晶片40所發射之光將不會被N型接觸墊408及P型接觸墊409所阻擋。發光二極體晶片40之發光面積及發光效率將會增加。再者，PN接合處即P型層404接觸N型層402及N型連接層403之區域所產生之熱可快速地透過散熱墊410向上傳導。此外，散熱墊410藉由鈍化層416與N型接觸墊408及P型接觸墊409絕緣，藉此可達到短路(short-circuit)保護。
第五圖係顯示另一正常型(normal type)發光二極體晶片。如上所述，半導體層及接觸墊之類型亦可予以改變。
參照第五圖，於本發明之又另一實施例中，發光二極體晶片50包含基板501以及P型層502，其設置於基板501之上。於一實施例中，基板501之材料可為碳化矽(silicon carbon，SiC)或任何其他具有高導熱率之P型材料。於一實施例中，P型層502之材料可為金屬。N型層503係設置於P型層502之上，而N型接觸墊504係設置於N型層503之上。於一實施例中，N型層503之材料可為氮化銦鎵(indium gallium nitride，InGaN)。鈍化層505係設置於N型層503之兩端。此外，終端接觸墊506係設置於基板501之下。終端接觸墊506之材料可為金(aurum，Au)或合金。發射面510係形成於N型層503之上表面上。
薄膜型介電層507及P型接觸墊509係設置於終端接觸墊506之下，而散熱墊508係進一步設置於薄膜型介電層507之下。如第五圖所示，於一實施例中，薄膜型介電層507之厚度可約為1微米(μm)，其較佳為越薄越好。於一實施例中，薄膜型介電層507之材料可為聚亞醯胺(Polyimide，PI)、苯環丁烯(Benzocyclobutene，BCB)、二氧化矽、氮化矽(silicon nitride，SiN)等。於本發明之一實施例中，散熱墊508之材料可為金屬或合金。於本發明之一實施例中，終端接觸墊506、薄膜型介電層507、散熱墊508及P型接觸墊509可利用重分佈(re-distribution)方法予以形成。因此，PN接合處即P型層502接觸N型層503之區域所產生之熱可快速地透過可導熱之基板501、終端接觸墊506及散熱墊508向下傳導。由於薄膜型介電層507係屬於薄膜類型，故熱導速率不會降低。此外，散熱墊508藉由薄膜型介電層507與N型接觸墊504及P型接觸墊509絕緣，藉此可達到靜電放電(Electrostatic Discharge，ESD)保護。
於一實施例，當本發明之發光二極體晶片被封裝於發光二極體封裝中時，發光二極體晶片之散熱墊可直接接觸外部基板上之金屬，以增加熱傳導率。於另一實施例中，若焊錫凸塊係設置於散熱墊上，則焊錫凸塊可直接接觸外部基板上之金屬。例如，第六圖係根據本發明之一實施例顯示一發光二極體封裝結構。如第六圖所示，外部基板601包含複數個通孔604、複數個上側接觸墊602以及複數個下側接觸墊603。通孔604係以導電材料填充，以電性連接上側接觸墊602及下側接觸墊603。微透鏡605係設置於發光二極體晶片40及外部基板601之上側接觸墊602之上。發光二極體晶片40中之散熱墊上之焊錫凸塊係直接接觸上側接觸墊602，以透過通孔604電性耦合至下側接觸墊603。
第七圖係根據本發明之另一實施例顯示具有白色基板之另一發光二極體封裝結構。如第七圖所示，外部基板701包含複數個通孔704、複數個上側接觸墊702以及複數個下側接觸墊703。通孔704係以導電材料填充，以電性連接上側接觸墊702及下側接觸墊703。一上側外部基板705係設置於外部基板701之上。微透鏡706係設置於發光二極體晶片40及上側外部基板705之上。發光二極體晶片40中之散熱墊上之焊錫凸塊係直接接觸上側接觸墊702，以透過通孔704電性耦合至下側接觸墊703。上側外部基板705之材料可為白色之雙馬來醯亞胺三氮雜苯(bismaleimide triazine，BT)，如第七圖所示上側外部基板705環繞發光二極體晶片40，藉此發光二極體晶片40所發射之光可由以白色之雙馬來醯亞胺三氮雜苯製成之上側外部基板705所反射，且發光二極體封裝之機械性支持(mechanical support)亦可得到提升。
上述敘述係為本發明之較佳實施例。此領域之技藝者應得以領會其係用以說明本發明而非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。
10．．．習知發光二極體晶片
101．．．基板
102．．．P型層
103．．．N型層
104．．．N型接觸墊
105．．．鈍化層
106．．．終端接觸墊
107．．．發射面
20．．．習知發光二極體晶片
201．．．基板
202．．．N型層
203．．．N型接觸墊
204．．．發光層
205．．．P型層
206．．．透明接觸層
207．．．P型接觸墊
208．．．保護層
209．．．反射層
30．．．發光二極體晶片
301．．．基板
302．．．N型層
303．．．P型層
304．．．N型接觸墊
305．．．P型接觸墊
306．．．導電通孔
307．．．散熱墊
40．．．發光二極體晶片
401．．．基板
402．．．N型層
403．．．N型連接層
404．．．P型層
405．．．P型連接層
407．．．反射層
408．．．N型接觸墊
409．．．P型接觸墊
410．．．散熱墊
411．．．焊錫凸塊
416．．．鈍化層
50．．．發光二極體晶片
501．．．基板
502．．．P型層
503．．．N型層
504．．．N型接觸墊
505．．．鈍化層
506．．．終端接觸墊
507．．．薄膜型介電層
508．．．散熱墊
509．．．P型接觸墊
510．．．發射面
601．．．外部基板
602．．．上側接觸墊
603．．．下側接觸墊
604．．．通孔
605．．．微透鏡
701．．．外部基板
702．．．上側接觸墊
703．．．下側接觸墊
704．．．通孔
705．．．上側外部基板
706．．．微透鏡
本發明可藉由說明書中之若干較佳實施例及詳細敘述與後附圖式而得以瞭解。圖式中相同之元件符號係指本發明中之同一元件。然而，應理解者為，本發明之所有較佳實施例係僅用以說明而非用以限制申請專利範圍，其中：
第一圖係顯示一習知發光二極體晶片。
第二圖係顯示另一習知發光二極體晶片。
第三圖係根據本發明之一實施例顯示正常型發光二極體晶片。
第四圖係根據本發明之另一實施例顯示覆晶型發光二極體晶片。
第五圖係根據本發明之又另一實施例顯示另一正常型發光二極體晶片。
第六圖係根據本發明之一實施例顯示發光二極體封裝結構。
第七圖係根據本發明之另一實施例顯示具有白色基板之另一發光二極體封裝結構。
40‧‧‧發光二極體晶片
401‧‧‧基板
402‧‧‧N型層
403‧‧‧N型連接層
404‧‧‧P型層
405‧‧‧P型連接層
407‧‧‧反射層
408‧‧‧N型接觸墊
409‧‧‧P型接觸墊
410‧‧‧散熱墊
411‧‧‧焊錫凸塊
416‧‧‧鈍化層

Claims (9)

  1. 一種發光二極體晶片結構，包含：一基板及一第一型半導體層，該第一型半導體層設置於該基板之上；一第二型半導體層，設置於該第一型半導體層之上；一反射層，形成於該第二型半導體層之上；一鈍化層，設置於該反射層之上；一第一型半導體接觸墊，連接至該第一型半導體層，以及一第二型半導體接觸墊，連接至該第二型半導體層；以及一散熱墊，設置於該鈍化層之上，用以傳導該第一型半導體層及該第二型半導體層所產生之熱，其中該散熱墊藉由鈍化層與該反射層和該第二型半導體層絕緣。
  2. 如請求項1所述之發光二極體晶片結構，其中該基板之材料包含玻璃或藍寶石。
  3. 如請求項1所述之發光二極體晶片結構，其中該鈍化層之材料包含二氧化矽或氮化矽。
  4. 如請求項1所述之發光二極體晶片結構，其中該散熱墊之材料包含金屬。
  5. 如請求項1所述之發光二極體晶片結構，其中該反射層 之材料包含金屬或合金。
  6. 一種發光二極體晶片結構，包含：一基板及一第一型半導體層，該第一型半導體層設置於該基板之上；一第二型半導體層，設置於該第一型半導體層之上；一反射層，形成於該第二型半導體層之上；一鈍化層，設置於該反射層之上；一第一型半導體接觸墊，連接至該第一型半導體層，以及一第二型半導體接觸墊，連接至該第二型半導體層；一散熱墊，設置於該鈍化層之上，用以傳導該第一型半導體層及該第二型半導體層所產生之熱；以及一焊錫凸塊，設置於該第一型半導體接觸墊、該第二型半導體接觸墊以及該散熱墊之上。
  7. 如請求項6所述之發光二極體晶片結構，其中該焊錫凸塊與一外部基板之複數個接觸墊連接。
  8. 如請求項7所述之發光二極體晶片結構，其中該外部基板之材料包含白色之雙馬來醯亞胺三氮雜苯(bismaleimide triazine，BT)。
  9. 如請求項7所述之發光二極體晶片結構，其中該外部基板環繞發光二極體晶片。
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