CN102569583A - 基于陶瓷基板的发光器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于陶瓷基板的发光器件及其制造方法，发光器件包括至少一LED芯片和承载所述LED芯片的陶瓷基板，所述LED芯片下表面设有至少一芯片第一电极和芯片第二电极，所述芯片第一电极呈点阵状离散地分布在所述芯片第二电极之间，所述陶瓷基板上表面设有基板第一电极和基板第二电极，所述基板第一电极包括第一基座和至少一第一叉指，上表面与至少一所述芯片第一电极电连接；所述基板第二电极包括第二基座和至少一第二叉指，上表面与所述芯片第二电极电连接。本发明所述的发光器件降低了对LED芯片的工艺要求，使LED芯片上的离散的电极可以分布更加密集，提高了电流分布的均匀性从而提高了发光效率。

Description

基于陶瓷基板的发光器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种固体发光器件及其制造方法，尤其是一种基于陶瓷基板的具有高发光效率的发光器件及其制造方法。

背景技术

随着发光二极管(LED)的发光效率不断提高，LED无疑成为近几年来最受重视的光源之一。LED是一种具有节能和环保特性的照明光源，集高光效、低能耗、低维护成本等优良性能于一身。理论上预计，半导体LED照明灯具的发光效率可以达到甚至超过白炽灯的10倍，日光灯的2倍。目前LED技术发展的目标是高效率、全固态、环保型LED，推进LED在照明领域的应用。

在LED器件的应用中，散热是影响LED性能和寿命的一个重要因素。为了提高LED器件的散热性能，目前大多数期器件采用倒装结构，将LED芯片的电极制作在同一面后，邦定在一基板上。为了将LED芯片的电极引出，采用电极再分布技术将LED芯片的电极引出。如图1所示，LED芯片包括外延层100，其上依次设有N型层101、发光层103和P型层104，在一穿过P型层和发光层的刻蚀孔中露出的设置有N欧姆接触层102，在P型层104上设置P欧姆接触层105。为了能够将N欧姆接触层102和P欧姆接触层105引出，采用电极再分布技术，在中间部分的P欧姆接触层105上设置一绝缘的介电层106将中间部分的P欧姆接触层105隔离，然后在介电层106上开通孔引出N欧姆接触层102。引出的N欧姆接触层102和P欧姆接触层105与LED芯片设置的N电极107和P电极108电连接，一般会将N电极和P电极设置成距离比较远的两大块。

由于电极再分布方法通过制作一层绝缘的介电层将N电极下107下方的N欧姆接触层102屏蔽，这种方法的既增加了制作工艺难度，降低了产品的良率和可靠性，并且P欧姆接触层105只能通过边缘部分与P电极108导出，导致LED芯片电流局部不均匀，极大的降低了LED芯片的发光效率。

为了解决这个问题，美国专利US2007096130公开了一种具有良好的电流均匀性的LED芯片的结构。如图2a和图2b所述，直接通过刻蚀孔将氮化镓N型层26经N欧姆接触层50引至N金属电极层34。如图2a所示，离散分布在P欧姆接触层34中的N欧姆接触层38通过LED芯片底面的叉指状结构的金属层将N欧姆接触层38引出，不但降低了工艺难度，而且提高了芯片的散热性能。但是这种在LED芯片上将分立的电极连接到LED芯片底面的金属电极层的方式要求布线加工精度很高，金属层线宽或者间距比较大，难以有效的增加与N欧姆接触层的接触面积，造成各N欧姆接触层连接点之间的电流差异很大，局部电流密度过高导致发光效率下降。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是要提供一种基于陶瓷基板的、工艺简单而且发光效率高的发光器件。本发明的另外一个目的是要提供一种制作该发光器件的方法。

为实现提供一种基于陶瓷基板的发光器件的目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于陶瓷基板的发光器件，包括至少一LED芯片和承载所述LED芯片的陶瓷基板，所述LED芯片下表面设有至少一芯片第一电极和芯片第二电极，所述芯片第一电极呈点阵状离散地分布在所述芯片第二电极之间，并与所述芯片第二电极电气隔离；

所述陶瓷基板上表面设有基板第一电极和基板第二电极，所述基板第一电极包括第一基座和至少一第一叉指，所述第一叉指设于所述第一基座一端并与所述第一基座电连接，其上表面与至少一所述芯片第一电极电连接；

所述基板第二电极包括第二基座和至少一第二叉指，所述第二叉指设于所述第二基座一端并与所述第二基座电连接，其上表面与所述芯片第二电极电连接；

所述第一叉指与所述第二叉指呈犬牙状交错设置。

具体的，所述LED芯片自上而下设有外延层、N型氮化镓层、多量子阱层和P型氮化镓层，所述P型氮化镓层上设有至少一刻蚀孔，所述刻蚀孔穿过所述多量子阱层直至露出所述N型氮化镓层；在所述刻蚀孔中露出的N型氮化镓层上设有N欧姆接触层，所述P型氮化镓层上设有P欧姆接触层；所述N欧姆接触层和所述P欧姆接触层上分别设有所述芯片第一电极和所述芯片第二电极。

进一步，所述第一叉指之间和第二叉指之间以及第一叉指和第二叉指之间的相对高度小于1um。

优选的，所述第一叉指和第二叉指通过金属凸点分别与所述芯片第一电极和芯片第二电极电连接。

进一步，所述LED芯片的上表面还设有一荧光粉层。

进一步，所述第一基座和第二基座上还设有一反光层。

进一步，所述基板采用AIN材料制作，其厚度为100～1000um。

进一步，还包括一设于所述基板第一电极和基板第二电极之间并且与所述LED芯片并联的静电保护器件。

优选的，所述静电保护器件为齐纳二极管或者两个反向设置的二极管。

为了实现本发明所述的另外一个目的，本发明采用的技术方案如下：

一种发光器件的制作方法，包括以下步骤：

1)制作一上述的LED芯片；

2)通过溅射或者蒸发的方法在陶瓷基板的上表面制作一金属层，然后在该金属层上进行光刻或者腐蚀，得到具有权利要求1中所述的基板第一电极轮廓的第一金属层和具有基板第二电极轮廓的的第二金属层；

3)通过电镀或者化学镀的方法分别在所述第一金属层和第二金属层上制作一第三金属层和第四金属层后，对所述第三金属层和第四金属层进行研磨；

4)通过电镀或者化学镀的方法分别在所述第三金属层和第四金属层上制作一第五金属层和第六金属层，完成所述基板第一电极和基板第二电极的制作；

5)将所述LED芯片下表面的芯片第一电极和芯片第二电极分别邦定到所述陶瓷基板上表面的基板第一电极和基板第二电极。

进一步，在步骤5)之前在所述陶瓷基板或者LED芯片上制作至少一金属凸点，所述芯片第一电极和芯片第二电极分别通过所述金属凸点与所述基板第一电极和基板第二电极邦定。

进一步，所述步骤3)中通过研磨后基板第一电极的第一叉指之间和基板第二电极的第二叉指之间以及第一叉指和第二叉指之间的高度差小于1微米。

相对于现有技术，本发明所述的技术方案通过在陶瓷基板上的金属层将LED芯片中离散分布的电极引出，降低了对LED芯片的加工工艺要求，使LED芯片上的离散的电极可以分布更加密集，提高了电流分布的均匀性从而提高了发光效率。

为了充分地了解本发明的目的、特征和效果，以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明。

附图说明

图1是现有技术中采用电极再分布技术制作的发光器件的结构示意图；

图2a是现有技术中在LED芯片上引出电极的结构示意图；

图2b是图2a中4-4处的剖面视图；

图3是本发明所述的发光器件的结构示意图；

图3a是图3中A-A处的剖面视图；

图4是发光器件的LED芯片的仰视图；

图4a是图4中B-B处剖面视图；

图5是发光器件的陶瓷基板的结构示意图；

图6是图5中C-C处的剖面示意图。

图中：

100-LED芯片；101-外延层；102-N型氮化镓层；103-多量子阱层；104-P型氮化镓层；105-N欧姆接触层；106-P欧姆接触层；107-芯片第一电极；108-芯片第二电极；200-陶瓷基板；210-基板第一电极；211-第一基座；212-第一叉指；213-第一金属层；214-第三金属层；215-第五金属层；220-基板第二电极；221-第二基座；222-第二叉指；223-第二金属层；224-第四金属层；225-第六金属层；230-金属凸点；240-通孔引线；250-正电极；260-负电极；270-反光层；280-静电保护器件；300-荧光粉层；400-透镜层。

具体实施方式

如图3和图3a所示，一种新型发光器件，包括至少一LED芯片100和承载所述LED芯片100的陶瓷基板200，LED芯片100的下表面设有芯片第一电极107和与所述芯片第一电极107电气隔离的芯片第二电极108，芯片第一电极107呈点状离散地分布在所述芯片第二电极108之间。陶瓷基板200的上表面设有与所述芯片第一电极107和芯片第二电极108对应的基板第一电极210和基板第二电极220电连接，以此将LED芯片100固定在所述陶瓷基板200之上。

请参阅图4和图4a，图4为LED芯片100底面的结构示意图，图4a为图4中B-B处的剖面视图。LED芯片100从上至下设有外延层101，N型氮化镓层102、多量子阱层103和P型氮化镓层104，其中外延层101可以采用蓝宝石衬底。所述P型氮化镓层104上设有至少一刻蚀孔，所述刻蚀孔穿过所述多量子阱层103直至刻蚀孔底部露出所述N型氮化镓层102。在刻蚀孔底部露出的N型氮化镓层102上制作N欧姆接触层105，所述芯片第一电极107就设于所述N欧姆接触层105的表面。

作为一种优选的实施方式，芯片第一电极107可以设置成N列，其中第M列上至少设有一芯片第一电极107，其中N和M具有自然数且大于或等于2，M小于或等于N。更优选的一种方式是，每列上的芯片第二电极107数量相等，并且等间距排列，形成一矩阵在LED芯片100下表面排列。

P型氮化镓层104上设有P欧姆接触层106，所述芯片第二电极108设于所述P欧姆接触层106的表面。在P型氮化镓层104的表面均覆盖有P欧姆接触层106，但所述芯片第二电极108却可以根据实际应用设置芯片第二电极108的形状和覆盖区域，作为一种优选的实施方式，可以将芯片第二电极108设置成条状，假如一共在P欧姆接触层106上设有P条芯片第二电极108，其中第Q条芯片第二电极与第Q+1条芯片第二电极之间设有一列所述芯片第一电极107，这样芯片第一电极107与芯片第二电极108相互间隔设置。

请参阅图5，图5为陶瓷基板200上表面的结构示意图，基板200采用陶瓷材料制作，厚度为100～1000um，其上表面设有基板第一电极210和基板第二电极220。基板第一电极210包括第一基座211和设于第一基座211一端的第一叉指212，第一基座211设于陶瓷基板200的端部，第一叉指212与所述LED芯片100的芯片第一电极107电连接。基板第二电极220包括一第二基座221和设于第二基座221一端的第二叉指222，第二基座221设于所述陶瓷基板200上与所述第一基座211相对的一端，第二叉指222与所述芯片第二电极108电连接。

由于第一叉指212与第二叉指222需要分别与LED芯片100上芯片第一电极107和芯片第二电极108电连接，因此第一叉指212与第二叉指222需要与所述芯片第一电极107和芯片第二电极108的位置对应。在上述优选实施方式中，芯片第一电极107设置在相邻的两条所述芯片第二电极108之间，因此设置第一叉指212与第二叉指222呈交错状，具体形状如图5所示。

为了能够将第一叉指212和第二叉指222设置的比较精细，可以将第一叉指212和第二叉指222通过研磨等方式加工到总厚度小于30um，将第一叉指212和第二叉指222的线宽小于100um。相邻两个第一叉指212之间或者第二叉指222之间的间距小于75um。为了能够保证LED芯片100的芯片第一电极107和芯片第二电极108分别与第一叉指212和第二叉指222有良好的电连接，需要使第一叉指212和第二叉指222之间的相对高度小于1um。

为了将芯片第一电极107和芯片第二电极108能更好的与基板第一电极210和基板第二电极220相匹配，使芯片第一电极107和芯片第二电极108分别与第一叉指212和芯片第二叉指222有着更为良好的电接触，可以在芯片第一电极107和芯片第二电极108上制作金属凸点，也可以如图5所示，在第一叉指212上与芯片第一电极107对应的位置处设置金属凸点230，以及在第二叉指222上与芯片第二电极108对应的位置处设置金属凸点230。金属凸点230的材料可以是金、铜、镍、锡中的一种或多种金属的合金。

为了将基板第一电极210和基板第二电极220引出，可以在基板200采用通孔引线的方式将其引出。在陶瓷基板200的下表面设有正电极260和副电极250，所述负电极250和正电极260通过陶瓷基板200中的通孔引线240分别与所述基板第一电极210和基板第二电极220电连接。在陶瓷基板200的背面还设有一散热金属盘，增强其散热能力。

如图3a所示，可以在LED芯片100的上表面是制作一荧光粉层207来提高发光器件的发光效率。荧光粉层270可以通过喷涂的方法，通过有限次实验调节荧光粉的配比以及喷涂次数来调节其厚度，达到最佳的出光效果。在LED芯片100的外部还包裹一透镜层400，透镜层400可以采用硅胶制作，在做好的透镜模具中灌有硅胶，将陶瓷基板200倒扣在模具上，固化后将模具取出后完成透镜层400的制作。为了提高发光器件的发光效率，还可以在硅胶中加入荧光粉。

如图5所述，为了提高发光器件的抗静电保护能力，在所述基板第一电极和基板第二电极之间并且与所述LED芯片并联一静电保护器件，其可以为齐纳二极管或者两个反向设置的二极管。在陶瓷基板200的第一基座211和第二基座221上设置一反光层270，增强发光器件的出光效率。反光层270的材料可以为铝、银、多层介质膜或者硫酸钡。

为了更好的理解本发明所述的新型发光器件，以下详细描述该发光器件的一种优选的制作方法。

步骤1：制作LED芯片：

a、在一外衬底101上生长外延层，进而在该外延层101上依次长有N型氮化镓层102，多量子阱层103和P型氮化镓层104；

b、使用ICP、RIE的方法刻蚀P型氮化镓外延层104，形成刻蚀孔，直至所述刻蚀孔底部露出N型氮化镓层102；

c、在P型氮化镓层104和刻蚀孔底部露出的N型氮化镓层102上分别制作P欧姆接触层106和N金属接触层105；

d、在N欧姆接触层106上制作芯片第一电极107，在P欧姆接触层上制作芯片第二电极108。还可以根据需要将做好电极的外延片进行切割。

步骤2：请参阅图6，在陶瓷基板200上表面用溅射、蒸发的方法制作一金属层，然后在该金属层上进行光刻或者腐蚀，得到具有叉指状的基板第一电极和基板第二电极形状的第一金属层213和第二金属层223；第一金属层的材料可以为镍、铝、钨、铜和钛中一种或其中多种金属的合金。

步骤3：通过电镀或者化学镀的方法分别在所述第一金属层213和第二金属层223上制作一第三金属层214和第四金属层224后，对所述第三金属层和第四金属层进行研磨，研磨到第一金属层213和第三金属层214高度之和与第二金属层223和第四金属层224高度之和的相对高度小于1微米；当相对高度大于1um时，LED芯片100与陶瓷基板200之间的接触面会存在部分电极接触不上的情况，当相对高度小于1um时，LED芯片100与陶瓷基板200之间的接触相对较好，电极基本都能够完整的接触。如果电极不能够完全接触，芯片上的电流分布就会不均匀，并且散热面积会减少，这些都会影响器件的出光效果及器件的寿命。为了实现这种高度差，在基板第一电极210和基板第二电极220制作中加入了金属层的研磨工艺，使得基板第一电极210和基板第二电极220的高度差距较小，并在完成全部工艺后达到所需要的高度差。第三金属层214和第四金属层224的材料可以是镍、铝、钨、铜和钛中一种或上述多种金属的合金。

步骤4：通过电镀或者化学镀的方法分别在所述第三金属层214和第四金属层224上制作一第五金属层215和第六金属层225，完成所述基板第一电极210和基板第二电极220的制作。第五金属层215和第六金属层225的材料可以是镍、金、银、铝、钨、钯和铂中的一种或上述多种金属的合金。

制作的基板第一电极210和基板第二电极220的厚度为8～30um。

步骤5：将所述LED芯片100下表面的芯片第一电极107和芯片第二电极108分别邦定到所述陶瓷基板200上表面的基板第一电极210和基板第二电极220。

值得注意的是，在步骤5)之前，还可以在基板第一电极210和基板第二电极220上制作金属凸点230，也可以在芯片第一电极107和芯片第二电极108上制作金属凸点230，使芯片第一电极107和芯片第二电极108分别通过金属凸点230与基板第一电极210和基板第二电极220电连接，以此将LED芯片100与陶瓷基板200邦定。金属凸点230可以采用蒸发、溅射、电镀、化学镀等方法在金属凸点图形上制作处金属凸点270，最后去除光刻胶，完成金属凸点270的制作。

为了将LED芯片100的电极引出，可以在陶瓷基板200中通过激光或机械的方法钻出通孔，并用铜Cu、镍Ni、银Ag等一种或多种金属将通孔填上，形成通孔引线240。步骤6：

将一钢网放置在陶瓷基板200上，钢网上只露出LED芯片100的位置，喷涂后将钢网拿走，则只在芯片上方留有荧光粉层300。喷涂时，可以进行多次喷涂使LED芯片100上的荧光粉层300更加均匀。并能通过调节每次喷涂的荧光粉量及喷涂荧光粉的次数，来调节器件发光的色温、显色指数等。

步骤7：硅胶透镜制作：

先在在做好的透镜模具上灌有硅胶，再将步骤6后所得陶瓷基板200倒扣在模具上，固化后将模具拿走，则得到带硅胶透镜层400的发光器件。

以上详细描述了在陶瓷基板200上设有一LED芯片100的结构和制作方法，但在实际需要中还可以设置多个LED芯片100组成多芯片模组进行使用。

相对于现有技术，本发明所述的发光器件通过在陶瓷基板200上的金属层将LED芯片100中离散分布的电极引出，降低了对LED芯片100的加工工艺要求，使LED芯片100上的离散的电极可以分布更加密集，提高了电流分布的均匀性从而提高了发光效率。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明构思在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在由本权利要求书所确定的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种基于陶瓷基板的发光器件，包括至少一LED芯片和承载所述LED芯片的陶瓷基板，其特征在于：

所述LED芯片下表面设有至少一芯片第一电极和芯片第二电极，所述芯片第一电极呈点阵状离散地分布在所述芯片第二电极之间，并与所述芯片第二电极电气隔离；

所述陶瓷基板上表面设有基板第一电极和基板第二电极，所述基板第一电极包括第一基座和至少一第一叉指，所述第一叉指设于所述第一基座一端并与所述第一基座电连接，其上表面与至少一所述芯片第一电极电连接；

所述基板第二电极包括第二基座和至少一第二叉指，所述第二叉指设于所述第二基座一端并与所述第二基座电连接，其上表面与所述芯片第二电极电连接；

所述第一叉指与所述第二叉指呈犬牙状交错设置。

2.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述LED芯片自上而下设有外延层、N型氮化镓层、多量子阱层和P型氮化镓层，所述P型氮化镓层上设有至少一刻蚀孔，所述刻蚀孔穿过所述多量子阱层直至露出所述N型氮化镓层；在所述刻蚀孔中露出的N型氮化镓层上设有N欧姆接触层，所述P型氮化镓层上设有P欧姆接触层；所述N欧姆接触层和所述P欧姆接触层上分别设有所述芯片第一电极和所述芯片第二电极。

3.如权利要求1所述的发光器件，其特征在于，所述陶瓷基板的第一叉指之间和第二叉指之间以及第一叉指和第二叉指之间的相对高度小于1um。

4.如权利要求3所述的发光器件，其特征在于，所述第一叉指和第二叉指通过金属凸点分别与所述芯片第一电极和芯片第二电极电连接。

5.如权利要求4所述发光器件，其特征在于，所述LED芯片的上表面还设有一荧光粉层。

6.如权利要求5所述的发光器件，其特征在于，所述第一基座和第二基座上还设有一反光层。

7.如权利要求6所述的发光器件，其特征在于，所述基板采用AIN材料制作，其厚度为100～1000um。

8.如权利要求7所述的发光器件，其特征在于，还包括一设于所述基板第一电极和基板第二电极之间并且与所述LED芯片并联的静电保护器件。

9.如权利要求8所述的发光器件，其特征在于，所述静电保护器件为齐纳二极管或者两个反向设置的二极管。

10.一种发光器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制作一如权利要求1所述的LED芯片；

2)通过溅射或者蒸发的方法在陶瓷基板的上表面制作一金属层，然后在该金属层上进行光刻或者腐蚀，得到具有权利要求1中所述的基板第一电极轮廓的第一金属层和具有基板第二电极轮廓的的第二金属层；

3)通过电镀或者化学镀的方法分别在所述第一金属层和第二金属层上制作一第三金属层和第四金属层后，对所述第三金属层和第四金属层进行研磨；

4)通过电镀或者化学镀的方法分别在所述第三金属层和第四金属层上制作一第五金属层和第六金属层，完成所述基板第一电极和基板第二电极的制作；

5)将所述LED芯片下表面的芯片第一电极和芯片第二电极分别邦定到所述陶瓷基板上表面的基板第一电极和基板第二电极。

11.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，在步骤5)之前在所述陶瓷基板或者LED芯片上制作至少一金属凸点，所述芯片第一电极和芯片第二电极分别通过所述金属凸点与所述基板第一电极和基板第二电极邦定。

12.如权利要求10或者11所述的制作方法，其特征在于，所述步骤3)中通过研磨后基板第一电极的第一叉指之间和基板第二电极的第二叉指之间以及第一叉指和第二叉指之间的相对高度小于1微米。

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