CN102931324B - 一种led芯片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LED芯片，所述N型电极（22）为阶梯结构；所述N型电极（22）的下端穿过所述绝缘介质膜（13）与所述N型层（3）连接；所述N型电极（22）的中间部分贴在垂直部分的绝缘介质膜（13）上；所述N型电极（22）的上端位于最上方绝缘介质膜（13）之上并且向P型电极（21）的位置延伸，所述N型电极（22）的上端与第二PCB板（23）连接，所述N型电极（22）的上端与P型电极（21）存在相同高度的或近似高度的共同锡焊面。本发明由于把LED芯片的N型电极与N型电极设置相同高度的或近似高度的共同锡焊面，因而增加了LED芯片倒装工艺的封装良率，避免了电极虚焊或脱焊的情形发生。

Description

一种LED芯片

技术领域

本发明涉及一种LED芯片，尤其是涉及一种倒装结构的LED芯片。

背景技术

在蓝宝石衬底上制作的蓝、绿或紫光LED芯片的发光面为外延材料的生长表面，即P型表面。在LED的封装过程中，都把蓝宝石衬底面直接固定在散热板上。在LED的工作过程中，其发光区是器件发热的根源。由于蓝宝石衬底本身是一种绝缘体材料，且导热性能和GaN材料比较差，所以对这种正装的LED器件其工作电流都有一定的限制，以确保LED的发光效率和工作寿命。为改善器件的散热性能，人们设计了一种LED芯片结构，即倒装结构的LED芯片。

自从提出芯片的倒装设计之后，人们针对其可行性进行了大量的研究和探索。由于LED芯片设计的局限性，封装良率一直很低，原因如下：第一、N型电极区域相对小，很难与PCB板的相应区域对位；第二、N型电极位置比P型电极位置高很多，很容易造成虚焊、脱焊情形；第三、为制作N型电极，往往要人为地去掉很大一部分有源区，这样大大地减少了器件的发光面积，直接影响了LED发光效率。

如图1所示，利用MOCVD、VPE、MBE或LPE技术在衬底30上生长器件（如LED、LD等）结构，从上至下依次分别为衬底30、N型材料层31、发光区32、P型材料层33、P型电极34、P级焊锡层35、PCB板36以及散热板40。其中N型材料层31与散热板40之间还依次连接N型电极37、N级焊锡层38和PCB板39。

该传统的LED芯片存在的技术缺陷如下：

1、在水平方向N型电极37所处位置与P型电极34相距较远，N型电极37对其下方的PCB板27的位置设计有苛刻的要求，影响到封装优良率。

2、N型电极37位置比P型电极34位置高很多，导致其与下方的PCB板39之间的间隙较大，在焊锡时很容易使得N级焊锡层38过长而造成虚焊或脱焊的发生。

3、为了使得N型电极37与其下方的PCB板39可以进行焊接，需要去掉很大一部分发光区，影响到LED芯片的发光效率。

发明内容

本发明设计了一种LED芯片，其解决了以下技术问题是：

（1）N型电极区域相对小，很难与PCB板的相应区域对位，会影响到封装效果和LED产品的优良率；

（2）N型电极位置比P型电极位置高很多，很容易造成虚焊、脱焊情形；

（3）为制作N型电极，往往要人为地去掉很大一部分有源区，这样大大地减少了器件的发光面积，直接影响了LED发光效率。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种LED芯片，包括P型电极区（17）和N型电极区（18），所述P型电极区（17）从下至上依次包括衬底（1）、缓冲层（2）、N型层（3）、N型分别限制层（4）、发光区层（5）、P型分别限制层（6）、P型层（7）、P型欧姆接触层（8）、光反射层（9）以及绝缘介质膜（13），所述N型电极区（18）从下至上依次包括衬底（1）、缓冲层（2）、N型层（3）以及绝缘介质膜（13），P型电极（21）下端穿过所述绝缘介质膜（13）与光反射层（9）连接，P型电极（21）上端与第一PCB板（24）连接，所述衬底（1）由上凹孔结构（26）和下凹孔结构（27）组合而成。所述N型电极（22）为阶梯结构；所述N型电极（22）的下端穿过所述绝缘介质膜（13）与所述N型层（3）连接；所述N型电极（22）的中间部分贴在垂直部分的绝缘介质膜（13）上；所述N型电极（22）的上端位于最上方绝缘介质膜（13）之上并且向P型电极（21）的位置延伸，所述N型电极（22）的上端与第二PCB板（23）连接，所述N型电极（22）的上端与P型电极（21）存在相同高度的或近似高度的共同锡焊面。

进一步，所述上凹孔结构（26）的各个凹孔直径大于都所述下凹孔结构（27）各个凹孔的直径。

进一步，所述P型电极（21）上端通过焊锡与第一PCB板（24）进行固定。

进一步，所述P型电极（21）通过所述第一PCB板（24）与散热板（25）进行固定连接。

进一步，所述N型电极（22）上端通过焊锡与第二PCB板（23）进行固定。

进一步，所述N型电极（22）通过所述第二PCB板（23）与散热板（25）进行固定连接。

进一步，所述绝缘介质膜（13）的厚度在150nm-450nm之间。

进一步，所述衬底（1）的材质为蓝宝石、碳化硅或GaN。

该LED芯片的制作方法，LED芯片从下至上依次为衬底（1）、缓冲层（2）、N型层（3）、N型分别限制层（4）、发光区层（5）、P型分别限制层（6）、P型层（7）以及P型欧姆接触层（8），

包括以下制作步骤：

步骤01、在P型欧姆接触层（8）表面形成光反射层（9）；

步骤02、形成N型电极形成区（12）；

步骤03、形成绝缘介质膜（13）；

步骤04、形成P型电极区（17）和N型电极区（18）；

步骤05、制作形成P型电极（21）和N型电极（22），其中N型电极（22）为阶梯结构，N型电极（22）的下端穿过所述绝缘介质膜（13）与所述N型层（3）连接，N型电极（22）的上端向P型电极（21）的位置延伸，并且上端的N型电极（22）与P型电极（21）存在相同高度的或近似高度的共同锡焊面；

步骤06、P型电极（21）和N型电极（22）通过锡焊的方式固定在各自的PCB板上；

步骤07、对LED芯片进行封装。

进一步，所述步骤01中光反射层（9）通过蒸镀或溅射方式附着在P型欧姆接触层（8）上。

进一步，所述步骤02中包括以下具体分步骤：

步骤021、在光反射层（9）表面涂敷第一光刻胶层（10）；

步骤022、LED芯片一侧的第一光刻胶层（10）通过曝光或显影方式去除；

步骤023、利用干刻或化学腐蚀的方法，将暴露部分的N型分别限制层（4）、发光区层（5）、P型分别限制层（6）、P型层（7）、P型欧姆接触层（8）、光反射层（9）以及部分的N型层（3）去除并且形成N型电极形成区（12），使得整个LED芯片形成阶梯结构；

步骤024、将LED芯片另一侧剩余的第一光刻胶层（10）全部去除。

进一步，所述步骤03中的绝缘介质膜（13）通过镀膜的方式均匀地覆盖在阶梯结构的LED芯片上表面。

进一步，所述步骤04中包括以下具体分步骤：

步骤041、在绝缘介质膜（13）表面涂敷第二光刻胶层（14）；

步骤042、通过曝光或显影方法，在阶梯结构的LED芯片上下两端部分去除第二光刻胶层（14），并且形成两个绝缘介质膜暴露区（15）；

步骤043、通过干刻或化学腐蚀方法，将两个绝缘介质膜暴露区（15）覆盖的绝缘介质膜（13）去除，形成两个去除绝缘介质膜暴露区（16）；

步骤044、去除绝缘介质膜（13）上的所有剩余第二光刻胶层（14）后，在LED芯片的阶梯上下两端分别形成P型电极区（17）和N型电极区（18）。

进一步，所述步骤05中包括以下具体分步骤：

步骤051、将步骤04得到阶梯结构的LED芯片表面涂敷第三光刻胶层（19）；

步骤052、去除P型电极区（17）和N型电极区（18）上方的第三光刻胶层（19）以及去除P型电极区（17）和N型电极区（18）之间部分的第三光刻胶层（19），保留的部分第三光刻胶层（19）用于将来P型电极和N型电极之间形成隔离；

步骤053、将步骤052得到阶梯结构的LED芯片表面制作一金属合金层（20）；

步骤054、去除步骤052中保留的部分第三光刻胶层（19）及其上方的金属合金层（20），最终形成P型电极（21）和N型电极（22）。

进一步，所述步骤07中P型电极（21）和N型电极（22）通过各自的PCB板与散热板（25）进行固定连接。

进一步，所述第一光刻胶层（10）、第二光刻胶层（14）以及第三光刻胶层（19）的涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。

进一步，所述绝缘介质膜（13）的厚度在150nm-450nm之间。

进一步，所述衬底（1）的材质为蓝宝石、碳化硅或GaN。

该LED芯片与传统的LED芯片相比，具有以下有益效果：

（1）本发明由于把LED芯片的N型电极与N型电极设置相同高度的或近似高度的共同锡焊面，使得在锡焊时，两个电极焊锡厚度相同并且可以减少N型电极的焊锡厚度，因而增加了LED芯片倒装工艺的封装良率，避免了电极虚焊或脱焊的情形发生。

（2）本发明由于将衬底由上凹孔结构和下凹孔结构组合而成，使得部分全反射光线以散射的形式射出，或者通过多次折射进入临界角射出，从而实现出光效率的提高。

（3）本发明由于P型电极的N型电极为阶梯结构，无需去掉很大一部分发光区，因而减少制作N型欧姆接触的面积，增加发光区面积，以提高LED的发光效率。

（4）本发明由于P型电极的N型电极为阶梯结构，与N型电极连接的PCB板位置可以自由进行调整，提高了LED芯片封装结构的优良率。

附图说明

图01是传统LED芯片的结构示意图；

图02是本发明中倒装LED裸芯片结构示意图；

图03是本发明中倒装LED裸芯片设置光反射层结构示意图；

图04是本发明LED芯片制作步骤1；

图05是本发明LED芯片制作步骤2；

图06是本发明LED芯片制作步骤3；

图07是本发明LED芯片制作步骤4；

图08是本发明LED芯片制作步骤5；

图09是本发明LED芯片制作步骤6；

图10是本发明LED芯片制作步骤7；

图11是本发明LED芯片制作步骤8；

图12是本发明LED芯片制作步骤9；

图13是本发明LED芯片制作步骤10；

图14是本发明LED芯片制作步骤11；

图15是本发明LED芯片制作步骤12；

图16是本发明LED芯片制作步骤13；

图17是本发明LED芯片制作步骤14；

图18是本发明LED芯片的结构示意图。

附图标记说明：

1—衬底；2—缓冲层；3—N型层；4—N型分别限制层；5—发光区层；6—P型分别限制层；7—P型层；8—P型欧姆接触层；9—光反射层；10—第一光刻胶层；11—N型电极形成开口；12—N型电极形成区；13—绝缘介质膜；14—第二光刻胶层；15—绝缘介质膜暴露区；16—去除绝缘介质膜暴露区；17—P型电极区；18—N型电极区；19—第三光刻胶层；20—金属合金层；21—P型电极；22—N型电极；23—第二PCB板；24—第一PCB板；25—散热板；26—上凹孔结构；27—下凹孔结构；

30—衬底；31—N型材料层；32—发光区；33—P型材料层；34—P型电极；35—P级焊锡层；36—PCB板；37—N型电极；38—N级焊锡层；39—PCB板；40—散热板。

具体实施方式

下面结合图2至图17，对本发明做进一步说明：

如图2所示，衬底1是载体，一般是蓝宝石、碳化硅或GaN等材料。缓冲层2是一个过度层，在此基础上生长高质量的N, P, 量子阱等其它材料。LED由pn结构成，缓冲层2、N型层3层、N型分别限制层4，P型分别限制层6以及P型层7是为了形成制作LED所需的P和N型材料。发光区层5是LED的发光区，光的颜色由有源区的结构决定。P型欧姆接触层8是材料生长的最后一层，这一层的载流子搀杂浓度较高，目的是为制作较小的欧姆接触电阻。P型金属欧姆接触层不是由生长形成的，而是通过蒸镀或溅射等方法形成的，目的之一是制作器件的电极，目的之二是为了封装打线用。

如图3所示，通过蒸镀、溅射或其它薄膜制作方法，在P型欧姆接触层8表面形成一层或多层薄膜（如ITO、银镜、镍金、合金或半金属等），用于制作发光二极管的光反射层9。

如图4所示，在图3结构的表面涂布第一光刻胶层10（正胶或负胶），涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。

如图5所示，LED芯片一侧的第一光刻胶层10通过曝光或显影方式去除，用于形成N型电极形成区12。

如图6所示，利用干刻或化学腐蚀的方法，将暴露部分的N型分别限制层4、发光区层5、P型分别限制层6、P型层7、P型欧姆接触层8、光反射层9以及部分的N型层3去除并且形成N型电极形成区12，使得整个LED芯片形成阶梯结构。

如图7所示，将LED芯片另一侧剩余的第一光刻胶层10全部去除。

如图8所示，利用PECVD或其它镀膜技术，在图7所示的结构表面制备一层绝缘介质膜13，厚度在100nm-500nm之间。绝缘介质膜13通过镀膜的方式均匀地覆盖在阶梯结构的LED芯片上表面。

如图9所示，在绝缘介质膜13表面涂敷第二光刻胶层14。涂布速度在2500-5000转/分，并对涂布温度控制90摄氏度-100摄氏度之间，在烘箱里或铁板表面烘烤，烘烤时间分别为30分钟和2分钟。

如图10所示，通过曝光或显影方法，在阶梯结构的LED芯片上、下两端部分去除第二光刻胶层14，并且形成两个绝缘介质膜暴露区15，用于制作P型电极区17和N型电极区18。

如图11所示，通过干刻或化学腐蚀方法，将两个绝缘介质膜暴露区15覆盖的绝缘介质膜13去除，形成两个去除绝缘介质膜暴露区16。

如图12所示，去除绝缘介质膜13上的所有剩余第二光刻胶层14后，在LED芯片的阶梯上下两端分别形成P型电极区17和N型电极区18。

如图13所示，将图12中得到阶梯结构的LED芯片表面涂敷第三光刻胶层19。

如图14所示，去除P型电极区17和N型电极区18上方的第三光刻胶层19以及去除P型电极区17和N型电极区18之间部分的第三光刻胶层19，保留的部分第三光刻胶层19用于将来P型电极和N型电极之间形成隔离。

如图15所示，将图14中得到阶梯结构的LED芯片表面制作一金属合金层20；

如图16所示，去除图14中保留的部分第三光刻胶层19及其上方的金属合金层20，最终形成P型电极21和N型电极22。

图17所示，一种LED芯片，包括P型电极区17和N型电极区18，P型电极区17从下至上依次包括衬底1、缓冲层2、N型层3、N型分别限制层4、发光区层5、P型分别限制层6、P型层7、P型欧姆接触层8、光反射层9以及绝缘介质膜13，N型电极区18从下至上依次包括衬底1、缓冲层2、N型层3以及绝缘介质膜13，P型电极21下端穿过所述绝缘介质膜13与光反射层9连接，P型电极21上端与第一PCB板24连接，N型电极22为阶梯结构；N型电极22的下端穿过绝缘介质膜13与N型层3连接；N型电极22的中间部分贴在垂直部分的绝缘介质膜13上；N型电极22的上端位于最上方绝缘介质膜13之上并且向P型电极21的位置延伸，N型电极22的上端与第二PCB板23连接，N型电极22的上端与P型电极21存在相同高度的或近似高度的共同锡焊面。

P型电极21上端通过焊锡与第一PCB板24进行固定。P型电极21通过所述第一PCB板24与散热板25进行固定连接。N型电极22上端通过焊锡与第二PCB板23进行固定。N型电极22通过第二PCB板23与散热板25进行固定连接。

绝缘介质膜13的厚度在150nm-450nm之间。衬底1的材质为蓝宝石、碳化硅或GaN。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1. 一种LED芯片，包括P型电极区（17）和N型电极区（18），所述P型电极区（17）从下至上依次包括衬底（1）、缓冲层（2）、N型层（3）、N型分别限制层（4）、发光区层（5）、P型分别限制层（6）、P型层（7）、P型欧姆接触层（8）、光反射层（9）以及绝缘介质膜（13），所述N型电极区（18）从下至上依次包括衬底（1）、缓冲层（2）、N型层（3）以及绝缘介质膜（13），P型电极（21）下端穿过所述绝缘介质膜（13）与光反射层（9）连接，P型电极（21）上端与第一PCB板（24）连接，所述衬底（1）由上凹孔结构（26）和下凹孔结构（27）组合而成，所述N型电极（22）为阶梯结构；所述N型电极（22）的下端穿过所述绝缘介质膜（13）与所述N型层（3）连接；所述N型电极（22）的中间部分贴在垂直部分的绝缘介质膜（13）上；所述N型电极（22）的上端位于最上方绝缘介质膜（13）之上并且向P型电极（21）的位置延伸，所述N型电极（22）的上端与第二PCB板（23）连接，所述N型电极（22）的上端与P型电极（21）存在相同高度的共同锡焊面，其特征在于：该LED芯片通过如下步骤进行制作：步骤01、在P型欧姆接触层（8）表面形成光反射层（9）；所述步骤01中光反射层（9）通过蒸镀或溅射方式附着在P型欧姆接触层（8）上；

步骤02、形成N型电极形成区（12）；其中，步骤021、在光反射层（9）表面涂敷第一光刻胶层（10）；步骤022、LED芯片一侧的第一光刻胶层（10）通过曝光或显影方式去除；步骤023、利用干刻或化学腐蚀的方法，将暴露部分的N型分别限制层（4）、发光区层（5）、P型分别限制层（6）、P型层（7）、P型欧姆接触层（8）、光反射层（9）以及部分的N型层（3）去除并且形成N型电极形成区（12），使得整个LED芯片形成阶梯结构；步骤024、将LED芯片另一侧剩余的第一光刻胶层（10）全部去除；

步骤03、形成绝缘介质膜（13）；所述步骤03中的绝缘介质膜（13）通过镀膜的方式均匀地覆盖在阶梯结构的LED芯片上表面；

步骤04、形成P型电极区（17）和N型电极区（18）；步骤041、在绝缘介质膜（13）表面涂敷第二光刻胶层（14）；步骤042、通过曝光或显影方法，在阶梯结构的LED芯片上下两端部分去除第二光刻胶层（14），并且形成两个绝缘介质膜暴露区（15）；步骤043、通过干刻或化学腐蚀方法，将两个绝缘介质膜暴露区（15）覆盖的绝缘介质膜（13）去除，形成两个去除绝缘介质膜暴露区（16）；步骤044、去除绝缘介质膜（13）上的所有剩余第二光刻胶层（14）后，在LED芯片的阶梯上下两端分别形成P型电极区（17）和N型电极区（18）；

步骤05、制作形成P型电极（21）和N型电极（22），其中N型电极（22）为阶梯结构，N型电极（22）的下端穿过所述绝缘介质膜（13）与所述N型层（3）连接，N型电极（22）的上端向P型电极（21）的位置延伸，并且上端的N型电极（22）与P型电极（21）存在相同高度的或近似高度的共同锡焊面；其中，步骤051、将步骤04得到阶梯结构的LED芯片表面涂敷第三光刻胶层（19）；步骤052、去除P型电极区（17）和N型电极区（18）上方的第三光刻胶层（19）以及去除P型电极区（17）和N型电极区（18）之间部分的第三光刻胶层（19），保留的部分第三光刻胶层（19）用于将来P型电极和N型电极之间形成隔离；步骤053、将步骤052得到阶梯结构的LED芯片表面制作一金属合金层（20）；步骤054、去除步骤052中保留的部分第三光刻胶层（19）及其上方的金属合金层（20），最终形成P型电极（21）和N型电极（22）；

步骤06、P型电极（21）和N型电极（22）通过锡焊的方式固定在各自的PCB板上；

步骤07、对LED芯片进行封装。