CN104465931B - 覆晶式led芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种覆晶式LED芯片，该芯片包括：基板；以及沿水平方向依次设置在所述基板的正面上的正电极、隔离区、和负电极，其中，所述水平方向为与所述基板的正面平行的方向，所述隔离区在所述基板的正面上的垂直投影位于所述正电极和所述负电极在所述基板的正面上的垂直投影之间，所述隔离区在所述水平方向上的中心线与所述覆晶式LED芯片的一条对角线在所述基板的正面上的垂直投影相互重叠。根据本发明实施例的覆晶式LED芯片可以使得正电极和负电极间的距离最长，在使用传统LED自动固晶机生产时可以实现最佳的焊接效果，从而可以避免在覆晶式LED封装时正电极和负电极的相互导通，提高了覆晶式LED的封装良率。
Description
技术领域
本发明涉及发光元件技术领域，尤其涉及一种覆晶式LED芯片。
背景技术
随着LED（Light Emitting Diode，发光二极管）照明技术的日益发展，LED在人们日常生活中的应用也越来越广泛。
采用覆晶（Flip Chip）方式进行封装的LED（以下称覆晶式LED）的固晶方式简略，拥有更高的信赖度，使得量产可行性大幅晋升，且兼具缩短高温烘烤的制程时间、高良率、导热效果佳、高出光量等优势，遂成为业界竭力开展的技术。
通过在覆晶式LED芯片的正电极以及负电极所电性连接的基板的结构上进行金球、锡球、或共晶焊接来焊接覆晶式LED芯片，以实现覆晶式LED芯片的封装。覆晶式LED芯片的正电极和负电极之间形成有隔离区，以防止两电极短路。为了获得最大的发光效果，现有的覆晶式LED芯片的隔离区通常做的较窄，并且隔离区随着正电极和负电极大小的不同而偏左或偏右设置。但是，较窄的隔离区容易在芯片封装工艺中，因高温等原因导致两电极跨过隔离区电性导通从而造成短路。此外，传统的LED自动固晶机在芯片封装时，点针点导电金属（例如银胶或锡膏）的面积是一致的，一般呈对等的圆面积。现有结构的覆晶式LED芯片无法使用传统的LED自动固晶机生产，或者在使用传统的LED自动固晶机生产时导电金属出现点在同一个电极上、或同时点在两个电极上的现象，或因一个电极过小导致导电金属溢出电极表面进而出现短路的现象。这些都影响LED的封装良率。
发明内容
技术问题
有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何提高覆晶式LED芯片的封装良率。
解决方案
为了解决上述技术问题，根据本发明的实施例，提供了一种覆晶式LED芯片，包括：基板；以及沿水平方向依次设置在所述基板的正面上的正电极、隔离区、和负电极，其中，所述水平方向为与所述基板的正面平行的方向，所述隔离区在所述基板的正面上的垂直投影位于所述正电极和所述负电极在所述基板的正面上的垂直投影之间，所述隔离区在所述水平方向上的中心线与所述覆晶式LED芯片的一条对角线在所述基板的正面上的垂直投影相互重叠。
对上述覆晶式LED芯片，在一种可能的实现方式中，所述基板为正方形。
对上述覆晶式LED芯片，在一种可能的实现方式中，所述隔离区在所述水平方向上的最小宽度大于0.05mm。
对上述覆晶式LED芯片，在一种可能的实现方式中，所述正电极的形状为多边形或者圆形，所述负电极的形状为多边形或者圆形。
对上述覆晶式LED芯片，在一种可能的实现方式中，所述覆晶式LED芯片还包括：第一导电型半导体层，位于所述基板的正面；发光层，位于所述第一导电型半导体层的正面；第二导电型半导体层，位于所述发光层的正面；以及隔离层，位于所述第二导电型半导体层的正面；其中，所述负电极位于所述隔离层的正面，所述正电极位于所述隔离层的正面，所述隔离层裸露出的部分为所述隔离区，所述正电极通过贯穿所述隔离层的通孔与所述第二导电型半导体层电性接触，所述负电极通过贯穿所述隔离层、所述第二导电型半导体层、以及所述发光层的通孔与所述第一导电型半导体层电性接触。
对上述覆晶式LED芯片，在一种可能的实现方式中，所述隔离层还位于所述覆晶式LED芯片的侧面。
对上述覆晶式LED芯片，在一种可能的实现方式中，所述隔离层为SiO2、DBR、光子晶体结构、SiNx、AlOx、和AlN中的任意一种。
对上述覆晶式LED芯片，在一种可能的实现方式中，所述覆晶式LED芯片还包括：保护层，位于所述负电极的正面和/或所述正电极的正面。
对上述覆晶式LED芯片，在一种可能的实现方式中，所述保护层为钛、镍、铬、银、和金材料中的任意一种或多种组合。
对上述覆晶式LED芯片，在一种可能的实现方式中，所述保护层的厚度为
有益效果
通过沿覆晶式LED芯片的对角线设置用于隔离正电极和负电极的隔离区，根据本发明实施例的覆晶式LED芯片可以使得正电极和负电极间的距离最长，在使用传统LED自动固晶机生产时可以实现最佳的焊接效果，从而可以避免在覆晶式LED封装时正电极和负电极的相互导通，提高了覆晶式LED的封装良率。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。
图1示出本发明一实施例的覆晶式LED芯片的俯视图；
图2示出本发明又一实施例的覆晶式LED芯片的俯视图；
图3示出本发明又一实施例的覆晶式LED芯片的俯视图；
图4a示出本发明又一实施例的覆晶式LED芯片的俯视图；
图4b示出本发明又一实施例的覆晶式LED芯片的俯视图；
图5示出本发明又一实施例的覆晶式LED芯片的俯视图；
图6示出本发明实施例的覆晶式LED芯片的立体剖面图；
图7示出本发明实施例的覆晶式LED芯片的制备方法的流程图；
图8a～图8c示出本发明实施例的覆晶式LED芯片的制备方法中所形成结构的剖面图；以及
图9a和图9b示出本发明实施例的覆晶式LED芯片的制备方法中所形成的底层电极示意图。
附图标记列表
10：基板；11、21、31、411、412、51、80：正电极；12、22、32、421、422、52：隔离区；13、23、33、431、432、53、90：负电极；20：第一导电型半导体层；30：发光层；40：第二导电型半导体层；50：隔离层；60：第二通孔；70：第一通孔。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
图1示出根据本发明一实施例的覆晶式LED芯片的俯视图。如图1所示，该覆晶式LED芯片主要包括：基板10以及沿水平方向依次设置在基板10的正面上的正电极11、隔离区12、和负电极13。其中，该水平方向可为图1中虚线B所示的与基板10的正面平行的方向。隔离区12在基板10的正面上的垂直投影可位于正电极11和负电极13在基板10的正面上的垂直投影之间，以能够用于隔离正电极11和负电极13。并且，在本发明实施例的覆晶式LED芯片中，该隔离区12在所述水平方向上的中心线A与覆晶式LED芯片的一条对角线在基板10的正面上的垂直投影可相互重叠。
本发明实施例的覆晶式LED芯片的正电极和负电极设计在基板10正面的对角两端，能够适当延长用于隔离正电极和负电极的隔离区的长度，即使在使用传统LED自动固晶机生产时也可以实现较佳的焊接效果，从而可以避免在覆晶式LED封装时正电极和负电极的相互导通，提高了覆晶式LED的封装良率。
在一种可能的实现方式中，如图1所示，覆晶LED芯片的正电极11和负电极13可为正方形，且正电极11与负电极13相对于隔离区12的中心线A相互对称。
在另一种可能的实现方式中，如图2所示，覆晶LED芯片的正电极21和负电极23可为五边形，且正电极21与负电极23相对于隔离区22的中心线A相互对称。
在另一种可能的实现方式中，如图3所示，覆晶LED芯片的正电极31和负电极33可为圆形，且正电极31与负电极33相对于隔离区32的中心线A相互对称。
在另一种可能的实现方式中，如图4a所示，覆晶LED芯片的正电极411和负电极431可为三角形，且正电极411与负电极431相对于隔离区421的中心线A相互对称。
在另一种可能的实现方式中，如图4b所示，覆晶LED芯片的正电极412和负电极432可为圆角三角形，该圆角三角形可如图4b所示仅两个角为圆角。并且，正电极412与负电极432相对于隔离区422的中心线A相互对称。
在另一种可能的实现方式中，如图5所示，覆晶LED芯片的正电极51和负电极53可为不规则多边形，并且正电极51与负电极53可不相对于隔离区52的中心线A相互对称。
优选地，本发明实施例的隔离区在所述水平方向上的宽度L可为等于或大于0.05mm，这样可以保证在芯片封装工艺中不会出现正电极和负电极跨过隔离区电性导通的情况。
在一种可能的实现方式中，本发明实施例的覆晶LED芯片的基板为正方形。在这种情况下，由于隔离区沿芯片的一条对角线设置，正电极和负电极分别置于该对角线两侧，使得可以使用传统的LED自动固晶机生产该覆晶LED芯片。
需要说明的是，尽管以正方形、五边形、圆形、三角形、圆角三角形作为示例介绍了正电极和负电极的形状，本领域技术人员应能理解，本发明实施例不限于此，正电极和负电极可为任意多边形或圆形。并且，正电极和负电极可相对于隔离区的中心线相互对称，也可不相互对称，只要正电极和负电极分别置于隔离区的两侧即可。
图6为根据本发明实施例的覆晶式LED芯片的立体剖面图，其中，该剖面图可为根据图1至图3、图4a、图4b、以及图5所示的任意一种覆晶式LED芯片沿与虚线A垂直的方向的立体剖面图。如图6所示，该覆晶式LED芯片包括：基板10、依次形成于基板10的正面上的第一导电型半导体层20、发光层30、第二导电型半导体层40、以及隔离层50。该覆晶式LED芯片还包括形成在隔离层50正面的正电极80和负电极90。
该覆晶式LED芯片的第一导电型半导体层20可采用n型氮化镓制作，第二导电型半导体层40可采用p型氮化镓层制作。且在该覆晶式LED芯片中，将p型氮化镓层40的远离发光层30的一面称为正面，将p型氮化镓层40的更靠近发光层30的一面称为背面，并将p型氮化镓层40的剩下四个面均称为侧面。将n型氮化镓层20的更靠近发光层30的一面称为正面，将n型氮化镓层20的更靠近基板10的一面称为背面，并将n型氮化镓层20的剩下四个面均称为侧面。将发光层30的更靠近p型氮化镓层40的一面称为正面，将发光层30的更靠近n型氮化镓层20的一面称为背面，将发光层30的剩下的面均称为侧面。
在一种可能的实现方式中，正电极80可通过贯穿隔离层50的通孔与p型氮化镓层40电性接触，负电极90可通过贯穿隔离层50、p型氮化镓层40、以及发光层30的通孔与n型氮化镓层20电性接触。并且，隔离层50裸露出的部分为图1至图3、图4a、图4b、以及图5中所示的隔离区。
在一种可能的实现方式中，隔离层50可为SiO2、DBR（Distributed BraggReflection，分布式布拉格反射镜）、光子晶体结构、SiNx（氮化硅）、AlOx(氧化铝)、和AlN（氮化铝）中的任意一种，且该隔离层50还可以位于覆晶式LED芯片的侧面，且可在贯穿隔离层50、p型氮化镓层40、以及发光层30的通孔的孔壁上形成有类似的隔离层材料，以防止正电极80和负电极90的电性导通。
此外，在本发明实施例的覆晶式LED芯片中，正电极80以及负电极90可由ITO（纳米铟锡金属氧化物）及铝材料制成。且为了防止电极氧化，在正电极80和/或负电极90的正面上还可形成有保护层（未示出）。该保护层可由薄层金属例如钛、镍、铬、银、和金材料中的一种或几种的混合制成，其厚度为时可被锡膏或银胶焊接使用。
图7为图6所示的覆晶式LED芯片的制备方法的流程图，结合图8a～图8c所示详细介绍如下。如图7所示，该覆晶式LED芯片的制备方法包括：
步骤S1，对于在基板10上依次层叠有第一导电型半导体层20、发光层30和第二导电型半导体层40的LED外延片，可通过例如干式或者湿式的蚀刻方式，利用第一掩模刻蚀第二导电型半导体层40及发光层30以暴露第一导电型半导体层20，形成如图8a所示第二导电型半导体层40和发光层30中包含有至少一个第一通孔70的结构。其中，第一通孔70将用于使下述的负电极与第一导电型半导体层20接触，并优选如图8a所示的分布布局，使得第一通孔70尽可能分布均匀。
在一种可能的实现方式中，基板10可具体为各种具有不同晶向的基板，例如蓝宝石、硅或者碳化硅基板。
此外，第一导电型半导体层20的材料可以为n型氮化镓，也可以为n型磷化铝铟镓（AlGaInP）。第二导电型半导体层40的材料可以为p型氮化镓，也可以为p型磷化铝铟镓。在一种可能的实现方式中，第一导电型半导体层20和第二导电型半导体层40可分别采用n型氮化镓和p型氮化镓制成。
步骤S2，在第一通孔70的侧壁和第二导电型半导体层40上覆盖由单层或者多层例如二氧化硅（SiO2）、DBR（可由SiO2、TiO2、SiNx、Ta2O5、MgF2、ZnS中的一种或几种制成）、AlOx(氧化铝)、AlN（氮化铝）或光子晶体结构等高反射率的绝缘材料作为隔离层50，其中隔离层50必须暴露位于第一通孔70底部的第一导电型半导体层20，从而形成如图8b所示第一通孔70延伸穿过隔离层50的结构。其中，隔离层50本身不导电，起到绝缘隔离的作用，此外，隔离层50还可以反射光。
步骤S3，在隔离层50上，可通过例如干式或者湿式的蚀刻方式，利用第二掩模进行刻蚀以暴露第二导电型半导体层40，形成如图8c所示隔离层50中还包含有多个第二通孔60的结构。其中，第二通孔60将用于使下述的正电极与第二导电型半导体层40接触。
在一种可能的实现方式中，第二通孔60与第一通孔70的分布可如图9a所示，至少部分第二通孔60到一个第一通孔70的距离一致，使得在最终制成的LED芯片中经由这些通孔形成的正电极和负电极之间的距离一致、并且流过这部分正电极和负电极的电流所经历的电阻一致，从而能够有效提高电流密度和发光的均匀性。
步骤S4，形成经由第一通孔70连接至第一导电型半导体层20的负电极90以及经由第二通孔60连接至第二导电型半导体层40的正电极80。
在一种可能的实现方式中，上述步骤S4中用以形成正电极和负电极的操作可包括底层电极制作步骤、隔离步骤以及表面电极制作步骤，其中：
在底层电极制作步骤中，利用电极材料填充各第一通孔70和各第二通孔60，使位于预定的负电极区内的各第一通孔70中的电极材料经由引线连接至位于预定的正电极区内的第一通孔70中的电极材料，并使填充各第二通孔60的电极材料避开各第一通孔70以及引线相互连接，从而形成俯视结构如图9a所示的底层电极。在如图9a所示的底层电极示意图中，以图中虚线A所示的芯片对角线为界，右上角区域是所谓的预定的负电极区，左下角区域是所谓的预定的正电极区。
在隔离步骤中，至少在隔离层50的正面上覆盖绝缘材料，并利用第三掩模对该覆盖有绝缘材料的隔离层进行刻蚀，以在正电极区暴露填充各第一通孔70的电极材料、在负电极区至少暴露填充各第二通孔60的电极材料及其连接部分，从而形成如图9b所示的俯视结构。
在表面电极制作步骤中，至少在正电极区的正面覆盖电极材料以完成正电极80，并至少在负电极区的正面覆盖电极材料以完成负电极90。正电极80和负电极90的形状可以参照图1至图3、图4a、图4b、以及图5所示设置。以图4a所示的LED芯片为例，正电极和负电极的形状均为三角形，且正电极与负电极相对于图9b中虚线A相互对称。正电极和负电极之间存在由隔离层构成的隔离区，以确保两者电性不接触。
这样，由于正电极和负电极隔着隔离区分设于该LED芯片正面的对角线的两侧，两个电极的正面面积不至于相差太多。在封装时、尤其是以覆晶方式封装时，导电金属不会恰好点至两个电极上且大小适中，从而防止了出现导电金属溢出的现象，进一步提高了产品的良率。
此外，在一种可能的实现方式中，还可在正电极和负电极至少之一上形成保护层。所述保护层可由钛、镍、铬、银、和金等金属材料中的一种或几种制成，其厚度为时可被锡膏或银胶焊接使用。
在一种可能的实现方式中，在表面电极形成步骤中，还使例如二氧化硅（SiO2）等的高绝缘材料作为绝缘保护层包覆整个LED芯片，仅暴露正电极和负电极，以避免在该LED芯片的安装过程中、尤其是覆晶安装中因导电而影响良率。另外，由于二氧化硅是一种硬度比较坚硬的材料，极有可能因在分离裂片过程中使用钨钢刀进行劈裂时产生的内应力，使得被劈的LED芯片的二氧化硅保护层出现膜裂，进而使得用以粘接发光元件和基板的材料渗入元件内。在这种情况下，在裂片过程中使用钨钢刀进行劈裂时，在被劈的LED芯片表面涂上一层软性材料，可以有效抵消钨钢刀在劈裂时造成的内应力，从而可以防止二氧化硅保护层膜裂。
这样，通过将覆晶式LED芯片的正电极和负电极设计在覆晶式LED芯片的一条对角线的两侧，根据本发明上述实施例的覆晶式LED芯片能够在使用传统LED自动固晶机生产时避免正电极和负电极的导通，从而提高了覆晶式LED芯片的封装良率。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种覆晶式LED芯片，其特征在于，包括：
基板，所述基板为正方形；以及
沿水平方向依次设置在所述基板的正面上的正电极、隔离区、和负电极，
其中，所述水平方向为与所述基板的正面平行的方向，所述隔离区在所述基板的正面上的垂直投影位于所述正电极和所述负电极在所述基板的正面上的垂直投影之间，所述正电极和所述负电极在所述基板的正面上的垂直投影不重叠，
所述隔离区在所述水平方向上的中心线与所述覆晶式LED芯片的一条对角线在所述基板的正面上的垂直投影相互重叠，所述负电极和所述正电极分别位于所述中心线的两侧。
2.根据权利要求1所述的覆晶式LED芯片，其特征在于，所述隔离区在所述水平方向上的最小宽度大于0.05mm。
3.根据权利要求2所述的覆晶式LED芯片，其特征在于，所述正电极的形状为多边形或者圆形，所述负电极的形状为多边形或者圆形。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的覆晶式LED芯片，其特征在于，还包括：
第一导电型半导体层，位于所述基板的正面；
发光层，位于所述第一导电型半导体层的正面；
第二导电型半导体层，位于所述发光层的正面；以及
隔离层，位于所述第二导电型半导体层的正面；
其中，所述负电极位于所述隔离层的正面，所述正电极位于所述隔离层的正面，所述隔离层裸露出的部分为所述隔离区，
所述正电极通过贯穿所述隔离层的通孔与所述第二导电型半导体层电性接触，所述负电极通过贯穿所述隔离层、所述第二导电型半导体层、以及所述发光层的通孔与所述第一导电型半导体层电性接触。
5.根据权利要求4所述的覆晶式LED芯片，其特征在于，所述隔离层还位于所述覆晶式LED芯片的侧面。
6.根据权利要求5所述的覆晶式LED芯片，其特征在于，所述隔离层为SiO2、DBR、光子晶体结构、SiNx、AlOx、和AlN中的任意一种。
7.根据权利要求6所述的覆晶式LED芯片，其特征在于，还包括：
保护层，位于所述负电极的正面和/或所述正电极的正面。
8.根据权利要求7所述的覆晶式LED芯片，其特征在于，所述保护层为钛、镍、铬、银、和金材料中的任意一种或多种组合。
9.根据权利要求8所述的覆晶式LED芯片，其特征在于，所述保护层的厚度为
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