CN109983589A - 具有侧面反射器和磷光体的倒装芯片led - Google Patents

具有侧面反射器和磷光体的倒装芯片led Download PDF

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Abstract

发光器件阵列安装在具有面朝上的透明生长衬底（例如蓝宝石）的支撑表面上。然后在生长衬底的顶部表面上沉积光刻胶层，随后在发光器件的顶部表面和侧面表面上沉积反射材料以封装发光器件。然后研磨发光器件的顶部表面，以移除光刻胶顶部表面上的反射材料。然后溶解光刻胶以在具有反射壁的生长衬底上留下腔。然后用磷光体填充腔。然后将磷光体转换的发光器件单一化以形成封装的发光器件。所有的侧光被反射材料反射回到发光器件中，并最终朝向磷光体离开发光器件。封装的发光器件在通电时表现为没有侧面发射(例如，没有蓝色光晕)的白点。

Description

具有侧面反射器和磷光体的倒装芯片LED
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年12月29日提交的标题为“FLIP CHIP LED WITH SIDE REFLECTORSAND PHOSPHOR”的美国临时专利申请号62/272,416和2016年3月15日提交的标题为“FLIPCHIP LED WITH SIDE REFLECTORS AND PHOSPHOR”的欧洲专利申请号EP 16160421.0的优先权。美国临时专利申请号62/272,416和欧洲专利申请号EP 16160421.0并入本文。
技术领域
本发明涉及封装的发光器件，尤其涉及减少磷光体转换发光器件中的侧面发射的技术。
背景技术
随着发光器件的占据面积变小，顶部发射表面的面积与侧面表面的面积的比率降低。这意味着更高百分比的发射光从半导体芯片的侧面发射。例如，如果磷光体仅沉积在蓝色LED的顶部表面上以产生白光，则所产生的光发射将是被蓝色光晕包围的白斑点。
因此，需要一种用于在芯片的顶部表面上封装具有磷光体的发光器件的技术，其中基本上所有光都从顶部表面朝向磷光体发射。
发明内容
在使用磷光体将蓝光转换成白光的蓝色倒装芯片LED的示例中，公开了一种技术，其中LED阵列安装在具有面朝上的透明生长衬底（例如蓝宝石）的支撑表面上。生长衬底可以通过抛光变薄和粗糙，以改善光提取。
然后在生长衬底的顶部表面上沉积光刻胶层或其它可移除层，随后在LED的顶部表面和侧面表面上毯式沉积反射材料以封装LED。
然后研磨LED的顶部表面，以移除光刻胶顶部表面上的反射材料。然后溶解光刻胶以在生长衬底上留下具有反射壁的腔。
然后用磷光体填充腔。
因此，所有侧面光被反射材料反射回到LED中，并最终朝向磷光体离开LED。来自磷光体的任何侧面光被腔的反射壁反射回磷光体中。
然后将磷光体转换的LED单一化以形成封装的LED。封装的LED在通电时显示为没有侧面发射(即没有蓝色光晕)的白点。
这种技术对于具有小占据面积的LED特别有利，在这样的LED中，侧面发射更成问题。
以上描述是本发明的一个实施例。本文描述了另外的特征和实施例。
附图说明
图1是包含数千个倒装芯片LED的LED晶片的截面。LED晶片可以是常规的。每个LED的单独的阳极和阴极金属焊盘由连续的顶部金属层表示。
图2是示出使用胶黏剂安装在具有面朝上的生长衬底（例如蓝宝石）的诸如玻璃晶片的临时载体上的LED晶片的截面图。
图3示出了为了变薄和粗糙而被研磨的生长衬底。
图4示出了生长衬底已被充分研磨后的LED晶片。
图5示出了在LED晶片上执行的部分切割，以产生限定每个LED边缘的裂缝。
图6示出了施加到生长衬底顶部的光刻胶膜。
图7更详细地示出了光刻胶膜。
图8示出了使用光刻工艺图案化的光刻胶膜，以沿着预期的单一化线暴露生长衬底。
图9示出了粘在安装带上的光刻胶膜表面和从胶黏剂上移除的临时载体。
图10示出了移除胶黏剂以暴露LED晶片上的金属触点。
图11示出了使用断裂工艺沿着图5中形成的裂缝切割的LED晶片。
图12A示出了如何使用双面胶带将单一化的LED光刻胶膜面朝上地安装在另一个临时载体上，并且沉积诸如透明粘结剂中的TiO2颗粒的反射材料，以覆盖LED的顶部和侧面以及LED之间的区域。
图12B示出了在LED上和LED之间沉积诸如树脂或硅酮的可选片状模塑料(SMC)，以形成保护层。
图13A示出了研磨图12A中的LED的顶部表面，以暴露光刻胶膜。
图13B示出了研磨图12B中的LED的顶部表面，以暴露光刻胶膜。
图14A示出了用溶剂溶解掉图13A的暴露的光刻胶膜，以在生长衬底上形成反射腔。
图14B示出了用溶剂溶解掉图13B的暴露的光刻胶膜，以在生长衬底上形成反射腔。
图15是装配有LED的载体的透视图，并且示出了用诸如透明粘结剂中的磷光体颗粒的磷光体填充反射腔。
图16A是在磷光体混合物已经固化之后，没有图12B的SMC的图15的结构的截面图，其中该结构已经翻转并安装在带上(磷光体侧向下)，随后进行锯切或断裂工艺以分离LED管芯之间的任何残留反射材料。
图16B是在磷光体混合物已经固化之后，具有图12B的SMC的图15的结构的截面图，其中锯切工艺分离LED管芯之间的任何残留反射材料和SMC。
图17示出了从图16A或16B中的带移除后的单个磷光体转换的倒装芯片LED，示出了由有源层和磷光体产生的光线如何被反射材料反射，使得所有光离开顶部表面。
相同或相似的元件用相同的数字标记。
具体实施方式
图1是LED晶片10的截面图。生长衬底12可以是蓝宝石或用于LED的其他合适的生长衬底。在形成蓝色倒装芯片LED的示例中，生长衬底12可以是透明蓝宝石衬底。
在生长衬底12上外延生长晶格匹配层14，接着是一个或多个n型层16，接着是量子阱有源层18，接着是一个或多个p型层20，接着是金属层22，该金属层22被图案化以形成分别电接触p型层20和n型层16的LED中每一个的阳极和阴极金属焊盘。
LED晶片10通常包含数千个倒装芯片LED。每个LED的单独的阳极和阴极金属焊盘由连续的顶部金属层22表示。LED晶片10可以是常规的和公知的。许多其他类型的LED晶片和材料可以与本发明一起使用，因为本发明针对封装，而不是LED中使用的特定外延层或生长衬底。尽管针对发光二极管描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，本发明可以于其中光在多于一个方向上发射的任何发光半导体器件一起使用。
如图2所示，然后将LED晶片10翻转(相对于图1)并通过UV可固化胶黏剂26或其它合适的胶黏剂胶黏固定到诸如玻璃晶片的临时载体24上。LED的金属层22朝下，且生长衬底12朝上。LED晶片10中的凹进区域28表示对应于单一化线的每个LED底部上的金属层22的部分之间的空间。
如图3所示，生长衬底12由常规砂轮32研磨至所希望的厚度，诸如约200微米或更小。生长衬底12的粗糙和变薄改善了光提取。
图4示出了生长衬底12已经被充分研磨后的LED晶片10。
图5是LED晶片10的一部分的放大图，示出了由于“隐形切割”而沿着预期的单一化线产生裂缝34。隐形切割是一种已知的技术，它使用聚焦激光来沿着单一化线在晶体中产生裂缝。可以使用其他技术（诸如划线、部分锯切或蚀刻）来沿着单一化线弱化生长衬底12。
图6示出了诸如BCB或BPO的光刻胶膜36，其层压在生长衬底12表面上、旋涂在生长衬底12表面上或以其他方式沉积在生长衬底12表面上。光刻胶膜36的厚度与稍后沉积的磷光体层的厚度一致。在一个实施例中，光刻胶膜36的厚度通常为50-100微米。光刻胶膜36是稍后被移除的临时层。
图7更详细地示出了光刻胶膜36。可以使用光刻胶以外的材料，但是该材料应当可溶于溶剂中或者能够被移除。
图8示出了使用光刻工艺(例如，暴露于掩膜的UV并显影)图案化的光刻胶膜36，以沿着预期的单一化线38暴露生长衬底12。
图9示出了粘在安装带40上的光刻胶膜36表面和从胶黏剂26移除的临时载体24。胶黏剂26可以是弱的以允许载体24被拉出，或者胶黏剂26可以被加热或部分溶解以弱化它。
图10示出了移除胶黏剂26以暴露LED晶片10上的金属层22。胶黏剂26可以以另一种合适的方式溶解、加热或弱化，以避免胶黏剂26将金属层22从LED晶片10上剥离。
图11示出了施加到金属层22上用于保护的粘性迈拉胶带（Mylar tape）44，随后LED晶片10安装在常规切割表面46上，用于沿着单一化线34断裂。锋利的工具48压在已经被图5中的隐形切割弱化的单一化线34上，并且使LED晶片10沿着单一化线34断裂。
如图12A所示，仍然粘附在迈拉胶带44上的单一化的LED 49然后从切割表面46上移除，并且自动拾取和放置机器从迈拉胶带44移除LED 49并将它们放置在双面粘性胶带50上。胶带50粘附到另一个临时载体52上，该载体可以是陶瓷、玻璃等。在LED 49之间提供空间。
然后，在LED 49的顶部和侧面上沉积反射材料56以封装它们。反射材料56可以在透明粘结剂中包括诸如TiO2、ZiO2等的反射颗粒，并通过喷涂或其它技术沉积。或者，反射颗粒可以通过电泳沉积。反射材料56的厚度使得通过磷光体层逸出芯片的光量最大化。注意，反射材料56覆盖LED 49之间的双面粘性胶带50的区域。
图12B示出了替代实施例，其中该结构然后被保护层58覆盖，例如通过模制片状模塑料(SMC)。保护层58可以是沉积在LED 49上和LED 49之间的树脂或硅酮。这使得LED结构更加坚固，并且可以用作湿气屏障。
在图13A中，常规的砂轮32用于研磨来自图12A的反射材料56的顶部表面，以暴露光刻胶膜36。
或者，在图13B中，砂轮32用于研磨来自图12B的反射材料56的顶部表面，以暴露光刻胶膜36。
在光刻胶膜36暴露之后，将该结构暴露于溶剂(例如，浸渍)以溶解光刻胶膜36。这种用于所使用的特定光刻胶的溶剂是众所周知的。
图14A示出了图13A的光刻胶膜36溶解后的所得结构，且图14B示出了图13B的光刻胶膜36溶解后的所得结构。生长衬底12的顶部表面被暴露。如图所示，形成由反射材料56壁包围的腔59，其中腔59的深度约等于溶解之前光刻胶膜36的厚度。因此，腔59 (将填充有磷光体)的深度可以由光刻胶膜36的厚度精确地控制，然后腔59的深度用于精确地控制磷光体层的厚度以进行一致的颜色控制。
在图15中，使用喷嘴61将磷光体混合物60注入腔59中，并且可以将腔59填充到顶部。腔59用作模具，从而所有LED 49的所有沉积的磷光体混合物60具有用于良好的颜色一致性的精确相同的形状。可以为每个LED 49预先测量磷光体混合物60的量，或者可以使用光学反馈机制将每个腔59填充到顶部。
然后诸如通过加热或UV光固化磷光体混合物60。磷光体混合物60可以是诸如硅酮的透明粘结剂中的磷光体颗粒。固化后的磷光体混合物60的密度和厚度决定了蓝光的波长转换量，因为一些蓝光在没有转换的情况下穿过磷光体混合物60。例如，磷光体可以是黄色YAG磷光体，当其与蓝光混合时，产生白光。通过选择一种或多种光转换材料可以产生任何其他颜色的光。
然后将LED 49的顶部固定到图16A中的另一粘性胶带64 (磷光体混合物60位于底部)，且然后将LED 49的底部(金属层22)从双面粘性胶带50移除。因此，沉积在LED 49之间的反射材料56的部分现在位于顶部。
图16A示出了用切割锯66切反射材料56的这些连接部分以完成LED 49的完全单一化。
图16B示出了对具有模制在LED 49之间的保护层58的结构执行的工艺。在这种情况下，双面粘性胶带50上的LED 49层可以保留在胶带50上，同时LED 49之间的反射材料56和保护层58被锯切，因为锯66必须切过整个厚度直到胶带50以完成单一化。
然后，封装的LED 49可以从胶带50或64拾取，并安装在印刷电路板或底座上，以将倒装芯片阳极和阴极底部电极(金属层22的一部分)连接到电源。
图17更详细地示出了单个通电的LED 49，其中从LED半导体层72发射的光线70直接撞击或穿过磷光体混合物60、或者反射离开形成围绕整个LED 49的壁的反射材料56。来自磷光体混合物60的侧光也由反射材料56重定向。还示出了生长衬底12、阳极电极74和阴极电极76 (作为金属层22的一部分)。
LED 49的典型尺寸为每侧100微米至1毫米之间。由LED 49发射的几乎100 %的侧光被引导回到LED 49中或者通过LED 49的顶部表面。因此，通电的LED显示为没有蓝色光晕的小白点。可以形成任何其他颜色。
也可以使用量子点或量子点与磷光体的混合物来代替磷光体混合物60。本发明还考虑了其它类型的波长转换材料。
在另一实施例中，可以在形成LED半导体层之后移除生长衬底12，并且将另一透明衬底固定到LED半导体层。因此，术语“衬底”可以应用于任何类型的衬底。
在仍然形成围绕LED 49的反射壁(用于反射侧光)并形成反射腔59 (用于填充波长转换材料)的同时，可以采用所描述的工艺的许多变型。例如，对于特定应用可以不需要某些步骤。此外，根据具体应用，可以增加额外的步骤和层。在一些情况下，研磨步骤可以通过蚀刻、激光烧蚀或其他技术来执行。磷光体混合物可以替代地是放置在腔59中的预先形成的磷光体瓦片。
尽管已经示出和描述了本发明的特定实施例，但是对于本领域技术人员来说，显然可以在不背离本发明的更宽方面进行改变和修改，因此所附权利要求将在它们的范围内包括落入本发明的真实精神和范围内的所有这些改变和修改。

Claims (15)

1.一种形成发光器件的方法，包括:
提供具有半导体层(14-20)和透明衬底(12)的发光器件(10)；
提供覆盖所述衬底的第一临时层(36)；
沉积覆盖所述第一临时层和在所述第一临时层、衬底和半导体层的侧面上的反射材料(56)；
移除所述第一临时层顶部表面上的所述反射材料以暴露所述第一临时层；
移除所述第一临时层以形成反射腔(59)，其中所述反射材料保留在所述衬底、半导体层和腔的侧面上；和
使用所述腔作为模具，用波长转换材料(60)至少部分地填充所述腔，使得所述波长转换材料不在所述腔上方延伸，并且不在所述衬底和半导体层的侧面上覆盖所述反射材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中提供具有半导体层和透明衬底(12)的发光器件(10)的步骤包括在载体(24)上提供多个发光器件，用于所述多个发光器件的晶片级工艺。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括在移除所述第一临时层(36)的顶部表面上的反射材料之前，在所述反射材料(56)上沉积保护层(58)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中移除所述第一临时层(36)的顶部表面上的反射材料(56)以暴露所述第一临时层的步骤包括研磨(32)所述反射材料。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一临时层(36)是光刻胶，并且其中移除所述第一临时层的步骤包括用溶剂溶解所述光刻胶。
6.根据权利要求1所述的方法，其中用波长转换材料(60)至少部分地填充所述腔(59)的步骤包括将磷光体分配到所述腔中。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述发光器件(10)是倒装芯片发光器件，所述倒装芯片发光器件在与所述衬底(12)相对的表面上具有阳极电极和阴极电极(22)。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底(12)是用于外延生长所述半导体层(14-20)的透明生长衬底。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述发光器件(10)和波长转换材料(60)发射的基本上所有的侧光被所述反射材料(56)反射，使得基本上所有的光通过所述反射腔(59)的顶部出射窗发射。
10.一种发光器件，包括:
发光器件(10)，具有半导体层(14-20)和透明衬底(12)；
反射材料(56)，在所述衬底和半导体层的侧面上，所述反射材料在所述衬底的侧面上方延伸以形成反射腔(59)；以及
波长转换材料(60)，使用所述腔作为模具，至少部分填充所述腔，使得所述波长转换材料不在所述腔上方延伸并且不在所述衬底和半导体层的侧面上覆盖所述反射材料上，
其中由所述发光器件和波长转换材料发射的基本上所有的侧光被反射材料反射，从而基本上所有的光通过所述反射腔的顶部出射窗发射。
11.根据权利要求10所述的器件，还包括在所述反射材料(56)上的保护层(58)。
12.根据权利要求10所述的器件，其中所述波长转换材料(60)包括在所述腔(59)中的磷光体。
13.根据权利要求10所述的器件，其中所述发光器件(10)是倒装芯片发光器件，所述倒装芯片发光器件在与所述衬底(12)相对的表面上具有阳极电极和阴极电极(22)。
14.根据权利要求10所述的器件，其中所述衬底(12)是用于外延生长所述半导体层(14-20)的透明生长衬底。
15.根据权利要求10所述的器件，其中所述波长转换材料(60)填充所述反射腔(59)。
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