專利名稱：一種大功率白光led器件的無金線封裝方法及白光led器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體發(fā)光器件領(lǐng)域，尤其涉及一種用于大功率白光LED器件的封裝 方法及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有LED (Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)的制造技術(shù)中，LED發(fā)光器件的 封裝通常是在藍(lán)光芯片上制作pn結(jié)電極，在電極上打制金線(金線是連接LED芯片與外部 接線管腳的連接線)，將芯片電極與外部管腳連接，然后在芯片上涂覆熒光粉。
公開日為2006年11月8日、公開號為CN 1858920A的中國發(fā)明專利申請“一種白 光LED燈的封裝方法”和
公開日為2009年8月26日、公開號為CN 101514805A的中國發(fā)明 專利申請“一種LED封裝結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)方法”中對于LED芯片的現(xiàn)有封裝方式、封裝結(jié)構(gòu)均 有較詳細(xì)的公開和披露。通過對上述資料的分析可知，現(xiàn)有技術(shù)路線存在有以下主要缺點1、芯片上制造pn電極影響出光由于ρ型GaN摻雜困難，當(dāng)前普遍采用ρ型GaN上制備金屬透明電極的方法，從而 使電流擴散，以達到均勻發(fā)光的目的，但是金屬透明電極要吸收30% 40%的光；2、在pn電極上打金線工藝過程繁瑣，成本高，可靠性低打金線工藝需要針對單個芯片逐一進行，需要特別控制好金線圓球形狀和打線壓 力，打金線的質(zhì)量直接影響芯片的電學(xué)和光學(xué)性能；此外，金是貴金屬，金線的使用使得器 件成本難以降低；3、金線與芯片接觸點接觸電阻大，影響LED器件的注入效率和正向工作電壓，使 得器件發(fā)熱、亮度下降、壽命縮短；4、金線和金線接觸電極阻擋LED芯片的出光，降低了 LED出光效率；5、熒光粉和灌封膠的熱導(dǎo)率很低，起不到對芯片的散熱作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種大功率白光LED器件的無金線封裝方法， 其采用透明電極直接與LED芯片的pn結(jié)進行面接觸式的電連接，設(shè)置單一介質(zhì)的熒光激發(fā) /轉(zhuǎn)換層，簡化了 LED芯片的封裝工藝，大大提高了白光LED器件的封裝可靠性，可顯著延 長LED使用壽命，提高LED的出光效率，有效地解決了大功率白光LED的散熱問題，特別適 應(yīng)批量集成封裝生產(chǎn)工藝，可以有效降低LED發(fā)光器件的制造成本。本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種大功率白光LED器件的無金線封裝方法，包括在 芯片與外引支架電極之間設(shè)置電連接通道和在芯片的一側(cè)設(shè)置熒光材料層，其特征是A、采用單晶熒光材料層構(gòu)成所述的熒光材料層；B、在單晶熒光材料層的表面上制備透明導(dǎo)電薄膜；
C、在透明導(dǎo)電薄膜上制備導(dǎo)電金屬電極，所述導(dǎo)電金屬電極形狀與芯片的P和/ 或η電極形狀相對應(yīng)/相匹配；D、載有透明導(dǎo)電薄膜和導(dǎo)電金屬電極的單晶熒光材料晶片構(gòu)成單晶熒光材料復(fù) 合功能單元；Ε、將單晶 熒光材料功能單元通過共晶焊接的方法與芯片進行封裝，在芯片的ρ和 /或η電極與外引支架電極之間建立電連接通道。進一步的，所述的單晶熒光材料包括石榴石類單晶熒光材料。所述的透明導(dǎo)電薄膜包括金屬膜系列、透明導(dǎo)電氧化物膜系列、高分子膜系列、復(fù) 合膜系列和化合物膜系列導(dǎo)電薄膜。優(yōu)選地，所述的透明導(dǎo)電薄膜是銦錫氧化物半導(dǎo)體透明導(dǎo)電膜或M/Au導(dǎo)電膜。所述透明導(dǎo)電薄膜和導(dǎo)電金屬電極的制備采用光刻蝕法、掩模法、激光干式刻蝕 法、絲網(wǎng)印刷法或萌罩透過沉積法。更進一步的，所述的單晶熒光材料功能單元設(shè)置在芯片的至少一個側(cè)面。所述的透明導(dǎo)電層及導(dǎo)電金屬電極通過面接觸的形式，在芯片的ρ和/或η電極 與外引支架電極之間建立電連接通道。本發(fā)明還提供了一種采用上述封裝方法制造的大功率白光LED器件，大功率白光 LED器件，包括pn結(jié)芯片和外引支架電極，其特征是在所述pn結(jié)芯片的至少一個側(cè)面，設(shè)置一依次由單晶熒光材料層、透明導(dǎo)電薄膜 和導(dǎo)電金屬電極復(fù)合構(gòu)成的單晶熒光材料功能單元；所述的單晶熒光材料功能單元，通過 透明導(dǎo)電層和導(dǎo)電金屬電極，在pn結(jié)芯片和外引支架電極之間構(gòu)成電連接通道。其所述的透明導(dǎo)電層通過導(dǎo)電金屬電極，采用面接觸的結(jié)構(gòu)形式，在芯片的ρ和/ 或η電極與外引支架電極之間建立電連接通道。其所述的導(dǎo)電金屬電極形狀與芯片的ρ和/或η電極形狀相對應(yīng)/相匹配。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點是1.采用本技術(shù)方案進行白光LED芯片的封裝，完全不需要傳統(tǒng)白光LED封裝過程 中的打金線和熒光粉涂覆工藝過程，工藝過程更簡單和高效，可以極大的提高白光LED器 件的封裝可靠性，并徹底解決打金線工藝的缺點；2.不需要昂貴的金線，而且可以批量集成封裝，可以有效降低成本；3.采用面接觸方式實現(xiàn)芯片與引腳之間的電連接，可以有效降低芯片電極與熒光 材料界面的接觸電阻，提高LED發(fā)光器件的注入效率和降低其正向工作電壓，可有效地增 加LED器件的散熱性能，延長LED的使用壽命；4.對LED芯片的發(fā)光無任何阻擋，可以有效增加藍(lán)光芯片的出光面積，提高LED出 光效率；5.所采用的單晶熒光晶片具有很好的熱導(dǎo)率，對芯片的熱量起到很好的散熱作 用，可以極大提高散熱性能，降低芯片結(jié)溫，有效解決大功率白光LED的散熱問題，提高LED 性能；6.由于不需要打金線與外電源連接，可以有效降低白光LED器件的封裝面積和封 裝厚度，提高大功率芯片封裝的密度。


圖1是本發(fā)明的封裝方法步驟示意圖；圖2是本發(fā)明產(chǎn)品的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明產(chǎn)品的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1為襯底層，2為緩沖層/U-GaN層，3為n-GaN層，4為激活區(qū)，5為ρ-GaN層， 6、7為歐姆接觸面，8為單晶熒光材料層，9為透明導(dǎo)電薄膜，10、11為導(dǎo)電金屬電極;A為單 晶熒光材料功能單元，B為LED發(fā)光芯片。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。圖1中，本無金線封裝方法，包括在芯片與外引支架電極之間設(shè)置電連接通道和 在芯片的一側(cè)設(shè)置熒光材料層，其具體工藝步驟至少包括下列內(nèi)容A、采用單晶熒光材料層構(gòu)成所述的熒光材料層；B、在單晶熒光材料層的表面上制備透明導(dǎo)電薄膜；C、在透明導(dǎo)電薄膜上制備導(dǎo)電金屬電極，所述導(dǎo)電金屬電極形狀與芯片的P和/ 或η電極形狀相對應(yīng)/相匹配；D、載有透明導(dǎo)電薄膜和導(dǎo)電金屬電極的單晶熒光材料晶片構(gòu)成單晶熒光材料復(fù) 合功能單元；Ε、將單晶熒光材料功能單元通過共晶焊接的方法與芯片進行封裝，在芯片的ρ和 /或η電極與外引支架電極之間建立電連接通道。進一步的，所述的單晶熒光材料包括石榴石類單晶熒光材料。采用單晶熒光材料構(gòu)成熒光層/熒光激發(fā)層，一方面大大簡化了 LED發(fā)光器件的 封裝過程和制備工藝，另一方面，單晶熒光材料具有比現(xiàn)有的熒光粉和灌封膠更好的熱傳 導(dǎo)率和熒光材料的均勻度/均質(zhì)度，其激發(fā)發(fā)射效率高，具有高度均勻性，物化性能穩(wěn)定、 壽命長、熱導(dǎo)率高，可大大改善大功率LED發(fā)光芯片的工作環(huán)境，其作為一種導(dǎo)熱載體，增 加了 LED發(fā)光芯片的熱量傳導(dǎo)途徑。關(guān)于單晶熒光材料的具體情況，可參考本申請人申請的中國發(fā)明專利申請“適用 于白光LED的單晶熒光材料”中的相關(guān)信息，在此不再敘述。所述的透明導(dǎo)電薄膜包括金屬膜系列、透明導(dǎo)電氧化物膜系列、高分子膜系列、復(fù) 合膜系列和化合物膜系列導(dǎo)電薄膜。優(yōu)選地，所述的透明導(dǎo)電薄膜是銦錫氧化物半導(dǎo)體透明導(dǎo)電膜或M/Au導(dǎo)電膜。所述透明導(dǎo)電薄膜和導(dǎo)電金屬電極的制備采用光刻蝕法、掩模法、激光干式刻蝕 法、絲網(wǎng)印刷法或萌罩透過沉積法。采用透明導(dǎo)電薄膜和導(dǎo)電金屬電極替代金線進行封裝，可以有效增加LED發(fā)光芯 片的出光面積，增加光通量，提高LED出光效率。上述透明導(dǎo)電薄膜和導(dǎo)電金屬電極及其制備方式均為現(xiàn)有技術(shù)，其具體方法和工 藝過程在此不再敘述。更進一步的，所述的單晶熒光材料功能單元設(shè)置在芯片的至少一個側(cè)面，作為一 種特例，單晶熒光材料功能單元可以設(shè)置在芯片的兩個側(cè)面，構(gòu)成一種可雙面出光的發(fā)光器件。所述的透明導(dǎo)電層及導(dǎo)電金屬電極通過面接觸的形式，在芯片的ρ和/或η電極 與外引支架電極之間建立電連接通道。為了提高ρη結(jié)的歐姆接觸面(即俗稱的P和/或η電極)和導(dǎo)電金屬電極的允 許載流量，在芯片的P和/或η結(jié)面(即俗稱的P-GaN或n-GaN)上的歐姆接觸面的周圍， 還可以再制備/設(shè)置一 Ni/Au導(dǎo)電層，來增加各歐姆接觸面與ρ和/或η結(jié)面的電接觸面 積。由于采用面接觸式電連接方式，一則接觸電阻可大大下降，二則歐姆接觸面的單 位面積上電流密度大大下降，可承受的電流密度可大幅度提升，為提高LED發(fā)光器件的允 許工作電流和發(fā)光功率創(chuàng)造了條件。實施例1 一種采用圖1所述的封裝方法制造的大功率白光LED器件，其結(jié)構(gòu)如所示。圖2中，常規(guī)LED發(fā)光芯片的結(jié)構(gòu)通常是在襯底層1上設(shè)置緩沖層/U_GaN層2，然 后依次是n-GaN層3、激活區(qū)4和ρ-GaN層5，在n-GaN層和ρ-GaN層上設(shè)置用于電連接引 出的歐姆接觸面(即俗稱的P和/或η電極)6和7。本技術(shù)方案在LED發(fā)光芯片B的至少一側(cè)，設(shè)置一依次由單晶熒光材料層8、透明 導(dǎo)電薄膜9和導(dǎo)電金屬電極10和11復(fù)合構(gòu)成的單晶熒光材料功能單元A。由圖可見，單晶熒光材料功能單元，通過透明導(dǎo)電層和導(dǎo)電金屬電極，在ρη結(jié)芯 片和外引支架電極(圖中未示出)之間構(gòu)成電連接通道。透明導(dǎo)電層通過導(dǎo)電金屬電極，采用面接觸的結(jié)構(gòu)形式，在芯片的ρ和/或η電極 與外引支架電極之間建立了電連接通道。導(dǎo)電金屬電極形狀10和11與芯片的ρ和/或η電極6和7形狀分別對應(yīng)相對應(yīng)
/相匹配。同前所述相同，為了提高ρη結(jié)的歐姆接觸面(即俗稱的P和/或η電極)和導(dǎo)電 金屬電極的允許載流量，在芯片的P和/或η結(jié)面(即俗稱的P-GaN或n-GaN)上的歐姆接 觸面6或7的周圍，還可以再制備/設(shè)置一 Ni/Au導(dǎo)電層，來增加各歐姆接觸面與ρ和/或 η結(jié)面的電接觸面積。圖中的LED芯片為橫向結(jié)構(gòu)(Lateral)，橫向結(jié)構(gòu)LED芯片的ρ和/或η電極在 LED芯片的同一側(cè)。在本技術(shù)方案中，單晶熒光材料所起到的主要作用如下1)起到常規(guī)的熒光變換作用；2)作為透明導(dǎo)電層和導(dǎo)電金屬電極的載體；3)充當(dāng)LED芯片的散熱/導(dǎo)熱的載體/途徑。作為一種特例，還可以在LED芯片的兩面同時設(shè)置單晶熒光材料層，取消常規(guī)封 裝工藝中的襯底層，構(gòu)成一種可雙面出光的發(fā)光器件，其具體結(jié)構(gòu)在此不再示出，本領(lǐng)域的 技術(shù)人員，在掌握了本技術(shù)方案的發(fā)明思路和創(chuàng)新要點后，無需經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動，即可再 現(xiàn)該技術(shù)方案和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。實施例2 另一種采用圖1所述的封裝 方法制造的大功率白光LED器件，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3中，LED芯片為垂直結(jié)構(gòu)(Vertical)，垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片的兩個電極6和7 分別在LED外延層(p-GaN層5和在n-GaN層3)的兩側(cè)。同樣，當(dāng)采用單晶熒光材料充當(dāng)圖中位于n-GaN結(jié)構(gòu)層3下方的襯底層1時，即可 構(gòu)成能真正雙面發(fā)光/出光的LED發(fā)光器件。
其余同圖1或圖2所述。采用上述結(jié)構(gòu)以后，在一塊基材上，采用芯片集成封裝法(Chip on Board)，可同 時設(shè)置多個LED發(fā)光芯片，有助于提高單個LED發(fā)光器件的發(fā)光量和光通量。由于本發(fā)明采用透明電極直接與LED芯片的pn結(jié)電極進行面接觸式的電連接，設(shè) 置單一介質(zhì)的熒光激發(fā)/轉(zhuǎn)換層，簡化了 LED芯片的封裝工藝，大大提高了白光LED器件的 封裝可靠性，對LED芯片的發(fā)光無任何阻擋，可以有效增加藍(lán)光芯片的出光面積，提高LED 出光效率，提高了 LED發(fā)光器件的注入效率和降低其正向工作電壓，降低了芯片結(jié)溫，有效 地解決了大功率白光LED的散熱問題，可顯著延長LED發(fā)光器件的使用壽命，提高LED的出 光效率，特別適應(yīng)于批量集成封裝生產(chǎn)工藝，可以有效降低LED發(fā)光器件的制造成本。本發(fā)明可廣泛用于大功率白光LED發(fā)光器件的生產(chǎn)制造領(lǐng)域。
權(quán)利要求
一種大功率白光LED器件的無金線封裝方法，包括在芯片與外引支架電極之間設(shè)置電連接通道和在芯片的一側(cè)設(shè)置熒光材料層，其特征是A、采用單晶熒光材料層構(gòu)成所述的熒光材料層；B、在單晶熒光材料層的表面上制備透明導(dǎo)電薄膜；C、在透明導(dǎo)電薄膜上制備導(dǎo)電金屬電極，所述導(dǎo)電金屬電極形狀與芯片的p和/或n電極形狀相對應(yīng)/相匹配；D、載有透明導(dǎo)電薄膜和導(dǎo)電金屬電極的單晶熒光材料晶片構(gòu)成單晶熒光材料復(fù)合功能單元；E、將單晶熒光材料功能單元通過共晶焊接的方法與芯片進行封裝，在芯片的p和/或n電極與外引支架電極之間建立電連接通道。
2.按照權(quán)利要求1所述的大功率白光LED器件的無金線封裝方法，其特征是所述的單 晶熒光材料包括石榴石類單晶熒光材料。
3.按照權(quán)利要求1所述的大功率白光LED器件的無金線封裝方法，其特征是所述的透 明導(dǎo)電薄膜包括金屬膜系列、透明導(dǎo)電氧化物膜系列、高分子膜系列、復(fù)合膜系列和化合物 膜系列導(dǎo)電薄膜。
4.按照權(quán)利要求3所述的大功率白光LED器件的無金線封裝方法，其特征是所述的透 明導(dǎo)電薄膜是銦錫氧化物半導(dǎo)體透明導(dǎo)電膜或M/Au導(dǎo)電膜。
5.按照權(quán)利要求1所述的大功率白光LED器件的無金線封裝方法，其特征是所述透明 導(dǎo)電薄膜和導(dǎo)電金屬電極的制備采用光刻蝕法、掩模法、激光干式刻蝕法、絲網(wǎng)印刷法或萌 罩透過沉積法。
6.按照權(quán)利要求1所述的大功率白光LED器件的無金線封裝方法，其特征是所述的單 晶熒光材料功能單元設(shè)置在芯片的至少一個側(cè)面。
7.按照權(quán)利要求1所述的大功率白光LED器件的無金線封裝方法，其特征是所述的透 明導(dǎo)電層及導(dǎo)電金屬電極通過面接觸的形式，在芯片的P和/或n電極與外引支架電極之 間建立電連接通道。
8.一種按照權(quán)利要求1所述方法制造的大功率白光LED器件，包括pn結(jié)芯片和外引支 架電極，其特征是在所述pn結(jié)芯片的至少一個側(cè)面，設(shè)置一依次由單晶熒光材料層、透明導(dǎo)電薄膜和導(dǎo) 電金屬電極復(fù)合構(gòu)成的單晶熒光材料功能單元；所述的單晶熒光材料功能單元，通過透明導(dǎo)電層和導(dǎo)電金屬電極，在pn結(jié)芯片和外引 支架電極之間構(gòu)成電連接通道。
9.按照權(quán)利要求8所述的大功率白光LED器件，其特征是所述的透明導(dǎo)電層通過導(dǎo)電 金屬電極，采用面接觸的結(jié)構(gòu)形式，在芯片的P和/或n電極與外引支架電極之間建立電連 接通道。
10.按照權(quán)利要求8所述的大功率白光LED器件，其特征是所述的導(dǎo)電金屬電極形狀與 芯片的P和/或n電極形狀相對應(yīng)/相匹配。
全文摘要
一種大功率白光LED器件的無金線封裝方法及白光LED器件，屬半導(dǎo)體發(fā)光器件領(lǐng)域。包括在芯片與外引支架電極之間設(shè)置電連接和在芯片一側(cè)設(shè)置熒光材料層，其采用單晶熒光材料層構(gòu)成熒光材料層，在單晶熒光材料層表面制備透明導(dǎo)電薄膜，在透明導(dǎo)電薄膜上制備導(dǎo)電金屬電極，載有透明導(dǎo)電薄膜和導(dǎo)電金屬電極的單晶熒光材料晶片構(gòu)成單晶熒光材料復(fù)合功能單元，將單晶熒光材料功能單元通過共晶焊接的方法與芯片進行封裝，在芯片的pn電極與外引支架電極之間建立電連接通道。其采用面接觸式電連接，提高了白光LED器件的封裝可靠性，顯著延長LED使用壽命，提高其出光效率，特別適應(yīng)批量集成封裝生產(chǎn)工藝，可以有效降低LED發(fā)光器件的制造成本。
文檔編號H01L33/50GK101859865SQ20101018489
公開日2010年10月13日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者李思蘭, 楊瑩, 胡泉 申請人:上海嘉利萊實業(yè)有限公司