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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

文檔序號:6945688閱讀:186來源:國知局
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
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