CN106340511A - 一种led芯片及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种LED芯片及其制备方法，该芯片包括：LED芯片单元，包括至少一个发光面；半透明封装结构，一侧开口形成有容纳空间，所述LED芯片单元设置在所述容纳空间内，所述半透明封装结构中含有荧光粉，所述至少一个发光面的至少部分出射光线透过所述半导体封装结构发出。本发明提出的LED芯片及其封装方法，以提高LED芯片的产品性能。

Description

一种LED芯片及其封装方法

技术领域

本发明属于光电子技术领域，尤其涉及一种LED芯片及其封装方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)因其高亮度、低热量、长寿命等优点，被称为21世纪最有发展前景的绿色照明光源，被用于各种应用产品包括光源、照明设备、智能终端等。而在智能终端日益轻薄化，可穿戴电子备受瞩目的今天，LED芯片的封装大小和功能的融合变得日趋重要。

芯片尺寸封装(chip scale package,CSP)技术作为一种新的封装技术，在下一代分立式功率LED应用中吸引行业关注，具有较大提升空间。随着倒装芯片良率的提升及产能规模的扩大，其价格优势将体现更加明显。今天，CSP已经不只停留在研发室内，已经在某些应用中大批量生产，并显示出其优势与价值。目前，大多数倒装LED芯片的CSP技术一般要经过倒装绑定、喷涂荧光粉、模制透镜、切割、测试分选五个制作步骤。

上述现有的CSP技术是直接在LED芯片的发光面涂抹荧光粉，不但工艺复杂，而且荧光粉层容易出现厚度不均匀，形状不规则的情况，将导致LED芯片的出射光斑不均匀，极大的影响LED芯片的产品性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种LED芯片及其封装方法，以提高LED芯片的产品性能。

第一方面，本发明实施例提供了一种LED芯片，该芯片包括：

LED芯片单元，包括至少一个发光面；

半透明封装结构，一侧开口形成有容纳空间，所述LED芯片单元设置在所述容纳空间内，所述半透明封装结构中含有荧光粉，所述至少一个发光面的至少部分出射光线透过所述半导体封装结构发出。

可选地，所有发光面的出射光均透过所述半导体封装结构发出。

可选地，所述LED芯片单元包括衬底，以及形成在所述衬底上的发光结构；

所述发光面为所述衬底的背面和侧面。

可选地，在所述半透明封装结构与所述LED芯片单元的所述发光面之间设置一层透明的有机胶体材料。

可选地，所述半透明封装结构为一体成型结构。

可选地，所述半透明封装结构是含有荧光粉的玻璃或含有荧光粉的胶体薄膜。

可选地，所述半透明封装结构在背离所述容纳空间的底面上有多个周期性凹凸图案。

可选地，所述周期性凹凸图案为锥形和/或半圆形。

第二方面，本发明实施例提供了一种LED芯片的封装方法，该方法包括：

将多个LED芯片单元放置到具有一侧开口形成多个容纳空间的半透明封装结构内，所述半透明封装结构中含有荧光粉，所述至少一个发光面的至少部分出射光线透过所述半导体封装结构发出；

对所述半透明封装结构进行切割，形成单个分立的LED芯片。

可选地，所述将多个LED芯片单元放置到具有一侧开口形成多个容纳空间的半透明封装结构内之前还包括：

在所述半透明封装结构的容纳空间表面涂一层透明的有机胶体材料；

所述对所述半透明封装结构进行切割，形成单个分立的LED芯片之前还包括：

对所述半透明封装结构进行烘烤以固化所述有机胶体材料。

本发明实施例提供了一种LED芯片及其封装方法，通过把LED芯片单元设置在半透明封装结构的容纳空间内，半透明封装结构中含有荧光粉，至少一个发光面的至少部分出射光线透过半导体封装结构发出。整个工艺过程简单，成本少并且发光器件发光面多，工艺方法简单，电学性能稳定。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本发明或现有技术的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其他特征和优点，附图中：

图1为本发明实施例一提供的一种LED芯片剖面图；

图2为本发明实施例一提供的一种LED芯片单元剖面图；

图3为本发明实施例一提供的一种LED芯片剖面图；

图4为本发明实施例一提供的一种LED芯片剖面图；

图5为本发明实施例一提供的一种LED芯片剖面图；

图6为本发明实施例二提供的一种LED芯片制备方法流程图；

图7a-图7b为本发明实施例二提供的一种LED芯片制备方法各步骤对应的剖面图；

图8为本发明实施例二提供的一种LED芯片制备方法流程图；

图9a-图9o为本发明实施例二提供的一种LED芯片制备方法各步骤对应的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例一提供的一种LED芯片剖面图。图2为本发明实施例一提供的一种LED芯片单元剖面图。图3为本发明实施例一提供的一种LED芯片剖面图。图4为本发明实施例一提供的一种LED芯片剖面图。图5为本发明实施例一提供的一种LED芯片剖面图。

参见图1，本发明提供了一种LED芯片，该芯片包括：LED芯片单元10，包括至少一个发光面。半透明封装结构20，一侧开口形成有容纳空间30，LED芯片单元10设置在容纳空间30内，图中虚线框内区域，半透明封装结构20中含有荧光粉，所述至少一个发光面的至少部分出射光线透过半导体封装结构20发出。

本发明实施例提供了一种LED芯片，通过把LED芯片单元设置在半透明封装结构的容纳空间内，半透明封装结构中含有荧光粉，至少一个发光面的至少部分出射光线透过半导体封装结构发出。整个工艺过程简单，成本少并且发光器件发光面多，电学性能稳定。本发明实施例通过用含有荧光粉的半透明封装结构让LED芯片发光，其中发光面为大于等于一个，增加了出射光的机会，提高了发光效率。

可选地，在上述技术方案中，所有发光面的出射光均透过半导体封装结构20发出。

可选地，参见图2，在上述技术方案中，LED芯片单元10包括衬底110，以及形成在衬底110上的发光结构。发光面为所述衬底110的背面1100和LED芯片单元的4个侧面1101，即有5个发光面，大大提高了LED芯片单元10的发光效率。

示例性地，参照图2，在上述技术方案中，LED芯片单元10包括衬底110，在衬底110的发光结构为：N型的III族氮化物半导体层111，位于衬底110的上方。在N型III族氮化物半导体层111的上方为一层多量子阱有源层112。在多量子阱有源层112的上方为P型III族氮化物半导体层113。在P型III族氮化物半导体层113的上方为与P型III族氮化物半导体层113直接相连的第一电极层114。在第一电极层114表面有到达N型的III族氮化物半导体层111的第一凹槽115。在第一电极层114表面及第一凹槽115的表面为绝缘层116。绝缘层116表面有到达所述第一电极层114的第二凹槽117。在绝缘层116表面以及第二凹槽117内为第二电极层118，第二电极层118与第一电极层114电连接。在绝缘层116表面和第一凹槽115内为第三电极层119，第三电极层119与N型的III族氮化物半导体层111电连接，第二电极层118与第三电极层119不连接。其中，绝缘层116是具有低吸光率、高光学反射性的多层介质膜层，例如可以为二氧化硅、氮化硅、氧化铝和氧化镓等，但是不局限于上述材料。其具有高反射率的多周期布拉格结构，比如多周期的二氧化硅/二氧化钛介质薄膜。减少了LED芯片单元发出的光透出，增加了外量子效率。薄膜层第一电极层114为金属氧化物透明导电层和高光学反射性金属层中的一种。金属膜层例如可以采用Ag、Au、Al、Pt以及Rh等。金属氧化物透明导电层的材料可以是包括但不局限于以下材料：氧化铟锡、掺镓的氧化锌、掺铝的氧化锌以及石墨烯等具有高透光率、高导电性的材料。第一电极层114和P型III族氮化物半导体层113之间形成了良好的欧姆接触。

可选地，参见图3，在半透明封装结构20与LED芯片单元的发光面之间设置一层透明的有机胶体材料40。示例性地，透明有机胶体材料可以是环氧树脂等有机材料。

可选地，参见图4，所述半透明封装结构20为一体成型结构。其中，一体成型结构是指该半透明结构在制作的过程中不是通过拼接、粘合多部分该物质而完成的。一体成型结构保证足够荧光粉的均匀性，以保障光斑的均匀性。

可选地，半透明封装结构20是含有荧光粉的玻璃或含有荧光粉的胶体薄膜。因为有荧光粉，所以发光二极管发出来的光通过发光面后，一部分激发荧光粉发出对应颜色的光，荧光粉发出来的光可以和二极管发出的光耦合在一起，得到想要的光斑。

可选地，在上述技术方案中，半透明封装结构20在背离所述容纳空间的底面上有多个周期性凹凸图案。需要说明的是图案的形状不限。

可选地，所述周期性凹凸图案为锥形和/或半圆形。

参见图3和图4，所述周期性凹凸图案为锥形200。参见图5，周期性凹凸图案为半圆形201。周期性凹凸图案还可以同时包括锥形和半圆形。这样的周期性凹凸图案是为了增加发光率。

实施例二

图6为本发明实施例二提供的一种LED芯片制备方法流程图。图7a-图7b为本发明实施例二提供的一种LED芯片制备方法各步骤对应的剖面图。图8为本发明实施例二提供的一种LED芯片制备方法流程图。图9a-图9o为本发明实施例二提供的一种LED芯片制备方法各步骤对应的剖面图。

在上述实施例一的基础上，本发明实施例二提供了一种LED芯片的封装方法，需要说明的是，上述实施例涉及到的LED芯片是可以通过本实施例中提供的LED芯片封装方法完成的。参见图6，该方法步骤如下：

步骤110、将多个LED芯片单元放置到具有一侧开口形成多个容纳空间的半透明封装结构内，半透明封装结构中含有荧光粉，至少一个发光面的至少部分出射光线透过半导体封装结构发出。

参见图7a，将多个LED芯片单元10放置到具有一侧开口形成多个容纳空间30的半透明封装结构20内，半透明封装结构20中含有荧光粉，至少一个发光面的至少部分出射光线透过所述半导体封装结构发出。即LED芯片单元发出的光通过半透明封装结构20作为发光面。需要说明的是，随着透明程度增高，出射的LED芯片单元的光的比例在提高。对于同一块半透明封装结构20来说，透明程度越高，荧光粉的含量相对减少。荧光粉的加入应该有一个优选的含量范围，一方面，足够比例的光透射出来，增加外量子效率。另一方面，LED芯片单元的光照射到荧光粉上激发出荧光粉发出光，这两种光可以耦合在一起，形成想要的光斑。

步骤120、对半透明封装结构进行切割，形成单个分立的LED芯片。

参见图7b，对半透明封装结构20进行纵向切割，形成了单个分立的LED芯片。

本发明实施例提供了一种LED芯片封装方法，通过把LED芯片单元设置在半透明封装结构的容纳空间内，半透明封装结构中含有荧光粉，至少一个发光面的至少部分出射光线透过半导体封装结构发出。整个工艺过程简单，成本少并且发光器件发光面多，工艺方法简单，电学性能稳定。

示例性地，参见图8上述实施例一中提到的LED芯片单元10的制备方法如下：

步骤210、提供衬底。

参见图9a，衬底110例如可以是蓝宝石衬底，碳化硅衬底或者是其它绝缘透明衬底。

步骤211、在衬底上方形成N型的III族氮化物半导体层。

步骤212、在N型半导体层的上方形成一层多量子阱有源层。

步骤213、在多量子阱有源层的上方形成P型的III族氮化物半导体层。

参见图9b～图9d，在衬底110的上方依次形成N型III族氮化物半导体层111、多量子阱有源层112以及P型III族氮化物半导体层113。

步骤214、在P型的III族氮化物半导体层的上方形成与P型III族氮化物半导体层直接相连的第一电极层。

参照图9e，在P型III族氮化物半导体层113的上方形成与P型III族氮化物半导体层113直接相连的第一电极层114。示例性地，薄膜第一电极层114可以包含有金属氧化物透明导电层和高光学反射性金属层中的一种。

步骤215、在第一电极层表面进行沟槽刻蚀，以形成到达N型的III族氮化物半导体层的第一凹槽。

参见图9f，在第一电极层114表面进行沟槽刻蚀，以形成到达N型的III族氮化物半导体层的第一凹槽115。刻蚀方法例如可以是干法刻蚀也可以是湿法刻蚀。

步骤216、在第一电极层表面及第一凹槽的表面形成绝缘层。

参见图9g，在第一电极层114的表面以及第一凹槽115的表面形成绝缘层116。绝缘层116示例性地，可以为SiO₂、SiN等绝缘材料。制备方法例如可以是氧化或者淀积工艺。

步骤217、刻蚀第一凹槽底部表面的绝缘层，露出N型的III族氮化物半导体层。对绝缘层进行沟槽刻蚀，形成到达第一电极层的第二凹槽。

参见图9h，刻蚀第一凹槽115表面底部表面的绝缘层116，露出N型III族氮化物半导体层111。同时还要形成绝缘层116表面的第二凹槽117，第二凹槽117的深度延伸到第一电极层114。

步骤218、在绝缘层表面以及第二凹槽内形成第二电极层，第二电极层与第一电极层电连接；在绝缘层表面和第二凹槽内形成第三电极层，第三电极层与N型的III族氮化物半导体层电连接，第二电极层与所述第三电极层不连接。

参见图9i，在绝缘层116表面以及第二凹槽117内形成第二电极层118。第三电极119与N型III族氮化物半导体层111直接接触。有另一部分是延伸到绝缘层116的上方。示例性地，第二电极层118和第三电极119可以采用Au、Al、Cu、Ag、Fe、Ti、Cr、Pt、Ni中的一种或者多种制成。工艺方法例如可以是磁控溅射工艺。

需要说明的是，上述步骤是为了便于说明，以单个分立的LED芯片为例介绍的封装方法。但是其实在生产的过程中，整个晶圆片上有重复的LED芯片单元区域，因此需要将其分割成多个分立的LED芯片单元，分立的LED芯片单元包含有第二电极层118和第三电极层119以及第二电极层118和第三电极层119垂直方向的所有材料。并且整个晶圆片分割成单个LED芯片单元后，要对其进行分选，把光电参数相近的芯片集中在一起。

步骤219、通过将一定剂量的荧光粉和半透明物质混合得到半透明封装结构。

示例性地，参见图9j，半透明封装结构20的表面有多个正方周期性排列分布的方向凹坑即容纳空间30。其中方形凹坑的长、宽的尺寸比LED芯片单元的长、宽的尺寸略大，凹坑的高的尺寸比LED芯片单元的高度略小。凹坑之间的最小间距是凹坑下表面(背离凹坑一侧)材料厚度的两倍左右。

步骤220、将分立的发光芯片的衬底的背面放置在所述半透明封装结构的所述容纳空间内。使得衬底的背面和侧面形成一层含有荧光粉的半透明封装结构。沿垂直于分立发光芯片之间的含有荧光粉的半透明封装结构进行切割，形成单个分立的发光器件。

可选地，将多个LED芯片单元放置到具有一侧开口形成多个容纳空间的半透明封装结构内之前还包括：

参见图9k，在半透明封装结构20的容纳空间表面涂一层透明的有机胶体材料40。

对半透明封装结构进行切割，形成单个分立的LED芯片之前还包括：

对半透明封装结构进行烘烤以固化有机胶体材料。需要说明的是，烘箱的温度在100℃～200℃范围内，烘烤的时间为20分钟～60分钟。

示例性地，半透明封装结构20在背离所述容纳空间的底面上有多个周期性凹凸图案。需要说明的是图案的形状不限。

参见图9l所述周期性凹凸图案可以为锥形200。参见图9m，所述周期性凹凸图案可以为半圆形201。周期性凹凸图案还可以同时包括锥形和半圆形。这样的周期性凹凸图案是为了增加发光率。图9n为切割后对应的分立的LED芯片，其周期性凹凸图案可以为锥形。图9o为切割后对应的分立的LED芯片，其周期性凹凸图案可以为半圆形。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种LED芯片，其特征在于，包括：

LED芯片单元，包括至少一个发光面；

半透明封装结构，一侧开口形成有容纳空间，所述LED芯片单元设置在所述容纳空间内，所述半透明封装结构中含有荧光粉，所述至少一个发光面的至少部分出射光线透过所述半导体封装结构发出。

2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，

所有所述发光面的出射光均透过所述半导体封装结构发出。

3.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，

所述LED芯片单元包括衬底，以及形成在所述衬底上的发光结构；

所述发光面为所述衬底的背面和侧面。

4.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，包括：

在所述半透明封装结构与所述LED芯片单元的所述发光面之间设置一层透明的有机胶体材料。

5.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，包括：

所述半透明封装结构为一体成型结构。

6.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，包括：

所述半透明封装结构是含有荧光粉的玻璃或含有荧光粉的胶体薄膜。

7.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述半透明封装结构在背离所述容纳空间的底面上有多个周期性凹凸图案。

8.根据权利要求7所述的LED芯片，其特征在于，包括：

所述周期性凹凸图案为锥形和/或半圆形。

9.一种LED芯片的封装方法，其特征在于，包括：

将多个LED芯片单元放置到具有一侧开口形成多个容纳空间的半透明封装结构内，所述半透明封装结构中含有荧光粉，所述至少一个发光面的至少部分出射光线透过所述半导体封装结构发出；

对所述半透明封装结构进行切割，形成单个分立的LED芯片。

10.根据权利要求9所述的LED芯片的封装方法，其特征在于，所述将多个LED芯片单元放置到具有一侧开口形成多个容纳空间的半透明封装结构内之前还包括：

在所述半透明封装结构的容纳空间表面涂一层透明的有机胶体材料；

所述对所述半透明封装结构进行切割，形成单个分立的LED芯片之前还包括：

对所述半透明封装结构进行烘烤以固化所述有机胶体材料。