本發(fā)明屬于光電子器件技術(shù)領域,具體涉及一種基于倒裝封裝的led芯片結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

發(fā)光二極管(lightemittingdiode，簡稱led)是一種能將電能轉(zhuǎn)化成光能的半導體電子元件。這種電子元件具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小、響應時間短等優(yōu)點，已廣泛應用于裝飾、普通照明、背光顯示、汽車照明等日常生活中。目前應用最廣泛的是大功率led，但大功率led的缺陷是，由于led電光轉(zhuǎn)化效率只有15％～25％，大部分電能以熱的形式釋放，所以隨著芯片功率的增加，大功率led的自熱問題越來越嚴重；沉積在led芯片上的熱量不僅會加速芯片老化，減少led的壽命，也會加劇光效衰減，影響其亮度和顏色，同時溫度的升高會使結(jié)電流增大，大的結(jié)電流又會進一步增加熱量的釋放，形成惡性循環(huán)，如果led芯片沒有良好的散熱性能，將會造成led的暫時性失光甚至永久性損毀。

傳統(tǒng)的led芯片一般沉積在藍寶石襯底上，這種結(jié)構(gòu)的芯片所產(chǎn)生的熱量只能通過導熱系數(shù)低的藍寶石襯底散出去，導熱路徑長，熱阻大。另外，位于led頂端的p型電極和引線也會擋住部分光的發(fā)射。于是提出了倒裝芯片結(jié)構(gòu)，如圖1，倒裝芯片封裝是一種無引腳結(jié)構(gòu)，該封裝形式芯片的結(jié)構(gòu)和i/o端方向向下，光直接從藍寶石襯底取出，減少了金屬電極和引線對光線的阻擋吸收，位于芯片底部的金屬電極也能起到反光層的效果，增大led的光發(fā)射率。但這種結(jié)構(gòu)在大電流下，由于俄歇復合的發(fā)生，電流很容易產(chǎn)生電流集邊效應，使led芯片局部發(fā)熱明顯，發(fā)光效率明顯下降，而且，芯片內(nèi)部產(chǎn)生的熱量只能穿過p型氮化物層向下傳導，導熱熱阻比較大，不利于芯片熱量的傳輸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對背景技術(shù)存在的缺陷，提出了一種基于倒裝封裝的led芯片結(jié)構(gòu)，該芯片結(jié)構(gòu)通過在芯片上刻槽，將普通倒裝結(jié)構(gòu)中的n型金屬電極替換成折線長條形n型金屬電極，穿插于芯片內(nèi)部，增大了n型金屬和n型氮化物層的接觸面積，使局部大電流被折線長條形n型金屬電極均勻分散，解決了電流集邊效應的問題，同時芯片內(nèi)部所產(chǎn)生的熱量，可通過芯片內(nèi)部的折線長條形n型金屬電極傳輸?shù)交?，然后將熱量通過散熱器傳遞到外界，增加了散熱途徑，提高了散熱效率，使芯片結(jié)溫比傳統(tǒng)倒裝結(jié)構(gòu)降低了8.2℃。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于倒裝封裝的led芯片結(jié)構(gòu)，包括多個微晶粒單元，相鄰微晶粒單元之間通過填充有高熱導率絕緣陶瓷的導熱通道11進行電氣隔離，每個微晶粒單元包括襯底1，襯底1上依次生長的n型氮化物層2、發(fā)光層(mqw)3、p型氮化物層4、反射層5，p型電極10，n型電極9和鈍化層8，所述各微晶粒單元之間通過基板12上的金屬連線進行串或/和并聯(lián)連接；所述n型電極9由位于基板12之上的長方體結(jié)構(gòu)和貫穿反射層5、p型氮化物層4和發(fā)光層3連接到n型氮化物層2的折線長條形結(jié)構(gòu)組成，所述n型電極9通過鈍化層8與反射層5、p型氮化物層4、發(fā)光層3和p型電極10進行電氣隔離，所述n型電極9與n型氮化物層2連接，p型電極10通過反射層5與p型氮化物層4連接。

進一步地，所述襯底1為藍寶石；所述鈍化層8為二氧化硅等絕緣材料。

進一步地，所述反射層5為金、銀或鋁等金屬，其熱導率高，反射效果好。

進一步地，所述高熱導率絕緣陶瓷為氮化鋁(aln)陶瓷或碳化硅(sic)陶瓷等熱導率高的陶瓷材料。

進一步地，上述基于倒裝封裝的led芯片結(jié)構(gòu)采用低折射率的有機高分子材料和熒光粉的混合物得到的封裝材料進行封裝，所述低折射率的有機高分子材料為環(huán)氧樹脂或硅膠等。

一種基于倒裝封裝的led芯片結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟：

步驟1：在藍寶石襯底上依次沉積n型氮化物層2、發(fā)光層3、p型氮化物層4和反射層5，形成led的初始結(jié)構(gòu)；

步驟2：在步驟1得到的led初始結(jié)構(gòu)上刻蝕至少一個貫穿反射層5、p型氮化物層4、發(fā)光層3和n型氮化物層2的隔離溝道6，形成多個單獨的led芯片，然后在每個led芯片上刻蝕貫穿反射層5、p型氮化物層4和發(fā)光層3連接到n型氮化物層2的折線長條形的n型刻槽7；

步驟3：在步驟2得到的隔離溝道6內(nèi)填充高熱導率絕緣陶瓷，在步驟2得到的n型刻槽7的側(cè)壁及部分反射層上形成鈍化層8；

步驟4：在步驟3處理后的n型刻槽內(nèi)以及鈍化層上沉積金屬，形成n型電極；在步驟3中不含鈍化層的反射層上沉積金屬，形成p型電極；

步驟5：將步驟4得到的結(jié)構(gòu)倒裝在設置有金屬布線的基板12上，使led芯片之間進行串聯(lián)或/和并聯(lián)連接，最后采用封裝材料進行封裝，得到所述基于倒裝封裝的led芯片結(jié)構(gòu)。

進一步地，步驟3所述高熱導率絕緣陶瓷為氮化鋁(aln)陶瓷或碳化硅(sic)陶瓷等熱導率高的陶瓷材料。

進一步地，步驟5所述封裝材料為低折射率的有機高分子材料和熒光粉的混合物，所述低折射率的有機高分子材料為環(huán)氧樹脂或硅膠等。

本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明提供的led芯片結(jié)構(gòu)采用倒裝結(jié)構(gòu)，將電極移至芯片下方，該結(jié)構(gòu)不但有效減小了金屬電極對光的遮擋吸收，而且位于芯片底部的金屬電極有利于增強光線反射，提高光輸出效率。

2、本發(fā)明提供的基于倒裝封裝的led芯片結(jié)構(gòu)中的n型電極由薄長方體結(jié)構(gòu)和貫穿反射層5、p型氮化物層4和發(fā)光層3連接到n型氮化物層2的折線長條形結(jié)構(gòu)組成，該n型電極穿插于芯片內(nèi)部，使led芯片的局部大電流被折線長條形n型電極均勻分散，解決了電流集邊效應的問題，同時被折線長條形分散的電流，在局部發(fā)熱也隨之減少；另外，本申請led芯片產(chǎn)生的熱量，可通過折線形n型金屬電極和隔離溝道內(nèi)的絕緣陶瓷傳輸?shù)酵饨?，增加了散熱途徑，減小了散熱熱阻，有效提高了led芯片的散熱效率，使led芯片結(jié)溫比傳統(tǒng)倒裝結(jié)構(gòu)降低了8.2℃，提高了led芯片的性能和使用壽命。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的傳統(tǒng)倒裝led芯片封裝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明提供的基于倒裝封裝的led芯片結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖3為本發(fā)明提供的基于倒裝封裝的led芯片結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。

圖4為現(xiàn)有的傳統(tǒng)倒裝led芯片的熱仿真結(jié)果。

圖5為本發(fā)明實施例提供的基于倒裝封裝的led芯片結(jié)構(gòu)的熱仿真結(jié)果。

圖6至圖10為本發(fā)明實施例提供的倒裝led芯片的制造過程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。

如圖1所示，為背景技術(shù)中提到的傳統(tǒng)倒裝led芯片封裝結(jié)構(gòu)示意圖，包括藍寶石襯底1、led芯片結(jié)構(gòu)2～4、p型電極10、n型電極9、鈍化層8和基板12。圖4為背景技術(shù)中提到的傳統(tǒng)倒裝led芯片封裝結(jié)構(gòu)的熱仿真圖；其中，仿真條件為：室溫為25℃，單個芯片尺寸為1mm*1mm*0.2mm，芯片個數(shù)為9個，單個芯片熱功率為0.8w，圖4顯示傳統(tǒng)倒裝芯片封裝結(jié)構(gòu)的芯片結(jié)溫為87.4℃。

實施例

一種基于倒裝封裝的led芯片結(jié)構(gòu)，如圖10所示，包括多個微晶粒單元，相鄰微晶粒單元之間通過填充有高熱導率絕緣陶瓷的導熱通道11進行電氣隔離，每個微晶粒單元包括藍寶石襯底1，藍寶石襯底1上依次生長的n型氮化物層2、發(fā)光層(mqw)3、p型氮化物層4、反射層5，p型電極10，n型電極9和鈍化層8，所述各微晶粒單元之間通過基板12上的金屬連線進行串或/和并聯(lián)連接；所述n型電極9由位于基板12之上的薄長方體結(jié)構(gòu)和貫穿反射層5、p型氮化物層4和發(fā)光層3連接到n型氮化物層2的折線長條形結(jié)構(gòu)組成，當俯視所述n型電極時為折線長條形結(jié)構(gòu)，當剖視所述n型電極時為梳狀結(jié)構(gòu)；所述n型電極9通過鈍化層8與反射層5、p型氮化物層4、發(fā)光層3和p型電極10進行電氣隔離，所述n型電極9與n型氮化物層2連接，p型電極10通過反射層5與p型氮化物層4連接。所述高熱導率絕緣陶瓷為氮化鋁(aln)陶瓷或碳化硅(sic)陶瓷等熱導率高的陶瓷材料。

下面以圖2所示的倒裝led芯片結(jié)構(gòu)為例，結(jié)合圖6至圖9，對倒裝led芯片的制造方法進行描述。所述方法包含以下步驟：

步驟1：如圖6，提供一藍寶石襯底1，在所述藍寶石襯底1上利用化學氣相沉積法依次沉積n型氮化物層2、發(fā)光層3、p型氮化物層4和金屬反射層5；其中制作所述反射層5的材料為金、銀、鋁或其他金屬。

步驟2：如圖7，采用等離子刻蝕的方法，在步驟1得到的結(jié)構(gòu)上刻蝕出至少一個隔離溝道6，所述隔離溝道6貫穿金屬反射層5、p型氮化物層4、發(fā)光層3和n型氮化物層2，暴露出藍寶石襯底1的表面，形成多個單獨的led芯片；然后利用光刻技術(shù)在每個led芯片上刻蝕折線長條形的n型刻槽7，折線長條形n型刻槽7位于led器件的中心，該n型刻槽7貫穿反射層5、p型氮化物層4和發(fā)光層3連接到n型氮化物層2。

步驟3：如圖8，利用金屬有機化合物化學氣相沉積法在步驟2得到的n型刻槽7和反射層5表面沉積一層鈍化層，然后再利用刻蝕的方法去除位于n型刻槽7底部和部分反射層5上的鈍化層，形成位于n型刻槽側(cè)壁和部分反射層表面的鈍化層8，所述鈍化層8為二氧化硅或其他絕緣材料；

利用金屬氣相沉積技術(shù)，在n型刻槽內(nèi)和刻槽7之間的鈍化層上沉積金屬，形成n型電極9，在不含鈍化層的反射層上沉積金屬，形成p型電極10，p型電極10通過反射層5與p型氮化物層4連接，形成led的電氣連接；

利用物理氣相沉積技術(shù)，在步驟2得到的隔離溝道6內(nèi)沉積具有高熱導率的絕緣陶瓷形成導熱通道11，以增加芯片的散熱能力；所述高熱導率的絕緣陶瓷為氮化鋁(aln)陶瓷或碳化硅(sic)陶瓷等熱導率高的陶瓷材料。

步驟3處理后得到的結(jié)構(gòu)的俯視圖如圖9所示。

步驟4：如圖10，將上步所得到的led芯片倒裝在基板12上，所述基板12上設置有金屬布線，使led芯片通過基板12上的金屬布線與基板實現(xiàn)焊接并實現(xiàn)led芯片間的串或/和并聯(lián)連接，最后用封裝材料覆蓋以確保其可靠性，即可得到所述基于倒裝封裝的led芯片結(jié)構(gòu)。

圖5為本發(fā)明實施例提供的基于倒裝封裝的led芯片結(jié)構(gòu)的熱仿真結(jié)果；其中，仿真條件為：室溫為25℃，單個芯片尺寸為1mm*1mm*0.2mm，芯片個數(shù)為9個，單個芯片熱功率為0.8w，n型電極厚度為60μm，間距為250μm，材料為鋁，圖5顯示實施例得到的led芯片結(jié)構(gòu)的芯片結(jié)溫為79.2℃，相比背景技術(shù)中傳統(tǒng)散熱結(jié)構(gòu)降低了8.2℃。