具有通過(guò)焊膏粘結(jié)的發(fā)光二極管的發(fā)光二極管模塊以及發(fā)光二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管和一種發(fā)光二極管模塊，更特別地，涉及一種發(fā)光二 極管模塊，該發(fā)光二極管模塊包括通過(guò)焊膏粘結(jié)到諸如印刷電路板等的基板上的發(fā)光二極 管。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著氮化鎵（GaN)基發(fā)光二極管（LED)的發(fā)展，GaN基LED被用在了包括天然彩 色LED顯示器件、LED交通標(biāo)識(shí)牌、白色LED等在內(nèi)的各種應(yīng)用范圍中。
[0003] 通常，GaN基LED是通過(guò)在基板（例如藍(lán)寶石基板）上生長(zhǎng)外延層來(lái)形成的，并且 包括N型半導(dǎo)體層、P型半導(dǎo)體層和置于其間的有源層。N-電極焊盤(pán)形成在N型半導(dǎo)體層 上，而P-電極焊盤(pán)形成在P型半導(dǎo)體層上。發(fā)光二極管通過(guò)電極焊盤(pán)而電連接到外部電源。 在運(yùn)行時(shí)，電流通過(guò)半導(dǎo)體層從P-電極焊盤(pán)流至N-電極焊盤(pán)。
[0004] 另一方面，使用倒裝芯片型發(fā)光二極管，以防止由P-電極焊盤(pán)引起的光損失并同 時(shí)改善散熱效率，已經(jīng)提出了有助于大型倒裝芯片型發(fā)光二極管中的電流散布的各種電極 結(jié)構(gòu)（見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利第6486499號(hào)）。例如，反射電極形成在P型半導(dǎo)體層上，并且在通過(guò)蝕 刻P型半導(dǎo)體層和有源層而形成的N型半導(dǎo)體層的暴露區(qū)域上，形成用于電流散布的延伸。
[0005] 形成在P型半導(dǎo)體層上的反射電極反射在有源層中產(chǎn)生的光，從而改善光提取效 率，同時(shí)有助于P型半導(dǎo)體層中的電流散布。另一方面，連接至N型半導(dǎo)體層的延伸有助于 N型半導(dǎo)體層中的電流散布，以允許在較大的有效面積上一致發(fā)光。特別地，具有約1_2或 以上的較大面積的適用于大功率的發(fā)光二極管不僅需要在P型半導(dǎo)體層中的、也需要在N 型半導(dǎo)體層中的電流散布。
[0006] 然而，傳統(tǒng)技術(shù)采用了具有高阻抗的線(xiàn)性延伸，因此在電流散布上受到了限制。此 外，由于反射電極被約束放置于P型半導(dǎo)體層上，大量的光不被反射電極反射，而是被吸 收到焊盤(pán)和延伸中，進(jìn)而引起顯著的光損失。
[0007] 另一方面，在最終產(chǎn)品中，發(fā)光二極管是以L(fǎng)ED模塊的形式提供的。一般而言，LED 模塊包括印刷電路板和安裝于印刷電路板上的LED封裝，其中，發(fā)光二極管以芯片形式被 安裝在LED封裝內(nèi)。傳統(tǒng)的LED芯片通過(guò)銀膏或金錫焊料被安裝于次基臺(tái)、引線(xiàn)框架或引 線(xiàn)電極上并且被封裝來(lái)形成LED封裝，其隨之通過(guò)焊膏被安裝于印刷電路板上。因此，LED 芯片上的焊盤(pán)被放置為遠(yuǎn)離焊膏，并且通過(guò)相對(duì)穩(wěn)定的粘結(jié)材料（如銀膏或金錫焊料）粘 結(jié)。
[0008] 近來(lái)，已經(jīng)研究開(kāi)發(fā)通過(guò)將發(fā)光二極管的焊盤(pán)通過(guò)焊膏直接粘結(jié)在印刷電路板上 來(lái)制造LED模塊的技術(shù)。例如，通過(guò)將LED芯片直接安裝在PCB上而不是對(duì)LED芯片進(jìn)行 封裝，或者通過(guò)制造所謂的晶圓級(jí)LED封裝并接著將該LED封裝安裝在印刷電路板上，來(lái)制 造LED模塊。由于在這些LED模塊中焊盤(pán)與焊膏直接鄰接，諸如焊膏中的錫等的金屬元素 會(huì)通過(guò)焊盤(pán)擴(kuò)散到發(fā)光二極管中，會(huì)在發(fā)光二極管中造成短路，由此造成器件故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]【技術(shù)問(wèn)題】
[0010] 本發(fā)明的實(shí)施例提供一種包括通過(guò)焊膏粘結(jié)到基板上的發(fā)光二極管的LED模塊。
[0011] 本發(fā)明的實(shí)施例提供一種能夠防止焊膏的金屬元素?cái)U(kuò)散的發(fā)光二極管以及一種 包括該發(fā)光二極管的LED模塊。
[0012] 本發(fā)明的實(shí)施例提供一種具有改善的電流散布性能的發(fā)光二極管。
[0013]本發(fā)明的實(shí)施例提供一種能夠通過(guò)改善反射率來(lái)改善光提取效率的發(fā)光二極管。
[0014]本發(fā)明的實(shí)施例提供一種在改善電流散布性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)制造工藝的簡(jiǎn)化的發(fā) 光二極管、包括其的LED模塊及其制造方法。
[0015]【技術(shù)方案】
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種發(fā)光二極管包括：第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；多個(gè)臺(tái)面， 置于第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上，且每個(gè)臺(tái)面包括有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；第一電極焊 盤(pán)，電連接到第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；以及第二電極焊盤(pán)，電連接到每個(gè)臺(tái)面的第二導(dǎo)電型 半導(dǎo)體層。第一電極焊盤(pán)和第二電極焊盤(pán)中的每一個(gè)包括焊料阻擋層和氧化阻擋層。
[0017] -種LED模塊包括：印刷電路板；以及粘結(jié)到印刷電路板的發(fā)光二極管。此處，該 發(fā)光二極管的第一電極焊盤(pán)和第二電極焊盤(pán)通過(guò)焊膏分別粘結(jié)到對(duì)應(yīng)的焊盤(pán)。焊膏與常規(guī) 金錫焊料不同，由金屬合金和有機(jī)材料的混合物組成，且通過(guò)熱處理被固化，以起到粘結(jié)作 用。因此，焊膏中的諸如錫等的金屬元素不會(huì)像典型金錫焊料中的金屬元素那樣易于擴(kuò)散。
[0018] 由于第一電極焊盤(pán)和第二電極焊盤(pán)中的每一個(gè)都包括焊料阻擋層，因此可以防止 焊膏中諸如錫等的金屬元素?cái)U(kuò)散至發(fā)光二極管中。
[0019] 該發(fā)光二極管還可包括：反射電極結(jié)構(gòu)，這些反射電極結(jié)構(gòu)分別置于臺(tái)面上；以 及電流散布層，覆蓋多個(gè)臺(tái)面和第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，包括分別置于臺(tái)面的上部區(qū)域中同 時(shí)暴露反射電極結(jié)構(gòu)的多個(gè)開(kāi)口，其中，電流散布層與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層形成歐姆接觸 并且與多個(gè)臺(tái)面絕緣。此處，第一電極焊盤(pán)電連接到電流散布層，第二電極焊盤(pán)電連接到反 射電極結(jié)構(gòu)。
[0020] 由于電流散布層覆蓋多個(gè)臺(tái)面和第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，因此發(fā)光二極管具有改善 的電流散布性能。
[0021] 反射電極結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)可包括反射金屬部分、澆灌金屬部分和防氧化金屬部 分。此外，反射金屬部分可具有傾斜的側(cè)表面，使得反射金屬部分的上表面具有比其下表面 小的面積，并且澆灌金屬部分可以覆蓋反射金屬部分的上表面和側(cè)表面。另外，防氧化金屬 部分覆蓋澆灌金屬部分?？稍诜瓷浣饘俨糠峙c澆灌金屬部分之間的界面處形成應(yīng)力消除 層。應(yīng)力消除層消除由于不同金屬層之間的熱膨脹系數(shù)的差異而產(chǎn)生的應(yīng)力。
[0022] 另外，多個(gè)臺(tái)面可具有在一個(gè)方向上延伸的細(xì)長(zhǎng)形狀，并且可相互平行，并且電流 散布層的開(kāi)口可被置為偏向多個(gè)臺(tái)面的同一端。
[0023]在一些實(shí)施例中，電流散布層包括反射金屬。此外，電流散布層可具有65%至 75 %的反射率。利用這種結(jié)構(gòu)，除了通過(guò)反射電極提供光反射之外，還能夠通過(guò)電流散布層 提供光反射，從而能夠反射經(jīng)過(guò)多個(gè)臺(tái)面的側(cè)壁和第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的光。
[0024] 該發(fā)光二極管還可包括上絕緣層，該上絕緣層覆蓋電流散布層的至少一部分，并 且包括暴露反射電極結(jié)構(gòu)的開(kāi)口，其中，第二電極焊盤(pán)置于上絕緣層上且電連接到通過(guò)上 絕緣層的開(kāi)口而暴露的反射電極結(jié)構(gòu)。
[0025] 該發(fā)光二極管還可包括置于反射電極結(jié)構(gòu)與第二電極焊盤(pán)之間的防擴(kuò)散增強(qiáng)層。 防擴(kuò)散增強(qiáng)層能夠防止通過(guò)第二電極焊盤(pán)擴(kuò)散的金屬元素進(jìn)入發(fā)光二極管。防擴(kuò)散增強(qiáng)層 可由與電流散布層的材料相同的材料形成。
[0026] 該發(fā)光二極管還可包括下絕緣層，該下絕緣層置于多個(gè)臺(tái)面與電流散布層之間， 且使電流散布層與多個(gè)臺(tái)面絕緣。下絕緣層可包括開(kāi)口，這些開(kāi)口分別置于臺(tái)面的上部區(qū) 域中，且暴露反射電極結(jié)構(gòu)。
[0027] 此外，電流散布層的開(kāi)口可以具有比下絕緣層的開(kāi)口寬的寬度，從而允許從其暴 露下絕緣層的所有開(kāi)口。
[0028] 在一些實(shí)施例中，該發(fā)光二極管還可包括上絕緣層，該上絕緣層覆蓋電流散布層 的至少一部分，且包括暴露反射電極結(jié)構(gòu)的開(kāi)口，其中，上絕緣層可以覆蓋電流散布層的開(kāi) 口的側(cè)壁。
[0029] 下絕緣層可包括氧化硅層，上絕緣層可包括氮化硅層。由氮化硅層形成的上絕緣 層可以防止焊膏的金屬元素從其擴(kuò)散。
[0030] 該發(fā)光二極管還可包括基板和覆蓋基板的下表面的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器?；蹇梢允怯糜?生長(zhǎng)半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)基板。此外，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器可覆蓋基板的下表面和側(cè)表面。
[0031] 焊料阻擋層可包括由選自鉻、鈦、鎳、鉬、鎢鈦和鎢中的至少一種形成的金屬層，并 且氧化阻擋層可包括金、銀或有機(jī)材料層。
[0032] 在一些實(shí)施例中，焊膏可以覆蓋第一電極焊盤(pán)和第二電極焊盤(pán)中的每一個(gè)的側(cè)表 面的至少一部分。
[0033] 焊膏可接觸與第一電極焊盤(pán)和第二電極焊盤(pán)相鄰的發(fā)光二極管的下表面。發(fā)光二 極管還可包括置于其下表面上的上絕緣層，并且焊膏可以接觸上絕緣層。此外，焊膏可以部 分地覆蓋發(fā)光二極管的側(cè)表面。
[0034] 焊膏可以包含錫和其它金屬。在一個(gè)實(shí)施例中，基于焊膏的總重量，錫的存在量可 為50wt%或更多。在另一個(gè)實(shí)施例中，基于焊膏的總重量，錫的存在量可為60wt%或更多， 例如90wt%或更多。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種發(fā)光二極管包括：第一導(dǎo)電