专利名称：高亮度、高可靠性的蓝宝石衬底基发光二极管的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种发光二极管，主要涉及芯片背面金属反光层以及良好导热封装结构。
背景技术：
发光二极管(LED)的品质主要有两方面一是它的亮度；二是它的可靠性。LED的亮度决定因素包括1)芯片的内部载流子的辐射复合效率(亦即器件的内量子效率)；2)芯片内光子逸出到器件外部自由空间的效率(亦即取光效率)。二者的乘积体现的是LED出光的效率，亦即外量子效率。当前先进的LED技术已经可以实现近50％的外量子效率(参考M.R.Krames等人，Appl.Phys.Lett.75，2365(1999))。另一方面，LED的品质很大程度上取决于其在实际应用中的可靠性和稳定性。通常令人关注的可靠性能包括1)亮度的衰减比例；2)死灯的几率等等。这些特性与器件的封装工艺关系非常密切。现有通行的LED封装工艺主要包括三个步骤1)将LED芯片通过固晶材料固定在金属支架上；2)将LED芯片的电极通过打引线的方式与金属支架联通；3)用透明的环氧树脂将LED芯片覆盖保护住，同时做出利于取光的透镜(参考J.A.Silva，等人的Light emitting diode assembly，美国专利号4,358,708)。LED的光衰很大程度上是由于覆盖在芯片外的环氧树脂老化造成的，而老化的速度又取决于芯片内部的温度。如果芯片在工作的时候散热不良，温度将升高，这将导致环氧树脂老化加重，从而造成更大的LED光衰。关于LED的死灯现象，经常发现起因与封装材料和半导体芯片材料之间的较大热膨胀系数差异有关。如果芯片散热条件较差，芯片在点亮和不点亮两种情况下的温差较大，温度的变化使得膨胀系数差异大的两种材料间产生引力，该引力往往造成引线断开，器件断路，从而导致死灯。
以蓝宝石为衬底的LED，主要是蓝光、绿光以及加荧光粉后的白光LED，的封装固晶材料通常有两种选择，一是采用透明的绝缘胶，二是采用银胶或焊料。前者可以提供更高的取光效率，因为往透明蓝宝石衬底方向传播的光在到达芯片背面后可以进一步通过透明的绝缘胶，然后在金属支架上反射回来。相反，如果采用银胶或焊料作为固晶材料，相当部分的光将被吸收，从而显著减小了芯片的亮度。但是，另一方面，相对于银胶或焊料固晶的方案，采用透明绝缘胶固晶的LED又存在散热差的问题。而这往往导致该类封装方式的LED可靠性不是很理想。
发明内容
本实用新型旨在克服上述提到的问题，提供一种散热性优良，同时出光效率有较高的LED芯片。
本实用新型的高亮度、高可靠性的蓝宝石衬底基发光二极管，所述发光二极管包括芯片、支架和外壳，所述芯片包括蓝宝石衬底，其特征在于，所述芯片进一步包括反光金属层，设置于所述蓝宝石衬底背面；固晶层，设置于所述芯片与所述支架之间。
本实用新型的关键是在LED芯片蓝宝石衬底背面沉积用于反光的金属层，同时配合使用具有良好导热特性的固晶材料，使得本实用新型的LED不仅出光效率较高，而且器件可靠性也有显著改善。金属反光层使得向背面传播的光绝大部分反射回上表面并取出。而其下的银胶或焊料又起到良好的导热作用，使得器件在工作的时候温升得到控制，这可以显著改善器件的可靠性以及老化特性。
下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本实用新型的详细描述中，本实用新型的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
图1是完成芯片电极制作的GaN基LED的剖面示意图；图2所示的是完成LED圆片蓝宝石衬底减薄，然后背面蒸发金属反光层的芯片剖面示意图；图3是本实用新型采用导热率优良的固晶材料封装的带有背面金属反光层的LED剖面示意图。
具体实施方式
下面参照图1至图3就本实用新型在GaN基的LED的实施形态作具体说明。
首先如图1所示，在蓝宝石衬底1上外延生长III-族氮化物半导体多层薄膜LED芯片结构，包括n型GaN层2；发光层4；以及p型GaN层5。然后通过光刻掩膜、离子刻蚀方法刻蚀部分外延层区域直至露出n型GaN层2以便引出n电极3。接着，在p电极上沉积半透明Ni/Au金属层作接触电极6。最后，在p电极上通过光刻掩膜、物理沉积的方法制作用于p电极压焊点7。
在完成芯片上表面两个电极制作后，将圆片的蓝宝石衬底1的背面减薄至80~100微米厚，然后通过光刻掩膜、物理沉积金属层、剥离的方法制作背面金属反光层8，如图2所示。将LED芯片圆片衬底1减薄到80~100微米主要是为了提高分割芯片的成品率。在完成圆片衬底1背面金属反光层制作后，利用激光划片及机械裂片的方式将芯片分割成单立的芯片。
最后，在LED芯片封装的过程中采用银胶或焊料等固晶材料8将上述结构的芯片固定在金属支架9上，如图3所示。固晶材料8如果采用的是焊料，需要设备能对支架加热和冷却，以便焊料先能熔化，然后固化，实现支架9与芯片间的粘接。如果采用银胶，则工艺相对简单，不需要加热支架。在完成固晶后，打引线11和12，使得芯片与支架9引脚连通。最后用透明的环氧树脂将芯片封住，同时利用模具将树脂做成利于出光的透镜形状。至此，具有良好出光效率同时可靠性优良的LED制作过程完成。这里的反光金属层材料包括铝、镍、银、钯。
虽然已经通过上述的例子描述了本实用新型的实施形态，但是它只是说明性的。事实上，在不违背本实用新型原理的条件下，还可以对其进行各种形式的修改。此外，本实用新型的范围由所附权利要求书限定。
权利要求1.高亮度、高可靠性的蓝宝石衬底基发光二极管，所述发光二极管包括芯片、支架和外壳，所述芯片包括蓝宝石衬底，其特征在于，所述芯片进一步包括反光金属层，设置于所述蓝宝石衬底背面；固晶层，设置于所述芯片与所述支架之间。
2.根据权利要求1所述的高亮度、高可靠性的蓝宝石衬底基发光二极管，其特征在于，所述芯片进一步包括若干划片槽，设置在所述衬底背面的所述反光金属层上。
3.根据权利要求1或2所述的高亮度、高可靠性的蓝宝石衬底基发光二极管，其特征在于，所述固晶层包括银胶。
4.根据权利要求3所述的高亮度、高可靠性的蓝宝石衬底基发光二极管，其特征在于，所述固晶层包括焊料。
5.根据权利要求4所述的高亮度、高可靠性的蓝宝石衬底基发光二极管，其特征在于，所述反光金属层材料包括铝、镍、银、钯。
专利摘要本实用新型公开了高亮度、高可靠性的蓝宝石衬底基发光二极管，所述发光二极管包括芯片、支架和外壳，所述芯片包括蓝宝石衬底，其特征在于，所述芯片进一步包括反光金属层，设置于所述蓝宝石衬底背面；固晶层，设置于所述芯片与所述支架之间。本实用新型的关键是在LED芯片蓝宝石衬底背面沉积用于反光的金属层，同时配合使用具有良好导热特性的固晶材料，使得本实用新型的LED不仅出光效率较高，而且器件可靠性也有显著改善。金属反光层使得向背面传播的光绝大部分反射回上表面并取出。而其下的银胶或焊料又起到良好的导热作用，使得器件在工作的时候温升得到控制，这可以显著改善器件的可靠性以及老化特性。
文档编号H01L23/373GK2922135SQ20062004094
公开日2007年7月11日 申请日期2006年4月11日 优先权日2006年4月11日
发明者江忠永, 刘榕, 田洪涛, 兰叶, 张建宝 申请人:杭州士兰明芯科技有限公司