一种强粘结性、高可靠性白光led芯片的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种强粘结性、高可靠性白光LED芯片，包括LED芯片本体和荧光转换层，在所述芯片本体与荧光转换层之间设置有一由改性聚氨酯类材料形成的中间层，在所述中间层与所述荧光转换层的结合面形成多个开口宽度小于内部宽度的封闭型凹槽。本发明提供的中间层有效的增加芯片与荧光转换层的粘结力，提高白光芯片的可靠性。另外，由于所述白光芯片对封装胶的粘结性要求不高，增加了胶水的选择范围。
【专利说明】—种强粘结性、高可靠性白光LED芯片
【技术领域】
[0001]本发明属于LED【技术领域】，具体涉及一种强粘结性、高可靠性白光LED芯片。
【背景技术】
[0002]晶圆级封装(Wafer Level Packaging, WLP)即是在晶圆加工过程中完成封装、测试，之后切割成单颗芯片，得到封装好成品。目前WLP已在IC领域成熟应用。相比LED传统封装，WLP具有显著的优点而逐渐成为LED封装的热点技术。
[0003]白光LED芯片是指发白光的LED芯片，通过WLP制得，即在外延片到芯片的制作过程中，给芯片外加荧光转换层，同时保证芯片可与支架载体进行电连接，并可配上一次光学透镜。同现有技术相比，该方法简化了芯片和封装的部分环节，免去了封装阶段的点荧光胶工序，缩短了生产周期同时无需支架，有效的降低了成本。由于WLP过程中荧光转换层的荧光粉分布可控制得很均匀，因而光源的光色均匀性好、落bin率很高。
[0004]然而，由于白光芯片没有支架保护，荧光转换层易遭受外力作用而剥离，芯片很容易受到外界环境的侵蚀，导致白光芯片可靠性很差。这就要求荧光转换层和芯片之间具有非常牢固的结合，因而对封装胶的性能要求较为苛刻。另一方面，芯片材料(如GaN、蓝宝石、SiC等)与现有封装胶的粘接力有限。
[0005]一种手段是，改善现有封装胶的性质或开发新型封装胶来解决粘结性问题。但需要耗费大量的投入，同时周期很长。即便开发出性能符合要求的胶水，其与不同材料的芯片的兼容性有差异，使用范围有限。
[0006]另一种做法就是，增加芯片与荧光转换层之间的接触面积，从而提高粘接性能。为了实现上述目的，很容易想到的就是在芯片衬底层的表面制作成锯齿状咬合槽以增加结合力，如美国专利US20090121241A1，如图1所示，它就是在其芯片衬底层1204上制作了锯齿状咬合槽，这在一定程度上提高了芯片与荧光转换层之间的结合力，并且有效减少芯片内部的全反射、提高出光效率。
[0007] 申请人:通过仔细研究发现，美国专利US20090121241A1的这种做法虽然在一定程度上提高了芯片与荧光转换层之间的结合力，但是按照其方式制作出来的产品芯片与荧光转换层之间的结合力并没有得到很大的提升。 申请人:进一步研究发现，造成上述问题的原因是:由于现有衬底为材料多为蓝宝石衬底，这种材料再通过光刻或化学蚀刻过程中只能形成齿尖向外延伸的锯齿，这些锯齿构成开口大于内部的喇叭状凹槽，这种形状咬合结构的咬合力并不好，开口大于内部就很容易受到冲击力脱落。
【发明内容】
[0008]针对现有白光芯片中芯片与荧光转换层难以牢固结合的情况，本发明的目在于提供一种强粘结性、高可靠性白光LED芯片。
[0009]为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下:
[0010]一种强粘结性、高可靠性白光LED芯片，包括LED芯片本体和荧光转换层，其特征在于:在所述芯片本体与荧光转换层之间设置有一由改性聚氨酯类材料形成的中间层，在所述中间层与所述荧光转换层的结合面形成多个开口宽度小于内部宽度的封闭型凹槽。
[0011]进一步的，所述LED芯片本体包括衬底层、覆盖在所述衬底层上的N层、部分覆盖在所述N层上的发光层、覆盖在所述发光层上的P层、覆盖在所述P层上的第一 P电极、覆盖在所述第一 P电极上的第一反光层、覆盖在第一反光层上的第二P电极、部分覆盖在所述N层上的第一 N电极、覆盖在所述第一 N电极上的第二 N电极、以及隔离N单元和P单元的绝缘层，所述N单元包括N层、第一 N电极和第二 N电极，所述P单元包括发光层、P层、第
一P电极、第一反光层和第二 P电极；所述中间层设置在芯片本体与突光转换层之间，具体是:所述中间层设置在芯片本体的衬底层与荧光转换层之间。
[0012]进一步的，所述中间层的透光率大于80%，所述中间层的折射率大于荧光转换层且小于衬底层的折射率。
[0013]进一步的，所述LED芯片本体包括N层、部分覆盖在所述N层上的发光层、覆盖在所述发光层上的P层、覆盖在所述P层上的第一 P电极、覆盖在所述第一 P电极上的第一反光层、覆盖在第一反光层上的第二 P电极、部分覆盖在所述N层上的第一 N电极、覆盖在所述第一 N电极上的第二 N电极、以及隔离N单元和P单元的绝缘层，所述N单元包括N层、第一 N电极和第二 N电极,所述P单兀包括发光层、P层、第一 P电极、第一反光层和第二P电极；所述中间层设置在芯片本体与荧光转换层之间，具体是:所述中间层设置在芯片本体的N层与突光转换层之间。
[0014]进一步的，在所述中间层与所述荧光转换层之间还设置有一粘接层。
[0015]进一步的，所述封闭型凹槽呈开口宽度小于内部宽度的类W形或者呈上小下大的梯形。
[0016]进一步的，所述LED芯片本体的P层和N层由第三主族元素的氮化物组成。
[0017]进一步的，所述荧光粉转化层由荧光粉和封装胶组成；所述荧光粉由钇铝石榴石、镥铝石榴石、硅酸盐、氮化物中的一种或多种组成；所述封装胶为硅胶、硅树脂或环氧树脂。
[0018]进一步的，所述封闭型凹槽由刻蚀、激光表面蚀纹或纳米压印形成。
[0019]所述荧光转化层与中间层的结合方式为喷涂、模定(molding)、键合中的一种或多种组成。
[0020]本发明突破在芯片与荧光转化层本身的形状和结构上做文章的常规思维，间接在所述芯片本体与荧光转换层之间增加了一中间层，并从众多材料中挑选了改性聚氨酯类材料，该材料具有良好的粘接性能，能够与芯片本体的外延层粘接牢固，而且其具有良好的耐热性可以提高LED的可靠性，最关键的是这种高分子材料可以采用现有的工艺制成开口宽度小于内部宽度的封闭型凹槽，其与荧光转换层的结合面的封闭型凹槽实际上是一种紧密的咬合结构。
[0021]因此，本发明不仅增加了芯片与荧光转化层之间的接触面积，这些封闭型凹槽还能够将荧光转化层牢牢咬住，从而有效的增加了芯片与荧光转换层的粘结力，提高白光芯片的可靠性。另外，由于发明从结构上提高了结合力，那么白光芯片对胶水的粘结性要求不高，就间接增加了胶水的选择范围。
[0022]所以相对于现有技术，本发明的有益效果是:
[0023]1、在芯片与荧光转换层之间设置改性聚氨酯类材料制成的中间层，该中间层上做封闭型凹槽，一方面增加了芯片与荧光转化层之间的接触面积，另一方面这些凹槽能够将荧光转化层牢牢咬住，从而有效的增加了芯片与荧光转换层的粘结力，提高LED白光芯片的可靠性；
[0024] 2、降低了芯片对封装胶粘结性能的要求，增加了封装胶的选择范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是现有芯片与荧光转化层结合面的结构示意图；
[0026]图2为本发明的主体结构示意图；
[0027]图3为本发明实施例1的具体结构示意图；
[0028]图4为本发明实施例2的具体结构示意图；
[0029]图5为本发明实施例3的具体结构示意图；
[0030]图6为本发明实例I和实施例2的封闭型凹槽的结构示意图；
[0031]图7为本发明实施例3的封闭型凹槽的结构示意图。
[0032]图中:
[0033]1204、现有芯片衬底
[0034]1、LED芯片本体
[0035]2、中间层21、结合面
[0036]3、突光转换层
[0037]4、粘接层
[0038]11、衬底层12、N 层
[0039]13、发光层14、P 层
[0040]15、第一 P电极16、第一反光层
[0041]17、第二 P电极18、第一 N电极
[0042]19、第二 N 电极
[0043]110、绝缘层
【具体实施方式】
[0044]为了充分地了解本发明的目的、特征和效果，以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明。
[0045]本如图2所示，本发明公开了一种强粘结性、高可靠性白光LED芯片，包括LED芯片本体I和荧光转换层3，其中LED芯片本体I就是LED发光部分，荧光转换层3就是能够将LED发出的光转化成白光的材料。为了提高芯片本体I与荧光转换层3之间的结合力，在所述芯片本体I与荧光转换层3之间增加了一中间层2，中间层2由改性聚氨酯类材料形成，它可以使其与荧光转换层2的结合面21可以采用现有的工艺制成开口宽度小于内部宽度的封闭型凹槽。如图6和7所示，在所述中间层2与所述荧光转换层3的结合面21形成多个开口宽度小于内部宽度的封闭型凹槽，图中LI为封闭型凹槽的开口宽度，L2为封闭型凹槽的内部宽度，显然L1〈L2，这类封闭型凹槽还能够将荧光转化层牢牢咬住，从而有效的增加了芯片与荧光转换层的粘结力，提高白光芯片的可靠性。
[0046]需要说明的是，本发明包括但不限于图6和7所示形状的封闭型凹槽，还包括其他规则和不规则的封闭型凹槽，只要其开口宽度小于内部宽度，都是本发明的保护范围。
[0047]以下再结合具体实施例详细说明本发明:
[0048]实施例1
[0049]如图3所示，本实施例中的LED芯片本体包括衬底层11、覆盖在所述衬底层上的N层12、部分覆盖在所述N层上的发光层13、覆盖在所述发光层上的P层14、覆盖在所述P层上的第一 P电极15、覆盖在所述第一 P电极上的第一反光层16、覆盖在第一反光层上的第二 P电极17、部分覆盖在所述N层上的第一 N电极18、覆盖在所述第一 N电极上的第二N电极19、以及隔离N单元和P单元的绝缘层110，所述N单元包括N层12、第一 N电极18和第二 N电极19,所述P单兀包括发光层13、P层14、第一 P电极15、第一反光层16和第
二P电极17 ;其中，中间层2设置在芯片本体I的衬底层11与荧光转换层3之间。
[0050]其中，衬底包括蓝宝石、SiC等材料制成。
[0051]其中，两层电极为芯片提供机械支持，在第一 N电极与第二 N电极之间、第一 P电极与第二 P电极之间设置反光层，可以减少非出光面的光损失，所述反光层的材料为金镍
I=1-Wl O
[0052]如图3，为了让芯片本体与荧光转换层之间获得足够强的结合，在芯片本体I的衬底层11与荧光转换层3之间设置了中间层2，中间层2由改性聚氨酯类材料形成，它可以使其与荧光转换层2的结合面21可以采用现有的工艺制成开口宽度小于内部宽度的封闭型凹槽，结合面的形状如图6所示呈开口宽度小于内部宽度的类W形。
[0053]其中，中间层2的材料为改性聚氨酯类，该材料可与外延层粘结牢固，并具有较好的耐热性，非常适合本发明。为了使得其出光较好，其透光率优选大于80%，其折射率优选大于荧光转换层、小于衬底层。需要说明的是，本发明中间层包括但不限于改性聚氨酯类材料，其他具有良好粘接性能、耐热性较好、可采用现有的工艺制成开口宽度小于内部宽度的封闭型凹槽的高分子材料，都是本发明的等同保护范围。当然为了出光考虑，中间层优选其透光率优选大于80%,其折射率优选大于突光转换层、小于衬底层的高分子材料。
[0054]其中，所述LED芯片本体的P层和N层由第三主族元素的氮化物组成。
[0055]其中，所述LED芯片本体的发光层为量子阱。
[0056]其中，所述LED芯片本体的反光层为具有反光性质的金属材料制成。
[0057]其中，所述荧光粉转化层由荧光粉和封装胶组成；所述荧光粉由钇铝石榴石、镥铝石榴石、硅酸盐、氮化物中的一种或多种组成；所述封装胶为硅胶、硅树脂或环氧树脂。
[0058]其中，所述封闭型凹槽由刻蚀、激光表面蚀纹或纳米压印等现有技术形成。
[0059]其中，所述荧光转化层与中间层的结合方式为喷涂、模定(molding)、键合中的一种或多种组成。
[0060]其中，所述硅酸盐是本行业内技术员的一种常见原料通称，它是由Ca, Ba, Sr, Mg, Si，O元素组成的化合物；其中，所述氮化物也是本行业内技术员的一种常见原料通称，它是由Ba，Ca, Sr, Al, Si, N元素组成的化合物。
[0061]实施例2
[0062]如图4所示，本实施例与实施例1不同在于:芯片结构中的衬底层11被剥离，直接在芯片本体I的N层上做中间层2，由于衬底阻挡部分出光，剥离衬底提高了出光效率。
[0063]本实施例的另一个不同之处在于:预先制成厚度均匀的片状荧光转换层3，先在封闭型凹槽内喷涂一粘结层4，然后与片状荧光转换层3结合。
[0064]粘结层为热固性胶体，包括硅胶、硅树脂或环氧树脂等。由于形状能够得到很好的控制，得到的白光LED落bin集中。另外，由于预先制成的片状荧光转换层具有一定的机械强度，可增强白光芯片的机械承受力。
[0065]实施例3
[0066]如图5和图7所示，本实施例与实施例1不同在于:本实施例的封闭型凹槽形状不同，本实施例封闭型凹槽的横截面呈上小下大的梯形。
[0067]本实施例的另一个不同之处在于:对芯片中的诸多P、N小电极进行电极再分布成两个面积很大的P、N大电极，芯片与载体电连接时，通过锡膏贴合，回流完成P、N大电极与载体的连接。这样避免使用精密的机器完成芯片与载体的连接，有效降低了成本。
[0068]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本【技术领域】中技术人员依本发明构思在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在本权利要求书所确定的保护范围之中。
【权利要求】
1.一种强粘结性、高可靠性白光LED芯片，包括LED芯片本体和荧光转换层，其特征在于:在所述芯片本体与荧光转换层之间设置有一由改性聚氨酯类材料形成的中间层，在所述中间层与所述荧光转换层的结合面形成多个开口宽度小于内部宽度的封闭型凹槽。
2.根据权利要求1所述的强粘结性、高可靠性白光LED芯片，其特征在于: 所述LED芯片本体包括衬底层、覆盖在所述衬底层上的N层、部分覆盖在所述N层上的发光层、覆盖在所述发光层上的P层、覆盖在所述P层上的第一 P电极、覆盖在所述第一 P电极上的第一反光层、覆盖在第一反光层上的第二 P电极、部分覆盖在所述N层上的第一 N电极、覆盖在所述第一 N电极上的第二 N电极、以及隔离N单元和P单元的绝缘层，所述N单兀包括N层、第一 N电极和第二 N电极,所述P单兀包括发光层、P层、第一 P电极、第一反光层和第二 P电极； 所述中间层设置在芯片本体与荧光转换层之间，具体是:所述中间层设置在芯片本体的衬底层与荧光转换层之间。
3.根据权利要求2所述的强粘结性、高可靠性白光LED芯片，其特征在于: 所述中间层的透光率大于80%，所述中间层的折射率大于荧光转换层且小于衬底层的折射率。
4.根据权利要求1所述的强粘结性、高可靠性白光LED芯片，其特征在于: 所述LED芯片本体包括N层、部分覆盖在所述N层上的发光层、覆盖在所述发光层上的P层、覆盖在所述P层上的第一P电极、覆盖在所述第一P电极上的第一反光层、覆盖在第一反光层上的第二 P电极、部分覆盖在所述N层上的第一 N电极、覆盖在所述第一 N电极上的第二 N电极、以及隔离N单元和P单元的绝缘层，所述N单元包括N层、第一 N电极和第二N电极,所述P单兀包括发光层、P层、第一 P电极、第一反光层和第二 P电极； 所述中间层设置在芯片本体与荧光转换层之间，具体是:所述中间层设置在芯片本体的N层与突光转换层之间。
5.根据权利要求1-4任一项所述的强粘结性、高可靠性白光LED芯片，其特征在于: 在所述中间层与所述荧光转换层之间还设置有一粘接层。
6.根据权利要求5所述的强粘结性、高可靠性白光LED芯片，其特征在于: 所述封闭型凹槽呈开口宽度小于内部宽度的类W形或者呈上小下大的梯形。
7.根据权利要求5所述的强粘结性、高可靠性白光LED芯片，其特征在于: 所述LED芯片本体的P层和N层由第三主族元素的氮化物组成。
8.根据权利要求5所述的强粘结性、高可靠性白光LED芯片，其特征在于: 所述荧光粉转化层由荧光粉和封装胶组成； 所述荧光粉由钇铝石榴石、镥铝石榴石、硅酸盐、氮化物中的一种或多种组成； 所述封装胶为硅胶、硅树脂或环氧树脂。
9.根据权利要求5所述的强粘结性、高可靠性白光LED芯片，其特征在于: 所述封闭型凹槽由刻蚀、激光表面蚀纹或纳米压印形成。
10.根据权利要求5所述的强粘结性、高可靠性白光LED芯片，其特征在于: 所述荧光转化层与中间层的结合方式为喷涂、模定(molding)、键合中的一种或多种组成。
【文档编号】H01L33/48GK103489994SQ201310481845
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2013年10月15日
【发明者】姚述光, 许朝军, 万垂铭, 姜志荣, 陈海英, 肖国伟 申请人:晶科电子（广州）有限公司