专利名称：倒装功率led管芯自由组合灯芯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种GaN基蓝光LED (发光二极管)的多颗芯片组合的灯芯，属于发光 二极管器件结构技术领域。
背景技术：
LED作为第四代电光源，赋有“绿色照明光源”之称，具有体积小、安全低电压、寿命 长、电光转换效率高、响应速度快、节能、环保等优良特性，将取代传统的白炽灯、卤钨灯和 荧光灯而成为21世纪的新一代光源。1998年美国Lumileds Lighting公司封装出世界上 第一个大功率LED(1W LUXOEN器件)，使LED器件从以前的指示灯应用变成可以替代传统照 明的新型固体光源，引发了人类历史上继白炽灯发明以来的又一场照明革命。1WLUX0EN器 件使LED的功率从几十毫瓦一跃超过1000毫瓦，单个器件的光通量也从不到1个Im飞跃 达到十几个lm。大功率LED由于芯片的功率密度高，器件的设计者和制造者必须在结构和 材料等方面对器件的热系统进行优化设计。传统的蓝宝石衬底GaN芯片，电极刚好位于芯片的出光面。在这种结构中，小部分 P-GaN层和“发光”层被刻蚀，以便与下面的n-GaN层形成电接触。光从最上面的p_GaN层 取出。P-GaN层有限的电导率要求在p-GaN层表面再沉淀一层电流扩散层。这个电流扩散 层太厚会吸收部分光，从而降低的出光效率，过薄会限制电流在P-GaN层表面均勻和扩散 大电流的能力。这种结构制约了 LED芯片的工作功率，这种结构pn结的热量通过蓝宝石衬 底导出去，导热路径长，且蓝宝石的热导系数较金属低(为35W/m K)，这种结构的LED芯 片热阻大。同时，这种结构的P电极和引线挡住部分光线。这种正装LED芯片的器件功率、 出光效率和热性能均不可能是最优的。为了克服正装芯片的这些不足，Lumileds Lighting公司发明了倒装芯片 (Flipchip)结构。在这种结构中，光从蓝宝石衬底取出，不必经过电流扩散层出射，这样电 流扩散层可以加厚，增加Flipchip的电流密度。同时这种结构还可以将pn结的热量直接 通过金属凸点导给热导系数高的衬底材料，散热效果较正装结构有较大优势。目前大功率LED照明用管芯一般为毫米级或更小，封灯功率到瓦级。如果做到功 率值十几瓦更高的LED灯具，需要集成多颗功率芯片，同时在实际功率LED灯中，即使瓦级 灯具也常见多颗小尺寸功率芯片集成连接。多颗芯片集成封装，每个芯片两个电极焊点对 封装焊线要求高，多颗芯片焊线次数比单一颗管芯高得多，出现虚焊的几率高，另外打线次 数高多芯片及打好电极引线的触碰几率也高。整体上，瓦级芯片多颗集成灯芯良品率一直 是制约该类灯具发展的瓶颈。
发明内容
本发明针对目前多颗芯片集成灯芯良品率不高现象，提供一种制作简单、成品率 高的倒装功率LED管芯自由组合灯芯。本发明的倒装功率LED管芯自由组合灯芯采用以下技术方案
该倒装功率LED管芯自由组合灯芯，包括平板倒装焊GaN基LED管芯和导热基板， 平板倒装焊GaN基LED管芯的结构包括衬底，在衬底的下方自上至下依次设有N型GaN层、 量子阱QW有源区、P型GaN层、电流扩展层和光反射层；光反射层上刻蚀有至N型GaN层的 台阶面，在该台阶面的N型GaN层上制作有N电极，在光反射层上制作有P电极，N电极与P 电极的外端处于同一水平面；在P电极焊盘和N电极焊盘所在面的除P电极焊盘和N电极 焊盘以外的其它区域上镀有一层透明绝缘介质膜，P电极焊点外端制作有P焊板，N电极焊 点外端制作有N焊板，P焊板和N焊板共晶或合金焊接到一导热基板的P电极区和N电极 区上；在一导热基板上光刻有制作组合灯芯所需的串并联的P电极区和N电极区；每一颗 平板倒装焊GaN基LED管芯通过P焊板和N焊板共晶或合金焊接到导热基板的P电极区和 N电极区。本发明通过金属焊盘平板化倒装芯片合金或共晶焊接基板，其基板上可用光刻腐 蚀或剥离方式根据灯芯需要任意组合连接，芯片间连接按照需要在基板上光刻腐蚀或剥离 制作通道，避免了打线连接的弊端，减少了管芯间集成打线连接的步骤，制作简单，同时提 高了成品率。
图1是单颗平板倒装焊GaN基LED管芯的结构示意图。图2是2X2四颗平板倒装焊GaN基LED管芯串联排列的组合灯芯结构示意图。图3是3X3四颗平板倒装焊GaN基LED管芯串并联排列的组合灯芯结构示意图。其中1、衬底，2、N型GaN层，3、量子阱QW有源区，4、P型GaN层，5、电流扩展层， 6、光反射层，7、N电极，8、绝缘介质膜，9、P焊板，10、N焊板，11、导热基板。
具体实施例方式本发明的倒装功率LED管芯自由组合灯芯中使用的LED管芯为图1所示的平板倒 装焊GaN基LED管芯，该平板倒装焊GaN基LED管芯包括衬底1，在衬底1的下方自上至下 依次设有N型GaN层2、量子阱QW有源区3、P型GaN层4、电流扩展层5和光反射层6。光 反射层6上刻蚀有至N型GaN层2的台阶面，在该台阶面的N型GaN层上制作有N电极7， 在光反射层6上制作有P电极，N电极与P电极的外端处于同一水平面。在P电极焊盘和 N电极焊盘所在面的除P电极焊盘和N电极焊盘以外的其它区域上镀有一层透明绝缘介质 膜8，P电极焊点外端制作有P焊板9，N电极焊点外端制作有N焊板10。在一导热基板11 (导热基板11为Si或者SiC衬底)上根据灯芯需要光刻制作串 并联的P电极区和N电极区；将每一颗图1所示平板倒装焊GaN基LED管芯通过P焊板9 和N焊板10共晶或合金焊接到导热基板11的P电极区和N电极区，即形成组合灯芯。图2 给出了将2X2四颗平板倒装焊GaN基LED管芯串联排列成组合灯芯的示意图。图3给出 了将3X3四颗平板倒装焊GaN基LED管芯串并联排列的组合灯芯的示意图。
权利要求
1. 一种倒装功率LED管芯自由组合灯芯，包括平板倒装焊GaN基LED管芯和导热基板， 其特征是平板倒装焊GaN基LED管芯的结构包括衬底，在衬底的下方自上至下依次设有N 型GaN层、量子阱QW有源区、P型GaN层、电流扩展层和光反射层；光反射层上刻蚀有至N型 GaN层的台阶面，在该台阶面的N型GaN层上制作有N电极，在光反射层上制作有P电极，N 电极与P电极的外端处于同一水平面；在P电极焊盘和N电极焊盘所在面的除P电极焊盘 和N电极焊盘以外的其它区域上镀有一层透明绝缘介质膜，P电极焊点外端制作有P焊板， N电极焊点外端制作有N焊板，在一导热基板上光刻有制作组合灯芯所需的串并联的P电极 区和N电极区；每一颗平板倒装焊GaN基LED管芯通过P焊板和N焊板共晶或合金焊接到 导热基板的P电极区和N电极区。
全文摘要
本发明公开了一种倒装功率LED管芯自由组合灯芯，包括平板倒装焊GaN基LED管芯和导热基板，平板倒装焊GaN基LED管芯的P电极焊点外端制作有P焊板，N电极焊点外端制作有N焊板，其特征是在一导热基板上光刻有制作组合灯芯所需的串并联的P电极区和N电极区；每一颗平板倒装焊GaN基LED管芯通过P焊板和N焊板共晶或合金焊接到导热基板的P电极区和N电极区。本发明通过金属焊盘平板化倒装芯片合金或共晶焊接基板，其基板上可用光刻腐蚀或剥离方式根据灯芯需要任意组合连接，芯片间连接按照需要在基板上光刻腐蚀或剥离制作通道，避免了打线连接的弊端，减少了管芯间集成打线连接的步骤，制作简单，同时提高了成品率。
文档编号H01L33/62GK102064164SQ201010522080
公开日2011年5月18日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者张玉娟, 徐化勇, 徐现刚, 沈燕 申请人:山东华光光电子有限公司