专利名称：一种led封装结构及其制备方法
技术领域：
本发明涉及LED制备技术领域，尤其涉及一种LED封装结构及其制备方法。
背景技术：
发光二极管(LED，Light Emitting Diode)是一种半导体固体发光器件，其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。当半导体PN结的两端加上正向电压后， 注入PN结中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出颜色为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的光。1998年，流明(Lumileds)公司封装出世界上第一个大功率LED(1W LUXOEN型器件)，从而使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。大功率LED由于芯片的功率密度很高， 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。LED器件热系统的性能很大程度上取决于其封装材料及结构。传统的LED器件采用正装芯片结构，以蓝宝石衬底GaN基LED芯片为例，在正装芯片结构中，其电极位于芯片的出光面，光从最上面的P型GaN层取出。由于P型GaN层的电导率有限，因此需在P型 GaN层表面再沉淀一层用于电流扩散的金属层(又称电流扩散层)；且所述电流扩散层一般由M/Au或ITO组成。然而所述电流扩散层会吸收部分光，从而会降低芯片的出光效率。 为了降低光吸收，所述电流扩散层的厚度应减少到几百纳米以下。而厚度的减少反过来又限制了电流扩散层在P型GaN层表面均勻和可靠地扩散大电流的能力；因此，正装芯片结构制约了 LED芯片的工作功率。同时，在正装芯片结构中，LED中的PN结的热量是通过蓝宝石衬底导出去的。由于导热路径较长，并且蓝宝石的热导系数较低，从而使得正装芯片结构的LED芯片的热阻较大。此外，在正装芯片结构中，其P电极和引线也会挡住部分光线，对出光效率造成影响。因此，对于正装芯片结构的LED器件来说，其器件功率、出光效率和热性能均不可能是最优的。为了克服正装芯片结构的这些不足，倒装芯片(FC，Flip Chip)结构应运而生。在倒装芯片结构中，光从蓝宝石衬底取出，而不必从电流扩散层取出。由于不从电流扩散层出光，使得不透光的电流扩散层可以加厚，从而可增加电流密度，同时作为光发射层，对照射到其上的光进行反射。并且倒装芯片结构还可以将LED中的PN结的热量直接通过金属凸点导给热导系数高的硅衬底或氮化铝陶瓷基板，使得散热效果更优。由于设置在PN结与P 电极之间的上述电流扩散层可作为光反射层，因从而也消除了电极和引线的挡光。因此，倒装芯片结构的LED器件具有电、光、热等方面较优的综合特性。然而，在大功率LED照明应用领域中，往往需要将几个或几十个，甚至上百个LED 芯片单元(die)串联或并联起来使用。而在目前的LED芯片封装过程中，LED芯片都必须先划片成一个个单独的芯片单元(die)，然后再对单独的芯片单元进行封装，并进行串并联， 从而使得工艺步骤特别繁琐，制造效率较低，并且增加了制造成本。
因此，有必要对现有的LED封装结构及封装方法进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED封装结构及其制备方法，以提LED器件的整体性能。为解决上述问题，本发明提出一种LED封装结构，包括至少一个LED模块，其中每个LED模块至少包括两个LED芯片单元，且同一 LED模块上的所有LED芯片单元由同一衬底连接，但相互之间电学隔离；至少一个LED驱动电路；至少一个ESD保护电路；板上芯片封装键合盘基板，其上具有金属互联结构，所述金属互联结构包括键合盘及设置于所述键合盘上的金属凸点焊球；所述LED模块、所述LED驱动电路以及所述ESD 保护电路倒置于所述金属互联结构上，与所述金属凸点焊球固定连接，通过所述金属凸点焊球实现串并联电学连接；以及荧光粉，涂敷于所述LED模块上。可选的，所述LED芯片单元包括衬底，在所述衬底上依次生长的低温缓冲层、N型电子注入层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型空穴注入层以及P型电极金属全发射层，其中，所述P型电极金属全发射层上制备有P型电极，所述N型电子注入层上制备有N型电极。可选的，所述P型电极及所述N型电极与所述金属凸点焊球固定连接。可选的，所述衬底为蓝宝石衬底。可选的，所述LED模块为氮化镓基LED模块，其中，所述低温缓冲层为GaN层，所述 N型电子注入层为N型GaN层，所述电子阻挡层为P型AlGaN层，所述P型空穴注入层为P 型GaN层。可选的，所述同一 LED模块上的各LED芯片单元之间设置有电隔离沟槽，各LED芯片单元之间通过所述电隔离沟槽实现电学隔离。可选的，所述键合盘为铜镍金复合金属层。可选的，所述铜镍金复合金属层包括铜层，形成于所述板上芯片封装键合盘基板上；镍层，形成于所述铜层上；金层，形成于所述镍层上。可选的，所述镍层的厚度为2 4um，所述金层的厚度为0. 1 0. 2um。可选的，所述板上芯片封装键合盘基板为陶瓷COB键合盘基板或硅衬底COB键合
盘基板。同时，为解决上述问题，本发明还提出一种上述LED封装结构的制备方法，该方法包括如下步骤制备所述LED模块； 制作所述板上芯片封装键合盘基板； 将所述LED模块、所述LED驱动电路以及所述ESD保护电路倒置于所述板上芯片封装键合盘基板上，与所述金属凸点焊球固定连接；以及
在所述LED模块上涂敷荧光粉。可选的，所述制备LED模块具体包括如下步骤提供衬底；在所述衬底上依次生长低温缓冲层、N型电子注入层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型空穴注入层以及P型电极金属全发射层；依次刻蚀所述P型电极金属全发射层、P型空穴注入层、电子阻挡层、多量子阱有源层、N型电子注入层以及低温缓冲层，形成电隔离沟槽；依次刻蚀所述P型电极金属全发射层、P型空穴注入层、所述电子阻挡层以及所述多量子阱有源层，形成一台柱面，并露出所述N型电子注入层；在露出的N型电子注入层上制备N型电极，并在所述P型电极金属全发射层上制备P型电极；划片，形成多个LED模块，其中每个LED模块包括多个LED芯片单元，各LED芯片单元之间通过所述电隔离沟槽实现电学隔离。 可选的，所述P型电极及所述N型电极与所述金属凸点焊球固定连接。可选的，所述衬底为蓝宝石衬底。可选的，所述LED模块为氮化镓基LED模块，其中，所述低温缓冲层为GaN层，所述 N型电子注入层为N型GaN层，所述电子阻挡层为P型AlGaN层，所述P型空穴注入层为P 型GaN层。可选的，所述键合盘为铜镍金复合金属层。可选的，所述铜镍金复合金属层包括铜层，形成于所述板上芯片封装键合盘基板上；镍层，形成于所述铜层上；金层，形成于所述镍层上。可选的，所述镍层的厚度为2 4um，所述金层的厚度为0. 1 0. 2um。可选的，所述板上芯片封装键合盘基板为陶瓷COB键合盘基板或硅衬底COB键合
盘基板。与现有技术相比，本发明提供的LED封装结构采用LED器件模块结构，每个LED模块包括多个LED芯片单元，且所述多个LED芯片单元通过同一衬底连接，从而不需对每个 LED芯片单元进行单独划片，节省了工序，降低了制作成本；并且所述LED模块与LED驱动电路以及ESD保护电路通过金属凸点焊球直接倒装固定于板上芯片封装键合盘基板上，从而省略了芯片固晶、金线键合的步骤，降低了制造成本，提高了制造效率，并且解决了小尺寸的LED封装中焊盘和引线的挡光问题，大幅度提高了 LED的出光效率，节省了封装空间， 实现了 LED封装尺寸进一步小型化与集成化。与现有技术相比，本发明提供的LED封装结构的制备方法，将LED模块与LED驱动电路以及ESD保护电路通过金属凸点焊球直接倒装固定于板上芯片封装键合盘基板上，从而省略了芯片固晶、金线键合的步骤，降低了制造成本，提高了制造效率，并且解决了小尺寸的LED封装中焊盘和引线的挡光问题，大幅度提高了 LED的出光效率，节省了封装空间， 实现了 LED封装尺寸进一步小型化与集成化；并且由于每个LED模块包括多个LED芯片单元，且所述多个LED芯片单元通过同一衬底连接，从而不需对每个LED芯片单元进行单独划片，节省了工序，降低了制作成本。
图1为本发明实施例提供的LED封装结构的剖面图；图2A至图2G为本发明实施例提供的LED封装结构制备方法中各步骤对应的器件剖面图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明提出的LED封装结构及其制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。本发明的核心思想在于，提供一种LED封装结构，该LED封装结构采用LED器件模块结构，从而不需对每个LED芯片单元进行单独划片，节省了工序，降低了制作成本；且所述LED封装结构采用倒装结构，通过金属凸点焊球直接倒装固定于板上芯片封装键合盘基板上，从而省略了芯片固晶、金线键合的步骤，降低了制造成本，提高了制造效率，并且解决了小尺寸的LED封装中焊盘和引线的挡光问题，大幅度提高了 LED的出光效率，节省了封装空间，实现了 LED封装尺寸进一步小型化与集成化；同时，还提供一种LED封装结构的制备方法，将LED模块与LED驱动电路以及ESD保护电路通过金属凸点焊球直接倒装固定于板上芯片封装键合盘基板上，从而省略了芯片固晶，金线键合的步骤，降低了制造成本，提高了制造效率，并且解决了小尺寸的LED封装中焊盘和引线的挡光问题，大幅度提高了 LED 的出光效率，节省了封装空间，实现了 LED封装尺寸进一步小型化与集成化，并且由于每个 LED模块包括多个LED芯片单元，且所述多个LED芯片单元通过同一衬底连接，从而不需对每个LED芯片单元进行单独划片，节省了工序，降低了制作成本。请参考图1，图1为本发明实施例提供的LED封装结构的剖面图，如图1所示，本发明实施例提供的LED封装结构包括至少一个LED模块，其中每个LED模块至少包括两个LED芯片单元120 (图中只示意了 3个)，且同一 LED模块上的所有LED芯片单元120由同一衬底121连接，但相互之间电学隔离；至少一个LED驱动电路130 ；至少一个ESD保护电路(图中未示意)；板上芯片封装键合盘基板110，其上具有金属互联结构，所述金属互联结构包括键合盘111及设置于所述键合盘上的金属凸点焊球；所述LED模块、所述LED驱动电路130以及所述ESD保护电路倒置于所述金属互联结构上，与所述金属凸点焊球固定连接，通过所述金属凸点焊球实现串并联电学连接；以及荧光粉140，涂敷于所述LED模块上。本发明实施例提供的LED封装结构采用LED器件模块结构，从而不需对每个LED 芯片单元进行单独划片，节省了工序，降低了制作成本；且所述LED封装结构采用倒装结构，通过金属凸点焊球直接倒装固定于板上芯片封装键合盘基板上，从而省略了芯片固晶、金线键合的步骤，降低了制造成本，提高了制造效率，并且解决了小尺寸的LED封装中焊盘和引线的挡光问题，大幅度提高了 LED的出光效率，节省了封装空间，实现了 LED封装尺寸进一步小型化与集成化进一步地，所述LED芯片单元120包括衬底121，在所述衬底121上依次生长的低温缓冲层、N型电子注入层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型空穴注入层以及P型电极金属全发射层，其中，所述P型电极金属全发射层上制备有P型电极，所述N型电子注入层上制备有N型电极。其中，所述P型电极及所述N型电极与所述金属凸点焊球固定连接。在本发明的一个具体实施例中，所述衬底121为蓝宝石衬底，所述LED模块为氮化镓基LED模块，其中，所述低温缓冲层为GaN层，所述N型电子注入层为N型GaN层，所述电子阻挡层为P型AlGaN层，所述P型空穴注入层为P型GaN层。进一步地，所述同一 LED模块上的各LED芯片单元120之间设置有电隔离沟槽，各 LED芯片单元120之间通过所述电隔离沟槽实现电学隔离。进一步地，所述键合盘111为铜镍金复合金属层。具体地，所述铜镍金复合金属层包括铜层，形成于所述板上芯片封装键合盘基板110上；镍层，形成于所述铜层上；其中，所述镍层的厚度为2 4um ；金层，形成于所述镍层上，其中，所述金层的厚度为0. 1 0. 2um。由于本发明实施例提供的键合盘111为铜镍金复合金属层，从而大大提高了键合盘的导电导热能力。进一步地，所述板上芯片封装键合盘基板110为陶瓷COB键合盘基板或硅衬底COB 键合盘基板，从而使得所述板上芯片封装键合盘基板110具有较高的热导系数。其中，所述陶瓷COB键合盘基板可具体地为氮化铝COB键合盘基板。本发明实施例提供的LED封装结构，其LED芯片单元120中的PN结的热量可直接通过所述金属凸点焊球传导至所述芯片封装键合盘基板110上，通过所述芯片封装键合盘基板110散发至环境中，从而使得其散热效果更优。请继续参考图2A至图2G，图2A至图2G为本发明实施例提供的LED封装结构制备方法中各步骤对应的器件剖面图，结合图2A至图2G，本发明实施例提供的LED封装结构的制备方法包括如下步骤步骤一制备LED模块；具体包括以下步骤提供衬底121 ；在所述衬底121上依次生长低温缓冲层122、N型电子注入层123、多量子阱有源层 124、电子阻挡层125、P型空穴注入层126以及P型电极金属全发射层127，如图2A所示；依次刻蚀所述P型电极金属全发射层127、P型空穴注入层126、电子阻挡层125、 多量子阱有源层124、N型电子注入层123以及低温缓冲层122，形成电隔离沟槽128 ；依次刻蚀所述P型电极金属全发射层127、P型空穴注入层126、电子阻挡层125以及多量子阱有源层124，形成一台柱面129，并露出所述N型电子注入层123 ；该步骤完成后的器件剖面示意图如图2B所示；在露出的N型电子注入层123上制备N型电极130b，并在所述P型电极金属全发射层127上制备P型电极130a，如图2C所示；
划片，形成多个LED模块，其中每个LED模块包括多个LED芯片单元120，各LED芯片单元120之间通过所述电隔离沟槽128实现电学隔离；该步骤完成后的器件剖面示意图如图2D所示。在本发明的一个具体实施例中，所述衬底121为蓝宝石衬底，所述LED模块为氮化镓基LED模块，其中，所述低温缓冲层122为GaN层，所述N型电子注入层123为N型GaN 层，所述电子阻挡层125为P型AlGaN层，所述P型空穴注入层126为P型GaN层。当然， 本发明并不以此为限，所述LED模块还可以为其它类型的LED，例如三五族系LED。步骤二 制作板上芯片封装键合盘基板110，如图2E所示；其中所述板上芯片封装键合盘基板110上具有金属互联结构，所述金属互联结构包括键合盘111及设置于所述键合盘上的金属凸点焊球112 ；在本发明的一个具体实施例中，所述键合盘111为铜镍金复合金属层，所述铜镍金复合金属层包括形成于所述板上芯片封装键合盘基板110上的铜层，形成于所述铜层上的镍层以及形成于所述镍层上的金层。其中，所述镍层的厚度为2 4um，所述金层的厚度为0. 1 0. 2um。进一步地，所述板上芯片封装键合盘基板110为陶瓷COB键合盘基板或硅衬底COB 键合盘基板，从而使得所述板上芯片封装键合盘基板110具有较高的热导系数。其中，所述陶瓷COB键合盘基板可具体地为氮化铝COB键合盘基板。步骤三将所述LED模块、LED驱动电路130以及ESD保护电路倒置于所述板上芯片封装键合盘基板Iio上，与所述金属凸点焊球112固定连接，如图2F所示；具体地，对于所述LED模块来说，将所述P型电极130a及所述N型电极130b与所述金属凸点焊球112 固定连接，其中固定连接的方式为焊接。当然，为了提高LED器件的可靠性，焊接之后，所述金属凸点焊球112上还涂敷了硅胶。步骤三在所述LED模块上涂敷荧光粉140，如图2G所示。综上所述，本发明提供了一种LED封装结构，该LED封装结构采用LED器件模块结构，从而不需对每个LED芯片单元进行单独划片，节省了工序，降低了制作成本；且所述 LED封装结构采用倒装结构，通过金属凸点焊球直接倒装固定于板上芯片封装键合盘基板上，从而省略了芯片固晶、金线键合的步骤，降低了制造成本，提高了制造效率，并且解决了小尺寸的LED封装中焊盘和引线的挡光问题，大幅度提高了 LED的出光效率，节省了封装空间，实现了 LED封装尺寸进一步小型化与集成化；同时，还提供了一种LED封装结构的制备方法，将LED模块与LED驱动电路以及ESD保护电路通过金属凸点焊球直接倒装固定于板上芯片封装键合盘基板上，从而省略了芯片固晶，金线键合的步骤，降低了制造成本，提高了制造效率，并且解决了小尺寸的LED封装中焊盘和引线的挡光问题，大幅度提高了 LED 的出光效率，节省了封装空间，实现了 LED封装尺寸进一步小型化与集成化，并且由于每个 LED模块包括多个LED芯片单元，且所述多个LED芯片单元通过同一衬底连接，从而不需对每个LED芯片单元进行单独划片，节省了工序，降低了制作成本。显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种LED封装结构，其特征在于，包括至少一个LED模块，其中每个LED模块至少包括两个LED芯片单元，且同一 LED模块上的所有LED芯片单元由同一衬底连接，但相互之间电学隔离； 至少一个LED驱动电路； 至少一个ESD保护电路；板上芯片封装键合盘基板，其上具有金属互联结构，所述金属互联结构包括键合盘及设置于所述键合盘上的金属凸点焊球；所述LED模块、所述LED驱动电路以及所述ESD保护电路倒置于所述金属互联结构上，与所述金属凸点焊球固定连接，通过所述金属凸点焊球实现串并联电学连接；以及荧光粉，涂敷于所述LED模块上。
2.如权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述LED芯片单元包括衬底，在所述衬底上依次生长的低温缓冲层、N型电子注入层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P型空穴注入层以及P型电极金属全发射层，其中，所述P型电极金属全发射层上制备有P型电极， 所述N型电子注入层上制备有N型电极。
3.如权利要求2所述的LED封装结构，其特征在于，所述P型电极及所述N型电极与所述金属凸点焊球固定连接。
4.如权利要求2所述的LED封装结构，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。
5.如权利要求2所述的LED封装结构，其特征在于，所述LED模块为氮化镓基LED模块，其中，所述低温缓冲层为GaN层，所述N型电子注入层为N型GaN层，所述电子阻挡层为 P型AlGaN层，所述P型空穴注入层为P型GaN层。
6.如权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述同一LED模块上的各LED芯片单元之间设置有电隔离沟槽，各LED芯片单元之间通过所述电隔离沟槽实现电学隔离。
7.如权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述键合盘为铜镍金复合金属层。
8.如权利要求7所述的LED封装结构，其特征在于，所述铜镍金复合金属层包括 铜层，形成于所述板上芯片封装键合盘基板上；镍层，形成于所述铜层上； 金层，形成于所述镍层上。
9.如权利要求8所述的LED封装结构，其特征在于，所述镍层的厚度为2 4um，所述金层的厚度为0. 1 0. 2um。
10.如权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述板上芯片封装键合盘基板为陶瓷COB键合盘基板或硅衬底COB键合盘基板。
11.一种如权利要求1所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 制备所述LED模块；制作所述板上芯片封装键合盘基板；将所述LED模块、所述LED驱动电路以及所述ESD保护电路倒置于所述板上芯片封装键合盘基板上，与所述金属凸点焊球固定连接；以及在所述LED模块上涂敷荧光粉。
12.如权利要求11所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，所述制备LED模块具体包括如下步骤提供衬底；在所述衬底上依次生长低温缓冲层、N型电子注入层、多量子阱有源层、电子阻挡层、P 型空穴注入层以及P型电极金属全发射层；依次刻蚀所述P型电极金属全发射层、P型空穴注入层、电子阻挡层、多量子阱有源层、 N型电子注入层以及低温缓冲层，形成电隔离沟槽；依次刻蚀所述P型电极金属全发射层、P型空穴注入层、所述电子阻挡层以及所述多量子阱有源层，形成一台柱面，并露出所述N型电子注入层；在露出的N型电子注入层上制备N型电极，并在所述P型电极金属全发射层上制备P 型电极；划片，形成多个LED模块，其中每个LED模块包括多个LED芯片单元，各LED芯片单元之间通过所述电隔离沟槽实现电学隔离。
13.如权利要求12所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，所述P型电极及所述 N型电极与所述金属凸点焊球固定连接。
14.如权利要求12所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。
15.如权利要求12所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，所述LED模块为氮化镓基LED模块，其中，所述低温缓冲层为GaN层，所述N型电子注入层为N型GaN层，所述电子阻挡层为P型AlGaN层，所述P型空穴注入层为P型GaN层。
16.如权利要求11所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，所述键合盘为铜镍金复合金属层。
17.如权利要求16所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，所述铜镍金复合金属层包括铜层，形成于所述板上芯片封装键合盘基板上； 镍层，形成于所述铜层上； 金层，形成于所述镍层上。
18.如权利要求17所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，所述镍层的厚度为 2 4um，所述金层的厚度为0. 1 0. 2um。
19.如权利要求11所述的LED封装结构的制备方法，其特征在于，所述板上芯片封装键合盘基板为陶瓷COB键合盘基板或硅衬底COB键合盘基板。
全文摘要
本发明公开了一种LED封装结构，该LED封装结构采用LED器件模块结构，从而不需对每个LED芯片单元进行单独划片，节省了工序，降低了制作成本；且所述LED封装结构采用倒装结构，从而提高了LED的整体性能；同时，还公开了一种LED封装结构的制备方法，将LED模块与LED驱动电路以及ESD保护电路通过金属凸点焊球直接倒装固定于板上芯片封装键合盘基板上，从而提高了LED的整体性能，并且由于每个LED模块包括多个LED芯片单元，且所述多个LED芯片单元通过同一衬底连接，从而不需对每个LED芯片单元进行单独划片，节省了工序，降低了制作成本。
文档编号H01L33/62GK102214649SQ20111013783
公开日2011年10月12日 申请日期2011年5月25日 优先权日2011年5月25日
发明者张汝京, 程蒙召, 肖德元 申请人:映瑞光电科技(上海)有限公司