CN112802937A - 一种反极性红光led芯片及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种反极性红光LED芯片及其封装方法，该LED芯片以Si衬底为基础，由下而上依次为第二金属键合层、第一金属键合层、镜面层、SiO2导电孔层、第十一外延层、第十外延层、第九外延层、第八外延层、第七外延层、第六外延层、第五外延层、第四外延层、主电极；Si衬底下面为背电极；反极性红光LED芯片的版图形状设计成规则长条形，电极设置在偏离规则长条形的中心并靠近封装焊线的一侧。本发明将LED芯片设计成规则长条形，电极设置在偏离规则长条形的中心并靠近封装焊线的一侧，同样的面积下，比正方形芯片亮度要高；将固晶和焊线从芯片靠电极的一端作业，可以减少焊线后遮光损耗，进一步提高封装亮度。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，具体是涉及一种反极性红光LED芯片及其封装方法。
背景技术
传统的红、黄色LED芯片是正极朝上，负极在下焊接在支架上的。后来开发出来的红、黄色LED芯片有负极朝上，正极焊接在支架上的反方向，称之为反极性芯片。红、黄色反极性LED芯片的材料、制程与传统红、黄色LED芯片不同，反极性的芯片要比传统极性的芯片发光效率高。现在反极性芯片已成为红、黄色照明级别LED芯片主流，除了发光效率不同，安装好的灯珠使用方法和规范目前都是一样的。
现有传统反极性红光LED芯片均为对称的四边形结构，如图2-3所示，传统芯片1-2为正方形，设置在传统碗杯1-3中间，传统电极1-1设置在传统芯片1-2中心，通过传统引线1-6和传统焊点1-5将传统电极1-1与传统PCB支架1-4固定。传统反极性红光LED芯片封装端固晶和焊线没有固定的方向性，而芯片是对称的正方形，电极位于中心，固晶和焊线在不同的方向上对亮度影响变化不大。但是存在一定的缺点，特别是随着目前芯片尺寸越做越小，而电极又设置在中心，焊线后焊盘和引线会挡到一部分发光区，封装后亮度不高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种反极性红光LED芯片及其封装方法，该反极性红光LED芯片的表面版图形状由正方形更换为规则长条形，电极设置在偏离规则长条形的中心并靠近封装焊线的一侧，同样的面积下，亮度比正方形芯片要高，同时电极设有扩展电极，具有良好表面电流扩展能力，可实现表面电流扩展的均匀性；同时采用本发明的封装方法，将固晶和焊线从芯片靠电极的一端作业，可以减少焊线后遮光损耗，实际封装后成品亮度更高。
本发明提供一种反极性红光LED芯片，以Si衬底为基础，由下而上依次为第二金属键合层、第一金属键合层、镜面层、SiO2导电孔层、第十一外延层、第十外延层、第九外延层、第八外延层、第七外延层、第六外延层、第五外延层、第四外延层、主电极；所述Si衬底下面为背电极；
所述反极性红光LED芯片的表面版图形状设计成规则长条形，所述主电极设置在偏离所述规则长条形的中心并靠近封装焊线的一侧。
所述主电极设有扩展电极，所述扩展电极向所述封装焊线相反的方向延伸。
本技术方案中将电极设计在规则长条形的芯片偏离中心并靠近封装焊线的一侧，为后期封装焊线走向打下基础，可减少焊线遮光损耗。本技术方案中为了克服电极设置在一侧造成的规则长条形另一侧电流扩展差的问题，将电极设有扩展电极，并向另一侧延伸，可实现芯片表面电流扩展的均匀性。
优选的，上述方案中所述规则长条形为长方形或椭圆形。
进一步的，上述方案中长方形的长宽比为1.5-4:1。
进一步的，上述方案中椭圆形的长轴与短轴比为2-4:1
本技术方案中长宽比、长轴与短轴主要由表面电流扩展效果决定。
本发明还提供一种反极性红光LED芯片的封装方法，包括固晶、焊线和灌封；其中，
S1.固晶：将固晶胶点在碗杯中，并利用固晶胶将芯片与PCB支架粘连在一起；
S2.焊线：利用金线或者合金线为引线，将芯片的主电极与PCB支架的焊点焊接在一起，形成导电回路；
S3.灌胶：利用AB胶将碗杯灌满，排除碗杯空气，并固化。
进一步的，上述方案步骤S1中固晶胶为银胶，银胶主要起导电作用。
进一步的，上述方案步骤S1中芯片的长轴与PCB支架和碗杯的长边朝同一个方向设置。
进一步的，上述方案步骤S2中引线从芯片靠电极的一端接出。这样封装后引线就不会大面积遮挡芯片表面，对封装后的芯片亮度影响较小，有助于光的取出；同时由于主电极设在一端，而另一端发光区裸露无遮挡，这样可以减少焊线后遮光损失，实际封装后成品亮度更高。
本发明的有益效果：本发明将反极性红光LED芯片的表面版图形状由正方形更换为规则长条形，主电极设置在偏离规则长条形的中心并靠近封装焊线的一侧，而另一侧发光区裸露无遮挡，性测试时电极和测试针不宜遮挡探测器的收光，同样的面积下，比正方形芯片亮度要高出50%；同时主电极设有扩展电极，具有良好表面电流扩展能力，可实现表面电流扩展的均匀性；采用本发明的封装方法，将固晶和焊线从芯片靠电极的一端作业，可以减少焊线后遮光损耗，实际封装后成品亮度更高，进一步提高了LED的亮度。
附图说明
图1是本发明反极性红光LED芯片结构剖面图；
图2是传统反极性红光LED芯片结构俯视图；
图3是传统反极性红光LED芯片封装示意图；
图4是本发明实施例1反极性红光LED芯片结构俯视图；
图5是本发明实施例1反极性红光LED芯片封装示意图；
图6是本发明实施例2反极性红光LED芯片结构俯视图；
图7是本发明实施例2反极性红光LED芯片封装示意图。
示意图中标号说明：
104.第四外延层；105.第五外延层；106.第六外延层；107.第七外延层；108.第八外延层；109.第九外延层；110.第十外延层；111.第十一外延层；112.SiO2导电孔层；113.镜面层；114.第一金属键合层；201.Si衬底；202.第二金属键合层；203.主电极；204.背电极；
1-1.传统电极；1-2.传统芯片；1-3.传统碗杯；1-4.传统PCB支架；1-5.传统焊点；1-6.传统引线；
2-1.电极；2-2.芯片；2-3.碗杯；2-4.PCB支架；2-5.焊点；2-6.引线；2-7.扩展电极。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在本申请的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
请参阅图1至图7，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
如图1所示，图1为本发明反极性红光LED芯片结构剖面图，本发明提供一种反极性红光LED芯片，以Si衬底201为基础，由下而上依次为第二金属键合层202、第一金属键合层114、镜面层113、SiO2导电孔层112、第十一外延层111、第十外延层110、第九外延层109、第八外延层108、第七外延层107、第六外延层106、第五外延层105、第四外延层104、主电极203；所述Si衬底201下面为背电极204。
进一步的，将反极性红光LED芯片的版图形状设计成规则长条形，可以是长方形或椭圆形，并将主电极设置在偏离所述规则长条形的中心并靠近封装焊线的一侧。为了克服电极设置在一侧造成的规则长条形另一侧电流扩展差的问题，本发明在电极上设有向所述封装焊线相反的方向延伸的扩展电极。
本发明还提供一种反极性红光LED芯片的制备方法，具体地，可以包括如下步骤：
1.利用MOCVD设备在一临时的GaAs基板依次设置第一外延层、第二外延层、第三外延层、第四外延层104、第五外延层105、第六外延层106、第七外延层107、第八外延层108、第九外延层109、第十外延层110、第十一外延层111，获得全结构外延片，如图1所示。
2.在步骤1所述第十一外延层111上沉积SiO2介质膜，通过旋涂正性光刻胶，经过曝光、显影做出掩膜图形，再利用体积比为1：6的NH4F：H2O混合溶液，在SiO2导电孔层112上蚀刻出均匀分布的介质孔。
3.采用电子束蒸镀方式，在步骤2所述各通孔内和SiO2导电孔层112上制作镜面层113，具体地，所述镜面层113包括AuZn层和Al层，其中AuZn层厚度为300nm，Al层厚度为50nm；再经过470℃退火10min使SiO2孔中AuZn层同第十一外延层111形成欧姆接触。
4.在步骤3所述镜面层113上蒸镀厚度为1000nm的Au作为第一金属键合层114，在Si衬底201上蒸镀厚度为1000nm的Au作为第二金属键合层202。
5.将步骤4中所述的第一金属键合层114和第二金属键合层202在300℃条件下，并于9000N外力作用下，经过20min键合到一起。
6.用体积比为1：10的NH4OH: H2O2溶液反应10min，去除临时砷化镓基板，化学腐蚀停止在第三外延层上；然后通过在第四外延层104上旋涂正胶，经过光刻显影后，再用磷酸、双氧水的混合溶液，蚀刻出图形化的第四外延层104；利用粗化液湿法制出粗糙化的第五外延层105。
7.通过光刻流程，旋涂负性光刻胶、光刻、显影、旋干，然后进行等离子打胶，采用电子束冷蒸的方式将4µm的AuAuGeNiAu镀在第五外延层105上，再经剥离后形成主电极203，主电极203设置在芯片长边的一端。
8.通过光刻流程，旋涂正性光刻胶、光刻、显影、旋干，再用ICP干法蚀刻，制作出长宽比为1:4的切割道，主电极203位于芯片长边的一端。
9.在Si衬底201背面蒸镀厚度为20nm的Ti和厚度为100nm的Au形成背电极204，即完成LED芯片的制作，结构剖视图如图1所示。
本发明还提供一种反极性红光LED芯片的封装方法，具体地，可以包括如下步骤：包括固晶、焊线和灌封；其中，
S1.固晶：将银胶点在碗杯2-3中，并利用银胶将所述芯片2-2与PCB支架2-4粘连在一起。具体地，将本发明芯片2-2的长边与PCB支架2-4和碗杯2-3的长边朝同一个方向设置。
S2.焊线：利用金线或者合金线为引线，将本发明电极2-1与PCB支架2-4上的焊点2-5焊接在一起，形成导电回路。具体地，引线2-6从本发明芯片2-2靠电极的一端接出，如图5中，电极设置在芯片左边，所以引线也从左边接出，这样遮挡最少。
S3.灌胶：利用AB胶将碗杯2-3灌满，并排除碗杯2-3中的空气，固化后即得封装好的芯片，如图5和7所示。
实施例1
如图4-5所示，本实施例中将反极性红光LED芯片的版图形状设计成长方形，电极2-1设置在长方形长边的左边，扩展电极2-7向长方形长边的右边延伸。对裸芯进行测试，结果显示，在同样的面积下，本发明长方形芯片裸芯亮度比正方形裸芯亮度提高了49.6%。
将本实施例反极性红光LED芯片进行封装，如图5所示，将本发明芯片2-2的长边与PCB支架2-4和碗杯2-3的长边朝同一个方向设置，电极2-1设置在左边，扩展电极2-7向右边延伸，引线2-6从电极2-1左边接出到PCB支架2-4，并通过焊点2-5焊牢固。对封装好的芯片进行测试，结果显示，按本实施例封装后的亮度提高50.0%。
实施例2
如图6-7所示，本实施例中将反极性红光LED芯片的版图形状设计成椭圆形，电极2-1设置在椭圆形长轴的左边，扩展电极2-7向椭圆形长轴的右边延伸。对裸芯进行测试，结果显示，在同样的面积下，本发明长方形芯片裸芯亮度比正方形裸芯亮度提高了50.0%。
将本实施例反极性红光LED芯片进行封装，如图7所示，将本发明芯片2-2的长轴与PCB支架2-4和碗杯2-3的长边朝同一个方向设置，电极2-1设置在左边，扩展电极2-7向右边延伸，引线2-6从电极2-1左边接出到PCB支架2-4，并通过焊点2-5焊牢固。对封装好的芯片进行测试，结果显示，按本实施例封装后的亮度提高50.2%。
综上所述，将反极性红光LED芯片的表面版图形状由正方形更换为规则长条形若长方形或椭圆形，将极设置在长方形长边或椭圆形长轴一端，同样的面积下，比正方形芯片的亮度要高；同时电极设有扩展电极，可实现表面电流扩展的均匀性，保证电流扩展能力；采用本发明的封装方法，将固晶和焊线从芯片靠电极的一端接出，可以减少焊线后遮光损耗，实际封装后成品亮度更高，进一步提高了LED的亮度。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种反极性红光LED芯片，其特征在于，以Si衬底为基础，由下而上依次为第二金属键合层、第一金属键合层、镜面层、SiO2导电孔层、第十一外延层、第十外延层、第九外延层、第八外延层、第七外延层、第六外延层、第五外延层、第四外延层、主电极；所述Si衬底下面为背电极；
所述反极性红光LED芯片的表面版图形状设计成规则长条形，所述主电极设置在偏离所述规则长条形的中心并靠近封装焊线的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种反极性红光LED芯片，其特征在于，所述主电极设有扩展电极，所述扩展电极向所述封装焊线相反的方向延伸。
3.根据权利要求1所述的一种反极性红光LED芯片，其特征在于，所述规则长条形为长方形或椭圆形。
4.根据权利要求3所述的一种反极性红光LED芯片，其特征在于，所述长方形的长宽比为1.5-4:1。
5.根据权利要求3所述的一种反极性红光LED芯片，其特征在于，所述椭圆形的长轴与短轴比为2-4:1。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种反极性红光LED芯片的封装方法，其特征在于，包括固晶、焊线和灌封；其中，
S1.固晶：将固晶胶点在碗杯中，并利用固晶胶将芯片与PCB支架粘连在一起；
S2.焊线：利用金线或者合金线为引线，将芯片的主电极与PCB支架的焊点焊接在一起，形成导电回路；
S3.灌胶：利用AB胶将碗杯灌满，排除碗杯空气，并固化。
7.根据权利要求6所述的一种反极性红光LED芯片的封装方法，其特征在于，所述步骤S1中的固晶胶为银胶。
8.根据权利要求6所述的一种反极性红光LED芯片的封装方法，其特征在于，所述步骤S1中芯片的长边与PCB支架和碗杯的长边朝同一个方向。
9.根据权利要求6所述的一种反极性红光LED芯片的封装方法，其特征在于，所述步骤S2中引线从芯片靠主电极的一端接出。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110379962.2A Pending CN112802937A (zh) | 2021-04-09 | 2021-04-09 | 一种反极性红光led芯片及其封装方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112802937A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06112535A (ja) * | 1992-09-24 | 1994-04-22 | Rohm Co Ltd | 発光ダイオードチップ、およびこれを用いた発光ダイオードチップアレイ |
| JPH08250772A (ja) * | 1996-02-23 | 1996-09-27 | Rohm Co Ltd | 発光ダイオード |
| CN204464320U (zh) * | 2015-02-03 | 2015-07-08 | 江苏晶瑞半导体有限公司 | 一种led芯片电极版图布局结构 |
| CN105957938A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-09-21 | 扬州乾照光电有限公司 | 一种高亮度反极性的AlGaInP基发光二极管晶圆及其制造方法 |
-
2021
- 2021-04-09 CN CN202110379962.2A patent/CN112802937A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06112535A (ja) * | 1992-09-24 | 1994-04-22 | Rohm Co Ltd | 発光ダイオードチップ、およびこれを用いた発光ダイオードチップアレイ |
| JPH08250772A (ja) * | 1996-02-23 | 1996-09-27 | Rohm Co Ltd | 発光ダイオード |
| CN204464320U (zh) * | 2015-02-03 | 2015-07-08 | 江苏晶瑞半导体有限公司 | 一种led芯片电极版图布局结构 |
| CN105957938A (zh) * | 2016-06-03 | 2016-09-21 | 扬州乾照光电有限公司 | 一种高亮度反极性的AlGaInP基发光二极管晶圆及其制造方法 |
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