專(zhuān)利名稱：大功率cob封裝led結(jié)構(gòu)及其晶圓級(jí)制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)及其制造工藝。
背景技術(shù)：
由于LED封裝是器件性能的重要決定因素之一，而且在器件成本上所占的比重相當(dāng)大，降低單位流明成本一直是制約LED應(yīng)用于照明領(lǐng)域的主要障礙。為了迎合這一市場(chǎng)要求，近些年出現(xiàn)了 COB (chip-on-board)封裝形式。所謂傳統(tǒng)大功率COB封裝，通常是指大尺寸封裝支架上固定多顆正裝芯片(固晶)，通過(guò)打線相互串并聯(lián)，涂布混合熒光粉硅膠，熒光粉自然沉降，固化硅膠的封裝形式。這樣的封裝形式有以下缺點(diǎn)
1.由于正裝芯片底面是藍(lán)寶石基板(生長(zhǎng)襯底)，不論是銀膠，還是共金焊固定芯片，仍然存在界面熱阻高，散熱性差的問(wèn)題，芯片在大電流情況下效率顯著下降，工作電流范圍 有限；
2.基于以上原因，為達(dá)到產(chǎn)品封裝流明要求，只能通過(guò)增加芯片數(shù)量實(shí)現(xiàn)，芯片數(shù)量增加會(huì)使散熱問(wèn)題變得更加突出，光衰現(xiàn)象明顯；
3.芯片正面打線會(huì)影響出光，存在打線不良及長(zhǎng)時(shí)間工作熱失效的問(wèn)題；
4.芯片間需保持一定的間距，封裝尺寸較大，呈現(xiàn)為面光源，比較難于應(yīng)用光學(xué)透鏡進(jìn)一步提升出光效率；
5.由于封裝尺寸較大，熒光粉混合硅膠自然沉降的涂布方式很難保證覆蓋在各芯片上熒光粉形狀和厚度的一致性，從而使得封裝光色一致性差；
6.從芯片制程到芯片封裝，經(jīng)歷的測(cè)試、分割、分選、固晶、分光等流程會(huì)增加產(chǎn)品不良率，增加總體制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決傳統(tǒng)大功率COB封裝所固有的單位流明成本較高、散熱性差、需打線互聯(lián)、光衰大、可靠性差、封裝光色一致性差的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)及其晶圓級(jí)制造工藝。根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)，包括位于底層的子基板、形成于所述的子基板上的布線電極與互聯(lián)線路、與所述的布線電極相對(duì)應(yīng)的芯片電極、位于所述的芯片電極上方的P型GaN層、有源區(qū)、η型GaN層、以及覆蓋于所述的η型GaN層上方的突光粉層，其中，所述的布線電極與芯片電極鍵合在一起。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的布線電極包括子基板P型金屬電極區(qū)域、子基板η型金屬電極區(qū)域，所述的子基板P型金屬電極區(qū)域、子基板η型金屬電極區(qū)域通過(guò)互聯(lián)線路實(shí)現(xiàn)串和/或并聯(lián)，所述的芯片電極包括芯片P型金屬電極、芯片η型金屬電極，所述的子基板P型金屬電極區(qū)域、子基板η型金屬電極區(qū)域與所述的芯片P型金屬電極、芯片η型金屬電極相對(duì)應(yīng)鍵合后分別形成鍵合后P型電極區(qū)域、鍵合后η型電極區(qū)域。作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的熒光粉層構(gòu)成保形涂層結(jié)構(gòu)。
根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)的晶圓級(jí)制造工藝，包括依次進(jìn)行的如下步驟
a)在藍(lán)寶石基板的外延片上依次沉積P型GaN層、有源區(qū)、η型GaN層，進(jìn)行芯片分割后，在每個(gè)芯片單元上制備芯片電極；
b)在子基板上蒸鍍形成布線電極與互聯(lián)線路，所述的布線電極與芯片電極的位置和圖形一一對(duì)應(yīng)；
c)通過(guò)電極金屬鍵合將藍(lán)寶石晶圓與子基板面對(duì)面結(jié)合在一起，使得藍(lán)寶石基板上每個(gè)芯片電極與子基板上布線電極對(duì)應(yīng)的區(qū)域鍵合；
d)去除藍(lán)寶石基板，以使芯片轉(zhuǎn)移至子基板； e)在子基板晶圓表面涂覆感光熒光粉溶劑；
f)去除芯片以外區(qū)域的熒光粉溶劑形成最終的熒光粉層。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述的布線電極包括子基板P型金屬電極區(qū)域、子基板η型金屬電極區(qū)域，所述的子基板P型金屬電極區(qū)域、子基板η型金屬電極區(qū)域通過(guò)互聯(lián)線路實(shí)現(xiàn)串和/或并聯(lián)，所述的芯片電極包括芯片P型金屬電極、芯片η型金屬電極，所述的子基板P型金屬電極區(qū)域、子基板η型金屬電極區(qū)域與所述的芯片P型金屬電極、芯片η型金屬電極相對(duì)應(yīng)鍵合后分別形成鍵合后P型電極區(qū)域、鍵合后η型電極區(qū)域。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述的熒光粉層構(gòu)成保形涂層結(jié)構(gòu)。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，所述的子基板由導(dǎo)熱性好的非導(dǎo)電材料制成。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，在所述的步驟d)中，通過(guò)化學(xué)剝離或激光剝離的方法去除藍(lán)寶石基板。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，在所述的步驟e)中，在子基板晶圓表面通過(guò)旋涂的方式涂覆感光熒光粉溶劑。作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)化方案，在所述的步驟f)中，通過(guò)光刻制程去除芯片以外區(qū)域的熒光粉溶劑。該工藝主要基于芯片倒裝技術(shù),在晶圓階段(wafer-level)將大功率芯片的P型和η型電極與子基板(sub-mount)上對(duì)應(yīng)的p型和η型電極鍵合,子基板支撐襯底選用導(dǎo)熱性好的非導(dǎo)電材料，顯著降低封裝熱阻，單個(gè)芯片可在大電流下工作而不出現(xiàn)明顯的效率下降，相同光通量下芯片使用顆數(shù)大幅減少，便于光學(xué)透鏡設(shè)計(jì)和使用。集成芯片間的串并聯(lián)通過(guò)子基板上的電極排布實(shí)現(xiàn)，避免了傳統(tǒng)COB封裝出光面打線影響出光和失效的問(wèn)題。晶圓與支撐襯底鍵合后，將原有藍(lán)寶石基板剝離，芯片轉(zhuǎn)移至子基板。在子基板晶圓上旋涂感光熒光粉溶劑，光刻形成保形熒光粉涂層，提升封裝色度一致性及光斑特性。最后完成測(cè)試、分割、光學(xué)組件安裝。上述晶圓級(jí)COB封裝的生產(chǎn)效率和質(zhì)量更高，提供了一種進(jìn)一步降低COB封裝單位流明成本的實(shí)現(xiàn)方法。由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明的晶圓級(jí)COB封裝通過(guò)改變芯片結(jié)構(gòu)提高大電流下單芯光通量，減少封裝芯片數(shù)量，結(jié)構(gòu)緊湊便于采用光學(xué)組件提升效率；借器件結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)合理整合芯片和封裝制程，減少生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，提供了一種大幅降低COB封裝單位流明成本的實(shí)現(xiàn)方法。


附圖I、附圖2為根據(jù)本發(fā)明的大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石基板晶圓的COB單元的結(jié)構(gòu)示意 附圖3、附圖4為根據(jù)本發(fā)明的大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)的子基板單元的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5、附圖6為根據(jù)本發(fā)明的大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)的藍(lán)寶石晶圓與子基板電極鍵合后的結(jié)構(gòu)示意 附圖7為根據(jù)本發(fā)明的大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)的剝離藍(lán)寶石基板轉(zhuǎn)移芯片至子基板后的結(jié)構(gòu)不意 附圖8為根據(jù)本發(fā)明的大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)的子基板晶圓上旋涂感光熒光粉溶劑后的結(jié)構(gòu)不意 附圖9為根據(jù)本發(fā)明的大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)的去除芯片以外多余熒光粉后的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中1、芯片P型金屬電極；2、芯片η型金屬電極；3、ρ型GaN ;4、有源區(qū)；5、η型GaN ；
6、藍(lán)寶石基板；7、子基板P型金屬電極區(qū)域；8、子基板η型金屬電極區(qū)域；9、子基板；10、鍵合后P型電極區(qū)域；11、鍵合后η型電極區(qū)域；12、熒光粉層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。參見(jiàn)附圖I至附圖9所示，本實(shí)施方式給出了一種大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)的晶圓級(jí)制造工藝，包括依次進(jìn)行的如下步驟
a)如附圖1、2所示，在藍(lán)寶石基板6的外延片上依次沉積P型GaN層3、有源區(qū)4、η型GaN層5,進(jìn)彳丁芯片分IllJ后，在每個(gè)芯片單兀暴露出η型GaN層5,制備芯片電極，完成監(jiān)寶石晶圓制作；
b)如附圖3、4所示，在導(dǎo)熱性好的非導(dǎo)電子基板9上蒸鍍形成布線電極與互聯(lián)線路，布線電極與芯片電極的位置和圖形相對(duì)應(yīng)；
c)如附圖5、6所示，通過(guò)電極金屬鍵合將藍(lán)寶石晶圓與子基板9面對(duì)面結(jié)合在一起，使得藍(lán)寶石基板6上每個(gè)芯片電極與子基板9上布線電極對(duì)應(yīng)的區(qū)域鍵合；
d)如附圖7所示，通過(guò)化學(xué)剝離或激光剝離的方法去除藍(lán)寶石基板6，以使芯片轉(zhuǎn)移至子基板9，完成子基板晶圓制作；
e)如附圖8所示，在子基板晶圓表面涂覆(旋涂)感光熒光粉溶劑；
f)如附圖9所示，光刻制程去除芯片以外區(qū)域的熒光粉溶劑形成最終的保形熒光粉層12 ；
g)最后完成晶圓測(cè)試、分割、分選(分光)、光學(xué)組件安裝。需要進(jìn)一步指出的是，布線電極包括子基板P型金屬電極區(qū)域7、子基板η型金屬電極區(qū)域8，芯片電極包括芯片P型金屬電極I、芯片η型金屬電極2，子基板P型金屬電極區(qū)域7、子基板η型金屬電極區(qū)域8與芯片P型金屬電極I、芯片η型金屬電極2的位置和圖形呈一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，子基板P型金屬電極區(qū)域7、子基板η型金屬電極區(qū)域8通過(guò)互聯(lián)線路實(shí)現(xiàn)串和/或并聯(lián)芯片的串聯(lián)是將對(duì)應(yīng)的子基板P和η區(qū)域相互連接(同一芯片對(duì)應(yīng)的子基板P和η區(qū)域不相連)，各組串聯(lián)芯片的并聯(lián)則是將各組頭尾芯片對(duì)應(yīng)的子基板P型區(qū)域相互連接和η型區(qū)域相互連接。子基板P型金屬電極區(qū)域7、子基板η型金屬電極區(qū)域8與芯片P型金屬電極I、芯片η型金屬電極2相對(duì)應(yīng)鍵合后分別形成鍵合后P型電極區(qū)域10、鍵合后η型電極區(qū)域11。上述工藝主要基于芯片倒裝技術(shù)，在晶圓階段(wafer-level)將大功率芯片的P型和η型電極與子基板(sub-mount)上對(duì)應(yīng)的p型和η型電極鍵合,子基板支撐襯底選用導(dǎo)熱性好的非導(dǎo)電材料，顯著降低封裝熱阻，單個(gè)芯片可在大電流下工作而不出現(xiàn)明顯的效率下降，相同光通量下芯片使用顆數(shù)大幅減少，便于光學(xué)透鏡設(shè)計(jì)和使用。集成芯片間的串并聯(lián)通過(guò)子基板上的電極排布實(shí)現(xiàn)，避免了傳統(tǒng)COB封裝出光面打線影響出光和失效的問(wèn)題。晶圓與支撐襯底鍵合后，將原有藍(lán)寶石基板剝離，芯片轉(zhuǎn)移至子基板；在子基板晶圓上旋涂感光熒光粉溶劑，光刻形成保形熒光粉涂層，提升封裝色度一致性及光斑特性；最后完成測(cè)試、分割、光學(xué)組件安裝。
由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明的晶圓級(jí)COB封裝通過(guò)改變芯片結(jié)構(gòu)提高大電流下單芯光通量，減少封裝芯片數(shù)量，結(jié)構(gòu)緊湊便于采用光學(xué)組件提升效率；上述晶圓級(jí)COB封裝的生產(chǎn)效率和質(zhì)量更高，借器件結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)合理整合芯片和封裝制程，減少生產(chǎn)成本，降低COB封裝單位流明成本。如附圖9所示，根據(jù)以上制造工藝得到一種大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)，包括位于底層的子基板9、形成于子基板9上的布線電極與互聯(lián)線路、與布線電極相對(duì)應(yīng)的芯片電極、位于芯片電極上方的P型GaN層3、有源區(qū)4、η型GaN層5、以及覆蓋于η型GaN層5上方的保形熒光粉層12，其中，布線電極與芯片電極鍵合在一起。布線電極包括子基板P型金屬電極區(qū)域7、子基板η型金屬電極區(qū)域8，子基板ρ型金屬電極區(qū)域7、子基板η型金屬電極區(qū)域8通過(guò)互聯(lián)線路實(shí)現(xiàn)串和/或并聯(lián)，芯片電極包括芯片P型金屬電極I、芯片η型金屬電極2，子基板ρ型金屬電極區(qū)域7、子基板η型金屬電極區(qū)域8與芯片ρ型金屬電極I、芯片η型金屬電極2相對(duì)應(yīng)鍵合后分別形成鍵合后ρ型電極區(qū)域10、鍵合后η型電極區(qū)域11。由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明的具有以下顯著的進(jìn)步
1.顯著降低封裝熱阻，提高單芯光通量(流明數(shù))，大幅減少封裝芯片使用量，使封裝更加緊湊，以便采用光學(xué)透鏡進(jìn)一步提升出光效率；
2.不使用金線互連芯片，避免傳統(tǒng)COB封裝打線影響出光和打線失效的問(wèn)題；
3.在晶圓階段完成熒光粉涂布，提升封裝色度一致性及光斑特性；
4.整合優(yōu)化芯片封裝流程，提升COB生產(chǎn)效率和產(chǎn)品良率，降低總體制造成本。以上實(shí)施方式只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變化或修飾均涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)，其特征在于包括位于底層的子基板(9)、形成于所述的子基板(9)上的布線電極與互聯(lián)線路、與所述的布線電極相對(duì)應(yīng)的芯片電極、位于所述的芯片電極上方的P型GaN層(3)、有源區(qū)(4)、n型GaN層(5)、以及覆蓋于所述的η型GaN層(5)上方的突光粉層(12),其中,所述的布線電極與芯片電極鍵合在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的布線電極包括子基板P型金屬電極區(qū)域(7)、子基板η型金屬電極區(qū)域(8)，所述的子基板P型金屬電極區(qū)域(7)、子基板η型金屬電極區(qū)域(8)通過(guò)互聯(lián)線路實(shí)現(xiàn)串和/或并聯(lián)，所述的芯片電極包括芯片P型金屬電極(I)、芯片η型金屬電極(2)，所述的子基板P型金屬電極區(qū)域(7)、子基板η型金屬電極區(qū)域(8 )與所述的芯片P型金屬電極(I)、芯片η型金屬電極(2 )相對(duì)應(yīng)鍵合后分別形成鍵合后P型電極區(qū)域(10 )、鍵合后η型電極區(qū)域(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的熒光粉層(12)構(gòu)成保形涂層結(jié)構(gòu)。
4.一種大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)的晶圓級(jí)制造工藝，其特征在于包括依次進(jìn)行的如下步驟 a)在藍(lán)寶石基板(6)的外延片上依次沉積P型GaN層(3 )、有源區(qū)(4 )、η型GaN層(5 )，進(jìn)行芯片分割后，在每個(gè)芯片單元上制備芯片電極； b)在子基板(9)上蒸鍍形成布線電極與互聯(lián)線路，所述的布線電極與芯片電極的位置和圖形對(duì)應(yīng)； c)通過(guò)電極金屬鍵合將藍(lán)寶石晶圓與子基板(9)面對(duì)面結(jié)合在一起，使得藍(lán)寶石基板(6)上每個(gè)芯片電極與子基板(9)上布線電極對(duì)應(yīng)的區(qū)域鍵合； d)去除藍(lán)寶石基板(6)，以使芯片轉(zhuǎn)移至子基板(9)； e)在子基板晶圓表面涂覆感光熒光粉溶劑； f)去除芯片以外區(qū)域的熒光粉溶劑形成最終的熒光粉層(12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)的晶圓級(jí)制造工藝，其特征在于所述的布線電極包括子基板P型金屬電極區(qū)域(7)、子基板η型金屬電極區(qū)域(8)，所述的子基板P型金屬電極區(qū)域(7)、子基板η型金屬電極區(qū)域(8)通過(guò)互聯(lián)線路實(shí)現(xiàn)串和/或并聯(lián)，所述的芯片電極包括芯片P型金屬電極(I)、芯片η型金屬電極(2)，所述的子基板P型金屬電極區(qū)域(7)、子基板η型金屬電極區(qū)域(8)與所述的芯片P型金屬電極(I)、芯片η型金屬電極(2)相對(duì)應(yīng)鍵合后分別形成鍵合后P型電極區(qū)域(10)、鍵合后η型電極區(qū)域(11)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)的晶圓級(jí)制造工藝，其特征在于所述的熒光粉層(12)構(gòu)成保形涂層結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)的晶圓級(jí)制造工藝，其特征在于所述的子基板(9)由導(dǎo)熱性好的非導(dǎo)電材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)的晶圓級(jí)制造工藝，其特征在于在所述的步驟d)中，通過(guò)化學(xué)剝離或激光剝離的方法去除藍(lán)寶石基板(6)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)的晶圓級(jí)制造工藝，其特征在于在所述的步驟e)中，在子基板晶圓表面通過(guò)旋涂的方式涂覆感光熒光粉溶劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)的晶圓級(jí)制造工藝，其特征在于在所述的步驟f)中，通過(guò)光刻制程去除芯片以外區(qū)域的熒光粉溶劑。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種大功率COB封裝LED結(jié)構(gòu)，包括位于底層的子基板、形成于子基板上的布線電極與互聯(lián)線路、與布線電極相對(duì)應(yīng)的芯片電極、位于芯片電極上方的p型GaN層、有源區(qū)、n型GaN層、以及覆蓋于n型GaN層上方的熒光粉層，布線電極與芯片電極鍵合在一起。其制造工藝基于芯片倒裝技術(shù)，在晶圓階段將大功率芯片的p型和n型電極與子基板上對(duì)應(yīng)的p型和n型電極鍵合，集成芯片間的串并聯(lián)通過(guò)子基板上的電極排布實(shí)現(xiàn)，之后將原有藍(lán)寶石基板剝離，芯片轉(zhuǎn)移至子基板。在子基板晶圓上旋涂感光熒光粉溶劑，光刻形成保形熒光粉涂層。上述晶圓級(jí)COB封裝LED結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量更高，提供了一種進(jìn)一步降低COB封裝單位流明成本的實(shí)現(xiàn)方法。
文檔編號(hào)H01L33/62GK102931322SQ20121046284
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者李睿 申請(qǐng)人:聚燦光電科技(蘇州)有限公司