[发明专利]无衬底LED白光芯片及其制作工艺

说明书

技术领域

本发明涉及LED芯片领域，尤指一种无衬底LED白光芯片及其制作工艺。

背景技术

LED发展趋势是无焊线无封装，所谓无焊线就是采用倒装结构芯片，直接焊接在基板上。倒装芯片的结构是电极和发光层在透明蓝宝石衬底的底部，与正装芯片相反，这样热量可以直接从基板导走，不必通过绝热的蓝宝石衬底，而且电流分布更加均匀，使得芯片可以在更大的电流密度下使用，更免去了焊线的成本和断线的隐患。倒装芯片结构大致如下：包括无色透明蓝宝石衬底，厚度约120-250um；生长在蓝宝石衬底上的GaN外延层，这是一个多层结构，芯片的发光层就在其中，整个外延层厚度仅5-10um；电极，两个电极分别为P和N，镀在外延层上，通电后外延层中的发光层就发光，因蓝宝石是无色透明的，所以发光可以毫无阻碍的透过蓝宝石发出来。

所谓无封装是指事先涂敷了荧光粉的倒装芯片，也称作(CSP = Chip Scale Package)，即芯片级封装。因为蓝宝石衬底是透明晶体，倒装芯片是五面出光，所以荧光粉必须涂敷在上表面和四个侧面，同时底部的电极区域不得被硅胶和荧光粉污染。目前荧光粉的涂敷结构如下：

采用硅胶荧光粉压制而成，五面出光，光效高，但是顶部和四周的色温一致性控制较差，德豪润达的CSP也是以这种为主。

采用周围二氧化钛保护再覆荧光膜，只有顶部一个发光面，光的一致性和指向性很好，但是损失了四周的光输出，光效会偏低。目前三星主要采用以此技术为主，但是也在开发德豪润达的第一种技术。德豪润达也在开发三星这种技术产品。

采用荧光膜全覆盖，再加透明硅胶固定成型，也是五面出光，光效高，光品质稍差，此款主要是飞利浦采用。

无论上述哪种制备方法，共同的特点就是：

芯片表面荧光粉与基板之间都隔着120-250um厚的蓝宝石衬底，而蓝宝石是隔热材料，阻挡了荧光粉产生的热量向基板的传导，造成了荧光粉温度很高，大大降低了发光效率，同时，过高的温度加速了硅胶的老化，特别是在高密度大功率的情况下，问题更加严重。

在射灯投光灯及车灯等配有聚光的光学系统的应用中，真正高效利用的是LED的正面出光，而LED越厚侧面占的面积越大，侧面出光的很大一部分是损失掉了。

蓝宝石衬底本身是厚度均匀表面表面光洁的无色透明晶体，折射率高于硅胶，光线在蓝宝石衬底与硅胶界面处会发生全反射，对出光有很大影响。

可以看到，上述这些问题都蓝宝石衬底造成的，蓝宝石作为GaN外延层（发光层）的衬底在外延生长过程中是必不可少的，同时也是外延层的刚性支承。蓝宝石衬底是可以剥离的，蓝宝石衬底的剥离是一个很成熟的技术，芯片生产厂家在制作另外一种芯片——垂直结构芯片时，要把绝缘的蓝宝石衬底换成导电衬底，必须将蓝宝石衬底剥离，采用的办法是先将导电衬底贴合到外延层上，再用激光剥离技术将背面的蓝宝石衬底剥离。而对于倒装芯片则都是带着蓝宝石衬底一起封装成LED，不做衬底剥离，原因是：

发光外延层厚度只有5um左右，极为脆弱，一碰就碎，衬底剥离后失去支承无法拾取、分选、运输、包装，封装厂也无法固晶；

蓝宝石本身是透明的，对出光影响不大，本身又极为坚硬，无论拾取、分选、运输、包装、固晶都可以承受很大的压力和冲击，使用极为方便；

激光剥离需要专门的设备，严格的条件，封装厂一般不具备；

衬底剥离通常都是整张外延片剥离，而封装厂拿到的芯片已经是切割成单颗的了。

从上述分析，将倒装芯片的衬底剥离做成无衬底LED是具有很大优点的，目前已有的办法是：

申请号为201510719701.5及201520850711.8的中国发明专利中，将衬底剥离的倒装芯片加装保护层，等于用一个保护层替代蓝宝石做为一个临时的支承以便拾取和使用，这个保护层是临时的，而且是易于去除的。封装厂在固晶后要将保护层去除，只剩下无衬底的外延层。这两个专利解决的是蓝宝石剥离后外延层的搬运问题，简单说就是芯片厂先将蓝宝石衬底剥离，然后换上可以用简单溶剂清洗掉的保护层，有了保护层，芯片就可以像正常芯片一样分选包装运输固晶，封装厂或使用者在固晶后用溶液洗掉保护层就得到没有衬底的外延层。这个发明专利题目是无衬底LED芯片封装方法，实际上并没有谈及封装，临时的保护层不含荧光粉且在封装前又被除去了，仅剩下外延层，也更谈不上是芯片级封装了。本质就是给剥离掉衬底的外延层加了一个临时包装以便于操作。

申请号为201410355924.3的中国发明专利是在芯片制备工艺中将电极做到芯片侧面，从而免除了衬底，但这没有解决芯片的运输使用问题；