一种具有同侧电极芯片的LED封装结构转让专利
申请号 : CN201410438711.7
文献号 : CN104157777B
文献日 : 2017-11-14
发明人 : 李媛
申请人 : 李媛
摘要 :
本发明提供一种具有同侧电极芯片的LED封装结构，包括芯片及芯片上的N型半导体层电接触的N型电极和P型半导体层电接触的P型电极、与芯片电极电接触的基板，芯片的N型半导体层和P型半导体层两侧的面为芯片的出光面，位于出光面侧边的其余面为芯片的侧面；N型电极和P型电极设置在所述芯片的同一侧面上。由于本发明芯片的电极位于芯片的侧面，无需在芯片出光面上焊线，减少光线遮挡，提高了LED的出光效率。
权利要求 :
1.一种具有同侧电极芯片的LED封装结构，包括杯碗，芯片及芯片上的N型半导体层电接触的N型电极和P型半导体层电接触的P型电极，埋设于杯碗底部与芯片电极电接触的基板，其特征在于：芯片的N型半导体层和P型半导体层两侧的面为芯片的出光面，位于出光面侧边的其余面为芯片的侧面，N型电极和P型电极设置在所述芯片的同一侧面上；所述的N型电极还延伸出围绕芯片的其他侧面，并与其他侧面的N型半导体层电接触的N极导电层；所述P型电极也延伸出围绕芯片的其他侧面，并与其他侧面的P型半导体层电接触的P极导电层，所述芯片的侧面朝向所述基板，N型电极和P型电极侧面与所述基板电接触，芯片的出光面朝向杯碗的内壁。
2.根据权利要求1所述的一种具有同侧电极芯片的LED封装结构，其特征在于：芯片N型电极和P型电极所在的侧面朝向所述基板，N型电极和P型电极分别与基板直接焊接电接触。
3.根据权利要求1所述的一种具有同侧电极芯片的LED封装结构，特征在于：所述芯片N型电极和P型电极相反的侧面朝向所述基板，N型电极和P型电极分别通过焊线与基板电接触。
说明书 :
一种具有同侧电极芯片的LED封装结构
技术领域
[0001] 本发明涉及一种LED封装结构,尤其一种采用侧电极芯片的LED封装结构。
背景技术
[0002] 按衬底的导电性能不同，现有的LED芯片一般分为不导电衬底芯片和导电衬底芯片，前者主要是指蓝宝石衬底芯片，也叫正装结构芯片或双电极芯片，后主要包括碳化硅衬底、硅衬底和氮化镓衬底芯片等，也叫垂直结构芯片或单电极芯片。正装芯片的P型电极可以直接制作在P型半导体层上，但由于承载N型半导体层的蓝宝石衬底不具有导电功能，在制作N型电极时，需要在P型半导体面上切割出部分区域，直至暴露出N型半导体层，再在该暴露的N型半导体层上制作N型电极。以8mil×7mil尺寸的芯片来算，芯片的总发光面积为8×7＝56mil2，P型电极的面积约为3×3＝9mil2，切割的P型半导体区域约为4×4＝16mil2，制作完电极后芯片剩余的发光面积为56-9-16＝31mil,发光面积的利用率为31/56×100％＝55％。相对而言，由于垂直结构芯片的衬底是可以导电的，只需要再P型半导体层上制作一个P型电极即可，发光面积利用有所提高，但由于P型电极设置在出光面上，还是遮挡了部分光。可见，现有LED芯片都需要在发光面上制作电极，对芯片发光面积存在不同程度的遮挡，无法完全利用到芯片的全部发光面积，内部量子效率低下。同时，由于大量的光被反射回芯片内，造成芯片内热量积聚，也加快了芯片的衰减速度，降低芯片的使用寿命。采用上述的芯片封装为LED时，由于还需要在芯片电极上焊接金线，进一步增加对芯片发光的遮挡，降低LED的出光率。
发明内容
[0003] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种出光效率高，热积聚少，使用寿命高的LED封装结构。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术手段是：
[0005] 一种具有同侧电极芯片的LED封装结构，包括芯片及芯片上的N型半导体层电接触的N型电极和P型半导体层电接触的P型电极、与芯片电极电接触的基板，其特征在于：芯片的N型半导体层和P型半导体层两侧的面为芯片的出光面，位于出光面侧边的其余面为芯片的侧面；N型电极和P型电极设置在所述芯片的同一侧面上。
[0006] 本发明的有益效果是：由于本发明将电极设置在芯片的侧面，芯片侧面的出光量大大小于芯片侧面的出光量，使得LED的出光量将大大增加，同时减少LED内的热量积聚，提高LED寿命，N型电极和P型电极设置在所述芯片的同一侧面上，还有利于封装操作，有利于实现倒装封装。
[0007] 作为本发明的进一步改进，所述芯片的侧面朝向所述基板，N型电极和P型电极侧面与所述基板电接触，以有利于光向四周空间方向发出。
[0008] 作为本发明的进一步改进，芯片N型电极和P型电极所在的侧面朝向所述基板，N电极和P电极分别与基板直接焊接电接触，以有利于用倒装焊电连接。
[0009] 作为本发明的进一步改进，所述芯片N型电极和P型电极相反的侧面朝向所述基板，N型电极和P型电极分别通过焊线与基板电接触，以有利于采用焊线电连接。
[0010] 作为本发明的进一步改进，所述芯片的发光面朝向所述基板，N型电极和P型电极位于芯片出光面方向的端面与所述基板电接触，以有利于光向单方向发出。
[0011] 作为本发明的进一步改进，所述N电极和P电极分别与基板直接焊接电接触，以有利于采用倒装焊电连接。
[0012] 作为本发明的进一步改进，所述N电极和P电极分别通过焊线与基板电接触，以有利于采用焊线电连接。
[0013] 作为本发明的进一步改进，N电极和P电极其中之一通过焊线与基板点接触，另一电极与基板直接焊接电接触，以有利于混合倒装焊与焊线电连接的优点。
附图说明
[0014] 图1为本发明电极在芯片同一侧面的结构示意图；
[0015] 图2为本发明电极在芯片不同侧面的结构示意图；
[0016] 图3为本发明电极上设置导电层的结构示意图；
[0017] 图4为具有导电衬底的芯片上制作侧电极的结构示意图；
[0018] 图5为无衬底芯片上制作侧电极的结构示意图；
[0019] 图6为无衬底芯片仅一个电极设置在侧面的结构示意图；
[0020] 图7为芯片侧面朝向基板的LED封装结构示意图之一；
[0021] 图8为芯片侧面朝向基板的LED封装结构示意图之二；
[0022] 图9为芯片发光面朝向基板的LED封装结构示意图之一；
[0023] 图10为芯片发光面朝向基板的LED封装结构示意图之二；
[0024] 图11为芯片发光面朝向基板的LED封装结构示意图之三。
具体实施方式
[0025] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明至少可以实施于具有不导电衬底的LED芯片，具有导电衬底的LED芯片和无衬底的LED芯片上。除有特别说明外，在本领域普通技术人员的知识范围内，下述针对某一类型的芯片上描述的电极结构在其他类型的芯片上具有通用性。
[0026] 参考图1，以具有不导电介质蓝宝石为衬底的芯片结构为例，由下至上依次为衬底1、N型半导体层2、发光层3和P型半导体层4。芯片被切割为六面体结构，芯片的蓝宝石衬底1侧和P型半导体层4两侧的面为芯片的出光面01，位于出光面01侧边与出光面01垂直的其余
4个面为芯片的侧面00。芯片大部分的光都是从出光面01发出的，芯片侧面00出光较少。对于上述每一半导体层来说，其位于该芯片侧面00的面也可以称之为该半导体层的侧面。在所述芯片的侧面00上设置有与N型半导体层2电接触的N型电极5，N型电极5粘附在芯片的侧面00，并在芯片各半导体层的层叠方向上延伸，与N型半导体层2的侧面电接触，为加强电极与芯片侧面00的粘附强度，可以少部分延伸至芯片的出光面01上，但主体部分仍保留在芯片侧面00内。N型电极5可以仅覆盖部分半导体层，也可以覆盖完所有N型半导体层2、发光层
3和P型半导体层4，当采用后者结构时，为避免N型电极5与发光层3和P型半导体层4的侧面电接触形成短路，在所述N型电极5与芯片侧面00之间设置绝缘层51。所述绝缘层51可以覆盖全部N型半导体层2、发光层3和P型半导体层4的侧面，N型电极5通过出光面01侧的N型半导体层2电连接；所述绝缘层51也可以仅覆盖发光层3和P型半导体层4的侧面，N型电极5可以通过N型半导体层2的出光面01侧和/或N型半导体层2的侧面00电连接。在芯片的同一侧面00上，还设置有与P型半导体层2电接触的P型电极6，P型电极6与N型电极5类似，不同之处在于，当所述P型电极6覆盖完所有芯片侧面的半导体层时，所述绝缘层51可以覆盖全部N型半导体层2、发光层3和P型半导体层4的侧面，P型电极6通过出光面01侧的P型半导体层4电连接；所述绝缘层51也可以仅覆盖发光层3和N型半导体层2的侧面，P型电极6可以通过P型半导体层4的出光面01侧和/或P型半导体层4的侧面00电连接。
4个面为芯片的侧面00。芯片大部分的光都是从出光面01发出的，芯片侧面00出光较少。对于上述每一半导体层来说，其位于该芯片侧面00的面也可以称之为该半导体层的侧面。在所述芯片的侧面00上设置有与N型半导体层2电接触的N型电极5，N型电极5粘附在芯片的侧面00，并在芯片各半导体层的层叠方向上延伸，与N型半导体层2的侧面电接触，为加强电极与芯片侧面00的粘附强度，可以少部分延伸至芯片的出光面01上，但主体部分仍保留在芯片侧面00内。N型电极5可以仅覆盖部分半导体层，也可以覆盖完所有N型半导体层2、发光层
3和P型半导体层4，当采用后者结构时，为避免N型电极5与发光层3和P型半导体层4的侧面电接触形成短路，在所述N型电极5与芯片侧面00之间设置绝缘层51。所述绝缘层51可以覆盖全部N型半导体层2、发光层3和P型半导体层4的侧面，N型电极5通过出光面01侧的N型半导体层2电连接；所述绝缘层51也可以仅覆盖发光层3和P型半导体层4的侧面，N型电极5可以通过N型半导体层2的出光面01侧和/或N型半导体层2的侧面00电连接。在芯片的同一侧面00上，还设置有与P型半导体层2电接触的P型电极6，P型电极6与N型电极5类似，不同之处在于，当所述P型电极6覆盖完所有芯片侧面的半导体层时，所述绝缘层51可以覆盖全部N型半导体层2、发光层3和P型半导体层4的侧面，P型电极6通过出光面01侧的P型半导体层4电连接；所述绝缘层51也可以仅覆盖发光层3和N型半导体层2的侧面，P型电极6可以通过P型半导体层4的出光面01侧和/或P型半导体层4的侧面00电连接。
[0027] 所述P型半导体层4上还可设置有电流扩散层41，这时P型电极6可以同时与P型半导体层4的侧面和电流扩散层41的侧面电接触，也可以不与P型半导体层4直接电接触，而是通过电流扩散层41与P型半导体层4电接触，电流通过电流扩散层41扩散后再进入P型半导体层4。同样，也可以在N型半导体层2上设置类似的电流扩散层21。为便于增加芯片发光的方向性或当方向出光的强度，还可在所述N型半导体层2或P型半导体层4上或蓝宝石衬底上设置有光反射层7。
[0028] 所述N型电极5和P型电极4可以设置在芯片的同一侧面00上，这样的芯片可以采用倒装焊的方式封装，从而节省焊金线的工序及成本，同时增强芯片的散热功能。也可以参考图2所示，所述N型电极2和P型电极4分别设置在芯片的不同侧面00上，其中当两电极分别位于相对的两侧面00上，且位于芯片对角位置时，电流流过发光层3最均匀，发光效果最好。还可以仅将N型电极2设置在芯片侧面00，P型电极4则设置在芯片P型半导体层4的出光面01上。
[0029] 参考图3，所述的N型电极5还可延伸出围绕芯片的其他侧面00，并与其他侧面00的N型半导体层2电接触的N极导电层52；所述P型电极6也延伸出围绕芯片的其他侧面00，并与其他侧面00的P型半导体层4电接触的P极导电层62。这样，电流可以均匀地从P型半导体层4的多个侧面流入，从N型半导体层2的多个侧面流出，电流扩散更好，流过发光层3就更加均匀，从而芯片发光更均匀。当所述P型半导体层4上还设置有电流扩散层41时，所述P型电极6及P极导电层62通过所述电流扩散层41与所述P型半导体层4电接触。此时，电流通过电流扩散层41扩散后再进入P型半导体层4，电流分布更均匀。当所述N型半导体层2上还设置有电流扩散层21时，所述N型电极5及N极导电层52通过所述电流扩散层21与所述N型半导体层2电接触，其结构和原理前述类似。
[0030] 对具有导电衬底的LED芯片，如衬底材料为碳化硅、硅、氧化锌或氮化镓等时，由于衬底本身具有导电功能，所以只需要制作一个电极，即P型电极即可，其他结构与上述蓝宝石衬底芯片的侧电极结构相同或相似。具有侧电极的导电衬底芯片结构如图4所示，由下至上依次为，导电衬底1，N型半导体层2、发光层3和P型半导体层4，芯片切割为六面体结构，芯片的导电衬底1侧和P型半导体层4两侧的面为芯片的出光面01，位于出光面01侧边与出光面01垂直的其余4个面为芯片的侧面00。P型电极6粘附在芯片的侧面00，其具体结构与前述具有蓝宝石衬底芯片的电极结构大体相同。不同之处在于为避免P型电极6导电衬底1电接触，所述绝缘层51需要覆盖至导电衬底1的侧面00。
[0031] 作为具有导电衬底LED芯片侧电极结构的进一步改进，还可如图1和图3所示，所述P型半导体层4上还可设置有电流扩散层41，这时P型电极6可以同时与P型半导体层4的侧面和电流扩散层41的侧面电接触，也可以不与P型半导体层4直接电接触，而是通过电流扩散层41与P型半导体层4电接触，电流通过电流扩散层41扩散后再进入P型半导体层4。可如图1所示，所述P型半导体层4上还可设置有电流扩散层41，这时P型电极6可以同时与P型半导体层4的侧面和电流扩散层41的侧面电接触，也可以不与P型半导体层4直接电接触，而是通过电流扩散层41与P型半导体层4电接触，电流通过电流扩散层41扩散后再进入P型半导体层4。还可在衬底侧设置光反射层7。
[0032] 参照图5，对于剥离了衬底的无衬底LED芯片，芯片不包括衬底，芯片主体结构包括N型半导体层2，层叠于N型半导体层2上的发光层3和层叠于发光层3上的P型半导体层4，N型半导体层2和P型半导体层4两侧的面为芯片的出光面01，位于出光面01侧边的其余面为芯片的侧面00，与N型半导体层2电接触的N型电极5和与P型半导体层4电接触的P型电极6，所述N型电极5和P型电极6至少一个电极设置在所述芯片的侧面00上，该设置在芯片侧面的N型电极5和/或P型电极6与芯片侧面00间设置有绝缘层51。该设置在芯片侧面的N型电极5和/或P型电极6与前述具有蓝宝石衬底芯片的N电极或P电极相同。不同之处在于由于N型半导体层2上没有衬底，当需要在N型半导体层2侧的出光面01上设置N型电极5时，N型电极5可以直接设置在N型半导体层2上。
[0033] 作为无衬底LED芯片的进一步改进，参考图1和图2，可以将N型电极5和P型电极6都设置在所述芯片的侧面00上，即所述N型电极5和P型电极6设置在芯片的同一侧面00上，或所述N型电极5和P型电极6分别设置在芯片相对的两侧面00上。或仅P型电极6或N电极5之一设置在所述芯片的侧面上00，另一电极设置在相应的半导体层上。如参考图6，P型电极6设置在芯片侧面，N型电极5设置N型半导体层2上。或N型电极5设置在芯片侧面，P型电极6设置在P型半导体层4上。参考图1和图3，所述设置在芯片侧面00的电极上还设置有围绕芯片的其他侧面00，并与其他侧面00相应的半导体层电接触的导电层。所述P型半导体层4和/或N型半导体层2上还设置有电流扩散层41、21。所述N型半导体层2或P半导体层4上设置有光反射层7。
[0034] 对于N型电极5和P型电极6设置在芯片的同一侧面00上的芯片可以采用如图7所示倒装焊接将两电极与LED基板电连接，也可以如图8所示，采用焊线的方式将两电极与LED基板电连接。当采用倒装焊的方式时，参照图7，包括有杯碗f1，杯碗内壁f11为通过电镀或打磨的具有优良反光效果反光面，杯碗底部f12埋设有导电基板f2。导电基板f2为连接芯片与LED外部电源的导体，导电基板f2分为正负两极，通过导电柱21分别与杯碗f1外的正负灯脚电f3连接，或者正负极导电基板f2延伸至杯碗外形成正负灯脚f3。芯片固定在所述杯碗f1内，芯片P型电极6和N型电极5所在的侧面朝向下方的基板f2，出光面01朝向杯碗f1的内壁f11，P型电极6的侧面f00和N型电极5的侧面f00分别与正负极基板f2焊接，形成电连接。
[0035] 当采用焊线的方式电连接时，参考图8，芯片的固定方向与图7所示相反，芯片设置电极一侧面位于上方，N型电极或P型电极均通过焊接金线方式与基板电连接。
[0036] 上述封装形式中，杯碗f1内可填充封装胶体，封装保护芯片(图中未示)，为使LED可以发出不同颜色，还可以在封装胶体中掺杂可以激发不同波段光的荧光粉。由于出光面01朝向杯碗f1的内壁f11，光线从芯片的两出光面射出，经杯碗f1内壁f11反射后照射到LED外部。在某些最求立体照明效果的LED中，还可以不包括杯碗f1，芯片直接固定基板上，这样LED可以达到180°的很大的发光角度。
[0037] 该芯片的封装形式还可以参考图9，芯片固定在所述杯碗f1内，芯片两出光面01中的一个朝向下方的基板f2，N型电极5和P型电极6位于芯片下方出光面方向的端面f01与基板f2焊接，形成电连接。采用这种封装方式时，芯片上部出光面发出的光可以直接照射到LED外部，芯片下部出光面的光线经反射器底部反射后照射到LED外部。
[0038] 该芯片的封装形式还可以参考图10，芯片固定在所述杯碗f1内，芯片两出光面中的一个朝向下方的基板f2，N型电极5或P型电极6任一位于芯片下方出光面方向的端面f01与直接基板f2焊接和固定，形成电连接，另一电极位于芯片上方出光面方向的端面f011通过焊接金线f4与基板f2电连接。
[0039] 该芯片的封装形式还可以参考图11，芯片固定在所述杯碗f1内，使芯片两出光面中的一个朝向下方基板f2，N型电极5或P型电极6与基板f2没有直接接触，而是在N型电极5或P型电极6的上端面f011焊接金线f4与基板f2电连接。
[0040] 以上LED封装结构可以采用具有不导电衬底的LED芯片，具有导电衬底的LED芯片或无衬底的LED芯片中的任一种。