《一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法》是晶能光電（江西）有限公司於2013年11月22日申請的專利，該專利的公布號為CN104659187A，授權公布日為2015年5月27日，發明人是熊傳兵、肖偉民、劉聲龍、趙漢民。
《一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法》提供一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法，包括如下步驟：在生長襯底上外延生長銦鎵鋁氮半導體發光薄膜，形成垂直結構的銦鎵鋁氮發光二極體晶圓片，在所述晶圓片的電極焊盤上形成一層掩膜層，在所述晶圓片上塗覆一層混有螢光粉的矽膠，形成一層螢光粉矽膠層，切割所述電極焊盤上的螢光粉矽膠層，使其與晶圓片檯面上的其他矽膠分離，刻蝕所述電極焊盤上的掩膜層及螢光粉矽膠層，暴露出電極焊盤，對所述晶圓片劃片獲得單顆晶片。該發明提供的白光LED晶片的封裝工藝簡單，不需要螢光粉點膠工藝，同時發出的白光亮度均勻，且出光率高，成本低。
2020年7月14日，《一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法
- 申請人：晶能光電（江西）有限公司
- 申請日：2013年11月22日
- 申請號：2013105922858
- 公布號：CN104659187A
- 公布日：2015年5月27日
- 發明人：熊傳兵、肖偉民、劉聲龍、趙漢民
- 地址：江西省南昌市高新開發區艾溪湖北路699號
- Int. Cl.：H01L33/50(2010.01)I、H01L33/48(2010.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
發光二極體（Light Emitting Diode，簡稱LED）廣泛運用於照明領域，而照明領域的光一般為白光，實現二極體的白光通常的方法是先形成藍光晶片，然後在封裝的時候在封裝材料中加入螢光粉，藍光晶片發出的藍光激發封裝材料里的螢光粉發出黃光或綠光或紅光或多種顏色的混合光，由藍光和這些被激發出的光共同混合形成白光。一般來說藍光晶片的製備和白光封裝是相對獨立的工序，先將藍光晶片按波長和光功率進行分檔，然後不同檔次的藍光晶片再封裝成白光，這種獲得白光LED燈珠的過程稱為傳統封裝。傳統封裝主要存在以下缺點：1）藍光晶片安裝在封裝支架後，需要對每顆晶片進行點螢光膠，這樣工作效率低下，封裝設備投入大，製造成本高；2）每顆晶片的螢光膠量一致性很難得到保證，因此封裝良率偏低；3）螢光膠在整個晶片的檯面上無法均勻分布，尤其是微觀的螢光粉量很難與微觀的藍光發光強度相匹配，這樣封裝品質很難保證；4）晶片焊線後點螢光膠，容易導致焊線的金球部分螢光膠的含量偏多，導致掛球現象，大大降低封裝良率和封裝品質。因此，光斑不均勻的白光LED做成燈具後，會導致燈具的白光在空間分布上不均勻。
2013年前的藍光晶片主要有同側結構和垂直結構。對於同側結構的晶片，它的襯底一般是透藍光的藍寶石襯底和碳化矽襯底，即使晶片背面鍍上不透光的反射膜，也會有5個面同時出光，因而這種結構的晶片做成的發光器件很難獲得光斑均勻的白光，在晶片側邊會存在明顯的黃圈。垂直結構的晶片，由於發光薄膜是從外延襯底轉移到新的不透光的支撐基板上，對於該結構的晶片做成的發光器件而言它只有一個面發光，因而，它最容易獲得光斑均勻的白光。如果將垂直結構的晶片，做成白光晶片，則這種晶片不但製造工藝簡單，而且很容易獲得光斑均勻的白光，並且封裝的時候僅需焊線和做透鏡，不需要經過繁雜難控制的點螢光膠過程。而如果將垂直結構的晶圓片直接做成白光晶片，則這種晶片能大大降低半導體照明產業鏈的成本。
發明內容
專利目的
《一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法》所要解決的一個技術問題是提供一種白光LED晶片製造方法，通過該方法製得的白光LED晶片，在產品封裝時，不需要採用螢光粉點膠封裝工藝，並且發光亮度均勻，出光效率高，生產成本低。
技術方案
《一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法》提供一種垂直結構的白光LED晶片的製造方法，包括如下步驟：在生長襯底上外延生長銦鎵鋁氮半導體發光薄膜，形成垂直結構的銦鎵鋁氮發光二極體晶圓片，在所述晶圓片的電極焊盤上形成一層掩膜層，在所述晶圓片上塗覆一層混有螢光粉的矽膠並對其進行熱固化，形成一層螢光粉矽膠層，切割所述電極焊盤上的螢光粉矽膠層，使其與晶圓片檯面上的其他矽膠分離，刻蝕所述電極焊盤上的掩膜層及螢光粉矽膠層，暴露出電極焊盤，對所述晶圓片劃片獲得單顆晶片。
優選地，所述掩膜層為光刻膠柱體。
優選地，所述光刻膠柱體的厚度為10~150微米，形成方法包括但不限於下列方法中的一種：光刻法，直接點滴光刻膠法，成型的光刻膠柱體粘結在電極焊盤法，預先成型的掩膜圖形通過熱壓方法實現掩膜方法，金屬圖形用膠粘劑粘合在晶圓片上的方法。
優選地，所述生長襯底包括但不限於下列襯底中的一種：Cu，Cr，Si，SiC，藍寶石。
優選地，所述切割的方法包括但不限於下列方法中的一種：雷射切割，機械切割。
優選地，所述螢光粉矽膠層的塗覆方法包括但不限於下列方法中的一種：旋塗法，噴塗法，印刷法。
優選地，所述螢光粉矽膠層至少覆蓋金屬焊盤1微米，在晶片邊緣，所述螢光粉矽膠層至少大於銦鎵鋁氮薄膜台面2微米。
優選地，所述所述刻蝕的方法包括但不限於下列方法中的一種：濕法刻蝕，ICP刻蝕，RIE刻蝕。
優選地，所述劃片切割的切割方法包括但不限於下列方法中的一種：雷射劃片，機械劃片。
《一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法》所要解決的另一個技術問題是提供一種白光LED 晶片，該晶片發光時光斑現象得到大大改善，且出光率高，成本低。
為了解決上述技術問題，《一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法》提供一種垂直結構的白光LED 晶片，該垂直結構的白光LED 晶片採用上述所述的垂直結構的白光LED 晶片的製造方法製得，包括垂直結構的銦鎵鋁氮發光二極體晶圓片，位於所述晶圓片上的螢光粉矽膠層，並且所述螢光粉矽膠層覆蓋了所述晶圓片的除電極焊盤外的所有表面。
優選地，所述螢光粉至少包括下列中的一種：釔鋁石榴石螢光粉、鋁酸鹽螢光粉、紅色氮化物螢光粉、綠色鋁酸鹽螢光粉。
優選地，所述螢光粉矽膠層的螢光粉與矽膠的質量比介於1:10至5:1之間，螢光粉矽膠層的厚度小於100微米。
有益效果
《一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法》提供的垂直結構的白光LED晶片的製造方法的有益效果在於：該發明製造方法工藝簡單，而且通過該方法製得的白光LED 晶片，在LED 產品封裝時，不需要採用螢光粉點膠封裝工藝，並且發出的白光均勻，出光效率高，生產成本低。
《一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法》提供的垂直結構的白光LED晶片的有益效果在於：該發明白光LED晶片的封裝工藝簡單，不需要螢光粉點膠工藝，同時發出的白光亮度均勻，且出光率高，成本低。
附圖說明
圖1是《一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法》提供的垂直結構白光LED晶片的結構示意圖，其中101為銦鎵鋁氮半導體發光薄膜層，102為鈍化層，103為金屬反光層，104為壓焊金屬層，105為金錫層，106為銀反射鏡p型歐姆接觸層，107為導電基板，108為基板背鍍共晶焊歐姆接觸層，109為基板背鍍共晶金屬層，110為n型電極焊盤，111為含有螢光粉的矽膠層。
圖2A至圖2E是《一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法》的一個實施例的實現過程示意圖。
圖3A至圖3E是《一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法》的另一個實施例的實現過程示意圖。
技術領域
《一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法》屬於LED生產技術領域，更具體地說，該發明涉及一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法。
權利要求
1.一種垂直結構的白光LED晶片的製造方法，其特徵在於包括：在生長襯底上外延生長銦鎵鋁氮半導體發光薄膜，形成垂直結構的銦鎵鋁氮發光二極體晶圓片；在所述晶圓片的電極焊盤上形成一層掩膜層；在所述晶圓片上塗覆一層混有螢光粉的矽膠並對其進行熱固化，形成一層螢光粉矽膠層；切割所述電極焊盤上的螢光粉矽膠層，使其與晶圓片檯面上的其他矽膠分離；刻蝕所述電極焊盤上的掩膜層及螢光粉矽膠層，暴露出電極焊盤；對所述晶圓片劃片獲得單顆晶片。
2.根據權利要求1所述的一種垂直結構的白光LED晶片的製造方法，其特徵在於所述掩膜層為光刻膠柱體。
3.根據權利要求2所述的一種垂直結構的白光LED晶片的製造方法，其特徵在於所述光刻膠柱體的厚度為10~150微米，形成方法包括但不限於下列方法中的一種：光刻法，直接點滴光刻膠法，成型的光刻膠柱體粘結在電極焊盤法，預先成型的掩膜圖形通過熱壓方法實現掩膜，金屬圖形用膠粘劑粘合在晶圓片上。
4.根據權利要求1所述的一種垂直結構的白光LED晶片的製造方法，其特徵在於所述生長襯底包括但不限於下列襯底中的一種：Cu，Cr，Si，SiC，藍寶石。
5.根據權利要求1所述的一種垂直結構的白光LED晶片的製造方法，其特徵在於所述切割的方法包括但不限於下列方法中的一種：雷射切割，機械切割。
6.根據權利要求1所述的一種垂直結構的白光LED晶片的製造方法，其特徵在於所述螢光粉矽膠層的塗覆方法包括但不限於下列方法中的一種：旋塗法，噴塗法，印刷法。
7.根據權利要求1所述的一種垂直結構的白光LED晶片的製造方法，其特徵在於所述螢光粉矽膠層至少覆蓋金屬焊盤1微米，在晶片邊緣，所述螢光粉矽膠層至少大於銦鎵鋁氮薄膜台面2微米。
8.根據權利要求1所述的一種垂直結構的白光LED晶片的製造方法，其特徵在於所述刻蝕的方法包括但不限於下列方法中的一種：濕法刻蝕，ICP刻蝕，RIE刻蝕。
9.根據權利要求1所述的一種垂直結構的白光LED晶片的製造方法，其特徵在於所述劃片切割的切割方法包括但不限於下列方法中的一種：雷射劃片，機械劃片。
10.一種垂直結構的白光LED晶片，包括:垂直結構的銦鎵鋁氮發光二極體晶圓片；位於所述晶圓片上的螢光粉矽膠層；其特徵在於所述螢光粉矽膠層覆蓋了所述晶圓片的除電極焊盤外的所有表面。
11.根據權利要求10所述的一種垂直結構的白光LED晶片，其特徵在於所述螢光粉至少包括下列中的一種：釔鋁石榴石螢光粉、鋁酸鹽螢光粉、紅色氮化物螢光粉、綠色鋁酸鹽螢光粉。
12.根據權利要求10所述的一種垂直結構的白光LED晶片，其特徵在於所述螢光粉矽膠層的螢光粉與矽膠的質量比介於1:10至5:1之間，螢光粉矽膠層的厚度小於100微米。
實施方式
實施例1
圖2給出了根據《一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法》一個實施例製備垂直結構的白光LED晶片的步驟。如圖2A所示，在矽襯底上外延生長銦鎵鋁氮半導體發光薄膜201，沉積p型歐姆接觸層206和金屬反光層203，在導電支撐基板207正面沉積金錫層205，將矽襯底的銦鎵鋁氮半導體發光薄膜與導電的支撐基板壓焊在一起，形成金錫壓焊的壓焊金屬層204，然後去除矽襯底，實現銦鎵鋁氮薄膜從矽襯底到支撐基板的轉移，轉移後的銦鎵鋁氮半導體發光薄膜經過表面粗化，分割成台面陣列，沉積鈍化層202和n型歐姆接觸電極及金屬焊盤210，在導電基板背鍍共晶焊歐姆接觸層208及共晶金屬層209，從而形成垂直結構的銦鎵鋁氮發光二極體晶圓片。再在晶圓片上進行常見的光刻工藝，在焊盤210和切割道上形成n電極焊盤上的掩膜層和晶圓片切割道上的掩膜層211，該光刻膠的厚度為10~150微米。然後在其上旋塗螢光膠形成螢光膠層212，完成螢光膠旋塗後的晶圓片如圖2B所示，該螢光膠的螢光粉是LED白光封裝中常用的紅、綠、黃等螢光粉，該矽膠是常見的雙組份的環氧矽膠，也可以是環氧樹脂。配置時螢光粉與矽膠充分攪拌和混合，螢光粉與矽膠的比例，根據白光晶片的色溫和顯色指數的要求不同，可以在1:100至100:1之間變化，攪拌螢光膠可以在真空中完成攪拌。完成螢光膠的攪拌後，在晶圓片上塗覆螢光膠層，在塗覆螢光膠層前必須對晶圓片進行電漿過氧去殘膠處理，以防止界面上殘留的光刻膠影響發光效率。在完成螢光膠的旋塗工藝後，對晶圓片進行真空脫泡或離心脫泡處理，防止矽膠和粗化過的GaN台面之間形成微小的氣泡，然後再對其進行固化，在晶圓片上的矽膠完成固化後，然後用雷射在掩膜圖形上對螢光膠層進行切割，切割後如圖2C所示，雷射切割切割後的效果如圖2C中213所示，雷射僅切透矽膠層，但不切透掩膜層。完成切割後掩膜層部分被暴露，然後用去膠液將掩膜層去除，使得晶片的焊盤和切割道得以暴露，從而利於白光晶片的焊線，如圖2D所示。去掩膜層時，要求去膠液不但不能破壞藍光晶圓片的結構，而且不能破壞矽膠和螢光粉，並且不能導致矽膠黃化或發黑而影響其折射率和透射率。最後對晶圓片進行切割，獲得分立器件，如圖2E所示。切割晶圓片的方法為常見的矽片切割方法，可以是機械劃片方法，也可以是雷射劃片方法，也可以是常見晶片劃片方法的組合。
實施例2
圖3給出了根據《一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法》一個實施例製備垂直結構的白光LED晶片的步驟。如圖3A所示，在藍寶石襯底上外延生長銦鎵鋁氮半導體發光薄膜301，沉積p型歐姆接觸層306和金屬反光層303，在導電支撐基板307正面沉積金錫層305，將藍寶石襯底的銦鎵鋁氮半導體發光薄膜與導電的支撐基板壓焊在一起，形成金錫壓焊的壓焊金屬層304，然後去除藍寶石襯底，實現銦鎵鋁氮薄膜從生長襯底到支撐基板的轉移，轉移後的銦鎵鋁氮半導體發光薄膜經過表面粗化，分割成台面陣列，沉積鈍化層302和n型歐姆接觸電極及金屬焊盤310，從而形成垂直結構的銦鎵鋁氮發光二極體晶圓片。在晶圓片的焊盤310上點UV固化膠形成n電極焊盤上的掩膜層311，如圖3B所示。該UV固化膠能基本上自己形成半球形，然後對其進行固化。也可以是其他矽膠，或環氧樹脂，或是與電極金屬不同低熔點的金屬。然後在晶圓片上旋塗螢光膠，形成螢光粉矽膠層312，如圖3C所示。然後，用雷射去除掩膜圖形上的螢光粉和矽膠及掩膜層，如圖3D所示，最後將晶圓片切割成分立器件，如圖3E所示。
榮譽表彰
2020年7月14日，《一種垂直結構的白光LED晶片及其製造方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
