专利名称：大功率cob封装led结构及其晶圆级制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及大功率COB封装LED结构及其制造工艺。
背景技术：
由于LED封装是器件性能的重要决定因素之一，而且在器件成本上所占的比重相当大，降低单位流明成本一直是制约LED应用于照明领域的主要障碍。为了迎合这一市场要求，近些年出现了 COB (chip-on-board)封装形式。所谓传统大功率COB封装，通常是指大尺寸封装支架上固定多颗正装芯片(固晶)，通过打线相互串并联，涂布混合荧光粉硅胶，荧光粉自然沉降，固化硅胶的封装形式。这样的封装形式有以下缺点
1.由于正装芯片底面是蓝宝石基板(生长衬底)，不论是银胶，还是共金焊固定芯片，仍然存在界面热阻高，散热性差的问题，芯片在大电流情况下效率显著下降，工作电流范围 有限；
2.基于以上原因，为达到产品封装流明要求，只能通过增加芯片数量实现，芯片数量增加会使散热问题变得更加突出，光衰现象明显；
3.芯片正面打线会影响出光，存在打线不良及长时间工作热失效的问题；
4.芯片间需保持一定的间距，封装尺寸较大，呈现为面光源，比较难于应用光学透镜进一步提升出光效率；
5.由于封装尺寸较大，荧光粉混合硅胶自然沉降的涂布方式很难保证覆盖在各芯片上荧光粉形状和厚度的一致性，从而使得封装光色一致性差；
6.从芯片制程到芯片封装，经历的测试、分割、分选、固晶、分光等流程会增加产品不良率，增加总体制造成本。
发明内容
为了解决传统大功率COB封装所固有的单位流明成本较高、散热性差、需打线互联、光衰大、可靠性差、封装光色一致性差的问题，本发明提出一种大功率COB封装LED结构及其晶圆级制造工艺。根据一个方面，本发明提供了一种大功率COB封装LED结构，包括位于底层的子基板、形成于所述的子基板上的布线电极与互联线路、与所述的布线电极相对应的芯片电极、位于所述的芯片电极上方的P型GaN层、有源区、η型GaN层、以及覆盖于所述的η型GaN层上方的突光粉层，其中，所述的布线电极与芯片电极键合在一起。作为本发明进一步的改进，所述的布线电极包括子基板P型金属电极区域、子基板η型金属电极区域，所述的子基板P型金属电极区域、子基板η型金属电极区域通过互联线路实现串和/或并联，所述的芯片电极包括芯片P型金属电极、芯片η型金属电极，所述的子基板P型金属电极区域、子基板η型金属电极区域与所述的芯片P型金属电极、芯片η型金属电极相对应键合后分别形成键合后P型电极区域、键合后η型电极区域。作为本发明进一步的改进，所述的荧光粉层构成保形涂层结构。
根据另一个方面，本发明提供了一种大功率COB封装LED结构的晶圆级制造工艺，包括依次进行的如下步骤
a)在蓝宝石基板的外延片上依次沉积P型GaN层、有源区、η型GaN层，进行芯片分割后，在每个芯片单元上制备芯片电极；
b)在子基板上蒸镀形成布线电极与互联线路，所述的布线电极与芯片电极的位置和图形一一对应；
c)通过电极金属键合将蓝宝石晶圆与子基板面对面结合在一起，使得蓝宝石基板上每个芯片电极与子基板上布线电极对应的区域键合；
d)去除蓝宝石基板，以使芯片转移至子基板； e)在子基板晶圆表面涂覆感光荧光粉溶剂；
f)去除芯片以外区域的荧光粉溶剂形成最终的荧光粉层。作为本发明的进一步优化方案，所述的布线电极包括子基板P型金属电极区域、子基板η型金属电极区域，所述的子基板P型金属电极区域、子基板η型金属电极区域通过互联线路实现串和/或并联，所述的芯片电极包括芯片P型金属电极、芯片η型金属电极，所述的子基板P型金属电极区域、子基板η型金属电极区域与所述的芯片P型金属电极、芯片η型金属电极相对应键合后分别形成键合后P型电极区域、键合后η型电极区域。作为本发明的进一步优化方案，所述的荧光粉层构成保形涂层结构。作为本发明的进一步优化方案，所述的子基板由导热性好的非导电材料制成。作为本发明的进一步优化方案，在所述的步骤d)中，通过化学剥离或激光剥离的方法去除蓝宝石基板。作为本发明的进一步优化方案，在所述的步骤e)中，在子基板晶圆表面通过旋涂的方式涂覆感光荧光粉溶剂。作为本发明的进一步优化方案，在所述的步骤f)中，通过光刻制程去除芯片以外区域的荧光粉溶剂。该工艺主要基于芯片倒装技术,在晶圆阶段(wafer-level)将大功率芯片的P型和η型电极与子基板(sub-mount)上对应的p型和η型电极键合,子基板支撑衬底选用导热性好的非导电材料，显著降低封装热阻，单个芯片可在大电流下工作而不出现明显的效率下降，相同光通量下芯片使用颗数大幅减少，便于光学透镜设计和使用。集成芯片间的串并联通过子基板上的电极排布实现，避免了传统COB封装出光面打线影响出光和失效的问题。晶圆与支撑衬底键合后，将原有蓝宝石基板剥离，芯片转移至子基板。在子基板晶圆上旋涂感光荧光粉溶剂，光刻形成保形荧光粉涂层，提升封装色度一致性及光斑特性。最后完成测试、分割、光学组件安装。上述晶圆级COB封装的生产效率和质量更高，提供了一种进一步降低COB封装单位流明成本的实现方法。由于采用了以上技术方案，本发明的晶圆级COB封装通过改变芯片结构提高大电流下单芯光通量，减少封装芯片数量，结构紧凑便于采用光学组件提升效率；借器件结构优势合理整合芯片和封装制程，减少生产成本和提高生产效率，提供了一种大幅降低COB封装单位流明成本的实现方法。
附图I、附图2为根据本发明的大功率COB封装LED结构的蓝宝石基板晶圆的COB单元的结构示意 附图3、附图4为根据本发明的大功率COB封装LED结构的子基板单元的结构示意图；附图5、附图6为根据本发明的大功率COB封装LED结构的蓝宝石晶圆与子基板电极键合后的结构示意 附图7为根据本发明的大功率COB封装LED结构的剥离蓝宝石基板转移芯片至子基板后的结构不意 附图8为根据本发明的大功率COB封装LED结构的子基板晶圆上旋涂感光荧光粉溶剂后的结构不意 附图9为根据本发明的大功率COB封装LED结构的去除芯片以外多余荧光粉后的结构示意图；
图中1、芯片P型金属电极；2、芯片η型金属电极；3、ρ型GaN ;4、有源区；5、η型GaN ；
6、蓝宝石基板；7、子基板P型金属电极区域；8、子基板η型金属电极区域；9、子基板；10、键合后P型电极区域；11、键合后η型电极区域；12、荧光粉层。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。参见附图I至附图9所示，本实施方式给出了一种大功率COB封装LED结构的晶圆级制造工艺，包括依次进行的如下步骤
a)如附图1、2所示，在蓝宝石基板6的外延片上依次沉积P型GaN层3、有源区4、η型GaN层5,进彳丁芯片分IllJ后，在每个芯片单兀暴露出η型GaN层5,制备芯片电极，完成监宝石晶圆制作；
b)如附图3、4所示，在导热性好的非导电子基板9上蒸镀形成布线电极与互联线路，布线电极与芯片电极的位置和图形相对应；
c)如附图5、6所示，通过电极金属键合将蓝宝石晶圆与子基板9面对面结合在一起，使得蓝宝石基板6上每个芯片电极与子基板9上布线电极对应的区域键合；
d)如附图7所示，通过化学剥离或激光剥离的方法去除蓝宝石基板6，以使芯片转移至子基板9，完成子基板晶圆制作；
e)如附图8所示，在子基板晶圆表面涂覆(旋涂)感光荧光粉溶剂；
f)如附图9所示，光刻制程去除芯片以外区域的荧光粉溶剂形成最终的保形荧光粉层12 ；
g)最后完成晶圆测试、分割、分选(分光)、光学组件安装。需要进一步指出的是，布线电极包括子基板P型金属电极区域7、子基板η型金属电极区域8，芯片电极包括芯片P型金属电极I、芯片η型金属电极2，子基板P型金属电极区域7、子基板η型金属电极区域8与芯片P型金属电极I、芯片η型金属电极2的位置和图形呈一一对应关系，子基板P型金属电极区域7、子基板η型金属电极区域8通过互联线路实现串和/或并联芯片的串联是将对应的子基板P和η区域相互连接(同一芯片对应的子基板P和η区域不相连)，各组串联芯片的并联则是将各组头尾芯片对应的子基板P型区域相互连接和η型区域相互连接。子基板P型金属电极区域7、子基板η型金属电极区域8与芯片P型金属电极I、芯片η型金属电极2相对应键合后分别形成键合后P型电极区域10、键合后η型电极区域11。上述工艺主要基于芯片倒装技术，在晶圆阶段(wafer-level)将大功率芯片的P型和η型电极与子基板(sub-mount)上对应的p型和η型电极键合,子基板支撑衬底选用导热性好的非导电材料，显著降低封装热阻，单个芯片可在大电流下工作而不出现明显的效率下降，相同光通量下芯片使用颗数大幅减少，便于光学透镜设计和使用。集成芯片间的串并联通过子基板上的电极排布实现，避免了传统COB封装出光面打线影响出光和失效的问题。晶圆与支撑衬底键合后，将原有蓝宝石基板剥离，芯片转移至子基板；在子基板晶圆上旋涂感光荧光粉溶剂，光刻形成保形荧光粉涂层，提升封装色度一致性及光斑特性；最后完成测试、分割、光学组件安装。
由于采用了以上技术方案，本发明的晶圆级COB封装通过改变芯片结构提高大电流下单芯光通量，减少封装芯片数量，结构紧凑便于采用光学组件提升效率；上述晶圆级COB封装的生产效率和质量更高，借器件结构优势合理整合芯片和封装制程，减少生产成本，降低COB封装单位流明成本。如附图9所示，根据以上制造工艺得到一种大功率COB封装LED结构，包括位于底层的子基板9、形成于子基板9上的布线电极与互联线路、与布线电极相对应的芯片电极、位于芯片电极上方的P型GaN层3、有源区4、η型GaN层5、以及覆盖于η型GaN层5上方的保形荧光粉层12，其中，布线电极与芯片电极键合在一起。布线电极包括子基板P型金属电极区域7、子基板η型金属电极区域8，子基板ρ型金属电极区域7、子基板η型金属电极区域8通过互联线路实现串和/或并联，芯片电极包括芯片P型金属电极I、芯片η型金属电极2，子基板ρ型金属电极区域7、子基板η型金属电极区域8与芯片ρ型金属电极I、芯片η型金属电极2相对应键合后分别形成键合后ρ型电极区域10、键合后η型电极区域11。由于采用了以上技术方案，本发明的具有以下显著的进步
1.显著降低封装热阻，提高单芯光通量(流明数)，大幅减少封装芯片使用量，使封装更加紧凑，以便采用光学透镜进一步提升出光效率；
2.不使用金线互连芯片，避免传统COB封装打线影响出光和打线失效的问题；
3.在晶圆阶段完成荧光粉涂布，提升封装色度一致性及光斑特性；
4.整合优化芯片封装流程，提升COB生产效率和产品良率，降低总体制造成本。以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰均涵盖在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种大功率COB封装LED结构，其特征在于包括位于底层的子基板(9)、形成于所述的子基板(9)上的布线电极与互联线路、与所述的布线电极相对应的芯片电极、位于所述的芯片电极上方的P型GaN层(3)、有源区(4)、n型GaN层(5)、以及覆盖于所述的η型GaN层(5)上方的突光粉层(12),其中,所述的布线电极与芯片电极键合在一起。
2.根据权利要求I所述的大功率COB封装LED结构，其特征在于所述的布线电极包括子基板P型金属电极区域(7)、子基板η型金属电极区域(8)，所述的子基板P型金属电极区域(7)、子基板η型金属电极区域(8)通过互联线路实现串和/或并联，所述的芯片电极包括芯片P型金属电极(I)、芯片η型金属电极(2)，所述的子基板P型金属电极区域(7)、子基板η型金属电极区域(8 )与所述的芯片P型金属电极(I)、芯片η型金属电极(2 )相对应键合后分别形成键合后P型电极区域(10 )、键合后η型电极区域(11)。
3.根据权利要求I所述的大功率COB封装LED结构，其特征在于所述的荧光粉层(12)构成保形涂层结构。
4.一种大功率COB封装LED结构的晶圆级制造工艺，其特征在于包括依次进行的如下步骤 a)在蓝宝石基板(6)的外延片上依次沉积P型GaN层(3 )、有源区(4 )、η型GaN层(5 )，进行芯片分割后，在每个芯片单元上制备芯片电极； b)在子基板(9)上蒸镀形成布线电极与互联线路，所述的布线电极与芯片电极的位置和图形对应； c)通过电极金属键合将蓝宝石晶圆与子基板(9)面对面结合在一起，使得蓝宝石基板(6)上每个芯片电极与子基板(9)上布线电极对应的区域键合； d)去除蓝宝石基板(6)，以使芯片转移至子基板(9)； e)在子基板晶圆表面涂覆感光荧光粉溶剂； f)去除芯片以外区域的荧光粉溶剂形成最终的荧光粉层(12)。
5.根据权利要求4所述的大功率COB封装LED结构的晶圆级制造工艺，其特征在于所述的布线电极包括子基板P型金属电极区域(7)、子基板η型金属电极区域(8)，所述的子基板P型金属电极区域(7)、子基板η型金属电极区域(8)通过互联线路实现串和/或并联，所述的芯片电极包括芯片P型金属电极(I)、芯片η型金属电极(2)，所述的子基板P型金属电极区域(7)、子基板η型金属电极区域(8)与所述的芯片P型金属电极(I)、芯片η型金属电极(2)相对应键合后分别形成键合后P型电极区域(10)、键合后η型电极区域(11)。
6.根据权利要求4所述的大功率COB封装LED结构的晶圆级制造工艺，其特征在于所述的荧光粉层(12)构成保形涂层结构。
7.根据权利要求4所述的大功率COB封装LED结构的晶圆级制造工艺，其特征在于所述的子基板(9)由导热性好的非导电材料制成。
8.根据权利要求4所述的大功率COB封装LED结构的晶圆级制造工艺，其特征在于在所述的步骤d)中，通过化学剥离或激光剥离的方法去除蓝宝石基板(6)。
9.根据权利要求4所述的大功率COB封装LED结构的晶圆级制造工艺，其特征在于在所述的步骤e)中，在子基板晶圆表面通过旋涂的方式涂覆感光荧光粉溶剂。
10.根据权利要求4所述的大功率COB封装LED结构的晶圆级制造工艺，其特征在于在所述的步骤f)中，通过光刻制程去除芯片以外区域的荧光粉溶剂。
全文摘要
本发明公开了一种大功率COB封装LED结构，包括位于底层的子基板、形成于子基板上的布线电极与互联线路、与布线电极相对应的芯片电极、位于芯片电极上方的p型GaN层、有源区、n型GaN层、以及覆盖于n型GaN层上方的荧光粉层，布线电极与芯片电极键合在一起。其制造工艺基于芯片倒装技术，在晶圆阶段将大功率芯片的p型和n型电极与子基板上对应的p型和n型电极键合，集成芯片间的串并联通过子基板上的电极排布实现，之后将原有蓝宝石基板剥离，芯片转移至子基板。在子基板晶圆上旋涂感光荧光粉溶剂，光刻形成保形荧光粉涂层。上述晶圆级COB封装LED结构的生产效率和质量更高，提供了一种进一步降低COB封装单位流明成本的实现方法。
文档编号H01L33/62GK102931322SQ20121046284
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者李睿 申请人:聚灿光电科技(苏州)有限公司