具有通過焊膏粘結(jié)的發(fā)光二極管的發(fā)光二極管模塊以及發(fā)光二極管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管和一種發(fā)光二極管模塊，更特別地，涉及一種發(fā)光二 極管模塊，該發(fā)光二極管模塊包括通過焊膏粘結(jié)到諸如印刷電路板等的基板上的發(fā)光二極 管。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著氮化鎵（GaN)基發(fā)光二極管（LED)的發(fā)展，GaN基LED被用在了包括天然彩 色LED顯示器件、LED交通標(biāo)識牌、白色LED等在內(nèi)的各種應(yīng)用范圍中。
[0003] 通常，GaN基LED是通過在基板（例如藍寶石基板）上生長外延層來形成的，并且 包括N型半導(dǎo)體層、P型半導(dǎo)體層和置于其間的有源層。N-電極焊盤形成在N型半導(dǎo)體層 上，而P-電極焊盤形成在P型半導(dǎo)體層上。發(fā)光二極管通過電極焊盤而電連接到外部電源。 在運行時，電流通過半導(dǎo)體層從P-電極焊盤流至N-電極焊盤。
[0004] 另一方面，使用倒裝芯片型發(fā)光二極管，以防止由P-電極焊盤引起的光損失并同 時改善散熱效率，已經(jīng)提出了有助于大型倒裝芯片型發(fā)光二極管中的電流散布的各種電極 結(jié)構(gòu)（見美國專利第6486499號）。例如，反射電極形成在P型半導(dǎo)體層上，并且在通過蝕 刻P型半導(dǎo)體層和有源層而形成的N型半導(dǎo)體層的暴露區(qū)域上，形成用于電流散布的延伸。
[0005] 形成在P型半導(dǎo)體層上的反射電極反射在有源層中產(chǎn)生的光，從而改善光提取效 率，同時有助于P型半導(dǎo)體層中的電流散布。另一方面，連接至N型半導(dǎo)體層的延伸有助于 N型半導(dǎo)體層中的電流散布，以允許在較大的有效面積上一致發(fā)光。特別地，具有約1_2或 以上的較大面積的適用于大功率的發(fā)光二極管不僅需要在P型半導(dǎo)體層中的、也需要在N 型半導(dǎo)體層中的電流散布。
[0006] 然而，傳統(tǒng)技術(shù)采用了具有高阻抗的線性延伸，因此在電流散布上受到了限制。此 外，由于反射電極被約束放置于P型半導(dǎo)體層上，大量的光不被反射電極反射，而是被吸 收到焊盤和延伸中，進而引起顯著的光損失。
[0007] 另一方面，在最終產(chǎn)品中，發(fā)光二極管是以LED模塊的形式提供的。一般而言，LED 模塊包括印刷電路板和安裝于印刷電路板上的LED封裝，其中，發(fā)光二極管以芯片形式被 安裝在LED封裝內(nèi)。傳統(tǒng)的LED芯片通過銀膏或金錫焊料被安裝于次基臺、引線框架或引 線電極上并且被封裝來形成LED封裝，其隨之通過焊膏被安裝于印刷電路板上。因此，LED 芯片上的焊盤被放置為遠離焊膏，并且通過相對穩(wěn)定的粘結(jié)材料（如銀膏或金錫焊料）粘 結(jié)。
[0008] 近來，已經(jīng)研究開發(fā)通過將發(fā)光二極管的焊盤通過焊膏直接粘結(jié)在印刷電路板上 來制造LED模塊的技術(shù)。例如，通過將LED芯片直接安裝在PCB上而不是對LED芯片進行 封裝，或者通過制造所謂的晶圓級LED封裝并接著將該LED封裝安裝在印刷電路板上，來制 造LED模塊。由于在這些LED模塊中焊盤與焊膏直接鄰接，諸如焊膏中的錫等的金屬元素 會通過焊盤擴散到發(fā)光二極管中，會在發(fā)光二極管中造成短路，由此造成器件故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]【技術(shù)問題】
[0010] 本發(fā)明的實施例提供一種包括通過焊膏粘結(jié)到基板上的發(fā)光二極管的LED模塊。
[0011] 本發(fā)明的實施例提供一種能夠防止焊膏的金屬元素擴散的發(fā)光二極管以及一種 包括該發(fā)光二極管的LED模塊。
[0012] 本發(fā)明的實施例提供一種具有改善的電流散布性能的發(fā)光二極管。
[0013]本發(fā)明的實施例提供一種能夠通過改善反射率來改善光提取效率的發(fā)光二極管。
[0014]本發(fā)明的實施例提供一種在改善電流散布性能的同時實現(xiàn)制造工藝的簡化的發(fā) 光二極管、包括其的LED模塊及其制造方法。
[0015]【技術(shù)方案】
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種發(fā)光二極管包括：第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；多個臺面， 置于第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層上，且每個臺面包括有源層和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；第一電極焊 盤，電連接到第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層；以及第二電極焊盤，電連接到每個臺面的第二導(dǎo)電型 半導(dǎo)體層。第一電極焊盤和第二電極焊盤中的每一個包括焊料阻擋層和氧化阻擋層。
[0017] -種LED模塊包括：印刷電路板；以及粘結(jié)到印刷電路板的發(fā)光二極管。此處，該 發(fā)光二極管的第一電極焊盤和第二電極焊盤通過焊膏分別粘結(jié)到對應(yīng)的焊盤。焊膏與常規(guī) 金錫焊料不同，由金屬合金和有機材料的混合物組成，且通過熱處理被固化，以起到粘結(jié)作 用。因此，焊膏中的諸如錫等的金屬元素不會像典型金錫焊料中的金屬元素那樣易于擴散。
[0018] 由于第一電極焊盤和第二電極焊盤中的每一個都包括焊料阻擋層，因此可以防止 焊膏中諸如錫等的金屬元素擴散至發(fā)光二極管中。
[0019] 該發(fā)光二極管還可包括：反射電極結(jié)構(gòu)，這些反射電極結(jié)構(gòu)分別置于臺面上；以 及電流散布層，覆蓋多個臺面和第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，包括分別置于臺面的上部區(qū)域中同 時暴露反射電極結(jié)構(gòu)的多個開口，其中，電流散布層與第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層形成歐姆接觸 并且與多個臺面絕緣。此處，第一電極焊盤電連接到電流散布層，第二電極焊盤電連接到反 射電極結(jié)構(gòu)。
[0020] 由于電流散布層覆蓋多個臺面和第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，因此發(fā)光二極管具有改善 的電流散布性能。
[0021] 反射電極結(jié)構(gòu)中的每一個可包括反射金屬部分、澆灌金屬部分和防氧化金屬部 分。此外，反射金屬部分可具有傾斜的側(cè)表面，使得反射金屬部分的上表面具有比其下表面 小的面積，并且澆灌金屬部分可以覆蓋反射金屬部分的上表面和側(cè)表面。另外，防氧化金屬 部分覆蓋澆灌金屬部分?？稍诜瓷浣饘俨糠峙c澆灌金屬部分之間的界面處形成應(yīng)力消除 層。應(yīng)力消除層消除由于不同金屬層之間的熱膨脹系數(shù)的差異而產(chǎn)生的應(yīng)力。
[0022] 另外，多個臺面可具有在一個方向上延伸的細長形狀，并且可相互平行，并且電流 散布層的開口可被置為偏向多個臺面的同一端。
[0023]在一些實施例中，電流散布層包括反射金屬。此外，電流散布層可具有65%至 75 %的反射率。利用這種結(jié)構(gòu)，除了通過反射電極提供光反射之外，還能夠通過電流散布層 提供光反射，從而能夠反射經(jīng)過多個臺面的側(cè)壁和第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層的光。
[0024] 該發(fā)光二極管還可包括上絕緣層，該上絕緣層覆蓋電流散布層的至少一部分，并 且包括暴露反射電極結(jié)構(gòu)的開口，其中，第二電極焊盤置于上絕緣層上且電連接到通過上 絕緣層的開口而暴露的反射電極結(jié)構(gòu)。
[0025] 該發(fā)光二極管還可包括置于反射電極結(jié)構(gòu)與第二電極焊盤之間的防擴散增強層。 防擴散增強層能夠防止通過第二電極焊盤擴散的金屬元素進入發(fā)光二極管。防擴散增強層 可由與電流散布層的材料相同的材料形成。
[0026] 該發(fā)光二極管還可包括下絕緣層，該下絕緣層置于多個臺面與電流散布層之間， 且使電流散布層與多個臺面絕緣。下絕緣層可包括開口，這些開口分別置于臺面的上部區(qū) 域中，且暴露反射電極結(jié)構(gòu)。
[0027] 此外，電流散布層的開口可以具有比下絕緣層的開口寬的寬度，從而允許從其暴 露下絕緣層的所有開口。
[0028] 在一些實施例中，該發(fā)光二極管還可包括上絕緣層，該上絕緣層覆蓋電流散布層 的至少一部分，且包括暴露反射電極結(jié)構(gòu)的開口，其中，上絕緣層可以覆蓋電流散布層的開 口的側(cè)壁。
[0029] 下絕緣層可包括氧化硅層，上絕緣層可包括氮化硅層。由氮化硅層形成的上絕緣 層可以防止焊膏的金屬元素從其擴散。
[0030] 該發(fā)光二極管還可包括基板和覆蓋基板的下表面的波長轉(zhuǎn)換器?；蹇梢允怯糜?生長半導(dǎo)體層的生長基板。此外，波長轉(zhuǎn)換器可覆蓋基板的下表面和側(cè)表面。
[0031] 焊料阻擋層可包括由選自鉻、鈦、鎳、鉬、鎢鈦和鎢中的至少一種形成的金屬層，并 且氧化阻擋層可包括金、銀或有機材料層。
[0032] 在一些實施例中，焊膏可以覆蓋第一電極焊盤和第二電極焊盤中的每一個的側(cè)表 面的至少一部分。
[0033] 焊膏可接觸與第一電極焊盤和第二電極焊盤相鄰的發(fā)光二極管的下表面。發(fā)光二 極管還可包括置于其下表面上的上絕緣層，并且焊膏可以接觸上絕緣層。此外，焊膏可以部 分地覆蓋發(fā)光二極管的側(cè)表面。
[0034] 焊膏可以包含錫和其它金屬。在一個實施例中，基于焊膏的總重量，錫的存在量可 為50wt%或更多。在另一個實施例中，基于焊膏的總重量，錫的存在量可為60wt%或更多， 例如90wt%或更多。
[0035] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，一種發(fā)光二極管包括：第一導(dǎo)電