專利名稱：具有層疊磷光體層的led晶片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有用于將LED發(fā)射進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的疊加磷光體層的發(fā)光二極管(LED)并且具體地涉及一種在LED之上層疊磷光體層的技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的圖I圖示了在底座晶片12的部分上裝配的常規(guī)倒裝芯片LED芯片10。在倒裝芯片中，η和ρ接觸二者形成于LED芯片的相同側(cè)上。LED芯片10由在生長(zhǎng)襯底、比如藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的包括η層14、有源層15和ρ 層16的半導(dǎo)體外延層形成。在圖I中已經(jīng)通過激光剝離、蝕刻、研磨或者通過其它技術(shù)來去除生長(zhǎng)襯底。在一個(gè)例子中，外延層基于GaN，并且有源層15發(fā)射藍(lán)光。發(fā)射UV光的LED芯片也適用于本發(fā)明。金屬電極18電接觸ρ層16，并且金屬電極20電接觸η層14。在一個(gè)例子中，電極18和20是向陶瓷底座晶片12上的陽(yáng)極和負(fù)極金屬焊盤22和24超聲地焊接的金焊盤。底座晶片12具有通向用于結(jié)合到印刷電路板的底部金屬焊盤26和28的傳導(dǎo)通路24。許多LED裝配于底座晶片12上并且將稍后被單一化以形成個(gè)別LED/底座?？梢栽诙纪ㄟ^引用而結(jié)合于此、受讓人的第6，649，440號(hào)和第6，274，399號(hào)美國(guó)專利以及美國(guó)專利公開US2006/0281203 Al和US2005/0269582 Al中找到LED的其他細(xì)節(jié)。在LED芯片10的陣列裝配于底座晶片12之時(shí)或者在切割晶片12之后，公知的是在每個(gè)LED芯片之上沉積磷光體以生成任何所需的光顏色。為了使用藍(lán)色LED芯片10來產(chǎn)生白光，公知的是例如通過噴涂或者旋涂在粘結(jié)劑中的磷光體、電泳、在反射杯中施加磷光體或者其它手段在芯片10之上直接沉積YAG磷光體或者紅色和綠色磷光體。也已知在LED芯片10的頂部上粘附預(yù)制磷光體瓦片(例如燒結(jié)的磷光體粉末或者粘結(jié)劑中的磷光體粉末)。經(jīng)過磷光體泄漏的藍(lán)光與磷光體光組合產(chǎn)生白光。在LED芯片10之上創(chuàng)建磷光體層的問題包括難以創(chuàng)建非常均勻的磷光體層厚度和密度。厚度或者密度的任何變化將在LED芯片的表面之上造成顏色不均勻。預(yù)制磷光體瓦片可以制作成更均勻并且允許在向LED芯片粘附瓦片之前對(duì)瓦片的顏色測(cè)試；然而向LED芯片10的頂部表面精確粘附每個(gè)瓦片(例如I mm2)是困難并且耗時(shí)的。此外，如果磷光體層在所有LED芯片10裝配于底座晶片12上之時(shí)沉積于LED芯片10之上，則在切割晶片12之前將浪費(fèi)大量磷光體，因?yàn)樗鼘⒊练e于在LED芯片10之間的晶片12的部分上。需要的是一種未受現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)困擾的用于在LED芯片上創(chuàng)建磷光體層的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，LED層生長(zhǎng)于生長(zhǎng)襯底、比如藍(lán)寶石、SiC、GaN、尖晶石或者其它已知襯底之上以形成LED晶片。所用襯底類型依賴于待形成的LED類型。陽(yáng)極和陰極金屬電極接觸η和ρ層以便在單個(gè)襯底晶片上創(chuàng)建可能數(shù)以千計(jì)的LED。LED晶片的表面在切割之前比如由可釋放粘合劑粘合地固定到平坦載體襯底。合適的可釋放粘合劑包括通過UV、熱或者溶劑可釋放的粘合劑。LED層現(xiàn)在夾在生長(zhǎng)襯底與載體襯底之間。載體襯底可以是具有粘合劑層的硅晶片。其它載體襯底包括由金屬、玻璃、塑料或者任何其它適當(dāng)材料組成的載體襯底。然后在載體襯底提供機(jī)械支撐之時(shí)去除生長(zhǎng)襯底。在一個(gè)例子中，生長(zhǎng)襯底是藍(lán)寶石，LED層是可選地包含Al和In的GaN層，并且通過激光剝離來去除藍(lán)寶石襯底?？梢员热缤ㄟ^蝕刻或者工藝組合來打薄并且粗糙化LED層的暴露表面以增加光提取并且去除激光剝離引起的損壞。與整個(gè)LED晶片的尺寸近似的預(yù)制磷光體片然后粘附于LED層的暴露表面之上。組成LED層的LED形成連續(xù)表面，因?yàn)樯形辞懈钏鼈?，因此有很少的磷光體浪費(fèi)?？梢灶A(yù)測(cè) 試并且選擇磷光體片以與晶片上的LED的特定顏色特性匹配。在一個(gè)實(shí)施例中，磷光體片有些柔性并且包括注入于硅樹脂粘結(jié)劑中的磷光體粉末?？梢允褂霉铇渲谋酉騆ED層表面粘附磷光體片。在一個(gè)實(shí)施例中，磷光體片包括YAG磷光體(黃綠)。在另一實(shí)施例中，磷光體片包含混合的紅色和綠色磷光體。在另一實(shí)施例中，磷光體片包括多層、比如紅色層和分離的YAG層以產(chǎn)生暖白色?？梢杂迷撨^程來使用任何類型的磷光體以產(chǎn)生任何顏色的光。然后可以向粘性的可伸展片粘附載體襯底的底部表面?？梢源允褂貌煌诳缮煺蛊闹伪砻妗Ｈ缓笄懈?例如通過鋸切)磷光體片、LED層和載體襯底以分離開LED。然后可以在X和y方向上拉可伸展片，以物理地分開LED預(yù)定距離。取而代之，可以在載體襯底上(t匕如通過鋸切)單一化磷光體片和LED層而不單一化載體襯底。在這樣的情況下，無需可伸展片。載體襯底然后受到UV、熱或者熔劑以從載體襯底釋放LED芯片(無論是否切割載體襯底)。自動(dòng)取放機(jī)器然后去除每個(gè)LED芯片并且向底座晶片裝配芯片?？梢酝ㄟ^超聲結(jié)合向底座晶片金屬電極結(jié)合LED芯片金屬電極。可以在裝配于底座晶片上之時(shí)對(duì)LED芯片執(zhí)行其他加工，比如在每個(gè)芯片之上形成透鏡。然后切割底座晶片。因而任何磷光體浪費(fèi)被最小化，并且向LED晶片粘附磷光體片是簡(jiǎn)單直接的。在切割之后，在每個(gè)LED芯片之上的磷光體層固有地與LED芯片的邊緣對(duì)準(zhǔn)。磷光體層可以厚度均勻并且可以具有基本上均勻的磷光體密度。可以針對(duì)每個(gè)LED晶片匹配所得磷光體層，從而所得顏色(例如白色點(diǎn))滿足目標(biāo)顏色。這對(duì)于其中需要許多相同LED (比如用于背光照明大型LCD電視)的應(yīng)用而言是重要的。LED可以是倒裝芯片或者具有頂部和底部電極或者僅有頂部電極。


圖I是在底座上裝配的現(xiàn)有技術(shù)的藍(lán)色或者UV倒裝芯片LED芯片的橫截面視圖。圖2是LED晶片的橫截面視圖，該LED晶片包括在生長(zhǎng)襯底上生長(zhǎng)的LED層和形成為在每個(gè)LED位置接觸η和ρ層的金屬電極。
圖3圖示了向載體襯底粘附圖2的結(jié)構(gòu)并且使用激光剝離來去除生長(zhǎng)襯底。圖4圖示了打薄并且粗糙化暴露的LED層用于提高光提取。圖5圖示了向LED晶片粘附預(yù)制的、顏色匹配的磷光體片。圖6圖示了向粘性可伸展片粘附載體襯底并且圖示了在LED之間的切割邊界。圖7圖示了在切割之后的LED以及用于取放機(jī)器的可伸展片，該可伸展片在x和Y方向上伸展以分離LED。加熱載體襯底上的粘合劑以從載體襯底釋放LED。圖8圖不了在底座晶片上裝配LED。圖9是底座晶片在由LED陣列填充之后的俯視圖。透鏡可以在底座晶片上之時(shí)形成于LED之上?！?br> 圖10是在切割底座晶片之后并且在LED和磷光體由硅樹脂透鏡封裝之后的單個(gè)LED和底座的橫截面視圖。用相同標(biāo)號(hào)標(biāo)注相同或者等效元件。
具體實(shí)施例方式圖2圖示了在生長(zhǎng)襯底32之上生長(zhǎng)的LED層30。在一個(gè)實(shí)施例中，比如圖I中所示，LED發(fā)射藍(lán)色或者UV光并且通過外延GaN層來形成。襯底32可以是藍(lán)寶石、GaN、SiC或者其它適當(dāng)生長(zhǎng)襯底。襯底32通常是圓形晶片。對(duì)于每個(gè)LED芯片區(qū)域，形成與η和ρLED層電接觸的金屬電極34。金屬電極34可以與圖I中的電極18和20相似。在另一實(shí)施例中，LED不是倒裝芯片、但是可以具有頂部和底部電極或者僅有頂部電極。虛線35示出了在LED之間的邊界，將稍后在該處鋸切或者劃線并且切斷LED晶片。在圖3中，向載體襯底38上的粘合劑層36粘附金屬電極34。載體襯底38可以是硅，因?yàn)楣杈梢灾谱鳛榉浅Ｆ教共⑶蚁鄬?duì)廉價(jià)。粘合劑層36優(yōu)選地是在加熱時(shí)軟化以粘附到金屬電極34的非粘性材料。在重新加熱粘合劑層36時(shí)，將釋放金屬電極34。這樣的粘合劑是公知的。載體襯底38應(yīng)當(dāng)至少與生長(zhǎng)襯底32 —樣大。在向載體襯底38粘附LED晶片使得存在用于薄LED晶片的良好機(jī)械支撐之后，GaN LED層的頂部表面暴露于通過透明生長(zhǎng)襯底32的準(zhǔn)分子激光脈沖。激光使表面GaN分子分解，并且釋放的氣體迫使生長(zhǎng)襯底32離開LED層30。然后容易從LED層30去除生長(zhǎng)襯底32。這樣的激光剝離工藝是公知的。在圖4中，比如通過反應(yīng)離子蝕刻44或者其它適當(dāng)工藝打薄并且粗糙化LED層30的暴露表面?？梢源韵韧ㄟ^機(jī)械拋光打薄LED層30、繼而以蝕刻工藝來粗糙化表面從而實(shí)現(xiàn)受控的粗糙度(degree of roughness)。打薄去除了已經(jīng)被激光剝離損壞的部分并且提聞光提取。粗糖化表面減少了內(nèi)部反射并且進(jìn)一步提聞光提取。在圖4中不出了 LED表面的簡(jiǎn)化放大部分46。分離地形成磷光體片。圖5圖示了預(yù)制磷光體片48。如果所得LED將產(chǎn)生白光并且LED有源層發(fā)射藍(lán)光,則磷光體片48可以由受藍(lán)光激發(fā)時(shí)發(fā)射紅光和綠光的一種或者多種磷光體形成，并且磷光體層必須足夠薄或者密度足夠低以允許一些藍(lán)光穿過并且與紅色和綠色分量組合。適當(dāng)?shù)牧坠怏w包括YAG磷光體(產(chǎn)生黃綠光)、紅色和綠色磷光體的組合或者YAG磷光體與紅色磷光體的組合以產(chǎn)生更暖的白光。如果LED生成UV光，則也可以在磷光體片48中包括藍(lán)色磷光體。在一個(gè)實(shí)施例中，為了創(chuàng)建磷光體片48，磷光體粉末與硅樹脂混合以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)磷光體密度，并且形成磷光體片48以具有目標(biāo)厚度?？梢酝ㄟ^在平坦表面上旋轉(zhuǎn)混合物或模制磷光體片來獲得所需厚度?？商鎿Q地，可以從磷光體的細(xì)長(zhǎng)芯棒(boule)鋸切磷光體片48至所需厚度。在另一實(shí)施例中,磷光體片48由燒結(jié)磷光體粉末形成并且可以從燒結(jié)磷光體的芯棒鋸切。在形成磷光體片48之后，可以通過使用藍(lán)光源向磷光體片48供能并且測(cè)量光發(fā)射來測(cè)試磷光體片48。由于不同晶片中的藍(lán) 色LED通常發(fā)射略微不同的支配(dominant)波長(zhǎng)，所以可以在LED晶片的部分之時(shí)測(cè)試藍(lán)色LED?？勺兒穸然蛘吡坠怏w密度的預(yù)制磷光體片然后與特定LED晶片匹配，從而所得顏色發(fā)射可以都具有相同的目標(biāo)白色點(diǎn)(或者CTT)。產(chǎn)生輸出基本上相同白色點(diǎn)的LED對(duì)于需要比如用于背光照明大型LCD電視的匹配LED的應(yīng)用而言特別有價(jià)值。在一個(gè)實(shí)施例中，磷光體片48厚數(shù)百微米量度級(jí)并且有些柔性。磷光體片48優(yōu)選地與LED晶片尺寸相同或者更大。如圖5中所示，匹配磷光體片48放置于LED層30上，并且可以在磷光體片48與LED層30之間抽取真空以去除所有空氣。然后可以使用熱和壓力向LED層30層疊磷光體片48 (假設(shè)在磷光體片48中有充分硅樹脂)。這將使磷光體片48與LED層30的頂部表面相符。對(duì)于不含適當(dāng)類型的硅樹脂的磷光體片48或者對(duì)于燒結(jié)磷光體片48，在LED層30或者磷光體片48之上施加硅樹脂薄層以充當(dāng)用于使用壓力向LED層30層疊磷光體片48的粘合劑。熱或者UV可以固化硅樹脂。通過在切割LED之前向LED層30上層疊預(yù)制磷光體片，獲得至少以下優(yōu)點(diǎn)1)有很少浪費(fèi)的磷光體，因?yàn)閹缀跛辛坠怏w涂覆LED ;2)在每個(gè)LED之上的磷光體可以具有均勻厚度和密度；3)很容易將磷光體片恰當(dāng)定位于LED晶片之上并且將它粘附到LED晶片；4)磷光體片可以與特定LED顏色發(fā)射(color emission)色匹配；5)當(dāng)LED被切割,磷光體層將與LED的邊緣精確對(duì)準(zhǔn)以產(chǎn)生均勻顏色；以及6)磷光體片可以由多層形成，每層被定制并精確形成。在一個(gè)實(shí)施例中，通過層疊來預(yù)制多層磷光體片，并且該片被測(cè)試、然后作為單片層疊到LED層30?？商鎿Q地，多層可以個(gè)別地層疊于LED層30之上。多層可以是YAG層和紅色磷光體層。圖6圖示了磷光體片48 (假設(shè)它有些柔性)在LED層30和載體襯底38的表面之上相符。在圖6中，載體襯底38的底部表面粘附到粘性可伸展片52。這可以在磷光體片48粘附到LED層30之前或者之后完成。用于在切割工藝期間支撐芯片的適當(dāng)?shù)目缮煺蛊?2是商業(yè)上可用的。也可以使用不同于可伸展片的支撐結(jié)構(gòu)。然后通過任何適當(dāng)技術(shù)沿著虛線54切割磷光體片48、LED層30、粘合劑層36和載體襯底38。如果金屬電極34向每個(gè)LED的邊緣延伸，則切割工藝也分離金屬電極34。可伸展片52可以在彎曲表面之上彎曲以在部分鋸切載體襯底38之后切斷載體襯底38。如圖7中所示，可伸展片52在X和y方向上被伸展以按照預(yù)定量分離LED。注意磷光體層56 (從磷光體片48分離)固有地與LED芯片58的邊緣對(duì)準(zhǔn)。因此，所得光發(fā)射將基本上均勻。
然后例如紅外燈加熱該結(jié)構(gòu)以從粘合劑層36釋放金屬電極45，并且取放機(jī)器取用該結(jié)構(gòu)，該取放機(jī)器被編程為如圖8中所示自動(dòng)去除每個(gè)LED芯片58并且在底座晶片60上裝配LED芯片58。在另一實(shí)施例中，未單一化載體襯底38，并且鋸切僅穿過磷光體片48和LED層30。然后使用UV、熱等從切割的LED層30釋放粘合劑層36。取放機(jī)器然后可以從載體襯底38個(gè)別地去除每個(gè)LED芯片。在這樣的實(shí)施例中，無需在可伸展片52上裝配載體襯底。圖8示出了具有與LED的電極34匹配的頂部金屬電極62的底座晶片60。結(jié)合可以通過超聲焊接或者其它技術(shù)。底座晶片60可以是陶瓷并且具有通向用于附著到印刷電路板的底部電極66的金屬通路64。圖9是底座晶片60在由LED芯片58的陣列填充之后的俯視圖。透鏡可以在底座晶片60上之時(shí)形成于每個(gè)LED芯片58之上。圖10是單個(gè)LED芯片58和底座12在切割底座晶片60之后并且在LED芯片58·和磷光體層56由硅樹脂透鏡72封裝之后的橫截面視圖。LED可以不同于倒裝芯片LED并且可以由任何適當(dāng)材料形成。盡管已經(jīng)示出和描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚可以進(jìn)行改變和修改而未在本發(fā)明的更廣泛方面脫離本發(fā)明，因此所附權(quán)利要求將在它們的范圍內(nèi)包括如落入本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍內(nèi)的所有這樣的改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于制作發(fā)光二極管(LED)裝置的方法，包括 在生長(zhǎng)襯底上生長(zhǎng)LED層； 提供與所述LED層分離的預(yù)制磷光體片； 使用可釋放粘合劑向載體襯底粘附所述LED層； 在所述載體襯底提供用于所述LED層的機(jī)械支撐之時(shí)去除所述生長(zhǎng)襯底； 向所述LED層的暴露表面層疊所述預(yù)制磷光體片； 切割所述磷光體片和所述LED層以創(chuàng)建分離的LED芯片，每個(gè)LED芯片具有疊加的磷光體層； 從所述可釋放粘合劑釋放所述LED層；并且 從所述載體襯底去除所述LED芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述LED層包括η層和P層，所述方法還包括在向所述載體襯底粘附所述LED層之前形成接觸所述η層和所述P層的金屬電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中向所述載體襯底粘附所述LED層包括向所述載體襯底粘附所述金屬電極中的至少一些。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述LED層在被供能時(shí)發(fā)射藍(lán)光，并且所述磷光體片在由所述藍(lán)光供能時(shí)發(fā)射紅光波長(zhǎng)和綠光波長(zhǎng)，從而所述LED芯片在所述LED芯片被供能時(shí)發(fā)射白光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述磷光體片包括YAG磷光體。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述磷光體片具有與所述生長(zhǎng)襯底的面積近似相同或者更大的面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述磷光體片具有基本上均勻的厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括在粘合劑片上裝配所述載體襯底，并且其中切割所述磷光體片和所述LED層包括還切割所述載體襯底、但是不切割所述粘合劑片。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中去除所述生長(zhǎng)襯底包括使用激光剝離工藝來去除所述生長(zhǎng)襯底。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述可釋放粘合劑包括可由UV光、熱或者溶劑中的至少一項(xiàng)釋放的粘合劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括通過將所述底座晶片上的電極結(jié)合到所述LED芯片的對(duì)應(yīng)電極來在所述底座晶片上裝配所述LED芯片。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包括使用取放機(jī)器以從所述載體襯底個(gè)別地去除所述LED芯片。
13.一種發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)，包括 LED晶片，包括生長(zhǎng)襯底，所述LED晶片具有第一表面； 載體襯底，由可釋放粘合劑粘附到所述第一表面，其中從所述LED晶片去除所述生長(zhǎng)襯底，所述LED晶片具有與所述第一表面相對(duì)的第二表面；以及 預(yù)制磷光體片，與所述LED晶片分離地形成，粘附到所述LED晶片的所述第二表面， 其中尚未切割所述磷光體片和LED晶片。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括所述載體襯底被粘附到可伸展片，用于在切割所述磷光體片、所述LED晶片和所述載體襯底之后支撐所述磷光體片、所述LED晶片和所述載體襯底。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述LED晶片包括η層和ρ層，所述LED晶片還包括接觸至少所述P層的金屬電極，所述載體襯底由所述可釋放粘合劑粘附到所述金屬電極。
全文摘要
具有生長(zhǎng)襯底(32)的LED晶片例如由熱可釋放粘合劑(36)附著到載體襯底(38)，從而LED層夾于兩個(gè)襯底之間。然后比如通過激光剝離來去除生長(zhǎng)襯底(32)。然后蝕刻(44)LED層的暴露表面(46)以提高光提取。與LED匹配的預(yù)制磷光體片(48)然后被粘附到暴露的LED層。然后切割(54)磷光體片(48)、LED層(30)并且可選地切割載體襯底(38)以分離LED。通過熱或者其它手段從載體襯底釋放LED芯片，并且使用取放機(jī)器在底座晶片上裝配個(gè)別LED芯片。然后切割底座晶片以產(chǎn)生個(gè)別LED。有源層可以生成藍(lán)光，并且藍(lán)光和磷光體光可以生成具有預(yù)定義白色點(diǎn)的白光。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102906887SQ201180021821
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者G.巴辛, P.S.馬丁 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司, 飛利浦拉米爾德斯照明設(shè)備有限責(zé)任公司