CN102104037B - 一种具有集成电路的发光器件及其制造方法 - Google Patents

一种具有集成电路的发光器件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种具有集成电路的发光器件，包括LED芯片和衬底。该LED芯片其具有P电极和N电极。该衬底上设置有集成电路、第一金属电极层、第二金属电极层和电极层连接部。该集成电路设置在该衬底的下表面，该第一金属电极层覆盖在该衬底的上表面，该第二金属电极层覆盖在该衬底的下表面并与集成电路连接，该电极层连接部贯穿该衬底上表面和下表面连接该第一电极层和第二电极层。该LED芯片倒装在该衬底上，LED芯片的P电极和N电极分别与该衬底上的第一金属电极层连接。本发明的具有集成电路的发光器件可避免光电寄生效应，具有较高稳定性。

Description

一种具有集成电路的发光器件及其制造方法
技术领域
本发明属于发光器件的制造领域，涉及一种具有集成电路的发光器件及其制造方法。
背景技术
发光二极管(LED)光源具有高效率、长寿命、不含Hg等有害物质的优点。随着LED技术的迅猛发展，LED的亮度、寿命等性能都得到了极大的提升，使得LED的应用领域越来越广泛，从路灯等室外照明到装饰灯等室内照明，均纷纷使用或更换成LED作为光源。
倒装焊结构是LED发光器件的其中一种封装结构，其是以倒装方式将LED芯片倒装焊接在衬底上，其相对于传统的通过金线使LED芯片与衬底的电极电连接的封装结构具有更高的可靠性及更好的散热性能，且还可以把一些功能电路集成在衬底上。请参阅图1，公开号为CN1731592A的中国发明专利申请公开了一种倒装焊结构发光二极管，其包括一LED芯片1和一衬底2，该衬底2的上表面设置金属层22，金属层22的上表面设置有凸点阵列24。同时，该衬底2上接近金属层22处设置有一集成电路26，该LED芯片1通过该衬底2上的凸点阵列24与该集成电路26电连接。
由于该集成电路26集成在衬底2的上表面，与LED芯片2的物理距离较近，容易因LED芯片1发出的光辐射导致一系列的光电寄生效应从而影响整个发光器件的稳定性。另外，LED芯片1产生的热量经衬底2上表面的金属层22直接传导到集成电路26中，影响了集成电路26的稳定性。再者，该衬底2上的集成电路26与LED芯片1相邻，两者的布局需要互相迁就，限制了衬底2上金属层22和集成电路26的可用面积，从而局限了设计的灵活性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种避免光电寄生效应的具有高稳定性的具有集成电路的发光器件。
同时，本发明还提供了所述发光器件的制造方法。
一种具有集成电路的发光器件，包括LED芯片和衬底。该LED芯片可以是单芯片、多芯片模组或具有多个单元的芯片等，LED芯片其具有P电极和N电极。该衬底上设置有集成电路、第一金属电极层、第二金属电极层和电极层连接部。该集成电路设置在该衬底的下表面，该第一金属电极层覆盖在该衬底的上表面，该第二金属电极层覆盖在该衬底的下表面并与集成电路连接，该电极层连接部贯穿该衬底上表面和下表面连接该第一电极层和第二电极层。该LED芯片倒装在该衬底上，LED芯片的P电极和N电极分别与该衬底上的第一金属电极层连接。
一种具有集成电路的发光器件的制造方法，其特征在于：包括步骤
步骤S1：制造LED芯片及在LED芯片上形成P电极和N电极；
步骤S2：在衬底的下表面形成集成电路；
步骤S3：在衬底的集成电路两侧形成贯穿衬底上、下表面的通孔；
步骤S4：在通孔内形成电极层连接部；
步骤S5：在衬底上、下表面的绝缘层表面形成第一金属电极层和第二金属电极层；
步骤S6：将LED芯片倒装焊接在衬底的上表面。
又一种具有集成电路的发光器件的制造方法，其特征在于：包括步骤
步骤S1：制造LED芯片及在LED芯片上形成P电极和N电极；
步骤S2：在衬底的下表面形成集成电路；
步骤S3：在衬底的上表面、下表面及侧壁形成绝缘层；
步骤S4：在衬底上、下表面的绝缘层表面形成第一金属电极层和第二金属电极层，并使第二金属电极层与集成电路连接；
步骤S5：在衬底的侧壁的绝缘层表面形成电极层连接部；
步骤S6：将LED芯片倒装焊接在衬底的上表面。
相对于现有技术，本发明将集成电路集成于衬底的下表面，LED芯片通过第一金属电极层、电极层连接部和第二金属电极层与集成电路电连接，从而以衬底隔开了LED芯片和集成电路结构，避免了LED芯片和集成电路由于相邻太近而导致的一系列光电寄生效应，提高了整个发光器件的稳定性。
为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。
附图说明
图1是现有技术倒装焊结构发光二极管的结构示意图。
图2是本发明具有集成电路的发光器件的实施例1的结构示意图。
图3是本发明具有集成电路的发光器件的实施例2的结构示意图。
图4是本发明具有集成电路的发光器件的实施例3的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
请参阅图2，其是本发明具有集成电路的发光器件的实施例1的结构示意图。该发光器件包括一LED芯片101和一衬底201。
该LED芯片101分别具有P和N两个电极，电极上设置有金属焊垫205。
该衬底201具体为一硅基板。一集成电路301集成在该衬底201的下表面内。在该集成电路301两侧的衬底201上分别具有贯穿该衬底201上、下表面的通孔208。一绝缘层202覆盖在该衬底201的上表面、下表面以及通孔208的内壁。用以与LED芯片101的两个电极电连接的二个相互绝缘的第一金属电极层203位于集成电路301两侧，并覆盖在该衬底201上表面的绝缘层202表面。二个相互绝缘的第二金属电极层207位于集成电路301两侧，并覆盖在该衬底201下表面的绝缘层202表面，分别与集成电路301电连接。该通孔208内填充有电极层连接部206，位于该集成电路301同一侧的第一金属电极层203和第二金属电极层207通过该电极层连接部206电连接。该第一金属电极层203的表面设置有金属凸点204。
该LED芯片101倒装在该衬底201上，LED芯片101的P、N电极上的金属焊垫205分别与第一金属电极层203表面的金属凸点204接合。
该绝缘层202的材料可以选择二氧化硅、氮化硅、聚对二甲苯、聚酰亚胺PI薄膜或其它聚合物等绝缘材料。
该第一金属电极层203和第二金属电极层207的材料可以选择铝或其他金属材料、合金或多层金属。
该金属凸点204和金属焊垫205的材料可以选择铅、锡、金、银、镍或铜等单一金属材料、或由上述单一金属材料组成的多层材料或合金。
该电极层连接部206的材料可以选择钨、铝、铜，金等金属材料。
该集成电路301具体是两组齐纳二极管、静电保护电路、电源驱动电路、整流电路、调光电路、负载监测诊断电路中的一种电路或多种电路的组合。
以下详细说明本发明实施例1的发光器件的制造步骤：
步骤S1：制造LED芯片101。具体地，在蓝宝石衬底上生长有多层氮化镓的外延圆片，经过光刻、刻蚀、金属层沉积和钝化层保护等系列工艺步骤，在LED芯片上形成P电极和N电极，以及电极上的金属凸点205。该圆片经研磨抛光后切割成单粒的LED芯片101。
步骤S2：在衬底201的下表面形成集成电路301。具体地，通过半导体生产工艺，如外延、氧化、光刻、腐蚀、离子注入、扩散、退火等，在衬底201的下表面形成集成电路301。
步骤S3：在衬底201的集成电路301两侧形成贯穿衬底201上、下表面的通孔208。具体地，通过湿法腐蚀、或干法蚀刻或激光通孔等方式形成该通孔208。
步骤S4：在通孔208的内壁和衬底201的上表面、下表面形成绝缘层202。具体地，通过化学气相沉积法或物理沉积法在通孔208内壁形成一层绝缘层，然后再在衬底201的上表面和下表面分别形成绝缘层，其中，该衬底201下表面的绝缘层设有开口。
步骤S5：在通孔208内形成电极层连接部206。具体地，通过电化学淀积(电镀，ECD)或化学气相淀积(CVD)来形成通孔内电极层连接部。
步骤S6：在衬底201上、下表面的绝缘层202表面形成第一金属电极层203和第二金属电极层207，并使第二金属电极层207通过衬底201下表面的绝缘层开口与集成电路301连接。具体地，通过电子束蒸发、溅射或电镀，再配合光刻及腐蚀工艺形成该第一金属电极层203和第二金属电极层207。
步骤S7：在第一金属电极层203的上表面形成金属凸点204，具体地，通过电镀方法在在第一金属电极层203的上表面形成金属凸点204。
步骤S8：将LED芯片101倒装焊接在衬底201的上表面。通过自动化的倒装焊设备将一个个的LED芯片101倒装焊接在衬底201的表面上，倒装焊过程实际是金属凸点204同LED芯片101的P电极和N电极的金属焊垫205的键合过程，可以采用回流焊、波峰焊、热压焊接、超声波压焊法、热超声焊接的方式或是用加热后加超声波的邦定工艺。
完成以上步骤后，单粒晶粒从介质圆片上取下来，即是一个具有集成电路的发光器件产品。
实施例2：
请参阅图3，其是本发明具有集成电路的发光器件的实施例2的结构示意图。该发光器件包括一LED芯片101和一衬底401。
该LED芯片101分别具有P和N两个电极，电极上设置有金属焊垫205。
该衬底401具体由层叠设置的一绝缘衬底401a和硅薄膜401b组成。该集成电路301集成在硅薄膜401b上。在该集成电路301两侧的衬底201上分别具有贯穿该衬底201上、下表面的通孔208。用以与LED芯片101的两个电极电连接的二个相互绝缘的第一金属电极层203位于集成电路301两侧，并覆盖在该衬底201上表面的绝缘衬底401a表面。二个相互绝缘的第二金属电极层207位于集成电路301两侧，并覆盖在该衬底201下表面的硅薄膜401b表面，且分别与集成电路301电连接。该通孔208内填充有电极层连接部206，位于该集成电路301同一侧的第一金属电极层203和第二金属电极层207通过该电极层连接部206电连接。该第一金属电极层203的表面设置有金属凸点204。
该LED芯片101倒装在该衬底201上，LED芯片101的P、N电极上的金属焊垫205分别与第一金属电极层203表面的金属凸点204接合。
本发明实施例2的发光器件的制造步骤与实施例1的制造步骤大致相同，其区别仅在于：较实施例1省去了步骤4形成绝缘层的步骤。
实施例3：
请参阅图4，其是本发明具有集成电路的发光器件的实施例3的结构示意图。该发光器件包括一LED芯片101和一衬底201。
该LED芯片101分别具有P和N两个电极，电极上设置有金属焊垫205。
该衬底201具体为一硅基板。一集成电路301集成在该衬底201的下表面内。一绝缘层202覆盖在该衬底201的上表面、下表面和侧壁。用以与LED芯片101的两个电极电连接的二个相互绝缘的第一金属电极层203位于集成电路301两侧，并覆盖在该衬底201上表面的绝缘层202表面。二个相互绝缘的第二金属电极层207位于集成电路301两侧，并覆盖在该衬底201下表面的绝缘层202表面，且分别与集成电路301电连接。该衬底201侧壁的绝缘层202表面覆盖有电极层连接部206，位于该集成电路301同一侧的第一金属电极层203和第二金属电极层207通过该电极层连接部206电连接。该第一金属电极层203的表面设置有金属凸点204。
该LED芯片101倒装在该衬底201上，LED芯片101的P、N电极上的金属焊垫205分别与第一金属电极层203表面的金属凸点204接合。
以下详细说明本发明实施例3的发光器件的制造步骤：
步骤S1：制造LED芯片101及在LED芯片上形成P电极和N电极；
步骤S2：在衬底201的下表面形成集成电路301；
步骤S3：在衬底201的上表面、下表面及侧壁形成绝缘层202，其中，该衬底201下表面的绝缘层202设有开口。；
步骤S4：在衬底201上、下表面的绝缘层202表面形成第一金属电极层203和第二金属电极层207，并使第二金属电极层207通过衬底201下表面的绝缘层开口与集成电路301连接；
步骤S5：在衬底201的侧壁的绝缘层202表面形成电极层连接部208；
步骤S6在第一金属电极层203的上表面形成金属凸点204；
步骤S7：将LED芯片101倒装焊接在衬底201的上表面。
相对于现有技术，本发明将集成电路集成于衬底的下表面，LED芯片通过第一金属电极层、电极层连接部和第二金属电极层与集成电路电连接，从而以衬底隔开了LED芯片和集成电路结构，避免了LED芯片和集成电路由于相邻太近而导致的一系列光电寄生效应，提高了整个发光器件的稳定性。进一步，本发明的发光器件中LED芯片主要通过电极层连接部进行散热，减少了由LED芯片传导到集成电路的热量。另外，集成电路本身所产生的热量则能够直接通过第二金属电极层进行散热，这样分别提供两条散热路径予LED芯片及集成电路，提高了该发光器件整体的散热能力，增强了器件的可靠性。再者，LED芯片通过电极层连接部与集成电路相连，直接连接LED芯片电极的第一金属电极层和直接连接集成电路的第二金属电极层分别设置在衬底的上、下表面，除通孔外该第一金属电极层和第二金属电极层的布局不需要互相迁就，增大了衬底金属布线和集成电路的可用面积，提高了设计的灵活性。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (7)

1.一种具有集成电路的发光器件，包括
LED芯片，其具有P电极和N电极；
衬底，其上设置有集成电路、第一金属电极层、第二金属电极层和电极层连接部；该集成电路设置在该衬底的下表面，该第一金属电极层覆盖在该衬底的上表面，该第二金属电极层覆盖在该衬底的下表面并与集成电路连接，该电极层连接部贯穿该衬底上表面和下表面连接该第一电极层和第二电极层；
该LED芯片倒装在该衬底上，LED芯片的P电极和N电极分别与该衬底上的第一金属电极层连接；
该衬底上集成电路的两侧设置有贯穿该衬底上表面和下表面的通孔，该电极层连接部设置在该通孔内；
该衬底还包括一绝缘层，其覆盖在该衬底除通孔以外的上表面、下表面以及通孔的内壁，该第一金属电极层、第二金属电极层和电极层连接部覆盖在该绝缘层表面，该绝缘层该在衬底的下表面设有开口，该第二金属层通过开口与集成电路连接。
2.一种具有集成电路的发光器件，包括
LED芯片，其具有P电极和N电极；
衬底，其上设置有集成电路、第一金属电极层、第二金属电极层和电极层连接部；该集成电路设置在该衬底的下表面，该第一金属电极层覆盖在该衬底的上表面，该第二金属电极层覆盖在该衬底的下表面并与集成电路连接，该电极层连接部贯穿该衬底上表面和下表面连接该第一电极层和第二电极层；
该LED芯片倒装在该衬底上，LED芯片的P电极和N电极分别与该衬底上的第一金属电极层连接；
该衬底还包括一覆盖在该衬底的上表面、下表面和侧壁的绝缘层，该第一金属电极层和第二金属电极层分别覆盖在该衬底上、下表面的绝缘层表面，该电极层连接部覆盖在该衬底侧壁的绝缘层表面。
3.根据权利要求1或2所述的发光器件，其特征在于：该衬底为硅基板。
4.根据权利要求1或2所述的发光器件，其特征在于：该LED芯片的P电极和N电极上设置有金属焊垫，该衬底的第一金属电极层表面设置有金属凸点，该金属焊垫与该金属凸点接合。
5.一种具有集成电路的发光器件的制造方法，其特征在于：包括步骤
步骤S1：制造LED芯片及在LED芯片上形成P电极和N电极；
步骤S2：在衬底的下表面形成集成电路；
步骤S3：在衬底的集成电路两侧形成贯穿衬底上、下表面的通孔；
步骤S4：在通孔内形成电极层连接部；
步骤S5：在衬底上、下表面的绝缘层表面形成第一金属电极层和第二金属电极层，并使第二金属电极层与集成电路连接；
步骤S6：将LED芯片倒装焊接在衬底的上表面。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于：在步骤3和步骤5之间还包括步骤：在通孔的内壁和衬底的上表面、下表面形成绝缘层。
7.一种具有集成电路的发光器件的制造方法，其特征在于：包括步骤
步骤S1：制造LED芯片及在LED芯片上形成P电极和N电极；
步骤S2：在衬底的下表面形成集成电路；
步骤S3：在衬底的上表面、下表面及侧壁形成绝缘层；
步骤S4：在衬底上、下表面的绝缘层表面形成第一金属电极层和第二金属电极层，并使第二金属电极层与集成电路连接；
步骤S5：在衬底的侧壁的绝缘层表面形成电极层连接部；
步骤S6：将LED芯片倒装焊接在衬底的上表面。
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