CN102368527A

CN102368527A - 一种无需打线的发光二极管芯片及其制备方法

Info

Publication number: CN102368527A
Application number: CN2011103307291A
Authority: CN
Inventors: 罗红波; 周武
Original assignee: HC Semitek Corp
Current assignee: HC Semitek Corp
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-03-07

Abstract

本发明涉及一种无需打线的蓝宝石衬底的氮化镓基发光二极管及其制备方法：将芯片的P、N电极分布于芯片的两个侧面，呈窄条状相对分布；通过把芯片的侧面加工成斜面，把电极延伸到斜面上，采用嵌入式的封装焊接结构，芯片置于该结构内，将通过熔融又凝固的焊料实现芯片电极与封装结构的连接。采用本方法加工的氮化镓基发光二极管芯片，封装时可以省略打线的步骤，可增加芯片表面的发光面积和透光面积，可降低封装对芯片电极的工艺需求。

Description

一种无需打线的发光二极管芯片及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新外形结构的氮化镓基发光二极管芯片，具体涉及一种P、N电极呈窄条状相对分布的氮化镓基发光二极管，电极所在侧面制作成部分的倾斜面，电极的金属部分延伸覆盖到倾斜面上；本发明还涉及该发光二极管的封转焊接结构和焊接方法。

背景技术

蓝宝石衬底的氮化镓基发光二极管是一种将电能转化为光能的发光器件，是目前最有前景的新一代光源。蓝宝石衬底的氮化镓基发光二极管常规由芯片厂制作完整的芯片结构，然后由封装厂对芯片进行封装加工，从而得到成品的发光二极管。芯片结构的加工包括刻蚀外延层N区台阶，蒸镀透明导电层，蒸镀电极，蓝宝石研磨，wafer划裂分割，测试分选等步骤；封装加工包括固晶、焊接、点胶封装等步骤。其中封装焊接加工要完成的任务是用金属线通过焊接的方式把芯片的P、N极压焊点与支架的正、负极连接起来。蓝宝石衬底的氮化镓基发光二极管芯片的结构和封装焊接结构如图1所示。其特点为P、N电极同处于芯片的上表面；为了封装打线方便，P、N电极均有较大面积的裸露金属用作焊线盘。封装焊接时，将金属导线一头焊接在焊线盘处，一头焊接到封装结构的电源引脚上。

为了提高焊接的成功率，焊线盘直径一般要大于70um，常见90um，这样的情况下，P、N电极需要占用相当大的芯片表面积，即减少了发光面积。在焊线盘占有相当大的芯片表面积的情况下，用于出光的面积必然压缩。同时，金属引线的焊接对焊线盘的表面洁净度要求非常高。如果焊线盘表面不够洁净，会引起打不上线、工作电压过高，光衰快等一些列问题。

发明内容

本发明的目的在于提供提出了新的蓝宝石衬底的氮化镓基发光二极管芯片的电极和侧面结构，以及封装焊接结构，并提出整套实现该芯片电极和侧面结构的技术方案。

本发明的技术方案为：一种无需打线的发光二极管芯片，该芯片包括衬底层以及依次层叠于衬底层上的N型氮化镓层、发光层、P型氮化镓层、透明导电层，同时包括P、N电极，所述的电极主体为窄条状，其窄条状的电极主体，其宽度小于20um，优选为5um，分布于发光二极管芯片平行对边两侧。与电极主体平行的侧面的上部，存在一段倾斜面，使芯片上表面与侧面间成钝角。P、N电极均从窄条状主体延伸到倾斜侧面上。倾斜面，其倾斜的方向导致上表面面积比下表面小，其倾斜面的最低点相对于芯片上表面的高度差大于10um。其封装焊接结构包括正极板、隔离层、负极板三部分，隔离层置于负极板上，正极板置于隔离板上。正极板，其主体上表面和内侧面用于与芯片的P电极焊接，需要做反光处理；正极板较小端裸漏在封装结构外，用于与封装结构外部连接正向电源。隔离层采用绝缘导热材料，用于隔离正极板和负极板。负极板其凸起部分的上表面和内侧面用于与芯片的N电极焊接，需要做反光处理；负极板的较小端裸漏在封装结构外，用于与封装结构外部负向电源。

一种无需打线的发光二极管芯片的制备方法，其步骤：1）在氮化镓外延片上蚀刻P区台阶；2）在氮化镓外延片上制作保护层，裸露出N区部分区域，再采用一束或多束激光在裸露区域划出平行线，再将蓝宝石衬底片放入200~290℃的磷酸、硫酸混合物中腐蚀，得到V字形倾斜侧面；其中，激光只在某一个方向的芯片边界划线，优选为长边方向；3）制作透明导电层；4）蒸镀绝缘层，用于隔离P电极的延伸部分与P区台阶线的接触；5）制作P、N电极，P、N电极平行于步骤2中的激光划痕；6）制作钝化层；7）蓝宝石减薄；8）裂片。

其封装焊接加工的方法为：1）在封装焊接结构的隔离层处滴上胶水；2）将芯片放上隔离层，芯片的N电极裸露部分靠近负极板，芯片的P电极裸露部分靠近正极板；3）芯片P电极的裸露部分与封装结构正极板通过熔融后凝固的焊料连接；芯片N电极的裸露部分与封装结构的负极板凸起部分通过熔融后凝固的焊料连接。

本发明的优点在于：本发明采用新的技术路线，完全避免了传统技术的打线加工减少了金线的消耗，简化了封装焊接工艺；也避免了打线对芯片加工中的一系列严苛的要求，有助于芯片的制作。同时新的电极结构，有利于节省芯片上表面积，有利于电流的扩散。

附图说明

图1：传统发光二极管的电极结构和封装方法；

图2：本发明的芯片电极结构图；

图3：本发明的芯片放入封装结构；

图4：本发明的芯片与封装结构间的焊接；

图5：本发明芯片的制作工艺过程；

图6：本发明芯片的立体结构。

图中：

10A为N电极的主体结构、10B为N电极的延伸部分，20A为P电极的主体结构、20B为P电极的延伸部分、30为P型区域边界、40为钝化层区域边界、50为绝缘层区域边界、60为衬底、70为N极板、80为P极板、90为隔离板、100为焊料。

具体实施方式

对于上面描述的蓝宝石衬底的氮化镓基发光二极管芯片的电极和侧面结构，本发明采用如下方案来实现,如图5所示：

步骤一：在氮化镓外延片上蚀刻P区台阶，如P02。

步骤二：在氮化镓外延片上制作保护层，裸露出N区部分区域，再采用一束或多束激光在裸露区域划出平行线。再将蓝宝石衬底片放入200~290℃的磷酸、硫酸混合物中腐蚀，得到V字形倾斜侧面。其中，激光只在某一个方向的芯片边界划线，优选为长边方向。为了保证封装焊接时的效果，通常要求倾斜侧面的底部距芯片上表面的距离应大于10um,如P03。

步骤三：制作透明导电层，如P04。

步骤四：在图示位置蒸镀绝缘层，用于隔离P电极的延伸部分与P区台阶线的接触，如P05。

步骤五：制作P、N电极。P、N电极平行于步骤二中的激光划痕,如P06。

步骤六：制作钝化层,如P07。

步骤七：蓝宝石减薄,如P08。

步骤八：裂片,如P09。

在封装阶段，将上述芯片刚好放置于上述封装结构的中央，通过胶水与底面粘结。芯片P电极的裸露部分与封装结构正极板通过熔融后凝固的焊料连接；芯片N电极的裸露部分与封装结构的负极板凸起部分通过熔融后凝固的焊料连接。

以下通过实施例来进一步描述本发明，但本发明并不限于这些实施方式。

实施例1：

采用以下方案实现上述免打线的蓝宝石衬底的氮化镓基发光二极管芯片的制作和封装焊接。

蓝宝石衬底的氮化镓基发光二极管芯片的制作如下步骤：

步骤一：在在氮化镓外延片上蚀刻P区台阶。

步骤二：在氮化镓外延片上制作保护层，裸露出N区部分区域，再采用一束或多束激光在裸露区域划出平行线。再将蓝宝石衬底片放入270℃的磷酸、硫酸混合物中腐蚀，得到V字形倾斜侧面。其中，激光只在某一个方向的芯片边界划线，优选为长边方向。

步骤三：制作透明导电层，优选材料为氧化铟锡（ITO）。

步骤四：在图示位置蒸镀绝缘层，优选材料为二氧化硅（SiO2）。

步骤五：制作P、N电极，材料为Ge/Ti/Al。P、N电极平行于步骤二中的激光划痕。其中电极的窄条状主体宽度为5um。

步骤六：制作钝化层，优选材料为SiO2。

步骤七：蓝宝石减薄。

步骤八：裂片。

通过上述方法制作的芯片结构如图6所示。

封装到焊接阶段的制作方案如下：

步骤一：在封装焊接结构的隔离层处滴上胶水。

步骤二：将芯片放上隔离层，芯片的N电极裸露部分靠近负极板，芯片的P电极裸露部分靠近正极板。

步骤三：将熔融的金属锡滴在封装焊接结构与芯片两个电极裸露部分之间，实现他们的连接。

根据上述的实施例对本发明作了详细描述。需说明的是，以上的实施例仅仅为了举例说明本发明而已。在不偏离本发明的精神和实质的前提下，本领域技术人员可以设计出本发明的多种替换方案和改进方案，其均应被理解为在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种无需打线的发光二极管芯片，该芯片包括衬底层以及依次层叠于衬底层上的N型氮化镓层、发光层、P型氮化镓层、透明导电层，同时包括P、N电极，其特征在于：所述的电极主体为窄条状，分布于发光二极管芯片平行对边两侧。

2.根据权利要求1所述无需打线的发光二极管芯片，其特征在于：与电极主体平行的侧面的上部，存在一段倾斜面，使芯片上表面与侧面间成钝角。

3.根据权利要求1所述无需打线的发光二极管芯片，其特征在于：其窄条状的电极主体，其宽度小于20um。

4.根据权利要求1所述无需打线的发光二极管芯片，其特征在于：其P、N电极均从窄条状主体延伸到倾斜侧面上。

5.根据权利要求2或4所述无需打线的发光二极管芯片，其特征在于：其倾斜面的最低点相对于芯片上表面的高度差大于10um。

6.如权利要求1所述的无需打线的发光二极管芯片，其特征在于：其封装焊接结构包括正极板、隔离层、负极板三部分，隔离层置于负极板上，正极板置于隔离板上。

7.根据权利要求1所述无需打线的发光二极管芯片，其特征在于：正极板，其主体上表面和内侧面用于与芯片的P电极焊接，需要做反光处理；正极板较小端裸漏在封装结构外，用于与封装结构外部连接正向电源。

8.根据权利要求6所述无需打线的发光二极管芯片，其特征在于：隔离层采用绝缘导热材料，用于隔离正极板和负极板。

9.根据权利要求6所述无需打线的发光二极管芯片，其特征在于：负极板其凸起部分的上表面和内侧面用于与芯片的N电极焊接，需要做反光处理；负极板的较小端裸漏在封装结构外，用于与封装结构外部负向电源。

10.一种无需打线的发光二极管芯片的制备方法，其步骤：

1）在氮化镓外延片上蚀刻P区台阶；

2）在氮化镓外延片上制作保护层，裸露出N区部分区域，再采用一束或多束激光在裸露区域划出平行线，再将蓝宝石衬底片放入200~290℃的磷酸、硫酸混合物中腐蚀，得到V字形倾斜侧面；其中，激光只在某一个方向的芯片边界划线，优选为长边方向；

3）制作透明导电层；

4）蒸镀绝缘层，用于隔离P电极的延伸部分与P区台阶线的接触；

5）制作P、N电极，P、N电极平行于步骤2中的激光划痕；

6）制作钝化层；

7）蓝宝石减薄；

8）裂片。

11.根据权利要求6所述无需打线的发光二极管芯片，其特征在于：其封装焊接的方法为：

1）在封装焊接结构的隔离层处滴上胶水；

2）将芯片放上隔离层，芯片的N电极裸露部分靠近负极板，芯片的P电极裸露部分靠近正极板；

3）芯片P电极的裸露部分与封装结构正极板通过熔融后凝固的焊料连接；芯片N电极的裸露部分与封装结构的负极板凸起部分通过熔融后凝固的焊料连接。