CN102751395A - 一种高压交流led晶片模块制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压交流LED晶片模块制作方法，首先在衬底上沉积绝缘层，利用蚀刻工艺在衬底上形成外延生长区和由绝缘层形成的隔离墙；在的外延生长区生长出半导体层；去除隔离墙形成隔离区，通过隔离区形成多颗的LED晶粒；在每颗LED晶粒的表面局部形成凹形台面，使部分N型半导体层露出凹形台面；半导体层表面及隔离区沉积保护层；蚀刻保护层形成安装区并制作P/N电极，通过导电线路连接形成串联或/和并联的LED晶片模块；将外延片切割、研磨、精抛光；最后采用裂片机将每块LED晶片模块进行裂片。本发明制造工艺具有易量产的特点，同时，采用本发明制造工艺制造出来的产品还具有良率高、成本低及使用寿命长的优点。

Description

一种高压交流LED晶片模块制作方法

【技术领域】

本发明涉及一种LED晶片模块制造方法，尤其是涉及一种高压交流LED晶片模块制作方法。 

【背景技术】

AC LED是一类集成了各种处理技术的LED产品，它包括多种器件或内核，无需额外的变压器、整流器或驱动电路，交流电网的交流电就可直接对其进行驱动。这使得LED产品无需变流器就可以直接应用于家居及办公室交流电器插头(100-110伏特/220-230伏特)，不仅显著降低电路成本，也避免了电源变换过程中损失的能耗。AC LED的双向导通模式避免了静电放电问题。 

台湾公司开发高压HV-LED采用单芯片设计，通过配置可降低驱动电流且可将发光芯料进行更广泛的分布以获得更高发光效率。单片结构还把电光转换效率(wall plug efficiency)提高了10％，另外，也减少了所需的线绑定、简化了封装、降低了整体成本。AC-LED和HV-LED可以定制芯片尺寸和器件或内核数量，而其大批量制造流程也与标准直流驱动的LED兼容。 

器件内核之间的绝缘性一般要求器件内核之间的隔离区将半导体层完全隔离开来，要求隔离区必须深至衬底处，但是由于衬底上的半导体层一般都在5um左右，使得器件内核之间的隔离区制作比较困难，目前制作工艺主要是用干法刻蚀(ICP刻蚀等)，如申请人为财团法人工业技术研究院在2006年3月31申请的，公开号为CN1866532A，发明创造名称为交流发光装置及其制法，该专利申请是先在衬底上长半导体层，所述半导体层包括N型半导体层、发光层和P型半导体层，再通过蚀刻技术将外延片的半导体层蚀刻成多颗LED晶粒，每颗晶粒通过隔离区绝缘隔，再通过线路连接形成交流LED晶片模块，这种制作交流LED晶片模块方法难度较大，由于交流LED晶片模块的LED晶粒之间需要 做到完成绝缘隔离，否则将影响交流LED晶片模块的出光效率及使用寿命，采用上述方法制作交流LED晶片模块的成本也很高，对光刻胶的选择性要求也很高。如申请公布号为CN101976715A的发明专利申请，该专利申请首先在衬底上生长半导体层形成外延片，采用湿法腐蚀，通过隔离区将外延片上的半导体层隔开形成多颗LED晶粒，LED晶粒之间通常是非绝缘的，如果需要制作交流LED晶片模块还需要进一步的绝缘隔离才能实现，工艺难度及制作成本都比较高，而且LED晶粒之间的绝缘隔离也很难达到高度精密，通常因为细小的接触都会造成短路而影响LED晶片模块的损坏。 

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供一种制作成本低、易量产、良率高及使用寿命长的高压交流LED晶片模块。 

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高压交流LED晶片模块制作方法，包括以下步骤：(a)在衬底上沉积绝缘层，利用蚀刻工艺在衬底上形成外延生长区和由绝缘层形成的隔离墙；(b)在步骤(a)的外延生长区生长出半导体层；(c)去除步骤(a)的隔离墙形成隔离区，衬底表面通过隔离区形成多颗的LED晶粒；(d)在每颗LED晶粒的表面局部形成凹形台面，使部分N型半导体层露出凹形台面；(e)在半导体层表面及隔离区沉积保护层；(f)蚀刻步骤(e)的保护层形成P电极安装区及N电极安装区，在P电极安装区制作P电极，在N电极安装区制作N电极，通过导电线路连接形成串联或/和并联的LED晶片模块；(g)将外延片切割、研磨、精抛光；(h)采用裂片机将每块LED晶片模块进行裂片。 

本发明与现有技术相比的有益效果是：由于本制作工艺最先是在衬底上形成外延生长区和由绝缘层形成的隔离墙，在外延生长区生长出半导体层，去除隔离墙形成隔离区，使衬底表面通过隔离区形成多颗的LED晶粒，在每颗LED晶粒上制作电极并通过导电线路连接形成串联或/和并联的LED晶片模块，该工 艺制作出来的LED晶片模块可以使每颗LED晶粒之间实现高度绝缘隔离，具有良率高的特点，本工艺制作简便，具有成本低及使用寿命长的优点，同时，采用本制作工艺还具有易量产的特点。 

优选地，所述步骤(a)隔离墙的横截面宽度为5～40um，高度为0.1～5um，该宽度及高度范围可以使外延生长后，通过隔离墙隔离形成的LED晶粒之间绝缘效果更好。 

优选地，所述步骤(a)隔离墙的横截面呈矩形状，该结构具有出光效率较高的特点。 

优选地，所述步骤(a)隔离墙的横截面呈梯形状，隔离墙的侧面与衬底的正面形成的夹角为50～70°，该结构将LED晶粒设置成倒梯形具有出光效率较高的特点。 

优选地，所述隔离墙的侧面与衬底的正面形成的夹角为55～65°，该结构将LED晶粒设置成倒梯形具有出光效率更高的特点，并且该角度范围是出光效率更高的数值范围。 

优选地，所述步骤(a)绝缘层的物质为SiO₂或者Si₃N₄，采用该绝缘物质具有更好地绝缘效果。 

优选地，所述步骤(e)保护层的物质为SiO₂或者Si₃N₄，采用该绝缘物质具有更好地绝缘效果。 

优选地，所述步骤(g)外延片的背面形成有反射层，采用该结构能有效地提高LED晶片模块的出光效率。 

优选地，所述反射层为氧化物反射层或/和金属反射层，该结构采用氧化物反射层或/和金属反射层能更有效地提高LED晶片模块的出光效果。 

优选地，所述氧化物反射层的材料为SiO₂、TiO₂、Ti ₃O₅、Nb₂O₅中的任一种，所述金属反射层的材料为Au、Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W中的任一种或其组合， 该结构采用上述氧化物或/和上述金属反射层能有效地提高LED晶片模块的出光效果。 

【附图说明】

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。 

图1为在外延片上形成绝缘层的平面图。 

图2为图1所示经过图形曝光蚀刻工艺后外延片与绝缘层的平面图。 

图3为图2所示在衬底上生长半导体层后的平面图。 

图4为图3所示去除绝缘层后的平面图。 

图5为图4所示制作凹形台平的平面图。 

图6为图5所示在半导体层制作电极及形成保护层的平面图。 

图7为图6所示LED晶粒之间的线路连接平面图。 

图8为图1所示经过图形曝光蚀刻工艺后外延片与绝缘层的另一平面图。 

图9为图8所示在衬底上生长半导体层后的平面图。 

图10为图9所示去除绝缘层后的平面图。 

图11为图10所示制作凹形台平的平面图。 

图12为图11所示在半导体层制作电极及形成保护层的平面图。 

图13为图12所示LED晶粒之间的线路连接平面图。 

图14为本发明外延片的结构示意图。 

图15为本发明外延片的局部平面示意图。 

附图标号说明： 

1-衬底；        2-缓冲层        3-N型半导体层； 

4-发光层；      5-P型半导体层   6-凹形台面； 

7-X轴隔离区     8-Y轴隔离区     9-半导体层； 

10-外延片；     11-LED晶粒；    12-LED晶片模块； 

13-绝缘层；     14-反射层       15-保护层； 

16-P电极        17-N电极；      16′-P电极安装区； 

17′-N电极安装区；    18-导电线路；    19-切割区； 

9a-外延生长区；       13a-隔离墙；     20-隔离区； 

【具体实施方式】

参照附图1-图7所示，本发明提供一种高压交流LED晶片模块12制造方法，首先，在衬底1上沉积绝缘层13，利用平面图形曝光工艺，再经过干法或湿法蚀刻工艺，根据芯片图形设计在衬底1上形成外延生长区9a和由绝缘层13形成的隔离墙13a；隔离墙13a的横截面宽度为5～40um，高度为0.1～5um，参照附图2所示；该宽度及高度范围可以使外延生长后，通过隔离墙13a隔离形成的LED晶粒11之间绝缘效果更好，所述隔离墙13a的横截面呈矩形状，如图2、3所示；上述绝缘层13的物质为SiO₂或者Si₃N₄，采用该绝缘物质具有更好地实现绝缘效果；参照附图8-图13所示，为了提高LED晶片模块12的出光效率，将所述隔离墙13a的横截面设置呈矩形状，隔离墙13a的侧面与衬底的正面形成的夹角为50～70°，最好是将所述隔离墙13a的侧面与衬底的正面形成的夹角为55～65°，该结构将LED晶粒11设置成倒梯形具有出光效率更高的特点，并且该角度范围是出光效率更高的数值范围。如图8、9所示；最佳方案是将所述隔离墙13a的侧面与衬底1的正面形成的夹角β为60°，将隔离墙13a设置成横截面呈梯形状，在所述衬底1表面生长的半导体层9呈倒梯形状，这样设置可以大大提高LED晶片模块的出光效率。接下来利用金属有机化学气相沉积或分子束外延技术，在上述外延生长区9a生长半导体层9，形成外延片10，所述半导体层9为依次在衬底1上生长的N型半导体层3、发光层4和P型半导体层5，为了使衬底1与半导体层9结合更紧密，在所述衬底1与半导体层9之间还形成有一层缓冲层2，参照图3至图7及图9至图13所示；接下来将外延片10浸泡在绝缘层材料的蚀刻液中，去除隔离墙13a形成隔离区20，所述隔离区20包括X轴隔离区7、Y轴隔离区8及切割区19，衬底1表面通过隔离区20隔离形成多颗的LED晶粒11，即衬底1表面通过X轴隔离区7、Y轴隔离区8及切割区19隔离形成多颗LED晶粒11，如图14、15所示；接下来利 用感应耦合等离子刻蚀，在每颗LED晶粒11的表面形成凹形台面6，使每颗LED晶粒11的半导体层9的部分N型半导体层3露出凹形台面6，参照图5和图11所示；接下来在半导体层表面9及隔离区20沉积保护层15；即在P型半导体层5、凹形台面6以及X轴隔离区7、Y轴隔离区8及切割区19形成保护层15，参照图6和图12所示，所述保护层15的物质为SiO₂或者Si₃N₄，采用该绝缘物质具有更好地绝缘效果。接下来蚀刻保护层15，在P型半导体层5上蚀刻保护层15形成P电极安装区16′及在凹形台面6上蚀刻保护层15形成N电极安装区17′，在所述P电极安装区16′制作P电极16，在N电极安装区17′制作N电极17，通过导电线路18连接LED晶粒11形成串联或/和并联的LED晶片模块12，参照图6、7、12、13所示；通过图形曝光半导体平面工艺技术，在光刻胶上得到所设计的P电极安装区16′和N电极安装区17′；蚀刻保护层15，将光刻胶上所设计的P电极安装区16′和N电极安装区17′图形转移到保护层15上，使得P电极安装区16′和N电极安装区17′的半导体层9暴露，利用电子束蒸发台或者溅射镀膜机沉积Cr/Pt/Au或Ti/Al/Au，通过光刻胶剥离工艺，在已刻蚀过的内核单元上，分别在P型半导体层5和N型半导体层3的凹形台面6上对应制作P电极16和N电极17，通过图形曝光半导体平面工艺技术，在光刻胶上得到设计的导电线路18焊线区域，利用电子束蒸发台或者溅射镀膜机沉积Cr/Pt/Au或Ti/Al/Au，通过光刻胶剥离工艺，在P电极安装区16′与N电极安装区17′区域制作导电线路18，完成所设计的高压交流LED模块的电路连接图。P电极16、N电极17及导电线路18制作，通过图形曝光半导体平面工艺技术，在光刻胶上得到设计的P电极安装区16′和N电极安装区17′；蚀刻保护层15，将光刻胶上所设计的P电极16和N电极17图形转移到保护层15上，使P电极安装区16′与N电极安装区17′的半导体层9暴露，通过图形曝光半导体平面工艺技术，在光刻胶上得到所设计的P电极安装区16′与N电极安装区17′及导电线路18焊线区域，利用电子束蒸发台或者溅射镀膜机沉积 Cr/Pt/Au或Ti/Al/Au，通过光刻胶剥离工艺，在P电极16和N电极17及导电线路18焊线区域制作导电线路18，得到所设计的高压交流LED模块电路连接图；这样即将多个LED晶粒11通过导电线路18连接的方式形成一个LED晶片模块12；再接下来将外延片11切割、研磨、精抛光，在外延片的背面蒸镀形成反射层14；所述反射层14为氧化物反射层或/和金属反射层，所述氧化物反射层的材料为SiO₂、TiO₂、Ti₃O₅、Nb₂O₅中的任一种，所述金属反射层的材料为Au、Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W中的任一种或其组合；在外延片的背面蒸镀反射层的作用主要是用来提供LED晶片模块10的出光效率；最后采用裂片机将每块LED晶片模块12进行裂片。 

以上所述仅以方便说明本发明，在不脱离本发明创作的精神范畴内，熟悉此技术的本领域的技术人员所做的各种简单的变相与修饰仍属于本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种高压交流LED晶片模块制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)在衬底上沉积绝缘层，利用蚀刻工艺在衬底上形成外延生长区和由绝缘层形成的隔离墙；

(b)在步骤(a)的外延生长区生长出半导体层，所述半导体层包括N型半导体层、发光层和P型半导体层；

(c)去除步骤(a)的隔离墙形成隔离区，衬底表面通过隔离区形成多颗的LED晶粒；

(d)在每颗LED晶粒的表面局部形成凹形台面，使部分N型半导体层露出凹形台面；

(e)在半导体层表面及隔离区沉积保护层；

(f)蚀刻步骤(e)的保护层形成P电极安装区及N电极安装区，在P电极安装区制作P电极，在N电极安装区制作N电极，通过导电线路连接形成串联或/和并联的LED晶片模块；

(g)将外延片切割、研磨、精抛光；

(h)采用裂片机将每块LED晶片模块进行裂片。

2.根据权利要求1所述高压交流LED晶片模块制作方法，其特征在于：步骤(a)隔离墙的横截面宽度为5～40um，高度为0.1～5um。

3.根据权利要求1所述高压交流LED晶片模块制作方法，其特征在于：所述步骤(a)隔离墙的横截面呈矩形状。

4.根据权利要求1所述高压交流LED晶片模块制作方法，其特征在于：所述步骤(a)隔离墙的横截面呈梯形状，隔离墙的侧面与衬底的正面形成的夹角为50～70°。

5.根据权利要求4所述高压交流LED晶片模块制作方法，其特征在于：所述隔离墙的侧面与衬底的正面形成的夹角为55～65°。 

6.根据权利要求1所述高压交流LED晶片模块制作方法，其特征在于：所述步骤(a)绝缘层的物质为SiO₂或者Si₃N₄。

7.根据权利要求1所述高压交流LED晶片模块制作方法，其特征在于：所述步骤(e)保护层的物质为SiO₂或者Si₃N₄。

8.根据权利要求1所述高压交流LED晶片模块制作方法，其特征在于：所述步骤(g)外延片的背面形成有反射层。

9.根据权利要求8所述高压交流LED晶片模块制作方法，其特征在于：所述反射层为氧化物反射层或/和金属反射层。

10.根据权利要求9所述高压交流LED晶片模块制作方法，其特征在于：所述氧化物反射层的材料为SiO₂、TiO₂、Ti₃O₅、Nb₂O₅中的任一种，所述金属反射层的材料为Au、Al、Ag、Pt、Cr、Mo、W中的任一种或其组合。 

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