CN103985806A - 一种led芯片p面电极、制备p面电极用刻蚀液及p面电极制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种LED芯片P面电极、制备P面电极用刻蚀液及P面电极制备方法，属于LED电极制备技术领域。本发明的P面电极包括接触电极和焊线电极，接触电极包括第一镀金层、金铍层和第二镀金层，焊线电极的第一镀钛层厚度为镀铝层的厚度为第二镀钛层的厚度为本发明的刻蚀液包括钛刻蚀液、铝刻蚀液和金刻蚀液，组成简单、配比合理，避免了电极金属层厚度增加造成的湿法刻蚀电极图形变形问题，本发明P面电极的制备方法，对LED芯片P面电极依次进行光刻和湿法刻蚀处理以获得厚度适度增加的焊线电极，工艺简单，重复性好。本发明很好的解决了焊线电极与封装导线之间的虚焊、脱离问题。
Description
技术领域
本发明涉及LED电极制备技术领域，更具体地说，涉及一种LED芯片P面电极、制备P面电极用刻蚀液及P面电极制备方法。
背景技术
发光二极管(LED)是一种具有发光效率高、耗电量小、寿命长、发热量低、体积小、环保节能等诸多优点的照明器件，因而具有广泛的应用市场，如汽车、背光源、交通灯、大屏幕显示、军事等领域。LED芯片的常规结构包括一个在通电后产生光辐射的半导体发光结构，以及此半导体结构与外界电源相连的电极。LED芯片设计的重点在于提高半导体结构的光辐射效率以及提高半导体结构与外界电源的连接质量。
通常LED芯片的P面电极分为上下两层：第一层为接触电极，接触电极和LED芯片P面形成欧姆接触，降低电极和芯片P面的接触电阻，使电流通过电极传导至LED芯片P面时电阻较小，提高外量子效应和降低芯片的发热；第二层为焊线电极，用于电极和封装导线的接触。LED芯片P面第一层电极的制作方法是在LED芯片的P面通过真空镀膜技术分别蒸镀金/金铍/金层，后光刻电极图形腐蚀形成接触电极，最后通过合金形成欧姆接触；第二层电极是再次通过真空镀膜技术蒸镀钛/铝或者钛/金层，后进行对位光刻电极图形腐蚀形成焊线电极。
出于生产成本的考虑，目前封装导线使用合金线(金铜合金)为主，焊线电极材料则使用钛铝和钛金材料。由于钛铝成本相比钛金低很多，所以采用钛铝材料制备焊线电极已越来越成为行业发展的趋势。但由于金铜材料和铝材料自身化学性质等因素，使得金铜材料和铝材料不易牢固焊接，且电极表面的铝易氧化和沾污有机物、灰尘等，氧化、沾污现象轻微的会造成焊线后形成虚焊，焊线电极和封装导线焊接不良，导致表面接触电压升高；严重时则会造成导线和电极脱离，最终使封装后的LED芯片失效。上述因素严重影响了钛铝作为焊线电极材料的推广应用。
传统提高P面焊线电极与封装导线焊接质量有以下方法：(1)使用有机溶剂清洗P面焊线电极，但该方法只能去除电极表面的有机物和灰尘等，水消耗量大，不能从根本上提高焊线质量；(2)采用PLASMA(等离子清洗)，该方法虽能去除电极表面有机物和灰尘，但易造成电极表面铝过度氧化，造成焊线困难和接触电压增大。
经检索，关于提高LED芯片电极焊线质量的问题，中国专利申请号200510107751.4，申请日为2005年10月6日，发明创造名称为：一种发光二极管的电极制备方法，该申请案在常规打线盘与半导体发光结构之间加入一层粘附性强的粘附层以避免打线盘脱离，将打线盘表面粗糙化以提高打线盘与外部焊线的连接强度。
也有通过蒸镀不同厚度金属层提高LED芯片电极质量的方案公开，如中国专利号ZL03146826.8，授权公告日为2008年4月23日，发明创造名称为：蓝宝石衬底发光二极管芯片电极制作方法；该申请案通过依次蒸镀第一厚度镍、第二厚度金、第三厚度镍、第四厚度金、第五厚度钛、第六厚度铝、第七厚度镍和第八厚度金，实现LED芯片电极质量的提高。但上述申请案并不适用于解决因金铜材料和铝材料不易牢固焊接，导致的焊线电极与封装导线之间的虚焊、脱离问题。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有半导体发光二极管(LED)的P面焊线电极与封装导线焊接质量差的不足，提供了一种LED芯片P面电极、制备P面电极用刻蚀液及P面电极制备方法。本发明LED芯片的P面焊线电极采用钛/铝/钛蒸镀层，并从节约成本及确保焊接质量的角度考虑，确定了P面焊线电极各蒸镀层的最佳厚度，本发明提供的技术方案很好的解决了焊线电极与封装导线之间的虚焊、脱离问题，且不会引起LED芯片P面接触电压升高，同时降低了LED芯片的生产成本。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种LED芯片P面电极，包括接触电极和焊线电极，所述的接触电极包括第一镀金层、金铍层和第二镀金层，所述的第一镀金层的厚度为金铍层的厚度为 第二镀金层的厚度为所述的焊线电极包括第一镀钛层、镀铝层和第二镀钛层，第一镀钛层的厚度为镀铝层的厚度为第二镀钛层的厚度为
更进一步地，所述的第一镀金层的厚度为金铍层的厚度为第二镀金层的厚度为所述的第一镀钛层的厚度为镀铝层的厚度为第二镀钛层的厚度为
本发明的一种制备LED芯片P面电极用刻蚀液，包括钛刻蚀液、铝刻蚀液和金刻蚀液，所述的钛刻蚀液由氟化氢和氟化铵溶液组成，该氟化氢和氟化铵溶液的体积比为1:3-7；所述的铝刻蚀液为磷酸和硝酸的混合液；所述的金刻蚀液为碘和碘化钾的混合液，碘和碘化钾的 质量比为1:2-4。
本发明的一种LED芯片P面电极的制备方法，其步骤为：
步骤一、接触电极的制备：
a、真空镀膜：在LED芯片P面依次蒸镀第一镀金层、金铍层和第二镀金层，第一镀金层的厚度为金铍层的厚度为第二镀金层的厚度为
b、光刻：对经步骤a镀膜后的金属层进行光刻蚀处理，不需刻蚀的区域使用正性光刻胶保护；
c、湿法刻蚀：对经步骤b处理后的LED芯片P面接触电极各金属层进行湿法刻蚀，然后去胶清洗；
d、合金：对经步骤c处理后的LED芯片进行高温融合处理；
步骤二、焊线电极的制备：
e、真空镀膜：在LED芯片P面接触电极上依次蒸镀第一镀钛层、镀铝层和第二镀钛层，第一镀钛层的厚度为镀铝层的厚度为第二镀钛层的厚度为
f、光刻：对经步骤e镀膜后的金属层进行光刻蚀处理，不需刻蚀的区域使用正性光刻胶保护；
g、湿法刻蚀：对经步骤f处理后的LED芯片P面焊线电极各金属层进行湿法刻蚀，然后去胶清洗。
更进一步地，步骤a和e的真空镀膜处理在压力小于3.0×10-5Pa条件下进行。
更进一步地，步骤e所述的真空镀膜过程为：1)在80-100℃的温度条件下使用的速率蒸镀第一镀钛层；2)在20-30℃的温度条件下使用的速率蒸镀镀铝层，3)在90-110℃的温度条件下使用2-10/s的速率蒸镀第二镀钛层。
更进一步地，步骤b和f使用的正性光刻胶的粘度为30-50PaS，正性光刻胶的涂布速率为3000-4000r/min。
更进一步地，步骤c所述湿法刻蚀采用的刻蚀液为碘和碘化钾的混合溶液，碘和碘化钾的质量比为1:2-4。
更进一步地，步骤d所述的合金处理在氮气氛围下400-500℃高温融合8-12min。
更进一步地，步骤g所述湿法刻蚀处理中对第一镀钛层和第二镀钛层采用的刻蚀液为氟化氢和氟化铵的混合溶液，氟化氢和氟化铵溶液的体积比为1:3-7；对镀铝层采用的刻蚀液为磷酸和硝酸的混合液。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种LED芯片P面电极，其焊线电极采用价格相对较低的钛铝材料，焊线电极依次蒸镀第一镀钛层、镀铝层和第二镀钛层，并从节约成本及确保焊接质量的角度考虑，确定了P面焊线电极各蒸镀层的最佳厚度，通过P面焊线电极金属层厚度的适当增加，有效的减少由于电极表面沾污、破损和氧化造成的虚焊和拉力值过低，减少了LED产品由于断路造成的失效，提高了良率；
(2)本发明的一种制备LED芯片P面电极用刻蚀液，其钛刻蚀液、铝刻蚀液和金刻蚀液的组成简单、配比合理，避免了由于湿法刻蚀存在各向同性，P面焊线电极金属层厚度增加造成的湿法刻蚀过程中电极图形变形问题，保证了P面电极的质量；
(3)本发明的一种LED芯片P面电极的制备方法，工艺简单，重复性好，对LED芯片P面电极依次进行光刻和湿法刻蚀处理以获得厚度适度增加的焊线电极，并通过改善湿法刻蚀中刻蚀液的组成和刻蚀条件，避免了电极厚度增加造成的湿法刻蚀过程中电极图形变形问题，焊线电极与封装导线结合更紧密，从根本上减少了电极虚焊和脱落的风险。
附图说明
图1为本发明的LED芯片P面电极的侧面轮廓图。
示意图中的标号说明：
11、第一镀金层；12、金铍层；13、第二镀金层；21、第一镀铝层；22、镀钛层；23、第二镀铝层。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
结合图1，本实施例的一种LED芯片P面电极，包括接触电极和焊线电极，所述的接触电极包括第一镀金层11、金铍层12和第二镀金层13，所述的第一镀金层11的厚度为金铍层12的厚度为第二镀金层13的厚度为所述的焊线电极包括第一镀钛层21、镀铝层22和第二镀钛层23，第一镀钛层21的厚度为镀铝层22的厚度为 第二镀钛层23的厚度为
本实施例的LED芯片P面电极，其焊线电极采用价格相对较低的钛铝材料，为了解决钛铝材料与封装合金线不易牢固焊接的问题，发明人在使用传统有机溶剂清洗、等离子清洗P面焊线电极均达不到理想效果的情况下，大胆尝试增加焊线电极金属层厚度，并经过多次试验，从节约成本及确保焊接质量的角度考虑，确定了P面焊线电极的第一镀钛层21、镀铝层22和第二镀钛层23的最佳厚度，通过P面焊线电极金属层厚度的适当增加，有效减少了由 于电极表面沾污、破损和氧化造成的虚焊和拉力值过低，导致的电极表面接触电压升高，LED产品由于断路造成的失效问题，提高了LED芯片良率，同时减少了贵金属金的使用、降低了企业生产成本。
此外，由于本实施例制备P面电极使用的湿法刻蚀方法存在各向同性，为了避免P面焊线电极金属层厚度增加造成的湿法刻蚀过程中电极图形变形问题，保证P面电极的质量，本实施例提供了一种制备LED芯片P面电极用刻蚀液，包括钛刻蚀液、铝刻蚀液和金刻蚀液，所述的钛刻蚀液由氟化氢和氟化铵溶液组成，该氟化氢和氟化铵溶液的体积比为1:5；所述的铝刻蚀液为磷酸和硝酸的混合液；所述的金刻蚀液为碘和碘化钾的混合液，碘和碘化钾的质量比为1:2。
本实施例的一种LED芯片P面电极的制备方法，其制备过程为：
在LED芯片P面通过真空镀膜技术，在镀膜腔体压力小于3.0×10-5Pa条件下，通过坩埚和钨舟蒸发方式，依次蒸镀第一镀金层11、金铍层12和第二镀金层13，第一镀金层11的厚度为金铍层12的厚度为第二镀金层13的厚度为
使用粘度为40PaS的正性光刻胶，在3500r/min匀胶条件下，将正性光刻胶均匀涂布在LED芯片的P面，然后在光刻机上利用光刻版作为掩膜对LED芯片进行光刻处理，所需要制作电极的区域使用正性光刻胶保护，通过碘和碘化钾的混合溶液在常温条件下将金属层选择性的去除，碘和碘化钾的质量比为1:2。当LED芯片表面金色消失时，取出LED芯片使用去离子水冲洗5分钟，然后使用去胶剂在80℃条件下浸泡30分钟，使用去离子水冲洗5分钟，最后用热氮气吹干。之后对芯片进行高温融合(氮气氛围下450℃合金10分钟)，使蒸镀上的金属膜与芯片的接触由肖特基接触变为欧姆接触，以降低接触电极与LED芯片P面的接触电阻。
经高温融合后的LED芯片再通过真空镀膜技术，在镀膜腔体压力小于3.0×10-5Pa条件下，通过坩埚蒸发方式，首先在90℃的温度条件下使用的速率蒸镀的第一镀钛层21；之后在25℃下使用的速率蒸镀镀铝层22，最后在100℃条件下使用的速率蒸镀第二镀钛层23。本实施例根据不同金属层厚度、金属的物理化学性质，在不同温度及速率条件下蒸镀不同金属层，以确保各金属层厚度均匀、蒸镀效果好，为后续蚀刻处理做准备。
使用粘度为40PaS的正性光刻胶，在3500r/min匀胶条件下涂胶，使用光刻机选择性曝光后将需要留下金属层的区域用光刻胶保护，然后通过湿法刻蚀来去除需要刻蚀的金属层，本实施例对P面焊线电极各金属层的湿法刻蚀工艺条件如下：
第一镀钛层21的刻蚀：采用体积比为1:5的氟化氢和氟化铵混合溶液，常温条件下对第 一镀钛层21进行刻蚀，大约3秒左右刻蚀完成，使用去离子水冲洗5分钟。
镀铝层22的刻蚀：使用磷酸和硝酸的混合液，加热到45℃条件下对镀铝层22进行刻蚀，大约300秒左右刻蚀完成，此时LED芯片表面颜色由白色变为灰色，刻蚀完成后使用去离子水冲洗5分钟。
第二镀钛层23的刻蚀：工艺同第一镀钛层21的刻蚀。
本实施例工艺简单，重复性好，对LED芯片P面电极依次进行光刻和湿法刻蚀处理以获得厚度适度增加的焊线电极，并通过改善湿法刻蚀中刻蚀液的组成和刻蚀条件，避免了电极厚度增加造成的湿法刻蚀过程中电极图形变形问题，焊线电极与封装导线结合更紧密，从根本上减少了电极虚焊和脱落的风险。
实施例2
本实施例的一种LED芯片P面电极，接触电极的第一镀金层11厚度为金铍层12的厚度为第二镀金层13的厚度为焊线电极的第一镀钛层21厚度为镀铝层22的厚度为第二镀钛层23的厚度为
本实施例的一种LED芯片P面电极的制备方法，其具体过程为：
在LED芯片P面通过真空镀膜技术，在镀膜腔体压力小于3.0×10-5Pa条件下，通过坩埚和钨舟蒸发方式，依次蒸镀第一镀金层11、金铍层12和第二镀金层13。
使用粘度为40PaS的正性光刻胶，在3000r/min匀胶条件下，将正性光刻胶均匀涂布在LED芯片的P面，然后在光刻机上利用光刻版作为掩膜对LED芯片进行光刻处理，所需要制作电极的区域使用正性光刻胶保护，通过碘和碘化钾的混合溶液在常温条件下将金属层选择性的去除，碘和碘化钾的质量比为1:3。当LED芯片表面金色消失时，取出LED芯片使用去离子水冲洗6分钟，然后使用去胶剂在85℃条件下浸泡35分钟，使用去离子水冲洗5分钟，最后用热氮气吹干。之后对芯片进行高温融合(氮气氛围下400℃合金10分钟)，使蒸镀上的金属膜与芯片的接触由肖特基接触变为欧姆接触，以降低接触电极与LED芯片P面的接触电阻。
经高温融合后的LED芯片再通过真空镀膜技术，在镀膜腔体压力小于3.0×10-5Pa条件下，通过坩埚蒸发方式，首先在80℃的温度条件下使用的速率蒸镀第一镀钛层21；之后在20℃下使用的速率蒸镀镀铝层22，最后在90℃条件下使用的速率蒸镀第二镀钛层23。
然后，使用粘度为40PaS的正性光刻胶，在3000r/min匀胶条件下涂胶，使用光刻机选择性曝光后将需要留下金属层的区域用光刻胶保护，然后通过湿法刻蚀去除需要刻蚀的金属层，本实施例使用的刻蚀液及湿法刻蚀工艺条件基本同实施例1，此处不再赘述。
实施例3
本实施例的一种LED芯片P面电极，包括接触电极和焊线电极，接触电极的第一镀金层11厚度为金铍层12的厚度为第二镀金层13的厚度为焊线电极的第一镀钛层21厚度为镀铝层22的厚度为第二镀钛层23的厚度为
本实施例的一种LED芯片P面电极的制备方法，其具体过程为：
在LED芯片P面通过真空镀膜技术，在镀膜腔体压力小于3.0×10-5Pa条件下，通过坩埚和钨舟蒸发方式，依次蒸镀第一镀金层11、金铍层12和第二镀金层13。
使用粘度为40PaS的正性光刻胶，在4000r/min匀胶条件下，将正性光刻胶均匀涂布在LED芯片的P面，然后在光刻机上利用光刻版作为掩膜对LED芯片进行光刻处理，所需要制作电极的区域使用正性光刻胶保护，通过碘和碘化钾的混合溶液在常温条件下将金属层选择性的去除，碘和碘化钾的质量比为1:4。当LED芯片表面金色消失时，取出LED芯片使用去离子水冲洗4分钟，然后使用去胶剂在75℃条件下浸泡28分钟，使用去离子水冲洗5分钟，最后用热氮气吹干。之后对芯片进行高温融合(氮气氛围下500℃合金12min)，使蒸镀上的金属膜与芯片的接触由肖特基接触变为欧姆接触，以降低接触电极与LED芯片P面的接触电阻。
经高温融合后的LED芯片再通过真空镀膜技术，在镀膜腔体压力小于3.0×10-5Pa条件下，通过坩埚蒸发方式，首先在100℃的温度条件下使用的速率蒸镀第一镀钛层21；之后在30℃下使用的速率蒸镀镀铝层22，最后在110℃条件下使用的速率蒸镀第二镀钛层23。
然后，使用粘度为40PaS的正性光刻胶，在4000r/min匀胶条件下涂胶，使用光刻机选择性曝光后将需要留下金属层的区域用光刻胶保护，然后通过湿法刻蚀去除需要刻蚀的金属层，本实施例使用的刻蚀液及湿法刻蚀工艺条件基本同实施例1，此处不再赘述。
实施例1～3所述的一种LED芯片P面电极、制备P面电极用刻蚀液及P面电极制备方法，针对现有半导体发光二极管(LED)的P面电极存在的焊线电极与封装导线焊接质量差，容易虚焊和由于电极脱落造成的LED产品失效问题，通过多次实验，本实施例既能符合工艺要求，又尽量避免了过度增加电极厚度。封装导线和焊线电极结合更紧密，不会引起LED芯片P面接触电压升高，从根本上减少了电极虚焊和脱落的风险。通过改善刻蚀液的组成和刻蚀条件，避免了由于湿法刻蚀存在各向同性，电极厚度增加后造成的湿法刻蚀过程中电极图形变形的发生，P面焊线电极采用钛铝材料，减少了贵金属金的使用，降低了企业生产成本。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员 受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种LED芯片P面电极，包括接触电极和焊线电极，其特征在于：所述的接触电极包括第一镀金层(11)、金铍层(12)和第二镀金层(13)，所述的第一镀金层(11)的厚度为金铍层(12)的厚度为第二镀金层(13)的厚度为所述的焊线电极包括第一镀钛层(21)、镀铝层(22)和第二镀钛层(23)，第一镀钛层(21)的厚度为镀铝层(22)的厚度为第二镀钛层(23)的厚度为
2.根据权利要求1所述的一种LED芯片P面电极，其特征在于：所述的第一镀金层(11)的厚度为金铍层(12)的厚度为第二镀金层(13)的厚度为所述的第一镀钛层(21)的厚度为镀铝层(22)的厚度为第二镀钛层(23)的厚度为
3.一种制备LED芯片P面电极用刻蚀液，其特征在于：包括钛刻蚀液、铝刻蚀液和金刻蚀液，所述的钛刻蚀液由氟化氢和氟化铵溶液组成，该氟化氢和氟化铵溶液的体积比为1:3-7；所述的铝刻蚀液为磷酸和硝酸的混合液；所述的金刻蚀液为碘和碘化钾的混合液，碘和碘化钾的质量比为1:2-4。
4.一种LED芯片P面电极的制备方法，其步骤为：
步骤一、接触电极的制备：
a、真空镀膜：在LED芯片P面依次蒸镀第一镀金层(11)、金铍层(12)和第二镀金层(13)，第一镀金层(11)的厚度为金铍层(12)的厚度为第二镀金层(13)的厚度为
b、光刻：对经步骤a镀膜后的金属层进行光刻蚀处理，不需刻蚀的区域使用正性光刻胶保护；
c、湿法刻蚀：对经步骤b处理后的LED芯片P面接触电极各金属层进行湿法刻蚀，然后去胶清洗；
d、合金：对经步骤c处理后的LED芯片进行高温融合处理；
步骤二、焊线电极的制备：
e、真空镀膜：在LED芯片P面接触电极上依次蒸镀第一镀钛层(21)、镀铝层(22)和第二镀钛层(23)，第一镀钛层(21)的厚度为镀铝层(22)的厚度为第二镀钛层(23)的厚度为
f、光刻：对经步骤e镀膜后的金属层进行光刻蚀处理，不需刻蚀的区域使用正性光刻胶保护；
g、湿法刻蚀：对经步骤f处理后的LED芯片P面焊线电极各金属层进行湿法刻蚀，然后去胶清洗。
5.根据权利要求4所述的一种LED芯片P面电极的制备方法，其特征在于：步骤a和e的真空镀膜处理在压力小于3.0×10-5Pa条件下进行。
6.根据权利要求5所述的一种LED芯片P面电极的制备方法，其特征在于：步骤e所述的真空镀膜过程为：1)在80-100℃的温度条件下使用的速率蒸镀第一镀钛层(21)；2)在20-30℃的温度条件下使用的速率蒸镀镀铝层(22)，3)在90-110℃的温度条件下使用的速率蒸镀第二镀钛层(23)。
7.根据权利要求5或6所述的一种LED芯片P面电极的制备方法，其特征在于：步骤b和f使用的正性光刻胶的粘度为30-50PaS，正性光刻胶的涂布速率为3000-4000r/min。
8.根据权利要求7所述的一种LED芯片P面电极的制备方法，其特征在于：步骤c所述湿法刻蚀采用的刻蚀液为碘和碘化钾的混合溶液，碘和碘化钾的质量比为1:2-4。
9.根据权利要求8所述的一种LED芯片P面电极的制备方法，其特征在于：步骤d所述的合金处理在氮气氛围下400-500℃高温融合8-12min。
10.根据权利要求9所述的一种LED芯片P面电极的制备方法，其特征在于：步骤g所述湿法刻蚀处理中对第一镀钛层(21)和第二镀钛层(23)采用的刻蚀液为氟化氢和氟化铵的混合溶液，氟化氢和氟化铵溶液的体积比为1:3-7；对镀铝层(22)采用的刻蚀液为磷酸和硝酸的混合液。
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