CN104347787B - 一种led发光单元的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种LED发光单元的制备方法，包括如下步骤：1)在蓝宝石衬底上生长一层类金刚石薄膜；2)在类金刚石薄膜上制备电极通孔；3)在所述类金刚石薄膜裸露的一面制备电极通孔阵列，同时在电极通孔内壁上电镀一层金属，并在电镀有金属的电极通孔处制备键合金属；4)准备一具有紫外胶的基板，将所述类金刚石薄膜与基板的紫外胶贴合；5)采用激光剥离的方式从蓝宝石衬底与所述类金刚石薄膜的交界处将蓝宝石衬底与类金刚石薄膜剥离；6)在类金刚石薄膜的另一面制备金属图案阵列，同时在所述电极通孔的底部镀金属；7)再进行LED芯片或晶圆键合；8)然后进行裂片分割，再在其底部利用紫外光照射使紫外胶丧失粘性而将所述基板分离。
Description
技术领域
本发明涉及一种倒装LED芯片的制造技术领域，尤其涉及一种LED发光单元的制备方法。
背景技术
随着LED照明技术的发展，LED灯具照明对LED芯片的要求也越来越苛刻。通常对于大功率的照明应用，单颗LED芯片驱动功率需达3W以上甚至更高以获得较高的光线输出，在此功率特征下，LED芯片发热十分严重，传统正装芯片所采用金线封装在如此高的电流密度、热流密度下很难承受材料热膨胀造成的应力冲击。倒装LED芯片是近些年新产生的LED芯片技术，因其电极位于芯片底部，出光面位于上部的结构特点，倒装LED芯片可实现免金线封装，大大提高LED器件的封装效率。此外，倒装LED芯片有源区更接近底部电极键合区域，底部电极与基板焊盘键合面积大，散热路径短，散热特性优越，因此，倒装LED芯片尤其适合大功率应用的需求。
但是，目前倒装LED芯片及封装结构仍存在以下技术限制：1、倒装芯片目前通常采用共晶焊接方式进行芯片电极与基板的键合，由于键合面积大，芯片有源区接近电极，同时，芯片p，n电极分别键合于基板孤立的正负极焊盘上，因此芯片有源区极易受到基板应力的损伤。例如，常见的金属电极材料铜的热膨胀系数为17.5ppm/oC，银为19.5ppm/oC，铝为23.2ppm/oC，均大大高于芯片有源区氮化镓的热膨胀系数3.2ppm/oC(c轴)，5.6ppm/oC(a轴)。在较高的温度下，材料间的膨胀失配极易造成芯片有源区的开裂，银镜层与外延层的剥离，造成漏电、开路等失效的产生。2、由于倒装芯片的结构特点，为保证较高的发光面积，以及电流在n型GaN的扩散能力，需尽可能减小刻蚀掉的p型GaN的面积，同时又增大在n型GaN的电流扩散。主流的技术方案是在p型GaN表面制备阵列过孔到n型GaN，实现电流在n型GaN的良好扩散。但此技术方案会导致倒装芯片p、n电极大小不等，p电极约为n型电极的1/7左右。一方面较小的电极尺寸对管芯安放的定位精度要求高，另一方面由于共晶焊接面积不同，应力分布不均匀，更容易造成应力的失效破坏。3、目前倒装LED芯片必须依赖于封装工序才能进行实际的照明应用，封装基板材料通常为氧化铝陶瓷，氧化铝陶瓷基板虽然具有良好的绝缘性，但导热率仍很低(约10W/m·K)。同时，由于陶瓷自身的脆性，基板较厚，通常在0.5mm以上，更加制约了芯片的散热。
由此可见，如何提供一种LED发光单元的制备方法，实现体积小，热阻低，消除应力，可实现芯片尺寸封装的LED器件，这是本领域目前需要解决的技术问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种LED发光单元的制备方法，可实现体积小，热阻低，消除应力，可实现芯片尺寸封装的LED器件。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种LED发光单元的制备方法，包括如下步骤：
1)在蓝宝石衬底上生长一层类金刚石薄膜；
2)在所述类金刚石薄膜上制备电极通孔；
3)在所述类金刚石薄膜裸露的一面制备电极通孔阵列，同时在所述电极通孔内壁上电镀一层金属，并在电镀有金属的电极通孔处制备键合金属；
4)准备一具有紫外胶的基板，将所述类金刚石薄膜与所述基板的紫外胶贴合；
5)采用激光剥离的方式从所述蓝宝石衬底与所述类金刚石薄膜的交界处将所述蓝宝石衬底与所述类金刚石薄膜剥离；
6)在所述类金刚石薄膜的另一面制备金属图案阵列，同时在所述电极通孔的底部镀金属；
7)再进行LED芯片或晶圆键合；
8)然后进行裂片分割，再在其底部利用紫外光照射使紫外胶丧失粘性而将所述基板分离。
优选地，步骤1)具体为：将蓝宝石衬底在丙酮溶液中进行超声清洗，然后烘干，利用化学气象沉积设备，在Ar气氛围下，在蓝宝石衬底上生长一层类金刚石薄膜。
优选地，步骤1)中，烘干在80℃～90℃的烤箱中进行。
优选地，步骤1)中，超声清洗的时间为10～20分钟。
优选地，当步骤7)中进行LED芯片键合时，步骤8)中所述的裂片分割具体为：将所述类金刚石薄膜从相邻LED芯片之间割裂；当步骤7)中进行晶圆键合时，步骤8)中所述的裂片分割具体为：将所述晶圆及所述类金刚石薄膜从相邻电极通孔之间割裂。
优选地，步骤1)中，薄膜的厚度大于4μm。
优选地，步骤3)中，在电极通孔内壁上电镀的一层金属为Au、Au与Su合金、Ag或是Cu，其厚度为0.1μm～3μm。
优选地，步骤4)中，具有紫外胶的基板的制备方法为：取一块清洗烘干过的蓝宝石衬底，在一面旋涂一层厚度为1μm～3μm的紫外胶。
优选地，步骤6)中，在电极通孔底部镀金属的厚度为0.1μm～3μm。
优选地，步骤7)中，芯片或晶圆的电极焊盘大小、形状与位置与类金刚石薄膜基板上表面的电极焊盘大小，形状及位置相匹配。
优选地，步骤4)中，所述基板为蓝宝石基板。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明的LED发光单元的制备方法，先在蓝宝石衬底上设置生长一层类金刚石薄膜，在薄膜上制备电极通孔、在一面设置电极后，将该设置薄膜的蓝宝石衬底与一具有紫外胶的基板粘贴，然后利用激光剥离将薄膜DLC(类金刚石薄膜)基板与蓝宝石衬底分离，从而使薄膜的另一面暴露于外部，在另一面制作电极，通过紫外光照射，可使紫外胶丧失粘性，从而使薄膜与基板分离，本发明可实现薄膜型DLC基板的单独制备，也可实现晶圆级固晶，单颗芯片的整板固晶，实施方式灵活。本发明可直接嵌入现有倒装LED器件的制造流程中，替换原有基板结构，无需改变现有倒装芯片、器件的设备，易于实现。由于本发明中所用的类金刚石薄膜厚度薄，导热率高，可使封装完的器件具有体积小，热阻低的特点，同时由于类金刚石薄膜的热膨胀系数与芯片GaN层类似，在温度变化情况下层间失配小，内应力小。
附图说明
图1为本发明一种LED发光单元的制备方法实施例一的流程图；
图2为实施例一步骤S01中衬底上生长类金刚石薄膜后的结构示意图；
图3为实施例一步骤S02中薄膜上制备电极通孔后的结构示意图；
图4为实施例一步骤S03中薄膜上制备电极后的结构示意图；
图5为实施例一步骤S04中具有紫外胶的基板的结构示意图；
图6为实施例一步骤S04中薄膜制备电极后的蓝宝石衬底与具有紫外胶的基板粘合后的结构示意图；
图7为实施例一步骤S05中蓝宝石衬底与薄膜剥离后的结构示意图；
图8为实施例一步骤S06中在薄膜剥离蓝宝石衬底后露出的一面上设置电极后的结构示意图；
图9为实施例一步骤S07中固晶后的结构示意图；
图10为实施例一步骤S08中裂片后的结构示意图；
图11为实施例一步骤S08中紫外光照射后将基板剥离后得到的倒装LED芯片的结构示意图；
图12为实施例二步骤S07固晶后的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清楚，以下结合附图通过具体的实施例来对本发明进行详细说明。
实施例一
图1为本发明实施例一中LED发光单元的制备方法的流程图。
本实施例中LED发光单元的制备方法，具体包括以下步骤：
S01、生长类金刚石薄膜
如图2所示，将蓝宝石衬底1在丙酮溶液中进行超声清洗15分钟，并在85℃烤箱烘干，利用化学气象沉积设备，在Ar气氛围下，在蓝宝石衬底1上生长一层类金刚石薄膜2，厚度大于4μm。
S02、制备电极通孔，如图3所示，采用等离子蚀刻的方法，在S01步骤制成的类金刚石薄膜2上制备电极通孔21。
S03、图形化电极制备，如图4所示，利用光卡，电子书蒸镀(EBM)技术在类金刚石薄膜2上表面制备金属图案阵列，同时在电极通孔内壁上电镀一层金属22，该金属可以是Au、Au与Su合金、Ag或是Cu，其厚度范围为0.1-3μm，然后在电镀有金属的电极通孔处制备键合金属23，该电极图案可以与倒装LED芯片底部电极不同，其面积也可以是等大的，与基板的兼容性更强，对生产设备及工艺要求低。
S04、将S03粘贴在具有紫外胶的基板3上
如图6所示，将S03步骤中制备好的样品粘贴在具有紫外胶的基板3上，上述过程中制备的具有电极的类金刚石薄膜2与紫外胶相连接。
此过程之前还包括一个非必要过程，即在蓝宝石衬底上涂覆紫外胶，如图5所示：取一块清洗烘干过的蓝宝石衬底，在一面旋涂一层厚度为1-3μm的紫外胶31，所述紫外胶31在紫外照射下可丧失粘性。
S05、剥离衬底
如图7所示：利用激光剥离的方法，将S04步骤得到的样品从蓝宝石衬底1与类金刚石薄膜2交界面处剥离开来，取出蓝宝石衬底。
S06、制备第二面电极
如图8所示：通过光刻，电子束蒸镀在S05步骤得到的样品的类金刚石薄膜2面制备金属图案阵列，该阵列图案与倒装LED芯片底部电极图案相匹配，同时在电极通孔底部镀上金属24，实现芯片电极与类金刚石薄膜的背面的电路连接，所述金属24可以是Au、Au与Su的合金、Ag或是Cu，厚度范围为0.1μm～3μm。
S07、固晶
参见图9，将S06步骤中得到的具有双面电极的类金刚石薄膜蓝宝石基板进行LED芯片键合，其中每颗LED芯片4的焊盘大小、形状与位置同具有双面电极的类金刚石薄膜蓝宝石基板2上表面的电极大小，形状及位置相匹配。
S08、裂片
如图10所示，将S07步骤得到的在具有双面电极的类金刚石薄膜蓝宝石基板上完成固晶的样品进行裂片分割，即：将相邻LED芯片之间的薄膜分割，然后在其底部利用紫外光照射使得紫外胶丧失粘性，从而得到了具有类金刚石薄膜的倒装LED芯片，如图11所示。
本实施例中的类金刚石薄膜的厚度仅4μm左右，且利用气相沉积方法实现其制备，因此必须具有载体。此外，为实现LED芯片的安放，必须考虑基板的装夹。本发明提出的方法采用透明的蓝宝石作为衬底，并利用激光剥离方法实现类金刚石薄膜与蓝宝石衬底的分离，克服了LED芯片安放时类金刚石薄膜基板的装夹问题。
本发明在制作方法中采用具有紫外胶的蓝宝石基板，在紫外光照射的情况下紫外胶丧失粘性，即可使薄膜与基板剥离，不会给类金刚石薄膜在剥离基板的过程中带来伤害。
实施例二
与实施例一不同的是，本实施例的LED发光单元的制备方法，如图12所示，步骤S07中，采用晶圆与具有双面电极的类金刚石薄膜蓝宝石基板进行键合，再进行下一步裂片处理，即：将相邻电极通孔之间的晶圆裂开、薄膜2裂开，其余步骤均与实施例一的各步骤相同，此处不再赘述。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种LED发光单元的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在蓝宝石衬底上生长一层类金刚石薄膜；
2)在所述类金刚石薄膜上制备电极通孔；
3)在所述类金刚石薄膜裸露的一面制备电极通孔阵列，同时在所述电极通孔内壁上电镀一层金属，并在电镀有金属的电极通孔处制备键合金属；
4)准备一具有紫外胶的基板，将所述类金刚石薄膜与所述基板的紫外胶贴合；
5)采用激光剥离的方式从所述蓝宝石衬底与所述类金刚石薄膜的交界处将所述蓝宝石衬底与所述类金刚石薄膜剥离；
6)在所述类金刚石薄膜的另一面制备金属图案阵列，同时在所述电极通孔的底部镀金属；
7)再进行LED芯片或晶圆键合；
8)然后进行裂片分割，再在其底部利用紫外光照射使紫外胶丧失粘性而将所述基板分离。
2.如权利要求1所述的LED发光单元的制备方法，其特征在于，步骤1)具体为：将蓝宝石衬底在丙酮溶液中进行超声清洗，然后烘干，利用化学气象沉积设备，在Ar气氛围下，在蓝宝石衬底上生长一层类金刚石薄膜。
3.如权利要求2所述的LED发光单元的制备方法，其特征在于，步骤1)中，烘干在80℃～90℃的烤箱中进行。
4.如权利要求2所述的LED发光单元的制备方法，其特征在于，步骤1)中，超声清洗的时间为10～20分钟。
5.如权利要求1所述的LED发光单元的制备方法，其特征在于，当步骤7)中进行LED芯片键合时，步骤8)中所述的裂片分割具体为：将所述类金刚石薄膜从相邻LED芯片之间割裂；当步骤7)中进行晶圆键合时，步骤8)中所述的裂片分割具体为：将所述晶圆及所述类金刚石薄膜从相邻电极通孔之间割裂。
6.如权利要求1所述的LED发光单元的制备方法，其特征在于，步骤1)中，薄膜的厚度大于4μm。
7.如权利要求1所述的LED发光单元的制备方法，其特征在于，步骤3)中，在电极通孔内壁上电镀的一层金属为Au、Au与Su合金、Ag或是Cu，其厚度为0.1μm～3μm。
8.如权利要求1所述的LED发光单元的制备方法，其特征在于，步骤4)中，具有紫外胶的基板的制备方法为：取一块清洗烘干过的蓝宝石衬底，在一面旋涂一层厚度为1μm～3μm的紫外胶。
9.如权利要求1所述的LED发光单元的制备方法，其特征在于，步骤6)中，在电极通孔底部镀金属的厚度为0.1μm～3μm。
10.如权利要求1所述的LED发光单元的制备方法，其特征在于，步骤7)中，芯片或晶圆的电极焊盘大小、形状与位置与类金刚石薄膜基板上表面的电极焊盘大小，形状及位置相匹配。
11.如权利要求1所述的LED发光单元的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述基板为蓝宝石基板。
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