CN104953002A - 一种高压倒装led芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压倒装LED芯片及其制作方法，蓝宝石衬底（1）上的设有芯片互联区域（101）和切割道区域（102）；所述芯片互联区域（101）和切割道区域（102）壁上设有SiO2薄膜；所述、p型GaN层（4）下表面设有电流扩散层（104）；所述芯片互联区域（101）与电流扩散层（104）的下表面设有金属电极（105）；所述的基板（7）的上表面设有两块负极金属（6）；所述的负极金属（6）通过锡膏（5）与金属电极（105）相连接。本发明将高压芯片和倒装芯片的优点结合起来，形成高压倒装芯片。这种芯片可以采用倒装芯片的封装工艺进行封装应用，同时具有高压芯片光效高，电源结合成本低的优点，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及光电子发光器件制造领域，具体涉及一种高压倒装LED芯片及其制作方法。
背景技术
半导体照明是一项新兴技术，它具有绿色环保、节能安全等突出优点，是新一代照明的希望之星。发光二极管 (LED) 是一种将电能转化为光能的发光器件，广泛用于指示，显示，装饰，照明等诸多领域，并且，随着全球环境问题的日益突出，以及国家节能减排目标的落实，LED 凭借其突出的节能环保特性得到了越来越广泛的应用，已拓展到包括车用大灯、LCD 背光源等高端应用，近来已经开始进军通用照明市场。
随着LED在照明领域的应用越来越广泛，传统的低压正装LED芯片由于驱动电源转换效率低，不能在大电流下工作，散热不好等缺点越来越暴露出来。近年来出现的高压正装LED芯片，由于具有明显的优势，受到了更多的关注。这种高压正装LED芯片是在一个芯片上，将多个小芯片集成串联起来，集成过程是直接在芯片制造工艺中完成的，具有光效高，电源要求低，线性电源结合成本低，电源转换效率高等优点。采用高压LED来开发LED通用照明灯具产品，总体功耗可以大大降低，从而大幅降低对散热外壳的设计要求，更薄更轻的铝外壳就可满足LED灯具的散热需求，由于散热铝外壳的成本是LED照明灯具的主要成本组成部分之一，铝外壳成本有效降低也意味着整体LED照明灯具成本的有效降低。
在美国专利 US6787999 中，将许多独立封装好的单个发光二极管采用串联的方式安装在 PCB 基板上来形成高压发光二极管阵列，用于高压场合。这种方案可以省去体积较大的变压器，也可以降低工作电流。但是该方案使得发光模组的体积大大增加，而且由于每个管芯再通过引线互连，制程复杂，且大量的互连线带来挡光和可靠性下降等问题。此外，由于光源面积较大，不利于二次光学设计和配光。
在中国发明专利申请公开 CN102867837A 中公开了一种在蓝宝石衬底 上通过深槽隔离的 LED 阵列，实现了芯片级的 LED 集成，减小了发光模组的封装体积，采用芯片级金属层互连取代了引线互连，提高了 LED 阵列的可靠性。
倒装LED芯片也是近年来出现的一种新型LED芯片，这种芯片使光子从背部的蓝宝石一面发出，然后制作相应的基板，在封装过程中利用共晶焊设备将芯片正面的电极与基板焊接在一起。这种结构中，由于光不从GaN表面发射，GaN表面厚的金属反射层或者电流扩散层可以起到良好的电流扩散作用，因此消除了电极对光子的吸收，并且可以在大电流下工作。同时这种结构可以将pn结的热量通过大面积的金属电极直接传递到基板，散热效果更佳。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术中存在的上述技术问题，提供一种新型的LED芯片，将高压芯片和倒装芯片的优点结合起来，形成高压倒装芯片。这种芯片可以采用倒装芯片的封装工艺进行封装应用，同时具有高压芯片光效高，电源结合成本低的优点，具有广阔的应用前景。
本发明的是通过以下技术方案实现的：
一种高压倒装LED芯片，包括基板7和蓝宝石衬底1，所述蓝宝石衬底（1）的下表面依次设有n型GaN层2、量子阱有源区3、p型GaN层4，其中，在所述的蓝宝石衬底1上的设有芯片互联区域101和切割道区域102；所述芯片互联区域101和切割道区域102壁上设有SiO2薄膜；所述、p型GaN层4下表面设有电流扩散层104；所述芯片互联区域101与电流扩散层104的下表面设有金属电极105；所述的基板7的上表面设有两块负极金属6；所述的负极金属6通过锡膏5与金属电极105相连接。
作为优选，所述电流扩散层104可以是ITO薄膜，也可以是金属薄膜或其他导电薄膜；所述电流扩散层104的厚度为0.01-10微米。
作为优选，所述金属薄膜采用Ag或Al等反射性能好的金属。
作为优选，所述金属电极105可以采用单层金属结构，也可以采用多层金属结构。
作为优选，所述单层金属结构由Au或Al制成；所述多层金属结构由Cr、Pt和Au制成或由Ti、Al、Ti和Au制成。
如上所述的一种高压LED倒装芯片的制造方法，包括以下步骤：
步骤S1，在蓝宝石衬底上外延生长GaN LED结构。
步骤S2，外延片生长结束后，利用光刻及刻蚀工艺，将外延片表面特定区域进行刻蚀，直到N-GaN暴露出来；刻蚀深度为1-4微米。
步骤S3，接着继续进行光刻和刻蚀工艺，切割道区域及芯片之间互联的区域刻蚀到衬底，直到蓝宝石衬底暴露出来；刻蚀深度为5-10微米。
步骤S4，刻蚀完成后，整面覆盖一层SiO2薄膜，然后利用光刻及腐蚀工艺，最终使SiO2留在芯片的侧壁上；SiO2厚度为0.1-10微米。
步骤S5，接着在芯片整面镀上电流扩散层，然后进行光刻及腐蚀工艺，使P-GaN表面特定区域覆盖上电流扩散层；薄膜厚度为0.01-10微米。
步骤S6，镀完电流扩散层后，在芯片表面做上金属电极。
步骤S7，在蓝宝石表面进行粗化以提升出光效率，可以用湿法或者干法工艺实现粗化。
步骤S8，芯片制作完成后，可以采用倒装的形式进行共晶焊。
作为优选，所述的湿法工艺可以用磷酸或KOH，NaOH等溶液进行腐蚀，干法可以通过ICP刻蚀来实现。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明与现有倒装芯片技术相比，将高压芯片和倒装芯片的优点结合起来，形成高压倒装芯片。这种芯片可以采用倒装芯片的封装工艺进行封装应用，同时具有高压芯片光效高，电源结合成本低的优点，具有广阔的应用前景。
2、本发明中，整面覆盖一层SiO2薄膜，然后利用光刻及腐蚀工艺，最终使SiO2留在芯片的侧壁上，起到钝化及防止漏电等作用。
3、制作方法，所述高压倒装LED 芯片的制造方法对传统倒装芯片工艺进行了优化，避免使用凸点焊接技术而导致的良率问题，同时利用激光切割技术来形成隔离沟道，工艺简单且避免牺牲过多的发光面积，最终切割成需求的高压倒装LED 芯片。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明高压倒装LED芯片结构示意图；
图2~10是本发明的实施例的高压倒装LED 芯片的制造方法及各步骤的剖面结构示意。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示，一种高压倒装LED芯片制作方法，包括基板7和蓝宝石衬底1，所述蓝宝石衬底（1）的下表面依次设有n型GaN层2、量子阱有源区3、p型GaN层4，其中，在所述的蓝宝石衬底1上的设有芯片互联区域101和切割道区域102；所述芯片互联区域101和切割道区域102壁上设有SiO2薄膜；所述、p型GaN层4下表面设有电流扩散层104；所述芯片互联区域101与电流扩散层104的下表面设有金属电极105；所述的基板7的上表面设有两块负极金属6；所述的负极金属6通过锡膏5与金属电极105相连接。
作为优选，所述电流扩散层104可以是ITO薄膜，也可以是金属薄膜或其他导电薄膜；所述电流扩散层104的厚度为0.01-10微米。
作为优选，所述金属薄膜采用Ag或Al等反射性能好的金属。
作为优选，所述金属电极105可以采用单层金属结构，也可以采用多层金属结构。
作为优选，所述单层金属结构由Au或Al制成；所述多层金属结构由Cr、Pt和Au制成或由Ti、Al、Ti和Au制成。
一种高压LED倒装芯片的制造方法，如图2~10包括以下步骤：
步骤S1，在蓝宝石衬底上外延生长GaN LED结构。
步骤S2，外延片生长结束后，利用光刻及刻蚀工艺，将外延片表面特定区域进行刻蚀，直到N-GaN暴露出来；刻蚀深度为1-4微米。
步骤S3，接着继续进行光刻和刻蚀工艺，切割道区域及芯片之间互联的区域刻蚀到衬底，直到蓝宝石衬底暴露出来；刻蚀深度为5-10微米。
步骤S4，刻蚀完成后，整面覆盖一层SiO2薄膜，然后利用光刻及腐蚀工艺，最终使SiO2留在芯片的侧壁上；SiO2厚度为0.1-10微米。
步骤S5，接着在芯片整面镀上电流扩散层，然后进行光刻及腐蚀工艺，使P-GaN表面特定区域覆盖上电流扩散层；薄膜厚度为0.01-10微米。
步骤S6，镀完电流扩散层后，在芯片表面做上金属电极。
步骤S7，在蓝宝石表面进行粗化以提升出光效率，可以用湿法或者干法工艺实现粗化。
步骤S8，芯片制作完成后，可以采用倒装的形式进行共晶焊。
作为优选，所述的湿法工艺可以用磷酸或KOH，NaOH等溶液进行腐蚀，干法可以通过ICP刻蚀来实现。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (7)
1.一种高压倒装LED芯片，包括基板（7）和蓝宝石衬底（1），所述蓝宝石衬底（1）的下表面依次设有n型GaN层（2）、量子阱有源区（3）、p型GaN层（4），其特征在于，在所述的蓝宝石衬底（1）上的设有芯片互联区域（101）和切割道区域（102）；所述芯片互联区域（101）和切割道区域（102）壁上设有SiO2薄膜；所述、p型GaN层（4）下表面设有电流扩散层（104）；所述芯片互联区域（101）与电流扩散层（104）的下表面设有金属电极（105）；所述的基板（7）的上表面设有两块负极金属（6）；所述的负极金属（6）通过锡膏（5）与金属电极（105）相连接。
2.根据权利要求1所述的高压倒装LED芯片，其特征在于，所述电流扩散层（104）可以是ITO薄膜，也可以是金属薄膜或其他导电薄膜；所述电流扩散层（104）的厚度为0.01-10微米。
3.根据权利要求2所述的高压倒装LED芯片，其特征在于，所述金属薄膜采用Ag或Al等反射性能好的金属。
4.根据权利要求1所述的高压倒装LED芯片，其特征在于，所述金属电极（105）可以采用单层金属结构，也可以采用多层金属结构。
5.根据权利要求4所述的高压倒装LED芯片，其特征在于，所述单层金属结构由Au或Al制成；所述多层金属结构由Cr、Pt和Au制成或由Ti、Al、Ti和Au制成。
6.如权利要求1所述的高压倒装LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，在蓝宝石衬底上外延生长GaN LED结构；
步骤S2，外延片生长结束后，利用光刻及刻蚀工艺，将外延片表面特定区域进行刻蚀，直到N-GaN暴露出来；刻蚀深度为1-4微米；
步骤S3，接着继续进行光刻和刻蚀工艺，切割道区域及芯片之间互联的区域刻蚀到衬底，直到蓝宝石衬底暴露出来；刻蚀深度为5-10微米；
步骤S4，刻蚀完成后，整面覆盖一层SiO2薄膜，然后利用光刻及腐蚀工艺，最终使SiO2留在芯片的侧壁上；SiO2厚度为0.1-10微米；
步骤S5，接着在芯片整面镀上电流扩散层，然后进行光刻及腐蚀工艺，使P-GaN表面特定区域覆盖上电流扩散层；薄膜厚度为0.01-10微米；
步骤S6，镀完电流扩散层后，在芯片表面做上金属电极；
步骤S7，在蓝宝石表面进行粗化以提升出光效率，可以用湿法或者干法工艺实现粗化；
步骤S8，芯片制作完成后，可以采用倒装的形式进行共晶焊。
7.如权利要求6所述的高压倒装LED芯片的制作方法，其特征在于，所述的湿法工艺可以用磷酸或KOH，NaOH等溶液进行腐蚀，干法可以通过ICP刻蚀来实现。
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