CN105390583A - 白光倒装芯片及其制备方法 - Google Patents

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张秀敏
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黄慧诗
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Abstract

本发明涉及一种白光倒装芯片及其制备方法,包括衬底,其特征是:在所述衬底的下表面设置GaN外延层,在GaN外延层上刻蚀形成台阶,在上层台阶上设置ITO膜,在ITO膜和下层台阶的表面上分别设置芯片电极;在所述GaN外延层的侧面、GaN外延层下表面暴露的区域、ITO膜的侧面以及ITO膜下表面暴露的区域设置高反射DBR层。所述高反射DBR层由SiO2和TiO2两种材料交替而成,交替层数为30~33层,高反射DBR层5的厚度为1.5~2.0μm。所述衬底采用掺杂荧光粉的蓝宝石衬底。本发明所述白光倒装芯片及其制备方法,无需额外的荧光粉胶体,直接将荧光粉掺杂在蓝宝石晶体内部,同时在芯片外延层周围覆盖高反射率的DBR结构,具有光色一致性好,发光效率高,焊接可靠性高等优点。

Description

白光倒装芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种白光倒装芯片及其制备方法,属于半导体技术领域。
背景技术
近年来,发光二极管(LED)成为最受重视的光源技术,其中LED倒装芯片技术成为热点之一。与正装芯片相比,LED倒装产品具有低电压、高亮度、高可靠性、高饱和电流密度等特点,具有极佳的发展前景。
随着LED产业不断追求越来越小的封装体积,针对倒装芯片的CSP(chipscalepackage,芯片级封装)技术蓬勃发展。业界将CSP技术定义为封装体积与LED芯片相同,或是封装体积不大于LED芯片的20%,且功能完整的封装元件。倒装芯片CSP技术不需要额外的次级基板或支架,直接将倒装芯片贴合于载板上。CSP提供高封装密度,结合SMD(SurfaceMountedDevices表面贴装器件)相当适用于高速但同时追求低成本的自动贴片制程。
图1是现有倒装芯片结构示意图。制作时,首先在蓝宝石衬底1a上制作GaN外延层2a,然后通过ICP(感应耦合等离子体刻蚀)将台阶刻出,使n-GaN暴露,再在p-GaN上制作高反射的p型接触3a,通常是ITO和银金属层。然后制作芯片电极5a,最后在CSP封装时,于蓝宝石衬底1a上面涂覆一层荧光粉4a。使用时蓝宝石衬底1a朝上,将芯片电极5a焊接在电路基板上,芯片出射的蓝光及荧光粉激发后复合成白光。
现有倒装芯片及其CSP技术有如下不足:
第一,荧光粉表面涂布,在生产时易产生芯片内及芯片间厚度不一致,导致不同芯片的白光色坐标偏移;同时,倒装芯片长时间使用时,荧光粉胶体易受环境影响(如水汽或硫化),导致荧光粉胶体黄化,激发性能衰减,影响使用寿命;
第二,芯片外延层周围无荧光粉覆盖,导致侧壁漏蓝光;
第三,芯片外延层周围缺乏绝缘保护,在芯片焊接过程中,易导致漏电甚至死灯。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足,提供一种白光倒装芯片及其制备方法,光色一致性好,发光效率高,焊接可靠性高。
按照本发明提供的技术方案,所述白光倒装芯片,包括衬底,其特征是:在所述衬底的下表面设置GaN外延层,在GaN外延层上刻蚀形成台阶,在上层台阶上设置ITO膜,在ITO膜和下层台阶的表面上分别设置芯片电极;在所述GaN外延层的侧面、GaN外延层下表面暴露的区域、ITO膜的侧面以及ITO膜下表面暴露的区域设置高反射DBR层。
进一步的,所述高反射DBR层由SiO2和TiO2两种材料交替而成,交替层数为30~33层,高反射DBR层5的厚度为1.5~2.0μm。
进一步的,所述衬底采用掺杂荧光粉的蓝宝石衬底。
所述白光倒装芯片的制备方法,其特征,包括以下步骤:
(1)将荧光粉与高纯氧化铝粉末混合,经蓝宝石拉晶炉制作得到掺杂荧光粉的蓝宝石晶锭,然后加工成掺杂荧光粉的蓝宝石衬底;
(2)在蓝宝石衬底上制作GaN外延层;
(3)在GaN外延层上刻蚀出台阶,并于上层台阶的表面制作ITO膜;
(4)将芯片切割道内的GaN外延层深沟刻蚀至蓝宝石衬底的下表面,然后制作高反射DBR层,高反射DBR层覆盖GaN外延层的侧面、GaN外延层下表面暴露的区域、ITO膜的侧面以及ITO膜下表面暴露的区域;
(5)最后在ITO膜下表面和下层台阶的表面制作芯片电极。
进一步的,所述荧光粉采用Ce或YAG。
进一步的,所述蓝宝石衬底中荧光粉的掺杂质量比为10~20%。
本发明所述白光倒装芯片及其制备方法,无需额外的荧光粉胶体,直接将荧光粉掺杂在蓝宝石晶体内部,同时在芯片外延层周围覆盖高反射率的DBR结构,具有光色一致性好,发光效率高,焊接可靠性高等优点。
附图说明
图1为现有倒装芯片结构示意图。
图2为本发明所述白光倒装芯片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
如图2所示:本发明所述白光倒装芯片包括衬底1、GaN外延层2、ITO膜3、芯片电极4、高反射DBR层5等。
如图2所示,本发明包括衬底1,衬底1采用掺杂荧光粉的蓝宝石衬底,在衬底1的下表面设置GaN外延层2,在GaN外延层2上刻蚀形成台阶,在上层台阶上设置ITO膜3,在ITO膜3和下层台阶的表面上分别设置芯片电极4;在所述GaN外延层2的侧面、GaN外延层2下表面暴露的区域、ITO膜3的侧面以及ITO膜3下表面暴露的区域设置高反射DBR层5。
所述高反射DBR层5由SiO2和TiO2两种材料交替而成,交替层数为30~33层,高反射DBR层5的厚度为1.5~2.0μm。
所述白光倒装芯片的制备方法,包括以下步骤:
(1)将荧光粉与高纯氧化铝粉末混合,经蓝宝石拉晶炉制作得到掺杂荧光粉的蓝宝石晶锭,然后经现有常规工艺加工成掺杂荧光粉的蓝宝石衬底;所述荧光粉可以采用Ce或YAG(钇铝石榴石的简称,化学式为Y3Al5O12);所述蓝宝石衬底中荧光粉的掺杂质量比为10~20%;
(2)在蓝宝石衬底上经由MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)工艺制作GaN外延层2;
(3)在GaN外延层2上经ICP工艺刻蚀出台阶,并于上层台阶的表面制作ITO膜3;
(4)将芯片切割道内的GaN外延层2经ICP深沟刻蚀至蓝宝石衬底1的下表面,然后制作高反射DBR层5,高反射DBR层5覆盖GaN外延层2的侧面、GaN外延层2下表面暴露的区域、ITO膜3的侧面以及ITO膜3下表面暴露的区域;
(5)最后在ITO膜3下表面和下层台阶的表面制作芯片电极4。
本发明的设计原理:
(1)传统芯片使用时表面需涂覆掺有荧光粉的胶体,本发明中荧光粉被直接掺入蓝宝石晶体中,具以如下优点:
a、光衰小寿命高:荧光粉的胶体在使用中易受环境影响导致光衰,本发明中荧光粉在蓝宝石内部,不受任何环境影响,大大提升使用寿命;
b、光色一致性好:传统荧光粉胶体涂布时,胶体具有一定流动性,芯片内和芯片间的厚度无法准确一致,导致蓝光芯片封装后,其白光色坐标必有偏移,不得不再增加一道白光的分选;本发明中芯片的蓝宝石厚度在研磨过程中,可精确控制在±3μm,因此芯片出射的白光均匀一致,无偏移,可省略白光分光制程,大大降低成本提高良率。
(2)传统倒装芯片的侧壁难以涂覆荧光粉,导致芯片侧壁蓝光溢出;本发明中侧壁覆有高反射DBR,对蓝光反射率在98%以上,杜绝了芯片侧壁漏蓝光,反射回的蓝光提高了正面出光效率,芯片整体亮度有效提升。
(3)传统倒装芯片的侧壁缺乏绝缘保护,一般工艺在芯片底部(p-GaN和n-GaN表面)有SiO2绝缘层,但缺乏对侧壁的有效保护,使用中焊锡易接触侧壁,导致芯片漏电甚至失效;在本发明中高反射DBR本身也是高绝缘材料,通过深沟刻蚀至蓝宝石后覆盖,将芯片侧壁完全包裹起来,杜绝了焊接过程中焊锡攀爬导致漏电的可能性,大大提升了焊接的可靠性。

Claims (6)

1.一种白光倒装芯片,包括衬底(1),其特征是:在所述衬底(1)的下表面设置GaN外延层(2),在GaN外延层(2)上刻蚀形成台阶,在上层台阶上设置ITO膜(3),在ITO膜(3)和下层台阶的表面上分别设置芯片电极(4);在所述GaN外延层(2)的侧面、GaN外延层(2)下表面暴露的区域、ITO膜(3)的侧面以及ITO膜(3)下表面暴露的区域设置高反射DBR层(5)。
2.如权利要求1所述的白光倒装芯片,其特征是:所述高反射DBR层(5)由SiO2和TiO2两种材料交替而成,交替层数为30~33层,高反射DBR层5的厚度为1.5~2.0μm。
3.如权利要求1所述的白光倒装芯片,其特征是:所述衬底(1)采用掺杂荧光粉的蓝宝石衬底。
4.一种白光倒装芯片的制备方法,其特征,包括以下步骤:
(1)将荧光粉与高纯氧化铝粉末混合,经蓝宝石拉晶炉制作得到掺杂荧光粉的蓝宝石晶锭,然后加工成掺杂荧光粉的蓝宝石衬底;
(2)在蓝宝石衬底上制作GaN外延层(2);
(3)在GaN外延层(2)上刻蚀出台阶,并于上层台阶的表面制作ITO膜(3);
(4)将芯片切割道内的GaN外延层(2)深沟刻蚀至蓝宝石衬底(1)的下表面,然后制作高反射DBR层(5),高反射DBR层(5)覆盖GaN外延层(2)的侧面、GaN外延层(2)下表面暴露的区域、ITO膜(3)的侧面以及ITO膜(3)下表面暴露的区域;
(5)最后在ITO膜(3)下表面和下层台阶的表面制作芯片电极(4)。
5.如权利要求4所述的白光倒装芯片的制备方法,其特征是:所述荧光粉采用Ce或YAG。
6.如权利要求4所述的白光倒装芯片的制备方法,其特征是:所述蓝宝石衬底中荧光粉的掺杂质量比为10~20%。
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