CN106129237A - 一种led固晶方法及led器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种LED芯片的固晶方法及其LED器件，该方法包括：在LED芯片的衬底背面制作相间排布的第一金属凸起和第一黏附层；在基板的表面制作相间排布的第二金属凸起和第二黏附层；将LED芯片上的背面贴合在基板的表面上，使第一金属凸起与第二金属凸起对应贴合、第一黏附层与第二黏附层对应贴合；采用键合技术，使第一金属凸起与第二金属凸起结合在一起、第二黏附层和第一黏附层结合在一起，从而使LED芯片固接在基板上并与基板电气连接。LED器件包括LED芯片、基板和夹在LED芯片的衬底和基板表面之间的固晶层。本发明采用相间分布的金属凸起和黏附层的混合键合技术，具有良好散热能力和能有效缓解界面热应力。

Description

一种LED固晶方法及LED器件
技术领域
本发明涉及LED固晶技术领域。
背景技术
功率LED具有高效、节能、环保、安全的优点，但功率LED散热能力差，导致LED芯片的结温高，从而导致LED出现色温漂移、发光效率下降、使用寿命缩短等问题，因此，在将LED芯片固定在基板上时必须考虑LED芯片的散热问题，功率LED的固晶层的散热能力及其可靠性，也是决定LED器件可靠性的关键技术环节。
由于传统的导热胶、银浆等固晶技术已经不能满足大功率LED的散热要求，为改善LED芯片的散热问题，一种方案是采用焊料合金作为固晶材料，但是这种技术一方面焊接界面的孔洞率高、界面化合物的生长难以控制，另一方面，由于其呈现出LED芯片、固晶材料和基板三层不同材料的夹层结构，因此当温度发生变化时，固晶材料界面的热应力大，导致界面的可靠性低。
改善LED芯片散热的另一种方案是采用共晶焊技术，但是这种技术成本高且工艺过程难以控制，由于热膨胀系数的不匹配，界面热应力大，尤其是界面化合物在器件服役过程中难以控制，导致界面可靠性差，严重地降低了大功率LED器件的使用寿命。
发明内容
本发明提供一种LED固晶方法及LED器件，能够在提高固晶界面散热能力的同时，有效降低界面的热应力，从而综合提高大功率LED器件的可靠性。
根据本发明的第一方面，一种实施例中公开了一种LED芯片的固晶方法，包括以下步骤：
在LED芯片的衬底背面制作相间排布的第一金属凸起和第一黏附层；
在基板的表面制作相间排布的第二金属凸起和第二黏附层，第二金属凸起与第一金属凸起的位置对应，第二黏附层和第一黏附层的位置对应；
将LED芯片的背面贴合在基板的表面上，使第一金属凸起与第二金属凸起对应贴合、第一黏附层与第二黏附层对应贴合；
采用键合技术使第一金属凸起与第二金属凸起结合在一起、第二黏附层和第一黏附层结合在一起，从而使LED芯片固接在基板上并与基板电气连接。
进一步地，在LED芯片的衬底背面制作相间排布的第一金属凸起和第一黏附层包括：
在LED芯片的衬底背面涂敷光刻胶层，并光刻、显影曝光后形成预定的图形；
采用电镀或者溅射沉积技术形成具有预定高度和形状的第一金属凸起；
去除光刻胶，形成第一金属凸起阵列；
在第一金属凸起阵列表面上旋涂黏附材料；
刻蚀黏附材料直到使第一金属凸起阵列露出，从而得到相间分布的第一金属凸起和第一黏附层。
进一步地，在基板的表面制作相间排布的第二金属凸起和第二黏附层包括：
在基板表面上涂敷光刻胶层，并光刻、显影曝光后形成预定的图形；
采用电镀或者溅射沉积技术形成具有预定高度和形状的第二金属凸起；
去除光刻胶，形成第二金属凸起阵列；
在第二金属凸起阵列表面上旋涂黏附材料；
刻蚀黏附材料直到使第二金属凸起阵列露出，从而得到相间分布的第二金属凸起和第二黏附层。
进一步地，在LED芯片的衬底背面涂敷光刻胶层，并光刻、显影曝光后形成预定的图形之前，在LED芯片的衬底背面按照预定的图形刻蚀出凹槽。
进一步地，在基板表面上涂敷光刻胶层，并光刻、显影曝光后形成预定的图形之前，在基板表面上按照预定的图形刻蚀出凹槽。
进一步地，第一金属凸起和/或第二金属凸起包括金属焊盘，或者所述第一金属凸起和/或第二金属凸起包括所述金属焊盘和覆盖在金属焊盘上的焊料层。
进一步地，第一金属凸起和第二金属凸起为条状，或者第一金属凸起和第二金属凸起为点状。
进一步地，第一黏附层和第二黏附层的黏附材料是干刻蚀型苯环丙丁烯、近紫外负性光刻胶和聚酰亚胺中的至少一种。
根据本发明的第二方面，一种实施例中公开了一种LED器件，包括：
LED芯片；
基板；
固晶层，固晶层夹在LED芯片的衬底和基板表面之间，固晶层包括相间排布的金属柱和黏附层。
进一步地，LED芯片的衬底的背面和/或基板的表面具有凹槽，金属柱嵌入凹槽内。
与现有技术相比较，本发明采用相间分布的金属凸起和黏附层的混合键合技术，一方面能够减少金属与LED芯片和基板的接触面积，当温度变化时，该金属凸起阵列可有效缓解界面热应力，使界面具有良好的可靠性，另一方面，金属凸起阵列具有良好的热传导性，同时金属凸起之间填充有低热阻的黏附层，也具有良好的热传导性，从而保证了固晶层的散热能力。
附图说明
图1为本发明的实施例一的LED芯片上获得第一金属焊盘的立体结构示意图；
图2为在本发明的实施例一中的LED芯片上获得相间分布的第一金属焊盘和第一黏附层的结构示意图；
图3为在本发明的实施例一中的基板获得第二金属焊盘的立体结构示意图；
图4为在本发明的实施例一中在基板上获得相间分布的第二金属焊盘和第二黏附层的结构示意图；
图5为在本发明的实施例一中键合后获得LED器件的结构示意图；
图6为在本发明的实施例二中的LED芯片上获得凹槽的结构示意图；
图7为在本发明的实施例二中的LED芯片上获得相间分布的第一金属焊盘和第一黏附层的结构示意图；
图8为在本发明的实施例二中的基板上获得凹槽的结构示意图；
图9为本发明的实施例二中的基板上获得相间分布的第二金属焊盘和第二黏附层的结构示意图；
图10为本发明的实施例二中键合后获得LED器件的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一：
请参见图1至图5，本实施例中的LED芯片固晶方法包括以下步骤：
在LED芯片111衬底背面制作相间分布的第一金属凸起和第一黏附层。第一金属凸起可包括第一金属焊盘和焊料层，也可仅仅包括第一金属焊盘。在本实施例中第一金属凸起仅包括第一金属焊盘113，相间分布的第一金属焊盘113和第一黏附层112的制作方法具体包括：
在LED芯片111背面的P电极114和N电极115上涂敷光刻胶层，并光刻、显影曝光后形成预定的图形；
采用电镀或者溅射沉积技术形成具有预定高度和形状的第一金属焊盘113，其中第一金属焊盘113可以采用铜、铜金合金和焊锡等。
去除光刻胶，形成第一金属凸起阵列。本实施例中，第一金属凸起是点状，如图1所示，点状的第一金属凸起构成若干行和列的阵列，在其它实施例中，第一金属凸起还可以是条状的。
在第一金属焊盘113和暴露的LED芯片111上旋涂黏附材料，黏附材料可以是干刻蚀型苯环丙丁烯(BCB)、近紫外负性光刻胶(SU-8)和聚酰亚胺(DI)中的至少一种。
刻蚀黏附材料，直到使露出第一金属焊盘113，从而得到相间分布的第一金属焊盘113和第一黏附层112。
在基板121背面的P电极125和N电极126上，通过薄膜沉积技术制作得到相间分布的第二金属凸起和第二黏附层122，具体步骤为：
在基板121上涂敷光刻胶层，并光刻、显影曝光后形成预定的图形，基板121上的图形和LED芯片衬底上的图形一致。
采用电镀或者溅射沉积技术形成具有指定高度和形状的第二金属凸起，第二金属凸起可以是点状或条状的，第二金属凸起可包括第二金属焊盘和焊料层，也可仅仅包括第二金属焊盘。在本实施例中，第二金属凸起包括第二金属焊盘123和焊料层124，其制作的具体方法包括：采用电镀或者溅射沉积技术形成具有预定高度和形状的第二金属焊盘123，其中第二金属焊盘123可以采用铜、铜金合金和焊锡等；在第二金属焊盘123的表面上采用焊料继续电镀或者溅射，从而形成具有预定高度的焊料层124。
去除光刻胶，形成第二金属凸起阵列。
在焊料124表面和暴露的基板121上旋涂黏附材料，黏附材料可以是干刻蚀型苯环丙丁烯(BCB)、近紫外负性光刻胶(SU-8)和聚酰亚胺(DI)中的至少一种；
刻蚀黏附材料直到焊料层124露出，从而得到相间分布的第二金属凸起和第二黏附层122。第二金属凸起与第一金属凸起的位置对应，第二黏附层122和第一黏附层112的位置对应。
采用键合技术使第一金属凸起与第二金属凸起结合在一起、第二黏附层122和第一黏附层112结合在一起，从而使LED芯片111固接在基板121上并与基板121电气连接。
根据上述方法制得的LED器件包括：
LED芯片111、基板121和固晶层，固晶层夹在LED芯片111的衬底和基板121表面之间，固晶层包括相间排布的金属柱200和黏附层300。
在另外的具体实施例中，也可以是LED芯片上的金属凸起包括焊盘和焊料，而基板上的金属凸起仅包括焊盘，当然也可以LED芯片和基板上的金属凸起都制作成焊盘叠加焊料的结构。
本实施例中，固晶层由金属柱和黏附层组成，金属柱为金属凸起组成的阵列，通过金属凸起可连接LED芯片和基板，一方面既实现了LED芯片和基板之间的电性连接，另一方面通过减少金属与LED芯片和基板的接触面积，可有效缓解不同层在温度变化时导致的界面热应力问题，使界面具有良好的可靠性，同时，金属凸起阵列具有良好的热传导性，金属凸起之间填充的黏附层也具有良好的热传导性，从而保证了固晶层的散热能力。
实施例二：
请参见图6至图10，本实施例中的LED固晶方法与实施例一的区别在于，在LED芯片的背面和/或基板的表面上制作凹槽。具体制作方法包括以下步骤：
首先在LED芯片111衬底背面制作相间分布的第一金属凸起和第一黏附层。具体包括：
在LED芯片111背面的P电极114和N电极115的预定位置上刻蚀，形成阵列排布的凹糟116，凹槽用于容纳第一金属焊盘113。
使用掩膜版(MASK)将凹槽116盖住，在LED芯片上涂敷光刻胶层，并光刻、显影曝光后形成预定的图形；
采用电镀或者溅射沉积技术在凹槽116处形成具有预定高度和形状的第一金属凸起，去除光刻胶，形成第一金属凸起阵列，第一金属凸起可以是点状或条状的，第一金属凸起可包括第一金属焊盘和焊料层，也可仅仅包括第一金属焊盘，在本实施例中第一金属凸起仅包括第一金属焊盘113。
去除光刻胶，形成第一金属焊盘113阵列。
在第一金属焊盘113和暴露的LED芯片111上旋涂黏附材料，黏附材料可以是干刻蚀型苯环丙丁烯(BCB)、近紫外负性光刻胶(SU-8)和聚酰亚胺(DI)中的至少一种。
刻蚀黏附材料，直到使第一金属焊盘113露出，从而得到相间分布的第一金属焊盘113和第一黏附层112。
然后在基板121背面制作相间分布的第二金属凸起和第二黏附层，具体步骤为：
在基板121背面预定位置上刻蚀，形成阵列排布的凹糟127，凹槽与用于容纳第二金属焊盘123。
使用掩膜版将凹槽127盖住，在基板121上涂敷光刻胶层，并光刻、显影曝光后形成预定的图形。
采用电镀或者溅射沉积技术，在凹槽127处形成具有指定高度和形状的第二金属凸起，第二金属凸起可以是点状或条状的，第二金属凸起可包括第二金属焊盘和焊料层，也可仅仅包括第二金属焊盘。在本实施例中，第二金属凸起包括第二金属焊盘123和焊料层124。
去除光刻胶，形成覆盖在第二金属凸起阵列。
在焊料124表面和暴露的基板121上旋涂黏附材料，黏附材料可以是干刻蚀型苯环丙丁烯(BCB)、近紫外负性光刻胶(SU-8)和聚酰亚胺(DI)中的至少一种；
刻蚀黏附材料直到焊料124露出，从而得到相间分布的第二金属凸起和第二黏附层122。
第二金属凸起与第一金属凸起的位置对应，第二黏附层122和第一黏附层112的位置对应。
采用键合技术使第一金属凸起与第二金属凸起结合在一起、第二黏附层122和第一黏附层112结合在一起，从而使LED芯片111固接在基板121上并与基板121电气连接。
其中，凹槽127可设于LED芯片111的衬底的背面和/或基板121的表面。设置凹槽的作用在于使得第一金属焊盘113和/或第二金属焊盘123的厚度增加，有效地避免了金属凸起被完全消耗而导致焊点失效，同时也增加金属凸起与LED芯片111或基板121表面的黏附力，从而有效提升固晶界面的可靠性。
根据上述方法制得的LED器件包括：
LED芯片111、基板121和固晶层，固晶层夹在LED芯片111的衬底和基板121表面之间，固晶层包括相间排布的金属柱200和黏附层300。金属柱200可以仅仅包括金属焊盘，也可以包括金属焊盘和焊料。LED芯片111的衬底的背面和/或基板121的表面具有凹槽，金属柱嵌入凹槽内。
当然，在另外的实施例中，也可以只在LED芯片或基板上制作凹槽。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种LED芯片的固晶方法，其特征在于，包括以下步骤：
在LED芯片的衬底背面制作相间排布的第一金属凸起和第一黏附层；
在基板的表面制作相间排布的第二金属凸起和第二黏附层，所述第二金属凸起与所述第一金属凸起的位置对应，所述第二黏附层和所述第一黏附层的位置对应；
将所述LED芯片的背面贴合在基板的表面上，使所述第一金属凸起与所述第二金属凸起对应贴合、所述第一黏附层与所述第二黏附层对应贴合；
采用键合技术使所述第一金属凸起与所述第二金属凸起结合在一起、所述第二黏附层和所述第一黏附层结合在一起，从而使所述LED芯片固接在所述基板上并与所述基板电气连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述LED芯片的衬底背面制作相间排布的所述第一金属凸起和所述第一黏附层包括：
在LED芯片的衬底背面涂敷光刻胶层，并光刻、显影曝光后形成预定的图形；
采用电镀或者溅射沉积技术形成具有预定高度和形状的所述第一金属凸起；
去除光刻胶，形成第一金属凸起阵列；
在所述第一金属凸起阵列表面上旋涂黏附材料；
刻蚀所述黏附材料直到使第一金属凸起阵列露出，从而得到相间分布的所述第一金属凸起和所述第一黏附层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述LED芯片的衬底背面涂敷光刻胶层，并光刻、显影曝光后形成预定的图形之前，在所述LED芯片的衬底背面按照预定的图形刻蚀出凹槽。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基板的表面制作相间排布的所述第二金属凸起和所述第二黏附层包括：
在所述基板表面上涂敷光刻胶层，并光刻、显影曝光后形成预定的图形；
采用电镀或者溅射沉积技术形成具有预定高度和形状的所述第二金属凸起；
去除光刻胶，形成第二金属凸起阵列；
在所述第二金属凸起阵列表面上旋涂黏附材料；
刻蚀所述黏附材料直到使第二金属凸起阵列露出，从而得到相间分布的所述第二金属凸起和所述第二黏附层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述基板表面上涂敷光刻胶层，并光刻、显影曝光后形成预定的图形之前，在所述基板表面上按照预定的图形刻蚀出凹槽。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一金属凸起和/或第二金属凸起包括金属焊盘，或者所述第一金属凸起和/或第二金属凸起包括所述金属焊盘和覆盖在金属焊盘上的焊料层。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一金属凸起和第二金属凸起为条状，或者所述第一金属凸起和第二金属凸起为点状。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一黏附层和第二黏附层的黏附材料是干刻蚀型苯环丙丁烯、近紫外负性光刻胶和聚酰亚胺中的至少一种。
9.一种LED器件，其特征在于，包括：
LED芯片；
基板；
固晶层，所述固晶层夹在LED芯片的衬底和基板表面之间，所述固晶层包括相间排布的金属柱和黏附层。
10.根据权利要求9所述的LED器件，其特征在于，所述LED芯片的衬底的背面和/或所述基板的表面具有凹槽，所述金属柱嵌入凹槽内。
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