CN106981550B - 一种易封装易散热倒装高压led芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种易封装、易散热的倒装高压LED芯片及其制作方法，包含蓝宝石衬底、外延层、p和n电极、封装基板，对这种结构芯片进行倒装封装时，能够避免芯片电极过小和基板电路焊点过密所造成的对准难问题，使封装更容易实现；此外，各子芯片都做成窄长条形，既有利于电流的均匀分布，又有利于各子芯片的散热，各子芯片的p电极外面有绝缘层包覆，在倒装封装时可使各子芯片与基板紧密接触，避免形成空气间隙，使整个芯片的散热更快。在制作芯片时，对金属薄膜的外绝缘层刻蚀，只需要把第一子芯片的p电极和第N子芯片的n电极部分暴露出即可，这些使得高压芯片制作更简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种易封装易散热倒装高压LED芯片结构及制作方法，属于半导体LED芯片制造领域。
背景技术
半导体照明发光二极管(LED)具有光效高、寿命长、绿色环保、节约能源等诸多优点，被誉为21世纪新固体光源时代的革命性技术，被称为第四代绿色光源。
随着LED在照明领域的深入发展，传统的低压LED越来越暴露出固有的弊端，包括驱动电源寿命短、转换效率低，低压LED散热性不好，不能在大电流下工作等等；为解决上述问题，近年来正装高压LED芯片孕育而生，这种高压LED芯片是在同一芯片上集成多个串联的子芯片，这些子芯片是在芯片制造过程中直接就完成的，具有光效高、电源要求低等优点。采用高压LED来开发照明产品，可以将驱动电源大大简化，总体功耗也可大幅度降低，从而大幅度降低散热外壳的设计要求，也意味着照明灯具的成本有效降低。
倒装高压LED芯片又有正装芯片无法比拟的优势，这种芯片将光从衬底蓝宝石上发射出来，封装过程利用共晶焊接方法，将芯片正面的电极与基板电极上的金属凸点对准焊接起来。这种倒装结构封装过程中，不需要用金线进行电极连接，增加了封装的稳定性，n型或p型GaN表面的金属薄膜层既可以起导电和电流扩展的作用，又可以起反射光子的作用，避免LED发出的光射向基板而被吸收，此外，倒装结构的LED发光层产生的热量直接传向基板，具有更好的散热效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种易封装易散热的倒装高压LED芯片结构及其电极制作方法，形成高可靠的互联电极，解决倒装高压LED芯片电极在倒装封装过程中对准难、散热难等问题，并且具有出光效率高，驱动电源简单等优点，具有广阔的应用前景。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种易封装易散热倒装高压LED芯片，包括蓝宝石衬底、外延层、p电极和n电极、封装基板，所述外延层依次为n型GaN、量子阱层、p型GaN层，其中，蓝宝石衬底上的外延层设有深隔离沟道将高压芯片分割成各子芯片，各子芯片刻蚀出n型GaN台面，相邻子芯片的n型台面和p型台面采用反射金属薄膜依次连接起来，所述反射金属薄膜内外设有绝缘薄膜层，所述第一子芯片p型GaN和第N子芯片n型GaN上的金属薄膜层刻蚀暴露出来，形成高压芯片的p和n电极。
作为优选，深隔离沟槽所形成的各子芯片均为长条形，并且第一子芯片和第N子芯片具有比其它子芯片更大的台面，子芯片间以反射金属薄膜层连接；
作为优选，所述p、n电极和反射金属薄膜层采用Ag、Ni、Al等导电性和反射性能都较好的金属，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，所述的倒装高压LED芯片导电金属薄膜内绝缘层采用透光性能良好的SiO2薄膜，外绝缘层采用导热性良好的Si3N4薄膜；
作为优选，所述基板采用AlN陶瓷基板，基板上电极金属凸点采用Au-Sn合金。
附图说明
图1为本发明所述易封装易散热倒装高压LED结构示意图；
图2为本发明所述倒装高压LED的平面结构示意图；
图3为本发明一实施例中易封装易散热倒装高压LED芯片的制作方法流程图；
图4-8为本发明所述倒装高压LED制作过程的各步骤结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面根据附图对本发明作更详细的说明。本说明书中公开的所有特征、方法、或步骤，除了相互排斥的特征或步骤外，均可以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其它等效特征加以替换，每个特征只是等效或类似特征中的一个例子，除非有特别叙述。
如图1所示，一种易封装易散热倒装高压LED芯片结构，包括：基板10、蓝宝石衬底1、n型GaN层2、量子阱层3和p型GaN层4、内外绝缘薄膜层5和6、p电极7a和n电极7b、深隔离沟槽11、金属导电薄膜层12，基板上金属凸点8、金属焊点9。所述深隔离沟槽11把倒装高压芯片外延层分隔成两个或两个以上子芯片，每个子芯片有彼此独立的p电极和n电极，所述第一子芯片的n电极和第二子芯片的p电极，到第N-1子芯片n电极和第N子芯片p电极依次通过金属导电薄膜层12连接起来，金属导电薄膜内外均有绝缘薄膜层5和6包覆，在第一子芯片p型GaN和第N子芯片n型GaN的内绝缘层薄膜上，形成倒装高压芯片的p、n电极7a和7b。其特征在于，导电金属薄膜既起子芯片间电路连接又起反射光的作用，它覆盖整个子芯片的P电极台面；导电金属薄膜外面有高导热性绝缘层包覆，对这种结构芯片进行倒装封装时，在基板10上可以形成面积较大和间距较大的焊点9和金属凸点8与高压芯片的p、n电极对应，能够避免芯片电极过小和电路过密所造成的对准难问题，使封装更容易实现；此外，各子芯片都做成窄长条形，既有利于电流的均匀分布，又有利于各子芯片的散热，各子芯片与基板直接压紧接触，也有利于各子芯片的散热。
作为优选，深隔离沟槽所形成的各子芯片均为长条形，并且第一子芯片和第N子芯片具有比其它子芯片更大的台面，子芯片间以反射金属薄膜层连接；
作为优选，所述p、n电极和反射金属薄膜层采用Ag、Al等导电性和反射性能都较好的金属，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，所述的倒装高压LED芯片导电金属薄膜内绝缘层采用透光性能良好的SiO2薄膜，外绝缘层采用导热性良好的Si3N4薄膜；
作为优选，所述基板采用AlN、Si或金属材料，基板上电极金属凸点采用Au-Sn合金。
一种倒装高压LED芯片，其制作方法如图4-8，包括如下步骤：
步骤S1，在蓝宝石衬底上生长外延层，依次为n型GaN层、量子阱层、p型GaN层；
步聚S2，外延生长结束后，根据设计的高压芯片所承受的电压计算子芯片的数量，并根据各子芯片以及子芯片之间隔离区的大小，确定高压芯片的大小以及在外延片中所对应的特定区域；再利用光刻工艺，对外延层表面此特定区域进行子芯片间的隔离沟道刻蚀，直到蓝宝石衬底暴露出来，刻蚀深度为5-10μm；接着再对各子芯片的部分区域进行蚀刻，露出n型GaN层形成台面，刻蚀深度为1-5μm，台面面积在满足n型GaN层的欧姆接触要求时尽可能小；
步聚S4，隔离沟道和n型台面完成后，采用等离子增强型化学气相沉积(PECVD)技术，在高压芯片整面上覆盖一层SiO2绝缘薄膜层，SiO2厚度300nm-500nm，接着再利用光刻技术进行电极通孔的刻蚀，在SiO2绝缘薄膜层上分别形成各子芯片的n电极和p电极通孔；
步骤S5，接着采用磁控溅射仪或热蒸发设备在芯片整面镀上具有高反射率的Ni(5nm)/Ag(200nm)金属薄膜层，再刻蚀掉每个子芯片p电极的台面侧壁金属薄膜层，保证同一子芯片的n电极和p电极形成电路断开；
步骤S6，接着采用PECVD在整个芯片再覆盖具有高导热性的Si3N4绝缘薄膜层，Si3N4厚度300nm-500nm，再对此绝缘薄膜层进行光刻，在第一子芯片的p型GaN上和第N子芯片的n型GaN上分别形成高压芯片的p电极和n电极；
步聚S7，采用经过直接覆铜法(DBC)金属化的AlN陶瓷基板，作为倒装焊接高压LED芯片的基板材料，采用电镀法在其上制备Au-Sn合金凸点；采用热压超声焊接技术，把倒装高压LED芯片的p电极和n电极与基板上对应的金属凸点焊接起来，并且要保证各子芯片与基板紧密接触，避免形成空气隙；最后，在蓝宝石衬底表面进行粗化，以提升出光效率。
在不脱离本发明精神或必要特性的情况下，可以其它特定形式来体现本发明。应将所述具体实施例各方面仅视为解说性而非限制性。因此，本发明的范畴如随附申请专利范围所示而非如前述说明所示。所有落在申请专利范围的等效意义及范围内的变更应视为落在申请专利范围的范畴内。
Claims (5)
1.一种倒装高压LED芯片的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，在蓝宝石衬底上生长外延层，依次为n型GaN层、量子阱层、p型GaN层；
步骤2，外延生长结束后,根据设计的高压芯片所承受的电压，计算子芯片的数量，并根据各子芯片大小以及子芯片间的隔离区大小，确定高压芯片的大小以及在外延片中所对应的特定区域；再利用光刻工艺，对外延层表面此特定区域进行子芯片间的隔离沟道刻蚀，直到蓝宝石衬底暴露出来；接着再对各子芯片的部分区域进行蚀刻，露出n型GaN层形成台面，n型GaN层台面面积在满足欧姆接触要求的同时，尽可能小；
步骤4，隔离沟道和n型台面完成后，整面镀上一层SiO2绝缘薄膜层，接着再利用光刻进行电极通孔的刻蚀，在绝缘薄膜层上分别形成各子芯片的n电极和p电极通孔；
步骤5，接着在芯片整面镀上具有高反射率的金属薄膜层，再刻蚀掉每个子芯片p电极的台面侧壁金属薄膜层，保证同一子芯片的n电极和p电极形成电路断开；
步骤6，接着在整个芯片上覆盖Si3N4绝缘薄膜层，再对此绝缘薄膜层进行光刻，蚀刻暴露出第一子芯片p型GaN上和第N子芯片n型GaN上的金属薄膜层，分别形成倒装高压芯片的p电极和n电极；
步骤7，采用经过直接覆铜法(DBC)金属化的AlN陶瓷基板，作为倒装焊接高压LED芯片的基板材料，采用电镀法在其上制备Au-Sn合金凸点；采用热压超声焊接技术，把倒装高压LED芯片的p电极和n电极与基板上对应的金属凸点焊接起来，并且要保证各子芯片与基板紧密接触，避免形成空气隙；最后，在蓝宝石衬底表面进行粗化，以提升出光效率。
2.一种按照权利要求1所述的制作方法制作的倒装高压LED芯片，其特征在于包括：蓝宝石衬底、外延层、p和n电极、隔离沟槽、内外绝缘薄膜层、金属导电薄膜层、封装基板，所述外延层依次包括n型GaN层、量子阱层和p型GaN层；所述隔离沟槽把倒装高压芯片外延层分隔成两个或两个以上子芯片，包括第一子芯片和第二子芯片，每个子芯片有彼此独立的p电极和n电极，所述第一子芯片的n电极和第二子芯片的p电极，到第N-1子芯片n电极和第N子芯片p电极依次通过金属导电薄膜层连接起来，金属导电薄膜内外均有绝缘层薄膜包覆，在第一子芯片p型GaN和第N子芯片n型GaN的内绝缘层薄膜上，形成倒装高压芯片的p和n电极。
3.根据权利要求2所述的倒装高压LED芯片，其特征在于所述金属导电薄膜层采用Ag、Ni、Al，各子芯片p型GaN上金属导电膜层覆盖各子芯片p型GaN台面。
4.根据权利要求2所述的倒装高压LED芯片，其特征在于所述金属导电薄膜层的内绝缘层采用透光性良好的SiO2，外绝缘层采用散热性能良好的Si3N4薄膜。
5.根据权利要求2所述的倒装高压LED芯片，其特征在于各子芯片均采用长条形结构，第一和第N子芯片相比其它子芯片具有更大的台面。
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Non-Patent Citations (1)
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| 胡爱华 ; .基于Si衬底的功率型GaN基LED制造技术.半导体技术.2010,(05),全文. * |
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