CN108110127A - 焊盘结构的制作方法及倒装led芯片的制作方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种焊盘结构的制作方法，所述焊盘结构应用于倒装LED芯片，所述倒装LED芯片包括由上而下的衬底、外延层、电流扩展层、连通电极、绝缘反射层和焊盘结构，包括：通过蒸发或溅射方式在所述绝缘反射层上形成第一接触层；通过电镀或化学镀方式在所述第一接触层上形成阻隔层；通过电镀或化学镀方式形成共金层；所述共金层的材料为锡银合金。本发明还提供了一种倒装LED芯片的制作方法，解决了回流焊过程中锡向芯片表面扩展的问题，工艺简单、成本低，便于大量生产。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电芯片制造技术领域，特别涉及一种焊盘结构的制作方法及倒装LED芯片的制作方法。
背景技术
自从20世纪90年代初商业化以来，经过二十几年的发展，GaN基LED已被广泛应用于户内外显示屏、投影显示用照明光源、背光源、景观亮化照明、广告、交通指示等领域，并被誉为二十一世纪最有竞争力的新一代固体光源。然而，对于LED来说，要代替传统光源进入高端照明领域，其发光亮度的提高是至关重要的。
倒装LED芯片的基本结构是将正装LED芯片倒装焊接于导电导热性能良好的基板上，使发热比较集中的发光外延层更接近于散热热沉，以便大部分热量通过基板导出，而不是通过散热不良的蓝宝石生长衬底导出，这在一定程度上缓解了LED芯片的散热问题；并且，倒装LED芯片的出光面与焊盘面是方向相反的两个面，避免了LED焊盘对LED芯片发光面积的影响，即在LED芯片面积确定的情况下，与正装LED芯片相比，倒装LED芯片的发光面积更大，发光效率更高；同时，倒装LED芯片可实现无金线芯片级封装；综上，倒装LED芯片因具有散热好，出光面积大，可实现芯片级封装等优势，越来越受到LED领域尤其是中大功率应用市场的重视和青睐。
倒装LED芯片有共晶焊和回流焊两种焊接工艺，与共晶焊相比，回流焊因产能大、成本低等优点被广大LED封装企业所接受。倒装LED芯片倒置于基板之上，在LED焊盘和基本之间设置锡膏，并将其放置在回流炉内，经过预热、恒温、回流、冷却等方式使倒装LED芯片焊盘和基板通过锡膏形成共金，完成焊接的过程即为金锡回流焊。
金锡回流焊的温度一般高于280度，在金锡回流焊过程中，高温的锡易于扩散到芯片表面，导致芯片失效，是影响倒装LED良率的关键因素之一，业界通常在倒装芯片焊盘中加入镍等难熔金属来阻止锡扩散。但镍等难熔金属蒸发速率非常低，故镍层厚度一般只有一千埃左右，此厚度难以完全阻止回流焊过程中锡的扩散，如若封装体再次使用回流焊焊接到线路板上，锡会再次扩散，进一步降低倒装LED芯片的良率，故倒装LED芯片回流焊过程中导致的锡扩散问题亟待解决。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种焊盘结构的制作方法及倒装LED芯片的制作方法，以解决回流焊过程中导致锡扩散的问题。
根据本发明的第一方面，提供一种焊盘结构的制作方法，所述焊盘结构应用于倒装LED芯片，所述LED倒装芯片包括由上而下的衬底、外延层、电流扩展层、连通电极、绝缘反射层和焊盘结构，包括：通过蒸发或溅射方式在所述绝缘反射层上形成第一接触层；通过电镀或化学镀方式在所述第一接触层上形成阻隔层；通过电镀或化学镀方式形成共金层；所述共金层的材料为锡银合金。
优选地，所述锡银合金中银的含量为3％-5％。
优选地，所述共金层的厚度为0.1-1μm。
优选地，所述第一接触层包括钛层及钛层之上的铝层。
优选地，所述阻隔层的材料为镍。
优选地，所述阻隔层的厚度为0.1-5μm。
根据本发明的另一方面，提供一种倒装LED芯片的制作方法，包括：提供一衬底；在所述衬底上形成外延层，所述外延层包括依次形成的第一半导体层、发光层和第二半导体层，所述外延层中形成有至少一个暴露所述第一半导体层的凹槽；在所述第二半导体层上形成电流扩展层，所述电流扩展层中形成有暴露所述凹槽的电流扩展层开孔；形成第一连通电极和第二连通电极，所述第一连通电极位于所述凹槽内的第一半导体层上，所述第二连通电极位于所述电流扩展层上；在所述电流扩展层上形成绝缘反射层，所述绝缘反射层中形成有暴露所述第一连通电极的第一绝缘反射层开孔和暴露所述第二连通电极的第二绝缘反射层开孔；在所述绝缘反射层上形成第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘通过第一绝缘反射层开孔与所述第一连通电极形成电连接，所述第二焊盘通过第二绝缘反射层开孔与所述第二连通电极形成电连接；其中，所述第一焊盘和所述第二焊盘均包括依次形成的第一接触层、阻隔层和共金层，所述共金层的材料为锡银合金。
优选地，在所述绝缘反射层上形成第一焊盘和第二焊盘包括：通过蒸发或溅射方式在所述绝缘反射层上形成第一接触层；通过电镀或化学镀方式在所述第一接触层上形成阻隔层；通过电镀或化学镀方式形成共金层。
优选地，所述锡银合金中银的含量为3％-5％。
优选地，所述共金层的厚度为0.1-1μm。
优选地，所述第一接触层包括钛层及钛层之上的铝层。
优选地，所述阻隔层的材料为镍。
优选地，所述阻隔层的厚度为0.1-5μm。
优选地，形成第一连通电极和所述第二连通电极包括：通过蒸发或溅射方式在所述第一半导体层以及电流扩展层上形成第二接触层；通过蒸发或溅射方式在所述第二接触层上形成电连接层。
优选地，所述第二接触层的材料为铬。
优选地，所述电连接层为由至少两种金属交替分布形成的周期性多层金属膜，所述周期数为2-10。
优选地，所述电连接层的材料为铝、镍或金中的至少两种。
优选地，所述多层金属膜由铝膜和镍膜交替分布形成。
优选地，所述多层金属膜由铝膜、镍膜、金膜、镍膜交替分布形成。
优选地，所述铝膜和镍膜的厚度比为3:1～10:1。
优选地，所述金膜和镍膜的厚度比为3：1～15:1。
优选地，所述倒装LED芯片的制作方法还包括：在所述绝缘反射层和第一焊盘、第二焊盘之间形成至少一层金属层和至少一层绝缘层；其中，所述金属层和所述绝缘层交替分布。
本发明提供的焊盘结构的制作方法及倒装LED芯片的制作方法，通过电镀方式或化学镀方式形成具有0.1-1μm的锡银合金共金层的焊盘，其中银的含量为3％-5％，解决回流焊过程中锡向芯片表面扩展的问题，工艺简单、成本低，便于大量生产。
进一步地，所述倒装LED芯片的制作方法还通过将周期性交替分布的多层金属膜作为连通电极的电连接层，以及合理设置各层金属膜厚度的比例，缓解连通电极自身的应力；根据电连接层以及电流扩展层的材料属性选择第一接触层和第二接触层的材料使所述倒装LED芯片的连通电极与上面的焊盘以及下面的半导体层形成良好的物理连接和电连接。
进一步地，在所述绝缘反射层和第一焊盘、第二焊盘之间形成至少一层金属层和至少一层绝缘层；其中，所述金属层和所述绝缘层交替分布，还可进一步提高倒装LED芯片的发光亮度和发光均匀性。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例一形成外延层后的俯视图；
图2是沿图1的AA’方向的剖面示意图；
图3是沿图1的BB’方向的剖面示意图；
图4是本发明实施例一形成凹槽后的俯视图；
图5是沿图4的AA’方向的剖面示意图；
图6是沿图4的BB’方向的剖面示意图；
图7是本发明实施例一形成电流扩展层后的俯视图；
图8是沿图7的AA’方向的剖面示意图；
图9是沿图7的BB’方向的剖面示意图；
图10是本发明实施例一形成第一连通电极和第二连通电极后的俯视图；
图11是沿图10的AA’方向的剖面示意图；
图12是沿图10的BB’方向的剖面示意图；
图13是本发明实施例一形成绝缘反射层后的俯视图；
图14是沿图13的AA’方向的剖面示意图；
图15是沿图13的BB’方向的剖面示意图；
图16是本发明实施例一形成第一焊盘和第二焊盘后的俯视图；
图17是沿图16的AA’方向的剖面示意图；
图18是沿图16的BB’方向的剖面示意图；
图19是本发明实施例一的倒装LED芯片的第一焊盘或第二焊盘局部放大的剖面示意图；
图20a-图20c是本发明实施例一的倒装LED芯片的第一连通电极或第二连通电极局部放大的剖面示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
实施例一
如图1～18所示，所述倒装LED芯片包括：衬底100、外延层110、电流扩展层120，第一连通电极131和第二连通电极132、绝缘反射层140、第一焊盘151和第二焊盘152。
所述外延层110包括依次形成的第一半导体层111、发光层112以及第二半导体层113，所述外延层110上设置有至少一个凹槽110a，所述凹槽110a的深度大于所述发光层112和所述第二半导体层113厚度的总和而小于所述外延层110的厚度，即所述凹槽110a内的发光层112和第二半导体层113完全被去除，而第一半导体层111被去除一部分，本发明对所述凹槽110a的形状不做限定。
所述电流扩展层120形成于所述第二半导体层113上，所述电流扩展层120中形成有暴露所述凹槽110a的电流扩展层开孔120a。在本实施例中，所述电流扩展层开孔120a为长条状，且其宽度大于所述凹槽110a的宽度，且至少比所述凹槽110a的尺寸大2μm。在本实施例中，所述电流扩展层120的材料为氧化铟锡(Indium tin oxide，ITO)，通过蒸发或溅射方式形成。
所述第一连通电极131位于所述凹槽11a内的第一半导体层111上，所述第二连通电极132位于所述电流扩展层120上，所述第一连通电极131和第二连通电极132间隔排布。
所述绝缘反射层140具有暴露第一连通电极131的预定区域的第一绝缘反射层开孔141和暴露第二连通电极132的预定区域的第二绝缘反射层开孔142。所述第一绝缘反射层开孔141和第二绝缘反射层开孔142沿所述第一连通电极131和第二连通电极132的长度方向错开分布，即所述第一绝缘反射层开孔141和第二绝缘反射层开孔142既不在同一水平方向也不在同一竖直方向。
本实施例中，所述第一绝缘反射层开孔141和第二绝缘反射层开孔142均为长条状。
所述第一焊盘151和第二焊盘152形成于所述绝缘反射层140上，所述第一焊盘151通过第一绝缘反射层开孔141与所述第一连通电极131形成电连接，所述第二焊盘152通过第二绝缘反射层开孔142与所述第二连通电极132形成电连接。
本实施例中，所述第一焊盘151和第二焊盘152沿所述第一连通电极131和第二连通电极132的长度方向上下排列，并且所述第一焊盘151覆盖所有第一绝缘反射层开孔141，所述第二焊盘152覆盖所有第二绝缘反射层开孔142。
在一个优选地实施例中，在所述绝缘反射层140和所述第一焊盘151、第二焊盘152之间还可设置至少一层金属层160和至少一层绝缘层170，其中，所述金属层160(图中未示出)和所述绝缘层170(图中未示出)交替分布。所述金属层160可以包括第三连通电极161和第四连通电极162，所述绝缘层170具有暴露所述第三连通电极161和所述第四连通电极162的预定区域的绝缘层开孔171(图中未示出)，以使第三连通电极161与第一焊盘151形成电连接以及第四连通电极162与第二焊盘152形成电连接。
图19是本发明实施例一的倒装LED芯片的第一焊盘或第二焊盘局部放大的剖面示意图。如图19所示，本实施例中所述第一焊盘151和所述第二焊盘152包括依次形成的第一接触层1511、阻隔层1512和共金层1513。
在本实施例中，通过蒸发或溅射方式形成所述第一接触层1511，所述第一接触层1511包括钛层15111及钛层15111之上的铝层15112，其中，与所述第一连通电极131或第二连通电极132接触的为钛层15111，与阻隔层1512接触的是铝层15112，可以使所述第一焊盘151与所述第一连通电极131以及所述第二焊盘152与所述第二连通电极132形成良好的物理连接和电连接。通过电镀或化学镀方式形成共金层1513，所述共金层的材料为锡银合金SnAg，厚度为0.1-1μm，其中，银Ag的含量为3％-5％，锡银共金层的使用可使回流焊的温度由280度以上降低到210度左右，可有效降低倒装LED芯片回流焊的温度，扩大芯片的使用范围，降低芯片受热风险。
为了防止封装体再次使用回流焊焊接到线路板上，导致锡扩散到芯片表面，降低倒装LED芯片的良率，可通过电镀或化学镀方式在第一接触层1511和共金层1513之间加入一层阻隔层1512，所述阻隔层的材料为镍Ni，厚度为0.1-5um，本实施例优选电镀或化学镀方式形成0.5-5um的阻隔层。
图20a-图20c是本发明实施例一的倒装LED芯片的第一连通电极或第二连通电极局部放大的剖面示意图。如图20a-图20c所示，本实施例中所述第一连通电极131和所述第二连通电极132包括依次形成的第二接触层1311和电连接层1312。
在本实施例中，通过蒸发或溅射方式形成所述第二接触层1311，所述第二接触层1311的材料为铬Cr，可以使所述第一连通电极131和第一半导体层111以及所述第二连通电极132和所述电流扩展层120形成良好的物理连接和电连接。
通过蒸发或溅射方式形成所述电连接层1312，所述电连接层1312为由至少两种金属交替分布形成的周期性多层金属膜，周期数优选为2-10。所述电连接层1312的材料为铝Al、镍Ni或金Au中的至少两种，缓解了所述第一连通电极131和所述第二连通电极132自身的应力。
如图20a所示，所述电连接层1312为由铝Al和镍Ni交替分布形成的周期性多层金属膜，周期数为5。如图20b所示，所述电连接层1312为由金Au和镍Ni交替分布形成的周期性多层金属膜，周期数为5。如图20c所示，所述电连接层1312为由铝Al、镍Ni、金Au、镍Ni交替分布形成的周期性多层金属膜，周期数为3。其中，所述铝Al膜、镍Ni膜的厚度比为3:1～10:1，所述金Au膜、镍Ni膜的厚度比为3:1～15:1。
相应的，本实施例还提供一种倒装LED芯片制作方法，下面结合附图对本发明提出的倒装LED芯片制作方法作更进一步说明。
首先，提供一衬底100。
接着，如图1～3所示，在所述衬底100上形成外延层110，所述外延层110包括依次形成的第一半导体层111、发光层112以及第二半导体层113。如图4～6所示，通过光刻和刻蚀工艺，在所述外延层110中形成至少一个暴露所述第一半导体层111的凹槽110a。
接着，如图7～9所示，在所述第二半导体层113上形成电流扩展层120，所述电流扩展层120中形成有暴露所述凹槽110a的电流扩展层开孔120a。
接着，如图10～12所示，形成第一连通电极131和第二连通电极132，所述第一连通电极131位于所述凹槽110a内的第一半导体层111上，所述第二连通电极132位于所述电流扩展层120上。
接着，如图13～15所示，在电流扩展层120上形成绝缘反射层140，所述绝缘反射层140具有暴露第一连通电极131的预定区域的第一绝缘反射层开孔141和暴露第二连通电极132的预定区域的第二绝缘反射层开孔142。
接着，如图16～18所示，形成第一焊盘151和第二焊盘152，所述第一焊盘151和第二焊盘152形成于所述绝缘反射层140上。所述第一焊盘151通过第一绝缘反射层开孔141与所述第一连通电极131形成电连接，进而与第一半导体层111形成电连接。所述第二焊盘152通过第二绝缘反射层开孔142与所述第二连通电极132形成电连接，进而通过电流扩展层120与第二半导体层113形成电连接。电流扩展层120具有较好的电流扩展作用，第一焊盘151和第二焊盘152之间加上电压后，可提高LED芯片的发光均匀性。
其中，本实施例中所述第一焊盘151和所述第二焊盘152包括依次形成的第一接触层1511、阻隔层1512和共金层1513。在本实施例中，通过蒸发或溅射方式形成所述第一接触层1511，所述第一接触层1511包括钛层15111及钛层15111之上的铝层15112，可以使所述第一焊盘151与所述第一连通电极131以及所述第二焊盘152与所述第二连通电极132形成良好的物理连接和电连接。
通过电镀或化学镀方式形成共金层1513，所述共金层的材料为锡银合金SnAg，厚度为0.1-1μm，其中，银Ag的含量为3％-5％，锡银共金层的使用可使回流焊的温度由280度以上降低到210度左右，可有效降低倒装LED芯片回流焊的温度，扩大芯片的使用范围，降低芯片受热风险。
为了防止封装体再次使用回流焊焊接到线路板上，导致锡扩散到芯片表面，降低倒装LED芯片的良率，可通过电镀或化学镀方式在第一接触层1511和共金层1513之间加入一层阻隔层1512，所述阻隔层的材料为镍Ni，厚度为0.1-5um，本实施例优选电镀或化学镀方式形成0.5-5um的阻隔层。
另外，所述第一连通电极131和所述第二连通电极132包括依次形成的第二接触层1311和电连接层1312。在本实施例中，通过蒸发或溅射方式形成所述第二接触层1311，所述第二接触层1311的材料为铬Cr，可以使所述第一连通电极131和第一半导体层111以及所述第二连通电极132和所述电流扩展层120形成良好的物理连接和电连接。
通过蒸发或溅射方式形成所述电连接层1312，所述电连接层1312为由至少两种金属交替分布形成的周期性多层金属膜，周期数优选为2-10。所述电连接层1312的材料为铝Al、镍Ni或金Au中的至少两种，缓解了所述第一连通电极131和所述第二连通电极132自身的应力。
在一个优选地实施例中，在所述绝缘反射层140和第一焊盘151、第二焊盘152之间形成至少一层金属层160和至少一层绝缘层170；
其中，所述金属层160和所述绝缘层170交替分布。
本发明提供的焊盘结构的制作方法及应用焊盘结构的倒装LED芯片的制作方法，通过将周期性交替分布的多层金属膜作为连通电极的电连接层，以及合理设置各层金属膜厚度的比例，缓解连通电极自身的应力；根据电连接层以及电流扩展层的材料属性选择第一接触层和第二接触层的材料使所述倒装LED芯片的连通电极与上面的焊盘以及下面的半导体层形成良好的物理连接和电连接；通过电镀方式形成具有0.1-5μm的锡银合金共金层的焊盘，其中银的含量为3％-5％，解决回流焊过程中锡向芯片表面扩展的问题，工艺简单、成本低，便于大量生产。
优选地，在所述绝缘反射层和第一焊盘、第二焊盘之间形成至少一层金属层和至少一层绝缘层；其中，所述金属层和所述绝缘层交替分布，还可进一步提高倒装LED芯片的发光亮度和发光均匀性。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (22)
1.一种焊盘结构的制作方法，所述焊盘结构应用于倒装LED芯片，所述倒装LED芯片包括由上而下的衬底、外延层、电流扩展层、连通电极、绝缘反射层和焊盘结构，其特征在于，包括：
通过蒸发或溅射方式在所述绝缘反射层上形成第一接触层；
通过电镀或化学镀方式在所述第一接触层上形成阻隔层；
通过电镀或化学镀方式形成共金层；
所述共金层的材料为锡银合金。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述锡银合金中银的含量为3％-5％。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述共金层的厚度为0.1-1μm。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第一接触层包括钛层及钛层之上的铝层。
5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述阻隔层的材料为镍。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述阻隔层的厚度为0.1-5μm。
7.一种倒装LED芯片的制作方法，其特征在于，包括：
提供一衬底；
在所述衬底上形成外延层，所述外延层包括依次形成的第一半导体层、发光层和第二半导体层，所述外延层中形成有至少一个暴露所述第一半导体层的凹槽；
在所述第二半导体层上形成电流扩展层，所述电流扩展层中形成有暴露所述凹槽的电流扩展层开孔；
形成第一连通电极和第二连通电极，所述第一连通电极位于所述凹槽内的第一半导体层上，所述第二连通电极位于所述电流扩展层上；
在所述电流扩展层上形成绝缘反射层，所述绝缘反射层中形成有暴露所述第一连通电极的第一绝缘反射层开孔和暴露所述第二连通电极的第二绝缘反射层开孔；
在所述绝缘反射层上形成第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘通过第一绝缘反射层开孔与所述第一连通电极形成电连接，所述第二焊盘通过第二绝缘反射层开孔与所述第二连通电极形成电连接；
其中，所述第一焊盘和所述第二焊盘均包括依次形成的第一接触层、阻隔层和共金层，所述共金层的材料为锡银合金。
8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，在所述绝缘反射层上形成第一焊盘和第二焊盘包括：
通过蒸发或溅射方式在所述绝缘反射层上形成第一接触层；
通过电镀或化学镀方式在所述第一接触层上形成阻隔层；
通过电镀或化学镀方式形成共金层。
9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述锡银合金中银的含量为3％-5％。
10.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述共金层的厚度为0.1-1μm。
11.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述第一接触层包括钛层及钛层之上的铝层。
12.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述阻隔层的材料为镍。
13.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述阻隔层的厚度为0.1-5μm。
14.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，形成第一连通电极和所述第二连通电极包括：
通过蒸发或溅射方式在所述第一半导体层以及电流扩展层上形成第二接触层；
通过蒸发或溅射方式在所述第二接触层上形成电连接层。
15.根据权利要求14所述的制作方法，其特征在于，所述第二接触层的材料为铬。
16.根据权利要求14所述的制作方法，其特征在于，所述电连接层为由至少两种金属交替分布形成的周期性多层金属膜，所述周期数为2-10。
17.根据权利要求16所述的制作方法，其特征在于，所述电连接层的材料为铝、镍或金中的至少两种。
18.根据权利要求17所述的制作方法，其特征在于，所述多层金属膜由铝膜和镍膜交替分布形成。
19.根据权利要求17所述的制作方法，其特征在于，所述多层金属膜由铝膜、镍膜、金膜、镍膜交替分布形成。
20.根据权利要求18或19所述的制作方法，其特征在于，所述铝膜和镍膜的厚度比为3:1～10:1。
21.根据权利要求20所述的制作方法，其特征在于，所述金膜和镍膜的厚度比为3：1～15:1。
22.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，还包括：
在所述绝缘反射层和第一焊盘、第二焊盘之间形成至少一层金属层和至少一层绝缘层；
其中，所述金属层和所述绝缘层交替分布。
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