CN204424303U - 一种新型倒装芯片及其封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种新型倒装芯片及其封装结构，该倒装芯片包括透明衬底，在透明衬底上表面依次层叠有N型外延层、载流子复合层及P型外延层，所述N型外延层与P型外延层均为掺杂的氮化镓外延层。所述N型外延层下表面与所述透明衬底上表面面积相等，且所述载流子复合层上表面与所述P型外延层下表面面积相等，二者的长度均小于所述N型外延层，并与所述N型外延层形成一台阶结构；所述N型外延层一端的上表面依次层叠设有N-GaN电极和第一锡球，所述P型外延层远离N-GaN电极的一端的上表面依次层叠设有P-GaN电极和第二锡球；所述N-GaN电极和P-GaN电极的间距约为300μm。该倒装芯片结构简单、成本较低且出光效率高，可实现全周角发光。

Description

一种新型倒装芯片及其封装结构

技术领域

本实用新型属于发光器件的制造领域，尤其涉及一种等高电极LED倒装芯片及其制造与封装方法。

背景技术

发光二极管(LED)光源具有高效率、长寿命、不含Hg等有害物质的优点。随着LED技术的迅猛发展，LED的亮度、寿命等性能都得到了极大的提升，使得LED的应用领域越来越广泛，从路灯等室外照明到装饰灯等市内照明，均纷纷使用或更换成LED作为光源。

半导体照明行业内，一般将LED芯片的结构分成正装芯片结构、垂直芯片结构和倒装芯片结构三类。与其它两种芯片结构相比，倒装芯片结构具有散热性能良好、出光效率高、饱和电流高和制作成本适中等优点，已经受到各大LED芯片厂家的重视。在进行封装时，倒装芯片直接通过表面凸点金属层与基板相连接，不需要金线连接，因此也被称为无金线封装技术，具有耐大电流冲击和长期工作可靠性高等优点。

现有的LED芯片在封装时，由于需要点锡膏的工艺步骤，导致生产效率低下，且该工艺对锡膏量的控制要求很高，从而对生产技术水平的要求较高，导致成品的良品率低下。另外，现有的LED芯片正负极间距很小，一般在70～100μm范围内，其故障漏电的风险较高，且对基板制作的技术要求高。

实用新型内容

本实用新型为弥补现有技术中存在的不足，提供一种结构简单、成本低廉且发光效率高的新型倒装芯片。

本实用新型为达到其目的，采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种新型倒装芯片，包括透明衬底，在透明衬底上表面依次层叠有N型外延层、载流子复合层及P型外延层，所述N型外延层与P型外延层均为掺杂的氮化镓外延层。所述N型外延层下表面与所述透明衬底上表面面积相等，且所述载流子复合层上表面与所述P型外延层下表面面积相等且小于N型外延层下表面面积；所述N型外延层一端的上表面依次层叠设有N-GaN电极和第一锡球，所述P型外延层远离N-GaN电极的一端的上表面依次层叠设有P-GaN电极和第二锡球；所述N-GaN电极和P-GaN电极的间距约为300μm；所述P型外延层和N型外延层上表面以及P型外延层和载流子复合层靠近N-GaN电极的侧面裸露处设有一阻焊保护层。

进一步的，所述N-GaN电极和P-GaN电极横截面均为直径约100μm的圆形或圆弧形。

进一步的，所述第一锡球和第二锡球上表面在同一水平面上。

进一步的，所述第一锡球的高度为30～40μm。

进一步的，所述阻焊保护层的厚度为3～5μm。

相比于现有技术，本实用新型所述的新型倒装芯片，结构简单、成本较低，且其N-GaN电极和P-GaN电极之间的间距更大，可以更有效地避免漏电的发生，同时降低了后续制程中对基板制作的技术要求；另外该倒装芯片无反射层，有利于光线输出，大大提高发光效率，可实现全周角发光。

本实用新型所述的新型倒装芯片通过以下步骤制得：

1)在透明衬底晶圆上依次生长N型外延层、载流子复合层和P型外延层，且所述N型外延层下表面与所述透明衬底上表面面积相等，所述载流子复合层上表面与所述P型外延层下表面面积相等且小于N型外延层下表面面积；

2)通过光刻显影、蒸镀、蚀刻以及钝化保护层生长等工艺步骤，分别在N型外延层和P型外延层上制作N-GaN电极和P-GaN电极；

3)在P型外延层和N型外延层上表面以及P型外延层和载流子复合层靠近N-GaN电极的侧面裸露处，印刷一层光感介质作为阻焊保护层；

4)采用纳米移印的方法，在N-GaN电极和P-GaN电极的焊盘区域印刷锡膏，然后通过保护气体的回流焊形成高度为50um左右的第一锡球以及第二锡球，并通过超声波清洗锡球周边的助焊剂；所述第一锡球和第二锡球均为BGA锡球；

5)对第一锡球和第二锡球进行研磨，研磨后的第一锡球厚度约30～40um，且第一锡球和第二锡球的上表面在同一水平面上，即形成等高电极。

6)对经过上述步骤处理后的晶圆进行背面研磨，切割，分选，形成本实用新型所述的倒装芯片。

进一步的，步骤2)中所制得的N-GaN电极和P-GaN电极横截面均为直径约100μm的圆形或圆弧形。

进一步的，步骤3)中所述的光感介质为永久光刻胶、反光形油墨或聚酰亚胺，将其烘烤后通过曝光、显影的方法使焊盘区域露出，从而形成阻焊保护层；该阻焊保护层的厚度为3～5μm。

进一步的，所述一种新型倒装芯片的制作方法还包括步骤7)：对所制得的倒装芯片使用耐高温UV膜进行粘贴，然后进行荧光胶(荧光粉+硅胶或者环氧胶)的喷涂或旋涂，再将涂布后的芯片进行烘烤，然后将芯片倒膜到固晶使用的蓝膜上，制得白光芯片。该步骤可免去后续点荧光胶封装的步骤，节约成本，同时改善由于点荧光胶过程中沉淀问题引起的色温漂移，提升产品的良品率。

相比于现有技术，本实用新型采用晶圆级制作工艺制得0.5W以下的小功率等高电极LED倒装芯片，工艺简单、成本降低、生产效率高且良品率高。同时，采用该制作方法所制得的新型倒装芯片的N-GaN电极和P-GaN电极之间的间距更大，可以更有效地避免漏电的发生；且其无反射层，有利于光线输出，大大提高其出光效率，可实现全周角发光。

本实用新型还提供一种倒装芯片的封装结构，其包括上述新型倒装芯片、基板和设于基板上表面的电路图像。所述倒装芯片与电路图像的焊盘位置通过锡膏、锡合金或助焊剂焊接固定。

所述新型倒装芯片的封装结构通过以下步骤封装而成：

1)在基板上制作出需要的电路图像，并在相应位置制作出用于固晶的金色焊盘；

2)通过印刷或沾点的方式，将锡膏、锡合金或者助焊剂印到焊盘位置；其中，使用助焊剂最为方便快捷。

3)使用固晶机台将本实用新型所述的倒装芯片放置到对应的焊盘位置；

4)使用加热板或回流焊使所述倒装芯片通过金属熔融后与基板焊接固定。

进一步的，步骤1)中所述基板为陶瓷基板、铝基板、玻璃基板、蓝宝石基板、柔性线路板或纤维基板中的任一种。

相比于现有技术，本实用新型所述的一种新型倒装芯片的封装结构，其封装工艺简单、易于操作、节约成本且安全可靠。

附图说明

图1是本实用新型所述的新型倒装芯片的剖面示意图

图2是本实用新型所述的新型倒装芯片封装结构的剖面示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步说明：

请参阅图1，其为本实用新型所述的新型倒装芯片的剖面示意图。该倒装芯片1包括透明衬底11，在透明衬底11上表面依次层叠有N型外延层12、载流子复合层13及P型外延层14，所述N型外延层12与P型外延层14均为掺杂的氮化镓(GaH)外延层。所述N型外延层12下表面与所述透明衬底11上表面面积相等，且所述载流子复合层13上表面与所述P型外延层14下表面面积相等且小于N型外延层12下表面面积，从而所述N型外延层12与P型外延层14上表面以及P型外延层14和载流子复合层13靠近N-GaN电极16的侧面形成一台阶结构；所述N型外延层12一端的上表面(即台阶结构较低的一平面上)依次层叠设有N-GaN电极16和第一锡球18，所述P型外延层14远离N-GaN电极16的一端的上表面依次层叠设有P-GaN电极17和第二锡球19。且所述第一锡球18和第二锡球19上表面在同一水平面上。所述P型外延层14和N型外延层12上表面裸露处以及P型外延层14和载流子复合层13靠近N-GaN电极16的侧面裸露处，设有一阻焊保护层。

具体地，所述N-GaN电极16和P-GaN电极的间距约为300μm；且所述N-GaN电极和P-GaN电极横截面均为直径约100μm的圆形或圆弧形；所述第一锡球的高度为30～40μm；所述阻焊保护层由一层光感介质形成，其厚度为3～5μm。

相比于现有技术，本实用新型所述的新型倒装芯片，结构简单、成本较低，且其N-GaN电极和P-GaN电极之间的间距更大，可以更有效地避免漏电的发生，同时降低了后续制程中对基板制作的技术要求；另外该倒装芯片无反射层，有利于光线输出，大大提高发光效率，可实现全周角发光。

进一步地，上述新型倒装芯片的制作方法，包括如下步骤：

1)在透明衬底11晶圆上依次生长N型外延层12、载流子复合层13和P型外延层14，且所述N型外延层12下表面与所述透明衬底11上表面面积相等，且所述载流子复合层13上表面与所述P型外延层14下表面面积相等且小于N型外延层下表面面积，从而所述N型外延层12与P型外延层14上表面以及P型外延层14和载流子复合层13靠近N-GaN电极16的侧面形成一台阶结构；

2)通过光刻显影、蒸镀、蚀刻以及钝化保护层生长等工艺步骤，分别在N型外延层12和P型外延层14上制作N-GaN电极16和P-GaN电极17，二者的横截面均为直径约100μm的圆形或圆弧形；

3)在P型外延层14和N型外延层12上表面以及P型外延层14和载流子复合层13靠近N-GaN电极16的侧面裸露处，印刷一层光感介质作为阻焊保护层15；具体地，所述光感介质为永久光刻胶、反光形油墨或聚酰亚胺，将其烘烤后通过曝光、显影的方法使焊盘区域露出，从而形成阻焊保护层15；该阻焊保护层15的厚度为3～5μm；

4)采用纳米移印的方法，在N-GaN电极和P-GaN电极的焊盘区域印刷锡膏，然后通过保护气体的回流焊形成高度为50um左右的第一锡球18和第二锡球19，并通过超声波清洗锡球周边的助焊剂；所述第一锡球18和第二锡球19均为BGA锡球。

5)对第一锡球18和第二锡球19进行研磨，研磨后的第一锡球18厚度约30～40um，且第一锡球18和第二锡球19的上表面在同一水平面上，即形成等高电极。

6)对经过上述步骤处理后的晶圆进行背面研磨，切割，分选，形成本实用新型所述的倒装芯片1。

进一步地，在以上晶圆级工艺制作的倒装芯片的基础上，还可进一步包括步骤7)：对倒装芯片1使用耐高温UV膜进行粘贴，然后进行荧光胶(荧光粉+硅胶或者环氧胶)的喷涂或旋涂，将涂布后的倒装芯片1进行烘烤，然后将倒装芯片1倒膜到固晶使用的蓝膜上，就可以直接作为白光芯片使用。该步骤可免去后续点荧光胶封装的步骤，节约成本，同时改善由于点荧光胶过程中沉淀问题引起的色温漂移，提升产品的良品率。

相比于现有技术，本实用新型采用晶圆级制作工艺制得0.5W以下的小功率等高电极LED倒装芯片，工艺简单、成本降低、生产效率高且良品率高。同时，采用该制作方法所制得的新型倒装芯片的N-GaN电极和P-GaN电极之间的间距更大，可以更有效地避免漏电的发生；且其无反射层，有利于光线输出，大大提高其出光效率，可实现全周角发光。

请同时参阅图2，其为本实用新型所述的新型倒装芯片封装结构的剖面示意图。本实用新型还进一步提供一种新型倒装芯片封装结构，其包括上述新型倒装芯片1、基板2和设于基板上表面的电路图像3。所述倒装芯片与电路图像的焊盘位置通过锡膏、锡合金或助焊剂焊接固定。该封装结构由以下步骤封装而成：

1)在基板2上制作出需要的电路图像3，并在相应位置制作出用于固晶的金色焊盘；所述基板2为陶瓷基板、铝基板、玻璃基板、蓝宝石基板、柔性线路板或纤维基板中的任一种；

2)通过印刷或沾点的方式，将助焊剂4印到焊盘位置；其中，助焊剂4可由锡膏或锡合金替代，而此步骤中使用助焊剂最为方便快捷；

3)使用固晶机台将本实用新型所述的倒装芯片1倒立放置到对应的焊盘位置；

4)使用加热板或回流焊使所述倒装芯片1通过金属熔融后与基板2焊接固定，即得所述新型倒装芯片封装结构。

相比于现有技术，本实用新型所述的一种新型倒装芯片的封装结构，其封装工艺简单、易于操作、节约成本且安全可靠。

本实用新型的技术方案是在现有技术的基础上进行改进而获得，文中未进行特别说明之处，均为本技术人员根据所掌握的现有技术或公知常识可以理解或知晓的，在此不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制，故凡未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种新型倒装芯片，包括透明衬底，在透明衬底上表面依次层叠有N型外延层、载流子复合层及P型外延层，所述N型外延层与P型外延层均为掺杂的氮化镓外延层；其特征在于：所述N型外延层下表面与所述透明衬底上表面面积相等，且所述载流子复合层上表面与所述P型外延层下表面面积相等且小于N型外延层下表面面积；所述N型外延层一端的上表面依次层叠设有N-GaN电极和第一锡球，所述P型外延层远离N-GaN电极的一端的上表面依次层叠设有P-GaN电极和第二锡球；所述N-GaN电极和P-GaN电极的间距约为300μm；所述P型外延层和N型外延层上表面以及P型外延层和载流子复合层靠近N-GaN电极的侧面裸露处设有一阻焊保护层。

2.根据权利要求1所述的倒装芯片，其特征在于：所述N-GaN电极和P-GaN电极横截面均为直径约100μm的圆形或圆弧形。

3.根据权利要求1所述的倒装芯片，其特征在于：所述第一锡球和第二锡球上表面在同一水平面上。

4.根据权利要求3所述的倒装芯片，其特征在于，所述第一锡球的高度为30～40μm。

5.根据权利要求1所述的倒装芯片，其特征在于，所述阻焊保护层的厚度为3～5μm。

6.一种包括权利要求1～5任一项所述的倒装芯片的封装结构，其特征在于，还包括基板和设于基板上表面的电路图像。

7.根据权利要求6所述的封装结构，其特征在于：所述倒装芯片与电路图像的焊盘位置通过锡膏、锡合金或助焊剂焊接固定。

8.根据权利要求6所述的封装结构，其特征在于：所述基板为陶瓷基板、铝基板、玻璃基板、蓝宝石基板、柔性线路板或纤维基板中的任一种。