CN208400879U - 一种微小间距led芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微小间距LED芯片，包括衬底，设于衬底上的第一半导体层，设于第一半导体层上的有源层和第一电极，设于有源层上的第二半导体层，设于第二半导体层上的反射层，设于反射层上的扩散阻挡层，设于扩散阻挡层上的钝化层，设于钝化层上的第二电极，设于第二电极上的绝缘层，设于绝缘层上的种子层，设于种子层上的金属支持层，设于第一电极和第二电极上的焊料层，其中，第二电极贯穿所述钝化层并与扩散阻挡层导电连接。本实用新型通过焊料层可以直接固定芯片，将芯片与基板形成导电连接；进一步地，焊料层还能作为热传导，将芯片的热量传导到基板上，本实用新型的芯片不需要打线，有效地缩小了芯片之间的间距，提高显示屏的分辨率。

Description

一种微小间距LED芯片

技术领域

本实用新型涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种微小间距LED芯片。

背景技术

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种利用载流子复合时释放能量形成发光的半导体器件，LED芯片具有耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快、节能环保等诸多优势。

现在LED显示屏对分辨率的要求越来越高，如何缩小LED封装器件的间距，已经成为LED显示屏领域的热点问题。

传统的LED芯片主要通过锡膏焊和共晶焊的方式焊接在基板上。图1为正装LED芯片的焊接方式，正装LED芯片需要打线，占用空间大，不利于缩减LED芯片的封装间距。

公告号为CN104733600B的专利公开了一种倒装LED芯片及其制备方法，在芯片的P电极和N电极上形成一层锡膏层，由该方法制得的倒装芯片可直接压焊在封装基板上，简化了封装工艺，降低生产成本。其中，所述锡膏层的材料为下列合金中的一种：Sn63合金、Sn62合金、Sn60合金。由于该锡膏层的材料主要为Sn合金，因此该倒装LED芯片在压焊时，容易因为温度过高而导致死灯。

此外，上述专利采用植锡球法在未被金属阻挡层覆盖的P形焊接电极和N型焊接电极区域上形成一层锡膏层，该方法不能精准控制用于形成锡膏层的原料给量，控制锡膏层厚度，不能解决芯片在焊接过程中翘焊、虚焊、偏焊等不良情况，因此，上述专利需要在电极的边缘四周形成金属阻挡层，用于阻挡锡膏层，由于锡球对小间距的芯片造成挤压而发生短路。

进一步地，焊接时，对零部件放置所施加的压力，容易造成芯片损伤。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种微小间距LED芯片，可直接压焊在封装基板上，缩小焊接在封装基板上的芯片间距。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种微小间距LED芯片，包括衬底，设于衬底上的第一半导体层，设于第一半导体层上的有源层和第一电极，设于有源层上的第二半导体层，设于第二半导体层上的反射层，设于反射层上的扩散阻挡层，设于扩散阻挡层上的钝化层，设于钝化层上第二电极，设于第二电极上的绝缘层，设于绝缘层上的种子层，设于种子层上的金属支持层，设于第一电极和第二电极上的焊料层，其中，第二电极贯穿所述钝化层并与扩散阻挡层导电连接。

作为上述方案的改进，所述焊料层的融化温度为200-350℃。

作为上述方案的改进，所述焊料层的厚度为1-50微米。

作为上述方案的改进，所述焊料层的厚度为5-20微米。

作为上述方案的改进，所述焊料层的厚度为10微米。

作为上述方案的改进，所述焊料层的面积小于第一电极和/或第二电极的面积。

作为上述方案的改进，其面积不大于1200平方微米。

作为上述方案的改进，所述反射层为金属反射层。

作为上述方案的改进，所述反射层由Ag制成。

实施本实用新型，具有如下有益效果：

1、本实用新型提供了一种微小间距LED芯片，包括衬底，设于衬底上的第一半导体层，设于第一半导体层上的有源层和第一电极，设于有源层上的第二半导体层，设于第二半导体层上的反射层，设于反射层上的扩散阻挡层，设于扩散阻挡层上的钝化层，设于钝化层上的第二电极，设于第二电极上的绝缘层，设于绝缘层上的种子层，设于种子层上的金属支持层，设于第一电极和第二电极上的焊料层，其中，第二电极贯穿所述钝化层并与扩散阻挡层导电连接。本实用新型通过焊料层可以直接固定芯片，防止芯片在基板上发生移位，此外，所述焊料层还能将芯片与基板形成导电连接；进一步地，焊料层还能作为热传导，将芯片的热量传导到基板上；与正装LED芯片相比，本实用新型的芯片不需要打线，有效地缩小了芯片之间的间距，提高显示屏的分辨率。

2、在封装基板时，焊料层还充当焊料的作用，为了防止焊接温度过高而导致LED芯片死灯，焊料层要在较低温度下形成共晶相变，因此，焊料层的融化温度为200-350℃。

附图说明

图1是本实用新型微小间距LED芯片的结构示意图；

图2是本实用新型微小间距LED芯片安装在基板上的示意图；

图3是本实用新型微小间距LED芯片的制作流程图；

图4是本实用新型发光结构的制作流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

参见图1，本实用新型提供的一种微小间距LED芯片，包括衬底10，设于衬底10上的第一半导体层21，设于第一半导体层21上的有源层22和第一电极31，设于有源层22上的第二半导体层23，设于第二半导体层23上的反射层41，设于反射层41上的扩散阻挡层42，设于扩散阻挡层42上的钝化层43，设于钝化层42上的第二电极32，设于第二电极32上的绝缘层44，设于绝缘层44上的种子层45，设于种子层45上的金属支持层46，设于第一电极31和第二电极32上的焊料层50，其中，第二电极42贯穿所述钝化层43并与扩散阻挡层42导电连接。

衬底10的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料，本实施例中的衬底优选为蓝宝石衬底。

本申请实施例提供的第一半导体层21和第二半导体层23均为氮化镓基半导体层，有源层22为氮化镓基有源层；此外，本申请实施例提供的第一半导体层21、第二半导体层23和有源层22的材质还可以为其他材质，对此本申请不做具体限制。

其中，第一半导体层21可以为N型半导体层，则第二半导体层23为P型半导体层；或者，第一半导体层21为P型半导体层，而第二半导体层23为N型半导体层，对于第一半导体层21和第二半导体层23的导电类型，需要根据实际应用进行设计，对此本申请不做具体限制。

需要说明的是，在本申请的其他实施例中，所述衬底10与所述第一半导体层21之间设有缓存冲层(图中未示出)。

需要说明的是，本实用新型的LED芯片为倒装LED芯片，为了提到芯片的出光效果，使光线从衬底的背面出光，因此需要在第二半导体层23的表面设置一层反射层41。优选的，所述反射层40为金属反射层。更佳的，所述反射层40由Ag制成，但不限于此。

需要说明的是，扩散阻挡层42用于防止反射层41中的金属离子扩散而形成漏电，影响LED芯片的性能。为了保护LED芯片，防止芯片发生短路，使第一电极31和第二电极32相互绝缘，本申请在所述扩散阻挡层42的表面形成所述钝化层42。其中，所述钝化层42由绝缘材料制成。具体的，所述钝化层42覆盖在扩散阻挡层42的表面以及覆盖在扩散阻挡层42、反射层41、第二半导体层23、有源层22和第一半导体层21的侧壁，从而将芯片的侧壁保护起来，防止芯片在基板上排列时发生碰撞而造成短路。

所述绝缘层44用于将第一电极31和第二电极32上的焊料层绝缘起来。优选的，所述绝缘层44由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅中的一种或几种形成的一层或多层介质膜沟槽。具体的，所述绝缘层44使扩散阻挡层42和金属支撑层46之间彼此绝缘。种子层45由Pd、Pt、Au、W、Ni、Ta、Co、Ti中的一种制成，其厚度范围为100nm-500nm。所述金属支撑层46的材料为Ni、Cu、Au、Mo、Mn、Sn中的一种，其厚度范围约为40μm-500μm。

参见图2，本实用新型通过在第一电解31和第二电极32的表面形成焊料层50，使得焊料层50与芯片为整体结构，在封装基板时，通过所述焊料层50可以直接固定芯片，防止芯片在基板1上发生移位，此外，所述焊料层50还能将芯片与基板1形成导电连接；进一步地，焊料层50还能作为热传导，将芯片的热量传导到基板1上；与正装LED芯片相比，本实用新型的芯片不需要打线，有效地缩小了芯片之间的间距，提高显示屏的分辨率。

优选的，所述焊料层50的融化温度为200-350℃。在封装基板时，焊料层50还需要充当焊料的作用，为了防止焊接温度过高而导致LED芯片死灯，焊料层50要在较低温度下形成共晶相变，因此，焊料层50的融化温度为200-350℃。当焊料层50的融化温度低于200℃时，融化温度过低，LED芯片工作时，其产生的热量容易使焊料层融化，使得LED芯片与基板脱离；当焊料层50的融化温度高于350℃，容易导致LED芯片因温度过高而发生死灯。优选的，所述焊料层由Au、In、Cu、Ni、Co中的一种制成。

需要说明的是，本实用新型微小间距LED芯片的面积不大于1200平方微米。本申请的LED芯片用于mini/micro芯片的领域，因此焊料层50的厚度对其应用起着重要的作用。

为了提高焊接效果，缩小芯片之间的间距，所述焊料层50的厚度为1-50微米。当焊料层的厚度小于1微米时，焊料太少，焊接不牢固，芯片容易从基板上脱落；当焊料层的厚度大于50微米时，焊料太多，容易从芯片的边缘溢出，造成芯片短路，增加芯片之间的间距。优选的，所述焊料层的厚度为5-20微米。更佳的，所述焊料层的厚度为10微米。

为了进一步提高焊接效果，防止焊料层溢出到芯片的边缘，所述焊料层的面积小于第一电极和/或第二电极的面积。

相应地，图3为本实用新型一种微小间距LED芯片的制作流程图，本实用新型提供的一种微小间距LED芯片的制作方法，包括：

S101、提出发光结构，所述发光结构包括衬底，设于衬底上的第一半导体层，设于第一半导体层上的有源层和第一电极，设于有源层上的第二半导体层，设于第二半导体层上的第二电极。

具体的，如图4所示，所述发光结构的制作方法，包括以下步骤：

S201、提供衬底。

所述衬底的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料，本实施例中的衬底优选为蓝宝石衬底。

S202、在所述衬底上形成外延层，所述外延层包括依次设于衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层。

具体的，本申请实施例提供的第一半导体层和第二半导体层均为氮化镓基半导体层，有源层为氮化镓基有源层；此外，本申请实施例提供的第一半导体层、第二半导体层和有源层的材质还可以为其他材质，对此本申请不做具体限制。

其中，第一半导体层可以为N型半导体层，则第二半导体层为P型半导体层；或者，第一半导体层为P型半导体层，而第二半导体层为N型半导体层，对于第一半导体层和第二半导体层的导电类型，需要根据实际应用进行设计，对此本申请不做具体限制。

需要说明的是，在本申请的其他实施例中，所述衬底与所述外延层之间设有缓存冲层。

S203、对所述外延层进行刻蚀，形成裸露区域，所述裸露区域贯穿第二半导体层和有源层，并延伸至第一半导体层。

具体的，采用光刻胶或SiO₂作为掩膜，并采用电感耦合等离子体刻蚀工艺或反应离子刻蚀刻蚀工艺对所述外延层进行刻蚀，贯穿所述第二半导体层和有源层并延伸至所述第一半导体层，将所述第一半导体层裸露出来，从而形成裸露区域。由于光刻胶和SiO₂具有高刻蚀比，便于刻蚀，从而形成所需的刻蚀图案，提高刻蚀的精度。在本申请的其他实施例中，还可以采用其他高刻蚀选择比的物质作为掩膜。裸露区域用于形成第一电极。

为了提高芯片的出光效率，提高外延层的侧边出光效率，所述裸露区域的形状为倒梯形。在本申请的其他实施例中，所述裸露区域的形状还可为多边形。

S204、在第一半导体层上沉积金属形成第一电极，在第二半导体层上沉积金属形成第二电极。

采用电子束蒸镀、热蒸镀或磁控溅射工艺在裸露区域的第一半导体层上沉积金属，形成第一电极，在第一孔洞内沉积金属，形成第二电极。其中，第一电极和第二电极均由Cr、Al、Ti、Pt、Au、Ni、Ag、W中的一种制成。

S102、对发光结构进行低温退火，退火温度为200-350℃。

由于第一电解、第二电解和焊料层都是由金属制成，为了便于将焊料层均匀地形成在第一电极和第二电极的表面，减少金属之间的应力，增强电极与焊料层之间整体强度，提高电极与焊料层之间的导电和导热性能，在形成焊料层之前，需要对发光结构进行低温退火，退火温度为200-350℃。退火温度与焊料层的融化温度保持一致，使得焊料层与电极成为整体结构，进一步加强芯片的的整体强度，当对芯片施加外力的时候，芯片不产生损伤。

S103、在第一电极和第二电极表面形成焊料层，所述焊料层的融化温度为200-350℃。

需要说明的是，在封装基板时，焊料层还需要充当焊料的作用，为了防止焊接温度过高而导致LED芯片死灯，焊料层要在较低温度下形成共晶相变，因此，焊料层的融化温度为200-350℃。当焊料层的融化温度低于200℃时，融化温度过低，LED芯片工作时，其产生的热量容易使焊料层融化，使得LED芯片与基板脱离；当焊料层的融化温度高于350℃，容易导致LED芯片因温度过高而发生死灯。优选的，所述焊料层由Au、In、Cu、Ni、Co中的一种制成。

为了提高焊接效果，缩小芯片之间的间距，所述焊料层的厚度为1-50微米。当焊料层的厚度小于1微米时，焊料太少，焊接不牢固，芯片容易从基板上脱落；当焊料层的厚度大于50微米时，焊料太多，容易从芯片的边缘溢出，造成芯片短路，增加芯片之间的间距。优选的，所述焊料层的厚度为5-20微米。更佳的，所述焊料层的厚度为10微米。

为了进一步提高焊接效果，防止焊料层溢出到芯片的边缘，所述焊料层的面积小于第一电极和/或第二电极的面积。

具体的，本实用新型采用物理或化学的方式在电极的表面形成焊料层。

其中，物理的方式包括：

采用电子束蒸发或者磁控溅射的方式在第一电极和第二电极的表面形成焊料层；

采用表面涂覆、离子注入的方式在第一电极和第二电极的表面形成焊料层。

化学的方式包括：

采用离子化学镀的方式在第一电极和第二电极的表面形成焊料层。

本实用新型采用上述方式在电极表面形成焊料层，通过在芯片的制作过程中控制焊料的给量，从而减少芯片焊接时，由于基板上阵列间距较小，高温熔焊时，容易造成短路或锡球挤压造成芯片段的问题。

此外，通过上述方式将焊料涂覆在电极表面，实现焊接的精确控制，有效控制焊接层的厚度，解决芯片焊接过程中翘焊、虚焊、偏焊等不良情况，保护芯片不被损坏。

在本申请的其他实施例中，为了提高芯片的出光效率，在形成第二半导体层之后，形成电极之前，在第二半导体层上形成反射层，再采用电子束蒸发工艺在所述反射层表面形成扩散阻挡层，以防止金属反射层中的金属离子扩散而形成漏电流，影响LED芯片的性能，在扩散阻挡层上形成钝化层；形成钝化层后，在第一半导体层上形成第一电极，在钝化层上形成第二电极，然后再在第二电极上形成绝缘层。所述绝缘层可以由氮化硅、氧化硅、氮氧化硅中的一种或几种形成的一层或多层介质膜构成。具体地，采用等离子体增强化学气相沉积工艺，在扩散阻挡层的表面沉积绝缘层，使反射层与后续制作的金属支撑层等之间彼此绝缘。

在形成绝缘层后，先采用电子束蒸发或者磁控溅射工艺在绝缘层的表面形成均匀致密的金属种子层，并进行充分退火，以保证金属种子层的良好的欧姆接触，使形成的金属种子层与后续形成的金属支撑层之间的导电性能较优，其中，所述金属种子层可以由Pd、Pt、Au、W、Ni、Ta、Co、Ti中的一种金属的合金构成，其厚度范围约为100nm-500nm。金属种子层制作完成后，通过电镀工艺在金属种子层的表面形成金属支撑层。其中，所述金属支撑层的材料可以为Ni、Cu、Au、Mo、Mn、Sn中的一种构成的合金，其厚度范围约为40μm-500μm。在电镀金属支撑层时，可以通过调节电镀速率和镀液成分，形成不同结构、成分和硬度的金属支撑层，用以消除由于发光结构、扩散阻挡层和绝缘层、金属种子层以及金属支撑层之间，由于膨胀系数不同而产生的内应力。电镀形成金属支撑层后，低温退火10min-100min，进一步消除介质层之间的内应力，减少后续工艺中第一衬底剥离后，由于内应力而产生的金属层翘曲。形成金属支撑层后，对所述金属支撑层进行研磨和抛光，以适应后续工艺的需要。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种微小间距LED芯片，包括衬底，设于衬底上的第一半导体层，设于第一半导体层上的有源层和第一电极，设于有源层上的第二半导体层，设于第二半导体层上的反射层，设于反射层上的扩散阻挡层，设于扩散阻挡层上的钝化层，设于钝化层上的第二电极，设于第二电极上的绝缘层，设于绝缘层上的种子层，设于种子层上的金属支持层，设于第一电极和第二电极上的焊料层，其中，第二电极贯穿所述钝化层并与扩散阻挡层导电连接。

2.如权利要求1所述的微小间距LED芯片，其特征在于，所述焊料层的融化温度为200-350℃。

3.如权利要求1所述的微小间距LED芯片，其特征在于，所述焊料层的厚度为1-50微米。

4.如权利要求3所述的微小间距LED芯片，其特征在于，所述焊料层的厚度为5-20微米。

5.如权利要求4所述的微小间距LED芯片，其特征在于，所述焊料层的厚度为10微米。

6.如权利要求1所述的微小间距LED芯片，其特征在于，所述焊料层的面积小于第一电极和/或第二电极的面积。

7.如权利要求1所述的微小间距LED芯片，其特征在于，其面积不大于1200平方微米。

8.如权利要求1所述的微小间距LED芯片，其特征在于，所述反射层为金属反射层。

9.如权利要求8所述的微小间距LED芯片，其特征在于，所述反射层由Ag制成。