CN208400886U - 一种倒装led芯片和led器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种倒装LED芯片和LED器件。其中，一种倒装LED芯片，包括衬底，设于衬底上的发光结构，设于发光结构上的绝缘层，设于绝缘层上的反射层，以及第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘和第二焊盘上设有至少一个凹孔。本实用新型通过在第一焊盘和第二焊盘上设置凹孔来增大第一焊盘和第二焊盘的表面积，进而增加第一焊盘、第二焊盘与锡膏的共晶面积，使第一焊盘和第二焊盘更加牢固地焊接在基板上，防止芯片发生开焊，同时提升焊盘的弹性形变能力，增加焊盘随封装基板形变的能力，进一步提高芯片的可靠性。

Description

一种倒装LED芯片和LED器件

技术领域

本实用新型涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种倒装LED芯片和LED器件。

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，倒装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。

随着LED技术的不断成熟，LED的应用范围越来越广泛。LED除了代替传统照明光源以外，也不断应用在VR/AR设备、室内大屏显示器、智能手机、平板等领域。这些领域对LED曲面显像的需求不断增加；同时，LED在制作装饰灯等特殊应用时，也要求将LED制成曲面发光光源。

现有的曲面光源和曲面显像LED设备均使用全柔性基板进行封装，即，将全柔性基板在与LED芯片进行焊接封装。

现有的全柔性基底在进行反复弯折后不可避免的发生开焊或LED芯片损坏，从而引起LED芯片接触不良或死灯，无法满足曲面显像与曲面照明领域的使用要求。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种倒装LED芯片，在焊盘上设置孔洞，增加焊盘的表面积，增加焊盘与锡膏的共晶面积，同时赋予焊盘一定弹性，可随基板形变而不开焊，提高了芯片的可靠性。

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种LED器件，可靠性高。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种倒装LED芯片，包括：

衬底；

设于衬底上的发光结构，所述发光结构包括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透明导电层，以及设于透明导电层上的第二电极；

设于发光结构上的绝缘层；

设于绝缘层上的反射层；

第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘贯穿反射层和绝缘层并与第一电极导电连接，所述第二焊盘贯穿反射层和绝缘层并与第二电极导电连接，所述第一焊盘和第二焊盘上设有至少一个凹孔。

作为上述方案的改进，所述凹孔的直径不大于10微米。

作为上述方案的改进，所述凹孔的深度小于第一焊盘和第二焊盘的厚度。

作为上述方案的改进，所述第一焊盘和第二焊盘由合金制成。

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。

作为上述方案的改进，还包括切割道，所述切割道贯穿发光结构并延伸至衬底的表面。

相应的，本实用新型还提供了一种LED器件，包括上述的倒装LED芯片。实施本实用新型，具有如下有益效果：

本实用新型提供了一种倒装LED芯片，包括衬底，设于衬底上的发光结构，所述发光结构包括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透明导电层，以及设于透明导电层上的第二电极，设于发光结构上的绝缘层，设于绝缘层上的反射层，以及第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘贯穿反射层和绝缘层并与第一电极导电连接，所述第二焊盘贯穿反射层和绝缘层并与第二电极导电连接，所述第一焊盘和第二焊盘上设有至少一个凹孔。本实用新型通过在第一焊盘和第二焊盘上设置凹孔来增大第一焊盘和第二焊盘的表面积，进而增加第一焊盘、第二焊盘与锡膏的共晶面积，使第一焊盘和第二焊盘更加牢固地焊接在基板上，防止芯片发生开焊，同时提升焊盘的弹性形变能力，增加焊盘随封装基板形变的能力，进一步提高芯片的可靠性。

此外，第一焊盘和第二焊盘上的凹孔可以增加第一焊盘和第二焊盘的弹性形变能力，从而使倒装LED芯片便于弯折，进而扩大倒装LED芯片的应用范围。

附图说明

图1是本实用新型倒装LED芯片的结构示意图；

图2是本实用新型另一实施例倒装LED芯片的结构示意图；

图3是本实用新型倒装LED芯片的制作方法流程图；

图4是本实用新型发光结构的制作方法流程图。

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倒装LED芯片，包括：

衬底10；

设于衬底10上的发光结构，所述发光结构包括设于衬底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25，设于有源层22上的第二半导体层23，设于第二半导体层23上的透明导电层24，以及设于透明导电层24上的第二电极26；

设于发光结构上的绝缘层30；

设于绝缘层30上的反射层40；

第一焊盘51和第二焊盘52，所述第一焊盘贯51贯穿反射层40和绝缘层30并与第一电极25导电连接，所述第二焊盘52贯穿反射层40和绝缘层30并与第二电极26导电连接，所述第一焊盘51和第二焊盘52上设有至少一个凹孔53。

本实用新型通过在第一焊盘和第二焊盘上设置凹孔来增大第一焊盘和第二焊盘的表面积，进而增加第一焊盘、第二焊盘与锡膏的共晶面积，使第一焊盘和第二焊盘更加牢固地焊接在基板上，防止芯片发生开焊，提高芯片的可靠性。

此外，第一焊盘和第二焊盘上的凹孔可以增加第一焊盘和第二焊盘的弹性形变能力，从而使倒装LED芯片便于弯折，进而扩大倒装LED芯片的应用范围。

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。

发光结构设于衬底10的表面。具体的，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与所述发光结构之间设有缓存冲层(图中未示出)。

所述发光结构还包括裸露区域，所述裸露区域贯穿透明导电层24、第二半导体层23和有源层22并延伸至第一半导体层21。其中，第一电极25设置在裸露区域的第一半导体层21上。

优选的，透明导电层24的材质为铟锡氧化物。第一电极25和第二电极26由金属制成。第一焊盘51和第二焊盘52由合金制成。

图2是本实用新型另一实施例的倒装LED芯片的结构示意图，本实用新型另一实施例提供的一种倒装LED芯片，还包括切割道，所述切割道贯穿发光结构并延伸至衬底10的表面。优选的，所述切割道位于倒装LED芯片的边缘。

由于现有的切割道包括第一切割道和第二切割道，第一切割道贯穿透明导电层并延伸至P型氮化镓层的表面，第二切割道贯穿透明导电层、P型氮化镓层和有源层并延伸至N型氮化镓层的表面。现有的倒装LED芯片通过第一切割道将透明导电层和P型氮化镓层的边缘留有空隙，通过第二切割道将有源层和N型氮化镓层的边缘留有空隙，因此，现有的切割道会减少芯片的发光面积，且绝缘层只能在芯片的表面、透明导电层至有源层的侧壁形成，而不能覆盖到第一半导体层的侧壁。此外，由于透明导电层和P型氮化镓层的边缘留有空隙，因此绝缘层要覆盖至有源层，需要进行两次工艺来形成绝缘层，且绝缘层的厚度会不均匀，位于芯片表面和透明导电层侧壁的绝缘层厚度大于P型氮化镓层和有源层侧壁绝缘层的厚度，从而影响芯片的亮度和电压。

本实用新型在形成透明导电层后，通过深切割直接刻蚀至衬底上，一次性贯穿刻蚀，无需对切割道处的发光结构进行二次刻蚀，即相邻发光结构间，不再对第二半导体层和有源层单独刻蚀，使倒装LED芯片的发光面积达到最大，减少了工艺步骤，增加了第二半导体层与透明导电层的接触面积，从而增加电流传导面积，进而提升了倒装LED芯片的亮度并降低了的电压。此外，通过深切割直接刻蚀至衬底上，可以使倒装LED芯片的侧壁能够覆盖绝缘层与反射层，不仅增加了反射面积，还避免对深刻蚀区域与封装锡膏直接接触引起漏电。

为了保护发光结构，使第一电极和第二电极相互绝缘，所述绝缘层设置在发光结构上。为了将光线从衬底一侧出射，所述反射层设于绝缘层上。其中，所述绝缘层由绝缘材质制成。所述反射层为金属反射层。优选的，所述反射层由Ag制成。

具体的，绝缘层覆盖在透明导电层的表面并沿着至透明导电层、第二半导体层、有源层和第一半导体层的侧壁，从而将芯片的侧壁保护起来，防止侧壁在封装打线时发生漏电。在本实用新型的其他实施例中，绝缘层可以只覆盖在透明导电层的表面。此外，所述反射层可以只覆盖在发光结构的表面，为了提高出光效率，防止芯片的侧壁漏蓝，反射层根据实际需要，也可以覆盖在发光结构的侧壁上。

为了进一步提高第一焊盘和第二焊盘的表面积，提高焊接效果，使更多的锡膏能够均匀地与焊盘接触，所述凹孔的直径不大于10微米。当凹孔的直径大于10微米时，会影响芯片的光电性能，增加芯片的电压；此外，在一定的范围内，凹孔的直径越大，凹孔的数量越少，焊盘的表面积会越小；其次，凹孔的直径越大，锡膏更容易填充在凹孔内，从而减少锡膏与焊盘、基板的接触面积，进而降低焊盘与基板的焊接强度，使芯片容易开焊。

为了进一步提高焊接效果，所述凹孔的深度小于第一焊盘和第二焊盘的厚度。当凹孔的深度大于等于第一焊盘和第二焊盘的厚度时，焊接时，锡膏能够通过凹孔与电极形成导电连接，从而影响芯片的光电性能，增加芯片的电压，使芯片短路。

图3是本实用新型倒装LED芯片的制作方法流程图，本实用新型提供的一种倒装LED芯片的制作方法，包括以下步骤：

S101、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。

S102、在所述衬底上形成发光结构，所述发光结构包括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透明导电层，以及设于透明导电层上的第二电极。

图4是本实用新型发光结构的制作方法流程图，所述发光结构的制作方法，包括以下步骤：

S201、在衬底上形成外延层，所述外延层包括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以及设于有源层上的第二半导体层。

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，所述衬底与所述发光结构之间设有缓存冲层。

S202、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发光结构进行刻蚀，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，提高发光结构的侧边出光效率，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。

S203、在第二半导体层上形成透明导电层。

采用光刻胶或SiO₂作为掩膜，采用电子束蒸发工艺在所述第二半导体层表面蒸镀一层透明导电层。其中，蒸镀温度为0-300℃，氧气流量为5-30sccm，蒸镀腔体真空度为3.0-10.0E-5，蒸镀时间为100-300min。当蒸镀温度低于0℃时，透明导电层无法获取足够的能量进行迁移，形成的透明导电层质量较差，缺陷多；当蒸镀温度高于300℃时，温度过高，薄膜能量过大不易于在发光结构上沉积，沉积速率变慢，效率降低。氧气流量小于5sccm时，氧气流量过低，透明导电层氧化不充分，薄膜质量不佳，氧气流量大于30sccm时，氧气流量太大，透明导电层过度氧化，膜层缺陷密度增加。蒸镀时间小于100min时，薄膜需要较高的沉积速率才能达到所需厚度，沉积速率太快，原子来不及迁移，因此薄膜生长质量较差，缺陷多。优选的，蒸镀温度为290℃，氧气流量为10sccm，蒸镀腔体真空度为3.0*10^-5-10.0*10^-5。

其中，所述透明导电层的材质为铟锡氧化物，但不限于此。铟锡氧化物中铟和锡的比例为70-99:1-30。优选的，铟锡氧化物中铟和锡的比例为95:5。这样有利提高透明导电层的导电能力，防止载流子聚集在一起，还提高芯片的出光效率。

S204、在第一半导体层上沉积金属形成第一电极，在透明导电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中的一种或几种金属制成。

需要说明的是，本实用新型的另一实施例中，在形成发光结构之后，形成绝缘层之前，还包括以下步骤：

对所述发光结构进行刻蚀，形成切割道，所述切割道贯穿透明导电层、第二半导体层和有源层并延伸至衬底表面。

采用感应耦合等离子工艺对所述发光结构进行刻蚀，刻蚀参数为：压力为2.2-2.6mT，RF功率为1000-1500W，BIAS功率为330-570W，Cl₂流量为45-70sccm，BCl₃流量为5-12sccm。RF功率主要控制化学刻蚀速率，当功率大于1500W时会引起光阻，难以将发光结构去掉；BIAS主要是物理刻蚀速率，需要与RF匹配；Cl₂用于化学作用，BCl₃用于物理与化学作用，会对刻蚀速率与刻蚀选择比有影响。

其中，所述切割道的宽度不大于30微米。

由于现有的切割道包括第一切割道和第二切割道，第一切割道贯穿透明导电层并延伸至P型氮化镓层的表面，第二切割道贯穿透明导电层、P型氮化镓层和有源层并延伸至N型氮化镓层的表面。现有的倒装LED芯片通过第一切割道将透明导电层和P型氮化镓层的边缘留有空隙，通过第二切割道将有源层和N型氮化镓层的边缘留有空隙，因此，现有的切割道会减少芯片的发光面积，且绝缘层只能在芯片的表面、透明导电层至有源层的侧壁形成，而不能覆盖到第一半导体层的侧壁。此外，由于透明导电层和P型氮化镓层的边缘留有空隙，因此绝缘层要覆盖至有源层，需要进行两次工艺来形成绝缘层，且绝缘层的厚度会不均匀，位于芯片表面和透明导电层侧壁的绝缘层厚度大于P型氮化镓层和有源层侧壁绝缘层的厚度，从而影响芯片的亮度和电压。

本实用新型在形成透明导电层后，通过深切割直接刻蚀至衬底上，一次性贯穿刻蚀，无需对切割道处的发光结构进行二次刻蚀，即相邻发光结构间，不再对第二半导体层和有源层单独刻蚀，使倒装LED芯片的发光面积达到最大，减少了工艺步骤，增加了第二半导体层与透明导电层的接触面积，从而增加电流传导面积，进而提升了倒装LED芯片的亮度并降低了的电压。此外，通过深切割直接刻蚀至衬底上，可以使倒装LED芯片的侧壁能够覆盖绝缘层与反射层，不仅增加了反射面积，还避免对深刻蚀区域与封装锡膏直接接触引起漏电。此外，在芯片边缘不再存在台阶刻蚀线宽和透明导电层线宽，而是通过深刻蚀一次性将边缘的透明导电层与半导体层整体刻穿。

采用蚀刻工艺来对发光结构进行刻蚀来形成切割道，会引起芯片漏电，由于切割后的切割道会有碎屑粘连在芯片的边缘上，具体的是上一层结构的边缘粘连到下一层结构的边缘上，因此导致芯片漏电。本实用新型通过钝化液来对切割道进行清洗，将残留的导电物质除去，如将ITO反应掉，才能保证芯片不漏电而又提高芯片亮度。

优选的，所述钝化溶液为HCl、HNO₃和NaOH的混合液。盐酸、硝酸、氢氧化钠会与铟镓的导电化合物反应，将刻蚀后侧壁残留的导电物质清洗掉。其中，所述钝化溶液的浓度不大于10％。钝化溶液的浓度大于10％，刻蚀速率快，会影响到第二半导体层上的透明导电层，将透明导电层溶解掉。在本申请的其他实施例中，钝化溶液也可以由HCl、HNO₃和NaOH中的一种溶液制成。

S103、在发光结构表面依次形成绝缘层和反射层。

采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺，在所述发光结构的表面形成绝缘层。其中，所述绝缘层覆盖在透明导电层的表面。绝缘层用于保护发光结构，使得第一电极和第二电极相互绝缘，避免芯片发生短路。或者，绝缘层覆盖在透明导电层的表面并沿着至透明导电层、第二半导体层、有源层和第一半导体层的侧壁，从而将芯片的侧壁保护起来，防止侧壁在封装打线时发生漏电。此外，所述反射层可以只覆盖在发光结构的表面，为了提高出光效率，防止芯片的侧壁漏蓝，反射层根据实际需要，也可以覆盖在发光结构的侧壁上。

优选的，所述绝缘层由SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、TiO₂和Ta₂O₃中的一种或几种制成。所述反射层由Ag制成。

S104、对所述反射层和绝缘层进行刻蚀，将第一电极和第二电极裸露出来。

采用电感应耦合等离子体干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺对反射层和绝缘层进行刻蚀开孔，将第一电极和第二电极裸露出来。

105、在第一电极上形成第一焊盘，在第二电极上形成第二焊盘。

为了提高第一焊盘和第二焊盘的强度，便于焊接，所述第一焊盘和第二焊盘由Au、Sn、Ni、Al、Ti、Cr中的两种或两种以上制成。

106、对第一焊盘和第二焊盘进行刻蚀，使第一焊盘和第二焊盘形成多孔结构。

采用电感应耦合等离子体干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺对第一焊盘和第二焊盘进行刻蚀，使第一焊盘和第二焊盘的表面形成多孔结构。

所述多孔结构包括至少一个凹孔。为了便于焊接，防止芯片开焊，所述凹孔均匀分布在第一焊盘和第二焊盘的表面。或者，所述凹孔随机分布在第一焊盘和第二焊盘的表面。

为了进一步提高第一焊盘和第二焊盘的表面积，提高焊接效果，使更多的锡膏能够均匀地与焊盘接触，所述凹孔的直径不大于10微米。当凹孔的直径大于10微米时，会影响芯片的光电性能，增加芯片的电压；此外，在一定的范围内，凹孔的直径越大，凹孔的数量越少，焊盘的表面积会越小；其次，凹孔的直径越大，锡膏更容易填充在凹孔内，从而减少锡膏与焊盘、基板的接触面积，进而降低焊盘与基板的焊接强度，使芯片容易开焊。

为了进一步提高焊接效果，所述凹孔的深度小于第一焊盘和第二焊盘的厚度。当凹孔的深度大于等于第一焊盘和第二焊盘的厚度时，焊接时，锡膏能够通过凹孔与电极形成导电连接，从而影响芯片的光电性能，增加芯片的电压，使芯片短路。

相应地，本实用新型还提供了一种LED器件，包含上述倒装LED芯片。

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 (8)

1.一种倒装LED芯片，其特征在于，包括：

衬底；

设于衬底上的发光结构，所述发光结构包括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透明导电层，以及设于透明导电层上的第二电极；

设于发光结构上的绝缘层；

设于绝缘层上的反射层；

第一焊盘和第二焊盘，所述第一焊盘贯穿反射层和绝缘层并与第一电极导电连接，所述第二焊盘贯穿反射层和绝缘层并与第二电极导电连接，所述第一焊盘和第二焊盘上设有至少一个凹孔。

2.如权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述凹孔的直径不大于10微米。

3.如权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述凹孔的深度小于第一焊盘和第二焊盘的厚度。

4.如权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述第一焊盘和第二焊盘由合金制成。

5.如权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述反射层为金属反射层。

6.如权利要求5所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述反射层由Ag制成。

7.如权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，还包括切割道，所述切割道贯穿发光结构并延伸至衬底的表面。

8.一种LED器件，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的倒装LED芯片。