專利名稱：帶有低熔點凸點的倒裝焊接結(jié)構(gòu)及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大功率照明器件，特別涉及一種功率性發(fā)光二極管的倒裝焊接結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體光電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
從實際應(yīng)用的角度來看，安裝使用簡單、體積相對較小的大功率LED器件必將在大部分照明應(yīng)用中取代傳統(tǒng)的小功率LED器件。其好處是非常明顯的，小功率的LED組成的照明燈具為了達(dá)到照明的需要，必須集中許多個LED的光能才能達(dá)到設(shè)計要求；其缺點是線路復(fù)雜，散熱不暢，為了平衡各個LED之間的電流電壓關(guān)系必需設(shè)計復(fù)雜的供電電路。相比之下，大功率LED單體的功率遠(yuǎn)大于單個LED等于若干個小功率LED的總和，供電線路相對簡單，散熱結(jié)構(gòu)完善，物理特性穩(wěn)定。所以說，大功率LED器件代替小功率LED器件成為主流半導(dǎo)體照明器件將是必然的趨勢。對于大功率LED器件的封裝方法，不能簡單的套用傳統(tǒng)的小功率LED器件的封裝方法與封裝材料。大的耗散功率、大的發(fā)熱量、高的出光效率給現(xiàn)有的封裝材料、封裝設(shè)備和封裝工藝提出了新的更高的要求。
發(fā)表在期刊《半導(dǎo)體照明》2004年第5期的《大功率照明級LED之封裝》一文結(jié)合實際操作和工藝要求，著重闡述了現(xiàn)階段解決大功率LED封裝問題的方法。其中提到了正在成為大功率LED主流封裝方法的倒裝焊方法，該方法首先制備出適合共晶焊接電極凸點焊盤的大尺寸倒裝焊LED芯片(Flip Chip LED)，同時制備出相應(yīng)尺寸的硅底板，在其上制作出供共晶焊接的金導(dǎo)電層并引出導(dǎo)電層(超聲金絲球焊接電極，本發(fā)明中稱之為凸點)。然后，利用共晶焊接設(shè)備將大尺寸LED芯片與硅底板焊接在一起。
采用倒裝焊方法封裝功率性LED器件時，將功率性LED的管芯倒裝焊接在硅底板上，然后把完成倒裝焊接的硅底板裝入熱沉與管殼中，鍵合引線進(jìn)行封裝。這種封裝對于取光效率，散熱性能，加大工作電流密度的設(shè)計都是最佳的。但為了提高器件的導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能，倒裝焊接的凸點面積變大，給焊接帶來了一定的困難。其中純金焊接電極熔點較高，一般需要采用超聲焊接，而大面積凸點焊接采用的超聲功率過高容易對器件產(chǎn)生損傷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供兩種能夠使焊接電極部位熔點降低，提高器件焊接性能的倒裝焊焊接結(jié)構(gòu)，并分別給出制作方法，以解決上述問題。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了的兩種倒裝焊封裝結(jié)構(gòu)，一種是在將凸點制作在硅底板上，另一種是將凸點制作在器件電極上。下述的倒裝焊接結(jié)構(gòu)為前一種形式一種帶有低熔點凸點的倒裝焊接結(jié)構(gòu)，包括帶有多個制作在硅底板上的凸點以及與所述硅底板相鍵合的器件，凸點與硅底板之間制作有凸點下金屬Ti/Au金屬層，其中n電極對應(yīng)凸點的凸點下金屬Ti/Au層與硅底板之間淀積有鈍化層；器件的電極上有與硅底板上凸點相對應(yīng)的多個凸點焊盤，凸點焊盤下制作有焊盤下金屬Ti/Au層；凸點或焊盤上覆蓋有Au/Sn或Pb/Sn合金層。
此種倒裝焊焊接結(jié)構(gòu)的制作主要包括帶有多個制作在硅底板上的凸點制作方法以及與所述硅底板相鍵合的器件上凸點焊盤的制作方法a.器件電極上的凸點焊盤按照下列方法制作(1)管芯刻蝕n電極；(2)光刻p、n電極圖形，蒸發(fā)或濺射器件歐姆接觸金屬；(3)光刻p、n電極焊盤下金屬圖形，蒸發(fā)或濺射焊盤下金屬Ti/Au；(4)光刻p、n電極焊盤金屬圖形，蒸發(fā)或濺射焊接金屬Au；b.硅底板上的凸點按照下列方法制作1)制作硅底板n電極凸點下的絕緣層(1)硅底板淀積SiO2；(2)光刻制作出n電極SiO2保護(hù)圖形；(3)腐蝕SiO2，保留n電極SiO2作為絕緣層；2)制作硅底板凸點下金屬(1)光刻制作凸點下金屬圖形；(2)硅底板濺射或蒸發(fā)凸點下金屬Ti/Au；(3)硅底板去膠，剝離Ti/Au合金；3)制作凸點(1)光刻制作凸點圖形；(2)電鍍Au，制作凸點；c.按照下述方法1)制作凸點低熔點合金層或按照下述方法2)制作電極凸點焊盤低熔點合金層1)制作凸點上的低熔點合金層(1)在已經(jīng)電鍍好凸點的硅底板上蒸發(fā)或濺射Au/Sn或Pb/Sn合金；(2)剝離Au/Sn或Pb/Sn合金；2)制作焊接電極凸點焊盤上的低熔點合金層(1)在已經(jīng)制作了焊接電極凸點焊盤的外延片上蒸發(fā)或濺射Au/Sn或Pb/Sn合金；(2)剝離Au/Sn或Pb/Sn合金。
下面是將凸點制作在器件電極上的倒裝焊焊接結(jié)構(gòu)和制作方法一種帶有低熔點凸點的倒裝焊接結(jié)構(gòu)，包括帶有多個制作在器件電極上的凸點以及與所述凸點相鍵合的硅底板，凸點與器件電極之間制作有凸點下金屬Ti/Au金屬層；硅底板上有與器件電極凸點相對應(yīng)的多個凸點焊盤，凸點焊盤下制作有焊盤下金屬Ti/Au層，其中n電極對應(yīng)凸點焊盤的焊盤下金屬Ti/Au層與硅底板之間淀積有鈍化層；凸點或焊盤上覆蓋有Au/Sn或Pb/Sn合金層。
上述焊接結(jié)構(gòu)的制作方法主要包括帶有多個制作在器件電極上凸點的制作方法以及與所述凸點相鍵合的硅底板上凸點焊盤的制作方法a.器件電極上的凸點按照下列方法制作(1)管芯刻蝕n電極；(2)光刻p、n電極圖形，蒸發(fā)或濺射器件歐姆接觸金屬；(3)光刻制作凸點下金屬圖形，濺射或蒸發(fā)凸點下金屬Ti/Au；(4)外延片去膠，剝離Ti/Au合金；(5)光刻制作凸點圖形；(6)電鍍Au，制作凸點；b.硅底板上的凸點焊盤按照下列方法制作1)制作硅底板n電極凸點焊盤下的絕緣層(1)硅底板淀積SiO2；(2)光刻制作出n電極SiO2保護(hù)圖形；(3)腐蝕SiO2，保留n電極SiO2作為絕緣層；2)制作硅底板凸點焊盤下金屬(1)光刻制作凸點焊盤下金屬圖形；(2)硅底板濺射或蒸發(fā)焊盤金屬Ti/Au；(3)硅底板去膠，剝離Ti/Au合金；3)光刻p、n電極焊盤金屬圖形，蒸發(fā)或濺射焊接金屬Auc.按照下述方法1)制作凸點低熔點合金層或按照下述方法2)制作電極凸點焊盤低熔點合金層1)制作凸點上的低熔點合金層(1)在已經(jīng)電鍍好凸點的外延片上蒸發(fā)或濺射Au/Sn或Pb/Sn合金；(2)剝離Au/Sn或Pb/Sn合金；2)制作凸點焊盤上的低熔點合金層(1)在已經(jīng)制作了焊接電極凸點焊盤的硅片上蒸發(fā)或濺射Au/Sn或Pb/Sn合金；(2)剝離Au/Sn或Pb/Sn合金。
本發(fā)明的有益效果是針對大功率半導(dǎo)體器件封裝要求，采用具有低熔點凸點的倒裝焊焊接結(jié)構(gòu)，在普通的金凸點上蒸發(fā)或濺射一層Au/Sn或Pb/Sn合金，降低了凸點的熔點、增強(qiáng)了凸點的焊接強(qiáng)度。焊接時將焊盤溫度提高到Au/Sn或Pb/Sn合金熔點與凸點熱壓，溫度穩(wěn)定后加超聲，實現(xiàn)金對金焊接。Au/Sn合金在純金焊接電極與焊盤間起到了良好的粘附作用，增強(qiáng)了焊接強(qiáng)度。另外Au/Sn合金也對金凸點和焊盤之間的超聲摩擦起到了一定的緩沖作用，有效地減小了器件損傷。


圖1為位于硅底板上的純金凸點結(jié)構(gòu)的側(cè)視2為與純金凸點相對應(yīng)的純金焊盤結(jié)構(gòu)的側(cè)視3為覆蓋一層AuSn合金的凸點結(jié)構(gòu)的側(cè)視4為與凸點相對應(yīng)，凸點焊盤上覆蓋一層AuSn合金的焊盤結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖具體實施方式
以下結(jié)合附圖和單個凸點和焊接電極的封裝結(jié)構(gòu)的實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明均未覆蓋Au/Sn合金時的凸點和與其相對應(yīng)的焊盤結(jié)構(gòu)分別見圖1和圖2。
圖1為位于硅底板1上的純金凸點結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖中，n電極凸點4下蒸發(fā)有凸點下金屬Ti/Au層3，，其高度為0.06μm，采用圓形結(jié)構(gòu)，直徑為180μm。凸點下金屬Ti/Au層3和硅底板之間的鈍化層2為SiO2，厚度為0.3μm。凸點4由純金電鍍形成，其形狀為圓形，直徑160μm，高度為5μm。
圖2為與純金凸點相對應(yīng)的純金焊盤結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖中凸點焊盤7下制作的焊盤下金屬為圓形Ti/Au層，高度為0.06μm，直徑200μm。
圖2中為與凸點對應(yīng)的焊盤結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖中，器件電極上凸點焊盤7為純金焊盤，焊盤金屬Au層為圓形，高度為2μm，直徑180μm。焊盤7與器件焊點6之間蒸發(fā)有焊盤下金屬Ti/Au層8，其高度為0.03μm，直徑200μm。
實施例1凸點結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖參見圖3，圖中，凸點4上覆蓋一層Au/Sn合金層5或其他低熔點合金層如Pb/Sn，厚度為0.01μm。Au/Sn合金層5可以利用蒸發(fā)工藝形成，也可以采用濺射工藝形成。與凸點對應(yīng)的焊盤結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖見圖2。
實施例2凸點結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖見圖1。與凸點對應(yīng)的焊盤結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖見圖4，圖中，焊盤7上覆蓋一層Au/Sn合金層5或其他低熔點合金層如Pb/Sn，厚度為0.01μm。Au/Sn合金層5可以利用蒸發(fā)工藝形成，也可以利用濺射工藝形成。
實施例3凸點結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖參見圖3，圖中，凸點4上覆蓋一層Au/Sn合金層5或其他低熔點合金層如Pb/Sn，厚度為0.01μm。Au/Sn合金層5可以利用蒸發(fā)工藝形成，也可以采用濺射工藝形成。與凸點對應(yīng)的焊盤結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖見圖4，圖中，焊盤7上也覆蓋一層Au/Sn合金層5或其他低熔點合金層如Pb/Sn，厚度為0.01μm。Au/Sn合金層5可以利用蒸發(fā)工藝形成，也可以利用濺射工藝形成。
下面詳細(xì)介紹一種能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明倒裝焊焊接結(jié)構(gòu)的焊盤電極和凸點的具體制作方法。
一、凸點工藝1.硅底板n電極絕緣層制作(1)硅底板淀積0.3μm厚的SiO2；(2)光刻制作出n電極二氧化硅保護(hù)圖形；(2)HF腐蝕SiO2，保留n電極SiO2，完成n電極絕緣層制作。
2.硅底板凸點下金屬制作(1)光刻制作凸點下金屬圖形；(2)硅底板濺射或蒸發(fā)0.06μm Ti/Au；(3)硅底板去膠，剝離Ti/Au合金，完成凸點下金屬制作。
3.凸點制作(1)涂厚膠，光刻制作凸點圖形；(2)電鍍5μm厚Au，制作凸點。
4、凸點低熔點合金制作(1)在已經(jīng)電鍍好凸點的硅片上蒸發(fā)或濺射0.01μm厚度的Au/Sn或Pb/Sn合金合金；(2)去厚膠，剝離Au/Sn或Pb/Sn合金，完成凸點低熔點合金層制作。
二、管芯工藝1刻蝕n電極(1)外延片淀積0.4μm厚的SiO2；(2)外延片光刻制作臺面圖形；(3)干法刻蝕溝道SiO2，反應(yīng)離子刻蝕(RIE)臺面；(4)光刻n電極圖形；(5)干法刻蝕n電極溝道SiO2，反應(yīng)離子刻蝕(RIE)n電極。
2制作電極(1)HF去SiO2；(2)光刻p、n電極圖形，蒸發(fā)或濺射器件歐姆接觸金屬Ni/Au；
(3)光刻p、n電極圖形，蒸發(fā)緩沖金屬Ti/Au；(4)光刻p、n電極圖形，蒸發(fā)焊接金屬Au。
上述制作方法的實施例為在硅底板凸點上制作低熔點金屬合金層的制作方法。至于其他實施例的制作方法，以及在電極上制作凸點，在硅底板的相應(yīng)部位上制作焊盤的倒裝焊焊接結(jié)構(gòu)及其制作方法，由于工藝相似，并在技術(shù)方案里已經(jīng)做了說明，而且能夠通過上述的各個實施例直接導(dǎo)出，這里不再贅述。
需要說明的是，這里以本發(fā)明的實施例為中心展開了詳細(xì)的說明，所描述的優(yōu)選方式或某些特性的具體體現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)理解為本說明書僅僅是通過給出實施例的方式來描述發(fā)明，實際上在組成、構(gòu)造以及制作方法和使用的某些細(xì)節(jié)上會有所變化，例如，凸點或焊盤的各層結(jié)構(gòu)的厚度，形狀，尺寸以及具體的工藝方法等都可有所改變，這些變形和應(yīng)用都應(yīng)該屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。此外，本發(fā)明里提及的各種工藝方法，例如反應(yīng)離子刻蝕、干法刻蝕、蒸發(fā)、濺射等，均屬于半導(dǎo)體光電子領(lǐng)域常規(guī)的制作方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種帶有低熔點凸點的倒裝焊接結(jié)構(gòu)，包括制作在硅底板上的多個凸點以及與所述硅底板相鍵合的器件，其特征在于，所述凸點與硅底板之間制作有凸點下金屬Ti/Au金屬層，其中n電極對應(yīng)凸點的凸點下金屬Ti/Au層與硅底板之間淀積有鈍化層；所述器件的電極上有與硅底板上凸點相對應(yīng)的多個凸點焊盤，凸點焊盤下制作有Ti/Au層；凸點或焊盤上覆蓋有Au/Sn或Pb/Sn合金層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有低熔點凸點的倒裝焊接結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述制作在硅底板上的凸點為純金凸點，高度為5μm，直徑160μm；凸點下金屬Ti/Au層為圓形，高度為0.06μm，直徑180μm；所述器件電極上凸點焊盤為純金焊盤，焊盤金屬Au層為圓形，高度為2μm，直徑180μm；所述凸點焊盤下制作的焊盤下金屬Ti/Au層為圓形，高度為0.06μm，直徑200μm；所述的純金凸點或凸點焊盤上覆蓋有厚度為0.01μm的Au/Sn或Pb/Sn合金層；所述的n電極凸點的凸點下金屬Ti/Au和硅底板之間的鈍化層為SiO2，厚度為0.3μm。
3.一種帶有低熔點凸點的倒裝焊接結(jié)構(gòu)制作方法，包括制作在硅底板上的凸點的制作方法以及與所述硅底板相鍵合的器件上凸點焊盤的制作方法，其特征在于a.器件電極上的凸點焊盤按照下列方法制作(1)管芯刻蝕n電極；(2)光刻p、n電極圖形，蒸發(fā)或濺射器件歐姆接觸金屬；(3)光刻p、n電極焊盤下金屬圖形，蒸發(fā)或濺射焊盤下金屬Ti/Au；(4)光刻p、n電極焊盤金屬圖形，蒸發(fā)或濺射焊接金屬Au；b.硅底板上的凸點按照下列方法制作1)制作硅底板n電極凸點下的絕緣層(1)硅底板淀積SiO2；(2)光刻制作出n電極SiO2保護(hù)圖形；(3)腐蝕SiO2，保留n電極SiO2作為絕緣層；2)制作硅底板凸點下金屬(1)光刻制作凸點下金屬圖形；(2)硅底板濺射或蒸發(fā)金屬凸點下Ti/Au；(3)硅底板去膠，剝離Ti/Au合金；3)制作凸點(1)光刻制作凸點圖形；(2)電鍍Au，制作凸點；c.按照下述方法1)制作硅底板凸點低熔點合金層或按照下述方法2)制作電極凸點焊盤低熔點合金層1)制作凸點上的低熔點合金層(1)在已經(jīng)電鍍好凸點的硅底板上蒸發(fā)或濺射Au/Sn或Pb/Sn合金；(2)剝離Au/Sn或Pb/Sn合金；2)制作焊接電極凸點焊盤上的低熔點合金層(1)在已經(jīng)制作了焊接電極凸點焊盤的外延片上蒸發(fā)或濺射Au/Sn或Pb/Sn合金；(2)剝離Au/Sn或Pb/Sn合金。
4.一種帶有低熔點凸點的倒裝焊接結(jié)構(gòu)，包括帶有多個制作在器件電極上的凸點以及與所述凸點相鍵合的硅底板，其特征在于，所述凸點與器件電極之間制作有凸點下金屬Ti/Au金屬層；所述硅底板上有與器件電極凸點相對應(yīng)的多個凸點焊盤，凸點焊盤下制作有焊盤下金屬Ti/Au層，其中n電極對應(yīng)凸點焊盤的焊盤下金屬Ti/Au層與硅底板之間淀積有鈍化層；凸點或焊盤上覆蓋有Au/Sn或Pb/Sn合金層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種帶有低熔點凸點的倒裝焊接結(jié)構(gòu)，所述制作在器件電極上的凸點為純金凸點，高度為5μm，直徑160μm；凸點下金屬Ti/Au層為圓形，高度為0.06μm，直徑180μm；所述硅底板上凸點焊盤為純金焊盤，焊盤金屬Au層為圓形，高度為2μm，直徑180μm；所述凸點焊盤下制作的焊盤下金屬為圓形Ti/Au層，高度為0.06μm，直徑200μm；所述的純金凸點或凸點焊盤上覆蓋有厚度為0.01μm的Au/Sn或Pb/Sn合金層；所述的n電極凸點焊盤的焊盤下金屬Ti/Au和硅底板之間的鈍化層為SiO2，厚度為0.3μm。
6.一種帶有低熔點凸點的倒裝焊接結(jié)構(gòu)制作方法，包括制作在器件電極上的凸點的制作方法以及與所述凸點相鍵合的硅底板上凸點焊盤的制作方法，其特征在于a.器件電極上的凸點按照下列方法制作(1)管芯刻蝕n電極；(2)光刻p、n電極圖形，蒸發(fā)或濺射器件歐姆接觸金屬；(3)光刻制作凸點下金屬圖形，濺射或蒸發(fā)凸點下金屬Ti/Au；(4)外延片去膠，剝離Ti/Au合金；(5)光刻制作凸點圖形；(6)電鍍Au，制作凸點；b.硅底板上的凸點焊盤按照下列方法制作1)制作硅底板n電極凸點焊盤下的絕緣層(1)硅底板淀積SiO2；(2)光刻制作出n電極SiO2保護(hù)圖形；(3)腐蝕SiO2，保留n電極SiO2作為絕緣層；2)制作硅底板凸點焊盤下金屬(1)光刻制作凸點焊盤下金屬圖形；(2)硅底板濺射或蒸發(fā)金屬Ti/Au；(3)硅底板去膠，剝離Ti/Au合金；3)光刻p、n電極焊盤金屬圖形，蒸發(fā)或濺射焊接金屬Auc.按照下述方法1)制作凸點低熔點合金層或按照下述方法2)制作凸點焊盤低熔點合金層1)制作凸點上的低熔點合金層(1)在已經(jīng)電鍍好凸點的外延片上蒸發(fā)或濺射Au/Sn或Pb/Sn合金；(2)剝離Au/Sn或Pb/Sn合金；2)制作凸點焊盤上的低熔點合金層(1)在已經(jīng)制作了焊接電極凸點焊盤的硅片上蒸發(fā)或濺射Au/Sn或Pb/Sn合金；(2)剝離Au/Sn或Pb/Sn合金。
全文摘要
本發(fā)明提出一種帶有低熔點凸點的倒裝焊接結(jié)構(gòu)及制作方法。這種凸點制作方法是在普通純金凸點和焊盤的制作基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，凸點和焊盤采用Ti/Au結(jié)構(gòu)，在凸點上或凸點對應(yīng)的焊盤上蒸發(fā)一層Au/Sn合金或其他低熔點合金層，這種制作方法避免了純金凸點和焊盤之間的直接摩擦，起到了保護(hù)器件的作用。在焊接這種凸點時，采用熱壓焊接和超聲焊接結(jié)合，與純金凸點的超聲焊接相比，焊接強(qiáng)度得到了提高。
文檔編號H01L21/60GK1770436SQ200510015208
公開日2006年5月10日 申請日期2005年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月27日
發(fā)明者牛萍娟, 賈海強(qiáng), 陳宏 , 劉宏偉, 楊廣華, 高鐵成, 羅惠英 申請人:天津工業(yè)大學(xué)