專利名稱：一種倒裝led芯片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種LED芯片的制作方法，尤其是涉及一種倒裝LED芯片的制作方法。
技術背景
在藍寶石襯底上制作的藍、綠或紫光LED芯片的發(fā)光面為外延材料的生長表面， 即P型表面。在LED的封裝過程中，都把藍寶石襯底面直接固定在散熱板上。在LED的工作過程中，其發(fā)光區(qū)是器件發(fā)熱的根源。由于藍寶石襯底本身是一種絕緣體材料，且導熱性能和GaN材料比較差，所以對這種正裝的LED器件其工作電流都有一定的限制，以確保LED 的發(fā)光效率和工作壽命。為改善器件的散熱性能，人們設計了一種LED芯片結構，即倒裝結構的LED芯片。
自從提出芯片的倒裝設計之后，人們針對其可行性進行了大量的研究和探索。由于LED芯片設計的局限性，封裝良率一直很低，原因如下第一、N型電極區(qū)域相對小，很難與PCB板的相應區(qū)域?qū)ξ唬坏诙?、N型電極位置比P型電極位置高很多，很容易造成虛焊、脫焊情形；第三、為制作N型電極，往往要人為地去掉很大一部分有源區(qū)，這樣大大地減少了器件的發(fā)光面積，直接影響了 LED發(fā)光效率。
如圖1所示，利用M0CVD、VPE、MBE或LPE技術在襯底1上生長器件(如LED、LD等) 結構，從上至下依次分別為襯底30、N型材料層31、發(fā)光區(qū)32、P型材料層33、P型電極34、 P級焊錫層35、PCB板36以及散熱板40。其中N型材料層31與散熱板40之間還依次連接 N型電極37、N級焊錫層38和PCB板39。
該傳統(tǒng)的倒裝LED芯片存在的技術缺陷如下1、在水平方向N型電極37所處位置與P型電極34相距較遠，N型電極37對其下方的 PCB板27的位置設計有苛刻的要求，影響到封裝優(yōu)良率。
2、N型電極37位置比P型電極34位置高很多，導致其與下方的PCB板39之間的間隙較大，在焊錫時很容易使得N級焊錫層38過長而造成虛焊或脫焊的發(fā)生。
3、為了使得N型電極37與其下方的PCB板39可以進行焊接，需要去掉很大一部分發(fā)光區(qū)，影響到LED芯片的發(fā)光效率。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設計了一種倒裝LED芯片的制作方法，其解決了以下技術問題是 (I)NS電極區(qū)域相對小，很難與PCB板的相應區(qū)域?qū)ξ?，會影響到封裝效果和LED產(chǎn)品的優(yōu)良率；(2 ) N型電極位置比P型電極位置高很多，很容易造成虛焊、脫焊情形； (3)為制作N型電極，往往要人為地去掉很大一部分有源區(qū)，這樣大大地減少了器件的發(fā)光面積，直接影響了 LED發(fā)光效率。
為了解決上述存在的技術問題，本發(fā)明采用了以下方案一種倒裝LED芯片的制作方法，LED芯片從下至上依次為襯底(1)、緩沖層(2)、N型層(3)、N型分別限制層(4)、有源區(qū)層(5)、P型分別限制層(6)、P型層(7)以及P型歐姆接觸層(8)，包括以下制作步驟步驟01、在P型歐姆接觸層(8)表面形成光反射層(9)； 步驟02、形成N型電極形成區(qū)(12)； 步驟03、形成絕緣介質(zhì)膜(13); 步驟04、形成P型電極區(qū)(17)和N型電極區(qū)(18)；步驟05、制作形成P型電極(21)和N型電極(22)，其中N型電極(22)為階梯結構，N 型電極(22)的下端穿過所述絕緣介質(zhì)膜(13)與所述N型層(3)連接，N型電極(22)的上端向P型電極(21)的位置延伸，并且上端的N型電極(22)與P型電極(21)存在相同高度的或近似高度的共同錫焊面；步驟06、P型電極(21)和N型電極(22 )通過錫焊的方式固定在各自的PCB板上； 步驟07、將所述襯底(1)蝕刻成上凹孔結構(26)和下凹孔結構(27)的組合體； 步驟08、對倒裝LED芯片進行封裝。
進一步，所述步驟01中光反射層(9)通過蒸鍍或濺射方式附著在P型歐姆接觸層 (8)上。
進一步，所述步驟02中包括以下具體分步驟 步驟021、在光反射層(9 )表面涂敷第一光刻膠層(10 )；步驟022、倒裝LED芯片一側(cè)的第一光刻膠層(10)通過曝光或顯影方式去除； 步驟023、利用干刻或化學腐蝕的方法，將暴露部分的N型分別限制層(4)、有源區(qū)層 (5)、P型分別限制層(6)、P型層(7)、P型歐姆接觸層(8)、光反射層(9)以及部分的N型層 (3)去除并且形成N型電極形成區(qū)(12)，使得整個倒裝LED芯片形成階梯結構； 步驟024、將倒裝LED芯片另一側(cè)剩余的第一光刻膠層(10)全部去除。
進一步，所述步驟03中的絕緣介質(zhì)膜(13)通過鍍膜的方式均勻地覆蓋在階梯結構的倒裝LED芯片上表面。
進一步，所述步驟04中包括以下具體分步驟步驟041、在絕緣介質(zhì)膜(13)表面涂敷第二光刻膠層(14)；步驟042、通過曝光或顯影方法，在階梯結構的倒裝LED芯片上下兩端部分去除第二光刻膠層(14)，并且形成兩個絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)(15)；步驟043、通過干刻或化學腐蝕方法，將兩個絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)(15)覆蓋的絕緣介質(zhì)膜(13)去除，形成兩個去除絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)(16)；步驟044、去除絕緣介質(zhì)膜(13)上的所有剩余第二光刻膠層(14)后，在倒裝LED芯片的階梯上下兩端分別形成P型電極區(qū)(17)和N型電極區(qū)(18)。
進一步，所述步驟05中包括以下具體分步驟步驟051、將步驟04得到階梯結構的倒裝LED芯片表面涂敷第三光刻膠層(19)； 步驟052、去除P型電極區(qū)(17)和N型電極區(qū)(18)上方的第三光刻膠層(19)以及去除P型電極區(qū)(17)和N型電極區(qū)(18)之間部分的第三光刻膠層(19)，保留的部分第三光刻膠層(19)用于將來P型電極和N型電極之間形成隔離；步驟053、將步驟052得到階梯結構的倒裝LED芯片表面制作一金屬合金層(20)； 步驟054、去除步驟052中保留的部分第三光刻膠層(19)及其上方的金屬合金層(20)，最終形成P型電極(21)和N型電極(22)。
進一步，所述步驟07中P型電極(21)和N型電極(22)通過各自的PCB板與散熱板(25)進行固定連接。
進一步，所述第一光刻膠層(10)、第二光刻膠層(14)以及第三光刻膠層(19)的涂布速度在2500-5000轉(zhuǎn)/分，并對涂布溫度控制90攝氏度-100攝氏度之間，在烘箱里或鐵板表面烘烤，烘烤時間分別為30分鐘和2分鐘。
進一步，所述絕緣介質(zhì)膜(10)的厚度在150nm-450nm之間。
進一步，所述襯底(1)的材質(zhì)為藍寶石、碳化硅或GaN。
該倒裝LED芯片的制作方法與傳統(tǒng)的倒裝LED芯片的制作方法相比，具有以下有益效果(1)本發(fā)明由于把倒裝LED芯片的N型電極與N型電極設置相同高度的或近似高度的共同錫焊面，使得在錫焊時，兩個電極焊錫厚度相同并且可以減少N型電極的焊錫厚度，因而增加了 LED芯片倒裝工藝的封裝良率，避免了電極虛焊或脫焊的情形發(fā)生。
(2)本發(fā)明由于P型電極的N型電極為階梯結構，無需去掉很大一部分發(fā)光區(qū)，因而減少制作N型歐姆接觸的面積，增加發(fā)光區(qū)面積，以提高LED的發(fā)光效率。
(3)本發(fā)明由于P型電極的N型電極為階梯結構，與N型電極連接的PCB板位置可以自由進行調(diào)整，提高了 LED芯片封裝結構的優(yōu)良率。
(4)本發(fā)明由于將襯底由上凹孔結構和下凹孔結構組合而成，使得部分全反射光線以散射的形式射出，或者通過多次折射進入臨界角射出，從而實現(xiàn)出光效率的提高。
圖1 傳統(tǒng)倒裝LED芯片的結構示意圖； 圖2 本發(fā)明中倒裝LED裸芯片結構示意圖；圖3 本發(fā)明中倒裝LED裸芯片設置光反射層結構示意圖； 圖4:本發(fā)明方法中步驟021中的LED芯片結構示意圖； 圖5 本發(fā)明方法中步驟022中的LED芯片結構示意圖； 圖6 本發(fā)明方法中步驟023中的LED芯片結構示意圖； 圖 本發(fā)明方法中步驟024中的LED芯片結構示意圖； 圖8 本發(fā)明方法中步驟03中的LED芯片結構示意圖； 圖9 本發(fā)明方法中步驟041中的LED芯片結構示意圖； 圖10:本發(fā)明方法中步驟042中的LED芯片結構示意圖； 圖11 本發(fā)明方法中步驟043中的LED芯片結構示意圖； 圖12:本發(fā)明方法中步驟044中的LED芯片結構示意圖； 圖13 本發(fā)明方法中步驟051中的LED芯片結構示意圖； 圖14:本發(fā)明方法中步驟052中的LED芯片結構示意圖； 圖15:本發(fā)明方法中步驟053中的LED芯片結構示意圖； 圖16:本發(fā)明方法中步驟054中的LED芯片結構示意圖； 圖17:本發(fā)明方法中步驟06中的LED芯片結構示意圖； 圖18 本發(fā)明LED芯片的結構示意圖。
附圖標記說明1一襯底；2—緩沖層；3 — N型層；4一N型分別限制層；5—有源區(qū)層；6 — P型分別限制層；7 — P型層；8 — P型歐姆接觸層；9一光反射層；10—第一光刻膠層；11 一N型電極形成開口 ； 12—N型電極形成區(qū)；13—絕緣介質(zhì)膜；14一第二光刻膠層；15—絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)； 16—去除絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)；17 — P型電極區(qū)；18 — N型電極區(qū)；19一第三光刻膠層；20— 金屬合金層；21—P型電極；22—N型電極；23—PCB板；24—PCB板；25—散熱板J6—上凹孔結構；27—下凹孔結構；30—襯底；31—N型材料層；32—發(fā)光區(qū)；33 — P型材料層；34— P型電極；35 — P級焊錫層；36 — PCB板；37— N型電極；38 — N級焊錫層；39 — PCB板；40—散熱板。
具體實施方式
下面結合圖2至圖18，對本發(fā)明做進一步說明如圖2所示，襯底1是載體，一般是藍寶石、碳化硅或GaN等材料。緩沖層2是一個過度層，在此基礎上生長高質(zhì)量的N，P,量子阱等其它材料。LED由pn結構成，緩沖層2、N 型層3層、N型分別限制層4，P型分別限制層6以及P型層7是為了形成制作LED所需的P 和N型材料。有源區(qū)層5是LED的發(fā)光區(qū)，光的顏色由有源區(qū)的結構決定。P型歐姆接觸層 8是材料生長的最后一層，這一層的載流子攙雜濃度較高，目的是為制作較小的歐姆接觸電阻。P型金屬歐姆接觸層不是由生長形成的，而是通過蒸鍍或濺射等方法形成的，目的之一是制作器件的電極，目的之二是為了封裝打線用。
如圖3所示，通過蒸鍍、濺射或其它薄膜制作方法，在P型歐姆接觸層8表面形成一層或多層薄膜(如ΙΤ0、銀鏡、鎳金、合金或半金屬等)，用于制作發(fā)光二極管的光反射層9。
如圖4所示，在圖3結構的表面涂布第一光刻膠層10 (正膠或負膠)，涂布速度在 2500-5000轉(zhuǎn)/分，并對涂布溫度控制90攝氏度-100攝氏度之間，在烘箱里或鐵板表面烘烤，烘烤時間分別為30分鐘和2分鐘。
如圖5所示，倒裝LED芯片一側(cè)的第一光刻膠層10通過曝光或顯影方式去除，用于形成N型電極形成區(qū)12。
如圖6所示，利用干刻或化學腐蝕的方法，將暴露部分的N型分別限制層4、有源區(qū)層5、P型分別限制層6、P型層7、P型歐姆接觸層8、光反射層9以及部分的N型層3去除并且形成N型電極形成區(qū)12，使得整個倒裝LED芯片形成階梯結構。
如圖7所示，將倒裝LED芯片另一側(cè)剩余的第一光刻膠層10全部去除。
如圖8所示，利用PECVD或其它鍍膜技術，在圖7所示的結構表面制備一層絕緣介質(zhì)膜13，厚度在100nm-500nm之間。絕緣介質(zhì)膜13通過鍍膜的方式均勻地覆蓋在階梯結構的倒裝LED芯片上表面。
如圖9所示，在絕緣介質(zhì)膜13表面涂敷第二光刻膠層14。涂布速度在2500-5000 轉(zhuǎn)/分，并對涂布溫度控制90攝氏度-100攝氏度之間，在烘箱里或鐵板表面烘烤，烘烤時間分別為30分鐘和2分鐘。
如圖10所示，通過曝光或顯影方法，在階梯結構的倒裝LED芯片上、下兩端部分去除第二光刻膠層14，并且形成兩個絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)15，用于制作P型電極區(qū)17和N型電極區(qū)18。
如圖11所示，通過干刻或化學腐蝕方法，將兩個絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)15覆蓋的絕緣介質(zhì)膜13去除，形成兩個去除絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)16。
如圖12所示，去除絕緣介質(zhì)膜13上的所有剩余第二光刻膠層14后，在倒裝LED 芯片的階梯上下兩端分別形成P型電極區(qū)17和N型電極區(qū)18。
如圖13所示，將圖12中得到階梯結構的倒裝LED芯片表面涂敷第三光刻膠層19。
如圖14所示，去除P型電極區(qū)17和N型電極區(qū)18上方的第三光刻膠層19以及去除P型電極區(qū)17和N型電極區(qū)18之間部分的第三光刻膠層19，保留的部分第三光刻膠層19用于將來P型電極和N型電極之間形成隔離。
如圖15所示，將圖14中得到階梯結構的倒裝LED芯片表面制作一金屬合金層20 ； 如圖16所示，去除圖14中保留的部分第三光刻膠層19及其上方的金屬合金層20，最終形成P型電極21和N型電極22。
圖17所示，N型電極22為一階梯結構，N型電極22的下端穿過絕緣介質(zhì)膜13并且與N型層3連接，N型電極22的上端向P型電極21的位置延伸，并且上端的N型電極22 與P型電極21存在相同高度的或近似高度的共同錫焊面。P型電極21和N型電極22通過錫焊的方式固定在各自的PCB板上。并且P型電極21和N型電極22通過各自的PCB板與散熱板25進行固定連接。
圖18所示，將襯底1蝕刻成上凹孔結構沈和下凹孔結構27的組合體。上凹孔結構26的各個凹孔直徑大于都下凹孔結構27各個凹孔的直徑。本發(fā)明由于將襯底由上凹孔結構和下凹孔結構組合而成，使得部分全反射光線以散射的形式射出，或者通過多次折射進入臨界角射出，從而實現(xiàn)出光效率的提高。并且上凹孔結構和下凹孔結構還可以增加散熱效果。
此時，倒裝LED芯片封裝完成。
上面結合附圖對本發(fā)明進行了示例性的描述，顯然本發(fā)明的實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構思和技術方案進行的各種改進，或未經(jīng)改進將本發(fā)明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種倒裝LED芯片的制作方法，LED芯片從下至上依次為襯底(1)、緩沖層(2)、N型層(3)、N型分別限制層(4)、有源區(qū)層(5)、P型分別限制層(6)、P型層(7)以及P型歐姆接觸層(8)，包括以下制作步驟步驟01、在P型歐姆接觸層(8)表面形成光反射層(9)； 步驟02、形成N型電極形成區(qū)(12)； 步驟03、形成絕緣介質(zhì)膜(13); 步驟04、形成P型電極區(qū)(17)和N型電極區(qū)(18)；步驟05、制作形成P型電極(21)和N型電極(22)，其中N型電極(22)為階梯結構，N 型電極(22)的下端穿過所述絕緣介質(zhì)膜(13)與所述N型層(3)連接，N型電極(22)的上端向P型電極(21)的位置延伸，并且上端的N型電極(22)與P型電極(21)存在相同高度的或近似高度的共同錫焊面；步驟06、P型電極(21)和N型電極(22)通過錫焊的方式固定在各自的PCB板上； 步驟07、將所述襯底(1)蝕刻成上凹孔結構(26)和下凹孔結構(27)的組合體； 步驟08、對倒裝LED芯片進行封裝。
2.根據(jù)權利要求1所述倒裝LED芯片的制作方法，其特征在于所述步驟01中光反射層(9)通過蒸鍍或濺射方式附著在P型歐姆接觸層(8)上。
3.根據(jù)權利要求1或2所述倒裝LED芯片的制作方法，其特征在于所述步驟02中包括以下具體分步驟步驟021、在光反射層(9 )表面涂敷第一光刻膠層(10 )； 步驟022、倒裝LED芯片一側(cè)的第一光刻膠層(10)通過曝光或顯影方式去除； 步驟023、利用干刻或化學腐蝕的方法，將暴露部分的N型分別限制層(4)、有源區(qū)層 (5)、P型分別限制層(6)、P型層(7)、P型歐姆接觸層(8)、光反射層(9)以及部分的N型層 (3)去除并且形成N型電極形成區(qū)(12)，使得整個倒裝LED芯片形成階梯結構； 步驟024、將倒裝LED芯片另一側(cè)剩余的第一光刻膠層(10)全部去除。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述倒裝LED芯片的制作方法，其特征在于所述步驟03中的絕緣介質(zhì)膜(13)通過鍍膜的方式均勻地覆蓋在階梯結構的倒裝LED芯片上表面。
5.根據(jù)權利要求1至4中任何一項所述倒裝LED芯片的制作方法，其特征在于所述步驟04中包括以下具體分步驟步驟041、在絕緣介質(zhì)膜(13)表面涂敷第二光刻膠層(14)；步驟042、通過曝光或顯影方法，在階梯結構的倒裝LED芯片上、下兩端部分去除第二光刻膠層(14)，并且形成兩個絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)(15)；步驟043、通過干刻或化學腐蝕方法，將兩個絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)(15)覆蓋的絕緣介質(zhì)膜(13)去除，形成兩個去除絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)(16)；步驟044、去除絕緣介質(zhì)膜(13)上的剩余所有第二光刻膠層(14)后，在倒裝LED芯片的階梯上下兩端分別形成P型電極區(qū)(17)和N型電極區(qū)(18)。
6.根據(jù)權利要求1至5中任何一項所述倒裝LED芯片的制作方法，其特征在于所述步驟05中包括以下具體分步驟步驟051、將步驟04得到階梯結構的倒裝LED芯片表面涂敷第三光刻膠層(19)； 步驟052、去除P型電極區(qū)(17)和N型電極區(qū)(18)上方的第三光刻膠層(19)以及去除P型電極區(qū)(17)和N型電極區(qū)(18)之間部分的第三光刻膠層(19)，保留的部分第三光刻膠層(19)用于將來P型電極和N型電極之間形成隔離；步驟053、將步驟052得到階梯結構的倒裝LED芯片表面制作一金屬合金層(20)；步驟054、去除步驟052中保留的部分第三光刻膠層(19)及其上方的金屬合金層(20)， 最終形成P型電極(21)和N型電極(22)。
7.根據(jù)權利要求6所述倒裝LED芯片的制作方法，其特征在于所述步驟07中P型電極(21)和N型電極(22 )通過各自的PCB板與散熱板(25 )進行固定連接。
8.根據(jù)權利要求3-7任何一項所述倒裝LED芯片的制作方法，其特征在于所述第一光刻膠層(10)、第二光刻膠層(14)以及第三光刻膠層(19)的涂布速度在2500-5000轉(zhuǎn)/ 分，并對涂布溫度控制90攝氏度-100攝氏度之間，在烘箱里或鐵板表面烘烤，烘烤時間分別為30分鐘和2分鐘。
9.根據(jù)權利要求8所述倒裝LED芯片的制作方法，其特征在于所述絕緣介質(zhì)膜(10) 的厚度在150nm-450nm之間。
10.根據(jù)權利要求9所述倒裝LED芯片的制作方法，其特征在于所述襯底(1)的材質(zhì)為藍寶石、碳化硅或GaN。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種倒裝LED芯片的制作方法包括以下制作步驟在P型歐姆接觸層表面形成光反射層；形成N型電極形成區(qū)；形成絕緣介質(zhì)膜；形成P型電極區(qū)和N型電極區(qū)；制作形成P型電極和N型電極，其中N型電極為階梯結構，N型電極的下端穿過所述絕緣介質(zhì)膜與N型層連接，N型電極的上端向P型電極的位置延伸，并且上端的N型電極與N型電極存在相同高度的或近似高度的共同錫焊面；P型電極和N型電極通過錫焊的方式固定在各自的PCB板上。本發(fā)明由于把倒裝LED芯片的N型電極與N型電極設置相同高度的或近似高度的共同錫焊面，因而增加了LED芯片倒裝工藝的封裝良率，避免了電極虛焊或脫焊的情形發(fā)生。
文檔編號H01L33/62GK102544296SQ201210043009
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權日2012年2月24日
發(fā)明者余麗 申請人:余麗