基於矽基板通孔技術倒裝晶片的發光二極體及其製造工藝的製作方法
2023-09-19 22:41:10 2
專利名稱：基於矽基板通孔技術倒裝晶片的發光二極體及其製造工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於矽基板通孔技術倒裝晶片的發光二極體及其製造工藝，該發明將倒裝發光二極體晶片與有通孔的矽基板直接通過共晶鍵合在一起，無需金絲鍵合，工藝簡單，可靠性高。
背景技術：
LED作為新一代照明光源，具有發光效率高、壽命長、綠色環保三大優勢，伴隨著外延、封裝技術的不斷提高，已經逐步應用於普通照明領域。目前大部分的LED失效並不是LED晶片本身失效，而是封裝的金絲焊點接觸不良、脫落、冷熱膨脹斷裂等原因造成的，伴隨著高集成封裝趨勢的發展，對可靠性的要求也越來越高，因此如何提高LED封裝器件的可靠性是一個非常困難但是又必須去接軍的瓶頸。
發明內容
本發明的目的在於針對已有技術存在的缺陷，提供一種基於矽基板通孔技術倒裝晶片的發光二極體及其製造工藝，本發光二極體晶片提高了大功率發光二極體(LED)無需金絲鍵合，直接通過固晶焊接就可以完成電極的連接，無需再進行金絲鍵合，此技術有利於在大規模晶片級封裝的開展，而且此技術不僅通過通孔提高了散熱性能，而且提高了 LED晶片封裝的可靠性。為達到上述目的，本發明的構思是針對當前大功率LED存在的結構缺陷，通過通孔技術，將η型電極引至與P型電極共面，然後通過共晶技術與帶有通孔的矽基板直接鍵合，無須金絲；可以直接把螢光層(陶瓷螢光晶片)與晶片表面粘結在一起，提高出光均勻性；而且矽基板有通孔，因此可以直接把電極引至矽基板背面。根據上述的發明構思，本發明採用下述技術方案
一種基於矽基板通孔技術倒裝晶片的發光二極體，包括螢光層、η型電流擴展層、發光層、P型電流擴展層、金屬反光層、P型電極焊盤、金屬通孔、絕緣層、η型電極焊盤、矽基板線路層、矽基板絕緣層、矽基板負電極焊盤、矽基板電極金屬通孔、矽基板正電極焊盤、矽基板通孔絕緣層、晶片藍寶石襯底、矽基板；其特徵在於在藍寶石襯底上依次生長有η型電流擴展層、發光層、P型電流擴展層、金屬反光層、P型電極焊盤；通過金屬通孔將η型電流擴展層與η型電極焊盤相連接，η型電極焊盤與矽基板線路層通過共晶連接在一起，並通過矽基板電極金屬通孔連接到矽基板背面的矽基板負電極焊盤，P型電流擴展層依次通過P型電極焊盤、矽基板線路層、矽基板電極金屬通孔與矽基板正電極焊盤相連接。—種製造上述的基於娃基板通孔技術倒裝晶片的發光二極體及其製造工藝,其特徵在於工藝步驟如下
1)在在藍寶石襯底上依次製作η型電流擴展層、發光層、P型電流擴展層、金屬反光層、P型電極焊盤，製作成發光二極體晶片；
2)通過刻蝕技術或者雷射技術在發光二極體晶片、矽基板上進行通孔製作，並在通孔周壁分別製作絕緣層、矽基板通孔絕緣層後進行金屬通孔、電極金屬通孔的製作；
3)分別在晶片電極表面、矽基板表面進行金屬層η型電極焊盤、矽基板線路層、矽基板負電極焊盤、矽基板正電極焊盤的製作；
4)將發光二極體晶片、矽基板進行切割，並通過共晶技術將發光二級管晶片與矽基板進行焊接；
5)將螢光層與藍寶石襯底粘結在一起；
6)灌封膠灌封完成整個發光二極體器件的封裝。根據上述基於矽基板通孔技術倒裝晶片的發光二極體的製造工藝，其特徵在於所述的η型電流擴展層通過金屬通孔連接到η型電極焊盤；所述的發光二級管晶片為倒裝晶片直接與矽基板通過金錫共晶連接，無須金絲鍵合；上述藍寶石襯底通過減薄並進行表面微結構製作直徑20-500nm、間距100_1500nm、高度20_200nm的微結構(或者雷射剝離)；上述矽基板通過刻蝕技術或者雷射技術製作有電極金屬通孔，將η型電極焊盤與P型電極焊盤引至矽基板底面；上述螢光層是採用預先用模具製作好的相應尺寸的螢光膠、或者採用透明陶瓷技術，製作的陶瓷螢光晶片技術製作的螢光層，並在螢光晶片或者螢光膠片上表面進行粗化處理(表面微結構製作如直徑20-500nm、間距100_1500nm、高度20_200nm的微結構)，然後直接覆蓋於發光二極體發光面上；上述η型電極焊盤、P型電極焊盤通過共晶技術與矽基板線路層)進行連接；所述的P型電極焊盤、η型電極焊盤表面鍍有待金錫共晶的金錫層(厚度為I飛微米)；其中上述金屬通孔、絕緣層製作之前首先通過刻蝕技術或者雷射技術進行制孔。本發明的基於矽基板通孔技術的倒裝發光二極體晶片與傳統晶片結構相比具有顯而易見的突出實質性特點和進步無須金絲鍵合、螢光層均勻、尺寸結構緊湊，提高了發光二級管的可靠性和出光均勻性。
圖I是本發明發光二極體器件截面圖 圖2是本發明晶片底面圖
圖3是本發明基板底面圖。
具體實施例方式本發明的一個優選實施例結合
如下
實施例一
參見圖1，圖2，圖3，本基於矽基板通孔技術的倒裝晶片的發光二極體，包括螢光層I、η型電流擴展層2、發光層3、ρ型電流擴展層4、金屬反光層5、ρ型電極焊盤6、金屬通孔7、絕緣層8、η型電極焊盤9、矽基板線路層10、矽基板絕緣層11、矽基板負電極焊盤12、矽基板電極金屬通孔13、矽基板正電極焊盤14、矽基板通孔絕緣層15、晶片藍寶石襯底17、矽基板16 ;其特徵在於在藍寶石襯底17上依次生長有η型電流擴展層2、發光層3、P型電流擴展層4、金屬反光層5、P型電極焊盤6 ;通過金屬通孔7將η型電流擴展層2與η型電極焊盤9相連接，η型電極焊盤9與矽基板線路層10通過共晶連接在一起，並通過矽基板電極金屬通孔13連接到矽基板背面的矽基板負電極焊盤12，ρ型電流擴展層4依次通過P型電極焊盤6、矽基板線路層10、矽基板電極金屬通孔13與矽基板正電極焊盤14相連接。實施例二
上述發光二極體的製備工藝如下
首先在在藍寶石襯底17上依次製作η型電流擴展層2、發光層3、ρ型電流擴展層4、金屬反光層5、ρ型電極焊盤6,製作成發光二極體晶片；通過刻蝕技術或者雷射技術在發光二極體晶片、矽基板上進行通孔製作，並在通孔周壁分別製作絕緣層8、矽基板通孔絕緣層15後進行金屬通孔7、電極金屬通孔13的製作；然後分別在晶片電極表面、矽基板表面進行金屬層η型電極焊盤9、矽基板線路層10、矽基板負電極焊盤12、矽 基板正電極焊盤14的製作；將發光二極體晶片、矽基板進行切割，並通過共晶技術將發光二級管晶片與矽基板進行焊接；將螢光層I與藍寶石襯底17粘結在一起；最後灌封膠灌封完成整個發光二極體器件的封裝。實施例三
本實施例與實施例二基本相同，特別之處如下
所述的藍寶石襯底17通過減薄並進行表面微結構製作直徑20-500nm、間距100-1500nm、高度20_200nm的微結構(或者雷射剝離);所述的矽基板16通過刻蝕技術或者雷射技術製作有電極金屬通孔13，將η型電極焊盤9與P型電極焊盤6引至矽基板16底面；所述的螢光層I是採用預先用模具製作好的相應尺寸的螢光膠、或者採用透明陶瓷技術，製作的陶瓷螢光晶片技術製作的螢光層1，並在螢光晶片或者螢光膠片上表面進行粗化處理(納米、微米級微結構)，然後直接覆蓋於發光二極體發光面上；所述的η型電極焊盤9、P型電極焊盤6通過共晶技術與矽基板線路層10進行連接；所述的P型電極焊盤6、η型電極焊盤9表面鍍有待金錫共晶的金錫層，厚度為f 6微米；所述的金屬通孔7、絕緣層8製作之前首先通過刻蝕技術或者雷射技術進行制孔。
權利要求
1.一種基於矽基板通孔技術倒裝晶片的發光二極體，包括螢光層(I)、n型電流擴展層(2)、發光層(3)、p型電流擴展層(4)、金屬反光層(5)、p型電極焊盤(6)、金屬通孔(7)、絕緣層(8)、n型電極焊盤(9)、矽基板線路層(10)、矽基板絕緣層(11)、矽基板負電極焊盤(12)、矽基板電極金屬通孔(13)、矽基板正電極焊盤(14)、矽基板通孔絕緣層(15)、晶片藍寶石襯底(17)、矽基板(16);其特徵在於在藍寶石襯底(17)上依次生長有n型電流擴展層(2)、發光層(3)、p型電流擴展層(4)、金屬反光層(5)、p型電極焊盤(6);通過金屬通孔(7)將n型電流擴展層(2 )與n型電極焊盤(9 )相連接，n型電極焊盤(9 )與矽基板線路層(10 )通過共晶連接在一起，並通過矽基板電極金屬通孔(13)連接到矽基板(16)背面的矽基板負電極焊盤(12)，p型電流擴展層(4)依次通過p型電極焊盤(6)、矽基板線路層(10)、矽基板電極金屬通孔(13)與矽基板正電極焊盤(14 )相連接。
2.一種製造根據權利I要求所述的基於矽基板通孔技術倒裝晶片的發光二極體的製造工藝，其特徵在於工藝步驟如下 1)在在藍寶石襯底(17)上依次製作n型電流擴展層(2 )、發光層(3 )、p型電流擴展層(4)、金屬反光層(5)、p型電極焊盤(6)，製作成發光二極體晶片； 2)通過刻蝕技術或者雷射技術在發光二極體晶片、矽基板上進行通孔製作，並在通孔周壁分別製作絕緣層(8)、矽基板通孔絕緣層(15)後進行金屬通孔(7)、電極金屬通孔(13)的製作； 3)分別在晶片電極表面、矽基板表面進行金屬層n型電極焊盤(9)、矽基板線路層(10)、矽基板負電極焊盤(12)、矽基板正電極焊盤(14)的製作； 4)將發光二極體晶片、矽基板進行切割，並通過共晶技術將發光二級管晶片與矽基板進行焊接； 5)將螢光層(I)與藍寶石襯底(17)粘結在一起； 6)灌封膠灌封完成整個發光二極體器件的封裝。
3.根據權利要求2所述的基於矽基板通孔技術倒裝晶片的發光二極體的製造工藝，其特徵在於所述的藍寶石襯底(17)通過減薄並進行表面微結構製作直徑20-500nm、間距100-1500nm、高度20_200nm的微結構(或者雷射剝離);所述的矽基板(16)通過刻蝕技術或者雷射技術製作有電極金屬通孔(13)，將n型電極焊盤(9)與p型電極焊盤(6)引至矽基板(16)底面；所述的螢光層(I)是採用預先用模具製作好的相應尺寸的螢光膠、或者採用透明陶瓷技術，製作的陶瓷螢光晶片技術製作的螢光層(1)，並在螢光晶片或者螢光膠片上表面進行粗化處理(納米、微米級微結構)，然後直接覆蓋於發光二極體發光面上；所述的n型電極焊盤(9)、p型電極焊盤(6)通過共晶技術與矽基板線路層(10)進行連接；所述的p型電極焊盤(6)、n型電極焊盤(9)表面鍍有待金錫共晶的金錫層，厚度為f 6微米；所述的金屬通孔(7)、絕緣層(8)製作之前首先通過刻蝕技術或者雷射技術進行制孔。
全文摘要
本發明涉及了一種基於矽基板通孔技術倒裝晶片的發光二極體及其製造工藝。本發光二極體包括螢光層、n型電流擴展層、發光層、p型電流擴展層、金屬反光層、p型電極焊盤、金屬通孔、絕緣層、n型電極焊盤、矽基板線路層、矽基板絕緣層、矽基板、矽基板負電極、矽基板負電極金屬通孔、矽基板正電極金屬通孔、矽基板正電極焊盤、矽基板通孔絕緣層、晶片藍寶石襯底。針對當前大功率LED存在的結構缺陷，提供一種基於矽基板通孔技術倒裝晶片的發光二極體及其製造工藝，通過刻蝕技術或者雷射技術分別在倒裝LED晶片及矽基板上製作出通孔電極、並進行共晶焊接完成封裝。本發光二極體器件無需金絲鍵合，此技術有利於在大規模晶片級封裝的開展，而且此技術不僅通過通孔提高了散熱性能，而且提高了LED晶片封裝的可靠性。
文檔編號H01L33/36GK102769086SQ201210234808
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月9日 優先權日2012年7月9日
發明者付美娟, 張建華, 殷錄橋, 翁菲 申請人:上海大學