一種led發光單元的製備方法
2023-05-21 19:53:56 3
一種led發光單元的製備方法
【專利摘要】本發明公開一種LED發光單元的製備方法，包括如下步驟：1)在藍寶石襯底上生長一層類金剛石薄膜；2)在類金剛石薄膜上製備電極通孔；3)在所述類金剛石薄膜裸露的一面製備電極通孔陣列，同時在電極通孔內壁上電鍍一層金屬，並在電鍍有金屬的電極通孔處製備鍵合金屬；4)準備一具有紫外膠的基板，將所述類金剛石薄膜與基板的紫外膠貼合；5)採用雷射剝離的方式從藍寶石襯底與所述類金剛石薄膜的交界處將藍寶石襯底與類金剛石薄膜剝離；6)在類金剛石薄膜的另一面製備金屬圖案陣列，同時在所述電極通孔的底部鍍金屬；7)再進行LED晶片或晶圓鍵合；8)然後進行裂片分割，再在其底部利用紫外光照射使紫外膠喪失粘性而將所述基板分離。
【專利說明】一種LED發光單元的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種倒裝LED晶片的製造【技術領域】，尤其涉及一種LED發光單元的製備方法。
【背景技術】
[0002]隨著LED照明技術的發展，LED燈具照明對LED晶片的要求也越來越苛刻。通常對於大功率的照明應用，單顆LED晶片驅動功率需達3W以上甚至更高以獲得較高的光線輸出，在此功率特徵下，LED晶片發熱十分嚴重，傳統正裝晶片所採用金線封裝在如此高的電流密度、熱流密度下很難承受材料熱膨脹造成的應力衝擊。倒裝LED晶片是近些年新產生的LED晶片技術，因其電極位於晶片底部，出光面位於上部的結構特點，倒裝LED晶片可實現免金線封裝，大大提高LED器件的封裝效率。此外，倒裝LED晶片有源區更接近底部電極鍵合區域，底部電極與基板焊盤鍵合面積大，散熱路徑短，散熱特性優越，因此，倒裝LED晶片尤其適合大功率應用的需求。
[0003]但是，目前倒裝LED晶片及封裝結構仍存在以下技術限制:1、倒裝晶片目前通常採用共晶焊接方式進行晶片電極與基板的鍵合，由於鍵合面積大，晶片有源區接近電極，同時，晶片P，η電極分別鍵合於基板孤立的正負極焊盤上，因此晶片有源區極易受到基板應力的損傷。例如，常見的金屬電極材料銅的熱膨脹係數為17.5ppm/oC,銀為19.5ppm/oC,招為23.2ppm/oC,均大大高於晶片有源區氮化鎵的熱膨脹係數3.2ppm/oC(c軸)，5.6ppm/oC(a軸)。在較高的溫度下，材料間的膨脹失配極易造成晶片有源區的開裂，銀鏡層與外延層的剝離，造成漏電、開路等失效的產生。2、由於倒裝晶片的結構特點，為保證較高的發光面積，以及電流在η型GaN的擴散能力，需儘可能減小刻蝕掉的P型GaN的面積，同時又增大在η型GaN的電流擴散。主流的技術方案是在P型GaN表面製備陣列過孔到η型GaN，實現電流在η型GaN的良好擴散。但此技術方案會導致倒裝晶片P、η電極大小不等，P電極約為η型電極的1/7左右。一方面較小的電極尺寸對管芯安放的定位精度要求高，另一方面由於共晶焊接面積不同，應力分布不均勻，更容易造成應力的失效破壞。3、目前倒裝LED晶片必須依賴於封裝工序才能進行實際的照明應用，封裝基板材料通常為氧化鋁陶瓷，氧化鋁陶瓷基板雖然具有良好的絕緣性，但導熱率仍很低(約10W/m.K)。同時，由於陶瓷自身的脆性，基板較厚，通常在0.5mm以上，更加制約了晶片的散熱。
[0004]由此可見，如何提供一種LED發光單元的製備方法，實現體積小，熱阻低，消除應力，可實現晶片尺寸封裝的LED器件，這是本領域目前需要解決的技術問題。
【發明內容】
[0005]針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的在於提供一種LED發光單元的製備方法，可實現體積小，熱阻低，消除應力，可實現晶片尺寸封裝的LED器件。
[0006]為實現上述目的，本發明採用的技術方案是:
[0007]一種LED發光單元的製備方法，包括如下步驟:
[0008]I)在藍寶石襯底上生長一層類金剛石薄膜；
[0009]2)在所述類金剛石薄膜上製備電極通孔；
[0010]3)在所述類金剛石薄膜裸露的一面製備電極通孔陣列，同時在所述電極通孔內壁上電鍍一層金屬，並在電鍍有金屬的電極通孔處製備鍵合金屬；
[0011]4)準備一具有紫外膠的基板，將所述類金剛石薄膜與所述基板的紫外膠貼合；
[0012]5)採用雷射剝離的方式從所述藍寶石襯底與所述類金剛石薄膜的交界處將所述藍寶石襯底與所述類金剛石薄膜剝離；
[0013]6)在所述類金剛石薄膜的另一面製備金屬圖案陣列，同時在所述電極通孔的底部鍍金屬；
[0014]7)再進行LED晶片或晶圓鍵合；
[0015]8)然後進行裂片分割，再在其底部利用紫外光照射使紫外膠喪失粘性而將所述基板分離。
[0016]優選地，步驟I)具體為:將藍寶石襯底在丙酮溶液中進行超聲清洗，然後烘乾，利用化學氣象沉積設備，在Ar氣氛圍下，在藍寶石襯底上生長一層類金剛石薄膜。
[0017]優選地，步驟I)中，烘乾在80°C?90°C的烤箱中進行。
[0018]優選地，步驟I)中，超聲清洗的時間為10?20分鐘。
[0019]優選地，當步驟7)中進行LED晶片鍵合時，步驟8)中所述的裂片分割具體為:將所述類金剛石薄膜從相鄰LED晶片之間割裂；當步驟7)中進行晶圓鍵合時，步驟8)中所述的裂片分割具體為:將所述晶圓及所述類金剛石薄膜從相鄰電極通孔之間割裂。
[0020]優選地，步驟I)中，薄膜的厚度大於4 μ m。
[0021]優選地，步驟3)中，在電極通孔內壁上電鍍的一層金屬為Au、Au與Su合金、Ag或是Cu，其厚度為0.1 μ m?3 μ m。
[0022]優選地，步驟4)中，具有紫外膠的基板的製備方法為:取一塊清洗烘乾過的藍寶石襯底，在一面旋塗一層厚度為I μ m?3 μ m的紫外膠。
[0023]優選地，步驟6)中，在電極通孔底部鍍金屬的厚度為0.1ym?3μπι。
[0024]優選地，步驟7)中，晶片或晶圓的電極焊盤大小、形狀與位置與類金剛石薄膜基板上表面的電極焊盤大小，形狀及位置相匹配。
[0025]優選地，步驟4)中，所述基板為藍寶石基板。
[0026]與現有技術相比，本發明具有如下優點:
[0027]本發明的LED發光單元的製備方法，先在藍寶石襯底上設置生長一層類金剛石薄膜，在薄膜上製備電極通孔、在一面設置電極後，將該設置薄膜的藍寶石襯底與一具有紫外膠的基板粘貼，然後利用雷射剝離將薄膜DLC (類金剛石薄膜)基板與藍寶石襯底分離，從而使薄膜的另一面暴露於外部，在另一面製作電極，通過紫外光照射，可使紫外膠喪失粘性，從而使薄膜與基板分離，本發明可實現薄膜型DLC基板的單獨製備，也可實現晶圓級固晶，單顆晶片的整板固晶，實施方式靈活。本發明可直接嵌入現有倒裝LED器件的製造流程中，替換原有基板結構，無需改變現有倒裝晶片、器件的設備，易於實現。由於本發明中所用的類金剛石薄膜厚度薄，導熱率高，可使封裝完的器件具有體積小，熱阻低的特點，同時由於類金剛石薄膜的熱膨脹係數與晶片GaN層類似，在溫度變化情況下層間失配小，內應力小。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1為本發明一種LED發光單元的製備方法實施例一的流程圖；
[0029]圖2為實施例一步驟SOl中襯底上生長類金剛石薄膜後的結構示意圖；
[0030]圖3為實施例一步驟S02中薄膜上製備電極通孔後的結構示意圖；
[0031]圖4為實施例一步驟S03中薄膜上製備電極後的結構示意圖；
[0032]圖5為實施例一步驟S04中具有紫外膠的基板的結構示意圖；
[0033]圖6為實施例一步驟S04中薄膜製備電極後的藍寶石襯底與具有紫外膠的基板粘合後的結構示意圖；
[0034]圖7為實施例一步驟S05中藍寶石襯底與薄膜剝離後的結構示意圖；
[0035]圖8為實施例一步驟S06中在薄膜剝離藍寶石襯底後露出的一面上設置電極後的結構示意圖；
[0036]圖9為實施例一步驟S07中固晶後的結構示意圖；
[0037]圖10為實施例一步驟S08中裂片後的結構示意圖；
[0038]圖11為實施例一步驟S08中紫外光照射後將基板剝離後得到的倒裝LED晶片的結構示意圖；
[0039]圖12為實施例二步驟S07固晶後的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0040]為使本發明的技術方案更加清楚，以下結合附圖通過具體的實施例來對本發明進行詳細說明。
[0041]實施例一
[0042]圖1為本發明實施例一中LED發光單元的製備方法的流程圖。
[0043]本實施例中LED發光單元的製備方法，具體包括以下步驟:
[0044]S01、生長類金剛石薄膜
[0045]如圖2所示，將藍寶石襯底I在丙酮溶液中進行超聲清洗15分鐘，並在85°C烤箱烘乾，利用化學氣象沉積設備，在Ar氣氛圍下，在藍寶石襯底I上生長一層類金剛石薄膜2，厚度大於4 μ m。
[0046]S02、製備電極通孔，如圖3所示，採用等離子蝕刻的方法，在SOl步驟製成的類金剛石薄膜2上製備電極通孔21。
[0047]S03、圖形化電極製備，如圖4所示，利用光卡，電子書蒸鍍(EBM)技術在類金剛石薄膜2上表面製備金屬圖案陣列，同時在電極通孔內壁上電鍍一層金屬22，該金屬可以是Au、Au與Su合金、Ag或是Cu，其厚度範圍為0.1-3 μ m,然後在電鍍有金屬的電極通孔處製備鍵合金屬23，該電極圖案可以與倒裝LED晶片底部電極不同，其面積也可以是等大的，與基板的兼容性更強，對生產設備及工藝要求低。
[0048]S04、將S03粘貼在具有紫外膠的基板3上
[0049]如圖6所示，將S03步驟中製備好的樣品粘貼在具有紫外膠的基板3上，上述過程中製備的具有電極的類金剛石薄膜2與紫外膠相連接。
[0050]此過程之前還包括一個非必要過程，即在藍寶石襯底上塗覆紫外膠，如圖5所示:取一塊清洗烘乾過的藍寶石襯底，在一面旋塗一層厚度為1-3 μ m的紫外膠31，所述紫外膠31在紫外照射下可喪失粘性。
[0051]S05、剝離襯底
[0052]如圖7所示:利用雷射剝離的方法，將S04步驟得到的樣品從藍寶石襯底I與類金剛石薄膜2交界面處剝離開來，取出藍寶石襯底。
[0053]S06、製備第二面電極
[0054]如圖8所示:通過光刻，電子束蒸鍍在S05步驟得到的樣品的類金剛石薄膜2面製備金屬圖案陣列，該陣列圖案與倒裝LED晶片底部電極圖案相匹配，同時在電極通孔底部鍍上金屬24，實現晶片電極與類金剛石薄膜的背面的電路連接，所述金屬24可以是Au、Au與Su的合金、Ag或是Cu，厚度範圍為0.Ιμπι?3μπι。
[0055]S07、固晶
[0056]參見圖9，將S06步驟中得到的具有雙面電極的類金剛石薄膜藍寶石基板進行LED晶片鍵合，其中每顆LED晶片4的焊盤大小、形狀與位置同具有雙面電極的類金剛石薄膜藍寶石基板2上表面的電極大小，形狀及位置相匹配。
[0057]S08、裂片
[0058]如圖10所示，將S07步驟得到的在具有雙面電極的類金剛石薄膜藍寶石基板上完成固晶的樣品進行裂片分割，即:將相鄰LED晶片之間的薄膜分割，然後在其底部利用紫外光照射使得紫外膠喪失粘性，從而得到了具有類金剛石薄膜的倒裝LED晶片，如圖11所示。
[0059]本實施例中的類金剛石薄膜的厚度僅4μπι左右，且利用氣相沉積方法實現其製備，因此必須具有載體。此外，為實現LED晶片的安放，必須考慮基板的裝夾。本發明提出的方法採用透明的藍寶石作為襯底，並利用雷射剝離方法實現類金剛石薄膜與藍寶石襯底的分離，克服了 LED晶片安放時類金剛石薄膜基板的裝夾問題。
[0060]本發明在製作方法中採用具有紫外膠的藍寶石基板，在紫外光照射的情況下紫外膠喪失粘性，即可使薄膜與基板剝離，不會給類金剛石薄膜在剝離基板的過程中帶來傷害。
[0061]實施例二
[0062]與實施例一不同的是，本實施例的LED發光單元的製備方法，如圖12所示，步驟S07中，採用晶圓與具有雙面電極的類金剛石薄膜藍寶石基板進行鍵合，再進行下一步裂片處理，即:將相鄰電極通孔之間的晶圓裂開、薄膜2裂開，其餘步驟均與實施例一的各步驟相同，此處不再贅述。
[0063]以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出的是，上述優選實施方式不應視為對本發明的限制，本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明的精神和範圍內，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種LED發光單元的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟: 1)在藍寶石襯底上生長一層類金剛石薄膜； 2)在所述類金剛石薄膜上製備電極通孔； 3)在所述類金剛石薄膜裸露的一面製備電極通孔陣列，同時在所述電極通孔內壁上電鍍一層金屬，並在電鍍有金屬的電極通孔處製備鍵合金屬； 4)準備一具有紫外膠的基板，將所述類金剛石薄膜與所述基板的紫外膠貼合； 5)採用雷射剝離的方式從所述藍寶石襯底與所述類金剛石薄膜的交界處將所述藍寶石襯底與所述類金剛石薄膜剝離； 6)在所述類金剛石薄膜的另一面製備電極通孔陣列，同時在所述電極通孔的底部鍍金屬； 7)再進行LED晶片或晶圓鍵合； 8)然後進行裂片分割，再在其底部利用紫外光照射使紫外膠喪失粘性而將所述基板分離。
2.如權利要求1所述的LED發光單元的製備方法，其特徵在於，步驟I)具體為:將藍寶石襯底在丙酮溶液中進行超聲清洗，然後烘乾，利用化學氣象沉積設備，在Ar氣氛圍下，在藍寶石襯底上生長一層類金剛石薄膜。
3.如權利要求2所述的LED發光單元的製備方法，其特徵在於，步驟I)中，烘乾在80 V?90 V的烤箱中進行。
4.如權利要求2所述的LED發光單元的製備方法，其特徵在於，步驟I)中，超聲清洗的時間為10?20分鐘。
5.如權利要求1所述的LED發光單元的製備方法，其特徵在於，當步驟7)中進行LED晶片鍵合時，步驟8)中所述的裂片分割具體為:將所述類金剛石薄膜從相鄰LED晶片之間割裂；當步驟7)中進行晶圓鍵合時，步驟8)中所述的裂片分割具體為:將所述晶圓及所述類金剛石薄膜從相鄰電極通孔之間割裂。
6.如權利要求1所述的LED發光單元的製備方法，其特徵在於，步驟I)中，薄膜的厚度大於4 μ m。
7.如權利要求1所述的LED發光單元的製備方法，其特徵在於，步驟3)中，在電極通孔內壁上電鍍的一層金屬為Au、Au與Su合金、Ag或是Cu,其厚度為0.1 μ m?3 μ m。
8.如權利要求1所述的LED發光單元的製備方法，其特徵在於，步驟4)中，具有紫外膠的基板的製備方法為:取一塊清洗烘乾過的藍寶石襯底，在一面旋塗一層厚度為Iym?3μπι的紫外膠。
9.如權利要求1所述的LED發光單元的製備方法，其特徵在於，步驟6)中，在電極通孔底部鍍金屬的厚度為0.1 μ m?3 μ m。
10.如權利要求1所述的LED發光單元的製備方法，其特徵在於，步驟7)中，晶片或晶圓的電極焊盤大小、形狀與位置與類金剛石薄膜基板上表面的電極焊盤大小，形狀及位置相匹配。
11.如權利要求1所述的LED發光單元的製備方法，其特徵在於，步驟4)中，所述基板為藍寶石基板。
【文檔編號】H01L33/62GK104347787SQ201410522187
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年9月30日 優先權日:2014年9月30日
【發明者】丁鑫銳, 李宏浩, 李宗濤, 吳燦標 申請人:佛山市國星光電股份有限公司