U槽led集成晶片的製作方法

2023-12-03 00:56:26

專利名稱：U槽led集成晶片的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種U槽LED集成晶片。
背景技術：
倒裝晶片技術是當今最先進的微電子封裝技術之一，它既是一種晶片互連技術，又是一種理想的晶片粘接技術，它將電路組裝密度提升到了一個新的高度。在所有表面安裝技術中，倒裝晶片可以達到最小、最薄的封裝，隨著電子產品體積的進一步縮小，倒裝晶片的應用將會越來越廣泛。
將LED裸晶片倒扣在矽襯底上的封裝形式稱為倒裝LED。傳統的倒裝LED為平面型結構，如圖1所示，它包括LED裸晶片和矽襯底2，所述LED裸晶片由襯底10和N型外延層11、P型外延層12組成，所述矽襯底2頂面有兩個分離的沉積金屬層30、31，所述P型外延層12、所述N型外延層11分別通過焊球40、41焊接在所述金屬層30、31上，所述金屬層30、31與所述矽襯底2的結合區分別還有一個與所述矽襯底2極性相反的隔離層20、21，用於隔離所述金屬層30、31與所述矽襯底2，起到保護的作用。這種傳統的倒裝LED的PN結在正面、側面和底面上均會發光，但是由於側面及底面發出的光都被散射出去，因而沒有被充分利用，造成LED的發光效率較低，使得正面出光的強度降低。
正裝晶片技術是傳統的微電子封裝技術，其技術成熟，應用範圍最廣泛。目前絕大多數LED均為正裝LED，LED裸晶片正裝在一個帶有反射杯的支架上，其P型外延層、N型外延層分別通過金屬線焊接在陽極和陰極引線上，這種正裝LED雖然有反射杯，可反射側面的光使其從正面射出，但是效果仍然不夠好，正面出光會被金屬焊線遮蔽，如襯底為絕熱材料時，其散熱性差。同時，這種正裝LED較難實現多晶片集成。
現有的功率型LED晶片都是採用一個LED裸晶片，其製造成本較高，且發光效率較低；其所有熱量都是通過若干個焊球或焊線傳導散熱，由於晶片面積較大，熱源集中，因此散熱效果不好。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術上的不足，提供一種製造成本低、發光效率高、散熱效果好的U槽LED集成晶片。
本實用新型所採用的技術方案是本實用新型包括若干個LED裸晶片和矽襯底，所述LED裸晶片包括襯底和N型外延層、P型外延層，所述矽襯底頂面於每個所述LED裸晶片處有兩個分離的沉積金屬層，所述P型外延層、所述N型外延層分別通過焊球倒裝或通過金屬線正裝焊接在所述金屬層上，所述金屬層與所述矽襯底的結合區分別還有一個摻雜的隔離層I，所述矽襯底上表面有若干個U型凹槽，若干個所述LED裸晶片對應位於若干個所述U型凹槽內，若干個所述LED裸晶片之間通過所述金屬層相連接並引出陽極接點和陰極接點，所述U型凹槽內有透明絕緣的填充樹脂，所述金屬層覆蓋於各所述U型凹槽的底面和側面，所述金屬層的外表面為反光面，各所述LED裸晶片對應的所述金屬層與所述矽襯底之間設有隔離層II。
若干個所述LED裸晶片之間並聯或串聯或串並聯組合連接。
所述矽襯底為100晶向的矽襯底，所述U型凹槽為四稜台體形狀，所述U型凹槽的各側面與所述矽襯底頂面之間的夾角均為54.7°。
本實用新型還包括保護層，所述保護層覆蓋於所述金屬層外表面。
所述矽襯底為P型或N型，所述隔離層I與所述矽襯底極性相反，所述填充樹脂內混有螢光粉，所述焊球為金球栓或銅球栓或錫球，所述金屬線為金線或鋁線或銅線，所述金屬層為金屬鋁或矽鋁合金。
本實用新型的有益效果是由於本實用新型所述矽襯底上表面有若干個U型凹槽，若干個所述LED裸晶片對應位於若干個所述U型凹槽內，所述金屬層覆蓋於所述U型凹槽的底面和側面，所述LED裸晶片的PN結在側面和底面發出的光線遇到所述凹槽的側面和底面覆蓋的所述金屬層會發生反射，反射的光線又從正面射出，這樣，無論是從PN結的正面、底面還是側面發出的光都得到了有效利用，不會造成側面及底面光的浪費，提高了發光效率，故本實用新型發光效率高、正面出光強度高；由於本實用新型若干個所述LED裸晶片之間通過所述金屬層相連接並引出陽極接點和陰極接點，多個所述LED裸晶片分布面積廣，發光效果更好，且製造成本比採用一個LED裸晶片的功率型LED晶片更低，每個所述LED裸晶片通過與其相接的兩個所述焊球或金屬焊線將熱量傳到所述金屬層，並通過所述隔離層將熱量傳給所述矽襯底，所述金屬層的面積較大，覆蓋了所述U型凹槽的底面和側面，熱源較分散，散熱效果好，使用壽命長，故本實用新型發光效率高、散熱效果好、使用壽命長。


圖1是傳統倒裝LED集成晶片的結構示意圖；圖2是本實用新型實施例一的平面布置結構示意圖；圖3是圖2所示U槽LED集成晶片的電路原理圖；圖4是本實用新型實施例二的平面布置結構示意圖；圖5是圖4所示U槽LED集成晶片的電路原理圖；圖6是本實用新型實施例三的平面布置結構示意圖；圖7是圖6所示U槽LED集成晶片的電路原理圖；圖8是本實用新型實施例四的平面布置結構示意圖；圖9是圖8所示U槽LED集成晶片的電路原理圖；圖10是圖2、圖4、圖6、圖8所示U槽倒裝LED集成晶片的A-A剖面結構示意圖；圖11是圖2、圖4、圖6、圖8所示U槽正裝LED集成晶片的A-A剖面結構示意圖。
體實施方式實施例一如圖2、圖3、圖10所示，本實施例的U槽倒裝LED集成晶片包括九個LED裸晶片1和矽襯底2，所述LED裸晶片1包括藍寶石(Al2O3)襯底10和氮化鎵(GaN)N型外延層11、P型外延層12，當然，所述襯底10也可以為碳化矽(SiC)等其他材料的襯底，所述矽襯底2為100晶向的P型矽襯底，所述矽襯底2上表面有九個U型凹槽，各所述LED裸晶片1分別位於各所述U型凹槽內。所述矽襯底2頂面於每個所述LED裸晶片1處有兩個分離的沉積金屬層32、33，所述金屬層32、33為金屬鋁，當然也可以採用矽鋁合金，所述金屬層32、33覆蓋於所述U型凹槽的底面和側面，所述金屬層32、33的外表面為反光面，所述金屬層32、33既是電極又是側面及底面光線的反光體，所述P型外延層12、所述N型外延層11分別通過焊球40、41倒裝焊接在所述金屬層32、33上，所述焊球40、41為金球栓，當然也可以為銅球栓或錫球，所述金屬層32、33與所述矽襯底2的結合區分別還有一個摻雜磷、砷等材料的N型隔離層I 22、23，用於隔離所述金屬層32、33與所述矽襯底2，防止所述金屬層32、33之間漏電或短路，同時所述隔離層I 22、23與所述矽襯底2之間也構成一個靜電保護二極體，也可起到在封裝過程中靜電保護的作用，同時所述隔離層22、23將所述LED裸晶片1傳給所述金屬層32、33的熱量再傳遞給所述矽襯底2，起到良好的導熱、散熱作用。所述U型凹槽內有透明絕緣的填充樹脂7，所述填充樹脂7內混有螢光粉，所述LED裸晶片1經所述藍寶石襯底10發出的藍色光激勵所述螢光粉發出黃色光，兩種顏色的光混合，最終向外發出白色光，所述金屬層32、33與所述矽襯底2之間各有一個隔離層II 51、53，所述金屬層32、33之間還有一個工藝過程中形成的隔離層II 52。所述U槽倒裝LED集成晶片還包括保護層6，所述保護層6覆蓋於所述金屬層32、33外表面，以防止所述金屬層32、33短路，所述保護層6採用二氧化矽(SiO2)材料，當然也可以採用氮化矽(SiN)等其他材料。所述U型凹槽為正四稜台體形狀，所述U型凹槽的側面與所述矽襯底2頂面之間的夾角為54.7°，當然所述U型凹槽也可以為上、下底面為矩形的四稜台體形狀。當然，所述矽襯底2也可以為100晶向的N型矽襯底，此時，所述隔離層I 22、23為摻雜硼等材料的P型隔離層。各所述LED裸晶片1之間通過所述金屬層32、33相併聯連接並引出陽極接點80和陰極接點81，即所述陽極接點80和所述陰極接點81之間的所有LED裸晶片1相併聯。
實施例二如圖4、圖5、圖10所示，本實施例與實施例一的不同之處在於各所述LED裸晶片1之間通過所述金屬層32、33的連接方式——本實施例各所述LED裸晶片1之間相串聯連接，即所述陽極接點80和所述陰極接點81之間的所有LED裸晶片1相串聯。其餘與實施例一相同。
實施例三如圖6、圖7、圖10所示，本實施例與實施例一的不同之處在於各所述LED裸晶片1之間通過所述金屬層32、33的連接方式——本實施例各所述LED裸晶片1之間先每三個串聯成一組，再將三組相併聯連接。其餘與實施例一相同。
實施例四如圖8、圖9、圖10所示，本實施例與實施例一的不同之處在於各所述LED裸晶片1之間通過所述金屬層32、33的連接方式——本實施例各所述LED裸晶片1之間先每三個並聯成一組，再將三組相串聯連接。其餘與實施例一相同。
實施例五如圖2～圖9、圖11所示，本實施例與實施例一～四的不同之處在於本實施例的U槽LED集成晶片的各所述LED裸晶片1為正裝封裝型式，用銀膠9將LED裸晶片1正裝在所述U型凹槽的底部，再將連接LED裸晶片1的所述P型外延層12、所述N型外延層11焊點的所述金屬線45、46焊接於保護層的兩個開口內的所述金屬層32、33上，所述金屬線45、46為金線，當然也可以為鋁線或銅線；各所述LED裸晶片1之間通過所述金屬層32、33的連接方式為串聯或並聯或串並聯組合連接；所述隔離層II由氧化層54、55、56、57和氮化矽層84、85、86、87組成。
本實用新型所述LED裸晶片1及所述U型凹槽的數量不限於九個，實施例中僅是舉例說明。
本實用新型將若干個所述LED裸晶片1集成在一個所述矽襯底2上，發光效率高，散熱效果好，使用壽命長。
本實用新型可廣泛應用於LED領域。
權利要求1.一種U槽LED集成晶片，包括若干個LED裸晶片(1)和矽襯底(2)，所述LED裸晶片包括襯底(10)和N型外延層(11)、P型外延層(12)，所述矽襯底(2)頂面於每個所述LED裸晶片處有兩個分離的沉積金屬層(32、33)，所述P型外延層(12)、所述N型外延層(11)分別通過焊球(40、41)倒裝或通過金屬線(45、46)正裝焊接在所述金屬層(32、33)上，所述金屬層(32、33)與所述矽襯底(2)的結合區分別還有一個摻雜的隔離層I(22、23)，其特徵在於所述矽襯底(2)上表面有若干個U型凹槽，若干個所述LED裸晶片對應位於若干個所述U型凹槽內，若干個所述LED裸晶片之間通過所述金屬層(32、33)相連接並引出陽極接點(80)和陰極接點(81)，所述U型凹槽內有透明絕緣的填充樹脂(7)，所述金屬層(32、33)覆蓋於各所述U型凹槽的底面和側面，所述金屬層(32、33)的外表面為反光面，各所述LED裸晶片對應的所述金屬層(32、33)與所述矽襯底(2)之間設有隔離層II。
2.根據權利要求1所述的U槽LED集成晶片，其特徵在於若干個所述LED裸晶片之間並聯或串聯或串並聯組合連接。
3.根據權利要求1或2所述的U槽LED集成晶片，其特徵在於所述矽襯底(2)為100晶向的矽襯底，所述U型凹槽為四稜台體形狀，所述U型凹槽的各側面與所述矽襯底(2)頂面之間的夾角均為54.7°。
4.根據權利要求1或2所述的U槽LED集成晶片，其特徵在於它還包括保護層(6)，所述保護層(6)覆蓋於所述金屬層(32、33)外表面。
5.根據權利要求1或2所述的U槽LED集成晶片，其特徵在於所述矽襯底(2)為P型或N型，所述隔離層I(22、23)與所述矽襯底(2)極性相反，所述填充樹脂(7)內混有螢光粉，所述焊球(40、41)為金球栓或銅球栓或錫球，所述金屬線(45、46)為金線或鋁線或銅線，所述金屬層(32、33)為金屬鋁或矽鋁合金。
專利摘要本實用新型公開了一種製造成本低、發光效率高、散熱效果好的U槽LED集成晶片。本實用新型包括若干個LED裸晶片和矽襯底，LED裸晶片包括N型外延層、P型外延層，矽襯底頂面於所述LED裸晶片處有兩個金屬層，兩個外延層通過焊球或金屬線焊接在金屬層上，金屬層與矽襯底的結合區還有兩個隔離層I，矽襯底上表面有若干個U型凹槽，LED裸晶片位於凹槽內，LED裸晶片之間通過金屬層相連接並引出陽、陰極接點，凹槽內有填充樹脂，金屬層覆蓋於凹槽的底面和側面且外表面為反光面，金屬層與矽襯底之間有隔離層II。本實用新型可廣泛應用於LED領域。
文檔編號H01L23/488GK2904302SQ20062005913
公開日2007年5月23日 申請日期2006年5月19日 優先權日2006年5月19日
發明者吳緯國 申請人:廣州南科集成電子有限公司