專利名稱：平面倒裝led集成芯片及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平面倒裝LED集成芯片及制造方法。
背景技術(shù)：
倒裝芯片技術(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)的微電子封裝技術(shù)之一，它既是一種芯片互連技術(shù)，又是一種理想的芯片粘接技術(shù)，它將電路組裝密度提升到了一個(gè)新的高度。在所有表面安裝技術(shù)中，倒裝芯片可以達(dá)到最小、最薄的封裝，隨著電子產(chǎn)品體積的進(jìn)一步縮小，倒裝芯片的應(yīng)用將會越來越廣泛。將LED裸芯片倒扣在硅襯底上的封裝形式稱為倒裝LED。傳統(tǒng)的倒裝LED采用面積較大的功率型LED，成本較高，由于芯片面積較大，熱源集中，因此散熱效果不好。同時(shí)，這種倒裝LED較難實(shí)現(xiàn)多芯片集成。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，提供一種成本低、易于集成、散熱效果好的平面倒裝LED集成芯片及制造方法。
本發(fā)明平面倒裝LED集成芯片所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明平面倒裝LED集成芯片包括若干個(gè)LED裸芯片和硅襯底，所述LED裸芯片包括襯底和N型外延層、P型外延層，所述硅襯底頂面于每個(gè)所述LED裸芯片處有兩個(gè)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焊接在所述金屬層上，所述金屬層與所述硅襯底的結(jié)合區(qū)分別還有一個(gè)摻雜的隔離層I，各所述LED裸芯片對應(yīng)的所述金屬層與所述硅襯底之間設(shè)有隔離層II，若干個(gè)所述LED裸芯片之間通過所述金屬層相連接并引出陽極接點(diǎn)和陰極接點(diǎn)。
若干個(gè)所述LED裸芯片之間并聯(lián)或串聯(lián)或串并聯(lián)組合連接。
本發(fā)明平面倒裝LED集成芯片還包括保護(hù)層，所述保護(hù)層覆蓋于所述金屬層外表面。
所述硅襯底的背面還有一層或多層金屬構(gòu)成的散熱層。
所述金屬層的外表面為反光面。
所述硅襯底為P型或N型，所述隔離層I與所述硅襯底極性相反，所述焊球?yàn)榻鹎蛩ɑ蜚~球栓或錫球，所述金屬層為鋁或銅或硅鋁合金。
本發(fā)明平面倒裝LED集成芯片的制造方法所采用的技術(shù)方案是它包括以下步驟(a)形成隔離層II將所述硅襯底的上表面在氧化爐管內(nèi)熱氧化生長出氧化層，在光刻機(jī)上利用擴(kuò)散光刻掩模版進(jìn)行光刻，再用含HF的腐蝕液對氧化層進(jìn)行蝕刻，去除光刻圖形部分內(nèi)的氧化層，剩余的氧化層構(gòu)成所述隔離層II；(b)形成隔離層I在高溫?cái)U(kuò)散爐中熱擴(kuò)散形成若干個(gè)極性與所述硅襯底極性相反的所述隔離層I，或者，用離子注入法將與所述硅襯底極性相反的離子注入所述硅襯底，再在高溫下驅(qū)入所述硅襯底，形成若干個(gè)所述隔離層I；(c)形成金屬層以濺射或蒸鍍的方法沉積金屬層，然后在光刻機(jī)上利用金屬光刻掩模版進(jìn)行光刻，再用濕法或干法蝕刻工藝對金屬層進(jìn)行蝕刻，蝕刻后剩余的金屬層構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)組合連接的所述金屬層及陽極接點(diǎn)和陰極接點(diǎn)；(d)形成保護(hù)層用化學(xué)氣相沉積法沉積二氧化硅或氮化硅保護(hù)層，然后在光刻機(jī)上利用護(hù)層光刻掩模版進(jìn)行光刻，再用含HF的腐蝕液對二氧化硅進(jìn)行蝕刻或?qū)Φ栌酶煞ㄟM(jìn)行蝕刻，使保護(hù)層出現(xiàn)用于植焊球的開口；(e)LED裸芯片封裝植金球栓或銅球栓或錫球于保護(hù)層的開口內(nèi)，再通過超聲鍵合或回流焊將若干個(gè)所述LED裸芯片(1)倒裝在金球栓或銅球栓或錫球上。
本發(fā)明的有益效果是由于本發(fā)明平面倒裝LED集成芯片若干個(gè)所述LED裸芯片之間通過所述金屬層相連接并引出陽極接點(diǎn)和陰極接點(diǎn)，若干個(gè)所述LED裸芯片之間并聯(lián)或串聯(lián)或串并聯(lián)組合連接，多個(gè)所述LED裸芯片分布面積廣，發(fā)光效果更好，且制造成本比采用一個(gè)LED裸芯片的功率型LED芯片更低，每個(gè)所述LED裸芯片通過與其相接的兩個(gè)所述焊球?qū)崃總鞯剿鼋饘賹樱⑼ㄟ^所述隔離層I將熱量傳給所述硅襯底及所述散熱層，所述金屬層的面積較大，熱源較分散，散熱效果好，使用壽命長，故本發(fā)明平面倒裝LED集成芯片散熱效果好、使用壽命長，易于實(shí)現(xiàn)多芯片集成；又由于本發(fā)明平面倒裝LED集成芯片所述金屬層的外表面為反光面，所述LED裸芯片的PN結(jié)在底面發(fā)出的光線遇到所述金屬層會發(fā)生反射，反射的光線又從正面射出，這樣從所述LED裸芯片的PN結(jié)的底面發(fā)出的光得到了有效利用，減少了底面光的浪費(fèi)，提高了發(fā)光效率，故本發(fā)明平面倒裝LED集成芯片發(fā)光效率高、正面出光強(qiáng)度高；同理，采用本發(fā)明的制造方法制造的平面倒裝LED集成芯片具有上述優(yōu)點(diǎn)，且該方法工藝簡便，產(chǎn)品質(zhì)量好。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的平面布置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1所示LED集成芯片的電路原理圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例二的平面布置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3所示LED集成芯片的電路原理圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例三的平面布置結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖5所示LED集成芯片的電路原理圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例四的平面布置結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是圖7所示LED集成芯片的電路原理圖；
圖9是圖1、圖3、圖5、圖7所示平面倒裝LED集成芯片的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意10是圖1所示本發(fā)明平面倒裝LED集成芯片的制造方法步驟(a)完成后的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是圖1所示本發(fā)明平面倒裝LED集成芯片的制造方法步驟(b)完成后的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是圖1所示本發(fā)明平面倒裝LED集成芯片的制造方法步驟(c)完成后的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是圖1所示本發(fā)明平面倒裝LED集成芯片的制造方法步驟(d)完成后的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖14是圖1所示本發(fā)明平面倒裝LED集成芯片的制造方法步驟(d′)完成后的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖15是圖1所示本發(fā)明平面倒裝LED集成芯片的制造方法步驟(e)完成后的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一如圖1、圖2、圖9所示，本實(shí)施例的平面倒裝LED集成芯片包括九個(gè)LED裸芯片1和硅襯底2，所述LED裸芯片1包括藍(lán)寶石(Al2O3)襯底10和氮化鎵(GaN)N型外延層11、P型外延層12，當(dāng)然，所述襯底10也可以為碳化硅(SiC)等其他材料的襯底，所述硅襯底2為P型硅襯底，所述硅襯底2頂面于每個(gè)所述LED裸芯片1處有兩個(gè)分離的沉積金屬層32、33，所述金屬層32、33為金屬鋁，當(dāng)然也可以采用金屬銅或硅鋁合金，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、導(dǎo)電體，又是LED的散熱片，還是底面光線的反光體，所述硅襯底2的背面還有一層金屬構(gòu)成的散熱層7，當(dāng)然所述散熱層7也可以由多層金屬構(gòu)成，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(dāng)然也可以為銅球栓或錫球，所述金屬層32、33與所述硅襯底2的結(jié)合區(qū)分別還有一個(gè)摻雜磷或砷等材料的N型隔離層I22、23，各所述LED裸芯片1對應(yīng)的所述金屬層32、33與所述硅襯底2之間設(shè)有隔離層II 5，用于隔離所述金屬層32、33與所述硅襯底2，防止所述金屬層32、33之間漏電或短路，同時(shí)所述隔離層I 22、23與所述硅襯底2之間也構(gòu)成一個(gè)靜電保護(hù)二極管，也可起到在封裝過程中靜電保護(hù)的作用，同時(shí)所述隔離層I 22、23將所述LED裸芯片1傳給所述金屬層32、33的熱量再傳遞給所述硅襯底2，起到良好的導(dǎo)熱、散熱作用。各所述LED裸芯片1之間通過所述金屬層32、33相并聯(lián)連接并引出陽極接點(diǎn)80和陰極接點(diǎn)81，即所述陽極接點(diǎn)80和所述陰極接點(diǎn)81之間的所有LED裸芯片1相并聯(lián)。本發(fā)明平面倒裝LED集成芯片還包括保護(hù)層6，所述保護(hù)層6覆蓋于所述金屬層32、33外表面。
當(dāng)然，所述硅襯底2也可以為N型硅襯底，此時(shí)，所述隔離層I 22、23為摻雜硼等材料的P型隔離層。
如圖10～圖14所示，本實(shí)施例的平面倒裝LED集成芯片的制造方法包括以下步驟(a)形成隔離層II將所述硅襯底2的上表面在氧化爐管內(nèi)熱氧化生長出厚度為3000埃的氧化層，所述氧化層的厚度范圍可控制在1000～5000埃，在光刻機(jī)上利用擴(kuò)散光刻掩模版進(jìn)行光刻，再用含HF的腐蝕液對氧化層進(jìn)行蝕刻，去除光刻圖形部分內(nèi)的氧化層，剩余的氧化層構(gòu)成所述隔離層II 5，此步驟最后形成的剖面圖如圖10所示；(b)形成隔離層I在高溫?cái)U(kuò)散爐中熱擴(kuò)散形成極性與所述硅襯底2極性相反的所述隔離層I 22、23，所述隔離層I 22、23將使LED兩個(gè)電極處于隔離狀態(tài)，避免短路、漏電擊穿，同時(shí)又使所述LED裸芯片1能夠通過硅片散熱，當(dāng)然，此步驟也用離子注入法將與所述硅襯底2極性相反的離子注入所述硅襯底2，再在高溫下驅(qū)入所述硅襯底2，形成若干個(gè)所述隔離層I 22、23，此步驟最后形成的剖面圖如圖11所示；(c)形成金屬層以濺射或蒸鍍的方法沉積厚度為12000埃的金屬層，所述金屬層的厚度范圍可控制在5000～40000埃，然后在光刻機(jī)上利用金屬光刻掩模版進(jìn)行光刻，再用半導(dǎo)體工藝習(xí)用的干法蝕刻工藝對金屬層進(jìn)行蝕刻，當(dāng)然，也可以采用濕法蝕刻對金屬層進(jìn)行蝕刻，蝕刻后剩余的金屬層構(gòu)成并聯(lián)連接的所述金屬層32、33及陽極接點(diǎn)80和陰極接點(diǎn)81，此步驟最后形成的剖面圖如圖12所示；(d)形成保護(hù)層用化學(xué)氣相沉積法沉積厚度為12000埃的二氧化硅保護(hù)層，所述二氧化硅保護(hù)層的厚度范圍可控制在8000～15000埃，所述二氧化硅保護(hù)層也可以采用氮化硅保護(hù)層替代，然后在光刻機(jī)上利用護(hù)層光刻掩模版進(jìn)行光刻，再用含HF的腐蝕液對二氧化硅進(jìn)行蝕刻或?qū)Φ栌酶煞ㄟM(jìn)行蝕刻，使保護(hù)層出現(xiàn)用于植焊球的開口，此步驟最后形成的剖面圖如圖13所示；(d′)形成散熱層用金屬濺射或蒸鍍的方法沉積一層鋁金屬層或包含鈦、鎳、銀等材料的多層金屬層于所述硅襯底2的背面，形成所述散熱層7，此步驟最后形成的剖面圖如圖14所示；(e)LED裸芯片封倒裝植金球栓于保護(hù)層的開口內(nèi)，再通過超聲鍵合將各所述LED裸芯片1倒裝在金球栓上，當(dāng)然金球栓也可以采用銅球栓或錫球，當(dāng)采用錫球時(shí)，需通過回流焊將若干個(gè)所述LED裸芯片1倒裝在錫球上，此步驟最后形成的剖面圖如圖15所示。
實(shí)施例二如圖3、圖4、圖9所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于各所述LED裸芯片1之間通過所述金屬層32、33的連接方式——本實(shí)施例各所述LED裸芯片1之間相串聯(lián)連接，即所述陽極接點(diǎn)80和所述陰極接點(diǎn)81之間的所有LED裸芯片1相串聯(lián)。
本實(shí)施例其余特征與實(shí)施例一相同。
實(shí)施例三如圖5、圖6、圖9所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于各所述LED裸芯片1之間通過所述金屬層32、33的連接方式——本實(shí)施例各所述LED裸芯片1之間先每三個(gè)串聯(lián)成一組，再將三組相并聯(lián)連接。
本實(shí)施例其余特征與實(shí)施例一相同。
實(shí)施例四如圖7、圖8、圖9所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于各所述LED裸芯片1之間通過所述金屬層32、33的連接方式——本實(shí)施例各所述LED裸芯片1之間先每三個(gè)并聯(lián)成一組，再將三組相串聯(lián)連接。
本實(shí)施例其余特征與實(shí)施例一相同。
本發(fā)明平面倒裝LED集成芯片所述LED裸芯片1的數(shù)量不限于九個(gè)，實(shí)施例中僅是舉例說明。
本發(fā)明將若干個(gè)所述LED裸芯片1集成在一個(gè)所述硅襯底2上，散熱效果好、使用壽命長，提高了發(fā)光效率，成本低，易于實(shí)現(xiàn)多芯片集成。
本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于LED領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種平面倒裝LED集成芯片，包括若干個(gè)LED裸芯片(1)和硅襯底(2)，所述LED裸芯片(1)包括襯底(10)和N型外延層(11)、P型外延層(12)，所述硅襯底(2)頂面于每個(gè)所述LED裸芯片(1)處有兩個(gè)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)倒裝焊接在所述金屬層(32、33)上，其特征在于所述金屬層(32、33)與所述硅襯底(2)的結(jié)合區(qū)分別還有一個(gè)摻雜的隔離層I(22、23)，各所述LED裸芯片(1)對應(yīng)的所述金屬層(32、33)與所述硅襯底(2)之間設(shè)有隔離層II(5)，若干個(gè)所述LED裸芯片(1)之間通過所述金屬層(32、33)相連接并引出陽極接點(diǎn)(80)和陰極接點(diǎn)(81)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面倒裝LED集成芯片，其特征在于若干個(gè)所述LED裸芯片(1)之間并聯(lián)或串聯(lián)或串并聯(lián)組合連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面倒裝LED集成芯片，其特征在于它還包括保護(hù)層(6)，所述保護(hù)層(6)覆蓋于所述金屬層(32、33)外表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的平面倒裝LED集成芯片，其特征在于所述硅襯底(2)的背面還有一層或多層金屬構(gòu)成的散熱層(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的平面倒裝LED集成芯片，其特征在于所述金屬層(32、33)的外表面為反光面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的平面倒裝LED集成芯片，其特征在于所述硅襯底(2)為P型或N型，所述隔離層I(22、23)與所述硅襯底(2)極性相反，所述焊球(40、41)為金球栓或銅球栓或錫球，所述金屬層(32、33)為鋁或銅或硅鋁合金。
7.一種用于制造權(quán)利要求1所述的平面倒裝LED集成芯片的方法，其特征在于包括以下步驟(a)形成隔離層II將所述硅襯底(2)的上表面在氧化爐管內(nèi)熱氧化生長出氧化層，在光刻機(jī)上利用擴(kuò)散光刻掩模版進(jìn)行光刻，再用含HF的腐蝕液對氧化層進(jìn)行蝕刻，去除光刻圖形部分內(nèi)的氧化層，剩余的氧化層構(gòu)成所述隔離層II(5)；(b)形成隔離層I在高溫?cái)U(kuò)散爐中熱擴(kuò)散形成若干個(gè)極性與所述硅襯底(2)極性相反的所述隔離層I(22、23)，或者，用離子注入法將與所述硅襯底(2)極性相反的離子注入所述硅襯底(2)，再在高溫下驅(qū)入所述硅襯底(2)，形成若干個(gè)所述隔離層I(22、23)；(c)形成金屬層以濺射或蒸鍍的方法沉積金屬層，然后在光刻機(jī)上利用金屬光刻掩模版進(jìn)行光刻，再用濕法或干法蝕刻工藝對金屬層進(jìn)行蝕刻，蝕刻后剩余的金屬層構(gòu)成串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)組合連接的所述金屬層(32、33)及陽極接點(diǎn)(80)和陰極接點(diǎn)(81)；(d)形成保護(hù)層用化學(xué)氣相沉積法沉積二氧化硅或氮化硅保護(hù)層，然后在光刻機(jī)上利用護(hù)層光刻掩模版進(jìn)行光刻，再用含HF的腐蝕液對二氧化硅進(jìn)行蝕刻或?qū)Φ栌酶煞ㄟM(jìn)行蝕刻，使保護(hù)層出現(xiàn)用于植焊球的開口；(e)LED裸芯片封裝植金球栓或銅球栓或錫球于保護(hù)層的開口內(nèi)，再通過超聲鍵合或回流焊將若干個(gè)所述LED裸芯片(1)倒裝在金球栓或銅球栓或錫球上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的平面倒裝LED集成芯片的方法，其特征在于步驟(d)與步驟(e)之間還包括以下步驟(d′)形成散熱層用金屬濺射或蒸鍍的方法沉積一層鋁金屬層或包含鈦、鎳、銀等材料的多層金屬層于所述硅襯底(2)的背面，形成所述散熱層(7)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種成本低、易于集成、散熱效果好的平面倒裝LED集成芯片及制造方法。該集成芯片包括若干個(gè)LED裸芯片和硅襯底，LED裸芯片包括襯底(10)和N型外延層(11)、P型外延層(12)，硅襯底頂面于各LED裸芯片處有兩個(gè)分離的金屬層(32、33)，P型外延層(12)、N型外延層(11)分別通過焊球(40、41)倒裝在金屬層(32、33)上，金屬層(32、33)與硅襯底的結(jié)合區(qū)分別還有一個(gè)隔離層I(22、23)，各LED裸芯片對應(yīng)的金屬層(32、33)與硅襯底之間設(shè)有隔離層II(5)，若干個(gè)LED裸芯片之間通過金屬層(32、33)相連接并引出陽極接點(diǎn)(80)和陰極接點(diǎn)(81)。該方法包括形成隔離層、金屬層、保護(hù)層及倒裝LED的步驟。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于LED領(lǐng)域。
文檔編號H01L25/00GK1901189SQ20061003615
公開日2007年1月24日 申請日期2006年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者吳緯國 申請人:廣州南科集成電子有限公司