專(zhuān)利名稱(chēng)：U槽led集成芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種U槽LED集成芯片。
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(huì)越來(lái)越廣泛。
將LED裸芯片倒扣在硅襯底上的封裝形式稱(chēng)為倒裝LED。傳統(tǒng)的倒裝LED為平面型結(jié)構(gòu)，如圖1所示，它包括LED裸芯片和硅襯底2，所述LED裸芯片由襯底10和N型外延層11、P型外延層12組成，所述硅襯底2頂面有兩個(gè)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(guò)焊球40、41焊接在所述金屬層30、31上，所述金屬層30、31與所述硅襯底2的結(jié)合區(qū)分別還有一個(gè)與所述硅襯底2極性相反的隔離層20、21，用于隔離所述金屬層30、31與所述硅襯底2，起到保護(hù)的作用。這種傳統(tǒng)的倒裝LED的PN結(jié)在正面、側(cè)面和底面上均會(huì)發(fā)光，但是由于側(cè)面及底面發(fā)出的光都被散射出去，因而沒(méi)有被充分利用，造成LED的發(fā)光效率較低，使得正面出光的強(qiáng)度降低。
正裝芯片技術(shù)是傳統(tǒng)的微電子封裝技術(shù)，其技術(shù)成熟，應(yīng)用范圍最廣泛。目前絕大多數(shù)LED均為正裝LED，LED裸芯片正裝在一個(gè)帶有反射杯的支架上，其P型外延層、N型外延層分別通過(guò)金屬線(xiàn)焊接在陽(yáng)極和陰極引線(xiàn)上，這種正裝LED雖然有反射杯，可反射側(cè)面的光使其從正面射出，但是效果仍然不夠好，正面出光會(huì)被金屬焊線(xiàn)遮蔽，如襯底為絕熱材料時(shí)，其散熱性差。同時(shí)，這種正裝LED較難實(shí)現(xiàn)多芯片集成。
現(xiàn)有的功率型LED芯片都是采用一個(gè)LED裸芯片，其制造成本較高，且發(fā)光效率較低；其所有熱量都是通過(guò)若干個(gè)焊球或焊線(xiàn)傳導(dǎo)散熱，由于芯片面積較大，熱源集中，因此散熱效果不好。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，提供一種制造成本低、發(fā)光效率高、散熱效果好的U槽LED集成芯片。
本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是本實(shí)用新型包括若干個(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(guò)焊球倒裝或通過(guò)金屬線(xiàn)正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，所述硅襯底上表面有若干個(gè)U型凹槽，若干個(gè)所述LED裸芯片對(duì)應(yīng)位于若干個(gè)所述U型凹槽內(nèi)，若干個(gè)所述LED裸芯片之間通過(guò)所述金屬層相連接并引出陽(yáng)極接點(diǎn)和陰極接點(diǎn)，所述U型凹槽內(nèi)有透明絕緣的填充樹(shù)脂，所述金屬層覆蓋于各所述U型凹槽的底面和側(cè)面，所述金屬層的外表面為反光面，各所述LED裸芯片對(duì)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裸芯片之間并聯(lián)或串聯(lián)或串并聯(lián)組合連接。
所述硅襯底為<100>晶向的硅襯底，所述U型凹槽為四棱臺(tái)體形狀，所述U型凹槽的各側(cè)面與所述硅襯底頂面之間的夾角均為54.7°。
本實(shí)用新型還包括保護(hù)層，所述保護(hù)層覆蓋于所述金屬層外表面。
所述硅襯底為P型或N型，所述隔離層I與所述硅襯底極性相反，所述填充樹(shù)脂內(nèi)混有熒光粉，所述焊球?yàn)榻鹎蛩ɑ蜚~球栓或錫球，所述金屬線(xiàn)為金線(xiàn)或鋁線(xiàn)或銅線(xiàn)，所述金屬層為金屬鋁或硅鋁合金。
本實(shí)用新型的有益效果是由于本實(shí)用新型所述硅襯底上表面有若干個(gè)U型凹槽，若干個(gè)所述LED裸芯片對(duì)應(yīng)位于若干個(gè)所述U型凹槽內(nèi)，所述金屬層覆蓋于所述U型凹槽的底面和側(cè)面，所述LED裸芯片的PN結(jié)在側(cè)面和底面發(fā)出的光線(xiàn)遇到所述凹槽的側(cè)面和底面覆蓋的所述金屬層會(huì)發(fā)生反射，反射的光線(xiàn)又從正面射出，這樣，無(wú)論是從PN結(jié)的正面、底面還是側(cè)面發(fā)出的光都得到了有效利用，不會(huì)造成側(cè)面及底面光的浪費(fèi)，提高了發(fā)光效率，故本實(shí)用新型發(fā)光效率高、正面出光強(qiáng)度高；由于本實(shí)用新型若干個(gè)所述LED裸芯片之間通過(guò)所述金屬層相連接并引出陽(yáng)極接點(diǎn)和陰極接點(diǎn)，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(guò)與其相接的兩個(gè)所述焊球或金屬焊線(xiàn)將熱量傳到所述金屬層，并通過(guò)所述隔離層將熱量傳給所述硅襯底，所述金屬層的面積較大，覆蓋了所述U型凹槽的底面和側(cè)面，熱源較分散，散熱效果好，使用壽命長(zhǎng)，故本實(shí)用新型發(fā)光效率高、散熱效果好、使用壽命長(zhǎng)。


圖1是傳統(tǒng)倒裝LED集成芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一的平面布置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2所示U槽LED集成芯片的電路原理圖；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例二的平面布置結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4所示U槽LED集成芯片的電路原理圖；圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例三的平面布置結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖6所示U槽LED集成芯片的電路原理圖；圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例四的平面布置結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是圖8所示U槽LED集成芯片的電路原理圖；圖10是圖2、圖4、圖6、圖8所示U槽倒裝LED集成芯片的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是圖2、圖4、圖6、圖8所示U槽正裝LED集成芯片的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
體實(shí)施方式實(shí)施例一如圖2、圖3、圖10所示，本實(shí)施例的U槽倒裝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<100>晶向的P型硅襯底，所述硅襯底2上表面有九個(gè)U型凹槽，各所述LED裸芯片1分別位于各所述U型凹槽內(nèi)。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)然也可以采用硅鋁合金，所述金屬層32、33覆蓋于所述U型凹槽的底面和側(cè)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(cè)面及底面光線(xiàn)的反光體，所述P型外延層12、所述N型外延層11分別通過(guò)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、砷等材料的N型隔離層I 22、23，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(guò)程中靜電保護(hù)的作用，同時(shí)所述隔離層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。所述U型凹槽內(nèi)有透明絕緣的填充樹(shù)脂7，所述填充樹(shù)脂7內(nèi)混有熒光粉，所述LED裸芯片1經(jīng)所述藍(lán)寶石襯底10發(fā)出的藍(lán)色光激勵(lì)所述熒光粉發(fā)出黃色光，兩種顏色的光混合，最終向外發(fā)出白色光，所述金屬層32、33與所述硅襯底2之間各有一個(gè)隔離層II 51、53，所述金屬層32、33之間還有一個(gè)工藝過(guò)程中形成的隔離層II 52。所述U槽倒裝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，以防止所述金屬層32、33短路，所述保護(hù)層6采用二氧化硅(SiO2)材料，當(dāng)然也可以采用氮化硅(SiN)等其他材料。所述U型凹槽為正四棱臺(tái)體形狀，所述U型凹槽的側(cè)面與所述硅襯底2頂面之間的夾角為54.7°，當(dāng)然所述U型凹槽也可以為上、下底面為矩形的四棱臺(tái)體形狀。當(dāng)然，所述硅襯底2也可以為<100>晶向的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。各所述LED裸芯片1之間通過(guò)所述金屬層32、33相并聯(lián)連接并引出陽(yáng)極接點(diǎn)80和陰極接點(diǎn)81，即所述陽(yáng)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)。
實(shí)施例二如圖4、圖5、圖10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(guò)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(yáng)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)。其余與實(shí)施例一相同。
實(shí)施例三如圖6、圖7、圖10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(guò)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。其余與實(shí)施例一相同。
實(shí)施例四如圖8、圖9、圖10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(guò)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。其余與實(shí)施例一相同。
實(shí)施例五如圖2～圖9、圖11所示，本實(shí)施例與實(shí)施例一～四的不同之處在于本實(shí)施例的U槽LED集成芯片的各所述LED裸芯片1為正裝封裝型式，用銀膠9將LED裸芯片1正裝在所述U型凹槽的底部，再將連接LED裸芯片1的所述P型外延層12、所述N型外延層11焊點(diǎn)的所述金屬線(xiàn)45、46焊接于保護(hù)層的兩個(gè)開(kāi)口內(nèi)的所述金屬層32、33上，所述金屬線(xiàn)45、46為金線(xiàn)，當(dāng)然也可以為鋁線(xiàn)或銅線(xiàn)；各所述LED裸芯片1之間通過(guò)所述金屬層32、33的連接方式為串聯(lián)或并聯(lián)或串并聯(lián)組合連接；所述隔離層II由氧化層54、55、56、57和氮化硅層84、85、86、87組成。
本實(shí)用新型所述LED裸芯片1及所述U型凹槽的數(shù)量不限于九個(gè)，實(shí)施例中僅是舉例說(shuō)明。
本實(shí)用新型將若干個(gè)所述LED裸芯片1集成在一個(gè)所述硅襯底2上，發(fā)光效率高，散熱效果好，使用壽命長(zhǎng)。
本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于LED領(lǐng)域。
權(quán)利要求1.一種U槽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(guò)焊球(40、41)倒裝或通過(guò)金屬線(xiàn)(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)，其特征在于所述硅襯底(2)上表面有若干個(gè)U型凹槽，若干個(gè)所述LED裸芯片對(duì)應(yīng)位于若干個(gè)所述U型凹槽內(nèi)，若干個(gè)所述LED裸芯片之間通過(guò)所述金屬層(32、33)相連接并引出陽(yáng)極接點(diǎn)(80)和陰極接點(diǎn)(81)，所述U型凹槽內(nèi)有透明絕緣的填充樹(shù)脂(7)，所述金屬層(32、33)覆蓋于各所述U型凹槽的底面和側(cè)面，所述金屬層(32、33)的外表面為反光面，各所述LED裸芯片對(duì)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的U槽LED集成芯片，其特征在于若干個(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。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的U槽LED集成芯片，其特征在于所述硅襯底(2)為<100>晶向的硅襯底，所述U型凹槽為四棱臺(tái)體形狀，所述U型凹槽的各側(cè)面與所述硅襯底(2)頂面之間的夾角均為54.7°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的U槽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。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的U槽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，所述填充樹(shù)脂(7)內(nèi)混有熒光粉，所述焊球(40、41)為金球栓或銅球栓或錫球，所述金屬線(xiàn)(45、46)為金線(xiàn)或鋁線(xiàn)或銅線(xiàn)，所述金屬層(32、33)為金屬鋁或硅鋁合金。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種制造成本低、發(fā)光效率高、散熱效果好的U槽LED集成芯片。本實(shí)用新型包括若干個(gè)LED裸芯片和硅襯底，LED裸芯片包括N型外延層、P型外延層，硅襯底頂面于所述LED裸芯片處有兩個(gè)金屬層，兩個(gè)外延層通過(guò)焊球或金屬線(xiàn)焊接在金屬層上，金屬層與硅襯底的結(jié)合區(qū)還有兩個(gè)隔離層I，硅襯底上表面有若干個(gè)U型凹槽，LED裸芯片位于凹槽內(nèi)，LED裸芯片之間通過(guò)金屬層相連接并引出陽(yáng)、陰極接點(diǎn)，凹槽內(nèi)有填充樹(shù)脂，金屬層覆蓋于凹槽的底面和側(cè)面且外表面為反光面，金屬層與硅襯底之間有隔離層II。本實(shí)用新型可廣泛應(yīng)用于LED領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01L23/488GK2904302SQ20062005913
公開(kāi)日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2006年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月19日
發(fā)明者吳緯國(guó) 申請(qǐng)人:廣州南科集成電子有限公司