專利名稱：一種led芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED芯片，尤其是涉及一種倒裝結(jié)構(gòu)的LED芯片。
背景技術(shù)：
在藍(lán)寶石襯底上制作的藍(lán)、綠或紫光LED芯片的發(fā)光面為外延材料的生長表面， 即P型表面。在LED的封裝過程中，都把藍(lán)寶石襯底面直接固定在散熱板上。在LED的工作過程中，其發(fā)光區(qū)是器件發(fā)熱的根源。由于藍(lán)寶石襯底本身是一種絕緣體材料，且導(dǎo)熱性能和GaN材料比較差，所以對(duì)這種正裝的LED器件其工作電流都有一定的限制，以確保LED 的發(fā)光效率和工作壽命。為改善器件的散熱性能，人們?cè)O(shè)計(jì)了一種LED芯片結(jié)構(gòu)，即倒裝結(jié)構(gòu)的LED芯片。自從提出芯片的倒裝設(shè)計(jì)之后，人們針對(duì)其可行性進(jìn)行了大量的研究和探索。由于LED芯片設(shè)計(jì)的局限性，封裝良率一直很低，原因如下第一、N型電極區(qū)域相對(duì)小，很難與PCB板的相應(yīng)區(qū)域?qū)ξ?；第二、N型電極位置比P型電極位置高很多，很容易造成虛焊、脫焊情形；第三、為制作N型電極，往往要人為地去掉很大一部分有源區(qū)，這樣大大地減少了器件的發(fā)光面積，直接影響了 LED發(fā)光效率。如圖1所示，利用MOCVD、VPE、MBE或LPE技術(shù)在襯底30上生長器件(如LED、LD 等)結(jié)構(gòu)，從上至下依次分別為襯底30、N型材料層31、發(fā)光區(qū)32、P型材料層33、P型電極 34、P級(jí)焊錫層35、PCB板36以及散熱板40。其中N型材料層31與散熱板40之間還依次連接N型電極37、N級(jí)焊錫層38和PCB板39。該傳統(tǒng)的LED芯片存在的技術(shù)缺陷如下
1、在水平方向N型電極37所處位置與P型電極34相距較遠(yuǎn)，N型電極37對(duì)其下方的 PCB板27的位置設(shè)計(jì)有苛刻的要求，影響到封裝優(yōu)良率。2、N型電極37位置比P型電極34位置高很多，導(dǎo)致其與下方的PCB板39之間的間隙較大，在焊錫時(shí)很容易使得N級(jí)焊錫層38過長而造成虛焊或脫焊的發(fā)生。3、為了使得N型電極37與其下方的PCB板39可以進(jìn)行焊接，需要去掉很大一部分發(fā)光區(qū)，影響到LED芯片的發(fā)光效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種LED芯片，其解決了以下技術(shù)問題是
(I)NS電極區(qū)域相對(duì)小，很難與PCB板的相應(yīng)區(qū)域?qū)ξ?，?huì)影響到封裝效果和LED產(chǎn)品的優(yōu)良率；
(2 ) N型電極位置比P型電極位置高很多，很容易造成虛焊、脫焊情形； (3)為制作N型電極，往往要人為地去掉很大一部分有源區(qū)，這樣大大地減少了器件的發(fā)光面積，直接影響了 LED發(fā)光效率。為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明采用了以下方案
一種LED芯片，包括P型電極區(qū)(17 )和N型電極區(qū)(18 )，所述P型電極區(qū)(17 )從下至上依次包括襯底(1)、緩沖層(2)、N型層(3)、N型分別限制層(4)、發(fā)光區(qū)層(5)、P型分別限制層(6)、P型層(7)、P型歐姆接觸層(8)、光反射層(9)以及絕緣介質(zhì)膜(13)，所述N型電極區(qū)(18)從下至上依次包括襯底(1)、緩沖層(2)、N型層(3)以及絕緣介質(zhì)膜(13)，P型電極(21)下端穿過所述絕緣介質(zhì)膜(13)與光反射層(9)連接，P型電極(21)上端與第一 PCB板(24)連接，所述襯底(1)由上凹孔結(jié)構(gòu)(26)和下凹孔結(jié)構(gòu)(27)組合而成。所述N型電極(22)為階梯結(jié)構(gòu)；所述N型電極(22)的下端穿過所述絕緣介質(zhì)膜(13)與所述N型層 (3)連接；所述N型電極(22)的中間部分貼在垂直部分的絕緣介質(zhì)膜(13)上；所述N型電極(22)的上端位于最上方絕緣介質(zhì)膜(13)之上并且向P型電極(21)的位置延伸，所述N 型電極(22)的上端與第二 PCB板(23)連接，所述N型電極(22)的上端與P型電極(21)存在相同高度的或近似高度的共同錫焊面。進(jìn)一步，所述上凹孔結(jié)構(gòu)(26)的各個(gè)凹孔直徑大于都所述下凹孔結(jié)構(gòu)(27)各個(gè)凹孔的直徑。進(jìn)一步，所述P型電極(21)上端通過焊錫與第一 PCB板(24)進(jìn)行固定。進(jìn)一步，所述P型電極(21)通過所述第一 PCB板(24)與散熱板(25)進(jìn)行固定連接。進(jìn)一步，所述P型電極(21)上端通過焊錫與第二 PCB板(23)進(jìn)行固定。進(jìn)一步，所述N型電極(22)通過所述第二 PCB板(23)與散熱板(25)進(jìn)行固定連接。進(jìn)一步，所述絕緣介質(zhì)膜(13)的厚度在150nm-450nm之間。進(jìn)一步，所述襯底(1)的材質(zhì)為藍(lán)寶石、碳化硅或GaN。該LED芯片的制作方法，LED芯片從下至上依次為襯底(1)、緩沖層(2)、N型層 (3)、N型分別限制層(4)、發(fā)光區(qū)層(5)、P型分別限制層(6)、P型層(7)以及P型歐姆接觸層(8)，
包括以下制作步驟
步驟01、在P型歐姆接觸層(8)表面形成光反射層(9)； 步驟02、形成N型電極形成區(qū)(12)； 步驟03、形成絕緣介質(zhì)膜(13); 步驟04、形成P型電極區(qū)(17)和N型電極區(qū)(18)；
步驟05、制作形成P型電極(21)和N型電極(22)，其中N型電極(22)為階梯結(jié)構(gòu)，N 型電極(22)的下端穿過所述絕緣介質(zhì)膜(13)與所述N型層(3)連接，N型電極(22)的上端向P型電極(21)的位置延伸，并且上端的N型電極(22)與P型電極(21)存在相同高度的或近似高度的共同錫焊面；
步驟06、P型電極(21)和N型電極(22 )通過錫焊的方式固定在各自的PCB板上； 步驟07、對(duì)LED芯片進(jìn)行封裝。進(jìn)一步，所述步驟01中光反射層(9)通過蒸鍍或?yàn)R射方式附著在P型歐姆接觸層 (8)上。進(jìn)一步，所述步驟02中包括以下具體分步驟 步驟021、在光反射層(9 )表面涂敷第一光刻膠層(10 )；
步驟022、LED芯片一側(cè)的第一光刻膠層(10)通過曝光或顯影方式去除；步驟023、利用干刻或化學(xué)腐蝕的方法，將暴露部分的N型分別限制層(4)、發(fā)光區(qū)層 (5)、P型分別限制層(6)、P型層(7)、P型歐姆接觸層(8)、光反射層(9)以及部分的N型層 (3)去除并且形成N型電極形成區(qū)(12)，使得整個(gè)LED芯片形成階梯結(jié)構(gòu)； 步驟024、將LED芯片另一側(cè)剩余的第一光刻膠層(10)全部去除。進(jìn)一步，所述步驟03中的絕緣介質(zhì)膜(13)通過鍍膜的方式均勻地覆蓋在階梯結(jié)構(gòu)的LED芯片上表面。進(jìn)一步，所述步驟04中包括以下具體分步驟
步驟041、在絕緣介質(zhì)膜(13)表面涂敷第二光刻膠層(14)；
步驟042、通過曝光或顯影方法，在階梯結(jié)構(gòu)的LED芯片上下兩端部分去除第二光刻膠層(14)，并且形成兩個(gè)絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)(15)；
步驟043、通過干刻或化學(xué)腐蝕方法，將兩個(gè)絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)(15)覆蓋的絕緣介質(zhì)膜(13)去除，形成兩個(gè)去除絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)(16)；
步驟044、去除絕緣介質(zhì)膜(13)上的所有剩余第二光刻膠層(14)后，在LED芯片的階梯上下兩端分別形成P型電極區(qū)(17)和N型電極區(qū)(18)。進(jìn)一步，所述步驟05中包括以下具體分步驟
步驟051、將步驟04得到階梯結(jié)構(gòu)的LED芯片表面涂敷第三光刻膠層(19)； 步驟052、去除P型電極區(qū)(17)和N型電極區(qū)(18)上方的第三光刻膠層(19)以及去除P型電極區(qū)(17)和N型電極區(qū)(18)之間部分的第三光刻膠層(19)，保留的部分第三光刻膠層(19)用于將來P型電極和N型電極之間形成隔離；
步驟053、將步驟052得到階梯結(jié)構(gòu)的LED芯片表面制作一金屬合金層(20)； 步驟054、去除步驟052中保留的部分第三光刻膠層(19)及其上方的金屬合金層(20)， 最終形成P型電極(21)和N型電極(22)。進(jìn)一步，所述步驟07中P型電極(21)和N型電極(22)通過各自的PCB板與散熱板(25)進(jìn)行固定連接。進(jìn)一步，所述第一光刻膠層(10)、第二光刻膠層(14)以及第三光刻膠層(19)的涂布速度在2500-5000轉(zhuǎn)/分，并對(duì)涂布溫度控制90攝氏度-100攝氏度之間，在烘箱里或鐵板表面烘烤，烘烤時(shí)間分別為30分鐘和2分鐘。進(jìn)一步，所述絕緣介質(zhì)膜(13)的厚度在150nm-450nm之間。進(jìn)一步，所述襯底(1)的材質(zhì)為藍(lán)寶石、碳化硅或GaN。該LED芯片與傳統(tǒng)的LED芯片相比，具有以下有益效果
(1)本發(fā)明由于把LED芯片的N型電極與N型電極設(shè)置相同高度的或近似高度的共同錫焊面，使得在錫焊時(shí)，兩個(gè)電極焊錫厚度相同并且可以減少N型電極的焊錫厚度，因而增加了 LED芯片倒裝工藝的封裝良率，避免了電極虛焊或脫焊的情形發(fā)生。(2)本發(fā)明由于將襯底由上凹孔結(jié)構(gòu)和下凹孔結(jié)構(gòu)組合而成，使得部分全反射光線以散射的形式射出，或者通過多次折射進(jìn)入臨界角射出，從而實(shí)現(xiàn)出光效率的提高。(3)本發(fā)明由于P型電極的N型電極為階梯結(jié)構(gòu)，無需去掉很大一部分發(fā)光區(qū)，因而減少制作N型歐姆接觸的面積，增加發(fā)光區(qū)面積，以提高LED的發(fā)光效率。(4)本發(fā)明由于P型電極的N型電極為階梯結(jié)構(gòu)，與N型電極連接的PCB板位置可以自由進(jìn)行調(diào)整，提高了 LED芯片封裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)良率。


圖01是傳統(tǒng)LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖02是本發(fā)明中倒裝LED裸芯片結(jié)構(gòu)示意圖；圖03是本發(fā)明中倒裝LED裸芯片設(shè)置光反射層結(jié)構(gòu)示意04是本發(fā)明LED芯片制作步驟1圖05是本發(fā)明LED芯片制作步驟2圖06是本發(fā)明LED芯片制作步驟3圖07是本發(fā)明LED芯片制作步驟4圖08是本發(fā)明LED芯片制作步驟5圖09是本發(fā)明LED芯片制作步驟6圖10是本發(fā)明LED芯片制作步驟7圖11是本發(fā)明LED芯片制作步驟8圖12是本發(fā)明LED芯片制作步驟9圖13是本發(fā)明LED芯片制作步驟10 ；圖14是本發(fā)明LED芯片制作步驟11圖15是本發(fā)明LED芯片制作步驟12 ；圖16是本發(fā)明LED芯片制作步驟13 ；圖17是本發(fā)明LED芯片制作步驟14 ；圖18是本發(fā)明LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖標(biāo)記說明
1一襯底；2—緩沖層；3 — N型層；4一N型分別限制層；5—發(fā)光區(qū)層；6 — P型分別限制層；7 — P型層；8 — P型歐姆接觸層；9一光反射層；10—第一光刻膠層；11 一N型電極形成開口 ； 12—N型電極形成區(qū)；13—絕緣介質(zhì)膜；14一第二光刻膠層；15—絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)； 16—去除絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)；17 — P型電極區(qū)；18 — N型電極區(qū)；19一第三光刻膠層；20— 金屬合金層；21—P型電極；22—N型電極；23—第二 PCB板；24—第一 PCB板；25—散熱板； 洸一上凹孔結(jié)構(gòu)；27—下凹孔結(jié)構(gòu)；
30—襯底；31—N型材料層；32—發(fā)光區(qū)；33—P型材料層；34—P型電極；35—P級(jí)焊錫層；36 — PCB板；37— N型電極；38 — N級(jí)焊錫層；39 — PCB板；40—散熱板。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合圖2至圖17，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明
如圖2所示，襯底1是載體，一般是藍(lán)寶石、碳化硅或GaN等材料。緩沖層2是一個(gè)過度層，在此基礎(chǔ)上生長高質(zhì)量的N，P,量子阱等其它材料。LED由pn結(jié)構(gòu)成，緩沖層2、N 型層3層、N型分別限制層4，P型分別限制層6以及P型層7是為了形成制作LED所需的P 和N型材料。發(fā)光區(qū)層5是LED的發(fā)光區(qū)，光的顏色由有源區(qū)的結(jié)構(gòu)決定。P型歐姆接觸層 8是材料生長的最后一層，這一層的載流子攙雜濃度較高，目的是為制作較小的歐姆接觸電阻。P型金屬歐姆接觸層不是由生長形成的，而是通過蒸鍍或?yàn)R射等方法形成的，目的之一是制作器件的電極，目的之二是為了封裝打線用。
如圖3所示，通過蒸鍍、濺射或其它薄膜制作方法，在P型歐姆接觸層8表面形成一層或多層薄膜(如ΙΤ0、銀鏡、鎳金、合金或半金屬等)，用于制作發(fā)光二極管的光反射層9。如圖4所示，在圖3結(jié)構(gòu)的表面涂布第一光刻膠層10 (正膠或負(fù)膠)，涂布速度在 2500-5000轉(zhuǎn)/分，并對(duì)涂布溫度控制90攝氏度-100攝氏度之間，在烘箱里或鐵板表面烘烤，烘烤時(shí)間分別為30分鐘和2分鐘。如圖5所示，LED芯片一側(cè)的第一光刻膠層10通過曝光或顯影方式去除，用于形成N型電極形成區(qū)12。如圖6所示，利用干刻或化學(xué)腐蝕的方法，將暴露部分的N型分別限制層4、發(fā)光區(qū)層5、P型分別限制層6、P型層7、P型歐姆接觸層8、光反射層9以及部分的N型層3去除并且形成N型電極形成區(qū)12，使得整個(gè)LED芯片形成階梯結(jié)構(gòu)。如圖7所示，將LED芯片另一側(cè)剩余的第一光刻膠層10全部去除。如圖8所示，利用PECVD或其它鍍膜技術(shù)，在圖7所示的結(jié)構(gòu)表面制備一層絕緣介質(zhì)膜13，厚度在100nm-500nm之間。絕緣介質(zhì)膜13通過鍍膜的方式均勻地覆蓋在階梯結(jié)構(gòu)的LED芯片上表面。如圖9所示，在絕緣介質(zhì)膜13表面涂敷第二光刻膠層14。涂布速度在2500-5000 轉(zhuǎn)/分，并對(duì)涂布溫度控制90攝氏度-100攝氏度之間，在烘箱里或鐵板表面烘烤，烘烤時(shí)間分別為30分鐘和2分鐘。如圖10所示，通過曝光或顯影方法，在階梯結(jié)構(gòu)的LED芯片上、下兩端部分去除第二光刻膠層14，并且形成兩個(gè)絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)15，用于制作P型電極區(qū)17和N型電極區(qū) 18。如圖11所示，通過干刻或化學(xué)腐蝕方法，將兩個(gè)絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)15覆蓋的絕緣介質(zhì)膜13去除，形成兩個(gè)去除絕緣介質(zhì)膜暴露區(qū)16。如圖12所示，去除絕緣介質(zhì)膜13上的所有剩余第二光刻膠層14后，在LED芯片的階梯上下兩端分別形成P型電極區(qū)17和N型電極區(qū)18。如圖13所示，將圖12中得到階梯結(jié)構(gòu)的LED芯片表面涂敷第三光刻膠層19。如圖14所示，去除P型電極區(qū)17和N型電極區(qū)18上方的第三光刻膠層19以及去除P型電極區(qū)17和N型電極區(qū)18之間部分的第三光刻膠層19，保留的部分第三光刻膠層19用于將來P型電極和N型電極之間形成隔離。如圖15所示，將圖14中得到階梯結(jié)構(gòu)的LED芯片表面制作一金屬合金層20 ； 如圖16所示，去除圖14中保留的部分第三光刻膠層19及其上方的金屬合金層20，最
終形成P型電極21和N型電極22。圖17所示，一種LED芯片，包括P型電極區(qū)17和N型電極區(qū)18，P型電極區(qū)17從下至上依次包括襯底1、緩沖層2、N型層3、N型分別限制層4、發(fā)光區(qū)層5、P型分別限制層 6、P型層7、P型歐姆接觸層8、光反射層9以及絕緣介質(zhì)膜13，N型電極區(qū)18從下至上依次包括襯底1、緩沖層2、N型層3以及絕緣介質(zhì)膜13，P型電極21下端穿過所述絕緣介質(zhì)膜13與光反射層9連接，P型電極21上端與第一 PCB板M連接，N型電極22為階梯結(jié)構(gòu)； N型電極22的下端穿過絕緣介質(zhì)膜13與N型層3連接；N型電極22的中間部分貼在垂直部分的絕緣介質(zhì)膜13上；N型電極22的上端位于最上方絕緣介質(zhì)膜13之上并且向P型電極21的位置延伸，N型電極22的上端與第二 PCB板23連接，N型電極22的上端與P型電極21存在相同高度的或近似高度的共同錫焊面。P型電極21上端通過焊錫與第一 PCB板M進(jìn)行固定。P型電極21通過所述第一 PCB板M與散熱板25進(jìn)行固定連接。P型電極21上端通過焊錫與第二 PCB板23進(jìn)行固定。N型電極22通過第二 PCB板23與散熱板25進(jìn)行固定連接。絕緣介質(zhì)膜13的厚度在150nm-450nm之間。襯底1的材質(zhì)為藍(lán)寶石、碳化硅或
GaN。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示例性的描述，顯然本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種LED芯片，包括P型電極區(qū)(17)和N型電極區(qū)(18)，所述P型電極區(qū)(17)從下至上依次包括襯底(1)、緩沖層(2)、N型層(3)、N型分別限制層(4)、發(fā)光區(qū)層(5)、P型分別限制層(6)、P型層(7)、P型歐姆接觸層(8)、光反射層(9)以及絕緣介質(zhì)膜(13)，所述N型電極區(qū)(18)從下至上依次包括襯底(1)、緩沖層(2)、N型層(3)以及絕緣介質(zhì)膜(13)，P型電極(21)下端穿過所述絕緣介質(zhì)膜(13)與光反射層(9)連接，P型電極(21)上端與第一PCB板(24)連接，所述襯底(1)由上凹孔結(jié)構(gòu)(26)和下凹孔結(jié)構(gòu)(27)組合而成，其特征在于所述N型電極(22)為階梯結(jié)構(gòu)；所述N型電極(22)的下端穿過所述絕緣介質(zhì)膜(13)與所述N型層(3)連接；所述N型電極(22)的中間部分貼在垂直部分的絕緣介質(zhì)膜(13)上；所述N型電極(22 )的上端位于最上方絕緣介質(zhì)膜(13 )之上并且向P型電極(21)的位置延伸，所述N型電極(22)的上端與第二 PCB板(23)連接，所述N型電極(22)的上端與P型電極(21)存在相同高度的或近似高度的共同錫焊面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述LED芯片，其特征在于所述上凹孔結(jié)構(gòu)(26)的各個(gè)凹孔直徑大于都所述下凹孔結(jié)構(gòu)(27)各個(gè)凹孔的直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述LED芯片，其特征在于所述P型電極(21)上端通過焊錫與第一PCB板(24)進(jìn)行固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述LED芯片，其特征在于所述P型電極(21)通過所述第一PCB板(24)與散熱板(25)進(jìn)行固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述LED芯片，其特征在于所述P型電極(21)上端通過焊錫與第二PCB板(23)進(jìn)行固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述LED芯片，其特征在于所述N型電極(22)通過所述第二PCB板(23 )與散熱板(25 )進(jìn)行固定連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任何一項(xiàng)所述LED芯片，其特征在于所述絕緣介質(zhì)膜(13)的厚度在150nm-450nm之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述LED芯片，其特征在于所述襯底(1)的材質(zhì)為藍(lán)寶石、碳化硅或 GaN0
全文摘要
本發(fā)明涉及一種LED芯片，所述N型電極(22)為階梯結(jié)構(gòu)；所述N型電極(22)的下端穿過所述絕緣介質(zhì)膜(13)與所述N型層(3)連接；所述N型電極(22)的中間部分貼在垂直部分的絕緣介質(zhì)膜(13)上；所述N型電極(22)的上端位于最上方絕緣介質(zhì)膜(13)之上并且向P型電極(21)的位置延伸，所述N型電極(22)的上端與第二PCB板(23)連接，所述N型電極(22)的上端與P型電極(21)存在相同高度的或近似高度的共同錫焊面。本發(fā)明由于把LED芯片的N型電極與N型電極設(shè)置相同高度的或近似高度的共同錫焊面，因而增加了LED芯片倒裝工藝的封裝良率，避免了電極虛焊或脫焊的情形發(fā)生。
文檔編號(hào)H01L33/20GK102569585SQ20121004302
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者余麗 申請(qǐng)人:余麗