本發(fā)明涉及半導體照明領(lǐng)域，特別是涉及一種晶元級封裝的倒裝LED器件及其分割單元和制作方法。

背景技術(shù)：

近幾年，LED(發(fā)光二極管)產(chǎn)品照明得到快速的發(fā)展。LED與傳統(tǒng)光源相比具有壽命長、體積小、節(jié)能、高效、響應速度快、抗震、無污染等優(yōu)點，被認為是可以進入普通照明領(lǐng)域的“綠色照明光源”。

作為LED產(chǎn)業(yè)鏈中承上啟下的LED產(chǎn)品封裝，在整個產(chǎn)業(yè)鏈中起著關(guān)鍵的作用。對于封裝而言，其關(guān)鍵技術(shù)歸根結(jié)底在于如何在有限的成本范圍內(nèi)盡可能多的提取芯片發(fā)出的光，同時降低封裝熱阻，提高可靠性。在封裝過程中，封裝材料和封裝方式占主要影響因素。隨著LED產(chǎn)品高光效化、功率化、高可靠性和低成本的不斷發(fā)展，對封裝的要求也越來越高，一方面LED產(chǎn)品封裝在兼顧發(fā)光角度、光色均勻性等方面時必須滿足具有足夠高的取光效率和光通量；另一方面，封裝必須滿足芯片的散熱要求。因此，芯片、熒光粉、基板、熱界面材料等封裝材料以及相應的封裝方式亟待發(fā)展創(chuàng)新，以提高LED產(chǎn)品的散熱能力和出光效率。

在LED產(chǎn)品芯片技術(shù)的快速發(fā)展下，LED產(chǎn)品的封裝形式也從單芯片封裝方式發(fā)展到多芯片封裝方式。它的封裝結(jié)構(gòu)也從Lamp封裝到SMD封裝再到CoB封裝和RP封裝技術(shù)。

引腳式封裝(Lamp)采用引線架作各種封裝外型的引腳，是最先研發(fā)成功投放市場的LED產(chǎn)品封裝結(jié)構(gòu)，品種數(shù)量繁多，技術(shù)成熟度較高。表面貼裝封裝(SMD)因減小了產(chǎn)品所占空間面積、降低重量、允許通過的工作電流大，尤其適合自動化貼裝生產(chǎn)，成為比較先進的一種工藝，從Lamp封裝轉(zhuǎn)SMD封裝符合整個電子行業(yè)發(fā)展大趨勢。但是在應用中存在散熱、發(fā)光均勻性和發(fā)光效率下降等問題。

CoB(ChiponBoard)封裝結(jié)構(gòu)是在多芯片封裝技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而 來，CoB封裝是將裸露的芯片直接貼裝在電路板上，通過鍵合引線與電路板鍵合，然后進行芯片的鈍化和保護。CoB的優(yōu)點在于：光線柔和、線路設(shè)計簡單、高成本效益、節(jié)省系統(tǒng)空間等，但存在著芯片整合亮度、色溫調(diào)和與系統(tǒng)整合的技術(shù)問題。

遠程熒光封裝技術(shù)(RP)是將多顆藍光LED產(chǎn)品與熒光粉分開放置，LED產(chǎn)品發(fā)出的藍光在經(jīng)過反射器、散射器等混光后均勻的入射到熒光粉層上，最終發(fā)出均勻白光的一種LED產(chǎn)品光源形式。與其他封裝結(jié)構(gòu)相比，RP封裝技術(shù)性能更為突出：首先，是熒光粉體遠離LED產(chǎn)品芯片，熒光粉不易受PN結(jié)發(fā)熱的影響，特別是一些硅酸鹽類的熒光粉，易受高溫高濕的影響，在遠離熱源后可減少熒光粉熱猝滅幾率，延長光源的壽命。其次，熒光粉遠離芯片設(shè)計的結(jié)構(gòu)有利于光的取出，提高光源發(fā)光效率。再者，此結(jié)構(gòu)發(fā)出的光色空間分布均勻，顏色一致性高。近年來，紫外激發(fā)的遠程封裝技術(shù)引起人們的高度關(guān)注，相比傳統(tǒng)紫外光源，擁有獨一無二的優(yōu)勢，包括功耗低、發(fā)光響應快、可靠性高、輻射效率高、壽命長、對環(huán)境無污染、結(jié)構(gòu)緊湊等諸多優(yōu)點，成為世界各大公司和研究機構(gòu)新的研究熱點之一。

倒裝技術(shù)在LED領(lǐng)域上還是一個比較新的技術(shù)概念，但在傳統(tǒng)IC行業(yè)中已經(jīng)被廣泛應用且比較成熟，如各種球柵陣列封裝(BGA)、芯片尺寸封裝(CSP)、晶片級芯片尺寸封裝(WLCSP)等技術(shù)，全部采用倒裝芯片技術(shù)，其優(yōu)點是生產(chǎn)效率高、器件成本低和可靠性高。倒裝芯片技術(shù)應用于LED器件，主要區(qū)別于IC在于，在LED芯片制造和封裝過程中，除了要處理好穩(wěn)定可靠的電連接以外，還需要處理光的問題，包括如何讓更多的光引出來，提高出光效率，以及光空間的分布等。

針對傳統(tǒng)正裝LED存在的散熱差、透明電極電流分布不均勻、表面電極焊盤和引線擋光以及金線導致的可靠性問題，1998年，J.J.Wierer等人制備出了1W倒裝焊接結(jié)構(gòu)的大功率AlGaInN-LED藍光芯片，他們將金屬化凸點的AIGalnN芯片倒裝焊接在具有防靜電保護二極管(ESD)的硅載體上。他們的測試結(jié)果表明，在相同的芯片面積下，倒裝LED芯片(FCLED)比正裝芯片有著更大的發(fā)光面積和非常好的電學特性，在200-1000mA的電流范圍，正向電壓(VF)相對較低，從而導致了更高的功率轉(zhuǎn)化效率。

2006年，O.B.Shchekin等人又報道了一種新的薄膜倒裝焊接的多量子阱結(jié)構(gòu)的LED(TFFC-LED)。所謂薄膜倒裝LED，就是將薄膜LED與倒裝LED的概念結(jié)合起來。在將LED倒裝在基板上后，采用激光剝離(Laser lift-off)技術(shù)將藍寶石襯底剝離掉，然后在暴露的N型GaN層上用光刻技術(shù)做表面粗化。這種薄膜結(jié)構(gòu)的LED可以有效地增加出光效率。但相對來說，這種結(jié)構(gòu)工藝比較復雜，成本會相對較高。

此外，由于LED發(fā)展初期，所有封裝支架和形式都是根據(jù)其正裝或垂直結(jié)構(gòu)LED芯片進行設(shè)計的，所以倒裝LED芯片不得不先倒裝在硅基板上，然后將芯片固定在傳統(tǒng)的支架上，再用金線將硅基板上的電極與支架上的電極進行連接。使得封裝器件內(nèi)還是有金線的存在，沒有利用上倒裝無金線封裝的優(yōu)勢；而且還增加了基板的成本，使得價格較高，完全沒有發(fā)揮出倒裝LED芯片的優(yōu)勢。

隨著硅基倒裝芯片在市場上銷售，逐漸發(fā)現(xiàn)這些倒裝LED芯片在與正裝芯片競爭時，其效能和/或成本仍處于劣勢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種晶元級封裝的倒裝LED器件及其分割單元和制作方法。

首先，本發(fā)明提供一種晶元級封裝的倒裝LED器件，包括：倒裝的包含一個以上LED芯片的LED芯片晶元/陣列、導電基板和熒光粉透明基板，

其中，所述LED芯片包括P型金屬焊盤、N型金屬焊盤以及將P型金屬焊盤和N型金屬焊盤隔開的電極隔離走道；

所述導電基板的一面設(shè)有金屬層a，該金屬層a與LED芯片的P型金屬焊盤和N型金屬焊盤金屬鍵合；所述導電基板的另一面設(shè)有金屬層b，該金屬層b形成所述LED器件的P型金屬焊盤和N型金屬焊盤；所述導電基板上設(shè)有與所述電極隔離走道對應的通槽，該通槽將所述LED器件的P型金屬焊盤和N型金屬焊盤隔離開；

所述熒光粉透明基板包括透明基板和透明基板內(nèi)和/或透明基板至少一個面上的熒光粉膠體，所述熒光粉透明基板與所述LED芯片剝離掉生長襯底的出光面結(jié)合。

本發(fā)明還提供所述晶元級封裝的倒裝LED器件分割而成的倒裝LED器件分割單元。

本發(fā)明另外還提供所述晶元級封裝的倒裝LED器件的制作方法，包括：

(a)提供帶生長襯底的包含一個以上LED芯片的LED芯片晶元/陣列，所述LED芯片包括P型金屬焊盤、N型金屬焊盤以及將P型金屬焊盤和N型金屬焊盤隔開的電極隔離走道；

(b)提供導電基板，所述導電基板的一面設(shè)金屬層a，該金屬層a與LED芯片的P型金屬焊盤和N型金屬焊盤金屬鍵合；所述導電基板的另一面設(shè)金屬層b，該金屬層b形成所述LED器件的P型金屬焊盤和N型金屬焊盤；所述導電基板上設(shè)與所述電極隔離走道對應的通槽，該通槽將所述LED器件的P型金屬焊盤和N型金屬焊盤隔離開；

(c)將所述LED芯片的生長襯底剝離，暴露出LED芯片的出光面；

(d)提供熒光粉透明基板，所述熒光粉透明基板包括透明基板和透明基板內(nèi)和/或透明基板至少一個面上的熒光粉膠體；

(e)所述熒光粉透明基板與所述LED芯片剝離掉生長襯底的出光面結(jié)合，形成具有熒光粉透明基板結(jié)構(gòu)的晶元級封裝的倒裝LED器件；

其中所述包含一個以上LED芯片的LED芯片晶元/陣列、導電基板和熒光粉透明基板的準備不分先后。

本發(fā)明晶元級封裝的倒裝LED器件，剝離了生長襯底，并實現(xiàn)了倒裝和減化的電極鍵合和隔離，減少了生長襯底對光的吸收，減少了封裝后發(fā)光二極管的藍光側(cè)漏，大大提高了熒光粉的激發(fā)效率，提高了光在芯片的出光效率、均勻性和可靠性，改善了散熱性和器件機械強度，從而提高了器件的整體性能。

本發(fā)明晶元級封裝的倒裝LED器件的制作方法，在實現(xiàn)晶元級封裝和倒裝的同時，還通過導電基板與LED芯片電極的鍵合以及通槽對電極的隔離，免去了繁瑣的絕緣和布線操作，極大的簡化了工藝并降低了生產(chǎn)成本。進一步，通過通槽與LED芯片間的深刻蝕走道的配合設(shè)置，還可以容易的實現(xiàn)化學方法剝離生長襯底的操作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種條形復合圖形襯底的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的截面示意圖；

圖3為本發(fā)明第二種結(jié)構(gòu)的條形復合圖形襯底的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明第三種結(jié)構(gòu)的條形復合圖形襯底的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一種在復合圖形襯底材料上生長的外延結(jié)構(gòu)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明倒裝結(jié)構(gòu)的LED芯片晶元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為圖6中一個LED芯片單元截面的放大示意圖；

圖8為本發(fā)明導電基板與LED芯片晶元鍵合后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為圖8截面的放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為圖9剝離生長襯底的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明一種做好器件電極的帶有導電基板的芯片晶元；

圖12為本發(fā)明一種透明基板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為本發(fā)明另一種透明基板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14為圖13填充熒光粉膠體后的熒光粉透明基板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖15為圖14出光面設(shè)置微結(jié)構(gòu)后的熒光粉透明基板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖16為圖11結(jié)合熒光粉透明基板后的結(jié)構(gòu)示意圖(即具有熒光粉透明基板結(jié)構(gòu)的晶元級封裝的倒裝LED器件)；

圖17為圖16分割后的一種倒裝LED器件分割單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標號說明

1 復合圖形襯底

101 生長基底

102 AlN層

103 二氧化硅層

2 LED芯片單元

201 N型半導體生長層

202 量子阱

203 P型半導體生長層

204 芯片的N型金屬焊盤

205 芯片的P型金屬焊盤

206 電極隔離走道

207 側(cè)壁絕緣層

208 側(cè)壁反射鏡層

209 P型歐姆接觸層及反射鏡層

210 電極絕緣層

3 深刻蝕走道

4 導電基板

401 金屬層a

402 金屬層b

403 通槽

404 LED器件的P型金屬焊盤和N型金屬焊盤

5 熒光粉透明基板

501 透明基板

502 凹槽

503 熒光粉膠體

504 棱錐結(jié)構(gòu)

6 熒光粉單元

具體實施方式

以下通過特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所公開的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明可以在沒有背離權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神范圍內(nèi)作各種修飾或改變。

術(shù)語“晶元級封裝”是指直接對未分割的LED芯片晶元或LED芯片陣列實施的整體封裝。

術(shù)語“包含一個以上LED芯片的LED芯片晶元/陣列”是指按照常規(guī)方法以及下文具體列舉的方法獲得的其中包括一個以上LED芯片(優(yōu)選兩個以上LED芯片)陣列排布的LED芯片的組合。

術(shù)語“金屬鍵合”是指通過純金屬或合金，依靠金屬鍵、金屬與晶片表面間的擴散、金屬熔融等作用使兩個晶片面對面的粘合在一起。更多理論和實例參見謝正生等人的“金屬鍵合技術(shù)及其在光電器件中的應用” (《激光與光電子進展》，第44卷，第1冊，2007年1月，第31-37頁)。

術(shù)語“結(jié)合”意在說明部件之間的連接，只要能實現(xiàn)發(fā)明的目的，則認為這樣的連接即屬于“結(jié)合”的范疇；換言之，只要這樣的連接能夠?qū)崿F(xiàn)該連接旨在達到的功能和效果，則屬于“結(jié)合”的范圍，為此，不再作進一步的細分，例如不再考察該連接是否為物理或化學方式的結(jié)合。例如采用粘合劑結(jié)合的方式，如采用熱固化粘合劑或光固化粘合劑，具體如由聚烯烴、聚乙酸乙烯及乙酸乙烯共聚物、聚丙烯酸酯類或聚氯乙烯和過氯乙烯樹脂等熱塑性樹脂為粘料組成的粘合劑?；蛘?，所述粘合劑也可作為熒光粉膠體中的膠體物質(zhì)(即具有粘合劑性能的物質(zhì))而存在，即通過熒光粉膠體與出光面的固化來實現(xiàn)結(jié)合。

在本發(fā)明中，所述晶元級封裝的倒裝LED器件，包括：倒裝的包含一個以上LED芯片的LED芯片晶元/陣列、導電基板和熒光粉透明基板，

其中，

所述LED芯片包括P型金屬焊盤、N型金屬焊盤以及將P型金屬焊盤和N型金屬焊盤隔開的電極隔離走道；

所述導電基板的一面設(shè)有金屬層a，該金屬層a與LED芯片的P型金屬焊盤和N型金屬焊盤金屬鍵合；所述導電基板的另一面設(shè)有金屬層b，該金屬層b形成所述LED器件的P型金屬焊盤和N型金屬焊盤；所述導電基板上設(shè)有與所述電極隔離走道對應的通槽，該通槽將所述LED器件的P型金屬焊盤和N型金屬焊盤隔離開；

所述熒光粉透明基板包括透明基板和透明基板內(nèi)和/或透明基板至少一個面上的熒光粉膠體，所述熒光粉透明基板與所述LED芯片剝離掉生長襯底的出光面結(jié)合。

本發(fā)明晶元級封裝的倒裝LED器件為剝離掉生長襯底的倒裝LED器件，其出光面為熒光粉透明基板面。該器件結(jié)構(gòu)，可以降低封裝成本，提高封裝器件的發(fā)光效率、出光的均勻性和可靠性，減少封裝后發(fā)光二極管的藍光側(cè)漏。并且，本發(fā)明通過所述熒光粉透明基板與所述LED芯片剝離掉生長襯底的出光面結(jié)合的設(shè)置，增強了最終LED器件出光面的機械強度，并還可以通過對所述熒光粉透明基板的表面進行粗化加工，進一步提高光效。另外，通過導電基板及其上通槽的設(shè)置，一方面所述導電基板在剝離生長襯底時可作為轉(zhuǎn)移襯底固定LED芯片，另一方面所述導電 基板直接形成了所述LED器件的電極焊盤。

通常，現(xiàn)有技術(shù)需要采用硅穿孔技術(shù)及電鍍技術(shù)對硅基半導體芯片的電極進行布線，對硅穿孔的側(cè)壁及電極區(qū)域進行區(qū)域性絕緣，避免器件的短路。本發(fā)明通過通槽的設(shè)置，通槽直接對導電基板上的電極焊盤進行隔離，從而省去了傳統(tǒng)工藝中繁瑣的絕緣和布線操作。

在具體的實施方案中，所述LED芯片晶元的電極為同側(cè)結(jié)構(gòu)電極，所述LED芯片晶元中包括：芯片N型金屬焊盤、芯片P型金屬焊盤、電極隔離走道、芯片側(cè)壁絕緣層、芯片側(cè)壁反射鏡層、芯片的P型歐姆接觸層及反射鏡層和P型歐姆接觸層及反射鏡層上面的電極絕緣層。

在具體的實施方案中，所述P型歐姆接觸層和反射鏡層的材料只要能保證金屬與P型半導體形成歐姆接觸的同時，也保證芯片正面的出射光全部反射至復合圖形襯底層的方向的材料均可，例如為ITO、ZnO、Ni、Ag、Au、Cr、Al等中的一種或幾種的組合。優(yōu)選ITO、Ni、Ag或Ni、Ag或Ag材料構(gòu)成的P型歐姆接觸層和反射鏡層。在一個具體的實施方案中，P型歐姆接觸層和反射鏡層為使用ITO、Ni和Ag的三種材料分別形成的層，它們的厚度例如為：ITO：200A-1200A，Ni：3A-20A，Ag：1000-5000A。

在具體的實施方案中，可以采用任何可用于LED的外延制作LED芯片晶元，例如GaN、InP、GaAs、Ge、BN外延等，這樣的外延可以購得，也可以自行制備。

所述導電基板選用導電、高導熱性并且容易利用機械或化學腐蝕等方式加工形成通槽的基板，比如硅基板、銅基板等，優(yōu)選硅基板。對于所述導電基板一面上用于與所述LED芯片的P、N金屬焊盤進行金屬鍵合的金屬層a，凡是與金屬焊盤可進行鍵合的金屬均可作為導電基板上的金屬層a，具體如Ti、Cr、Al、Au、In、Sn、或Au Sn合金等。對于所述導電基板另一面上的金屬層b，可與前述金屬層a使用的材料相同或不同，該金屬層b與導電基板形成歐姆接觸層，并最終形所述LED器件的電極焊盤。

在本發(fā)明的一個實施方案中，所述的晶元級封裝的倒裝LED器件，其中相鄰LED芯片的P型金屬焊盤和N型金屬焊盤為非對稱排列，從而使相鄰電極的電極隔離走道錯開設(shè)置。所述電極隔離走道錯開設(shè)置，對應 它的通槽也錯位設(shè)置，從而使所述導電基板無論是在與所述LED芯片金屬鍵合前或鍵合后開設(shè)所述通槽，所述導電基板都是一整片，從而便于加工過程中的整體移動和處理。當對該結(jié)構(gòu)的LED器件進一步進行分割，也就得到P型金屬焊盤和N型金屬焊盤被通槽隔開的單個LED芯片單元。

當然，對于通過相鄰LED芯片的P型金屬焊盤和N型金屬焊盤整齊排列的電極隔離走道在導電基板上形成的連通的通槽，也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。該結(jié)構(gòu)的LED器件由于具有同類型的多個連續(xù)的電極焊盤，可進行多個LED芯片為單元的分割，從而形成高壓的LED芯片。對于該結(jié)構(gòu)，優(yōu)選在所述導電基板的金屬層a與所述LED芯片的電極焊盤金屬鍵合后再進行通槽的設(shè)置，這樣仍然實現(xiàn)了所述導電基板的整片操作。

在本發(fā)明的一個實施方案中，所述的晶元級封裝的倒裝LED器件中，所述LED芯片之間設(shè)有深刻蝕走道，刻蝕深度至所述LED芯片未剝離生長襯底時的生長襯底層；所述通槽的長度大于所述電極隔離走道的長度，且其至少一端與所述深刻蝕走道連通。該結(jié)構(gòu)深刻蝕走道和通槽的設(shè)置，可使所述通槽和深刻蝕走道形成可供藥液進入生長襯底的化學剝離通道，從而便于采用化學剝離技術(shù)實現(xiàn)生長襯底的剝離。

在一個具體的實施方案中，所述深刻蝕走道的深度大于6微米至生長襯底層的最底部所具有的深度。

在一個具體的實施方案中，所述電極隔離走道/通槽的寬度可不超過30微米，優(yōu)選不超過20微米。優(yōu)選地，所述通槽的寬度小于電極隔離走道的寬度。

在本發(fā)明進一步的實施方案中，所述生長襯底為多層材料構(gòu)成的生長襯底，包括：(A)選自硅片、玻璃片、藍寶石、銅基板等中的一種形成的生長基底，和任選地(B)選自Al₂O₃、SiO₂、SiN、AlN等中的一種或多種材料分別形成的位于所述生長基底上的層，所述材料優(yōu)選Al₂O₃、SiO₂和AlN中的一種或多種。當采用化學剝離技術(shù)剝離生長襯底時，所述(B)為必選項。

在本發(fā)明進一步的實施方案中，所述生長襯底與所述LED芯片相接的一面起伏不平，與所述LED芯片之間形成間隙。該間隙有利于在采用化學剝離技術(shù)剝離生長襯底時藥液進入生長襯底層，從而更快速的實現(xiàn)生長襯底的剝離。例如所述間隙為由生長襯底上凸出的截面為三角形、梯形、 長方形等形成的條形間隙。如圖1-4所示，其為本發(fā)明幾種不同結(jié)構(gòu)生長襯底的結(jié)構(gòu)示意圖。進一步，所述間隙優(yōu)選大于1微米至10微米。在具體的實施方案中，設(shè)置的所述通槽的長軸可垂直于所述條形間隙。

在本發(fā)明的一個實施方案中，所述的晶元級封裝的倒裝LED器件，其透明基板的一個表面具有平整的表面和/或周期性的凹槽，所述熒光粉膠體設(shè)于透明基板平整的表面上和/或周期性的凹槽中，所述熒光粉膠體的表面與所述LED芯片剝離掉生長襯底的出光面結(jié)合。優(yōu)選具有周期性凹槽的透明基板。幾種不同的熒光粉透明基板結(jié)構(gòu)具體如圖12-15所示。

在本發(fā)明進一步的實施方案中，所述透明基板的凹槽的寬度和長度分別與凹槽中的熒光粉膠體的寬度和長度匹配，所述凹槽中的熒光粉膠體的寬度和長度分別大于結(jié)合到熒光粉膠體上的LED芯片的寬度和長度；優(yōu)選所述凹槽中的熒光粉膠體的寬度和長度分別比結(jié)合到熒光粉膠體上的LED芯片的寬度和長度大1-10微米。

在本發(fā)明進一步的實施方案中，所述透明基板的凹槽深度與熒光粉膠體的厚度匹配，所述熒光粉膠體的厚度與LED器件的最終色坐標即LED芯片需要的熒光粉的量匹配；優(yōu)選透明基板的凹槽深度為10-100微米。

在本發(fā)明進一步的實施方案中，所述熒光粉膠體為熒光粉和有機溶劑的混合物轉(zhuǎn)化而成的透明固體；所述有機溶劑優(yōu)選硅膠材料。熒光粉和有機溶劑的使用和配比根據(jù)本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)進行，如按照重量比1:1或1:2使用。更多內(nèi)容，詳見在線http://d.wanfangdata.com.cn/Thesis/D369178公開的吳逸萍的碩士論文《大功率LED熒光粉及膠體封裝工藝的研究》所記載的熒光粉及膠體以及相關(guān)的制備方法?；蛘?，從深圳金百晟、深圳芯晶宇光電、大連路明等購得的相關(guān)產(chǎn)品。所述有機溶劑的實例有：環(huán)氧樹脂、氟素橡膠、硅膠等，優(yōu)選硅膠材料。其中，熒光粉和有機溶劑的混合物轉(zhuǎn)化成透明固體按照本領(lǐng)域已知的工藝進行。所述熒光粉膠體通過填充、涂覆等方式設(shè)置于透明基板的表面上或凹槽中，熒光粉膠體表面平整，便于與LED芯片結(jié)合。

在本發(fā)明進一步的實施方案中，所述透明基板為適宜采用機械或化學腐蝕方法對其表面進行加工的透明材料；優(yōu)選無機SiO₂基玻璃和有機透明材料。在更具體的實施方案中，所述SiO₂基玻璃的厚度大于70微米。 所述LED器件的出光面為透明基板的出光面，透明基板的出光面可利用機械或化學腐蝕等方式加工，形成可提高出光效果的微結(jié)構(gòu)圖形(例如齒狀和/或棱錐狀的結(jié)構(gòu))。

在本發(fā)明的一個實施方案中，所述的晶元級封裝的倒裝LED器件中，所述LED芯片剝離掉生長襯底的出光面經(jīng)過粗化處理(例如在粗化處理后，在N型半導體生長層形成微腔結(jié)構(gòu))。和/或，在本發(fā)明的一個實施方案中，所述LED芯片的側(cè)壁設(shè)有側(cè)壁反射鏡，且LED芯片的P型歐姆接觸層具有反射鏡的功能(為P型歐姆接觸層及反射鏡層)。和/或，在本發(fā)明的一個實施方案中，所述透明基板未設(shè)熒光粉膠體的表面，也即所述LED器件的出光面經(jīng)過粗化處理。這都進一步提高了LED芯片的光效。

所述粗化處理可通過機械或化學腐蝕等方式加工，形成提高出光效果的微結(jié)構(gòu)圖形。例如可采用的方式包括：化學粗化法、光化學粗化法及激光粗化法。以化學粗化法為例，例如采用KOH或H₃PO₄粗化出光面，溫度50℃以上，時間5秒鐘以上。

本發(fā)明還提供所述的晶元級封裝的倒裝LED器件分割而成的倒裝LED器件分割單元。在具體的實施方案中，分割而成的所述倒裝LED器件分割單元可為含有一個或兩個、三個、四個、五個等多個LED芯片的LED分割單元。

本發(fā)明還提供所述的晶元級封裝的倒裝LED器件的制作方法，包括：

(a)提供帶生長襯底的包含一個以上LED芯片的LED芯片晶元/陣列，所述LED芯片包括P型金屬焊盤、N型金屬焊盤以及將P型金屬焊盤和N型金屬焊盤隔開的電極隔離走道；

(b)提供導電基板，所述導電基板的一面設(shè)金屬層a，該金屬層a與LED芯片的P型金屬焊盤和N型金屬焊盤金屬鍵合；所述導電基板的另一面設(shè)金屬層b，該金屬層b形成所述LED器件的P型金屬焊盤和N型金屬焊盤；所述導電基板上設(shè)與所述電極隔離走道對應的通槽，該通槽將所述LED器件的P型金屬焊盤和N型金屬焊盤隔離開；

(c)將所述LED芯片的生長襯底剝離，暴露出LED芯片的出光面；

(d)提供熒光粉透明基板，所述熒光粉透明基板包括透明基板和透明基板內(nèi)和/或透明基板至少一個面上的熒光粉膠體；

(e)所述熒光粉透明基板與所述LED芯片剝離掉生長襯底的出光面結(jié)合，形成具有熒光粉透明基板結(jié)構(gòu)的晶元級封裝的倒裝LED器件；

其中所述包含一個以上LED芯片的LED芯片晶元/陣列、導電基板和熒光粉透明基板的準備不分先后。

在本發(fā)明的實施方案中，所述生長襯底剝離的方法有激光剝離法、研磨拋光法、濕法腐蝕法/化學腐蝕法，本發(fā)明中優(yōu)先采用濕法腐蝕法/化學腐蝕法。在具體的實施方案中，所述化學腐蝕法可參照專利申請《一種利用化學腐蝕的方法剝離生長襯底的方法》中的方法進行，其申請?zhí)枮?01510290140.1，申請日為2015年5月29日。

在本發(fā)明的一個實施方案中，采用化學剝離技術(shù)剝離所述生長襯底，其包括步驟：

在步驟(a)中，所述LED芯片之間設(shè)深刻蝕走道，刻蝕深度至所述LED芯片的生長襯底層；

在步驟(b)中，使所述通槽的長度大于所述電極隔離走道的長度，且其至少一端與所述深刻蝕走道連通；

在步驟(c)中，向所述通槽、深刻蝕走道形成的化學剝離通道通入藥液，將生長襯底剝離。

上述方法充分利用了器件中的通槽結(jié)構(gòu)，所述通槽不僅在結(jié)構(gòu)上起到隔離電極的作用，在器件的制備中，還作為化學剝離方法通入藥液的通道，高效實現(xiàn)了生長襯底的剝離。

在本發(fā)明的一個實施方案中，所述生長襯底與所述LED芯片相接的一面起伏不平，與所述LED芯片之間形成間隙。

在本發(fā)明的一個實施方案中，所述生長襯底為多層材料構(gòu)成的生長襯底，包括：(A)選自硅片、玻璃片、藍寶石、銅基板等中的一種形成的生長基底，和(B)選自Al₂O₃、SiO₂、SiN、AlN等中的一種或多種材料分別形成的位于所述生長基底上的層，所述材料優(yōu)選Al₂O₃、SiO₂和AlN中的一種或多種。

在上述方法制備獲得所述LED器件的基礎(chǔ)上，按照所述深刻蝕走道進行切割，可獲得分割的倒裝LED器件分割單元。

上述產(chǎn)品和產(chǎn)品以及產(chǎn)品和方法寬泛的和優(yōu)選的特征可以彼此組合。

如上所述，本發(fā)明提供的晶元級封裝的倒裝LED器件及其制作方法， 其主要特點是器件結(jié)構(gòu)主要包括具有通槽結(jié)構(gòu)的導電基板、基板上表面鍵合的薄膜倒裝結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管(LED)芯片及發(fā)光二極管芯片上鍵合的熒光粉透明基板。本發(fā)明通過晶元上芯片的非對稱設(shè)計，實現(xiàn)芯片晶元與導電基板的整片鍵合；同時，通過導電基板的通槽設(shè)計，減少了硅或其他導電基板的絕緣工藝及電鍍工藝，降低了成本；還通過通槽、電極隔離走道和深刻蝕走道形成化學剝離通道，容易的實現(xiàn)了生長襯底的化學剝離。該器件結(jié)構(gòu)，可以通過減少常規(guī)倒裝芯片電極間的走道隔離距離，增加芯片的出光面積，實現(xiàn)晶元級封裝，可以降低封裝成本，提高封裝器件的發(fā)光效率、出光的均勻性和可靠性，減少封裝后發(fā)光二極管的藍光側(cè)漏。

實施例

以下結(jié)合圖1-17對本發(fā)明進行舉例說明。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明與本發(fā)明中有關(guān)的組件示意，而非對實際實施時的組件數(shù)目、形狀、尺寸、制造方法及工藝窗口做出限定，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。在實施例中所涉及的工藝條件在有效窗口內(nèi)可以進行合理改變且達到本發(fā)明所揭示的效果。

根據(jù)所述方法制備所述晶元級封裝的倒裝LED器件，包括步驟：

步驟1：提供復合圖形襯底1。如圖1至1-4所示的幾種不同結(jié)構(gòu)的生長襯底，本實施例采用圖1所示的結(jié)構(gòu)。

該復合圖形襯底1包括：生長基底101(為藍寶石襯底，厚度優(yōu)選在380-450微米，本實施例為410微米)、生長基底101上的AlN層102(厚度優(yōu)選1-3微米，本實施例為2微米)以及AlN層102上的條狀二氧化硅層103(厚度優(yōu)選2000A-2微米，本實施例為1微米)。

所述條狀二氧化硅103的條形間距為2微米，為周期性排列。

步驟2：在復合圖形襯底1上生長外延結(jié)構(gòu)。如圖5所示。

該外延結(jié)構(gòu)包括：N型半導體生長層201(厚度優(yōu)選1-7微米，本實施例為6微米)、N型半導體生長層201上的量子阱202(厚度優(yōu)選1000A-5000A，本實施例為4000A)、量子阱202上的P型半導體生長層203(厚度優(yōu)選500A-3000A，本實施例為1500A)。

步驟3：在外延結(jié)構(gòu)上制作倒裝結(jié)構(gòu)的LED芯片晶元。如圖6-7所 示。

所述LED芯片晶元的電極為同側(cè)結(jié)構(gòu)電極，所述LED芯片晶元由多個LED芯片單元2組成。所述LED芯片晶元中包括：芯片的N型金屬焊盤204、芯片的P型金屬焊盤205、電極隔離走道206、深刻蝕走道3(包括橫向的和豎向的)、芯片側(cè)壁絕緣層207、芯片側(cè)壁反射鏡層208、芯片的P型歐姆接觸層及反射鏡層209和P型歐姆接觸層及反射鏡層209上面的電極絕緣層210。

所述LED芯片單元2在LED芯片晶元上呈非對稱排列，如圖3所示，表現(xiàn)為上下相鄰LED芯片單元2上的N型金屬焊盤204與P型金屬焊盤205為非對稱排列，當然也可以是左右或其他方式的焊盤非對稱排列。該設(shè)計的主要目的是便于后續(xù)導電基板4與該電極焊盤在鍵合后，導電基板4上對應的通槽403也錯位設(shè)置，形成導電基板4與LED芯片晶元整片鍵合的結(jié)構(gòu)。

所述芯片電極隔離走道206的寬度為7微米，遠遠小于傳統(tǒng)倒裝芯片的電極隔離走道206。在后續(xù)與導電基板4鍵合時，所述芯片電極隔離走道206對準導電基板4上的通槽403后進行鍵合(也可在鍵合后，對準電極隔離走道206開設(shè)通槽403)。

所述深刻蝕走道3的深度為8微米，深刻蝕至復合圖形襯底層，即必須保證走道中的外延生長層(外延結(jié)構(gòu))刻穿，該走道也作為后續(xù)化學剝離襯底的藥液通道。

所述芯片的側(cè)壁具有側(cè)壁絕緣層207，防止芯片的P-N結(jié)短路。

所述芯片的側(cè)壁具有側(cè)壁反射鏡層208，防止芯片的光從芯片的側(cè)壁出射。

所述芯片具有P型歐姆接觸層和反射鏡層，從而保證金屬與P型半導體形成歐姆接觸的同時，也保證芯片正面的出射光全部反射至復合圖形襯底層。在本實施例中，P型歐姆接觸層和反射鏡層為使用ITO、Ni和Ag的三種材料分別形成的層，它們的厚度依次為：ITO：200A-1200A，Ni：3A-20A，Ag：1000-5000A。

所述P型歐姆接觸層和反射鏡層上具有電極絕緣層210，用于隔離N型金屬焊盤204與P型歐姆接觸層和反射鏡層209，防止芯片間的電極短路。

所述LED芯片單元2的出光面為復合圖形襯底1上的生長基底101——藍寶石襯底(AL₂O₃)面。

步驟4：提供導電基板4。如圖8-9所示。

所述導電基板4可以是硅、銅等導電基板，本實施例中采用硅作為導電基板4。

所述導電基板4的尺寸不小于芯片晶元，本實施例中導電基板4的尺寸等于芯片晶元的尺寸。

所述導電基板4上的金屬層a 401可為Ti、Cr、Al、Au、In、Sn、或Au Sn合金等，不限于提到的技術(shù)，該金屬層a 401主要用于與LED芯片晶元上的N型金屬焊盤204與P型金屬焊盤205進行金屬鍵合。凡是與金屬焊盤可進行鍵合的金屬均可作為導電基板4上的金屬層a。本實施例采用Au形成的金屬層a 401與多個金屬焊盤進行金屬鍵合。

步驟5：將LED芯片晶元與導電基板4上的金屬層a 401進行整片金屬鍵合。如圖8-9所示。

該鍵合是將LED芯片晶元上的金屬焊盤與導電基板4一面上的金屬層a 401進行鍵合。

步驟6：在導電基板4上制作通槽403。如圖8-9所示。

所述導電基板4上的通槽403與芯片的電極隔離走道206完全對應。

所述通槽403的寬度為6微米(小于電極隔離走道206的寬度)，所述通槽403的長度長于芯片的電極隔離走道206，至相鄰芯片的側(cè)壁邊緣，即與LED芯片間的深刻蝕走道3連通。

所述通槽403與電極隔離走道206及深刻蝕走道3共同組成化學剝離通道。

步驟7：化學剝離復合圖形襯底1，轉(zhuǎn)移芯片至導電基板4上。如圖10所示。

將鍵合及做好通槽403的芯片晶元放入化學藥液中(所有可腐蝕二氧化硅的藥液或可做出光面粗化的藥液均適用于本發(fā)明。此處具體使用KOH溶液，溫度50-80℃，時間10分鐘)，藥液沿著通槽403、電極隔離走道206、深刻蝕走道3和復合圖形襯底1的條形間隙共同組成的通道腐蝕生長基底101上的AlN層102及二氧化硅層103，最終剝離掉復合圖形襯底1，將芯片徹底轉(zhuǎn)移至導電基板4上，形成帶導電基板4的芯片晶 元。此時帶導電基板4的芯片晶元的結(jié)構(gòu)從下到上依次為導電基板、金屬鍵合層及LED芯片。

步驟8：減薄導電基板4(可使整個LED器件更薄、更輕)，并在導電基板4的另一面蒸鍍金屬層b 402(金屬層b 402的材料可為Ti、Ni、Al等，此處使用Al)，形成LED器件的P型金屬焊盤和N型金屬焊盤404(即LED器件的電極或器件的金屬焊盤)，如圖11所示。同時，可對LED芯片的N型半導體層的出光面進行粗化，增加芯片的出光面。

步驟9：提供熒光粉透明基板5。

如圖12-15所示的本發(fā)明幾種結(jié)構(gòu)的熒光粉透明基板。圖12的透明基板501表面平整；圖13的透明基板501表面具有周期性排布的凹槽502；圖14為圖13帶凹槽502的透明基板501填充熒光粉膠體503后的熒光粉透明基板5，其中單獨的凹槽502與其中的熒光粉膠體503組成一個熒光粉單元6；圖15為在圖14基礎(chǔ)上，透明基板501的出光面(即透明基板501沒有設(shè)熒光粉膠體503的一面)加工成微結(jié)構(gòu)(棱錐結(jié)構(gòu)504)的熒光粉透明基板5。本實施例中選用圖14所示的熒光粉透明基板用于LED器件的封裝。

所述透明基板501的材料具有很高透光率、并且容易利用機械或化學腐蝕等方式加工成形，本實施例中采用厚度80微米的SiO₂基玻璃。該透明基板501包括周期性的凹槽502(凹槽長度14mil，凹槽寬度28mil)，凹槽502中有熒光粉膠體503(熒光粉膠體厚度30微米)，其中，每個單獨的凹槽502和熒光粉膠體503組成一個熒光粉單元6。熒光粉膠體503為熒光粉和硅膠重量比1:2的混合膠體。

所述透明基板501上凹槽502的寬度和長度分別稍微大于將要結(jié)合到熒光粉膠體503上的LED芯片的寬度和長度(約大于4微米)；所述凹槽502的深度根據(jù)LED器件的最終色坐標，也就是LED芯片需要匹配的熒光粉的量的多少來確定，此處凹槽502深度約40微米。

所述熒光粉單元6的周期排布、間隔等與LED芯片晶元上的LED芯片單元2的周期排布相同、間隔相同。所述熒光粉單元6的大小稍稍大于LED芯片的大小，以保證LED芯片的出光面可以完全結(jié)合在熒光粉單元6上。

步驟10：將帶導電基板4的芯片晶元整片結(jié)合至熒光粉透明基板5。 如圖16所示。

將剝離掉生長襯底的LED芯片晶元的出光面(即靠近N型半導體生長層201的那面)與熒光粉透明基板5上的熒光粉膠體503進行永久結(jié)合。其中，所述LED芯片單元2與熒光粉單元6一一對應進行膠粘劑粘合或固化粘合。

所述熒光粉透明基板5未設(shè)熒光粉單元6的一面為該LED器件的最終出光面，可以加工成各種有利于芯片出光的微結(jié)構(gòu)，例如鋸齒狀結(jié)構(gòu)。

步驟11：將上述獲得的具有熒光粉透明基板5結(jié)構(gòu)的晶元級封裝的倒裝LED器件進行分割，形成需要的倒裝LED器件分割單元，如圖17所示。

所述分割是沿著芯片的深刻蝕走道3進行分割。

所述LED器件的出光面為透明基板面。

效果評定

1)透光率

本發(fā)明LED器件的出光面為透明基板面，由于剝離了生長襯底，其避免了傳統(tǒng)LED器件出光面的生長襯底對光的吸收，并結(jié)合高透光率的透明基板的選用，可大大提高所述LED器件的透光率。以玻璃作為透明基板為例，其替代了原出光面所在的藍寶石(Al₂O₃)生長襯底，現(xiàn)傳統(tǒng)藍寶石生長襯底的透光率(300nm-700nm)小于80％左右，而玻璃基板的透光率(300nm-700nm)則大于90％，因此，增加了出光效率。

2)藍光側(cè)漏

傳統(tǒng)的芯片在芯片的側(cè)壁無反射鏡，因此必然有光從芯片的側(cè)壁泄漏，同時由于生長襯底也沒有剝離，因此，側(cè)光也包含藍寶石襯底的側(cè)光部分。本發(fā)明由于芯片的側(cè)壁有反射鏡，同時藍寶石襯底已經(jīng)被剝離掉，因此，可明顯減少封裝后發(fā)光二極管的藍光側(cè)漏。

3)激發(fā)效率、出光效率、出光的均勻性和可靠性

綜合以上1)、2)分析，由于采用透光率更高的透明基板作為出光面，且采用倒裝結(jié)構(gòu)避免了電極的遮擋，同時減少了芯片的側(cè)光，且芯片除了出光面外，均有反射鏡結(jié)構(gòu)，因此，光線更加集中，單位面積的熒光粉受到更多光的激發(fā)，器件出光效率、出光的均勻性和可靠性等的整體性 能得到提高。

4)發(fā)熱情況

本發(fā)明由于剝離掉了導熱性較差的生長襯底，減少了熱傳導的介質(zhì)材料，因此LED器件的散熱效果更好。

5)機械強度

采用透明基板結(jié)構(gòu)的本發(fā)明LED器件與直接用熒光粉膠體進行LED芯片封裝的LED器件相比，由于克服了后者支撐襯底、芯片易碎等缺點，機械強度得到大大增強。

6)亮度測試

按照上述實施例方法，使用芯片尺寸大小為12mil*26mil的芯片晶元制作以上封裝器件。采用Labsphere 50cm積分球系統(tǒng)，60mA下，器件的光效達到180lm/W以上；同時，對傳統(tǒng)的12mil*26mil倒裝芯片進行封裝測試，器件的光效為150lm/W。因此相比傳統(tǒng)芯片，本發(fā)明的LED器件的光效提升了20％以上。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。