专利名称：整面压合式倒装led及其制备方法
技术领域：
本发明属于光电子技术，具体为LED制造与封装领域。
背景技术：
当前倒装LED制作过程为1，制作出LED台阶；2，制作电极；3，在基板上制作与芯片上电极图形对应的金属电极图形；4，在基板上制作金属球；5，通过覆晶机将芯片与基本图形对应，然后压合。其芯片与基板连接是通过几颗金球进行连接，导热面积小。由于负电极直接蚀刻到η型区，η电极区域是不发光的，此种覆晶技术由于需要金球进行负电极的连接，金球将占据大量负电极的位置，减小了发光面积，降低了出光效率。倒装所用设备价格昂贵，倒装成本高。倒装过程中需要制作透明导电层，制作金球等一系列复杂的工艺，并且如果想要达到更高的出光效果，还需要制作反射镜。倒装工艺复杂，成本高，并且金球的连接方式限制了它的散热能力，减少了芯片的发光面积。本发明所欲解决之问题为先前倒装LED之技术由数颗金球来连接芯片和基板，有金属球连接散热能力有限的问题及负电极面积过大，减少了很多有效发光面积等缺点。
发明内容
本发明之目的系为了开发出一种新型的制程技术，有别于目前市场上的产品，由于市面上之产品多位金球式覆晶，LED芯片与基板接触面积很小，而本发明之目的可以达到 LED芯片整面与基板都可以接触，来增加散热的面积。除此之外本发明还希望可以减小负电极面积，提高发光效率。整面压合式倒装LED，其特征在于从下至上依次包括LED芯片η型层106，LED 芯片多量子井发光层105，LED芯片ρ型层104，LED芯片ρ型层104的上方为正电极，且在 LED芯片多量子井发光层105的一侧制备有负电极，正电极上覆盖有绝缘层，该绝缘层覆盖除了负电极123和正电极113的一小部分整个结构，留出正电极通孔，负电极通孔或者正负电极裸露出来一部分；在绝缘层上面有一层金属层，且金属层中间留出一条绝缘通道，使整个金属层分为两个区域，一个区域连接负电极，一个区域连接正电极，即LED的负电极与正电极连接到同一个金属层平面上。所述的整面压合式倒装覆晶LED的制备方法，其特征在于(A)制作成只有LED芯片η型层106，LED芯片多量子井发光层105，LED芯片ρ型层104的结构；(B)在㈧结构上，制作正负电极；(C)在⑶结构上制备绝缘层，分别在正负电极腐蚀出正电极通孔，负电极通孔， 或者使正负电极裸露出来一部分；(D)在(C)结构上制作一层金属层，使成为两部分互相绝缘，两部分分别与正、负电极相联，金属层在同一平面内，将原来不在同一平面的正负电极连接到同一平面。(E)制作与(D)结构中压合金属层图案相对应的基板金属图形，然后与基板进行对准压合动作，使压合层金属与基板金属图形相互对应，或者将LED芯片与基板金属图形对应放置用共晶的方式实现LED芯片与基板的连接。本案是一个针对倒装LED中芯片与基板的连接方式藉由面-面键合型倒装LED结构的发光二极管。其特征是在于一般的连接方式是用金球连接基板与LED芯片，一般的倒装LED芯片需要制作ITO层和金属球以及金属反射层。而本案所揭示之倒装LED，其只要特点是在利用金属相联连的方式，把本来没有在一个平面的负电极和正电极连接在同一个平面，从而完成不需要金球连接而进行压合的动作，实现几乎整面的芯片与基板的接触，因此不同于一般的倒装LED。因本案的倒装LED的结构须经由特殊的设计，使水平式LED的负电极与正电极可以连接到同一个平面上。假如使用传统倒装LED，若不使用金球直接压合，负电极将无法与基板电极相连。本案的倒装LED须有一层绝缘层，绝缘层覆盖芯片大部分的区域，只有在正电极与负电极的极小的一块区域不覆盖，再在绝缘层上面制作一层金属层，并且中间留出一条绝缘通道，使整个金属层分为两个区域，一个区域连接负电极，一个区域连接正电极。 同时基板金属层制作与之相对应的区域。以上之说明对于本案之构思更加易于了解。本案所揭示之倒装LED结构可以进行整面的连接，芯片与基本连接面积占据芯片面积的90%以上，能达到良好的散热效果。本发明不通过金属球进行连接，电极图形可以任意设计，从而通过改善电极图形来改善电流均勻度，并且由于不需要负电极金球的位置，可以减小负电极的面积，增加出光面积，提高出光效率。本案之LED制作金属反射电极，电极覆盖整个台阶，不需要制作透明导电层，不需要额外制作反射镜。作为工业生产，电极金层厚度可以大大减小，大大降低生产成本。相对传统倒装LED，大大简化了工艺过程，降低成本。并且封装过程可以通过共晶来实现，来代替压合过程。(与传统倒装LED相比，负电极面积可以减少30%以上，散热性能可以提高20%以上(可以使原来12颗金球倒装LED结温从平均78度下降到60度)。出光效率可以提高30%以上。本案是一个针对倒装LED中芯片与基本的连接方式藉由面-面键合型覆晶LED结构的发光二极管。其特征是在于一般的连接方式是用金球连接基板与LED芯片，一般的倒装LED芯片需要制作ITO层和金属球以及金属反射层。而本案所揭示之倒装LED，其主要特点是在利用金属，如图1中111与113、121与123相连的方式，把本来没有在一个平面的负电极和正电极连接在同一个平面，从而完成不需要金属球连接而进行压合的动作，实现几乎整面的芯片与基板之间的接触，因此不同于一般的倒装LED。因本案的倒装LED的结构须经由特殊的设计，使水平式LED的负电极与正电极可以连接到同一个平面上，如图中正电极113连接到金属111，负电极123连接到金属121， 121与111在同一平面上。假如使用传统倒装LED，若不使用金球直接压合，负电极将无法与基板电极相连。本案的倒装LED须有一层绝缘层，例如二氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧化锌等，绝缘层覆盖芯片大部分的区域，只有在正电极与负电极的极小的一块区域不覆盖，留出相联通孔，再在绝缘层上面制作一层金属层，即压合金属层，并且中间留出一条绝缘通道， 使整个金属层分为两个区域，一个区域连接负电极，一个区域连接正电极。同时基板金属层制作与之相对应的区域。之前专利如095139473案中，正负电极金属没有淀积在一个平面上，要经过复杂的工艺处理才可以使正负电极同时很好的压合。本案中因为正负电极连接到两个相互独立且淀积在同一平面的金属压合层。并且本案之LED可以进行共晶封装的动作，以取代压合的动作。进一步降低整个LED制造过程中的成本。以上之说明对于本案之构思更加易于了解。
图1为本发明整面压合式倒装LED示意图。图2基板与基板上粘合金属图。图3本发明整面压合式倒装LED与基板上相应的金属图案做共晶粘结的图中111...正压合金属层或共晶金属层121...负压合金属层或共晶金属层102. . . 二氧化硅绝缘层113···正电极123···负电极104. . . LED 芯片 ρ 型层105. ..LED芯片多量子井发光层106. . . LED 芯片 η 型层117...正电极与正压合金属层相连通孔127...负电极与负压合金属层相连通孔211...基板正粘合金属层221...基板负粘合金属层202...基板
具体实施例方式覆晶LED通过绝缘层将正负电极与压合层分开的结构，如图1所示。图1仅仅是示意图，保护范围不仅于此种结构，包含在此结构上改良的结构。2.结构 1 中 113 反射电极层的材料，包含 Mo/Ag/Au、Ti/Al/Ti/Au、Pt/Ag/Au 等。3.结构1中102绝缘层的材料，包含二氧化硅，硅氮化合物，氮化铝，氧化锌等。4.结构1中111、121压合金属层的材料，包含不仅限于11/^11、511/^11、01等。5.结构1中113、123反射电极层图形，包含梳指状电极图形、叉状等。6.结构1中102绝缘层图形，包含长方形、梯形等7.结构1中102压合金属层的图形，包含两个独立的长方形、梯形等。具体实施例1 举例来说，将正、负电极相联到一层二氧化硅上，不仅省去制作金属球的制程，而且可以增加覆晶面积，使覆晶面积可以很容易的达到整颗芯片的80%以上。温度对于LED 影响非常大，不仅会影响LED的发光效率，而且会降低LED的寿命，使用荧光粉的LED还会影响荧光粉的质量。散热对LED非常重要。本案所展示之结构对于散热有非常好的提升效果，而且简化制作步骤。本案之LED结构，通过已经的制程技术就可以实现，举例来说，如图1所不(A)采用一般制程技术，将磊芯片中一个芯片单元制作成只有104、105、106之结构。(B)在㈧结构上，制作正负电极，例如113、123，除负电极以外的区域，均可覆盖正电极 ° 如Mo/Ag/Au(15nm/15nm/200nm)(C)在(B)结构上PECVD沉积一层二氧化硅或者用电子束蒸发、溅镀，分别在正负电极腐蚀出正电极通孔117，负电极通孔127，或者使正负电极裸露出来一部分。(Inm <厚度，通孔大小可以依芯片大小设计，通孔位置也可以根据芯片电极图形具体设计而定。)(D)在(C)结构上制作一层压合金属层或者共晶金属层(如铜锡合金或者Ni/ Ag)，使成为两部分互相绝缘，两部分分别与正、负电极相联，压合层金属在同一平面内，将原来不在同一平面的正负电极连接到同一平面。(E)制作与⑶结构中压合金属层图案相对应的基板金属图形，基板与基板上粘合金属如图2所示，压合后的情形如图3所示。或与基板上相应的金属图案做共晶粘结的动作如图3所示。或者将LED芯片与基板金属图形对应放置，如3图，用共晶的方式实现LED 芯片与基板的连接。具体实施例2 (A) (B)与实施例1中相同，(C)中绝缘层材料溅镀一层氧化锌薄膜，溅射温度控制在400摄氏度以下。氧化锌遇高压变为导体，将正负极相连，从而实现抗静电的作用。并且氧化锌与金属粘附性好，易腐蚀，成本低。余下步骤与具体实施例1中相同。与传统倒装LED相比，负电极面积可以减少30%~50%,散热性能可以提高20%以上(可以使原来12颗金球倒装LED结温从平均78度下降到60度)。出光效率可以提高 30%以上。
权利要求
1.整面压合式倒装LED，其特征在于从下至上依次包括LED芯片η型层，LED芯片多量子井发光层，LED芯片ρ型层，LED芯片ρ型层的上方为正电极，且在LED芯片多量子井发光层的一侧制备有负电极，正电极上覆盖有绝缘层，该绝缘层覆盖除了负电极和正电极的一小部分整个结构，留出正电极通孔，负电极通孔或者正负电极裸露出来一部分；在绝缘层上面有一层金属层，且金属层中间留出一条绝缘通道，使整个金属层分为两个区域，一个区域连接负电极，一个区域连接正电极，即LED的负电极与正电极连接到同一个金属层平面上。
2.根据权利要求1所述的整面压合式倒装LED的制备方法，其特征在于(A)制作成只有LED芯片η型层，LED芯片多量子井发光层，LED芯片ρ型层的结构；(B)在㈧结构上，制作正负电极；(C)在(B)结构上制备绝缘层，分别在正负电极腐蚀出正电极通孔，负电极通孔，或者使正负电极裸露出来一部分；(D)在(C)结构上制作一层金属层，使成为两部分互相绝缘，两部分分别与正、负电极相联，金属层在同一平面内，将原来不在同一平面的正负电极连接到同一平面。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤(E)制作与(D)结构中压合金属层图案相对应的基板金属图形，然后与基板做对准压合动作，使芯片上压合层金属与基板金属图形相互对应，或者将LED芯片与基板金属图形对应放置用共晶的方式实现LED芯片与基板的连接。
全文摘要
本发明提供一种整面压合式倒装LED及其制备方法。该结构从下至上依次包括LED芯片n型层，LED芯片多量子井发光层，LED芯片p型层，LED芯片p型层的上方为正电极，且在LED芯片多量子井发光层的一侧制备有负电极，正电极上覆盖有绝缘层，该绝缘层覆盖除了负电极和正电极的一小部分整个结构，留出正电极通孔，负电极通孔或者正负电极裸露出来一部分；在绝缘层上面有一层金属层，且金属层中间留出一条绝缘通道，使整个金属层分为两个区域，一个区域连接负电极，一个区域连接正电极，即LED的负电极与正电极连接到同一个金属层平面上。本发明可以减小负电极的面积，提高出光效率，大大简化了工艺过程，降低成本。
文档编号H01L33/64GK102569586SQ201210069420
公开日2012年7月11日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者张连璧, 徐晨, 许坤 申请人:北京工业大学