一种倒装LED芯片阵列结构及其制备方法与流程

本发明涉及一种倒装led芯片，具体地涉及一种倒装led芯片阵列结构及其制备方法。

背景技术：

白光led光源作为第四代绿色照明光源，因为其具有高效率、高亮度、体积小、使用寿命长、耗电量低、环保等优点，有望取代传统白炽灯、日光灯、卤素灯等传统照明光源，是新一代广泛应用的优质光源，将成为工业、生活必不可少的照明工具。但是目前要把led芯片功率做大，又要更好的解决芯片的散热能力，提高芯片亮度，是目前大功率led遇到的最大技术瓶颈。传统的led封装方式都采用正装的方式，然后根据灯具的功率需求，将每个正装封装好的灯珠集成smt贴片到散热基板上。传统方法具有以下缺点：（1）每个芯片都要单独封装成小管座然后贴在大散热模块上，单个芯片功率做不大，工序繁琐；（2）由于采用正装方式，电流扩散层和金属电极都在有源区上方，对有源区发出的光有吸光作用，会有20%-30%以上的出光损耗，出光效率低；（3）正装芯片通过金属引线导热，导热有效面积小，导热路径长，散热效果没有倒装芯片的散热效果好。

虽然目前也有led芯片倒装方案，但是传统的led芯片倒装方案具有以下缺点：（1）倒装led芯片电流分布不均匀，倒装电极单一，只有一个p型电极对应一个n型电极，存在芯片局部区域电流密度过大，电流的不均直接造成芯片的功率受到限制，在大电流工作环境下，加速缩短芯片的使用寿命；（2）由于功率的限制，使得led芯片的尺寸也受到限制，使得芯片p型电极与散热基板间的有效接触面积也变小，散热效果提升有限；（3）由于芯片尺寸受到限制，要想增大功率，只能将多个led芯片分别倒装焊接在同一散热基板上，增加了倒装焊工序的繁琐性；（4）芯片尺寸的局限导致同一外延片芯片的切割数量增多，切割所带来的损耗直接影响产品的有效利用率。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的技术问题，本发明目的是：提供了一种倒装led芯片阵列结构及其制备方法，设置了单个大面积p型电极，和多个阵列式的小面积n型电极，使芯片不受尺寸限制，增加大功率led的芯片发光有效面积，提高了发光亮度；增大了芯片电极与散热基板间的有效接触面积，缩短了导热路径，使得芯片散热效果更佳；通过设置多个n型电极来均匀分布电流密度，避免芯片局部电流过大而造成芯片热损伤，提高了芯片的使用寿命。

本发明的技术方案是：

一种倒装led芯片阵列结构，包括：

一透明衬底，由透明材料制成，具有一第一表面以及与该第一表面相对的一第二表面；

一缓冲层，设置于第一表面；

一n型半导体结构层，形成于缓冲层；

一p型半导体结构层，形成于n型半导体结构层；

一电流扩散层，由导电材料制成，设置于p型半导体结构层上方；

一钝化层，由透明绝缘材料制成，覆盖于电流扩散层、p型半导体结构层、n型半导体结构层的上方；

与n型半导体结构层接触的多个n型电极窗口区，所述n型电极窗口区呈阵列式排布；

与p型半导体结构层接触的p型电极窗口区；

所述n型电极窗口区设置有n型电极，所述p型电极窗口区设置有p型电极，所述p型电极和n型电极的高度相同。

优选的，所述透明衬底由蓝宝石、氮化镓、氮化铝中的一种或者多种合成。

优选的，所述电流扩散层选用银、铟锡氧化物（ito）、氟锡氧化物、铬锡氧化物、石墨烯中的一种或者多种合成。

优选的，所述钝化层的材料为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝的一种或多种合成。

优选的，所述p型电极和n型电极倒装在封装基板上，所述封装基板包括焊接区域的金属互连电路层、绝缘层和散热基板。

本发明还公开了一种倒装led芯片阵列结构的制备方法，包括以下步骤：

（1）在透明衬底的表面依次外延生长缓冲层、n型半导体结构层和p型半导体结构层；

（2）在表面刻蚀多个n型区窗口，所述n型区窗口呈阵列式排布；

（3）用导电材料通过光刻掩模、溅射、剥离的方法制备电流扩散层；

（4）用透明绝缘材料通过等离子体化学气相沉积（pecvd）的方法沉积制备钝化层；

（5）制备p型电极窗口区和n型电极窗口区，所述p型电极窗口区连成一片；

（6）在相应的电极窗口区制备p型电极和n型电极。

优选的，所述透明衬底由蓝宝石、氮化镓、氮化铝中的一种或者多种合成。

优选的，所述电流扩散层选用银、铟锡氧化物（ito）、氟锡氧化物、铬锡氧化物、石墨烯中的一种或者多种合成。

优选的，所述钝化层的材料为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝的一种或多种合成。

优选的，还包括，将p型电极和n型电极倒装在封装基板上，所述封装基板包括焊接区域的金属互连电路层、绝缘层和散热基板，在透明衬底的另一表面制备荧光粉层。

与现有技术相比，本发明的优点是：

本发明设置了单个大面积p型电极，和多个阵列式的小面积n型电极，整个芯片的电流密度分布均匀，通过改变芯片的尺寸和电极结构来提高芯片的功率，同时采用倒装的方式，将整个芯片倒装焊接在散热基板上，由于p型电极是大面积连续的，使芯片电极和散热基板的贴合有效面积大大增加，导热路径也大大缩短，有源区的热量可以通过芯片电极快速的导向散热基板，进行有效的散热，另一方面由于是倒装，整个出光面在非电极面，出光有效面积大大提高，提高了外量子效率。

倒装焊工序简单，同一外延片芯片的切割数量少，增加产品的有效利用率。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明倒装led芯片阵列结构的制备方法的流程图；

图2是本发明中衬底外延片的结构示意图；

图3是本发明中n型区窗口的结构示意图；

图4是本发明中钝化层、电流扩散层的结构示意图；

图5是本发明中p型电极窗口区、n型电极窗口区的结构示意图；

图6是本发明中p电极、n电极的结构示意图；

图7是本发明中led芯片大模块的结构俯视图；

图8是本发明中led芯片大模块的倒装焊结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例：

如图1所示，倒装led芯片阵列结构的制备方法，包括如下步骤：

（1）选用蓝宝石、氮化镓、氮化铝材料中的一种或者以上材料的多元复合体作为外延生长的透明衬底1。

（2）在透明衬底1的表面依次外延生长缓冲层2、n型gan半导体结构层3和p型gan半导体结构层4，得到衬底外延片，如图2所示。

（3）利用光刻、显影、刻蚀等半导体工艺技术在外延结构层表面刻蚀出多个n型区窗口5，多个小面积n型区窗口5呈阵列式排布，如图3所示。

（4）用光刻掩模、溅射、剥离等方法制备电流扩散层6，由于n型区窗口5的面积都比较小，不需要进行电流扩展，因此n型区窗口5可以不覆盖电流扩散层6。电流扩散层6的作用是使芯片电流密度分布均匀，所述电流扩散层选用银、铟锡氧化物（ito）、氟锡氧化物、铬锡氧化物、石墨烯等欧姆接触良好的导电材料中的一种或者多种合成材料。

（5）用等离子体化学气相沉积（pecvd）的方法沉积制备钝化层7，钝化层7分别覆盖设置于电流扩散层6、p型gan半导体结构层4、n型gan半导体结构层3的上方。钝化层7的作用是防止漏电，起到保护层的作用，钝化层的材料为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝等透明绝缘材料。如图4所示。

（6）利用光刻、显影、湿法腐蚀等工艺进行p型电极窗口区8和n型电极窗口区9的制备。p型电极窗口区8最好是连成一片，多个小面积n型电极窗口区9呈阵列式排布。如图5所示。

（7）用电子束蒸发、金属剥离等相关工艺制备p型电极10和n型电极11，所述p型电极10和n型电极11的材料为铬、铂、金、镍、钛、铜、铟、锡、铅、银等金属材料中的一种或者多种合成物。p型电极10和n型电极11的高度最好是相同。然后用退火合金的工艺方法，使各金属层间形成欧姆接触。如图6所示。

图7是本发明中整个led芯片大模块的结构俯视图，由多个小面积的n电极11和单个大面积的p电极10组成整个芯片的负、正电极，n电极11和p电极10之间是通过钝化层7隔离开来的，钝化层7起到防止芯片漏电的功能，具有保护作用。

将整个led芯片大模块运用倒装焊的方法贴装到设置有金属互联电路层12的散热基板13上，如图8所示。倒装焊中的贴装方法有共晶合金工艺、bga植球工艺、锡膏丝网印刷工艺，本发明采用上述方法中的一种，优先的采用共晶合金工艺。共晶合金工艺中的焊料14为金、铟、铅、银、锡中的一种或多种多元合成物。金属互联电路层12之间是通过电路隔离绝缘层15和绝缘层16隔离开来的。然后在整个led芯片大模块出光面制备荧光粉层17，荧光粉层17的制备，可以通过喷涂、旋转、印刷的方式制备。通过上述方法可以制备出高亮度的超大功率白光led。

本发明方法所制备的超大功率白光led，可根据功率需求按照芯片尺寸设计出功率的大小，出光亮度更高，采用倒装焊的结构，散热效果更好，适合大规模批量生产，可广泛应用于半导体固体照明领域。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。