专利名称：发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用具有宽发光表面的倒装芯片式发光元件的发光二极管。本申请文件是2000年1月28日提交的第00101674.1号的分案申请。
背景技术：
现参照图12和图13，来说明使用倒装芯片式半导体发光元件的一种通常的发光二极管5。图13示意性地表示包括一个倒装芯片式半导体发光元件100(以后称为“倒装芯片100”)的通常的发光二极管5的外形和结构的垂直截面。图12示出了发光元件570，它由作为基片的一个子座(sub-mount)520和安装在该子座上的倒装芯片100构成。
引线框架50由用于将电压加在该发光元件570上的一根金属接线柱51和一根金属杆53组成。该金属杆53具有一个反光部分55，和安放该发光元件570的平面部分54。一个树脂罩40将该发光元件570封闭起来。利用银膏或任何其他适当的材料，将该发光元件570的底部表面527焊接在该金属杆53上，从而使该底部表面与金属杆电气上连接起来。在上述子座520的一个暴露部分528上，形成一个电极521。该电极521，利用金丝57，通过金丝焊接，与该金属接线柱51连接。
由该倒装芯片100发出的光，从放置在第一个主要表面上的一个正电极反射出来，通过放置在第二个主要表面上的一个蓝宝石衬底，再发射至外面去。因此，该反射晶片100是表面向下地安装在该子座520上，使得该第一个主要表面也表面朝下。
其次，说明作为基片的子座520。图12A为安装倒装芯片100之前的该子座520的平面图；图12B为安装该倒装芯片100之后的该子座520的平面图；而图12C为安装该倒装芯片100之后的该子座520的横截面图。
该子座520可由例如一块导电的半导体基片制成。该子座520的上表面，除了部分523以外，覆盖着一层由SiO2制成的绝缘薄膜524，在该部分523，钎焊一块微小的金凸块533，以便与上述倒装芯片100的正电极连接。再利用铝气相沉积法，在上述绝缘薄膜524上，形成一个负电极521。在该负电极521上，形成一个该负电极521与上述金属接线柱51，用金属丝焊接方法连接的焊接区；和一个在该负电极521上钎焊一块微小的金凸块531，以便与该倒装芯片100的负电极连接的区域。
通常，为了进行金丝焊接，必需形成一个直径至少为100微米(μm)的圆形的焊接区；或者每一个侧边长度至少为100微米的一个方形的焊接区。为了在上述子座520的暴露部分528上，形成这样的一个焊接区，以便形成电极521(如图12B所示)，上述形状的方形的倒装芯片100，必需放置在该子座520上，偏向一个侧边的一个位置上。即由于该暴露部分528必需具有一个预先确定的区域，或更大的区域，因此，当将该倒装芯片100放置在该子座520上时，不可能使该倒装芯片100的中心P2，与该子座520的中心P501重合；并且，也不可能使该倒装芯片100的中心轴线(在图12B中，用点划线B-B表示)，与该子座520的中心轴线(在图12A和图12B中，用点划线A-A表示)重合。另外，当将发光元件570放置在面积基本上与该发光元件570的面积相同的上述金属杆53的平面部分54上时，该子座520的中心线A-A，不可避免地与抛物面形状的上述金属杆53的反光部分55的中心轴线(在图13中，用点划线D-D表示)重合。
如上所述，该子座520必需有一个暴露部分528，以便形成作为用于在上述倒装芯片100和金属接线柱51之间进行金丝焊接的焊接区的电极521。因此，该子座520的形状为矩形。另外，该倒装芯片100是偏置式地放置在该子座520上的，该倒装芯片100的中心轴线，与上述引线框架50中的金属杆53的反光部分55的中心轴线偏离。这样，通常的发光二极管5的缺点是，其光强度随着观看的位置而变化，即根据是从右边或左边，从上边或下边看该二极管5的不同，该二极管的光强度也不同。另外，由于上述引线框架50中的金属杆53的平面部分54的面积小，因此，不可避免地该子座520的面积也小。因此，如果使用的设计是，该倒装芯片100放置在子座520上，使倒装芯片100的中心轴线与该矩形的子座520的中心轴线重合，并且能保证有用于连接电极的上述暴露部分，则该倒装芯片100的尺寸要减小；这样，可能得不到所要求的亮度。
发明内容
考虑到上述的问题，本发明的一个目的是要提供一种不论观看的位置如何光强度都是恒定不变的发光二极管。
本发明的另一个目的，是要提供一种倒装芯片的面积为最大的发光二极管，以便当在该子座上保证有用于进行电气连接的一个电极区时，也可保证高的亮度。
本发明还有一个目的，是要提供一种总的尺寸小，寿命长和可用简单的方法制造的发光二极管。
为了达到上述目的，根据本发明的第一方面，提供了一种具有倒装芯片式的半导体发光元件的发光二极管，包括一个矩形的倒装芯片；和一个在其上放置倒装芯片的矩形子座，子座的一个较短的侧边，比倒装芯片的对角线长；倒装芯片放置在子座上，使倒装芯片的一个侧边，与子座的一个相应侧边相交。
根据本发明的第二方面，提供了一种具有倒装芯片式半导体发光元件的发光二极管，包括一个基本上为方形的倒装芯片；和一个在其上放置倒装芯片的基本上为方形的子座；倒装芯片按照下述位置和姿势放置在子座上，该位置和姿势是通过将倒装芯片的中心点和中心轴线重叠在子座的中心点和中心轴线上，接着使倒装芯片围绕着其中心点回转一个预先确定的角度而得到的。这里术语“基本上为方形”包括这样一类图形稍偏离正方形的平形四边形、梯形或矩形。
根据本发明的第三方面，该预先确定的角度大约为45°。
根据本发明的第四方面，该子座由一块半导体基片制成，并且，在半导体基片内，形成一个过电压保护的二极管。
根据本发明的第五方面，用于过电压保护的二极管位于子座的一个上部暴露区域的下面。
根据本发明的第六方面，子座由一块半导体基片制成，在基片的上表面上，形成一层绝缘薄膜，并且，倒装芯片的二个引线电极中的至少一个引线电极，作在绝缘薄膜上，该至少一个引线电极位于放置倒装芯片之后留下的一个上部暴露区域中。
根据本发明的第七方面，半导体基片的一个底部表面，可以作为倒装芯片的二个引线电极中的一个引线电极，并且，半导体基片直接与用于容纳半导体基片和将电压加在倒装芯片上的一个引线框架连接。
根据本发明的第八方面，半导体基片是绝缘的，而倒装芯片的二个引线电极，作在子座上，位于放置倒装芯片之后留下的一个上部暴露区域中。
根据本发明的第九方面，子座是绝缘的，而倒装芯片的二个引线电极，作在子座上，位于放置倒装芯片之后，留下的一个上部暴露区域中。
根据本发明的第十方面，在子座的该上部暴露区域上，作有一个用于检测子座位置或姿势的标记。
根据本发明的第十一方面，在子座上，形成一个用于反射从倒装芯片发出的光的反光薄膜。
根据本发明的第十二方面，在子座上，形成一个该倒装芯片的引线电极，该引线电极还可作为反射从倒装芯片发出的光的一个反光薄膜。
根据本发明的第十三方面，二个引线电极覆盖在倒装芯片下面的一个区域，并可作为反射从倒装芯片发出的光的反光薄膜。
根据本发明的第十四方面，二个引线电极基本上覆盖子座的整个上表面，并可作为反射从倒装芯片发出的光的反光薄膜。
在根据本发明第一方面的该发光二极管中，由于该倒装芯片放置在该子座上，当相对该子座转动，因此，在该子座的四个拐角处，出现没有被该倒装芯片覆盖的暴露区域。用于金丝焊接的电极可以作在该暴露区域中。因此，当该倒装芯片的面积最大时，可将该倒装芯片的光学轴线，近似地放置在该子座的中心上。结果，当将该子座放置在一个引线框架上时，该倒装芯片的光学轴线，大致与该引线框架的中心重合。换句话说，该倒装芯片的光学轴线，与一个发光体的中心轴线重合，这样，不需要牺牲亮度，可使光强度分布均匀。
在根据本发明的第二方面的发光二极管中，该基本上为方形的倒装芯片，按下述位置和姿势，放置在该基本上为方形的子座上。该位置和姿势是通过将该倒装芯片的中心点和中心轴线，重叠在该子座的中心点和中心轴线上；接着，再使该倒装芯片，围绕其中心点，转动一个预先确定的角度得到的。因此，即使当该基本上为方形的倒装芯片，放置在该基本上为方形的子座上，使它们的中心彼此重合时，在该子座上，也可形成三角形的暴露区域，而引线电极可以作在该区域中。结果，不需要减小该倒装芯片的尺寸，就可将该倒装芯片放置在该子座上，使倒装芯片与子座的中心彼此重合；并且可以保证在该子座上有用于形成引线电极的上部暴露区域。
另外，由于该子座的形状基本上为方形，因此，可将带有该倒装芯片的子座放置在一个引线框架上，使该子座的中心和中心轴线，与该引线框架的抛物面的中心和中心轴线重合。结果，不论观察位置如何，都可使光强度恒定不变。由于该子座面积与上述抛物面的面积之比，可以做成最大，因此可以增大该倒装芯片本身的尺寸。因此，不需要增大该发光二极管本身的尺寸，就可增加亮度。
在根据本发明的第三方面的发光二极管中，由于该倒装芯片的回转角度大约为45°，因此，该倒装芯片的面积与该子座面积之比，可以达到最大，该发光二极管的亮度还可进一步提高。
在根据本发明的第四方面的发光二极管中，该子座由一块半导体基片制成，并且在该半导体基片内，形成一个用于过电压保护的二极管。该用于过电压保护的二极管(例如齐纳二极管)与该发光二极管并联，因此，可以防止由于电压过大造成发光二极管损坏，从而可提高该发光二极管的寿命。
在根据本发明的第五方面的发光二极管中，由于在该半导体基片内形成的过电压保护的二极管，位于该子座的一个上部暴露区域中的下面，热量容易从该过电压保护二极管发散出去，因此，可防止该过电压保护二极管受热损坏。特别是，由于该过电压保护二极管位于形成供该倒装芯片与该子座连接的金凸块区域的外面，使该过电压保护二极管不受该金凸块产生的热的影响，因此，可以有效地防止该过电压保护的二极管受热损坏。
在根据本发明的第六方面的发光二极管中，电极可作在该绝缘薄膜上，而半导体元件(例如，用于过电压保护的二极管)可以作在该半导体基片内。
在根据本发明的第七方面的发光二极管中，构成该子座的半导体基片的底部表面，可作为该倒装芯片的二个引线电极中的一个引线电极；并且，该半导体基片直接与用于容纳该半导体基片，和将电压加在该倒装芯片上的一个引线框架连接。这个结构不需要在该子座上形成该倒装芯片的一个引线电极。
在根据本发明的第八方面的发光二极管中，构成该子座的半导体基片是绝缘的，并且，该倒装芯片的二个引线电极作在该子座上，位于在放置该倒装芯片之后，留下的该子座上的一个上部暴露区域中。由于该子座所用的半导体基片可以是绝缘的，因此，制造材料的选择范围宽了。
在根据本发明的第九方面的发光二极管中，该子座是绝缘的，并且该倒装芯片的二个引线电极作在该子座上，位于在放置该倒装芯片后留下的一个上部暴露区域中。因此，该引线电极可用金属丝焊接方法，焊接在用于将电压加在该倒装芯片上的引线框架上。
在根据本发明的第十方面的发光二极管中，由于检测该子座的位置或姿势的标记，作在该子座的上部暴露区域中，因此，容易使该倒装芯片和子座对准；并且，在将该子座与上述引线框架用金丝焊接法连接的操作过程中，容易控制该子座的位置和方向。
在根据本发明的第十一方面的发光二极管中，该反光薄膜反射从该倒装芯片发出的光，因此，可将光有效地放射至外面去。
在根据本发明的第十二，第十三和第十四方面的发光二极管中，由于该倒装芯片的引线电极，可用于反射从该倒装芯片发出的光，因此，发光二极管结构可简化，并且，可以有效地将光发射至外面去。
图1A～1D和图2A～2C为表示根据本发明的第一个实施例的一个发光二极管的结构的说明图；图3A和3B为表示在本发明中所使用的一个倒装芯片式发光元件的结构的说明图；图4A～4D和图5为表示根据本发明的第二个实施例的一种发光二极管的结构的说明图；图6A～6D和图7为表示根据本发明的第三个实施例的一种发光二极管的结构的说明图；图8为第一个实施例的电路图；图9为第2至第4个实施例的电路图；图10A～10C和图11A和11B为表示根据本发明的第四个实施例的一种发光二极管的结构的说明图；图12A～12C和图13为表示通常的发光二极管的结构的说明图。
具体实施例方式
现在通过具体实施例来说明本发明。然而，本发明并不局限于这些实施例。
首先来说明图1所示的根据本发明的第一个实施例的发光二极管1。
在说明发光二极管1之前，将要说明在本实施例中使用的、由氮化镓化合物半导体制成的一种倒装芯片100的结构。图3A和3B分别表示该倒装芯片100的横截面图和平面图。标号101表示一个蓝宝石衬底；102表示由氮化铝(AlN)制成的一个缓冲层；103表示由掺入硅(Si)的载体密度(Carrierdensity)高的氮化镓(GaN)制成的氮化镓化合物的n-型半导体层；104表示由InxGa1-xN(0＜x＜1)制成的一个活性层；107表示包括由p-型AlyGa1-yN(0＜y＜1)制成的一个p-型包覆层105，和由p-型氮化镓(GaN)制成的一个p-型接触层106的氮化镓化合物的p-型半导体层；110表示由镍(Ni)制成的一个正电极；120表示由SiO2制成的一个绝缘保护薄膜；和130表示包括由银(Ag)制成的一个金属层131，和由镍(Ni)制成的一个金属层132的一个负电极。
在该倒装芯片100中，该绝缘保护薄膜120覆盖着通过腐蚀形成的该氮化镓化合物的n-型半导体层103的侧壁表面10，以及在该氮化镓化合物n-型半导体层103上形成的相应的各个层的侧壁表面10。该绝缘保护薄膜120一直延伸，达到在上述氮化镓化合物p-型半导体层107上形成的上述正电极110的露出的上表面。上述负电极130作在该绝缘保护薄膜120上，使该负电极130从上述氮化镓化合物n-型半导体层103的露出上表面出发，沿着该绝缘保护薄膜120，向上延伸。
图1A为子座20的平面图。图1B为沿着图1A中的点划线A-A所取的该子座20的垂直截面图。该点划线A-A也代表通过该子座20的中心P1的一条中心轴线。图1C为从底面或电极一侧看的该倒装芯片100的平面图。图1D为与图1C相应的平面图，但处在该倒装芯片100绕中心P2回转一个角度R的状态。在本实施例中，该角R大约为45°。图2A为发光元件70的平面图，图中，该倒装芯片100在安装在该子座20上之后，围绕中心P2回转大约45°，使该子座20的中心轴线A-A与倒装芯片100的中心轴线B-B重合。图2B是沿着图2A的点划线C-C所取的该发光元件70的垂直截面图。图2C为示意性地表示根据第一个实施例的发光二极管1的外形和结构的垂直截面图，图中，该发光元件70安装在上述引线框架50上。
作为基片的该子座20，由绝缘材料(例如，陶瓷或树脂)制成。形状均为带状的一个正电极21和一个负电极23，通过铝气相沉积，作在该子座20的表面上。具体地说，该正电极21和负电极23，作在由于该倒装芯片100回转大约45°放置所形成的直角等腰三角形28(图2A中的打阴影线的区域)形状的上部暴露区域28中。该正电极21，从对角线上相对的二个拐角中的一个拐角，延伸至放置该倒装芯片100的正电极110的一个区域中；而该负电极23，则从另一个拐角，延伸至放置该倒装芯片100的负电极130的一个区域中。
上述发光元件70按下述方法装配。首先，将该倒装芯片100按照图2所示的姿势，放置在该子座20的一个位置上。该位置和姿势是通过该倒装芯片100，从该子座20的中心P1与该倒装芯片100的中心P2重合，和该子座20的中心轴线A-A与该倒装芯片100的中心轴线B-B重合的位置，围绕该中心P1转动45°而得到的。在这个位置上，该倒装芯片100的正电极110，通过一个微小的金凸块31，与该子座20的正电极21电气上连接并钎焊在一起；而该倒装芯片100的负电极130，则通过一个微小的金凸块33，与该子座20的负电极23电气上连接，并钎焊在一起。这样，该倒装芯片100就固定地安装在该子座20上了。
从一根金属接线柱51伸出的一条金丝57，与作在该子座20上的该正电极21的一个焊接区25焊接在一起；而从一根金属杆53伸出的一条金丝58，与作在该子座20上的负电极23的焊接区27焊接在一起。该发光元件70放置在上述引线框架50中的金属杆53的一个抛物面反光部分55上，使该发光元件70的中心轴线，与该抛物面反光部分55的中心轴线重合(如图2C中的点划线D-D所示)。接着，使用一个树脂罩40，将该引线框架50和发光元件70封闭起来。
上述结构可以用来制造一个倒装芯片100、子座20、抛物面反光部分55和树脂罩40的所有中心轴线都互相重合的发光二极管1。因此，该发光二极管1可以提供，不论观察位置如何，都是恒定不变的光强度；即在与该发光二极管1的中心轴线垂直的平面上，该发光二极管1的亮度均匀或亮度固定不变。另外，不需要增大该发光二极管1本身的尺寸，就可以增大该倒装芯片100的尺寸，以增加亮度。
下面，将参照图4A～4D和图5来说明根据本发明的第二个实施例的发光二极管2。
图4A为子座220的平面图。图4B为沿着图4A中的点划线A-A所取的子座220的垂直截面图。图4C为发光元件270的平面图，图中，倒装芯片100这样安装在该子座220上在放置倒装芯片100，使得通过该子座220的中心P201的中心轴线A-A，与通过该倒装芯片100的中心P2的中心轴线B-B重合之后，围绕倒装芯片中心P2回转大约45°。图4D为沿着图4C的点划线C-C所取的发光元件270的垂直截面图。图5为示意性地表示根据本发明的第二个实施例的发光二极管2的外形和结构的垂直截面图，图中，该发光元件270安装在上述引线框架50上。第二个实施例的该倒装芯片100的结构，与图1C，1D，3A和3B所示的第一个实施例的倒装芯片结构相同。
作为基片的该子座220，由一种绝缘半导体基片(例如，硅(Si)基片240)制成。作为下面一层的一个p-型半导体层243，通过掺入第III族元素，作在该硅基片240上。接着，通过掺入第V族元素，在该倒装芯片100的正电极110，通过一个微小的金凸块231与之焊接在一起的一个部分上，形成一个n-型半导体层241。这样形成的p-型半导体层243和n-型半导体层241构成一个pn结的二极管。当该倒装芯片100的正电极110，与该n-型半导体层241连接；而该倒装芯片100的负电极130，与该p-型半导体层243连接时，该pn结二极管可起一个齐纳(稳压)二极管作用。该齐纳二极管的前向工作电压，最好低于该倒装芯片100的反向击穿电压；并且，该齐纳二极管的反向击穿电压，最好高于该倒装芯片100的工作电压，但低于该倒装芯片100的前向击穿电压。
接着，该子座220的整个上表面，用SiO2制成的绝缘薄膜224覆盖。每个形状都是带状的一个正电极221和一个负电极223，通过铝气相沉积，作在该子座220的表面上。具体地说，该正电极221和负电极223，作在该倒装芯片100回转大约45°放置以后，留下的三角形上部暴露区域中。该正电极221从在对角线方向上相对的二个拐角中的一个拐角出发，延伸至放置该倒装芯片100的正电极110的区域；而该负电极223则从另一个拐角出发，延伸至放置该倒装芯片100的负电极130的区域中。另外，通过腐蚀绝缘薄膜224上形成微小金凸块231的该正电极221的一部分，作出一个达到该n-型半导体层241的窗口。同样，通过腐蚀绝缘薄膜224上形成微小金凸块233的该负电极223的一部分，作出一个可达到该p-型半导体层243的窗口。
发光元件270按下述方式装配。首先，按照这样一个位置和姿势，将该倒装芯片100放置在该子座220上。该位置和姿势是使该倒装芯片100，从通过该子座220的中心P201的中心轴线A-A，与通过该倒装芯片100的中心P2的中心轴线B-B重合的位置，围绕该倒装芯片100的中心P2回转45°得到的。在这个位置上，该倒装芯片100的正电极110，通过该微小的金凸块231，电气上与该子座220的正电极221，和该子座220的n-型半导体层241连接和钎焊在一起。同样，该倒装芯片100的负电极130，通过上述微小的金凸块233，与该子座220的负电极223，和该子座220的p-型半导体层243，电气上连接和钎焊在一起。这样，该倒装芯片100就固定地安装在该子座220上了。
从上述金属接线柱51伸出的金丝57，与作在该子座220上的正电极221的焊接区部分225焊接在一起；而从上述金属杆53伸出的金丝58，则与作在该子座220上的正电极223的焊接区部分227焊接在一起。发光元件270放置在上述引线框架50的抛物面反光部分55上，使该发光元件270的中心轴线与该抛物面反光部分55的中心轴线重合(如图5中的点划线D-D所示)。接着，利用树脂罩40将该引线框架50和发光元件270封闭起来。
如第一个实施例的情况一样，上述结构可以用于制造出不论观察位置如何，光强度都恒定不变的一种发光二极管2。另外，不需要增大该发光二极管2本身的尺寸，而可以增大该倒装芯片100的尺寸，以提高亮度。此外，由于在该子座220中包括一个齐纳二极管，因此，不需要作为一个附加零件，配置齐纳二极管，即可防止该发光二极管2因电压过大而损坏，该发光二极管2的寿命提高。
下面，再参见图6A-6D和图7来说明根据本发明第三个实施例的发光二极管3。
图6A为子座320的平面图。图6B为沿着图6A的点划线A-A所取的该子座320的垂直截面图。图6C为发光元件370的平面图，图中，该倒装芯片100在安装在该子座320上之后，围绕着其中心P2回转大约45°，使通过该子座320的中心P301的中心轴线A-A，与通过该倒装芯片100的中心P2的中心轴线B-B重合。图6D为沿着图6C中的点划线C-C所取的，该发光元件370的垂直截面图。图7为示意性表示根据第三个实施例的发光二极管3的外形和结构的垂直截面图，图中，该发光元件370安装在上述引线框架50上。第三个实施例中的倒装芯片100的结构，与图1C，1D，3A和3B所示的第一个实施例中的倒装芯片结构相同。
作为基片的子座320，由硅(Si)基片343制成。在该硅基片中混入了第III族元素，因此，该硅基片可作为一个p-型半导体的下面一层。接着，通过掺入第V族元素，在该倒装芯片100的正电极110，通过一个微小的金凸块331与之焊接的一部分上，形成一个n型半导体层341。这样形成的p-型半导体层和n-型半导体层，构成一个pn-结二极管，该二极管可以作为一个齐纳二极管。由于齐纳二极管的作用已在第二个实施例中作了说明，因此，其说明从略。
接着，该子座320的整个上表面，用SiO2制成的绝缘薄膜324覆盖。带状的一个正电极321，作在该绝缘薄膜324上，并位于该倒装芯片100回转大约45°放置后，留下的该绝缘薄膜324上的一个三角形暴露区域中。该正电极321从该三角形暴露区的一个相应拐角，延伸至放置该倒装芯片100的正电极110的区域中。另外，通过腐蚀绝缘薄膜324上，形成上述微小的金凸块331的该正电极321的一部分，作出一个可达到上述n-型半导体层341的窗口。同样，通过腐蚀该绝缘薄膜324上，形成上述微小的金凸块333的一部分，作出可达到上述p-型半导体层343的一个窗口。
发光元件370按照下述方式装配。首先，将该倒装芯片100，按照这样一个位置和姿势放置在该子座320上。该位置和姿势是该倒装芯片100，从通过该子座320的中心P301的轴线A-A，与通过该倒装芯片100的中心P2的中心轴线B-B重合的位置，围绕该倒装芯片100的中心P2，回转45°所得到的。在这个位置上，该倒装芯片100的正电极110，通过上述微小的金凸块331，与该子座320的正电极321，和该子座320的n-型半导体层341，电气上连接和钎焊在一起。同样，该倒装芯片100的负电极130，通过上述微小的金凸块333，与该子座320的负电极323，和该子座320的p-型半导体层343，电气上连接并钎焊在一起。这样，该倒装芯片100固定地安装在该子座320上。
从上述金属接线柱51伸出的金丝57，与作在该子座320上的该正电极321的焊接区325焊接在一起。另外，由于作为负电极的该子座320，由导电的半导体基片制成，该子座320的底部表面327，通过使用银膏或任何其他适当的导电的焊接材料，与上述金属杆53的平面部分54焊接，并与该平面部分电气上连接。该发光元件370放置在上述引线框架50的金属杆53上的抛物面反光部分55上，使该发光元件370的中心轴线，与该抛物面发光部分55的中心轴线重合(如图7中的点划线D-D所示)。接着，利用树脂罩40，将该引线框架50和发光元件370封闭起来。这样，就完成了该发光二极管3的装配。
如第一个实施例的情况一样，上述结构可以用于制造，不论观察位置如何，光强度都恒定不变的发光二极管3。另外，不需要增大该发光二极管3本身的尺寸，可以增大该倒装芯片100的尺寸，使亮度提高。另外，由于如同在第二个实施例的情况下一样，在该子座320中包括一个齐纳二极管，不需要作为一个附加零件，配置一个齐纳二极管，因此可防止由于电压过大造成该发光二极管3损坏，从而可提高该发光二极管3的寿命。再者由于该子座320是由导电的半导体基片制成的，因此，该子座320的底部表面327，可以用作与上述金属杆53连接的电极。这样，只需要形成一个电极，然后通过金属丝焊接方法，进行金丝焊接；因此，发光二极管3的制造过程可以简化。如果需要的话，可在该子座320的底部表面327上，用气相沉积法，沉积一层金。
下面，再参照图10A～10C和图11A和11B，来说明本发明的第四个图10A为倒装芯片100的平面图。图10B为子座420的平面图。图10C为表示该倒装芯片100的分层结构的横截面图。图11A为发光元件470的平面图，图中，该倒装芯片100这样安装在上述子座420上在安放成使通过该子座420的中心P401的中心轴线A-A与通过该倒装芯片100的中心P2的中心轴线B-B重合之后，围绕着中心P2回转大约45°。图11B为沿着图11A中的折线C-C所取的，该发光元件470的横截面图。
如图10A所示，在该倒装芯片100上，作出一个正电极110和一个负电极130。每一个电极都具有铑(Rh)和金(Au)的一个二层结构。其他的层与图3A和3B所示的其他层一样；而在图10A中，与图3所示的相应层的功能相同的层，用相同的标号表示。在本实施例中，没有使用绝缘薄膜120。电极110和130可以用铑和金的合金制成。
作为基片的子座420，由硅(Si)基片443制成。在该硅基片443中，混入了杂质(例如，一种第V族元素)，因此，该硅基片443可起一个n-型半导体的下面层的作用。接着，通过掺入第III族元素，在该倒装芯片100的负电极130通过一个微小的金凸块433与之焊接在一起的一个部分上，形成一个p-型半导体层441，在该部分没有倒装芯片100，并且该部分在负极421之下。这样形成的p-型半导体层和n-型半导体层，构成一个pn-结二极管，该二极管起一个齐纳二极管的作用。虽然，导电式的齐纳二极管，与第二和第三个实施例中所述的齐纳二极管的形式相反，但该齐纳二极管的结构和作用相同。因此，这里省略了齐纳二极管的说明。
接着，该子座420的整个上表面用SiO2制成的绝缘薄膜424覆盖。通过铝气相沉积法，在该绝缘薄膜424上，形成可起反光薄膜作用的一个负电极421。该负电极421覆盖由于该倒装芯片100回转大约45°放置所产生的四个上部暴露区域中的二个区域。即该负电极421是基本上在该子座420的上表面的整个下半部分上形成的(参见图11A)。为了使该负电极421和该倒装芯片100的负电极130连接起来，在该负电极421上形成一个微小的金凸块433。另外，通过铝气相沉积法，在该绝缘薄膜424上，形成也可起反光薄膜作用的一个正电极422，以便基本上覆盖该子座420的上表面的整个上半部分(见图11A)。在该绝缘薄膜424上作有窗口，使该正电极422可以通过该窗口，与n-型半导体层(半导体基片)443电气上连接起来。在该正电极422与上述窗口相应的位置上，作有用于与该倒装芯片100的正电极110连接的微小的金凸块431a，431b和431c。倒装芯片100的正电极110，通过该微小的金凸块431a，431b和431c，与上述n-型半导体层443电气上连接。p-型半导体层441，通过作在该绝缘薄膜424上的另一个窗口，与上述负电极421连接。
再在该负电极421上，作出一个直角标记425。该标记425是通过防止铝气相沉积在与该标记相适应的部分上，在与该标记相应的部分上，腐蚀沉积下来的铝薄膜，或是另外将不同颜色的材料，用气相沉积法，沉积在与该标记相应的部分上这样形成的。该标记425可用于使该倒装芯片与该子座对准；并且，在金丝焊接过程中，控制该子座的位置和方向。这样，该发光二极管的制造可以简化。
如上所述，在本实施例中，由于都是由铝制成的负电极421和正电极422，一起作在作为子座的半导体基片的整个绝缘薄膜上，因此，该负电极421和正电极422形成一个反光表面。这样，从该倒装芯片100发出的光，可以有效地从该反光表面上反射出去，使光可以有效地通过上述蓝宝石衬底发射出去。
发光元件470，是在这样的位置和姿势下，通过该倒装芯片100与该子座420的焊接，而组装起来的。该位置和姿势是通过该倒装芯片100，从通过该子座420的中心P401的中心轴线A-A，与通过该倒装芯片100的中心P2的中心轴线B-B重合的位置，围绕该倒装芯片100的中心P2回转45°而得到的。焊接是利用由金制成的上述微小凸块431a，431b，431c和433进行的。
如在图7中所示的情况一样，从上述金属接线柱51伸出的金丝57，与作在该子座420上的该负电极421上的焊接区域部分425焊接在一起。另外，由于该子座420是由导电的半导体基片制成的，作在该子座420的底部表面427上的一个金沉积层，可利用银膏或其他适当的导电的焊接材料，与上述金属杆53的平面部分54焊接在一起，与该平面部分电气上连接起来。发光元件470放置在上述引线框架50中的金属杆53的抛物面反光部分55上，使该发光元件470的中心轴线，与该抛物面反光部分55的中心轴线重合(如图7中的点划线D-D所示)。接着，利用树脂罩40将该引线框架50，和发光元件470封闭起来。这样，就完成了发光二极管3的装配。
如在第一～第三个实施例的情况中一样，上述结构可以用于制造一个，不论观察位置如何，光强度均为恒定不变的发光二极管3。另外，不需要增大发光二极管3本身的尺寸，就可以增大倒装芯片100的尺寸，以提高亮度。此外，由于如同在第二个实施例的情况一样，在该子座420内包括了一个齐纳二极管，因此，不需要作为一个附加零件放置一个齐纳二极管。这样，利用图9所示的电路结构，可防止由于电压过大造成的发光二极管3损坏，因此，该发光二极管3的寿命提高。另外，还由于该子座420是由导电的半导体基片制成的，因此，可以利用该子座420的底部表面427，作为一个电极，与上述金属杆53连接。这样，只有一个电极需要通过金丝焊接法，形成电极和进行金丝焊接；因此，发光二极管3的制造过程可简化。
在本实施例，齐纳二极管是在没有被倒装芯片覆盖，和没有形成金凸块的部分上形成的。因此，可防止该齐纳二极管由于该发光二极管产生的热，特别是在金凸块上产生的热损坏。另外，还由于该齐纳二极管是在不要进行金丝焊接的部分上形成的，因此，可防止该齐纳二极管由于金丝焊接过程中产生的热而损坏，或受到机械变形。
由于在该子座上形成一个铝的反光薄膜，因此，光可以通过一个预定的发光表面，有效地发射出去。为了得到满意的结果，最好使在该子座上形成的反光薄膜，在该倒装芯片下面延伸。当该反光薄膜作在该子座上，覆盖不是位于倒装芯片下面的部分的一些部分时，则整个背景表面的亮度可以提高。
虽然，该正电极422和负电极421，一起构成该反光薄膜，但反光薄膜也可以与该正电极422和负电极421分开来制造。
在本发明中，该倒装芯片放置在该子座上，同时相对该子座回转；而用于金丝焊接的金丝电极，则作在该子座的三角形暴露部分中。因此，不需要减小该倒装芯片的面积，就可将该倒装芯片的光学轴线，放置在该子座的中心，使光强度分布均匀。
在第二至第四个实施例中，该子座是由一块绝缘的半导体基片制成，因此，可在该基片表面上，作出金丝电极，而不需要在该子座表面上，形成绝缘薄膜。另外，还可以在该基片内，形成一个齐纳二极管。
在本实施例中，该倒装芯片100的正电极110由镍(Ni)和铑(Rh)/金(Au)的层或合金制成；而该倒装芯片100的负电极130由镍(Ni)/银(Ag)或铑(Rh)/金(Au)的层或合金制成。然而，该正电极110可以是含有从下列元素组成的组中选择出的至少一种金属的一个单一一层的电极，该族元素为铂(Pt)、钴(Co)、金(Au)、钯(Pd)、镍(Ni)、镁(Mg)、银(Ag)、铝(Al)、钒(V)、锰(Mn)、铋(Bi)、铼(Re)、铜(Cu)、锡(Sn)和铑(Rh)，或者该正电极110可以是包含从上述的元素组中选择的二种或多种金属的一个多层电极。
另外，该负电极130可以为含有从下列元素组成的组中选择出的至少一种金属的单一一层电极；该族元素为铂(Pt)、钴(Co)、金(Au)、钯(Pd)、镍(Ni)、镁(Mg)、银(Ag)、铝(Al)、钒(V)、铜(Cu)、锡(Sn)、铑(Rh)、钛(Ti)、铬(Cr)、铌(Nb)、锌(Zn)、钽(Ta)、钼(Mo)、钨(W)和铪(Hf)；或者，该负电极的可以为包含从上述元素组中选择的二种或多种金属的多层电极。
虽然，在上述各个实施例中，该倒装芯片100的回转角度大约为45°，但该回转角度可以是任意的，只要能保证有用于电极金丝焊接的暴露区域即可。另外，在上述实施例中，在放置了倒装芯片之后留下的暴露区域形状为直角等腰三角形，然而，该三角形的形状可以是任意的。
上述绝缘薄膜224和324也不只限于由SiO2制成，可以由任何其他的绝缘材料(例如，氮化硅或氧化钛)制成。上述微小凸块和金丝的材料也不仅局限于金，也可以是其他的导电材料。在上述实施例中，该反光薄膜和起反光薄膜作用的正电极与负电极，是通过铝气相沉积法制造的；然而，该反光薄膜和正电极与负电极，可以用任何其他反光率大的导电材料制造。虽然，在第二个实施例中使用的子座220是由绝缘的硅基片制造的，但该子座220也可以用任何其他绝缘的半导体基片制造。虽然，在第三个实施例中使用的子座320，是由导电的硅基片制造的，但该子座320可以用能够构成p-型半导体层的任何其他材料制造。
另外，在第一至第三实施例中，该金属杆53作为一个负端子使用，而金属接线柱51作为一个正端子使用，而在第四实施例中，金属杆53用作正端子，而金属柱51用作负端子，这是一般的结构形式。然而，该金属杆53和金属接线柱51的极性可以相反。在这种情况下，上述p-型和n-型半导体层的位置要颠倒过来。
用于过电压保护的二极管也不限于是齐纳二极管，也可以使用其他适当的二极管(例如，雪崩二极管)。
用于过电压保护的工作电压(齐纳电压)，最好设定为尽可能低的一个电压，只要该工作电压不低于使用中的发光元件的驱动电压Vf即可。例如，齐纳电压的下限＝发光元件的驱动电压Vf+在大量生产的发光元件中，驱动电压Vf的变化+由于发光元件的温度特性引起的驱动电压Vf的变化+在大量生产的齐纳二极管中，齐纳电压的变化+由于齐纳二极管温度特性引起的齐纳电压的变化。通过使用这种设计参数，齐纳电压可以设定为6.2伏，发光二极管的静电击穿电压为3000伏或更大。
发光二极管的分层结构，不是只限于图3A和3B所示的结构。发光层可以使用单一量子阱(quantum well)结构或多个量子阱结构。
该发光二极管可以是一个激光管，即该发光二极管可以是一个表面发射的激光二极管。该发光二极管的基片不是仅局限于蓝宝石衬底，而可以由其他材料制成，例如尖晶石、硅、碳化硅、氧化锌、磷化镓、砷化镓、氧化镁、或氧化锰。
该子座由半导体、硅、砷化镓、碳化硅制成，但也可以使用其他半导体材料。
权利要求
1.一种具有倒装芯片式的半导体发光元件的发光二极管，包括一倒装芯片；和一由半导体基片制成的子座，在所述半导体基片内形成一过电压保护的二极管，并且在所述半导体基片上放置所述倒装芯片，其中电接触所述倒装芯片的一正电极和一负电极形成于所述子座上，所述正电极和所述负电极的至少一个具有引线焊接的焊盘，并且所述过电压保护的二极管形成于既不被所述倒装芯片覆盖也不被所述焊盘的任何一个部分覆盖的区域。
2.如权利要求1的发光二极管，其中所述倒装芯片按照下述位置和姿势放置在所述子座上，该位置和姿势是通过将所述倒装芯片的中心点和中心轴线重叠在所述子座的中心点和中心轴线上，接着使所述倒装芯片围绕着其中心点回转一个预先确定的角度而得到的。
3.如权利要求2所述的发光二极管，其中，该预先确定的角度大约为45°。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其中，所述子座具有一形成于所述基片的上表面上的绝缘薄膜；并且，所述倒装芯片的所述两个引线电极中的至少一个引线电极形成于所述绝缘薄膜上，该至少一个引线电极位于放置所述倒装芯片之后留下的一个上部暴露区域中。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其中，所述半导体基片的一底部表面作为所述倒装芯片的所述两个引线电极中的一个引线电极；并且，所述半导体基片直接与用于容纳所述半导体基片和将电压加在所述倒装芯片上的一引线框架连接。
6.如权利要求1所述的发光二极管，其中，所述半导体基片是绝缘的；而所述倒装芯片的所述两个引线电极形成于所述子座上，位于放置所述倒装芯片之后留下的一个上部暴露区域中。
7.如权利要求1所述的发光二极管，其中，在所述子座的该上部暴露区域上，作有一用于检测所述子座位置或姿势的标记。
8.如权利要求1所述的发光二极管，其中，在所述子座上，形成一用于反射从所述倒装芯片发出的光的反光薄膜。
9.如权利要求1所述的发光二极管，其中，所述两个引线电极的至少一个作为反射从所述倒装芯片发出的光的一反光薄膜。
10.如权利要求1所述的发光二极管，其中，所述两个引线电极形成为覆盖在所述倒装芯片下面的一个区域，并作为反射从所述倒装芯片发出的光的反光薄膜。
11.如权利要求1所述的发光二极管，其中，所述两个引线电极形成为基本上覆盖所述子座的整个上表面，并作为反射从所述倒装芯片发出的光的反光薄膜。
12.一种具有倒装芯片式的半导体发光元件的发光二极管，包括一倒装芯片；和一包括半导体基片的子座，在所述半导体基片内形成一过电压保护的二极管，并且在所述半导体基片上放置所述倒装芯片，其中电接触所述倒装芯片的一第一引线电极和一第二引线电极形成于所述子座上，所述第一引线电极和所述第二引线电极的至少一个包括引线焊接的焊盘，并且所述过电压保护的二极管形成于不被所述焊盘的任何一个部分覆盖的区域。
13.如权利要求12的发光二极管，其中所述倒装芯片按照下述位置和姿势放置在所述子座上，该位置和姿势是通过将所述倒装芯片的中心点和中心轴线重叠在所述子座的中心点和中心轴线上，接着使所述倒装芯片围绕着其中心点回转一个预先确定的角度而得到的。
14.如权利要求13所述的发光二极管，其中，该预先确定的角度大约为45°。
15.如权利要求12所述的发光二极管，其中，所述子座包括一形成于所述基片的上表面上的绝缘薄膜，并且，其中所述倒装芯片的所述第一引线电极和所述第二引线电极中的至少一个引线电极形成于所述绝缘薄膜上，该至少一个引线电极位于放置所述倒装芯片之后留下的一个上部暴露区域中。
16.如权利要求12所述的发光二极管，其中，所述半导体基片的一底部表面作为所述倒装芯片的所述第一引线电极和所述第二引线电极中的一个，并且，其中所述半导体基片直接与用于容纳所述半导体基片和将电压加在所述倒装芯片上的一引线框架连接。
17.如权利要求12所述的发光二极管，其中，所述半导体基片是绝缘的；并且其中所述倒装芯片的所述第一引线电极和所述第二引线电极形成于所述子座上，位于放置所述倒装芯片之后留下的一个上部暴露区域中。
18.如权利要求12所述的发光二极管，其中，在所述子座的该上部暴露区域上，作有一用于检测所述子座位置或姿势的标记。
19.如权利要求12所述的发光二极管，其中，在所述子座上，形成一用于反射从所述倒装芯片发出的光的反光薄膜。
20.如权利要求12所述的发光二极管，其中，所述第一引线电极和所述第二引线电极中的至少一个作为反射从所述倒装芯片发出的光的一反光薄膜。
21.如权利要求12所述的发光二极管，其中，所述第一引线电极和所述第二引线电极形成为覆盖在所述倒装芯片下面的一个区域，并作为反射从所述倒装芯片发出的光的反光薄膜。
22.如权利要求12所述的发光二极管，其中，所述第一引线电极和所述第二引线电极形成为基本上覆盖所述子座的整个上表面，并作为反射从所述倒装芯片发出的光的反光薄膜。
23.如权利要求12所述的发光二极管，其中，所述第一引线电极和所述第二引线电极分别由一正电极和一负电极组成。
24.一种具有倒装芯片式的半导体发光元件的发光二极管，包括一倒装芯片；和一包括半导体基片的子座，在所述半导体基片内形成一过电压保护的二极管，并且在所述半导体基片上放置所述倒装芯片，其中电接触所述倒装芯片的一第一引线电极和一第二引线电极形成于所述子座上，所述第一引线电极和所述第二引线电极的至少一个包括引线焊接的焊盘，并且所述二极管形成在除所述焊盘下面之外的区域。
25.一种具有倒装芯片式的半导体发光元件的发光二极管，包括一倒装芯片；和一包括半导体基片的子座，在所述半导体基片内形成一过电压保护的二极管，并且在所述半导体基片上放置所述倒装芯片，其中电接触所述倒装芯片的一第一引线电极和一第二引线电极形成于所述子座上，所述第一引线电极和所述第二引线电极的至少一个包括引线焊接的焊盘，并且所述第一引线电极和所述第二引线电极形成为基本上覆盖所述子座的整个上表面并作为反射从所述倒装芯片发出的光的反光薄膜。
26.如权利要求25所述的发光二极管，其中，所述第一引线电极和所述第二引线电极分别由一正电极和一负电极组成。
27.一种具有倒装芯片式的半导体发光元件的发光二极管，包括一倒装芯片；和一包括半导体基片的子座，在所述半导体基片内形成一过电压保护的二极管，并且在所述半导体基片上放置所述倒装芯片，其中电接触所述倒装芯片的一第一引线电极和一第二引线电极形成于所述子座上，所述第一引线电极和所述第二引线电极的至少一个包括引线焊接的焊盘，并且所述第一引线电极和所述第二引线电极形成为基本上覆盖所述子座的整个上表面。
全文摘要
一种具有倒装芯片式的半导体发光元件的发光二极管，包括一倒装芯片；和一由半导体基片制成的子座，在所述半导体基片内形成一过电压保护的二极管，并且在所述半导体基片上放置所述倒装芯片，其中电接触所述倒装芯片的一正电极和一负电极形成于所述子座上，所述正电极和所述负电极的至少一个具有引线焊接的焊盘，并且所述过电压保护的二极管形成于既不被所述倒装芯片覆盖也不被所述焊盘的任何一个部分覆盖的区域。本发明可将倒装芯片放置在一个引线框架上，使倒装芯片的中心轴线，与引线框架的抛物面的中心轴线重合。
文档编号H01L33/38GK1645636SQ20041008193
公开日2005年7月27日 申请日期2000年1月28日 优先权日1999年1月29日
发明者平野敦雄, 吉川幸雄, 手岛圣贵, 安川武正 申请人:丰田合成株式会社, 株式会社光波