专利名称：用于封装发光器件的芯片级方法和芯片级封装的发光器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件，并且更具体地说，涉及封装的发光器件和发光器件的封装方法。
背景技术：
发光二极管和激光二极管是熟知的固态电子器件，能够在施加足够电压时发光。发光二极管和激光二极管一般可称为发光器件(LED)。发光器件一般包括在诸如蓝宝石、硅、碳化硅、砷化镓等的衬底上生长的外延层中形成的p-n结。由LED发的光的波长分布取决于制成p-n结的材料和包括器件活动区的薄外延层结构。
一般情况下，LED包括衬底、在衬底上形成的n型外延区以及在n型外延区上形成的p型外延区(或反之亦然)。为便于施加电压到器件上，在器件的p型区(一般情况下，暴露的p型外延层)上形成阳极欧姆触点，并且在器件的n型区(如衬底或暴露的n型外延层)上形成阴极欧姆触点。
为了在电路中使用LED，最好封装LED以免它受到环境危害和机械损害。LED封装也包括用于将LED芯片电连接到外部电路的部件，如电线。在图1A所示的典型封装70中，LED 72通过焊料或环氧树脂安装在反射杯73上。一个或多个丝焊将LED的欧姆触点连接到导线75A、75B，这些导线可附在反射杯73上或与其结合在一起。整个组件随后密封在透明的保护树脂74中，其可模压成透镜的形状，以校准从LED芯片72发出的光。
在图1B所示的另一常规封装80中，多个LED芯片82安装到印刷电路板(PCB)载体83上。在LED 82上的欧姆触点与PCB 83上的电迹线85A、85B之间形成一个或多个丝焊连接。每个安装的LED82然后覆盖有一滴透明树脂84，其可对芯片提供环境和机械保护，同时也充当透镜。随后，通过将PCB板83锯成小方块，每个方块包括一个或多个LED芯片82，来分离各个封装的LED 82。
这些封装LED芯片方法的一个缺陷是，一次在载体上安装芯片。也就是说，每个LED单独安装到PCB或反射镜杯上。另外，丝焊连接一般是到每个LED芯片。这些操作可能成本高、耗时，并可能需要大量的人力和/或专门的设备。丝焊连接的问题也可能在野外引起器件故障。此外，与安装LED芯片相关联的对齐和放置问题可能导致所得到的封装芯片的光学特性出现不合需要的变化。
对于发光器件的用户而言，一个品质因素是每流明的成本，即，获得给定光输出水平的成本。常规封装技术的高成本可能是使固态发光的每流明成本较高的一个因素。此外，常规封装技术可导致庞大的封装，不适合某些小型化应用，如蜂窝电话背光。常规封装技术也可能具有差的热阻特性，限制了可驱动LED芯片的功率电平，并对系统设计人员提出了关于LED放置的约束。
发明内容
根据本发明的一些实施例，封装的发光器件包括具有上表面和下表面的载体衬底、从所述衬底上表面延伸到所述衬底下表面的第一和第二导电通孔、以及在所述衬底上表面与第一导电通孔电接触的焊盘。具有第一和第二电极的二极管安装在所述焊盘上，第一电极与所述焊盘电接触。在所述二极管上形成钝化层，暴露所述二极管的第二电极。在所述载体衬底的上表面上形成导电迹线，与第二导电通孔和第二电极电接触。所述导电迹线在所述钝化层上并延伸过所述钝化层，以接触第二电极。
在一些实施例中，所述钝化层可以在导电迹线形成后部分或完全去除，在第二电极与第二导电通孔之间留下所谓的空中桥接。
在一些实施例中，钝化层覆盖部分所述载体衬底。在其它实施例中，钝化层还覆盖部分所述焊盘。
在一些实施例中，在所述载体衬底上围绕所述二极管形成反射层，以在所需方向上反射所述二极管发出的光。可覆盖部分钝化层和导电迹线的反射层可限定所述二极管上面的空腔，所述空腔可填充有密封剂材料。密封剂材料可包括波长转换材料，如波长转换磷光体。在一些实施例中，密封剂材料可设计为使用例如纳米粒子和环氧树脂或硅树脂的合成物以具有高折射率。在一些实施例中，密封剂材料的折射率可以为大约1.6或更大。在一些实施例中，波长转换材料可以涂在二极管的表面上。
在一些实施例中，封装的发光器件可还包括反射层上的密封层，该密封层在二极管上面形成气密封以实现环境和机械保护。
在一些实施例中，二极管包括生长衬底和所述生长衬底上的外延结构。在一些实施例中，生长衬底具有小于约150μm的厚度。在其它实施例中，二极管包括从中去除了生长衬底的外延结构。
根据本发明的一些方法实施例包括提供包括生长衬底和所述生长衬底上外延结构的外延片，将载体衬底焊接到外延片的外延结构，形成通过载体衬底的多个导电通孔，在外延结构中限定多个隔离的二极管，以及将至少一个导电通孔电连接到多个隔离的二极管中相应的二极管。根据本发明实施例的方法可还包括用密封剂密封至少一个隔离的二极管，并将密封的二极管分离成单独的封装器件。
在一些实施例中，将载体衬底焊接到外延结构后面是从所述外延结构去除所述生长衬底。
在一些实施例中，根据本发明的方法包括使所述生长衬底变薄为小于大约150μm的厚度。
在一些实施例中，形成通过所述载体衬底的多个导电通孔包括为每个隔离的二极管形成通过所述载体衬底的至少一对通孔。在一些实施例中，所述载体衬底本身可从导电材料形成，并因此可用于充当每个隔离的二极管的导电通孔对之一。其余导电通孔可与载体衬底电隔离。在一些实施例中，附加的电路和/或电路元件可添加到载体晶片以帮助发光二极管操作。此类电路和/或元件可包括用于静电放电保护的齐纳二极管、调节二极管操作期间电压或电流的电子驱动电路、和/或在某些应用中帮助寻址LED的数字电路。
在其它实施例中，用密封剂密封多个二极管中的至少一个包括用包括诸如磷光体的波长转换材料的密封剂材料密封二极管。
在一些实施例中，在所述外延结构中限定多个隔离的二极管包括在所述外延结构中形成多个台面结构，例如，通过选择性地蚀刻所述外延结构。选择性地蚀刻所述外延结构以形成多个台面可以在将所述载体衬底焊接到所述外延结构之前执行。在一些实施例中，选择性地蚀刻所述外延结构以形成多个台面是在将所述外延结构焊接到所述载体衬底并去除所述生长衬底之后执行。
在一些实施例中，在所述外延结构中限定多个隔离的二极管先于将所述外延结构焊接到所述载体衬底。在其它实施例中，去除所述生长衬底先于在所述外延结构中限定多个隔离的二极管。
在一些实施例中，将所述载体衬底焊接到所述外延结构之前是在所述载体衬底上形成多个焊盘，其中每个所述隔离的二极管焊接到至少一个所述焊盘。每个导电通孔可与至少一个焊盘电接触。
在其它实施例中，方法包括在与焊接有多个二极管的载体衬底一侧相对的载体衬底一侧上形成多个焊盘，使得每个焊盘与至少一个导电通孔电接触。
本发明的一些实施例包括在至少一个二极管上形成钝化层，使得所述钝化层暴露二极管上的电极。在焊接有二极管的载体衬底一侧上可形成多个导电迹线。一些导电迹线可将二极管的上表面电连接到导电通孔。
在一些实施例中，根据本发明的方法包括在载体衬底上表面上形成反射层，所述反射层限定二极管上面的空腔。密封材料可包含波长转换材料，可淀积在所述空腔中。此外，所述空腔可覆盖有可在所述空腔上面形成气密封的密封件。
在本发明的一些实施例中，至少两个隔离的二极管可覆盖有透明树脂。在一些实施例中，将隔离的二极管分离成封装器件包括形成其中具有至少两个二极管的封装器件。
本发明的一些实施例提供一种半导体结构，所述半导体结构具有具有上表面和下表面的载体衬底；焊接到所述载体衬底上表面的多个发光二极管，每个发光二极管具有第一和第二电极；以及从所述载体衬底上表面延伸到所述衬底下表面的多对第一和第二导电通孔，其中每对导电通孔电连接到多个发光二极管中一个发光二极管的第一和第二电极。
在一些实施例中，所述半导体结构还包括设置在所述载体衬底上表面与多个发光二极管之间的多个焊盘，其中至少一个所述发光二极管安装在所述焊盘之一上。
在至少一个发光二极管上可形成密封剂材料。在一些实施例中，在载体衬底的下表面上形成多个焊盘，其中载体衬底下表面上多个焊盘中的每个焊盘与第一或第二导电通孔中的至少一个电接触。
在一些实施例中，通过为每个二极管形成通过载体衬底的附加通孔，可降低封装的热阻和/或电阻。此外，根据本发明一些实施例的封装的发光器件可包括延伸过衬底的至少一个附加的导电通孔。
在其它实施例中，封装的发光器件包括具有上表面和下表面的导电载体衬底。导电通孔从所述衬底上表面延伸到所述衬底下表面。电流阻挡层在所述导电通孔与所述衬底之间。焊盘在所述衬底的上表面。具有第一和第二电极的二极管安装在所述焊盘上。第一电极与所述焊盘电接触。导电迹线在所述载体衬底的上表面上，并与所述导电通孔和第二电极电接触。
在又一些实施例中，封装的发光器件包括具有上表面和下表面的载体衬底。第一和第二导电通孔从所述衬底上表面延伸到所述衬底下表面。焊盘在所述衬底的上表面上，并与第一导电通孔电接触。具有第一和第二电极的二极管安装在所述焊盘上。第一电极与所述焊盘电接触。导电迹线在所述载体衬底的上表面上，并与第二导电通孔和第二电极电接触。
从详细说明和附图中将明白本发明的其它特征、实施例和方面。
图1A-1B显示常规LED封装；图2A-2H是显示本发明一些实施例的截面图；图3A-3D是显示本发明其它实施例的截面图；图4A-4J是显示本发明其它实施例的截面图；图5A-5I是显示本发明其它实施例的截面图；图6是显示本发明其它实施例的截面图；图7是显示本发明其它实施例的截面图。
具体实施例方式
现在将参照显示本发明实施例的附图，在下文更全面地描述本发明。本发明不应视为局限于本文所述的实施例；相反，这些实施例的提供使得此公开内容将全面和完整，并且将本发明的范围全面传达给本领域的技术人员。所有图中类似的标号指类似的部件。此外，图中所示的不同层和区域是以示意图的方式显示。虽然相对于半导体晶片和切成小块的芯片描述了本发明，但正如本领域的技术人员将理解的一样，此类芯片可切成任意的大小。因此，本发明不限于附图所示的相对大小和间隔。此外，为图清晰起见和便于说明，以扩大的尺寸显示了诸如层厚度和特征尺寸等图中的某些特征。
要理解的是，表述一个元件或层在另一元件或层“上面”、“连接到”或“耦合到”另一元件或层时，它可直接在另一元件或层上面，直接连接或耦合到另一元件或层，或者可能存在中间元件或层。与此相反，表述一个元件“直接在另一元件或层上面”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或层时，不存在中间元件或层。在本文使用时，术语“和/或”包括一个或多个相关联所列项目的任一和所有组合。
要理解的是，虽然术语第一、第二等可在本文用于描述不同的元件、组件、区、层和/或部分，但这些元件、组件、区、层和/或部分应不受这些术语的限制。这些术语只用于区分一个元件、组件、区、层或部分与另一区、层或部分。因此，在不脱离本发明讲授内容的情况下，下述的第一元件、组件、区、层或部分可称为第二元件、组件、区、层或部分。
此外，诸如“下部”或“底部”和“上部”或“顶部”等相对术语可在本文用于描述如图所示一个元件与另一元件的关系。要理解的是，相对术语旨在包括器件除图中所示定向外的不同定向。例如，如果倒转图中的器件，则描述为在其它元件“下部”侧的元件将因而定向在另一元件的“上部”侧。示范术语“下部”因此可根据图的特殊定向而包括“下部”和“上部”两种定向。类似地，如果倒转一个图中的器件，则描述为在其它元件“下面”或“底下”的元件因而将定向为在其它元件“上面”。示范术语“下面”或“底下”因此可包括上面和下面两种定向。本领域的技术人员也将理解，对处于与另一特征“相邻”的结构或特征的引用可能具有重叠或支承该相邻特征的部分。
在本文使用的术语只用于描述特殊的实施例，并无意限制本发明。在本文使用时，除非上下文有明确指示，否则，单数形式还将包括复数形式。还将可理解，术语“包括在本说明书中使用时用于表示所述特征、元件或组件的存在，而不排除存在或添加一个或多个其它特征、元件或组件。
本发明的实施例在本文参照截面、平面和/或透视图进行描述，这些图是本发明理想实施例的示意图示。因此，要预计例如由于制造技术和/或容限引起的图示形状变化。因此，本发明实施例应不被视为限制本文所述特殊的区形状，而是要包括例如由制造产生的形状偏差。例如，显示为矩形的区一般在其边缘具有圆形、曲线状或分级特征，而不是从一个区到下一区的离散变化。因此，图中所示的区本质上是示意性的，并且其形状不是要显示器件区的精确形状，也无意限制本发明的范围。
除非另有规定，否则，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的相同含意。还可理解，除非在本文中有明确定义，否则，诸如常用词典中定义的那些术语等术语应理解为具有与相关技术和本公开内容上下文中含意一致的含意，并且不以理想化或过分正式的方式理解。
现在将一般性地相对于在基于碳化硅的衬底上的基于氮化镓的发光二极管，描述本发明的实施例。然而，本领域的技术人员将理解，本发明的许多实施例可采用许多不同的衬底和外延层的组合。例如，组合可包括GaP衬底上的AlGaInP二极管、GaAs衬底上的InGaAs二极管、GaAs衬底上的AlGaAs二极管、SiC或蓝宝石(Al2O3)衬底上的SiC二极管、和/或氮化镓、碳化硅、氮化铝、蓝宝石、硅、氧化锌和/或其它衬底上的基于氮化物的二极管。
基于GaN的发光器件一般包括绝缘或导电衬底，如SiC或蓝宝石，上面形成了多个基于GaN的外延层。外延层可包括一个活动区，具有在通电时发光的p-n结。
虽然本文公开的LED不同实施例包括衬底，但本领域的技术人员将理解，生长包括LED的外延层的晶体外延生长衬底可以去除，并且独立式外延层可安装在可能具有比原衬底更佳的热、电、结构和/或光学特征的替代载体衬底或次载具上。本文所述的发明不限于具有晶体外延生长衬底的结构，并可与外延层已从其原生长衬底去除并焊接到替代载体衬底的结构结合利用。
在本发明实施例中使用的发光器件可以为在碳化硅衬底上制造的基于氮化镓的发光二极管或激光器，如北卡罗来纳州达勒姆Cree，Inc.制造和销售的那些器件。例如，本发明可适合用于如以下美国专利中所述的LED和/或激光器No.6740906、No.6201262、No.6187606、No.6120600、No.5912477、No.5739554、No.5631190、No.5604135、No.5523589、No.5416342、No.5393993、No.5338944、No.5210051、No.5027168、No.5027168、No.4966862和/或No.4918497，这些专利的公开内容通过引用结合于本文中，就好象其全文在此陈述了一样。题为“具有量子井和超晶格的基于第三族氮化物的发光二极管结构、基于第三族氮化物的量子井结构和基于第三族氮化物的超晶格结构(GROUP III NITRIDE BASED LIGHTEMITTING DIODE STRUCTURES WITH A QUANTUM WELL ANDSUPERLATTICE，GROUP III NITR IDE BASED QUANTUM WELLSTRUCTURES AND GROUP III NITRIDE BASED SUPERLATTICESTRUCTURES)”的美国专利出版物No.2003/0006418中描述了其它适用的LED和/或激光器，该专利的公开内容通过引用结合于本文中，就好象其全文在此陈述了一样。
在本发明的一些实施例中，发光器件可包括提供反射层以将在活动区中生成的光反射回通过器件的p电极。反射的p电极和相关结构在题为“包括光提取的衬底改型的发光二极管及其制造方法(LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING SUBSTRATEMODIFICATIONS FOR LIGHT EXTRACTION ANDMANUFACTURING METHODS THEREFOR)”的美国专利出版物No.2003/0123164中有所描述，该专利的公开内容通过引用结合于本文中，就好象其全文在此陈述了一样。
现在参照图2A的实施例，根据本发明一些实施例的封装LED方法采用了具有衬底12和外延生长层14的外延片10。如上所述，衬底12可以是4H或6H多型的碳化硅单晶。外延生长层14可包括形成了p-n结二极管结构的p型和n型层(未显示)、同型异质结构二极管结构、或其它二极管结构。通常，n型层可直接在衬底12上形成，而p型层在n型层上形成。在一些实施例中，外延层包括一个或多个第三族氮化物半导体材料，如GaN、AlGaN和/或InGaN。因此，外延生长层14可包括多个层，全部共同称为外延层14。
外延片10可使用常规的湿蚀和/或干蚀技术进行掩蔽、形成图案和蚀刻，以形成多个二极管16，每个二极管可包括如图2B所示的p-n结发光二极管。本领域的技术人员将理解，二极管16可包括发光二极管、超辐射发光二极管、激光二极管和/或任何其它固态发光器件。
参照图2C的实施例，外延片10随后可倒置晶片焊接(即，外延侧以倒装形式向下)到载体衬底20，该衬底可包括Si、SiC、GaAs、A1N或任何其它合适的衬底。具体而言，载体衬底20可以为半导体晶片、或绝缘或半绝缘材料的晶片。在一些实施例中，载体衬底20绝缘，并具有高热导电性。载体衬底20可包括通过其的多个导电通孔22A、22B。正如下面将更详细论述的一样，通孔22A、22B可用于电连接到二极管16的电极，例如，二极管16的阳极(正)和阴极(负)触点。通孔22A、22B可形成为载体衬底20中的透孔，其填充和/或镀有导电材料，如金属。至少一个通孔22A可与每个二极管16的表面电接触，由此形成二极管16的阳极或阴极触点。相邻的通孔22B可通过镀金属(未显示)而连接到二极管16的相反表面，由此形成到二极管16的相反(阴极或阳极)连接。通孔22A、22B与二极管16的互连在下面有更详细地描述。通孔22A、22B可以在外延片10焊接之前或之后在载体衬底20中形成。
如图2D所示，衬底12可以例如通过蚀刻、机械研磨或磨削和抛光而变薄，以减小结构的整体厚度。具体而言，衬底12可变薄为小于150微米的厚度。将衬底12变薄也可减小操作二极管16所需的正向电压(Vf)。2004年11月12日提交的题为“处理其上带有发光器件(LED)的半导体晶片背面的方法及因此形成的LED(Methodsof Processing Semiconductor Wafer Backsides Having Light EmittingDevices(LEDs)Thereon and LEDs So Formed)”的美国专利申请No.10/987135中描述了将衬底12变薄的技术，该申请的公开内容通过引用结合于本文中，就好象其全文在此陈述了一样。此外，衬底12可使用锯切、激光切划或其它技术成形或变粗糙，以产生诸如斜角侧壁等可增大光提取的几何特征。衬底12可使用例如在2004年3月26日提交的题为“发光二极管的衬底蚀刻(ETCHING OFSUBSTRATES OF LIGHT EMITTING DIODES)”的美国专利申请No.10/811350中所述的蚀刻过程进行蚀刻以改善光提取，该申请的公开内容通过引用结合于本文中，就好象其全文在此陈述了一样。
随后，可通过例如蚀刻和/或锯切以如图2E所示隔离每个单独的二极管16，选择性地去除部分衬底12。或者，如图2F所示，通过如美国专利No.6559075、No.6071795、No.6800500和/或No.6420199和/或美国专利出版物No.2002/0068201中讲授的技术等衬底去除技术，可完全去除衬底，这些专利的公开内容通过引用结合于本文中，就好象其全文在此陈述了一样。
一旦在载体衬底20上隔离了二极管16(带有或不带有所附的部分衬底12)，便可为各个二极管16涂上可选的波长转换层25。波长转换层25可包括波长转换磷光体，诸如美国专利No.5998925、美国专利出版物No.2002/0105266和/或美国专利出版物No.2004/0051111中所述的一种或多种磷光体，以便将二极管16发出的光下变频为更低频率(更高波长)的光。二极管16发出的未转换的光可与转换层25发出的转换的光组合在一起，以形成感觉为第三色的光，这在本领域已为人所熟知。例如，二极管16发出的蓝光可与转换层25发出的黄光组合在一起，以形成观察者可感觉为白色或接近白色的光。
如图2G所示，可在每个二极管16上放一滴密封剂材料26，如透明环氧树脂。密封剂材料26可提供二极管16的机械和环境保护，并且也可充当透镜。通过使用折射率大约为1.6或更高的复合密封剂材料，例如包括高折射率纳米粒子的复合密封剂材料，可提高二极管的效率。如图2H所示，载体衬底20随后被切成小块(例如通过锯切)，以形成各个封装的器件30，这些器件随时可安装在电路或系统中。
载体衬底下表面耦合到通孔22A、22B，通过到该表面上焊盘(未显示)的连接，可形成到封装器件30的触点。因此，封装器件可通过焊料焊接、环氧树脂焊接或其它方法而直接接连到电路板或其它载体。由于在最后进行器件分离，因此大多数封装处理在晶片级完成，这可大大降低封装器件的总成本。降低每管芯封装成本又可降低封装部分输出的光每流明成本。此外，得到的封装器件会比较小，这使得封装器件可放置在与常规封装相比更小的封装区中，因而节省了PCB上的空间。通过提供更小的芯片级封装，二次光学器件(例如系统中的其它透镜或反射镜)也可变得更小且费用更合适。
根据本发明一些实施例从封装的光抽取可与从常规封装的光提取一样好，甚至更好。具体而言，通过在封装上或封装内诸如二极管16未焊接表面和/或载体衬底20未焊接表面等不同表面上形成光提取特征，可增加根据本发明一些实施例从封装的光提取。二极管16表面上的光提取特征例如可包括表面粗糙度、斜面、棱形或锥形特征以及可减少在器件表面的总内部反射的诸如此类。载体衬底20的未焊接表面可涂有反射层，和/或可被织构。此外，包括高折射率材料的光散射剂可添加到密封剂材料26中，并且密封剂材料26的表面可弄糙或刻面，以改善光提取。
根据本发明一些实施例的封装的热阻由于在二极管16与载体衬底20之间的晶片焊接连接而可能低于常规封装的热阻。具体而言，在载体晶片含有诸如SiC或AIN等高热导性材料的情况下，封装会具有低热阻。或者，通过为每个二极管16形成通过载体衬底的附加通孔，可使封装的热阻和/或电阻甚至更低。
图3A-3D中显示了本发明的其它实施例。如图所示，包括衬底12和外延层14的外延片10可以晶片焊接到载体衬底20，而未先将外延层14形成图案和蚀刻，以限定其中的各个二极管。随后，可使用上面提到的常规剥离技术去除衬底12。随后，可蚀刻晶片焊接到载体衬底20的所得到的外延层14，以形成限定各个二极管16的台面。所得到的结构随后可如上结合图2F-2H所述的进行处理。这些实施例的一个优点可在于，外延片10在焊接到载体衬底20上时不必与载体衬底20上的焊盘精确对齐。
图4A-4J更详细地显示了根据本发明一些实施例制造器件的过程。为清晰起见，图4A-4J中只显示了单个二极管16。如图4A所示，形成有多个二极管16的衬底12晶片焊接到形成有多个焊盘24的载体衬底20。二极管16上的金属叠层26焊接到焊盘24。金属叠层26可包括如美国专利出版物No.2003/0045015、美国专利出版物No.2003/0042507、美国专利No.6747298和/或PCT出版物WO04/010509中所述的欧姆层、阻挡层、反射层和/或焊接层，这些文件的公开内容通过引用结合于本文中，就好象其全文在此陈述了一样。在将晶片12焊接到载体衬底20后，可根据上述方法去除生长晶片12。在一些实施例中，可将晶片12变薄，而不是完全去除。随后，如图4C所示，可在衬底20中形成多个通孔22A、22B。对于每个二极管16，可在每个焊盘24下形成至少一个通孔22B。随后可为通孔22A、22B镀上或填充金属或其它导电材料，如图4D所示，并可在衬底20的背面(即与二极管16相对)上形成分别与导电通孔22A、22B电接触的焊盘28A、28B，如图4E所示。钝化层32可在与二极管16相邻的衬底20上表面上形成，并形成图案，以便如图4F所示暴露二极管16表面上至少部分电极和至少部分通孔22B。注意，通孔22A和22在形成时彼此电隔离(并且同样地，焊盘28A和28B彼此隔离)。这种隔离可以多种方式提供。例如，载体衬底可由绝缘或半绝缘材料制成。或者，如果载体衬底是导电材料，则包括未填充通孔的载体衬底的表面可涂上绝缘材料。
参照图4G的实施例，可使用常规技术(如蒸发)形成金属互连33，以使导电通孔22B与二极管16暴露的电极连接。在一些实施例中，欧姆触点(未显示)可在与通孔22B互连之前在二极管16的露出表面上形成。在一些实施例中，在形成金属互连33后，可部分或完全地去除钝化层32，从而在二极管16的露出表面与通孔22B之间留下所谓的空中桥接。如图4H所示，例如通过使用电镀，可在每个二极管16周围形成反射表面34，以在所需方向上反射器件发出的光。随后，可在二极管16上面由反射表面34限定的空腔35内淀积密封剂材料36(图4I)。在一些实施例中，由反射表面34限定的空腔35可能很浅，例如使得它不会延伸超过二极管16，但其周长仍可用于通过表面张力作用而限定密封剂材料的形状。在一些实施例中，密封剂材料36可包括如上所述的波长转换材料。最后，如图4J所示，可在空腔35上面形成可选的密封层38。可包括SiO2的密封层38可在空腔35上面形成气密封，以便为二极管16提供附加的保护。随后可分离完成的封装器件，以提供单独的封装器件。
图5A-5I显示了根据本发明其它实施例制造封装器件的方法。参照图5A的实施例，可以蚀刻包括衬底12和外延层14的外延片10，以形成多个二极管16。为清晰起见，图5A-5I中只显示了单个二极管16。每个二极管16的顶层16A具有导电类型(p或n)。每个二极管16的一部分进一步被蚀刻，以暴露具有与顶层16A导电类型相反导电类型的接触层16B。钝化层32可施加到结构并形成图案，以隔离二极管16的边缘，并且也隔离顶层16A与接触层16B。随后，如图5B所示，可分别在顶层16A和接触层16B上形成金属叠层34A和34B。金属叠层34A和34B可包括如上所述的欧姆层、阻挡层、反射层和/或焊接层。
参照图5C-5E的实施例，提供了载体衬底20。载体衬底20可包括SiC、AlN、GaAs、Si或任一其它适合的衬底材料。在一些实施例中，载体衬底20绝缘并具有高热导性。通孔22A、22B可蚀刻通过载体衬底20，并镀有或填充有金属或另一导电材料。如图5D-5E所示，在载体衬底20的底部上可形成背面迹线28A、28B，而在载体衬底的上表面上可形成焊盘24A、24B。迹线28A、28B例如可用于将成品器件安装在PCB上，而焊盘24A、24B可用于分别焊接到二极管16的金属叠层34A、34B，如图5F所示。
参照图5G的实施例，在外延片10焊接到载体衬底20后，可去除衬底12，从而留下焊接到载体衬底20的各个二极管16。或者，可将衬底12变薄而不是完全去除。衬底12可在晶片焊接到载体衬底20之前或之后变薄。
二极管16可如图5H所示通过使用例如电泳淀积而涂上可选的波长转换层25，以及可如图5I所示覆盖有一滴透明树脂密封剂27，这可对芯片提供环境和机械保护，同时也充当透镜。随后，可例如通过将载体衬底20切成小块而分离各个封装的器件30。在一些实施例中，波长转换层25可延伸过载体衬底的部分表面。
图6显示在单个封装器件60内提供多个二极管36A、36B的本发明实施例。二极管36A、36B可使用上述技术以串联或并联形式互连。或者，二极管可彼此电隔离。再者，由于可在晶片级进行所有互连，因此可降低制造封装器件所需的处理步骤和成本。因此，器件冗余可以内置，从而提高器件的可靠性。
图7显示本发明实施例，其中载体衬底20由导体或半导体材料(例如Si、SiC)制成，并且因此可用于在例如焊盘24A与背面迹线28A之间提供电连接。因此，可不必为提供电连接而形成连接焊盘24A与背面迹线28A的通孔(虽然如上所述仍可形成通孔以提高热导性)。在这些实施例中，可在通孔22B、焊盘24B和/或背面迹线28B与导电衬底20之间形成阻挡层29，以提供电隔离。阻挡层29可包括通孔形成后淀积在衬底上的薄绝缘体层(例如SiN)。或者，可通过在通孔填充和焊盘与背面迹线形成之前形成电流阻挡半导体结(例如通过掺杂剂扩散)而提供阻挡层。本领域的技术人员将可轻松明白形成阻挡层29的其它方法。电流阻挡半导体结也可充当用于静电放电保护的齐纳二极管，如2004年11月12日提交的题为“半导体发光器件与次载具及其形成方法(Semiconductor Light EmittingDevices and Submounts and Methods for Forming the Same)”的美国专利申请No.10/987894更详细描述的，该申请的内容通过引用结合于本文中，就好象其全文在此陈述了一样。
本领域的技术人员将理解，上述及图中所示的各个元件可以许多不同的配置分别组合或组合在一起。也将理解，制造步骤的精确顺序可与所示顺序不同。本发明的实施例已在本文公开，虽然采用了特定的术语，但这些术语的使用和理解只是一般性和描述性意义，并不是要进行限制。因此，本领域的技术人员将理解，在不脱离所附权利要求书所述的本发明精神和范围的情况下，可在形式和细节上进行多种更改。
权利要求
1.一种封装的发光器件，包括载体衬底，具有上表面和下表面；第一和第二导电通孔，从所述衬底的所述上表面延伸到所述衬底的所述下表面；焊盘，在所述衬底的所述上表面上，与第一导电通孔电接触；二极管，具有第一和第二电极，其中所述二极管安装在所述焊盘上，并且其中第一电极与所述焊盘电接触；所述二极管上的钝化层，所述钝化层暴露所述二极管的第二电极；以及导电迹线，在所述载体衬底的所述上表面上，并与第二导电通孔和第二电极电接触，其中所述导电迹线在所述钝化层上并延伸过所述钝化层，以接触第二电极。
2.如权利要求1所述的封装的发光器件，其中所述钝化层覆盖部分所述载体衬底。
3.如权利要求2所述的封装的发光器件，其中所述钝化层还覆盖部分所述焊盘。
4.如权利要求3所述的封装的发光器件，还包括在所述载体衬底上围绕所述二极管的反射层。
5.如权利要求4所述的封装的发光器件，其中所述反射层覆盖部分所述钝化层和所述导电迹线。
6.如权利要求1所述的封装的发光器件，还包括在所述载体衬底上围绕所述二极管的反射层。
7.如权利要求6所述的封装的发光器件，其中所述反射层覆盖部分所述钝化层和所述导电迹线。
8.如权利要求6所述的封装的发光器件，其中所述反射层限定所述二极管上面的空腔。
9.如权利要求8所述的封装的发光器件，其中所述空腔填充有密封剂材料。
10.如权利要求9所述的封装的发光器件，其中所述密封剂材料包括波长转换材料。
11.如权利要求6所述的封装的发光器件，还包括在所述反射层上的密封层。
12.如权利要求11所述的封装的发光器件，其中所述密封层形成对所述反射层的气密封。
13.如权利要求9所述的封装的发光器件，还包括在所述反射层上的密封层。
14.如权利要求13所述的封装的发光器件，其中所述密封层形成对所述反射层的气密封。
15.如权利要求1所述的封装的发光器件，其中所述二极管包括生长衬底和所述生长衬底上的外延结构。
16.如权利要求15所述的封装的发光器件，其中所述生长衬底具有小于约150μm的厚度。
17.如权利要求1所述的封装的发光器件，其中所述二极管包括已从中去除生长衬底的外延结构。
18.一种形成封装的发光器件的方法，包括提供包括生长衬底和所述生长衬底上外延结构的外延片；将载体衬底焊接到所述外延片的所述外延结构；形成通过所述载体衬底的多个导电通孔；在所述外延结构中限定多个隔离的二极管；以及将所述多个导电通孔电连接到所述多个隔离的二极管中相应的二极管。
19.如权利要求18所述的方法，还包括将所述载体衬底焊接到所述外延结构后面是从所述外延结构去除所述生长衬底。
20.如权利要求18所述的方法，还包括将所述生长衬底变薄到小于约150μm的厚度。
21.如权利要求18所述的方法，其中形成通过所述载体衬底的多个导电通孔包括为每个隔离的二极管形成通过所述载体衬底的一对通孔。
22.如权利要求18所述的方法，其中用密封剂密封所述多个二极管中的至少一个包括用包括波长转换材料的密封剂材料密封所述多个二极管中的至少一个。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述波长转换材料包括磷光体。
24.如权利要求18所述的方法，其中在所述外延结构中限定多个隔离的二极管包括在所述外延结构中形成多个台面结构。
25.如权利要求24所述的方法，其中在所述外延结构中形成多个台面包括选择性地蚀刻所述外延结构。
26.如权利要求25所述的方法，其中选择性地蚀刻所述外延结构以形成多个台面是在将所述载体衬底焊接到所述外延结构之前执行。
27.如权利要求25所述的方法，还包括在将所述载体衬底焊接到所述外延结构之后从所述外延结构去除所述生长衬底，其中选择性地蚀刻所述外延结构以形成多个台面是在去除所述生长衬底之后执行。
28.如权利要求18所述的方法，其中在所述外延结构中限定多个隔离的二极管先于将所述外延结构焊接到所述载体衬底。
29.如权利要求19所述的方法，其中去除所述生长衬底先于在所述外延结构中限定多个隔离的二极管。
30.如权利要求18所述的方法，其中将所述载体衬底焊接到所述外延结构之前为在所述载体衬底上形成多个焊盘，并且其中所述多个隔离的二极管中的每个都焊接到所述多个焊盘中的至少一个。
31.如权利要求30所述的方法，其中每个所述导电通孔与所述多个焊盘中的至少一个电接触。
32.如权利要求31所述的方法，其中形成多个导电通孔包括为每个隔离的二极管形成一对导电通孔。
33.如权利要求32所述的方法，还包括在与焊接有所述多个二极管的所述载体衬底一侧相对的所述载体衬底一侧上形成多个焊盘，所述多个焊盘中的每个与所述多个导电通孔中的至少一个电接触。
34.如权利要求30所述的方法，还包括在所述多个二极管中的至少一个二极管上形成钝化层，所述钝化层暴露所述至少一个二极管上的电极。
35.如权利要求34所述的方法，还包括在与焊接有所述多个二极管的所述载体衬底一侧上形成多个导电迹线，所述多个导电迹线中的每个导电迹线将二极管的上表面与导电通孔电连接。
36.如权利要求35所述的方法，还包括在所述载体衬底的所述上表面上形成反射层，所述反射层限定所述至少一个二极管上面的空腔。
37.如权利要求36所述的方法，还包括在所述至少一个二极管上面的所述空腔中淀积密封材料。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述密封材料包括波长转换材料。
39.如权利要求36所述的方法，还包括用密封件覆盖所述空腔和所述反射层。
40.如权利要求24所述的方法，还包括在所述台面结构的相应结构上形成钝化层。
41.如权利要求18所述的方法，还包括在将所述载体衬底焊接到所述外延结构并在所述外延结构中限定多个二极管之后，将多个限定的二极管中的每个二极管涂上包含波长转换材料的涂层。
42.如权利要求18所述的方法，还包括在分离所述至少一个二极管之前用透明树脂覆盖所述至少一个二极管。
43.如权利要求18所述的方法，还包括用透明树脂覆盖至少两个隔离的二极管，并且其中将所述多个隔离的二极管中的所述至少一个二极管分离成封装的器件包括形成具有至少两个二极管的封装的器件。
44.如权利要求18所述的方法，还包括用密封剂密封所述多个隔离的二极管中的至少一个；以及将所述多个隔离的二极管中的所述至少一个分离成单独的封装器件。
45.一种半导体结构，包括载体衬底，具有上表面和下表面；多个发光二极管，焊接到所述载体衬底的所述上表面，每个所述发光二极管具有第一和第二电极；以及多对第一和第二导电通孔，从所述载体衬底的所述上表面延伸到所述衬底的所述下表面；其中每对导电通孔电连接到所述多个发光二极管中发光二极管的第一和第二电极。
46.如权利要求45所述的半导体结构，还包括设置在所述载体衬底的所述上表面与所述多个发光二极管之间的多个焊盘，其中所述多个发光二极管中的至少一个安装在所述多个焊盘之一上。
47.如权利要求45所述的半导体结构，还包括在所述多个发光二极管中至少一个上的密封剂材料。
48.如权利要求45所述的半导体结构，还包括在所述载体衬底的所述下表面上的多个焊盘，其中所述载体衬底的所述下表面上所述多个焊盘中的每个焊盘与第一或第二导电通孔中的至少一个电接触。
49.如权利要求1所述的封装的发光器件，其中所述导电迹线在第二导电通孔与第二电极之间形成空中桥接。
50.如权利要求1所述的封装的发光器件，其中至少一个附加的导电通孔从所述衬底的所述上表面延伸到所述衬底的所述下表面。
51.如权利要求1所述的封装的发光器件，其中所述密封剂材料包括波长转换材料。
52.如权利要求1所述的封装的发光器件LED，还包括在至少部分所述二极管表面上的波长转换材料。
53.如权利要求18所述的方法，其中形成通过所述载体衬底的多个导电通孔先于将所述处延结构焊接到所述载体衬底。
54.如权利要求18所述的方法，其中所述多个二极管中的至少一个用密封剂材料密封。
55.如权利要求18所述的方法，其中所述多个二极管中的至少一个用折射率大于1.6的密封剂材料密封。
56.如权利要求18所述的方法，其中用包括波长转换材料的密封剂材料密封所述多个二极管中的至少一个。
57.如权利要求37所述的方法，其中所述密封剂材料具有大于1.6的折射率。
58.一种封装的发光器件，包括导电载体衬底，具有上表面和下表面；导电通孔，从所述衬底的所述上表面延伸到所述衬底的所述下表面；电流阻挡层，在所述导电通孔与所述衬底之间；焊盘，在所述衬底的所述上表面上；二极管，具有第一和第二电极，其中所述二极管安装在所述焊盘上，并且其中第一电极与所述焊盘电接触；以及导电迹线，在所述载体衬底的所述上表面上，并与所述导电通孔和第二电极电接触。
59.如权利要求58所述的封装的发光器件，其中所述电流阻挡层是绝缘体。
60.如权利要求58所述的封装的发光器件，其中所述导电载体衬底是半导体。
61.如权利要求60所述的封装的发光器件，其中所述半导体载体衬底包括用于控制所述二极管操作的附加电路。
62.如权利要求58所述的封装的发光器件，其中所述电流阻挡层提供对所述二极管的静电放电保护。
63.如权利要求9所述的封装的发光器件，其中所述密封剂材料具有大于1.6的折射率。
64.一种封装的发光器件，包括载体衬底，具有上表面和下表面；第一和第二导电通孔，从所述衬底的所述上表面延伸到所述衬底的所述下表面；焊盘，在所述衬底的所述上表面上，并与第一导电通孔电接触；二极管，具有第一和第二电极，其中所述二极管安装在所述焊盘上，并且其中第一电极与所述焊盘电接触；以及导电迹线，在所述载体衬底的所述上表面上，并与第二导电通孔和第二电极电接触。
全文摘要
封装的发光器件包括具有上表面和下表面的载体衬底(20)、从衬底(20)上表面延伸到衬底下表面的第一和第二导电通孔(22S、B)以及在衬底上表面与第一导电通孔(22A)电接触的焊盘(24)。具有第一和第二电极的二极管(16)安装在焊盘上，第一电极(26)与焊盘(24)电接触。在二极管(16)上形成钝化层(32)，暴露二极管(16)的第二电极。在载体衬底的上表面上形成导电迹线(33)，与第二导电通孔(22B)和第二电极电接触。导电迹线在钝化层上并延伸过钝化层，以接触第二电极。封装发光器件的方法包括提供包括生长衬底和生长衬底上外延结构的外延片，将载体衬底焊接到外延片的外延结构，形成通过载体衬底的多个导电通孔，在外延结构中限定多个隔离的二极管，以及将至少一个导电通孔电连接到多个隔离的二极管中相应的二极管。
文档编号H01L33/48GK101032034SQ200580028538
公开日2007年9月5日 申请日期2005年6月30日 优先权日2004年6月30日
发明者J·伊贝森, B·凯勒, P·帕里克 申请人:克里公司