专利名称：基于硅基板通孔技术倒装芯片的发光二极管及其制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于硅基板通孔技术倒装芯片的发光二极管及其制造工艺，该发明将倒装发光二极管芯片与有通孔的硅基板直接通过共晶键合在一起，无需金丝键合，工艺简单，可靠性高。
背景技术：
LED作为新一代照明光源，具有发光效率高、寿命长、绿色环保三大优势，伴随着外延、封装技术的不断提高，已经逐步应用于普通照明领域。目前大部分的LED失效并不是LED芯片本身失效，而是封装的金丝焊点接触不良、脱落、冷热膨胀断裂等原因造成的，伴随着高集成封装趋势的发展，对可靠性的要求也越来越高，因此如何提高LED封装器件的可靠性是一个非常困难但是又必须去接军的瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种基于硅基板通孔技术倒装芯片的发光二极管及其制造工艺，本发光二极管芯片提高了大功率发光二极管(LED)无需金丝键合，直接通过固晶焊接就可以完成电极的连接，无需再进行金丝键合，此技术有利于在大规模晶片级封装的开展，而且此技术不仅通过通孔提高了散热性能，而且提高了 LED芯片封装的可靠性。为达到上述目的，本发明的构思是针对当前大功率LED存在的结构缺陷，通过通孔技术，将η型电极引至与P型电极共面，然后通过共晶技术与带有通孔的硅基板直接键合，无须金丝；可以直接把荧光层(陶瓷荧光晶片)与芯片表面粘结在一起，提高出光均匀性；而且硅基板有通孔，因此可以直接把电极引至硅基板背面。根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案
一种基于硅基板通孔技术倒装芯片的发光二极管，包括荧光层、η型电流扩展层、发光层、P型电流扩展层、金属反光层、P型电极焊盘、金属通孔、绝缘层、η型电极焊盘、硅基板线路层、硅基板绝缘层、硅基板负电极焊盘、硅基板电极金属通孔、硅基板正电极焊盘、硅基板通孔绝缘层、芯片蓝宝石衬底、硅基板；其特征在于在蓝宝石衬底上依次生长有η型电流扩展层、发光层、P型电流扩展层、金属反光层、P型电极焊盘；通过金属通孔将η型电流扩展层与η型电极焊盘相连接，η型电极焊盘与硅基板线路层通过共晶连接在一起，并通过硅基板电极金属通孔连接到硅基板背面的硅基板负电极焊盘，P型电流扩展层依次通过P型电极焊盘、硅基板线路层、硅基板电极金属通孔与硅基板正电极焊盘相连接。—种制造上述的基于娃基板通孔技术倒装芯片的发光二极管及其制造工艺,其特征在于工艺步骤如下
1)在在蓝宝石衬底上依次制作η型电流扩展层、发光层、P型电流扩展层、金属反光层、P型电极焊盘，制作成发光二极管芯片；
2)通过刻蚀技术或者激光技术在发光二极管芯片、硅基板上进行通孔制作，并在通孔周壁分别制作绝缘层、硅基板通孔绝缘层后进行金属通孔、电极金属通孔的制作；
3)分别在芯片电极表面、硅基板表面进行金属层η型电极焊盘、硅基板线路层、硅基板负电极焊盘、硅基板正电极焊盘的制作；
4)将发光二极管芯片、硅基板进行切割，并通过共晶技术将发光二级管芯片与硅基板进行焊接；
5)将荧光层与蓝宝石衬底粘结在一起；
6)灌封胶灌封完成整个发光二极管器件的封装。根据上述基于硅基板通孔技术倒装芯片的发光二极管的制造工艺，其特征在于所述的η型电流扩展层通过金属通孔连接到η型电极焊盘；所述的发光二级管芯片为倒装芯片直接与硅基板通过金锡共晶连接，无须金丝键合；上述蓝宝石衬底通过减薄并进行表面微结构制作直径20-500nm、间距100_1500nm、高度20_200nm的微结构(或者激光剥离)；上述硅基板通过刻蚀技术或者激光技术制作有电极金属通孔，将η型电极焊盘与P型电极焊盘引至硅基板底面；上述荧光层是采用预先用模具制作好的相应尺寸的荧光胶、或者采用透明陶瓷技术，制作的陶瓷荧光晶片技术制作的荧光层，并在荧光晶片或者荧光胶片上表面进行粗化处理(表面微结构制作如直径20-500nm、间距100_1500nm、高度20_200nm的微结构)，然后直接覆盖于发光二极管发光面上；上述η型电极焊盘、P型电极焊盘通过共晶技术与硅基板线路层)进行连接；所述的P型电极焊盘、η型电极焊盘表面镀有待金锡共晶的金锡层(厚度为I飞微米)；其中上述金属通孔、绝缘层制作之前首先通过刻蚀技术或者激光技术进行制孔。本发明的基于硅基板通孔技术的倒装发光二极管芯片与传统芯片结构相比具有显而易见的突出实质性特点和进步无须金丝键合、荧光层均匀、尺寸结构紧凑，提高了发光二级管的可靠性和出光均匀性。
图I是本发明发光二极管器件截面图 图2是本发明芯片底面图
图3是本发明基板底面图。
具体实施例方式本发明的一个优选实施例结合
如下
实施例一
参见图1，图2，图3，本基于硅基板通孔技术的倒装芯片的发光二极管，包括荧光层I、η型电流扩展层2、发光层3、ρ型电流扩展层4、金属反光层5、ρ型电极焊盘6、金属通孔7、绝缘层8、η型电极焊盘9、硅基板线路层10、硅基板绝缘层11、硅基板负电极焊盘12、硅基板电极金属通孔13、硅基板正电极焊盘14、硅基板通孔绝缘层15、芯片蓝宝石衬底17、硅基板16 ;其特征在于在蓝宝石衬底17上依次生长有η型电流扩展层2、发光层3、P型电流扩展层4、金属反光层5、P型电极焊盘6 ;通过金属通孔7将η型电流扩展层2与η型电极焊盘9相连接，η型电极焊盘9与硅基板线路层10通过共晶连接在一起，并通过硅基板电极金属通孔13连接到硅基板背面的硅基板负电极焊盘12，ρ型电流扩展层4依次通过P型电极焊盘6、硅基板线路层10、硅基板电极金属通孔13与硅基板正电极焊盘14相连接。实施例二
上述发光二极管的制备工艺如下
首先在在蓝宝石衬底17上依次制作η型电流扩展层2、发光层3、ρ型电流扩展层4、金属反光层5、ρ型电极焊盘6,制作成发光二极管芯片；通过刻蚀技术或者激光技术在发光二极管芯片、硅基板上进行通孔制作，并在通孔周壁分别制作绝缘层8、硅基板通孔绝缘层15后进行金属通孔7、电极金属通孔13的制作；然后分别在芯片电极表面、硅基板表面进行金属层η型电极焊盘9、硅基板线路层10、硅基板负电极焊盘12、硅 基板正电极焊盘14的制作；将发光二极管芯片、硅基板进行切割，并通过共晶技术将发光二级管芯片与硅基板进行焊接；将荧光层I与蓝宝石衬底17粘结在一起；最后灌封胶灌封完成整个发光二极管器件的封装。实施例三
本实施例与实施例二基本相同，特别之处如下
所述的蓝宝石衬底17通过减薄并进行表面微结构制作直径20-500nm、间距100-1500nm、高度20_200nm的微结构(或者激光剥离);所述的硅基板16通过刻蚀技术或者激光技术制作有电极金属通孔13，将η型电极焊盘9与P型电极焊盘6引至硅基板16底面；所述的荧光层I是采用预先用模具制作好的相应尺寸的荧光胶、或者采用透明陶瓷技术，制作的陶瓷荧光晶片技术制作的荧光层1，并在荧光晶片或者荧光胶片上表面进行粗化处理(纳米、微米级微结构)，然后直接覆盖于发光二极管发光面上；所述的η型电极焊盘9、P型电极焊盘6通过共晶技术与硅基板线路层10进行连接；所述的P型电极焊盘6、η型电极焊盘9表面镀有待金锡共晶的金锡层，厚度为f 6微米；所述的金属通孔7、绝缘层8制作之前首先通过刻蚀技术或者激光技术进行制孔。
权利要求
1.一种基于硅基板通孔技术倒装芯片的发光二极管，包括荧光层(I)、n型电流扩展层(2)、发光层(3)、p型电流扩展层(4)、金属反光层(5)、p型电极焊盘(6)、金属通孔(7)、绝缘层(8)、n型电极焊盘(9)、硅基板线路层(10)、硅基板绝缘层(11)、硅基板负电极焊盘(12)、硅基板电极金属通孔(13)、硅基板正电极焊盘(14)、硅基板通孔绝缘层(15)、芯片蓝宝石衬底(17)、硅基板(16);其特征在于在蓝宝石衬底(17)上依次生长有n型电流扩展层(2)、发光层(3)、p型电流扩展层(4)、金属反光层(5)、p型电极焊盘(6);通过金属通孔(7)将n型电流扩展层(2 )与n型电极焊盘(9 )相连接，n型电极焊盘(9 )与硅基板线路层(10 )通过共晶连接在一起，并通过硅基板电极金属通孔(13)连接到硅基板(16)背面的硅基板负电极焊盘(12)，p型电流扩展层(4)依次通过p型电极焊盘(6)、硅基板线路层(10)、硅基板电极金属通孔(13)与硅基板正电极焊盘(14 )相连接。
2.一种制造根据权利I要求所述的基于硅基板通孔技术倒装芯片的发光二极管的制造工艺，其特征在于工艺步骤如下 1)在在蓝宝石衬底(17)上依次制作n型电流扩展层(2 )、发光层(3 )、p型电流扩展层(4)、金属反光层(5)、p型电极焊盘(6)，制作成发光二极管芯片； 2)通过刻蚀技术或者激光技术在发光二极管芯片、硅基板上进行通孔制作，并在通孔周壁分别制作绝缘层(8)、硅基板通孔绝缘层(15)后进行金属通孔(7)、电极金属通孔(13)的制作； 3)分别在芯片电极表面、硅基板表面进行金属层n型电极焊盘(9)、硅基板线路层(10)、硅基板负电极焊盘(12)、硅基板正电极焊盘(14)的制作； 4)将发光二极管芯片、硅基板进行切割，并通过共晶技术将发光二级管芯片与硅基板进行焊接； 5)将荧光层(I)与蓝宝石衬底(17)粘结在一起； 6)灌封胶灌封完成整个发光二极管器件的封装。
3.根据权利要求2所述的基于硅基板通孔技术倒装芯片的发光二极管的制造工艺，其特征在于所述的蓝宝石衬底(17)通过减薄并进行表面微结构制作直径20-500nm、间距100-1500nm、高度20_200nm的微结构(或者激光剥离);所述的硅基板(16)通过刻蚀技术或者激光技术制作有电极金属通孔(13)，将n型电极焊盘(9)与p型电极焊盘(6)引至硅基板(16)底面；所述的荧光层(I)是采用预先用模具制作好的相应尺寸的荧光胶、或者采用透明陶瓷技术，制作的陶瓷荧光晶片技术制作的荧光层(1)，并在荧光晶片或者荧光胶片上表面进行粗化处理(纳米、微米级微结构)，然后直接覆盖于发光二极管发光面上；所述的n型电极焊盘(9)、p型电极焊盘(6)通过共晶技术与硅基板线路层(10)进行连接；所述的p型电极焊盘(6)、n型电极焊盘(9)表面镀有待金锡共晶的金锡层，厚度为f 6微米；所述的金属通孔(7)、绝缘层(8)制作之前首先通过刻蚀技术或者激光技术进行制孔。
全文摘要
本发明涉及了一种基于硅基板通孔技术倒装芯片的发光二极管及其制造工艺。本发光二极管包括荧光层、n型电流扩展层、发光层、p型电流扩展层、金属反光层、p型电极焊盘、金属通孔、绝缘层、n型电极焊盘、硅基板线路层、硅基板绝缘层、硅基板、硅基板负电极、硅基板负电极金属通孔、硅基板正电极金属通孔、硅基板正电极焊盘、硅基板通孔绝缘层、芯片蓝宝石衬底。针对当前大功率LED存在的结构缺陷，提供一种基于硅基板通孔技术倒装芯片的发光二极管及其制造工艺，通过刻蚀技术或者激光技术分别在倒装LED芯片及硅基板上制作出通孔电极、并进行共晶焊接完成封装。本发光二极管器件无需金丝键合，此技术有利于在大规模晶片级封装的开展，而且此技术不仅通过通孔提高了散热性能，而且提高了LED芯片封装的可靠性。
文档编号H01L33/36GK102769086SQ201210234808
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月9日 优先权日2012年7月9日
发明者付美娟, 张建华, 殷录桥, 翁菲 申请人:上海大学