專利名稱：一種高壓直流發(fā)光二極管芯片制造方法及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管芯片制造方法及其結(jié)構(gòu)，尤其是指一種用于半導(dǎo)體照明領(lǐng)域的高壓直流發(fā)光二極管芯片制造方法及其結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管具有體積小、效率高和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在交通指示、戶外全色顯示等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。尤其是利用大功率發(fā)光二極管可能實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體固態(tài)照明，引起人類照明史的革命，從而逐漸成為目前電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的芯片制造工藝是在一片襯底上同時(shí)制備數(shù)百個(gè)甚至數(shù)千個(gè)芯片，每個(gè)芯片之間有一定的距離，在制備好這些芯片之后，進(jìn)行劃片、切割將他們分離，最后經(jīng)后續(xù)的封裝等工藝得到單個(gè)發(fā)光二極管。通常單個(gè)發(fā)光二極管管芯的結(jié)構(gòu)為在藍(lán)寶石等襯底上外延了 N型半導(dǎo)體層、有源層、P型半導(dǎo)體層的單PN結(jié)結(jié)構(gòu)。另外，在P型半導(dǎo)體層上配置有P 電極，在N型半導(dǎo)體層上配置有N電極。目前，不管是大功率的還是小功率的LED照明應(yīng)用，一般都由電源、LED驅(qū)動器、 LED芯片、透鏡和基板幾部分構(gòu)成，其中關(guān)鍵的元件是LED驅(qū)動器，它必須提供一個(gè)恒流輸出才能保證LED發(fā)出的光不會忽明忽暗、以及不會發(fā)生LED色偏現(xiàn)象，而驅(qū)動電路的成本、 能耗和穩(wěn)定性是制約LED廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要瓶頸，由于高壓驅(qū)動電路技術(shù)相對更加成熟、應(yīng)用更加廣泛，因此，開發(fā)利用高壓直流驅(qū)動電路的LED芯片對進(jìn)一步發(fā)揮LED光源及相對傳統(tǒng)光源優(yōu)勢及進(jìn)一步普及LED光源的應(yīng)用都有重要意義。對于半導(dǎo)體照明用的大功率發(fā)光二極管，40瓦的半導(dǎo)體燈可以通過串聯(lián)40只1瓦的單個(gè)大功率發(fā)光二極管來實(shí)現(xiàn)。 然而，對于半導(dǎo)體照明用的小功率發(fā)光二極管，若要制成40瓦的半導(dǎo)體燈則需要串聯(lián)更多的單個(gè)獨(dú)立管芯；由于使用的管數(shù)很多，因此需要增加更加復(fù)雜的外圍電路及驅(qū)動器。這樣不但給外圍電路的設(shè)計(jì)帶來難度，而且復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)也會對器件的可靠性、使用壽命以及發(fā)光性能等帶來負(fù)面的影響。因此，在半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，如何突破現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)一步簡化發(fā)光二極管的外圍電路設(shè)計(jì)，簡化制作工藝，提高芯片發(fā)光性能，提高芯片可靠性，延長芯片使用壽命等，仍然是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種高壓直流發(fā)光二極管芯片的制造方法及采用該方法制作的高壓直流發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案1)粗糙化導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底，增加用于倒裝及鍵合的表面面積；在導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底上制作用于將多個(gè)LED芯片單元連接的串聯(lián)電路單元，同時(shí)將不屬于串聯(lián)電路單元的其余襯底表面絕緣處理；2)制作獨(dú)立的采用藍(lán)寶石襯底的LED芯片單元，并將獨(dú)立的LED芯片單元進(jìn)行分選；3)將已經(jīng)分選好的獨(dú)立LED芯片單元倒裝在已經(jīng)制備有串聯(lián)電路單元的導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底上，使多個(gè)LED芯片單元依次串聯(lián)；4)將倒裝在導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底上的所有LED芯片單元一起再做低溫高壓鍵合工藝；5)激光剝離所述藍(lán)寶石襯底；6)清洗剝離后的LED芯片單元；7)研磨倒裝有多個(gè)LED芯片單元的導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底，按照導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底上制作的串聯(lián)電路單元?jiǎng)澚褜?dǎo)熱襯底，形成獨(dú)立的高壓直流LED。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟1)中，制作串聯(lián)電路單元包括在導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底上制作用于LED芯片單元電極壓焊的電極焊盤及串聯(lián)多個(gè)LED芯片單元的金屬互連線路。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟1)中，制作所述絕緣層將串聯(lián)電路單元之外的導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底表面鈍化絕緣。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述絕緣層采用SiA材料、SiN, TiN, TaN中的一種或其中多種組成的復(fù)合材料。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底采用Si襯底或Cu襯底。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟幻中的倒裝工藝包括利用鍵合工藝將多個(gè)LED芯片單元的N電極和P電極與所述導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底上的串聯(lián)電路單元連接，從而使多個(gè)LED芯片單元依次串聯(lián)。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述低溫高壓鍵合工藝采用壓力為2-4噸，溫度為100-300攝氏度。一種高壓直流發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)LED芯片單元和一個(gè)芯片基底；所述LED芯片單元順序包括N型半導(dǎo)體層、有源層和P型半導(dǎo)體層，以及分別與N 型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層電連接的N電極和P電極，所述N電極和P電極位于發(fā)光二極管芯片單元的同一面上；所述芯片基底包括導(dǎo)熱襯底、位于導(dǎo)熱襯底上的絕緣層，以及位于絕緣層外的用于串聯(lián)多個(gè)LED芯片單元的串聯(lián)電路；所述多個(gè)LED芯片單元倒裝于所述芯片基底上，且所述多個(gè)LED芯片單元依次串聯(lián)。所述用于串聯(lián)多個(gè)LED芯片單元的串聯(lián)電路包括用于LED芯片單元電極壓焊的電極焊盤及串聯(lián)多個(gè)LED芯片單元的金屬互連線路。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明制造的高壓直流發(fā)光二極管芯片，將多顆芯片單元利用倒裝工藝串聯(lián)在同一芯片基底上，形成LED芯片陣列，從而在不改變芯片工作電流的情況下提高芯片總的工作電壓，使得其可以在高壓下工作。由于該高壓直流發(fā)光二極管芯片將通常的單個(gè)發(fā)光二極管劃分為多個(gè)串聯(lián)的芯片單元，即將多個(gè)小的pn結(jié)按照實(shí)際要求串聯(lián)在一起，形成由多顆pn結(jié)串聯(lián)而成的器件。這樣便能夠以增加串聯(lián)芯片單元個(gè)數(shù)的方式增加芯片的輸入功率，從而減小了 pn結(jié)在大電流工作狀態(tài)下的熱損傷，防止了流過pn結(jié)的電流密度過大而造成的光效下降。因此，可以有效的減少驅(qū)動電流，改善器件內(nèi)部熱特性，從而降低芯片的發(fā)熱量，改善芯片發(fā)光性能，延長芯片使用壽命。此外，該技術(shù)將芯片單元和芯片基底分開制作，并利用倒裝工藝完成最終的芯片，方法簡單、易操作，利用倒裝工藝替代電極橋接技術(shù)降低了多芯片單元間互連的制作難度； 并且根據(jù)對芯片的實(shí)際需求，可以方便的對芯片基底上的外圍電路進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，簡化了外圍電路的設(shè)計(jì)難度，有利于芯片良品率及生產(chǎn)效率的提高。


圖1是實(shí)施例中高壓直流發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實(shí)施例中芯片基底的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施步驟，為了示出的方便，附圖并未按照比例繪制。本發(fā)明提供的高壓直流發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括多個(gè)LED(發(fā)光二極管)芯片單元10和芯片基底20 ；每個(gè)LED芯片單元10至少順序包括N型半導(dǎo)體層、有源層和ρ型半導(dǎo)體層，以及分別與N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層電連接的N電極和P電極，所述N電極和P電極位于LED芯片單元10的同一面上；如圖2所示，所述芯片基底20包括導(dǎo)熱襯底21、位于導(dǎo)熱襯底21上的絕緣層22，以及位于絕緣層22外的N極板(N-PAD) 23、P 極板(P-PAD)M和用于串聯(lián)多個(gè)LED芯片單元10的金屬互連線路25和金屬電極焊盤26。 多個(gè)LED芯片單元10倒裝于芯片基底20上，且多個(gè)LED芯片單元10依次串聯(lián)，并由N極板(N-PAD) 23和P極板(P-PAD)M分別引出，構(gòu)成高壓直流發(fā)光二極管芯片。以下提供該高壓直流發(fā)光二極管芯片制造方法的優(yōu)選實(shí)施例，具體包括以下步驟1)制作芯片基底20，所述芯片基底20表面設(shè)有N極板23、P極板M以及用于串聯(lián)多個(gè)所述LED芯片單元10的串聯(lián)電路單元。其中，制作所述芯片基底20時(shí)，在導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底21上制作絕緣層22，并在所述絕緣層22上制作N極板23、P極板M以及用于串聯(lián)多個(gè)所述LED芯片單元10的串聯(lián)電路單元。所述串聯(lián)電路單元包括金屬互連線路25和金屬電極焊盤26。所述導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底21可以采用Si襯底或Cu襯底；所述絕緣層22可以采用采用 SiO2材料、SiN, TiN, TaN中的一種或其中多種組成的復(fù)合材料。2)制作多個(gè)獨(dú)立的LED芯片單元10，并使所述LED芯片單元10的N電極和P電極位于同一面上。其中，可以按照以下步驟制作LED芯片單元10 (1)利用光刻和刻蝕或激光劃片工藝在生長襯底表面形成走道，將生長襯底劃分成多個(gè)單元區(qū)間，例如采用激光波長為200-400nm的激光劃片，劃道寬度可以為2_15μπι， 劃片深度可以為1-50 μ m。形成走道后，清洗生長襯底，將上述走道中殘留的臟物去除。所述生長襯底為藍(lán)寶石襯底。(2)利用外延橫向生長技術(shù)生長外延層，例如利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、分子束外延或氫化物氣相外延技術(shù)進(jìn)行橫向外延生長。所述外延層由下至上包括N型半導(dǎo)體層、 有源層和P型半導(dǎo)體層，使每個(gè)單元區(qū)間上生長的外延層相互電隔離，每個(gè)單元區(qū)間的外延層之間形成溝道；生長的N型半導(dǎo)體層為N型GaN層，P型半導(dǎo)體層為P型GaN層，有源層為GaN基量子阱層；在生長外延之前對生長襯底進(jìn)行刻蝕走道，有助于釋放應(yīng)力，保護(hù)芯片。(3)在每個(gè)單元區(qū)間的外延層上制作P電極和N電極，使P電極和N電極位于所述外延層的同一面上；其中N電極和P電極可以通過刻蝕等工藝制成；優(yōu)選地，在P電極與P 型半導(dǎo)體層之間還可以制作電流擴(kuò)展層，如透明導(dǎo)電材料ITO等。(4)將所述生長襯底減薄并劃裂，從而得到多個(gè)獨(dú)立的LED芯片單元10。3)利用倒裝工藝將多個(gè)所述LED芯片單元10倒裝于所述芯片基底20表面，使多個(gè)所述LED芯片單元10依次串聯(lián)，并由N極板23和P極板M分別引出串聯(lián)兩端的LED芯片單元10的N電極和P電極。其中的倒裝工藝包括利用鍵合工藝將多個(gè)所述LED芯片單元10的N電極和P電極與所述芯片基底20表面的串聯(lián)電路單元連接(即倒裝)，從而使多個(gè)所述LED芯片單元依次串聯(lián)。4)將倒裝在導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底上的所有LED芯片單元一起再做低溫高壓鍵合工藝；第二次鍵合工藝可采用壓力為1-4噸，溫度為100-300攝氏度，其中優(yōu)選的壓力為3噸左右、 溫度為280攝氏度。該步驟進(jìn)一步增強(qiáng)了 LED芯片單元10和芯片基底20表面的粘合力。 增加其穩(wěn)定性。鍵合工藝是本領(lǐng)域常規(guī)工藝，再次不再贅述。5)激光剝離所述生長襯底，本實(shí)施例中剝離藍(lán)寶石襯底；6)清洗剝離后的LED芯片單元；7)研磨倒裝有多個(gè)LED芯片單元的導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底，按照導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底上制作的串聯(lián)電路單元?jiǎng)澚褜?dǎo)熱襯底，形成獨(dú)立的高壓直流LED，最終完成高壓直流發(fā)光二極管芯片的制作。上述芯片的出光面為N-Gan層。制作該高壓直流發(fā)光二極管芯片時(shí)，多個(gè)LED芯片單元10的排布方式、其N電極和P電極的位置、連接方式可以是多樣的，可以根據(jù)對芯片的實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，圖1是其中一種優(yōu)選的排布連接方式，但本發(fā)明并不僅限于此。相比傳統(tǒng)單顆芯片的封裝方式，由于高壓直流LED芯片采用多個(gè)芯片單元陣列分布的方式排列，因此，提高了封裝工藝的生產(chǎn)效率，降低了封裝工藝的生產(chǎn)成本。該方法將芯片單元和芯片基底分開制作，利用倒裝工藝替代電極橋接技術(shù)，降低了多芯片單元間互連的制作難度；并且根據(jù)對芯片的實(shí)際需求，可以方便的對外圍電路進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，簡化了外圍電路的設(shè)計(jì)難度，有利于芯片良品率及生產(chǎn)效率的提高。制作的高壓直流LED可以有效的減少驅(qū)動電流，改善器件內(nèi)部熱特性，從而降低芯片的發(fā)熱量，改善芯片發(fā)光性能，延長芯片使用壽命。本發(fā)明中涉及的其他工藝條件為常規(guī)工藝條件，屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的范疇，在此不再贅述。上述實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案。任何不脫離本發(fā)明精神和范圍的技術(shù)方案均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利申請范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種高壓直流發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于，包括以下步驟1)粗糙化導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底，增加用于倒裝及鍵合的表面面積；在導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底上制作用于將多個(gè)LED芯片單元連接的串聯(lián)電路單元，同時(shí)將不屬于串聯(lián)電路單元的其余襯底表面絕緣處理；2)制作獨(dú)立的采用藍(lán)寶石襯底的LED芯片單元，并將獨(dú)立的LED芯片單元進(jìn)行分選；3)將已經(jīng)分選好的獨(dú)立LED芯片單元倒裝在已經(jīng)制備有串聯(lián)電路單元的導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底上，使多個(gè)LED芯片單元依次串聯(lián)；4)將倒裝在導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底上的所有LED芯片單元一起再做低溫高壓鍵合工藝；5)激光剝離所述藍(lán)寶石襯底；6)清洗剝離后的LED芯片單元；7)研磨倒裝有多個(gè)LED芯片單元的導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底，按照導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底上制作的串聯(lián)電路單元?jiǎng)澚褜?dǎo)熱襯底，形成獨(dú)立的高壓直流LED。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于步驟1) 中，制作串聯(lián)電路單元包括在導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底上制作用于LED芯片單元電極壓焊的電極焊盤及串聯(lián)多個(gè)LED芯片單元的金屬互連線路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于步驟1) 中，制作所述絕緣層將串聯(lián)電路單元之外的導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底表面鈍化絕緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓直流發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于所述絕緣層采用SiO2材料、SiN, TiN, TaN中的一種或其中多種組成的復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于所述導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底采用Si襯底或Cu襯底。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于步驟3) 中的倒裝工藝包括利用倒裝工藝將多個(gè)LED芯片單元的N電極和P電極與所述導(dǎo)熱轉(zhuǎn)移襯底上的串聯(lián)電路單元連接，從而使多個(gè)LED芯片單元依次串聯(lián)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓直流發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于所述低溫高壓鍵合工藝采用壓力為2-4噸，溫度為100-300攝氏度。
8.一種高壓直流發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括多個(gè)LED芯片單元和一個(gè)芯片基底；所述LED芯片單元順序包括N型半導(dǎo)體層、有源層和P型半導(dǎo)體層，以及分別與N型半導(dǎo)體層和P型半導(dǎo)體層電連接的N電極和P電極，所述N電極和P電極位于發(fā)光二極管芯片單元的同一面上；所述芯片基底包括導(dǎo)熱襯底、位于導(dǎo)熱襯底上的絕緣層，以及位于絕緣層外的用于串聯(lián)多個(gè)LED芯片單元的串聯(lián)電路；所述多個(gè)LED芯片單元倒裝于所述芯片基底上，且所述多個(gè)LED芯片單元依次串聯(lián)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高壓直流發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于所述用于串聯(lián)多個(gè)LED芯片單元的串聯(lián)電路包括用于LED芯片單元電極壓焊的電極焊盤及串聯(lián)多個(gè)LED 芯片單元的金屬互連線路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高壓直流發(fā)光二極管芯片制造方法及其結(jié)構(gòu)。該制造方法利用倒裝工藝將多個(gè)已經(jīng)分選好的發(fā)光二極管芯片單元倒裝于設(shè)有串聯(lián)電路的高導(dǎo)熱基底表面，接著利用鍵合設(shè)備將已經(jīng)倒裝在基底上的芯片做鍵合工藝，使多個(gè)所述發(fā)光二極管芯片單元依次串聯(lián)；將已經(jīng)串聯(lián)在導(dǎo)熱基底上的芯片做激光剝離工藝，去除藍(lán)寶石襯底；形成高壓直流發(fā)光二極管。本發(fā)明將常規(guī)的芯片單元鍵合在已經(jīng)設(shè)有串聯(lián)電路的高導(dǎo)熱芯片基底上進(jìn)行藍(lán)寶石剝離，方法簡單、易操作，有利于芯片良品率及生產(chǎn)效率的提高；制作的芯片結(jié)構(gòu)可以以增加串聯(lián)芯片個(gè)數(shù)的方式增加芯片的輸入功率，從而減小了pn結(jié)在大電流工作狀態(tài)下的熱損傷，防止了當(dāng)流過pn結(jié)的電流密度過大時(shí)光效下降。同時(shí)，由于采用高導(dǎo)熱基底及相對較小的工作電流，減少了熱對芯片造成的損失，進(jìn)一步提高了芯片的壽命。
文檔編號H01L33/00GK102255012SQ20111019867
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者張楠, 朱廣敏, 李睿, 郝茂盛 申請人:上海藍(lán)光科技有限公司