CN101452975A - 晶片级封装的发光二极管芯片及其制作方法 - Google Patents

Abstract

一种晶片级封装的发光二极管芯片及其制作方法，是于一晶片衬底上利用半导体工艺的上光致抗饰剂、曝光、显影及蚀刻等步骤形成发光二极管，发光二极管顶面具有一正电极与一负电极，于晶片衬底切割成单颗发光二极管芯片前，利用一切除步骤将相邻发光二极管连接的外延层予以去除，并以一形成具延伸的防护层的步骤，在发光二极管除正、负电极的顶面的周缘形成有一具延伸防护层的防护层，使发光二极管芯片可利用防护层产生抗湿气、防氧化、防短路等自我保护作用，如此可减少后续的组装打线、封装及封装测试等动作，而能大幅缩短生产流程与时间，可降低制造成本，且提高产品良率，进而增进其经济效益。

Description

晶片级封装的发光二极管芯片及其制作方法

技术领域

本发明是隶属一种发光二极管芯片的自我保护技术，具体而言是指一种具抗湿气、防氧化、防短路等自我保护作用的晶片级封装的发光二极管芯片(chip)及其制作方法。

背景技术

按，现有发光二极管芯片(Light EmittingDiodes，LED)的制作是如图10所示，于完成治炼、拉晶、晶柱切片及晶片抛光的晶片衬底(substrate)制作后，于晶片(Wafer)衬底50上利用半导体工艺的上光致抗饰剂(photoresist)、曝光、显影及氧化扩散蚀刻等步骤形成有多数连结的发光二极管60(如图11所示)，且各发光二极管60顶面并具有一正电极61(P极电极)与一负电极62(N极电极)，且于晶片衬底50表面与各发光二极管60上除正、负电极61、62顶面的周缘形成有一防护层70(如图12所示)，接着再利用激光切割(laser cutting)、水刀、钻石刀等切割技术于相邻发光二极管20间形成一深入晶片衬底10的切割槽80(如图13所示)，再将晶片衬底10由切割槽80予以切割至崩裂深度(如图13所示)，最后再令晶片衬底10予以崩裂后形成单颗的发光二极管芯片(如图14所示)，如此将使该发光二极管芯片的表面防护层70于对应外延(epitaxy)层侧壁处形成未封装区75，使其失去保护能力，而需另外进行后段封装工艺。

而目前主要的发光二极管芯片依其后段封装结构与工艺的不同分为下列几类：

第一种是LED灯(LED LEMP)型式，其是将发光二极管芯片先行固定于具接脚的支架上，再打线及胶体封装，其使用是将LED灯的接脚插设焊固于预设电路的电路衬底上，完成其LED灯的光源结构及工艺；

第二种是表面粘贴式的LED(SMD LED)，其是将芯片先行固定到细小衬底上，再进行打线的动作，接着进行胶体封装，最后再将该封装后的LED焊设于印刷电路板上，完成SMD LMD的光源结构及工艺；

第三种是覆晶式LED，其是如中国台湾专利申请第92217642号说明，再完成芯片制作后，将芯片覆设于覆晶转接板上，并利用金球、银球、锡球等焊接工艺以高周波方式焊接，然后进行胶体封装，最后再将成品焊设于印刷电路板上，而完成其光源结构与工艺。

第四种是另一种覆晶式LED，是利用金球、银球、锡球等焊接工艺以高周波方式将芯片焊设于覆晶转接板后，再进一步焊设于印刷电路板上，而完成其光源结构与工艺。

第五种是CH工P ON BORD，是将芯片固设于印刷电路板上，再进行打线的动作，接着进行胶体封装，而完成其光源结构与工艺。

而上述五种发光二极管芯片的制作来看，由于其本身不具有抗湿气、防氧化、防短路、保护芯片等保护作用，因此需经过不同型式的组装打线、胶体封装等工艺，最后并需以一封装测试来判别发光二极管芯片是否在封装工艺中因断线等其他因素产生不良品。

这样的发光二极管芯片工艺产生了下列的问题：

首先在制造过程中，需要增加后段封装工艺，其不但会增加工艺流程与时间，且也需另外增加各种设备，如打线固晶机具、覆晶机具、灌胶封装机具、模压机或测试机具等，这些设备均极为昂贵，大幅提高发光二极管芯片的制造成本，再者进一步影响到其交货的期限。

再者，发光二极管芯片在经过前述的后段封装工艺中，极容易产生不良品，相对上也就降低其经济效益。

最后，如发光二极管芯片未进行封装，且因其容易受潮、导电，故发光二极管芯片无法直接接合于印刷电路板上，不仅需要经过前述的封装工艺，且封装后其体积变大、且散热效果差，同时也会造成发光效率的衰减，直接影响发光二极管芯片的运用。

缘是，本发明人由多年从事相关产业的研发与制造经验，针对现有发光二极管芯片所面临的问题深入探讨，并积极寻求解决之道，经过长期努力的研究与发展，终于成功的开发出一种晶片级封装的发光二极管芯片及其制作方法，以克服现有发光二极管芯片需经胶体封装才能运用于印刷电路板的问题。

发明内容

因此，本发明主要目的在于提供一种晶片级封装的发光二极管芯片及其制作方法，以使发光二极管芯片具有抗湿气、防氧化、防短路等自我保护功能。

又，本发明另在于提供一种晶片级封装的发光二极管芯片及其制作方法，以免除后段封装的工艺，而能缩短制作流程及时间，更能由减少工艺而增加产品良率。

再者，本发明是提供一种晶片级封装的发光二极管芯片及其制作方法，使发光二极管芯片可直接设于印刷电路板上，无需进行胶体封装或以覆晶技术贴设于转接板后才能贴设于印刷电路板上。

为此，本发明主要是通过下列的技术手段，来具体实现前述的目的与效能：其是于晶片衬底经外延沉积及重复的上光致抗饰剂、曝光、显影、氧化扩散蚀刻、形成电极等步骤，使晶片衬底表面形成多数连结的发光二极管，各发光二极管上具有正、负电极；

且利用一切除步骤将相邻发光二极管连接的外延层予以去除，接着利用一形成具延伸的防护层步骤于切除区表面与发光二极管表面除正、负电极顶面外形成一防护层，该防护层并具有覆盖发光二极管外延层两侧壁的延伸防护层；

再经测试及晶粒切割后，形成单颗的发光二极管芯片；

由此，通过前述技术手段的展现，可让本发明发光二极管芯片利用该防护层产生抗湿气、防氧化、防短路等自我保护作用，而能减少后续的组装打线、封装及封装测试等后段封装工艺，以大幅缩短制作流程与时间，以降低制造成本，且令发光二极管芯片可直接贴设于印刷电路板上。

附图说明

为使其进一步了解本发明的构成、特征及其他目的，以下列举本发明的若干较佳实施例，并配合附图详细说明如后，同时让熟悉该项技术领域者能够具体实施，惟以下所述的，仅在于说明本发明的较佳实施例，并非用以限制本发明的范围，故凡有以本发明的精神为基础，而为本发明任何形式的修饰或变更，皆仍应属于本发明意图保护的范畴，其中：

图1是本发明芯片的制造流程方块示意图。

图2是本发明的晶片衬底表面形成多数芯片的平面示意图。

图3是本发明于晶片衬底表面蚀刻外延层的平面示意图。

图4是本发明于晶片衬底的各芯片周缘涂覆防护层平面示意图。

图5是本发明于晶片衬底切割后的发光二极管芯片平面示意图。

图6是本发明于晶片衬底切割崩裂后的单颗发光二极管芯片的平面示意图。

图7是本发明另一实施于晶片衬底切割后的平面示意图。

图8是本发明另一实施于晶片衬底切割后的发光二极管芯片周缘涂覆防护层的平面示意图。

图9是本发明另一实施例于晶片衬底切割崩裂后的单颗发光二极管芯片的平面示意图。

图10是现有芯片的制造流程方块示意图。

图11是现有的晶片衬底表面形成多数芯片的平面示意图。

图12是现有的晶片衬底表面涂覆护层的平面示意图。

图13是现有的晶片衬底于切割崩裂平面示意图。

图14是现有的晶片衬底于切割崩裂后形成单颗发光芯片的平面示意图。

具体实施方式

本发明是一种晶片级封装的发光二极管芯片及其制作方法，如图1、图2、图5及图8所示，该发光二极管芯片(Light Emitting Diodes，LED)是于一晶片衬底10(Wafer)上利用半导体工艺的上光致抗饰剂、曝光、显影及氧化扩散蚀刻等步骤形成有多数连结的发光二极管20(如图2所示)，各发光二极管20顶面并具有一正电极21(P极电极)与一负电极22(N极电极)，并利用一切除步骤将相邻发光二极管20连接的外延层予以去除，形成凹陷至晶片衬底10顶面的切除区25(如图3所示)，且利用一形成具延伸的防护层步骤于切除区25表面与各发光二极管20表面除正、负电极21、22顶面的周缘形成有一防护层30(如图4所示)，该防护层30是为高透光性或高反射性且具有抗湿气、抗氧化及防短路等具保护作用的绝缘材质，该防护层30并向下延伸至发光二极管20底部外延层两侧形成第一延伸防护层35(如图5所示)，又晶片衬底10的发光二极管20经晶粒切割后切割深度至现有晶片衬底10的崩裂深度，经崩裂后形成发光二极管芯片(如图5、图6)，该发光二极管芯片并利用防护层30与第一延伸防护层35产生完整的抗湿气、防氧化、防短路等自我保护作用(如图6、图10所示)；

而关于本发明发光二极管芯片的制作则请参看图1所揭示，其于完成治炼、拉晶、晶柱切片及晶片抛光的晶片衬底制作后，于晶片衬底10上进行外延沉积及上光致抗饰剂、曝光、显影、氧化扩散蚀刻、形成电极等步骤，使晶片衬底10表面形成多数具正、负电极21、22的发光二极管20，且利用一切除步骤将相邻发光二极管连接的外延层予以去除，接着利用一形成具延伸的防护层步骤于切除区25表面及发光二极管20表面除正、负电极21、22的顶面外形成一防护层30与第一延伸防护层35，最后再经测试及晶粒切割等半导体工艺形成单颗的发光二极管芯片成品，其中形成具延伸的防护层与形成电极的步骤可相互交换，而前述的外延沉积、上光致抗饰剂、曝光、显影、氧化扩散蚀刻、形成电极、测试及晶粒切割等与现有的工艺相同，且非本发明的特征所在，容不赘述：

至于切除步骤是利用蚀刻或切割等半导体工艺技术，将相邻发光二极管连接的外延层予以去除，而切割技术则包含激光切割或水刀、钻石刀等方式；

至于形成具延伸的防护层步骤则是如图3、图4、图5及图6所示，晶片衬底10在经外延沉积及重复的上光致抗饰剂、曝光、显影、氧化扩散蚀刻、形成电极等步骤，使晶片衬底10表面形成多数具正、负电极21、22的发光二极管20后(如图2所示)，于晶片衬底10表面利用蚀刻等切除技术将相邻发光二极管20连接的底部外延层予以去除，形成凹陷至晶片衬底10顶面的切除区25(如图3所示)，接着并重复利用或互换上光致抗饰剂、曝光、显影、氧化扩散蚀刻、涂布、蒸镀或形成电极等半导体工艺技术于切除区25表面与发光二极管20上除正、负电极21、22顶面的周缘形成有一防护层30(如图4所示)，该防护层30并形成有覆盖外延层两侧壁的第一延伸防护层35(如图5所示)，且防护层30是为高透光性或高反射性且具抗湿气、抗氧化、防短等特性具保护作用的绝缘材质，外露的正、负电极21、22顶面供电气连接之用，最后再完成测试及晶粒切割与崩裂后，形成单颗的发光二极管芯片(如图6所示)，使该发光二极管芯片利用周缘的防护层30与第一延伸防护层35产生完整的抗湿气、防氧化、防短路等自我保护作用。

再者本发明的形成具延伸的防护层步骤另有一实施例，其是是如图1、图7、图8及图9所示，在经外延沉积及重复的上光致抗饰剂、曝光、显影、氧化扩散蚀刻等步骤，使晶片衬底10表面形成多数连结的发光二极管20后(如图2所示)，接着利用切割等切除技术的半导体工艺进行切除步骤，其切割深度至现有晶片衬底的崩裂深度(如图7所示)，并于切割后的切除区25表面与发光二极管20表面重复利用或互换上光致抗饰剂、曝光、显影、氧化扩散蚀刻、涂布、蒸镀、形成电极等半导体工艺技术于切除区25与发光二极管20表面外形成一防护层30，该防护层30并具有覆盖外延层侧壁的发光二极管20，以及覆盖晶片衬底10切割槽15侧壁的第二延伸防护层36(如图8所示)，再利用上光致抗饰剂、曝光、显影及蚀刻等半导体工艺去除正、负电极21、22顶面的防护层30，以露出正、负电极21、22顶面供电气连接之用，最后再完成形成电极、测试及晶粒崩裂后，形成单颗的发光二极管芯片(如图9所示)，使该发光二极管芯片利用周缘的防护层30与第一、二延伸防护层35、36产生完整的抗湿气、防氧化、防短路等自我保护作用。

由此，组构成一具抗湿气、防氧化、防短路等自我保护作用的晶片级封装的发光二极管芯片。

至于本发明的实际运用，则至少产生有下列的功效及实用价值，诸如：

第一，在制造过程中，无需额外的后段胶体封装工艺，其不但可缩短工艺流程与时间，且不需另外增加各种设备，如打线固晶机具、覆晶机具、灌胶机、模压机或测试机具等，能大幅降低发光二极管芯片的制造成本，且加速其交货期限与提升产能。

第二，由于本发明发光二极管芯片不需经过现有后段的胶体封装工艺，因此不会产生新的不良品，相较于现有技术，可提升其经济效益。

第三，由于发光二极管芯片本身即具有抗湿气、防氧化、防短路等自我保护作用，因此发光二极管芯片可以直接接合于印刷电路板上，不需经过前述的封装工艺，且未进行胶体封装的发光二极管芯片体积小，能进一步使成品微小化，无胶体封装其散热效果佳，更能提升其发光效率。

综上所述，本发明可确实产生前述的优点及实用价值，且本发明确实为一新颖进步的创作，在相同的技术领域中未见相同或近似的产品公开使用，故本发明已符合发明专利的条件，故依法提出专利申请。

Claims (9)

1、一种晶片级封装的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，其是于晶片衬底经外延沉积及重复的上光致抗饰剂、曝光、显影、氧化扩散蚀刻、形成电极步骤，使晶片衬底表面形成多数外延层连结的发光二极管，发光二极管上并具有正、负电极；

且利用一切除步骤将相邻发光二极管连接的外延层予以去除；

接着利用一形成具延伸的防护层步骤于去除连接相邻发光二极管的外延层后，于发光二极管表面除正、负电极的顶面外及切除区表面形成一防护层，该防护层并延伸到覆盖发光二极管外延层侧壁的底缘；

且在完成测试及晶粒崩裂后，形成单颗的发光二极管芯片；

由此，形成一具有抗湿气、防氧化、防短路等自我保护作用的晶片级封装的发光二极管芯片。

2、如权利要求1所述的晶片级封装的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，其中，切除步骤是利用蚀刻半导体工艺技术，将相邻发光二极管连接的外延层予以去除。

3、如权利要求1所述的晶片级封装的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，其中，切除步骤是利用切割半导体工艺技术，将相邻发光二极管连接的外延层予以去除，该切割技术则包含激光切割、水刀、钻石刀方式。

4、如权利要求1所述的晶片级封装的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，其中，形成具延伸的防护层步骤是利用上光致抗饰剂、曝光、显影、氧化扩散蚀刻、涂布、蒸镀、形成电极等半导体工艺技术于去除连接相邻发光二极管的外延层后，于发光二极管表面除正、负电极的顶面外及切除区表面形成一防护层，该防护层并延伸到覆盖发光二极管外延层侧壁的底缘。

5、如权利要求3所述的晶片级封装的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，其中将相邻发光二极管连接的外延层予以去除，其去除深度至现有晶片衬底的崩裂深度。

6、如权利要求2或3所述的晶片级封装的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，其中将相邻发光二极管连接的外延层予以去除，其去除深度至现有晶片衬底的表面。

7、如权利要求1所述的晶片级封装的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，其中，防护层是为高透光性或高反射性且具有抗湿气、抗氧化及防短路具保护作用的绝缘材质。

8、一种晶片级封装的发光二极管芯片，其是于一晶片衬底表面形成有多数发光二极管，各发光二极管并具有一正电极与一负电极，且于晶片衬底表面与各发光二极管上除正、负电极顶面外的周缘形成有一绝缘的防护层，且该防护层并延伸到覆盖发光二极管外延层侧壁的底缘，使切割崩裂成单颗的发光二极管芯片具有抗湿气、防氧化、防短路自我保护作用。

9、如权利要求8所述的晶片级封装的发光二极管芯片，其特征在于，其中，防护层为高透光性或高反射性且具有抗湿气、抗氧化及防短路具保护作用的绝缘材质。

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