CN103647012B - 一种用于led的晶圆级封装的芯片转移方法 - Google Patents
一种用于led的晶圆级封装的芯片转移方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103647012B CN103647012B CN201310712946.6A CN201310712946A CN103647012B CN 103647012 B CN103647012 B CN 103647012B CN 201310712946 A CN201310712946 A CN 201310712946A CN 103647012 B CN103647012 B CN 103647012B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- led
- substrate
- chip
- wafer
- level packaging
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Led Devices (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
Abstract
一种用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，包括以下步骤：在LED外延片上制作LED单元器件阵列，在该单元器件阵列的部分单元器件上制作金属，作为键合时的金属中间层，构成待键合单元器件阵列；同时，在一基板的正面制作金属图案，该金属图案与待键合单元器件阵列的电极相对应，在该金属图案下面存在导热、导电通道，通过该导电通道，LED单元器件的电极与基板背面的金属焊盘相连；然后通过键合的方式，把待键合单元器件阵列倒装在基板上；最后，采用激光剥离的方式，对上述待键合单元器件依次进行剥离，使得待键合单元器件的外延层与衬底分离，该分离后的外延层与基板形成完整的薄膜LED阵列。本发明所述的芯片转移方法，可用于LED器件的晶圆级封装，提高封装效率和降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种芯片制造方法，尤其是一种用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法。
背景技术
发光二极管作为新一代照明光源，其技术发展得到了各国的大力推动。发光二极管的发光亮度、可靠性等性能近年来得到了极大的提升，其应用领域越来越广泛，尤其是在市场潜力巨大的普通照明应用领域，预计不久后将取代传统的白炽灯和日光灯。
LED的传统的封装方式主要是在单组件基底上封装，即首先通过芯片工艺把外延片制作成单颗管芯，然后把单颗管芯封装到各种管壳上完成LED封装。这种组件级的封装方法产量较低，且成本居高不下。针对这种情况，许多研究机构或LED厂家提出了LED晶圆级封装技术。晶圆级封装(WLP，Wafer Level Package)的含义是：直接在晶圆上进行大多数或是全部的封装测试程序，之后再进行切割制成单颗组件。晶圆级封装技术从LED基板封装技术的基础上发展而来，与传统的LED组件级封装技术不同，LED外延片在做完部分芯片工艺之后，芯片转移到别的基板，如Si、A1N圆基板上；然后，在新的基板上完成电极互联、荧光粉涂敷、透镜制作等，并在晶圆上完成相关测试；最后再进行切割，每个单元就是一个完整的LED灯。
现有的晶圆级封装技术，尤其芯片的转移方法是把切割好的完整的单颗LED芯片逐个安装到基板上，然后进行下一步的封装工序。如图1所示，把制作好的完整的单颗LED芯片11通过金属键合或金属球焊等方式安装到基板16上，其中LED芯片11包含了蓝宝石衬底、外延层和金属电极等。基板16上制作有正面金属图案14、导热、导电通道15和背面金属焊盘17等结构。这种芯片制造方法需要多次重复安装单颗管芯，工序繁复，影响生产速度，成本很难降低。另外，当前的技术中，蓝宝石衬底是留在芯片上的，而蓝宝石衬底与氮化镓基外延膜之间存在着高的晶格失配和热失配，导热性能和导电性能较差，严重影响了大功率氮化镓基发光二极管的制作和发展。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明采用晶圆直接键合到转移基板上，并通过选区激光剥离的方式把键合好的LED单元器件阵列的蓝宝石衬底剥离掉，实现LED的晶圆级封装方式的芯片制造。该方法易于实现自动化，有利于提高生产效率，提高产品产量和降低生产成本。
为了实现上述目的，本发明采取如下的技术方案，一种用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，包括如下步骤：
步骤1：在LED外延片上，通过芯片工艺制作LED的单元器件；单元器件之间存在隔离槽，相互隔离；
步骤2：选择单元器件阵列的部分或全部，在其上制作金属层，作为键合时的中间金属层。制作有中间金属层的单元器件阵列构成待键合单元器件阵列；
步骤3：在一基板的正面制作金属图案，该金属图案与待键合单元器件阵列的电极相对应；
步骤4：通过键合的方式，把待键合单元器件阵列倒装在基板上；
步骤5：采用激光剥离的方式，对上述的键合好的单元器件依次进行剥离，使得外延层与衬底分离，该分离后的外延层与基板形成完整的薄膜LED阵列，完成LED芯片转移。
其中，在步骤1中，所述的LED外延片是以蓝宝石为衬底的GaN基外延片；所述的芯片工艺包含光刻、清洗、刻蚀、电极制作、钝化、磨抛等。
在步骤2中，所述的中间金属层是但不限于Au层或者AuSn合金层，厚度为1-3微米；所述的中间金属层只制作在待键合单元器件的p、n电极上。
在步骤3中，所述的基板为一导热性良好的材料，可以但不限于硅基板或陶瓷基板；所述的金属图案与待键合单元器件阵列相对应。金属可以但不限于Au层或者AuSn合金层，厚度为0.1-3微米；所述的金属图案下面存在导热通道，该导热通道贯穿基板，实现基板正面金属图案与背面金属焊盘电连接；所述的导热通道的填充物可以但不限于铜。
在步骤4中，所述的外延片与基板的结合方式为键合方式，待键合单元器件阵列倒装于基板上。
在步骤5中，所述的外延片与基板的分离方式为激光剥离，对键合好的单元器件依次进行剥离，完成芯片转移。
附图说明
图1表示传统的旨在全面剥离的激光剥离技术的示意图；
图2A-2F表示根据本发明一实施例的各个加工步骤的过程示意图；
图3表示根据本发明完成后续封装、切割后得到的LED灯的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
参见图2A-2F，一种用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，包括如下步骤：
如图2A、2B所示，采用的LED外延片是经由金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法得到的，在蓝宝石衬底21上，外延生长氮化镓基外延膜220，氮化镓基外延膜220包含但不限于n型氮化物、有源层、p型氮化物。通过芯片工艺，主要包括清洗、光刻、刻蚀、电极制作、钝化、磨抛等，把外延膜220制作成分离的LED单元器件22。其中，通过ICP刻蚀台面，使n型GaN材料露出来；通过E-Beam制作p、n电极，并垫高n电极，使得p、n电极高度一致。p电极包含反射镜，其金属体系可以但不限于Ni/Ag/Pt/Au；n电极金属体系可以但不限于Cr/Pt/Ag/Au；
如图2C所示，在选定的LED单元器件上例如通过溅射等工艺制作中间金属层23，该中间金属层23是用来键合用的，可以但不限于Au或Au-Sn合金。该中间金属层23同时制作在LED单元器件22的p、n电极上。当中间金属层选为Au时，包含电极层的Au的总厚度为1-3微米。
如图2D所示，基板26具有良好的导热性，可以但不限于Si基板和陶瓷基板。基板26的正面通过E-Beam或溅射的方法制作上金属图案24，该金属图案采用Au或Au-Sn合金，厚度为0.1-3微米。金属图案24与LED单元器件的p、n电极(或中间金属层23)对应。金属图案24下面通过电镀或化学沉积等工艺制作有导热通道25，其填充物可以但不限于Cu，导热通道25的数量至少是两个，直径在10-200微米范围内。基板26的背面制作有金属焊盘27，经由通道25与金属图案24实现电连通。
如图2E所示，把整片LED外延片倒装在基板正面，且中间金属层23和基板上金属图案24准确对准，通过键合设备以共晶焊或回流焊的方式把两者牢固的结合在一起。
如图2E、2F所示，通过激光剥离的方式，对选择剥离的LED单元器件进行激光剥离工艺，采用248nm左右的气体激光器，对键合好的芯片逐一进行剥离，实现部分LED单元器件的转移。图2F是蓝宝石衬底被剥离后的示意图。
图3为一颗LED灯，它是在图2F的基础上，继续完成涂敷荧光粉31、制作透镜32以及切割等工序后得到的LED灯30。
相对于逐颗芯片倒装到基板上实现芯片制造的现有技术相比，本发明使LED封装易于实现自动化，有利于提高生产效率，提高产品产量和降低生产成本。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，包括如下步骤：
步骤1：在LED外延片上，通过芯片工艺制作LED的单元器件；单元器件之间存在隔离槽，相互隔离；
步骤2：选择单元器件阵列的部分，在其上制作金属层，作为键合时的中间金属层；制作有中间金属层的单元器件阵列构成待键合单元器件阵列，所述的中间金属层是Au层或者AuSn合金层，厚度为1-3微米；
步骤3：在一基板的正面制作金属图案，该金属图案与待键合单元器件阵列的电极相对应；
步骤4：通过键合的方式，把待键合单元器件阵列倒装在基板上；
步骤5：采用激光剥离的方式，对选择剥离的LED单元器件依次进行剥离，使得外延层与衬底分离，该分离后的外延层与基板形成完整的薄膜LED阵列，完成LED芯片转移。
2.如权利要求1所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于：步骤1中所述的LED外延片是以蓝宝石为衬底的GaN基外延片。
3.如权利要求1所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于：步骤1中所述的芯片工艺包括光刻、清洗、刻蚀、电极制作、钝化、磨抛。
4.如权利要求1所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于：步骤2中所述的中间金属层只制作在待键合单元器件的p、n电极上。
5.如权利要求1所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于：步骤3中所述的基板为一导热性良好的材料。
6.如权利要求5所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于：步骤3中所述的基板为硅基板或陶瓷基板。
7.如权利要求1所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于：在步骤3中所述的基板中制作有导电通孔，使基板正面和底面的相对金属图形互联。
8.如权利要求1所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于：步骤3中所述的金属图案与待键合单元器件阵列相对应，所述金属图案的金属是Au层或者AuSn合金层，厚度为0.1-3微米。
9.如权利要求1所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于：步骤3中所述的金属图案下面存在导热通道，该导热通道贯穿基板，实现基板正面金属图案与背面金属焊盘电连接。
10.如权利要求9所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法，其特征在于：步骤3中所述的导热通道的填充物是铜或其他材料。
11.如权利要求1-10任一所述的用于LED的晶圆级封装的芯片制造方法制造得到的晶圆级封装芯片。
12.一种LED灯的制造方法，先通过如权利要求1-11任一所述的方法制造用于LED的晶圆级封装的芯片，再继续完成涂敷荧光粉、制作透镜以及切割工序后得到LED灯。
13.如权利要求12所述的LED灯的制造方法制造得到的LED灯。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310712946.6A CN103647012B (zh) | 2013-12-20 | 2013-12-20 | 一种用于led的晶圆级封装的芯片转移方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310712946.6A CN103647012B (zh) | 2013-12-20 | 2013-12-20 | 一种用于led的晶圆级封装的芯片转移方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103647012A CN103647012A (zh) | 2014-03-19 |
| CN103647012B true CN103647012B (zh) | 2017-05-31 |
Family
ID=50252204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310712946.6A Active CN103647012B (zh) | 2013-12-20 | 2013-12-20 | 一种用于led的晶圆级封装的芯片转移方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103647012B (zh) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104409523A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-03-11 | 江阴长电先进封装有限公司 | 一种半导体器件的封装结构 |
| WO2016183844A1 (en) * | 2015-05-21 | 2016-11-24 | Goertek.Inc | Transferring method, manufacturing method, device and electronic apparatus of micro-led |
| WO2017008251A1 (en) * | 2015-07-14 | 2017-01-19 | Goertek. Inc | Assembling method, manufacturing method, device and electronic apparatus of flip-die |
| EP3248226B1 (en) * | 2015-11-04 | 2020-02-26 | Goertek Inc. | Micro-led transferring method and manufacturing method of micro-led device |
| US20180025931A1 (en) * | 2016-07-22 | 2018-01-25 | Applied Materials, Inc. | Processed wafer as top plate of a workpiece carrier in semiconductor and mechanical processing |
| CN106299040B (zh) * | 2016-08-18 | 2019-01-11 | 厦门市三安光电科技有限公司 | 一种薄膜倒装发光组件的制作方法及其薄膜倒装发光组件 |
| CN107256911B (zh) * | 2017-05-31 | 2019-07-23 | 中国科学院半导体研究所 | 芯片尺寸级深紫外发光二极管共晶封装方法 |
| WO2018227453A1 (en) * | 2017-06-15 | 2018-12-20 | Goertek Inc. | Method for transferring micro-light emitting diodes, micro-light emitting diode device and electronic device |
| CN109841549B (zh) * | 2017-11-28 | 2020-11-13 | 中国科学院金属研究所 | 一种无损转移自支撑低维材料的方法 |
| CN109378296B (zh) * | 2018-10-11 | 2020-12-01 | 深圳市修颐投资发展合伙企业（有限合伙） | 电子零件与基板互连方法 |
| CN111564393B (zh) * | 2020-05-21 | 2022-10-18 | 厦门乾照半导体科技有限公司 | 一种led芯片的转移方法 |
| CN113345812A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-09-03 | 广东新锐流铭光电有限公司 | 一种led晶圆级无芯片衬底的封装工艺 |
| CN113284991A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-08-20 | 苏州芯聚半导体有限公司 | 微led芯片及其封装方法、电子装置 |
| CN113991004A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-28 | 东莞市中麒光电技术有限公司 | Led基板制作方法、led基板、led器件制作方法及led器件 |
| CN116314491A (zh) * | 2023-05-25 | 2023-06-23 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种Micro LED灯珠及其制备方法 |
| CN116314492A (zh) * | 2023-05-25 | 2023-06-23 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种全彩化Micro LED器件及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1491436A (zh) * | 2001-02-08 | 2004-04-21 | �Ҵ���˾ | 芯片转移方法及装置 |
| CN102881799A (zh) * | 2011-07-11 | 2013-01-16 | 郭文平 | 一种高压led芯片及制作方法 |
| CN102931322A (zh) * | 2012-11-16 | 2013-02-13 | 聚灿光电科技(苏州)有限公司 | 大功率cob封装led结构及其晶圆级制造工艺 |
| CN103413886A (zh) * | 2013-08-28 | 2013-11-27 | 中国科学院半导体研究所 | 具有可调输出光色的发光二极管模组的制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050280155A1 (en) * | 2004-06-21 | 2005-12-22 | Sang-Yun Lee | Semiconductor bonding and layer transfer method |
-
2013
- 2013-12-20 CN CN201310712946.6A patent/CN103647012B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1491436A (zh) * | 2001-02-08 | 2004-04-21 | �Ҵ���˾ | 芯片转移方法及装置 |
| CN102881799A (zh) * | 2011-07-11 | 2013-01-16 | 郭文平 | 一种高压led芯片及制作方法 |
| CN102931322A (zh) * | 2012-11-16 | 2013-02-13 | 聚灿光电科技(苏州)有限公司 | 大功率cob封装led结构及其晶圆级制造工艺 |
| CN103413886A (zh) * | 2013-08-28 | 2013-11-27 | 中国科学院半导体研究所 | 具有可调输出光色的发光二极管模组的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103647012A (zh) | 2014-03-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103647012B (zh) | 一种用于led的晶圆级封装的芯片转移方法 | |
| US9368428B2 (en) | Dielectric wafer level bonding with conductive feed-throughs for electrical connection and thermal management | |
| US8241932B1 (en) | Methods of fabricating light emitting diode packages | |
| US8384118B2 (en) | LED assembly having maximum metal support for laser lift-off of growth substrate | |
| CN102637784B (zh) | 发光二极管封装基板及其制作方法 | |
| JP2020150274A (ja) | 発光デバイスを支持基板に取り付ける方法 | |
| US8441020B2 (en) | Light emitting diode wafer-level package with self-aligning features | |
| US20140084244A1 (en) | Wafer Level Photonic Device Die Structure and Method of Making the Same | |
| CN101621101A (zh) | 发光二极管及其制造方法 | |
| CN104205366B (zh) | 密封的半导体发光器件 | |
| CN107331679A (zh) | 一种csp封装的高压led芯片结构及制作方法 | |
| CN100499189C (zh) | 纯金Au的合金键合LED倒装芯片的制备方法 | |
| US9362446B2 (en) | Semiconductor light-emitting device | |
| CN105390457A (zh) | 一种低成本、高可靠性csp封装体及其封装方法 | |
| TW201042720A (en) | A wafer-level CSP processing method and thereof a thin-chip SMT-type light emitting diode | |
| US10263140B2 (en) | Semiconductor light-emitting device and method for manufacturing the same | |
| TW201131829A (en) | Thermally-enhanced hybrid LED package components | |
| CN110444559B (zh) | 一种Micro-LED阵列及其制备方法 | |
| CN102214746B (zh) | 一种氮化镓基功率型led芯片制作方法 | |
| CN100353576C (zh) | 倒装氮化镓基发光二极管芯片的制作方法 | |
| CN105226140B (zh) | 倒装led芯片制备方法 | |
| CN102185046A (zh) | 垂直结构氮化镓基led的制作方法 | |
| CN102104037B (zh) | 一种具有集成电路的发光器件及其制造方法 | |
| CN102064249B (zh) | 一种新型氮化镓led芯片电极结构的制作方法 | |
| CN104347787B (zh) | 一种led发光单元的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |