CN111900238A - 倒装led芯片及倒装led芯片制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种倒装LED芯片及倒装LED芯片制造方法，倒装LED芯片包括衬底和依次设于其上的半导体层、透明导电层和绝缘保护层，半导体层、透明导电层和绝缘保护层分别形成有贯通其上下表面的第一通孔、第二通孔和第三通孔，第一通孔、第二通孔和第三通孔的中轴线重合，暴露出所述衬底的部分上表面；第一通孔、第二通孔和第三通孔的侧壁面与其所暴露出的所述衬底上表面围设形成顶针伸入区。通过分别设置第一通孔、第二通孔和第三通孔形成顶针伸入区，可使顶针在顶起LED芯片时，沿顶针伸入区进入到LED芯片正面内部，相抵于高硬度的衬底，而不会刺在薄而脆的绝缘保护层或导电层上，以避免所述绝缘保护层被尖锐的顶针扎破而使该层脱落。
Description
技术领域
本发明涉及半导体发光器件领域，具体地涉及一种倒装LED芯片及倒装LED芯片制造方法。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)作为一种新型节能、环保固态照明光源，具有能效高、体积小、重量轻、响应速度快以及寿命长等优点，使其在很多领域得到了广泛应用。其中，倒装LED芯片因其散热好，省打线，可靠性好而被广泛应用。
目前的倒装LED封装芯片制造流程中，需要通过固晶机对芯片进行从蓝膜到基板的转移，固晶机机台下方设有顶针，上方设有吸嘴。转移过程中，将待封装的LED芯片置于机台上，通过顶针向上顶起倒装LED芯片，然后吸嘴向下移动吸附该芯片，将其转移到基板上，之后开始对该基板上的芯片进行封装流程。
然而，倒装LED芯片正面通常设有一层起绝缘作用的绝缘保护层，该绝缘保护层通常为二氧化硅等，由于绝缘保护层薄且脆，易被尖锐的顶针扎破而使该层脱落，导致LED芯片内部导电层裸露，使LED芯片的结构完整性遭到破坏，在封装或使用过程中出现正负极短路情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种倒装LED芯片及倒装LED芯片制造方法。
本发明提供一种倒装LED芯片，包括衬底和依次设于其上的半导体层、透明导电层和绝缘保护层，所述半导体层、所述透明导电层和所述绝缘保护层分别形成有贯通其上下表面的第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔的中轴线重合，暴露出所述衬底的部分上表面；
所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔的侧壁面与其所暴露出的所述衬底上表面围设形成顶针伸入区。
作为本发明的进一步改进，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔为圆柱形或倒圆锥台形。
作为本发明的进一步改进，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔的孔径范围为50-200μm。
作为本发明的进一步改进，所述第一通孔和所述第二通孔的侧壁面覆有所述绝缘保护层。
作为本发明的进一步改进，所述衬底为蓝宝石衬底。
作为本发明的进一步改进，所述倒装LED芯片还包括设于所述半导体层上的N扩展电极、设于所述透明导电层上的P扩展电极以及设于所述绝缘保护层上与所述N扩展电极和P扩展电极分别电性连接的N焊盘电极和P焊盘电极，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔均位于所述N焊盘电极和所述P焊盘电极之间，且也位于所述N扩展电极和所述P扩展电极之间。
本发明还提供了一种倒装LED芯片制造方法，包括步骤：
提供一衬底，在所述衬底上生长半导体层，在所述半导体层上形成一贯通其上下表面的第一通孔，暴露出所述衬底；
在所述半导体层上形成透明导电层，并在所述透明导电层内形成贯通其上下表面的第二通孔，所述第二通孔至少暴露出所述第一通孔；
在所述透明导电层上形成P扩展电极，在所述半导体层上形成N扩展电极，在所述导电层和所述N扩展电极和所述P扩展电极上形成绝缘保护层，并在所述绝缘保护层上形成第三通孔；
在所述绝缘保护层上形成N焊盘电极和P焊盘电极。
作为本发明的进一步改进，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔为圆柱形或倒圆锥台形。
作为本发明的进一步改进，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔的孔径范围为50-200μm。
作为本发明的进一步改进，还在所述第一通孔和所述第二通孔的侧壁面，以及所述半导体层暴露于所述第二通孔的区域形成有所述绝缘保护层。
作为本发明的进一步改进，所述衬底为蓝宝石衬底。
本发明的有益效果是：通过在半导体层、透明导电层和绝缘保护层上分别设置第一通孔、第二通孔和第三通孔形成顶针伸入区，可使顶针在顶起LED芯片时，沿顶针伸入区进入到LED芯片正面内部，相抵于高硬度的衬底，而不会刺在薄而脆的绝缘保护层或导电层上，以避免所述绝缘保护层被尖锐的顶针扎破而使该层脱落，导致LED芯片内部导电层裸露，使LED芯片的结构完整性遭到破坏，在封装或使用过程中出现正负极短路情况。
附图说明
图1是本发明一实施方式中的倒装LED芯片示意图。
图2是本发明一实施方式中的倒装LED芯片的俯视图。
图3是本发明中一种倒装LED芯片制造方法的流程示意图。
图4至图7是本发明中一种倒装LED芯片制造方法步骤示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施方式及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
为方便说明，本文使用表示空间相对位置的术语来进行描述，例如“上”、“下”、“后”、“前”等，用来描述附图中所示的一个单元或者特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的装置翻转，则被描述为位于其他单元或特征“下方”或“上方”的单元将位于其他单元或特征“下方”或“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括下方和上方这两种空间方位。
如图1所示，本发明提供一种倒装LED芯片，包括衬底1和依次设于其上的半导体层2、透明导电层3和绝缘保护层4。
所述半导体层2、透明导电层3和绝缘保护层4分别形成有贯通其上下表面的第一通孔21、第二通孔31和第三通孔41，所述第一通孔21、所述第二通孔31和所述第三通孔41的中轴线重合，暴露出所述衬底1的上表面。
所述第一通孔21、所述第二通孔31和所述第三通孔41的侧壁面与其所暴露出的所述衬底1上表面围设形成顶针伸入区5。
在本实施方式中，所述透明导电层3为铟锡氧化物层，厚度范围为10-300nm。于其他实施方式中，所述透明导电层3的材料也可为诸如掺铝氧化锌的其他透明导电材料。
所述绝缘保护层4为单层结构或为多层交替堆叠形成的分布布拉格反射层结构。再本实施方中，所述绝缘保护层4为二氧化硅层、或为氮化硅层、或为五氧化三钛和二氧化硅层交替堆叠形成分布布拉格反射层。于其他实施方式中，所述绝缘保护层4也可为其他绝缘材料层。
所述半导体层2包括N型半导体层2a、发光层2b和P型半导体层2c，所述N型半导体层2a和P型半导体层2c可分别为N型氮化镓外延层和P型氮化镓外延层，或其他常见LED外延层材料。所述第一通孔21依次贯通所述N型半导体层2a、所述发光层2b和所述P型半导体层2c，暴露出所述衬底1上表面。
所述倒装LED芯片还包括设于所述N型半导体层2a上的N扩展电极61、设于所述透明导电层3上的P扩展电极71、设于所述P型半导体层2c和透明导电层3之间的电流阻挡层8以及设于所述绝缘保护层4上与所述N扩展电极61和P扩展电极71分别电性连接的N焊盘电极62和P焊盘电极72。
顶针9为固晶机的部件，通过固晶机可以对所述倒装LED芯片进行从蓝膜到基板的转移，固晶机机台下方设有所述顶针9，上方设有吸嘴，将待封装的所述倒装LED芯片置于机台上，通过顶针9向上顶起所述倒装LED芯片，然后吸嘴向下移动吸附所述倒装LED芯片，将其转移到基板上。当然，所述顶针9并不限于此，也可为后续其他生产工序或测试工序中所使用到的顶针。
所述第一通孔21、所述第二通孔31和所述第三通孔41的孔径大于顶针9的直径，以使所述顶针9能够依次沿着所述第三通孔41、所述第二通孔31和所述第一通孔21刺入所述倒装LED芯片内部将其顶起。
进一步的，在本实施方式中，所述第一通孔21、所述第二通孔31和所述第三通孔41位于所述倒装LED芯片的中心位置处，以适配所述顶针9向上顶起的位置。
更进一步的，所述第一通孔21、所述第二通孔31和所述第三通孔41均位于所述N焊盘电极62和所述P焊盘电极72之间以及所述N扩展电极61和所述P扩展电极71之间，且未穿过位于所述P扩展电极71下方的所述电流阻挡层8，从而减少对现有所述倒装LED芯片结构的影响，避免工艺上过于复杂并减少对所述倒装LED芯片发光效率的影响。
于其他实施方式中，所述第一通孔21、所述第二通孔31和所述第三通孔41的位置也可根据顶针9的工作位置进行具体调整。
具体的，所述第一通孔21、所述第二通孔31和所述第三通孔41为圆柱形或倒圆锥台形，所述第二通孔31的孔径大于或等于所述第一通孔21的孔径，所述第一通孔21、所述第二通孔31和所述第三通孔41的孔径范围为50-200μm。当所述第一通孔21、所述第二通孔31和所述第三通孔41为倒圆锥台形时，所述孔径为圆锥台最小处的孔径。由于当前固晶机中所述顶针9的直径通常为50μm的针状结构，上述结构的所述第一通孔21、所述第二通孔31和所述第三通孔41的形状更加适配于所述顶针9，以减小上述通孔在所述倒装LED芯片内所占据的空间，降低设置通孔对所述倒装LED芯片的发光效率的影响。
当然，在本发明的其他实施方式中，所述第一通孔21、所述第二通孔31和所述第三通孔41的形状及尺寸也可根据所述顶针9的具体尺寸进行适应性调整。
在本实施方式中，所述衬底1为蓝宝石衬底，蓝宝石质地的衬底具有高的硬度，其暴露于所述第一通孔21、所述第二通孔31和所述第三通孔41内的区域与所述顶针9相接，从而使所述顶针9刺在高硬度的所述衬底1上。于其他实施方式中，所述衬底1也可为硅或碳化硅等常见所述倒装LED芯片用衬底。
通过设置暴露所述衬底1的所述第一通孔21、所述第二通孔31和所述第三通孔41，可使所述顶针9在顶起所述倒装LED芯片时，沿所述顶针9伸入区进入到所述倒装LED芯片正面内部，相抵于高硬度的所述衬底1，而不会刺在薄而脆的绝缘保护层4或导电层上，以避免所述绝缘保护层4被尖锐的顶针9扎破而使该层脱落，导致所述倒装LED芯片内部导电层裸露，使所述倒装LED芯片的结构完整性遭到破坏，在封装或使用过程中出现正负极短路情况，造成封装灯珠失效。
在本发明的一些实施方式中，所述第一通孔21和所述第二通孔31的侧壁面，以及所述半导体层2暴露于所述第二通孔31的区域覆有所述绝缘保护层4，从而使所述顶针9所深入的区域都覆有绝缘保护层4实现绝缘保护，避免在制程中出现接触短路以及在芯片内部出现短路。
可以理解的是，覆有所述绝缘保护层4的第一通孔21和所述第二通孔31的孔径指的是相对面上的所述绝缘保护层4之间的距离长度。
如图2所示，本发明还提供一种所述倒装LED芯片制造方法，包括步骤：
S1：如图3所示，提供一衬底1，在所述衬底1上生长半导体层2，在所述半导体层2上形成一贯通其上下表面的第一通孔21，暴露出所述衬底1。
在本实施方式中，所述衬底1为蓝宝石衬底，于其他实施方式中，所述衬底1也可为硅或碳化硅等常见所述倒装LED芯片用衬底1。
生长所述半导体层2包括依次生长N型半导体层2a、发光层2b和P型半导体层2c。刻蚀部分所述发光层2b和P型半导体层2c，暴露所述N型半导体层2a设置扩展电极的区域。对所述N型半导体层2a、所述发光层2b和所述P型半导体层2c进行刻蚀形成所述第一通孔21。
所述第一通孔21为圆柱形或倒圆锥台形，所述第一通孔21的孔径范围为50-200μm。
S2：如图4所示，在所述半导体层2上形成透明导电层3，并在所述透明导电层3内形成贯通其上下表面的第二通孔31，所述第二通孔31至少暴露出所述第一通孔21。
具体的，在本实施方式中，形成所述第二通孔31包括：蒸镀形成所述透明导电层3后，通过刻蚀形成图形以及所述第二通孔31。
所述第二通孔31为圆柱形或倒圆锥台形，所述第二通孔31的孔径范围为50-200μm，且大于或等于所述第一通孔21的直径。
在本发明的一些实施方式中，在沉积所述透明导电层3之前还包括在所述P型半导体层2c上沉积一层电流阻挡层8。
S3：如图5所示，在所述透明导电层3上形成P扩展电极71，在所述半导体层2上形成N扩展电极61，在所述导电层和所述N扩展电极61和所述P扩展电极71上形成绝缘保护层4，并在所述绝缘保护层4上形成第三通孔41。
具体的，在本实施方式中，形成扩展电极包括：在所述N型半导体层2a上蒸镀形成N扩展电极61和在所述透明导电层3上蒸镀形成P扩展电极71。
在本实施方式中，形成绝缘保护层4具体包括：沉积形成一层二氧化硅、或氮化硅形成单层绝缘保护层4或交替沉积五氧化三钛和二氧化硅层形成分布布拉格反射层。于其他实施方式中，所述绝缘保护层4也可为其他绝缘材料层。
所述第一通孔21和所述第二通孔31的侧壁面，以及所述半导体层2暴露于所述第二通孔31的区域也沉积形成有所述绝缘保护层4。
S4：如图6所示，在所述绝缘保护层4上形成N焊盘电极62和P焊盘电极72。
于所述绝缘保护层4上蒸镀分别电性连接于所述N扩展电极61和P扩展电极71的N焊盘电极62和P焊盘电极72。
综上所述，本发明通过在所述半导体层、所述透明导电层和所述绝缘保护层上分别设置所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔形成顶针伸入区，可使所述顶针在顶起LED芯片时，沿所述顶针伸入区进入到LED芯片正面内部，相抵于高硬度的所述衬底，而不会刺在薄而脆的绝缘保护层或导电层上，以避免所述绝缘保护层被尖锐的顶针扎破而使该层脱落，导致LED芯片内部导电层裸露，使LED芯片的结构完整性遭到破坏，在封装或使用过程中出现正负极短路情况。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种倒装LED芯片，包括衬底和依次设于其上的半导体层、透明导电层和绝缘保护层，其特征在于，
所述半导体层、所述透明导电层和所述绝缘保护层分别形成有贯通其上下表面的第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔的中轴线重合，暴露出所述衬底的部分上表面；
所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔的侧壁面与其所暴露出的所述衬底上表面围设形成顶针伸入区。
2.根据权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔为圆柱形或倒圆锥台形。
3.根据权利要求2所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔的孔径范围为50-200μm。
4.根据权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述第一通孔和所述第二通孔的侧壁面覆有所述绝缘保护层。
5.根据权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。
6.根据权利要求1所述的倒装LED芯片，其特征在于，所述倒装LED芯片还包括设于所述半导体层上的N扩展电极、设于所述透明导电层上的P扩展电极以及设于所述绝缘保护层上与所述N扩展电极和P扩展电极分别电性连接的N焊盘电极和P焊盘电极，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔均位于所述N焊盘电极和所述P焊盘电极之间，且也位于所述N扩展电极和所述P扩展电极之间。
7.一种倒装LED芯片制造方法，其特征在于，包括步骤：
提供一衬底，在所述衬底上生长半导体层，在所述半导体层上形成一贯通其上下表面的第一通孔，暴露出所述衬底；
在所述半导体层上形成透明导电层，并在所述透明导电层内形成贯通其上下表面的第二通孔，所述第二通孔至少暴露出所述第一通孔；
在所述透明导电层上形成P扩展电极，在所述半导体层上形成N扩展电极，在所述导电层和所述N扩展电极和所述P扩展电极上形成绝缘保护层，并在所述绝缘保护层上形成第三通孔；
在所述绝缘保护层上形成N焊盘电极和P焊盘电极。
8.根据权利要求7所述的倒装LED芯片制造方法，其特征在于，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔为圆柱形或倒圆锥台形。
9.根据权利要求8所述的倒装LED芯片制造方法，其特征在于，所述第一通孔、所述第二通孔和所述第三通孔的孔径范围为50-200μm。
10.根据权利要求9所述的倒装LED芯片制造方法，其特征在于，还在所述第一通孔和所述第二通孔的侧壁面形成有所述绝缘保护层。
11.根据权利要求7所述的倒装LED芯片制造方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。
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| CN (1) | CN111900238A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113903836A (zh) * | 2021-09-07 | 2022-01-07 | 厦门三安光电有限公司 | 倒装发光二极管和发光装置 |
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2020
- 2020-08-25 CN CN202010863752.6A patent/CN111900238A/zh active Pending
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