U槽LED集成芯片及制造方法技术

本发明专利技术公开了一种制造成本低、发光效率高、散热效果好的Ｕ槽ＬＥＤ集成芯片及制造方法。该集成芯片包括若干个ＬＥＤ裸芯片和硅衬底，ＬＥＤ裸芯片包括Ｎ型外延层、Ｐ型外延层，硅衬底顶面于所述ＬＥＤ裸芯片处有两个金属层，两个外延层通过焊球或金属线焊接在金属层上，金属层与硅衬底的结合区还有两个隔离层Ⅰ，硅衬底上表面有若干个Ｕ型凹槽，ＬＥＤ裸芯片位于凹槽内，ＬＥＤ裸芯片之间通过金属层相连接并引出阳、阴极接点，凹槽内有填充树脂，金属层覆盖于凹槽的底面和侧面且外表面为反光面，金属层与硅衬底之间有隔离层Ⅱ。该制造方法包括形成掩蔽层、凹槽、氧化层、隔离层、金属层、保护层及焊装ＬＥＤ的步骤。本发明专利技术可广泛应用于ＬＥＤ领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种U槽LED集成芯片及制造方法。
技术介绍
倒装芯片技术是当今最先进的微电子封装技术之一，它既是一种芯片互连技术，又是一种理想的芯片粘接技术，它将电路组装密度提升到了一个新的高度。在所有表面安装技术中，倒装芯片可以达到最小、最薄的封装，随着电子产品体积的进一步缩小，倒装芯片的应用将会越来越广泛。将LED裸芯片倒扣在硅衬底上的封装形式称为倒装LED。传统的倒装LED为平面型结构，如图1所示，它包括LED裸芯片和硅衬底2，所述LED裸芯片由衬底10和N型外延层11、P型外延层12组成，所述硅衬底2顶面有两个分离的沉积金属层30、31，所述P型外延层12、所述N型外延层11分别通过焊球40、41焊接在所述金属层30、31上，所述金属层30、31与所述硅衬底2的结合区分别还有一个与所述硅衬底2极性相反的隔离层20、21，用于隔离所述金属层30、31与所述硅衬底2，起到保护的作用。这种传统的倒装LED的PN结在正面、侧面和底面上均会发光，但是由于侧面及底面发出的光都被散射出去，因而没有被充分利用，造成LED的发光效率较低，使得正面出光的强度降低。正装芯片技术是传统的微电子封装技术，其技术成熟，应用范围最广泛。目前绝大多数LED均为正装LED，LED裸芯片正装在一个带有反射杯的支架上，其P型外延层、N型外延层分别通过金属线焊接在阳极和阴极引线上，这种正装LED虽然有反射杯，可反射侧面的光使其从正面射出，但是效果仍然不够好，正面出光会被金属焊线遮蔽，如衬底为绝热材料时，其散热性差。同时，这种正装LED较难实现多芯片集成。现有的功率型LED芯片都是采用一个LED裸芯片，其制造成本较高，且发光效率较低；其所有热量都是通过若干个焊球或焊线传导散热，由于芯片面积较大，热源集中，因此散热效果不好。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术上的不足，提供一种制造成本低、发光效率高、散热效果好的U槽LED集成芯片及制造该集成芯片的方法。本专利技术U槽LED集成芯片所采用的技术方案是本专利技术U槽LED集成芯片包括若干个LED裸芯片和硅衬底，所述LED裸芯片包括衬底和N型外延层、P型外延层，所述硅衬底顶面于每个所述LED裸芯片处有两个分离的沉积金属层，所述P型外延层、所述N型外延层分别通过焊球倒装或通过金属线正装焊接在所述金属层上，所述金属层与所述硅衬底的结合区分别还有一个掺杂的隔离层I，所述硅衬底上表面有若干个U型凹槽，若干个所述LED裸芯片对应位于若干个所述U型凹槽内，若干个所述LED裸芯片之间通过所述金属层相连接并引出阳极接点和阴极接点，所述U型凹槽内有透明绝缘的填充树脂，所述金属层覆盖于各所述U型凹槽的底面和侧面，所述金属层的外表面为反光面，各所述LED裸芯片对应的所述金属层与所述硅衬底之间设有隔离层II。若干个所述LED裸芯片之间并联或串联或串并联组合连接。所述硅衬底为<100>晶向的硅衬底，所述U型凹槽为四棱台体形状，所述U型凹槽的各侧面与所述硅衬底顶面之间的夹角均为54.7°。本专利技术U槽倒装LED集成芯片还包括保护层，所述保护层覆盖于所述金属层外表面。所述硅衬底为P型或N型，所述隔离层I与所述硅衬底极性相反，所述填充树脂内混有荧光粉，所述焊球为金球栓或铜球栓或锡球，所述金属线为金线或铝线或铜线，所述金属层为金属铝或硅铝合金。本专利技术U槽倒装LED集成芯片的制造方法所采用的技术方案是它包括以下步骤(a)形成掩蔽层将<100>晶向的所述硅衬底的上表面在氧化炉管内热氧化生长出氧化层I，然后在光刻机上利用U槽光刻掩模版进行光刻，形成光刻图形，光刻时图形之框线须与所述硅衬底晶片之<011>主平边方向平行，再用含HF的腐蚀液对氧化层I的所述光刻图形部分进行蚀刻，去除所述光刻图形部分内的氧化层I，剩余的氧化层I构成掩蔽层；或者先将<100>晶向的所述硅衬底的上表面在氧化炉管内热氧化生长出氧化层II后，再以低压化学气相沉积法生长出氮化硅薄膜，然后在光刻机上利用U槽光刻掩模版进行光刻，形成光刻图形，光刻时图形之框线须与所述硅衬底晶片之<011>主平边方向平行，再用干法蚀刻氮化硅，然后以湿法蚀刻氧化层II，去除所述光刻图形部分内的氮化硅薄膜和氧化层II，剩余的氮化硅薄膜和氧化层II构成掩蔽层；(b)形成U型凹槽利用掩蔽层，用KOH或NaOH溶液对所述硅衬底进行各向异性腐蚀，腐蚀出<111>晶向的硅面，形成若干个侧面与顶面呈54.7°的所述U型凹槽；(c)形成隔离层II在氧化炉管内热氧化生长出氧化层III，在光刻机上利用扩散光刻掩模版进行光刻，光刻时采用负光刻胶，再用含HF的腐蚀液对氧化层III进行蚀刻，去除光刻图形部分内的氧化层III，剩余的氧化层III构成所述隔离层II；(d)形成隔离层I在高温扩散炉中热扩散形成若干个所述隔离层I；(e)形成金属层以溅射或蒸镀的方法沉积金属层I，然后在光刻机上利用金属光刻掩模版进行光刻，光刻时采用负光刻胶，再用湿法或干法蚀刻工艺对金属层I进行蚀刻，蚀刻后剩余的金属层I构成串联或并联或串并联组合连接的所述金属层及阳极接点和阴极接点；(f)形成保护层用化学气相沉积法沉积二氧化硅或氮化硅保护层，然后在光刻机上利用护层光刻掩模版进行光刻，再用含HF的腐蚀液对二氧化硅进行蚀刻或对氮化硅用干法进行蚀刻，使保护层出现两个用于植焊球或焊线的开口；(g)LED裸芯片封装植金球栓或铜球栓或锡球于保护层的开口内，再通过超声键合将若干个LED裸芯片倒装在金球栓或铜球栓或锡球上，或者，用银胶将LED裸芯片正装在所述U型凹槽的底部，再将连接LED焊点的所述金属线焊接于保护层的两个开口内的所述金属层上；(h)灌封填充树脂将树脂材料填充灌封入各所述U型凹槽内，形成所述填充树脂。本专利技术的有益效果是由于本专利技术U槽LED集成芯片所述硅衬底上表面有若干个U型凹槽，若干个所述LED裸芯片对应位于若干个所述U型凹槽内，所述金属层覆盖于所述U型凹槽的底面和侧面，所述LED裸芯片的PN结在侧面和底面发出的光线遇到所述凹槽的侧面和底面覆盖的所述金属层会发生反射，反射的光线又从正面射出，这样，无论是从PN结的正面、底面还是侧面发出的光都得到了有效利用，不会造成侧面及底面光的浪费，提高了发光效率，故本专利技术U槽LED集成芯片发光效率高、正面出光强度高；由于本专利技术U槽LED集成芯片若干个所述LED裸芯片之间通过所述金属层相连接并引出阳极接点和阴极接点，多个所述LED裸芯片分布面积广，发光效果更好，且制造成本比采用一个LED裸芯片的功率型LED芯片更低，每个所述LED裸芯片通过与其相接的两个所述焊球或金属线将热量传到所述金属层，并通过所述隔离层将热量传给所述硅衬底，所述金属层的面积较大，覆盖了所述U型凹槽的底面和侧面，热源较分散，散热效果好，使用寿命长，故本专利技术U槽LED集成芯片发光效率高、散热效果好、使用寿命长；同理，采用本专利技术的制造方法制造的U槽LED集成芯片具有上述优点，且该方法工艺简便，产品质量好。附图说明图1是传统倒装LED集成芯片的结构示意图；图2是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｕ槽ＬＥＤ集成芯片，包括若干个ＬＥＤ裸芯片（１）和硅衬底（２），所述ＬＥＤ裸芯片包括衬底（１０）和Ｎ型外延层（１１）、Ｐ型外延层（１２），所述硅衬底（２）顶面于每个所述ＬＥＤ裸芯片处有两个分离的沉积金属层（３２、３３），所述Ｐ型外延层（１２）、所述Ｎ型外延层（１１）分别通过焊球（４０、４１）倒装或通过金属线（４５、４６）正装焊接在所述金属层（３２、３３）上，所述金属层（３２、３３）与所述硅衬底（２）的结合区分别还有一个掺杂的隔离层Ｉ（２２、２３），其特征在于：所述硅衬底（２）上表面有若干个Ｕ型凹槽，若干个所述ＬＥＤ裸芯片对应位于若干个所述Ｕ型凹槽内，若干个所述ＬＥＤ裸芯片之间通过所述金属层（３２、３３）相连接并引出阳极接点（８０）和阴极接点（８１），所述Ｕ型凹槽内有透明绝缘的填充树脂（７），所述金属层（３２、３３）覆盖于各所述Ｕ型凹槽的底面和侧面，所述金属层（３２、３３）的外表面为反光面，各所述ＬＥＤ裸芯片对应的所述金属层（３２、３３）与所述硅衬底（２）之间设有隔离层Ⅱ。

【技术特征摘要】
1.一种U槽LED集成芯片，包括若干个LED裸芯片(1)和硅衬底(2)，所述LED裸芯片包括衬底(10)和N型外延层(11)、P型外延层(12)，所述硅衬底(2)顶面于每个所述LED裸芯片处有两个分离的沉积金属层(32、33)，所述P型外延层(12)、所述N型外延层(11)分别通过焊球(40、41)倒装或通过金属线(45、46)正装焊接在所述金属层(32、33)上，所述金属层(32、33)与所述硅衬底(2)的结合区分别还有一个掺杂的隔离层I(22、23)，其特征在于所述硅衬底(2)上表面有若干个U型凹槽，若干个所述LED裸芯片对应位于若干个所述U型凹槽内，若干个所述LED裸芯片之间通过所述金属层(32、33)相连接并引出阳极接点(80)和阴极接点(81)，所述U型凹槽内有透明绝缘的填充树脂(7)，所述金属层(32、33)覆盖于各所述U型凹槽的底面和侧面，所述金属层(32、33)的外表面为反光面，各所述LED裸芯片对应的所述金属层(32、33)与所述硅衬底(2)之间设有隔离层II。2.根据权利要求1所述的U槽LED集成芯片，其特征在于若干个所述LED裸芯片之间并联或串联或串并联组合连接。3.根据权利要求1或2所述的U槽LED集成芯片，其特征在于所述硅衬底(2)为<100>晶向的硅衬底，所述U型凹槽为四棱台体形状，所述U型凹槽的各侧面与所述硅衬底(2)顶面之间的夹角均为54.7°。4.根据权利要求1或2所述的U槽LED集成芯片，其特征在于它还包括保护层(6)，所述保护层(6)覆盖于所述金属层(32、33)外表面。5.根据权利要求1或2所述的U槽LED集成芯片，其特征在于所述硅衬底(2)为P型或N型，所述隔离层I(22、23)与所述硅衬底(2)极性相反，所述填充树脂(7)内混有荧光粉，所述焊球(40、41)为金球栓或铜球栓或锡球，所述金属线(45、46)为金线或铝线或铜线，所述金属层(32、33)为金属铝或硅铝合金。6.一种用于制造权利要求1所述的U槽LED集成芯片的方法，其特征在于包括以下步骤(a)形成掩蔽层将<100>晶向的所述硅衬底(2)的上表面在氧化炉管内热氧化生长出氧化层I，然后在光刻机上利用U槽光刻掩模版进行光刻，形成光刻图形，光刻时图形之框线须与所述硅衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴纬国，
申请(专利权)人：广州南科集成电子有限公司，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]