半导体发光二极管(LED)通孔倒扣焊芯片及生产工艺制造技术

本发明专利技术揭示新型的具有高可靠性的ＬＥＤ通孔倒扣焊芯片，以及低成本的工艺方法。ＬＥＤ通孔倒扣焊芯片的结构如下：绝缘的支持衬底芯片的每一面分别层叠两个电极，在同一面上的两个电极互相电绝缘。支持衬底芯片的第一面的两个电极分别通过通孔／金属填充塞与第二面的两个电极电连接。第一面的两个电极的位置和形状与键合与其上的ＬＥＤ芯片的两个电极的位置和形状相配合。当封装ＬＥＤ通孔倒扣焊芯片时，不需要打金线，具有高可靠性，封装管座的厚度降低。本发明专利技术还揭示不同的制造ＬＥＤ通孔倒扣焊芯片的工艺。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术揭示新型的具有高可靠性的半导体发光二极管(LED)通孔倒扣焊芯片及低成本的生产技术和工艺，属于半导体电子

技术介绍
大功率半导体发光二极管具有取代白炽灯的巨大前途，但是，首先要解决技术和生产上的问题，主要问题包括，以蓝宝石为生长衬底的氮化镓基LED的散热效率低。为此，氮化镓基LED倒扣焊芯片被提出，见图1氮化镓基LED芯片104倒扣焊在硅支持衬底芯片110上，硅支持衬底芯片110上的两个打线焊盘108和109是为封装时打金线111和112与外界电源相连接。但是，金线会造成可靠性问题。另外，自动打线设备昂贵，手动打线设备产量低，金线所占用的空间增大了LED倒扣焊芯片的封装管座的厚度。因此，需要新型的LED通孔倒扣焊芯片及低成本的生产技术和工艺，当封装该芯片时，不需要打金线，具有高可靠性，封装管座的厚度降低。由此得到的生产工艺可以应用于其它半导体通孔倒扣焊芯片。
技术实现思路
本专利技术揭示几种具有不同结构的新型的具有高可靠性的LED通孔倒扣焊芯片，以及低成本的工艺方法。LED通孔倒扣焊芯片的结构如下绝缘的支持衬底的每一面分别层叠两个电极，在同一面上的两个电极互相电绝缘，第一面的两个电极通过通孔/金属填充塞分别与第二面的两个电极电相联。第一面的两个电极的位置和形状与键合于其上的LED芯片的两个电极的位置和形状相配合，第二面的两个电极的位置和形状与封装时将要键合的热沉上的两个电极的位置和形状相配合。本专利技术还揭示几种不同的制造LED通孔倒扣焊芯片的工艺。工艺之一的步骤如下在硅支持衬底晶片的两面层叠具有图形的导电金属层，金属层的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，但不限于铝，铜，金，银，锡，等，它们的合金，以及它们的组合。合金包括，但不限于金锡，银锡，铝铜，等。在硅支持衬底晶片的第一面的金属层上，在预定的位置形成一组一组的电极，每组电极包括两个电极第一电极和第二电极，这两个电极的位置和形状分别与后续层叠于其上的LED芯片的P电极和N电极的位置和形状相配合。在硅支持衬底晶片的第二面的金属层上，在预定的位置形成一组一组的电极，每组电极包括两个电极第三电极和第四电极，这两个电极的位置和形状分别与后续层叠于其上的热沉的两个电极的位置和形状相配合。支持衬底晶片的第二面的第三和第四电极的位置分别与支持衬底晶片的第一面的第一和第二电极的位置相配合。在硅支持衬底晶片的预定的位置上形成通孔(throughhole)，在通孔中层叠导电金属填充塞，所述的导电金属填充塞把通孔两端的电极连接，即第一电极和第三电极连接，第二电极和第四电极连接，因此，第一电极和第三电极是电连接的，第二电极和第四电极是电连接的。然后，LED芯片倒扣焊在硅支持衬底晶片的第一面的金属层上的预定的位置，使得LED芯片的P电极和N电极分别与第一电极和第二电极键合在一起。把硅支持衬底晶片切成小片硅支持衬底芯片，使得每一硅支持衬底芯片上包括一个倒扣焊于其上的LED芯片，形成LED通孔倒扣焊芯片。小片硅支持衬底芯片可以有与LED芯片相同的尺寸和形状，也可以有大于LED芯片的尺寸和不同的形状。连接支持衬底芯片两面的一对电极的通孔/金属填充塞的数量可以是一个也可以是多个，例如，图4中，连接电极410和413的通孔/金属填充塞有两个。每个通孔/金属填充塞的截面积可以较小也可以较大，例如，从平方微米到平方毫米量级。采用多个截面积较大的通孔/金属填充塞连接支持衬底芯片两面的一对电极的优点是(1)进一步提高支持衬底芯片的热导率；(2)降低电阻，因而降低产生的热量，降低电压。本专利技术揭示的LED通孔倒扣焊芯片的技术和生产方法，可以应用于其他半导体通孔倒扣焊芯片。本专利技术的目的和能达到的各项效果如下(1)本专利技术的目的是提供LED通孔倒扣焊芯片。(2)本专利技术的目的是提供低成本的批量生产具有高可靠性的LED通孔倒扣焊芯片的方法。(3)本专利技术提供的LED通孔倒扣焊芯片在封装时，不需要打金线。(4)本专利技术提供的LED通孔倒扣焊芯片具有高可靠性。(5)本专利技术提供的LED通孔倒扣焊芯片的封装的高度降低。本专利技术和它的特征及效益将在下面的详细描述中更好的展示。附图说明图1展示在先的带有打线焊盘的大功率LED倒扣焊芯片。图2展示在先的大功率LED倒扣焊芯片的封装的一个具体实施实例。图3是本专利技术的大功率LED通孔倒扣焊芯片的第一个具体实施实例。图4是本专利技术的大功率LED通孔倒扣焊芯片的第二个具体实施实例。图5是本专利技术的大功率LED通孔倒扣焊芯片的封装的第一个具体实施实例。图6是本专利技术的大功率LED通孔倒扣焊芯片的封装的第二个具体实施实例。图7a是本专利技术的低成本的批量生产大功率LED通孔倒扣焊芯片的工艺的第一个具体实施实例。图7b是本专利技术的采用图7a的工艺制造的带有通孔/金属填充塞和电极的硅支持衬底晶片的具体实施实例。图7c是本专利技术的采用图7a的工艺制造的键合LED晶片的具体实施实例的截面图。图8a是本专利技术的低成本的批量生产大功率LED通孔倒扣焊芯片的工艺的第二个具体实施实例。图8b是本专利技术的采用图8a的工艺制造的键合了LED芯片的硅支持衬底晶片的一个具体实施实例的截面图。图8c是本专利技术的采用图8a的工艺制造的键合了LED芯片的硅支持衬底晶片的第一个具体实施实例的顶视图。图8d是本专利技术的采用图8a的工艺制造的键合了LED芯片的硅支持衬底晶片的第二个具体实施实例的顶视图。具体实施实例和专利技术的详细描述虽然本专利技术的具体化实施实例将会在下面被描述，但下列各项描述只是说明本专利技术的原理，而不是局限本专利技术于下列各项具体化实施实例的描述。注意下列各项(1)图7和图8展示的大功率LED通孔倒扣焊芯片的生产技术和工艺可以应用于其它的通孔倒扣焊芯片的生产。(2)本专利技术的支持衬底的材料包括，但不限于，硅晶片，氮化铝陶瓷片，等。(3)在硅晶片的两面上层叠金属，并用通孔/金属填充塞将两面的金属层电连接的过程被称为金属化。金属化是半导体IC行业中很成熟的工艺(a)层叠于硅支持衬底晶片的两面的金属层的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，但不限于铜，金，银，锡，铝，它们的合金，以及它们的组合。合金包括，但不限于金锡，银锡，铝铜，等。(b)在硅支持衬底晶片的两面上的层叠金属层的方法包括，但不限于物理气相淀积(PVD)(包括蒸发淀积，电子束淀积，溅射淀积(包括，射频，磁控，IMP))，金属化学气相淀积(CVD)，铜电镀，等。(c)淀积在硅支持衬底晶片上的铜会扩散进硅晶片中，这一现象对半导体发光二极管(LED)不但没有影响，反而使铜与硅的结合更可靠。(d)为了在淀积在硅支持衬底晶片上的铜层上形成电极，可采用大马士革工艺。(e)通孔可以采用下述方法制造湿法蚀刻，干法蚀刻，激光打孔。(f)金属填充塞的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，但不限于钨，铝，铜，金，等。(4)在氮化铝陶瓷片的两面上层叠金属，是半导体行业中很成熟的工艺。(5)在支持衬底晶片上键合LED芯片的方法包括，但不限于共晶键合(Eutectic bonding)，植金球键合(gold stud bumping)，等。(6)键合支持衬底晶片和大功率LED外延晶片的方法包括，但不限于晶片键合(wafer bonding)，植金球键合，等。(7)连接支持衬底芯片两面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体发光二极管（ＬＥＤ）通孔倒扣焊芯片，包括：ＬＥＤ芯片；其中，所述的ＬＥＤ芯片的两个电极在其同一表面上；支持衬底芯片；其中，所述的支持衬底芯片的第一面上具有第一和第二电极，所述的第一和第二电极互相电绝缘；其中，所述的 支持衬底芯片的第二面上具有第三和第四电极，所述的第三和第四电极互相电绝缘；其中，所述的支持衬底芯片的第一面上的第一和第二电极分别通过通孔／金属填充塞与第二面上的第三和第四电极电连接；其中，所述的支持衬底芯片的第一面上的第一和第二电极的位置和形状与所述的ＬＥＤ芯片的两个电极的位置和形状相配合；其中，所述的支持衬底芯片的第一面上的第一和第二电极分别与所述的ＬＥＤ芯片的两个电极键合。

【技术特征摘要】
1.一种半导体发光二极管(LED)通孔倒扣焊芯片，包括LED芯片；其中，所述的LED芯片的两个电极在其同一表面上；支持衬底芯片；其中，所述的支持衬底芯片的第一面上具有第一和第二电极，所述的第一和第二电极互相电绝缘；其中，所述的支持衬底芯片的第二面上具有第三和第四电极，所述的第三和第四电极互相电绝缘；其中，所述的支持衬底芯片的第一面上的第一和第二电极分别通过通孔/金属填充塞与第二面上的第三和第四电极电连接；其中，所述的支持衬底芯片的第一面上的第一和第二电极的位置和形状与所述的LED芯片的两个电极的位置和形状相配合；其中，所述的支持衬底芯片的第一面上的第一和第二电极分别与所述的LED芯片的两个电极键合。2.权利要求1的LED通孔倒扣焊芯片，其中，所述的支持衬底芯片的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，但不限于，硅晶片，氮化铝陶瓷片，等。3.权利要求1的LED通孔倒扣焊芯片，其中，所述的支持衬底芯片的尺寸和形状与LED芯片的相同。4.权利要求1的LED通孔倒扣焊芯片，其中，所述的支持衬底芯片的尺寸大于LED芯片的尺寸；其中，所述的支持衬底芯片的形状与LED芯片的相同。5.权利要求4的LED通孔倒扣焊芯片，其中，所述的支持衬底芯片的尺寸大于LED芯片的尺寸；其中，所述的支持衬底芯片的形状是从一组形状中选出，该组形状包括，但不限于，圆形，多边形，等；其中，所述的多边形包括，但不限于，四边形，六边形，八边形，等。6.权利要求1的LED通孔倒扣焊芯片，其中，所述的支持衬底芯片的第一面上的第一和第二电极以及第二面上的第三和第四电极的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，但不限于铝，铜，金，银，锡，等，它们的合金，以及它们的组合；其中，所述的合金包括，但不限于金锡，银锡，铝铜，等。7.权利要求1的LED通孔倒扣焊芯片，其中，所述的通孔/金属填充塞的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，但不限于钨，铝，铜，金，等。8.权利要求1的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭晖，彭刚，
申请(专利权)人：金芃，彭晖，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]