[發(fā)明專利]用于倒裝芯片LED的底部填充工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980109460.5
• 申請(qǐng)日: 2009-03-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102084505A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: G·巴辛;F·戴納;P·S·馬丁;D·西莫尼安
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司;飛利浦拉米爾德斯照明設(shè)備有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 龔海軍;劉鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及倒裝芯片發(fā)光二極管(LED)，并且特別地涉及用于在LED芯片及其基座(submount)之間的間隙中提供電介質(zhì)底部填充材料的工藝。

背景技術(shù)

現(xiàn)有技術(shù)圖1示出了安裝在基座晶片22的一部分上的常規(guī)LED?10倒裝芯片。在倒裝芯片中，在與生長(zhǎng)襯底12側(cè)相對(duì)的LED管芯的相同側(cè)上形成n和p接觸。

在圖1中，LED?10由包括生長(zhǎng)在諸如藍(lán)寶石襯底的生長(zhǎng)襯底12上的n層、有源層和p層的半導(dǎo)體外延層形成。在一個(gè)實(shí)例中，外延層是基于GaN的，并且有源層發(fā)射藍(lán)色光。任何其他類型的倒裝芯片LED可應(yīng)用于本發(fā)明。

電接觸p層的金屬電極14在LED?10上形成，并且電接觸n層的金屬電極16在LED?10上形成。在一個(gè)實(shí)例中，這些電極是金凸塊，其超聲焊接到陶瓷基座晶片22上的陽(yáng)極和陰極金屬焊盤18和20。基座晶片22具有通往底部金屬焊盤26和28以便結(jié)合到印刷電路板的傳導(dǎo)通路24。許多LED安裝在基座晶片22上并且將在以后被單一化(singulate)以形成單獨(dú)的多個(gè)LED/基座。

LED的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)可以見(jiàn)諸受讓人的美國(guó)專利No.6649440和No.6274399以及美國(guó)專利公開(kāi)US2006/0281203A1和US2005/0269582A1，所有這些文獻(xiàn)通過(guò)引用合并于此。

然后，在LED?10之下和周圍注入底部填充材料30以填充LED?10與基座晶片22之間的空氣間隙。底部填充材料30典型地為液體環(huán)氧樹(shù)脂，其之后被固化以變硬。硬化的底部填料提供了結(jié)構(gòu)支撐并且保護(hù)芯片不受污染。底部填充材料30由噴嘴32在相對(duì)較高的壓力下注射以填充LED?10與基座晶片22之間的窄間隙，該噴嘴在注射底部填充材料30的同時(shí)圍繞LED?10移動(dòng)。在實(shí)際的器件中，底部填料可以比圖中所示更遠(yuǎn)地橫向延伸。

LED?10/襯底12頂部上和周圍的任何過(guò)多的底部填充材料30(例如環(huán)氧樹(shù)脂)可以通過(guò)微珠噴砂來(lái)移除。

在固化和微珠噴砂底部填充材料30之后，然后使用激光剝離工藝(未示出)移除生長(zhǎng)襯底12。激光器(例如受激準(zhǔn)分子激光器)的光子能量被選擇成高于LED材料的帶隙并且低于藍(lán)寶石襯底的吸收邊(例如介于3.44eV與6eV之間)。來(lái)自激光器的通過(guò)藍(lán)寶石的脈沖在LED材料的前100nm內(nèi)被轉(zhuǎn)化成熱能。產(chǎn)生的溫度超過(guò)1000℃，并且使鎵和氮分離。得到的高氣壓將襯底從外延層推離以從這些層釋放襯底，并且然后簡(jiǎn)單地從LED結(jié)構(gòu)移除該松開(kāi)的襯底。底部填充有助于防止薄LED層在高壓下破裂。

生長(zhǎng)襯底12可以改為通過(guò)諸如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)之類的蝕刻或者研磨移除。根據(jù)LED和襯底的類型，可以使用其他的技術(shù)。在一個(gè)實(shí)例中，襯底是基于Si的，并且襯底與LED層之間的絕緣材料通過(guò)濕蝕刻技術(shù)蝕刻掉以移除襯底。

在任何其他的晶片級(jí)工藝之后，然后鋸切基座晶片22或者對(duì)其劃片且折斷以使多個(gè)LED/基座單一化。然后，可以將基座焊接到印刷電路板。

現(xiàn)有技術(shù)底部填充技術(shù)的問(wèn)題包括以下方面。

提供精確數(shù)量的底部填充材料以便僅僅在薄LED層之下和周圍填充是困難且耗時(shí)的。在多個(gè)LED被單一化之前，順序地在安裝在基座晶片上的LED陣列上執(zhí)行底部填充工藝。根據(jù)每個(gè)LED的尺寸和密度，可能存在安裝在單個(gè)基座晶片上的500-4000個(gè)LED。根據(jù)LED的數(shù)量，使用單個(gè)移動(dòng)噴嘴在所述陣列中的每個(gè)LED下注射底部填充材料可能花費(fèi)10-40分鐘。

另一個(gè)問(wèn)題在于，必須針對(duì)適當(dāng)?shù)恼扯取崤蛎洝ED的長(zhǎng)壽命期間的可靠性、電介質(zhì)特性、熱傳導(dǎo)率、污染防護(hù)和其他因素仔細(xì)地選擇底部填充材料的特性。如果粘度太高，那么在LED之下注射底部填料以填充所有空隙所需的壓力可能損壞LED。空隙必須被消除，因?yàn)樵贚ED/基座變熱時(shí)任何空氣將膨脹并且將LED推離基座。此外，由于在激光剝離工藝期間，空隙區(qū)域并不支撐LED，因而激光剝離工藝期間LED上的向下應(yīng)力可能使LED破裂。

底部填料的熱膨脹是極為重要的，因?yàn)樵趯⒁褑我换腖ED/基座焊接到印刷電路板時(shí)，LED經(jīng)歷焊料回流過(guò)程。這樣的溫度可能是265℃。對(duì)于環(huán)氧樹(shù)脂而言，焊料回流溫度高于典型的185℃玻璃轉(zhuǎn)變溫度，所述環(huán)氧樹(shù)脂是典型的底部填充材料。由于涉及環(huán)氧樹(shù)脂，因而玻璃轉(zhuǎn)變溫度(T_g)是環(huán)氧樹(shù)脂變軟的溫度。在玻璃轉(zhuǎn)變溫度以上，環(huán)氧樹(shù)脂熱膨脹顯著地升高，在LED上造成向上的壓力，從而導(dǎo)致LED的破裂或剝離。

所需要的是一種改進(jìn)的用于底部填充LED的技術(shù)，其避免上述問(wèn)題和材料限制。

發(fā)明內(nèi)容