專(zhuān)利名稱(chēng)：用于襯底剝離的魯棒led結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及倒裝芯片發(fā)光二極管(LED)，特別地，涉及用于移除生長(zhǎng)襯底并且在其 位置添加光學(xué)元件的LED制備工藝。
背景技術(shù)：
飛利浦Lumileds照明公司(LLC)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種用于形成高效率LED的技術(shù)，其 中LED形成為倒裝芯片且在倒裝芯片安裝在底座上之后生長(zhǎng)襯底被移除。在倒裝芯片中， η和ρ觸點(diǎn)都形成于與生長(zhǎng)襯底側(cè)相對(duì)的LED管芯的同一側(cè)。現(xiàn)有技術(shù)圖1至3說(shuō)明了一般的襯底剝離工藝以及與添加光學(xué)元件取代被移 除襯底相關(guān)的問(wèn)題。另外的細(xì)節(jié)可在通過(guò)引用結(jié)合于此的受讓人的美國(guó)專(zhuān)利公布US 2006/0281203A1 和 2005/0269582A1 中找到。在圖1中，包括η層、有源層和ρ層的LED半導(dǎo)體外延層10生長(zhǎng)在例如藍(lán)寶石襯 底的生長(zhǎng)襯底12上。在該示例中，層10是基于GaN的，且有源層發(fā)射藍(lán)色光。形成電接觸ρ層的金屬電極14，以及形成電接觸η層的金屬電極16。在該示例中， 電極為被超聲焊接到位于陶瓷底座22上的陽(yáng)極和陰極金屬墊18和20的金凸塊。底座22 具有通向用于結(jié)合到印刷電路板的底部金屬墊26和28的導(dǎo)電通路24。底層填料材料30接著被注入到LED下方和周?chē)杂糜诮Y(jié)構(gòu)支撐，從而填充空氣間 隙并防止芯片受到污染。底層填料30可以為液態(tài)硅樹(shù)脂，該硅樹(shù)脂隨后固化而變硬。接著使用激光剝離工藝來(lái)移除襯底12。激光器(例如準(zhǔn)分子激光器)的光子能 量選擇為高于LED材料的帶隙且低于藍(lán)寶石襯底的吸收邊(例如在3. 44eV與6eV之間)。 來(lái)自激光器穿過(guò)藍(lán)寶石的脈沖在LED材料的前IOOnm內(nèi)被轉(zhuǎn)換為熱能。產(chǎn)生的溫度超過(guò) 1000°C并分離鎵和氮。所得到的高氣壓推動(dòng)襯底離開(kāi)外延層以從這些層釋放襯底，且松弛 的襯底隨后簡(jiǎn)單地從LED結(jié)構(gòu)移除。底層填料有助于防止薄LED層在高壓下斷裂。生長(zhǎng)襯底可以改為通過(guò)例如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)的蝕刻移除。根據(jù)LED和襯底的 類(lèi)型可使用其它技術(shù)。在一個(gè)示例中，襯底是基于Si的且襯底和LED層之間的絕緣材料通 過(guò)濕法蝕刻技術(shù)被蝕刻掉以移除襯底。露出的LED材料可被進(jìn)一步蝕刻，從而移除損壞的材料并使LED變薄以增強(qiáng)光輸 出。圖2示出了所得到的結(jié)構(gòu)。由于底層填料30最初覆蓋襯底12的側(cè)面，因而在襯底被移除之后底層填料的邊 緣保留以有效地形成圍繞LED層10的壁。提供精確數(shù)量的底層填料以?xún)H在LED層下方和 LED層周?chē)M(jìn)行填充而不接觸襯底，這是非常困難的，且因此圖2的結(jié)構(gòu)是典型的。在實(shí)際 裝置中，底層填料30典型地與圖中所示相比更進(jìn)一步地橫向延伸。如圖3所示，透明粘合劑材料32(例如，硅樹(shù)脂)沉積在露出的LED表面層上。預(yù) 形成的磷光體板34打算被精確地定位在LED之上并粘到LED的頂表面。因?yàn)長(zhǎng)ED周?chē)?抬升的底層填料壁的原因，板34的任何不對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)致板34未被適當(dāng)?shù)匕仓迷贚ED上。磷光 體板34可由或者經(jīng)燒結(jié)的或者在透明結(jié)合劑內(nèi)的YAG磷光體形成。當(dāng)由藍(lán)色LED激勵(lì)時(shí)，YAG磷光體發(fā)射黃綠色光。黃綠色光與穿過(guò)板34泄漏的藍(lán)色光結(jié)合產(chǎn)生白色光。由于板 34未被適當(dāng)?shù)匕仓茫琇ED的光發(fā)射屬性將不是最優(yōu)的，且板34可容易地從LED脫層。需要一種改進(jìn)的技術(shù)，這種技術(shù)在將磷光體板或任何其它光學(xué)元件附到LED表面 以替代被移除襯底時(shí)避免以上提及的對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題
發(fā)明內(nèi)容
公開(kāi)了一種LED結(jié)構(gòu)，該LED結(jié)構(gòu)提供了用于在襯底移除之后將磷光體板或其它 光學(xué)元件附到LED芯片的頂表面的較大容差(tolerance)。在LED/襯底被單一化(singulate)并安裝在底座上之前，在LED/襯底晶片上進(jìn) 行額外的蝕刻步驟。蝕刻步驟完全圍繞襯底晶片上的每個(gè)LED來(lái)蝕刻穿過(guò)LED外延層以在 晶片上每個(gè)LED之間形成間隙。襯底不被蝕刻。LED接著通過(guò)在LED之間的蝕刻的間隙之 間大約一半處切割(或斷裂)襯底晶片來(lái)單一化，使得每個(gè)LED將具有延伸超出LED邊緣 少量(例如，0.1-0. 25mm)的襯底邊緣。與現(xiàn)有技術(shù)相比，用于每個(gè)LED的襯底看上去為擴(kuò) 大的襯底。由于LED已經(jīng)經(jīng)歷蝕刻以露出η層從而形成倒裝芯片η電極，因而所述額外的 蝕刻步驟不需要額外處理該LED，只需額外的掩蔽和蝕刻步驟。每個(gè)單一化的LED/襯底接著安裝在底座上。在底層填料沉積和固化之后，底層填 料填充在LED下方并覆蓋所述“擴(kuò)大的”襯底的側(cè)面的至少一部分。當(dāng)襯底移除時(shí)，在圍繞 LED的底層填料壁和LED自身之間因而存在間隙。當(dāng)將磷光體板放置在LED頂部上方時(shí)， 該間隙放寬容差，使得該板齊平地附到LED的表面上。此外，磷光體板可形成為大于LED表 面，以防止來(lái)自LED的藍(lán)色側(cè)向發(fā)射環(huán)繞板邊緣而通過(guò)。因此，所得到的光顏色將更均勻。這些技術(shù)的變型也被描述，例如在LED安裝在底座晶片上之后出現(xiàn)的單一化步 馬聚ο代替磷光體板，透鏡、反射器或者其它光學(xué)元件可受益于由本發(fā)明提供的增加的容差。


圖1為安裝在底座上的現(xiàn)有技術(shù)倒裝芯片LED/襯底的截面圖，其具有圍繞及位于 LED和襯底下方的底層填料。圖2說(shuō)明襯底被移除的圖1的結(jié)構(gòu)。圖3說(shuō)明當(dāng)光學(xué)元件打算直接附到露出的LED的頂表面但存在一定的不對(duì)準(zhǔn)時(shí)， 與圖2的結(jié)構(gòu)有關(guān)的問(wèn)題。圖4為包括形成在單個(gè)襯底上的許多LED的晶片的自上向下的視圖。圖5為圖4的晶片的小部分的截面圖，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所使用的額外 蝕刻步驟。圖6為安裝在底座上的單一化倒裝芯片LED連同其“擴(kuò)大的”襯底的截面圖，其中 該倒裝芯片LED具有圍繞及位于LED和襯底下方的底層填料。圖7說(shuō)明襯底被移除的圖6的結(jié)構(gòu)，其中在底層填料壁和露出的LED表面之間存 在間隙。圖8說(shuō)明當(dāng)光學(xué)元件放置在LED之上并直接附到LED的頂表面時(shí)獲得的增加的容差。相同或等效的元件用相同的數(shù)字標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式作為初步事項(xiàng)，常規(guī)LED形成于生長(zhǎng)襯底上。在使用的示例中，LED為用于產(chǎn)生藍(lán) 色光的基于GaN的LED，例如AlInGaN或InGaNLED。典型地，使用常規(guī)技術(shù)將相對(duì)厚的η型 GaN層生長(zhǎng)在藍(lán)寶石生長(zhǎng)襯底上。所述相對(duì)厚的GaN層典型地包括低溫成核層和一個(gè)或多 個(gè)附加層，從而提供用于η型覆層和有源層的低缺陷晶格結(jié)構(gòu)。一個(gè)或多個(gè)η型覆層接著形 成在厚的η型層之上，隨后是有源層、一個(gè)或多個(gè)ρ型覆層以及ρ型接觸層(用于金屬化)。對(duì)于倒裝芯片，ρ層和有源層的部分被蝕刻以露出η層用于金屬化。按照這種方 式，P觸點(diǎn)和η觸點(diǎn)位于芯片的同一側(cè)并可以直接電附著到底座接觸墊。來(lái)自η金屬觸點(diǎn) 的電流最初橫向流動(dòng)穿過(guò)η層?？梢栽诒景l(fā)明中使用的其它類(lèi)型的LED包括AlInGaP LED，其可以產(chǎn)生紅色到黃 色范圍的光。形成LED的示例在均轉(zhuǎn)讓給飛利浦Lumileds并通過(guò)引用而被結(jié)合的美國(guó)專(zhuān)利 No. 6，649，440 和 No. 6，274，399 以及美國(guó)專(zhuān)利公布 US2006/0281203A1 和 2005/0269582A1 中被描述。圖4為晶片36的自上向下視圖，晶片36包括例如藍(lán)寶石生長(zhǎng)襯底的襯底，外延 LED層形成在該襯底上。LED層包括η層、有源層和ρ層。光在有源層中產(chǎn)生。晶片36繪 有交叉線以示出單獨(dú)的LED40的邊界。在實(shí)際的示例中，單個(gè)晶片上可形成有數(shù)百或數(shù)千 個(gè) LED。圖5為晶片36的一小部分的截面圖。LED層被掩蔽并進(jìn)行例如RIE的干法蝕刻 42以蝕刻穿過(guò)外延層，從而產(chǎn)生完全圍繞每個(gè)LED40的狹窄間隙44。使用適用于特定LED 材料和襯底46的常規(guī)技術(shù)來(lái)進(jìn)行該掩蔽和蝕刻。襯底46不被蝕刻。LED 40可具有約Imm2 或更小的頂表面積。間隙44可具有任何合適的寬度，例如0. lmm-0. 5mm。前面描述的為了 到達(dá)(gain access to)n層而用于η電極的蝕刻步驟可以在圖5所示蝕刻步驟之前、之后 或者作為該蝕刻步驟的一部分來(lái)進(jìn)行。如結(jié)合圖1所描述的，接著進(jìn)行各種金屬化步驟以在LED表面上創(chuàng)建金屬連接和 電極。用虛線48來(lái)表示襯底46最終將斷裂或切割以用于單一化的位置。線48近似穿 過(guò)間隙44的中間。因此，襯底46將延伸超出單一化LED管芯的每個(gè)邊緣大約晶片上相鄰 LED之間間隙的一半(例如，0. 05mm至0. 25mm)。在一個(gè)實(shí)施例中，晶片36上的LED在單一化之前同時(shí)全部結(jié)合到底座晶片上的相 應(yīng)墊。結(jié)合可以是通過(guò)超聲焊接，如前面所描述的。接著，通過(guò)鋸切或劃片/斷裂來(lái)單一化 該結(jié)構(gòu)，以創(chuàng)建安裝在底座上的單獨(dú)LED。備選地，圖5的襯底46沿著線48斷裂，且單一化 的LED/襯底接著單獨(dú)地安裝在各自的底座上。LED層通常將具有介于5至20微米的厚度，且襯底46具有大于100微米的厚度。圖6說(shuō)明例如結(jié)合圖1所述在安裝在常規(guī)底座22上之后，所得到的LED 40和襯 底46。底座被單一化以到達(dá)LED 40用于底層填料工藝。絕緣底層填料52在LED 40下方和周?chē)蛔⑷胍杂糜诮Y(jié)構(gòu)支撐，從而填充空氣間隙并防止芯片受到污染。底層填料52可以 是接著被固化以變硬的液態(tài)硅樹(shù)脂。底層填料52接觸襯底46的側(cè)面以確保底層填料52 的充分覆蓋。準(zhǔn)分子激光束54應(yīng)用到藍(lán)寶石襯底46的表面，如結(jié)合圖1所描述的，以移除襯底 46。襯底46可通過(guò)前述任何方法來(lái)移除。在襯底被移除之后，LED外延層可被蝕刻，從而 移除損壞的材料并使LED變薄用于改進(jìn)光提取。除了其相對(duì)于被移除襯底46的尺寸之外， LED40可類(lèi)似于結(jié)合圖1和圖2描述的LED 10。如圖7所示，用于磷光體板或任何其它光學(xué)元件的容許區(qū)域比圖3所示區(qū)域?qū)?，這是因?yàn)榈讓犹盍?2的壁與LED 40的邊緣分開(kāi)。與圖3中所需的定位相比，這允許該板或 光學(xué)元件的定位具有較不嚴(yán)格的容差。如圖8所示，合適的透明粘合劑56被注入、噴射或以其它方式沉積在LED之上。接 著，使用常規(guī)的自動(dòng)拾放設(shè)備，將例如磷光體板、菲涅爾透鏡或其它類(lèi)型的透鏡、或者甚至 反射器的光學(xué)元件58定位在LED 40之上。元件58接著被施加向下的壓力，且粘合劑56 固化。用于定位元件58的更大的容許區(qū)域使得元件58能夠?qū)捰贚ED40本身。因此，任何 從LED側(cè)面發(fā)射的向上的光仍被光學(xué)元件轉(zhuǎn)換。容許的放置區(qū)域可為任何合適的尺寸以從 拾放步驟獲得期望的產(chǎn)率。放置區(qū)域的尺寸和由于蝕刻而損失的LED材料之間存在折中。在一個(gè)實(shí)施例中，LED 40管芯發(fā)射藍(lán)色光，且來(lái)自磷光體板的磷光體發(fā)射與該藍(lán) 色光結(jié)合而導(dǎo)致產(chǎn)生白色光。例如，磷光體板可貢獻(xiàn)黃色成份或紅色和綠色成份到該藍(lán)色 光以創(chuàng)建白色光。一種此類(lèi)合適的磷光體為YAG磷光體。盡管本發(fā)明的特定實(shí)施例已經(jīng)予以示出和描述，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的 是，可以在更寬的方面進(jìn)行改變和調(diào)整而不背離本發(fā)明，且因此所附權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)把所有 這樣的改變和調(diào)整涵蓋在它們的范圍內(nèi)，如同其落在本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種用于制作發(fā)光裝置的方法，包括在襯底上提供倒裝芯片發(fā)光二極管(LED)管芯，其中所述LED安裝在底座上，使得所述LED管芯位于所述底座和所述襯底之間，所述襯底比所述LED管芯更寬且更長(zhǎng)，使得所述襯底的邊緣延伸超過(guò)所述LED管芯的邊緣；在所述LED管芯和所述底座之間以及所述LED管芯和襯底的邊緣周?chē)峁┙^緣底層填料；從所述LED管芯移除所述襯底，其中通過(guò)所述底層填料的圍繞所述襯底邊緣的部分圍繞所述LED管芯來(lái)形成壁，所述壁的內(nèi)部邊界與所述LED管芯的邊緣橫向分隔；以及在所述襯底被移除之后，將光學(xué)元件放置在所述LED管芯的露出的表面之上，所述光學(xué)元件的邊緣的至少部分位于所述底層填料的壁之內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中移除所述襯底包括使用激光剝離技術(shù)移除所述襯底。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在襯底上提供LED管芯包括 提供具有形成于襯底晶片之上的LED層的晶片；圍繞LED區(qū)域蝕刻LED材料的外延層以沿著所述LED區(qū)域的側(cè)邊緣暴露部分所述襯 底；以及從所述晶片分離所述LED區(qū)域以在所述襯底上形成所述LED管芯，使得所述襯底的邊 緣延伸超過(guò)所述LED管芯的邊緣。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底為生長(zhǎng)襯底。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述襯底為藍(lán)寶石。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在襯底上提供LED管芯包括將所述LED管芯的表面 上的電極結(jié)合到底座表面上的相應(yīng)電極，其中所述LED安裝在所述底座上。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中提供絕緣底層填料包括在所述LED管芯和所述底座 之間以及在所述LED管芯和襯底的邊緣周?chē)⑷氲讓犹盍稀?br> 8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底的邊緣延伸超過(guò)所述LED管芯的邊緣至少 0. 05mmo
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述襯底的邊緣延伸超過(guò)所述LED管芯的邊緣至少 0. Imm0
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將光學(xué)元件放置在所述LED管芯的露出的表面之上 包括將磷光體板放置在所述LED管芯的露出的表面之上。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將光學(xué)元件放置在所述LED管芯的露出的表面之上 包括將所述光學(xué)元件粘合緊固到所述LED管芯的露出的表面上。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將光學(xué)元件放置在所述LED管芯的露出的表面之上 包括將表面尺寸大于所述LED管芯的表面尺寸的光學(xué)元件放置在所述LED管芯的露出的表 面之上，使得所述光學(xué)元件的至少一個(gè)邊緣延伸超過(guò)所述LED管芯的邊緣。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將光學(xué)元件放置在所述LED管芯的露出的表面之上 包括將透鏡放置在所述LED管芯的露出的表面之上。
14.一種在襯底移除步驟之前的半成品發(fā)光裝置，包括 在襯底上的倒裝芯片發(fā)光二極管(LED)管芯；底座，所述LED管芯安裝在所述底座上，使得所述LED管芯位于所述底座和所述襯底之 間，所述襯底比所述LED管芯更寬且更長(zhǎng)使得所述襯底的邊緣延伸超過(guò)所述LED管芯的邊 緣；以及位于所述LED管芯和所述底座之間以及所述LED管芯和襯底的邊緣周?chē)慕^緣底層填料。
15.一種發(fā)光裝置，包括倒裝芯片發(fā)光二極管(LED)管芯，其中所述LED管芯形成在襯底上，該襯底已經(jīng)從所述 LED管芯移除；底座，所述LED管芯安裝在所述底座上；位于所述LED管芯和所述底座之間以及所述LED管芯的邊緣周?chē)慕^緣底層填料，其 中所述底層填料材料的壁在所述LED的露出的表面之上和周?chē)由?，并且其中所述壁的?nèi) 部邊界與所述LED管芯的邊緣橫向分隔；以及位于所述LED管芯的露出的表面之上的光學(xué)元件，所述光學(xué)元件的邊緣的至少部分在 所述底層填料的壁的內(nèi)部邊界內(nèi)。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述光學(xué)元件為緊固到所述LED管芯的露出的表 面的磷光體板。
17.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述光學(xué)元件為緊固到所述LED管芯的露出的表 面的透鏡。
18.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述光學(xué)元件具有比所述LED管芯的露出的表面 的表面尺寸更大的表面尺寸，使得所述光學(xué)元件的至少一個(gè)邊緣延伸超過(guò)所述LED管芯的 邊緣。
19.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述壁的內(nèi)部邊界與所述LED管芯的邊緣橫向分 隔至少0. 05mm。
20.一種使用下述方法形成的發(fā)光裝置，所述方法包括在襯底上提供倒裝芯片發(fā)光二極管(LED)管芯，其中所述LED安裝在底座上，使得所述 LED管芯位于所述底座和所述襯底之間，所述襯底比所述LED管芯更寬且更長(zhǎng)，使得所述襯 底的邊緣延伸超過(guò)所述LED管芯的邊緣；在所述LED管芯和所述底座之間以及所述LED管芯和襯底的邊緣周?chē)峁┙^緣底層填料；從所述LED管芯移除所述襯底，其中通過(guò)所述底層填料的圍繞所述襯底邊緣的部分圍 繞所述LED管芯來(lái)形成壁，所述壁的內(nèi)部邊界與所述LED管芯的邊緣橫向分隔；以及在所述襯底被移除之后，將光學(xué)元件放置在所述LED管芯的露出的表面之上，所述光 學(xué)元件的邊緣的至少部分位于所述底層填料的壁之內(nèi)。
全文摘要
在LED/襯底晶片上進(jìn)行蝕刻步驟從而完全圍繞襯底晶片上的每個(gè)LED來(lái)蝕刻穿過(guò)LED外延層，從而在晶片上每個(gè)LED之間形成間隙。襯底不被蝕刻。當(dāng)LED/襯底被單一化時(shí)，每個(gè)襯底的邊緣延伸超過(guò)LED管芯的邊緣。LED為倒裝芯片并安裝在具有位于底座和襯底之間的LED管芯的底座上。絕緣底層填料材料在LED管芯下方被注入，且也覆蓋LED管芯和“擴(kuò)大的”襯底的側(cè)面。接著襯底通過(guò)激光剝離移除。沿著擴(kuò)大的襯底的邊緣的底層填料的抬升的壁與LED管芯的邊緣橫向分隔，使得磷光體板可以以放寬的定位容差容易地定位在LED管芯的頂部。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101868863SQ200880112484
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月22日
發(fā)明者A·達(dá)吉奧, Q·莫 申請(qǐng)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