專利名稱：一種覆晶插件式發(fā)光二極管芯片結構及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種覆晶插件式發(fā)光二極管，屬半導體光電領域。
背景技術：
覆晶型封裝技術已經(jīng)在封裝業(yè)界行之有年了，利用覆晶技術可將發(fā)光二極體芯片反轉設置于一導熱基板上，一方面解決了傳統(tǒng)發(fā)光二極中電極接線焊墊(Bonding Pad)的遮光問題，提高出光效率；另一方面，可用導熱性能佳的基板替換導熱性差的生長襯底(如藍寶石)，提升發(fā)光二極體的散熱率，提高器件性能。在覆晶技術中，目前較多地是使用共晶植球方式進行，透過金球植于電極對位點后進行超聲加熱的方式使得電極與金球相結合。 由于共晶植球過程中需進行精密的對位，因此降低了生產(chǎn)的速度，而且金球與電極間常形成虛焊而導致組件后續(xù)的失效，并且失效后無法進行更換。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提出一種覆晶插件式發(fā)光二極管芯片結構并搭配插件封裝方式提供電路設計，其插件式發(fā)光二極管芯片結構包括發(fā)光外延結構， 其由下而包含第二半導體層，有源層以及第一半導體層；至少一第一電極位于第一半導體層上，至少一第二電極位于第二半導體層上，且第一電極和第二電極位于發(fā)光外延結構的同側；至少兩個PIN腳分別位于第一電極和第二電極上。該插件式發(fā)光二極管芯片的制作方法，包括如下步驟1)提供一生長襯底；2)在生長襯底的正面上形成發(fā)光外延結構，其由下而上包含第二半導體層，有源層以及第一半導體層；3)在第一半導體層上形成圖案，定義第二電極區(qū)，蝕刻第二電極區(qū)至第二半導體層并裸露出第二半導體層；4)形成第一電極于第一半導體層上，形成第二電極于裸露出的第二半導體層上；5)分別在第一電極和第二電極上形成PIN腳，其高出發(fā)光外延結構表面， 完成插件式發(fā)光二極管芯片結構。在完成上述步驟后，可將生長襯底減薄拋光或直接剝離，為了取得更佳的出光效果，可在出光面上做粗化處理。在本發(fā)明中，前述插件式發(fā)光二極管芯片可配合基座封裝形成覆晶發(fā)光二極管， 其結構包括發(fā)光外延結構，其由下而包含第二半導體層，有源層以及第一半導體層；至少一第一電極位于第一半導體層上，至少一第二電極位于第二半導體層上，且第一電極和第二電極位于發(fā)光外延結構的同側；至少兩個PIN腳分別位于第一電極和第二電極上；基座，其上分布有與前述PIN腳進行對位的插孔，且設置有金屬連線，當PIN腳對位插入插孔后，實現(xiàn)第一電極和第二電極與金屬連線連接。該覆晶插件式發(fā)光二極管的制作方法，主要包括以下步驟1)提供一生長襯底； 2)在生長襯底的正面上形成發(fā)光外延結構，其由下而上包含第二半導體層，有源層以及第一半導體層；3)在第一半導體層上形成圖案，定義第二電極區(qū)，蝕刻第二電極區(qū)至第二半導體層并裸露出第二半導體層；4)形成第一電極于第一半導體層上，形成第二電極于裸露出的第二半導體層；5)分別在第一電極和第二電極上形成PIN腳，其高出發(fā)光外延結構表面；6)提供一基座，其上分布有與前述PIN腳進行對位的插孔，并備置金屬連線，反射金屬導電層上；7)將PIN腳對位插入基座的插孔入，實現(xiàn)第一電極和第二電極與金屬連線連接， 形成覆晶插件式發(fā)光二極管結構。本發(fā)明改變了傳統(tǒng)發(fā)光二極管的封裝方式，采用插件方式使得芯片與封裝基座之間可進行靈活拆卸與組裝，當組件失效后能夠快速的進行更換，增加了使用上的便利性；且在芯片結構的電極結構上采用PIN腳，方便與基座的插孔進行快速對位、組裝。進一步地，采用本發(fā)明的插件方式，避免了一般傳統(tǒng)封裝方式須打線的結構，進而有效提高了器件的性能。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。


附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。圖1為依照本發(fā)明實施例的插件式發(fā)光二極管芯片結構的剖面圖。圖2為依照本發(fā)明實施例的覆晶插件式發(fā)光二極管結構的剖面圖。圖3 圖11為依照本發(fā)明實施例的插件式發(fā)光二極管芯片制備過程的截面示意圖。圖12為依照本發(fā)明實施例的覆晶插件式發(fā)光二極管的基座剖面圖。圖中各標號表示如下
100 發(fā)光二極管芯片；110 生長襯底；120 第二半導體層；130 有源層；140 第一半導體層；150 保護層；151 :圖形化保護層；160 反射金屬導電層；171 第一電極；172 第二電極；180 厚膜光阻層；191，192 :PIN腳；200 基座；201 第一基板；202 第二基板； 211,212,插孔；221,222 金屬連接。
具體實施例方式以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是，只要不構成沖突，本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結合， 所形成的技術方案均在本發(fā)明的保護范圍之內。在此，需要特別注意地是，在本發(fā)明中所提及的“第一電極位于第一半導體層上” 應理解為兩種情況第一種，第一電極可直接與第一半導體層接觸；第二種，通過第三層 (如ITO層、反射層等)與第一半導體層連接，此情況下至下而上的層疊順序為第一半導體層、第三層(如ΙΤ0)、第一電極。說明書中其他類似情況應做同樣理解。實施例一
圖1為一種插件式發(fā)光二極管芯片結構的剖面圖。一種插件式發(fā)光二極管芯片結構100，包括至上而下由第一半導體層140、有源層130、第二半導體層120構成的發(fā)光外延結構形成于生長襯底110上，其中第二半導體層120部分裸露其表面；反射金屬導電層160 覆蓋在第一半導體層140的表面上；第一電極171形成于反射金屬導電層160上，第二電極 172形成于第二半導體層裸露部分的上面；PIN腳191、192以電鑄方式形成于第一電極和第二電極的上，且高出外延層的表面，其中PIN腳191連接第一電極171，PIN腳192連接第二電極。在本實施例，以氮化物系發(fā)光二極管為例，生長襯底可以使用藍寶石襯底，第一半導體層140為ρ型半導體層，有源層130為多量子阱結構，第二半導體層為η型半導體層。反射金屬導電層160的材料可選用Ag、Al、Ti、Ni、Pt、Au、Cr等反射率較佳的金屬，以η側作為出光面，反射金屬導電層160反射一有源層向該P型半導體層發(fā)出的光射， 使反射的光線可從η型層射出。第一電極171和第二電極182的數(shù)量和位置根據(jù)芯片的尺寸進行設計，至少包含一個第一電極171和一個第二電極172，PIN腳191、192分別與第一電極和第二電極對應。 在本實施例中，設計兩個第一電極，一個第二電極分布在兩個第一電極的中間。PIN腳的材料選用Cu、W、Mo、Co、Ni的任意一種或其組合。實施例二
圖3 圖11為實施例一中所述的插件式發(fā)光二極管芯片制備過程的截面示意圖。其主要包括發(fā)光外延生長工藝，電極形成工藝及PIN形成工藝。一種插件式發(fā)光二極管芯片的制作工藝，其步驟如下
首先，先提供生長襯底110，在其上上生長發(fā)光外延層，其至下而上包含N層半導體層 120，有源層130，P型半導體層140，其結構剖面圖如圖3所示。下一步Ρ型半導體層140上形成一保護層150，其結構剖面圖如圖4所示。下一步在保護層150上定義第二電極區(qū)，形成保護圖案151于Ρ型半導體層140 上，其結構剖面圖如圖5所示。下一步采用干蝕刻去除第二電極區(qū)的P型半導體層140和有源層130，并裸露出 N型半導體層120，其結構剖面圖如圖6所示。下一步在P型半導體層140上形成反射金屬導電層160，其結構剖面圖如圖7所
7J\ ο下一步在反射金屬導電層160上形成第一電極171，N型半導體層的裸露部分上形成第二電極172，其結構剖面圖如圖8所示。下一步在發(fā)光外延層的表面上形成一厚膜光阻層180，其覆蓋住反射金屬導電層160及N型半導體層120的裸露部分，并覆蓋第一電極171及第二電極172之導線，僅裸露出第一電極71及第二電極72之釘線區(qū)域，其結構剖面圖如圖9所示。下一步分別于第一電極171及第二電極172上電鑄形成PIN腳191，192，其中PIN 腳191連接第一電極171，PIN腳192連接第二電極，其結構剖面圖如圖10所示。下一步去除厚膜光阻層180，將芯片進行減薄拋光后切割得一具PIN腳對位之發(fā)光二級管芯片，其結構剖面圖如圖11所示。實施例三
如圖2所示為本實施所述的一種覆晶插件式發(fā)光二極管結構的剖面圖，其結構主要包
6括一具有PIN腳對位的發(fā)光二極管芯片及與之對位組裝的基座。其中發(fā)光二極管芯片的結構已在實施例一中進行了詳細的描述，在本實施例將重點對基座結構與芯片與基座組裝后的結構進行說明。如圖2所示，插件式發(fā)光二極管芯片100倒立安裝于基座200上?；?00上分布有與芯片PIN腳對位的插孔211，212，且基座200內部設置有金屬連線221、222，金屬連接部分至少部分設置在插孔211、212內。芯片100的PIN腳191、192分別插入基座200的插孔211，212中，其中第一電極171的PIN腳191與插孔211對位，第二電極172的PIN腳 192與插孔212對位，PIN腳191與金屬連接221連接，PIN腳192與金屬連接222連接。通過金屬連線221、222，連接外部電源?；牟牧献詈眠x擇散熱性佳的材料，可選用PCB或MCPCB。實施例四
本實施例為實施例三所述的一種覆晶插件式發(fā)光二極管結構的制作方法，其主要包括插件式發(fā)光二極管芯片100的制作工藝及芯片與基座200組裝工藝。其中芯片工藝在實施例二中已進行了細說的描述，本實施例再不再做重復說明?！N覆晶插件式發(fā)光二極管結構的制作方法，其包括如下步驟 首先，依據(jù)實施例二的方法制備獲得插件式發(fā)光二極管芯片100。下一步提供基座200。基座200上分布有與芯片PIN腳對位的插孔211，212，且內部設置有金屬連線221、222，金屬連接部分至少部分設置在插孔211、212內。基座200的剖面圖如圖12所示。下一步將發(fā)光二級管100的PIN腳與基座200進行對位、組裝，形成覆晶插件式發(fā)光二極管，其結構剖面如圖2所示。在本實施例中，基板200為夾層式，由第一基板201和第二基板202構成。如圖12 所示，第二基板位于第一基板上，中間夾層為金屬連線層221和插孔221，插孔222設置在第二基板202上，插孔202的底部備置金屬連線222?；宓慕Y構并不局限于夾層結構，只要能夠實現(xiàn)與芯片組裝并接通外部電源即可。以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的技術人員，在不脫離本本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同的技術方案也應該屬于本發(fā)明的范疇，應由各權利要求限定。
權利要求
1.一種插件式發(fā)光二極管芯片，包括一發(fā)光外延結構，其由下而包含第二半導體層，有源層以及第一半導體層； 至少一第一電極位于第一半導體層上，至少一第二電極位于第二半導體層上，且第一電極和第二電極位于發(fā)光外延結構的同側；至少兩個PIN腳分別位于第一電極和第二電極上。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種插件式發(fā)光二極管芯片，其特征在于所述發(fā)光外延結構形成于一生長襯底上。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種插件式發(fā)光二極管芯片，其特征在于，還包括一反射金屬導電層形成于第一半導體層上，所述第一電極形成于該反射金屬導電層上。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種插件式發(fā)光二極管芯片，其特征在于第一電極對應的 PIN腳的頂端與第二電極對應的PIN腳的頂端不位于同一水平面上。
5.一種插件式發(fā)光二極管芯片的制作方法，包括如下步驟 提供一生長襯底；在生長襯底的正面上形成發(fā)光外延結構，其由下而上包含第二半導體層，有源層以及第一半導體層；在第一半導體層上形成圖案，定義第二電極區(qū)，蝕刻第二電極區(qū)至第二半導體層并裸露出第二半導體層；形成第一電極于第一半導體層上，形成第二電極于裸露出的第二半導體層上； 分別在第一電極和第二電極上形成PIN腳，其高出發(fā)光外延結構表面，完成插件式發(fā)光二極管芯片結構。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種插件式發(fā)光二極管芯片的制作方法，其特征在于，還包括下面步驟在步驟4)前先在第一半導體層上形成一反射金屬導電層，步驟4)中所述第一電極形成于反射金屬導電層上。
7.根據(jù)權利要求5所述的一種插件式發(fā)光二極管芯片的制作方法，其特征在于，所述步驟5包含如下工藝在發(fā)光外延結構的表面上覆蓋一光阻層，裸露出第一電極及第二電極的釘線區(qū)域；透過電鑄方式形成PIN腳，其PIN腳分別與第一電極及第二電極相接觸；去除光阻層。
8.根據(jù)權利要求5所述的一種插件式發(fā)光二極管芯片的制作方法，其特征在于，還包括下面步驟在完成步驟5)后將所述生長襯底進行減薄拋光。
9.一種覆晶插件式發(fā)光二極管，包括一發(fā)光外延結構，其由下而包含第二半導體層，有源層以及第一半導體層； 至少一第一電極位于第一半導體層上，至少一第二電極位于第二半導體層上，且第一電極和第二電極位于發(fā)光外延結構的同側；至少兩個PIN腳分別位于第一電極和第二電極上；一基座，其上分布有與前述PIN腳進行對位的插孔，且設置有金屬連線，當PIN腳對位插入插孔后，實現(xiàn)第一電極和第二電極與金屬連線連接。
10.根據(jù)權利要求9所述的一種覆晶插件式發(fā)光二極管，其特征在于所述發(fā)光外延結構形成于一生長襯底上。
11.根據(jù)權利要求9所述的一種覆晶插件式發(fā)光二極管，其特征在于還包括一反射金屬導電層形成于第一半導體層上，第一電極形成于反射金屬導電層上。
12.根據(jù)權利要求9所述的一種覆晶插件式發(fā)光二極管，其特征在于所述電路連接設置在基座的內部，當PIN腳對位插入插孔后，所有的第一電極全部相互導通，且所有的第二電極也全部相互導通。
13.一種覆晶插件式發(fā)光二極管的制作方法，包括如下步驟提供一生長襯底；在生長襯底的正面上形成發(fā)光外延結構，其由下而上包含第二半導體層，有源層以及第一半導體層；在第一半導體層上形成圖案，定義η電極區(qū)，蝕刻η電極區(qū)至第二半導體層并裸露出第二半導體層；形成第一電極于第一半導體層上，形成第二電極于裸露出的第二半導體層上；分別在第一電極和第二電極上形成PIN腳，其高出發(fā)光外延結構表面；提供一基座，其上分布有與前述PIN腳進行對位的插孔，并備置金屬連線，反射金屬導電層上；將PIN腳對位插入基座的插孔入，實現(xiàn)第一電極和第二電極與金屬連線連接，形成覆晶插件式發(fā)光二極管結構。
14.根據(jù)權利要求13所述的一種覆晶插件式發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述電路連接設置在基座的內部，當PIN腳對位插入插孔后，所有第一電極相互連接，且所有的第二電極同樣相互連接。
15.根據(jù)權利要求13所述的一種覆晶插件式發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于還包括下面步驟在步驟4)前先在第一半導體層上形成一反射金屬導電層，步驟4)中所述第一電極形成于反射金屬導電層上。
16.根據(jù)權利要求15所述的一種覆晶插件式發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述反射金屬導電層的材料選用Ag、Al、Ti、Ni、Pt、Au、Cr中的一種或其組合。
17.根據(jù)權利要求13所述的一種覆晶插件式發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，所述步驟5包含如下工藝在發(fā)光外延結構的表面上覆蓋一光阻層，裸露出第一電極及第二電極釘線區(qū)域；透過電鑄方式形成PIN腳，其PIN腳分別與第一電極及第二電極相接觸；去除光阻層。
18.根據(jù)權利要求13所述的一種覆晶插件式發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述PIN腳的材料選用Cu、W、Mo、Co、Ni中的一種或其組合。
19.根據(jù)權利要求13所述的一種覆晶插件式發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述基座的材料選用PCB或MCPCB。
20.根據(jù)權利要求13所述的一種覆晶插件式發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于，還包括下面步驟在完成步驟5)將所述生長襯底進行減薄拋光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種覆晶插件式發(fā)光二極管芯片結構及其制作方法。通過將發(fā)光二極管芯片的電極設置成PIN腳，并搭配插件封裝方式提供電路設計。本發(fā)明之覆晶插件式發(fā)光二極管結構主要包括發(fā)光外延結構，其由下而包含第二半導體層,有源層以及第一半導體層；至少一第一電極位于第一半導體層上，至少一第二電極位于第二半導體層上，且第一電極和第二電極位于發(fā)光外延結構的同側；至少兩個PIN腳分別位于第一電極和第二電極上；基座，其上分布有與前述PIN腳進行對位的插孔，且設置有金屬連線，當PIN腳對位插入插孔后，實現(xiàn)第一電極和第二電極與金屬連線連接。該發(fā)明的優(yōu)點可以快速且方便的方式將插件式芯片進行組裝,并且節(jié)省一般傳統(tǒng)封裝方式須打線的結構。
文檔編號H01L33/62GK102299228SQ20111028475
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權日2011年9月23日
發(fā)明者吳志強, 黃少華 申請人:廈門市三安光電科技有限公司