LED倒装技术及工艺流程分析

1、发光二极管倒装芯片技术及工艺分析资料来源：光亚新世纪发光二极管网络时间：2015年2月6日字体：大、中、小1.介绍发光二极管作为一种新型绿色照明光源，具有节能、高效、低碳、体积小、响应快、抗冲击能力强等优点。它能为用户提供全新的环保、稳定、高效、安全的照明体验，已逐渐发展成为成熟的半导体照明行业。近年来，世界各国都开始禁止白炽灯泡。发光二极管将迎来一个黄金增长期。此外，近年来，发光二极管在电视背光、手机和平板电脑中的应用也出现了爆炸性增长。发光二极管具有广阔的应用和发展前景。2.倒装芯片发光二极管技术的发展及现状倒装芯片技术在发光二极管领域仍是一个相对较新的技术概念，但在传统的集成电路产业中已

2、经得到了广泛的应用和相对成熟，如各种球栅阵列封装(BGA)、芯片级封装(CSP)、晶圆级芯片级封装(WLCSP)等技术，都采用了倒装芯片技术。其优点是生产效率高，设备成本低，可靠性高。倒装芯片技术应用于发光二极管器件，主要区别于集成电路，在发光二极管芯片的制造和封装过程中，除了稳定可靠的电连接外，还需要处理光的问题，包括如何让更多的光出来，提高光的提取效率，以及光的空间分布等。为了解决传统正向发光二极管散热不良、透明电极电流分布不均匀、表面电极焊盘和引线以及金线阻光等引起的可靠性问题，1998年，魏勒等人制备了一种1W大功率倒装键合结构的铝镓氮发光二极管蓝色芯片。他们在带有防静电保护二极管的硅

3、载体上倒装结合了带有金属化凸点的氮化铝芯片。图1是由它们制备的发光二极管芯片的图片和示意性截面图。他们的测试结果表明，在相同的芯片面积下，倒装芯片发光二极管比普通芯片具有更大的发光面积和非常好的电学特性。在200-1000毫安的电流范围内，直流电压相对较低，导致较高的功率转换效率。图1是具有倒装芯片结构的发光二极管芯片的示意图和截面图在2006年，奥博谢金等人报道了一种新型的薄膜倒装多量子阱发光二极管(TFFC发光二极管)。所谓薄膜倒装发光二极管是将薄膜发光二极管和倒装发光二极管的概念结合起来。在衬底上倒置发光二极管后，通过激光剥离技术剥离蓝宝石衬底，然后通过光刻技术粗糙化暴露的N型氮化镓层。

4、如图2所示，具有这种薄膜结构的发光二极管可以有效地提高发光效率。但是，相对来说，这种结构工艺比较复杂，成本也比较高。图2薄膜倒装发光二极管芯片结构示意图随着硅基倒装芯片在市场上的销售，人们逐渐发现这种倒装芯片在与正式芯片竞争时存在明显的成本劣势。在发光二极管发展的早期阶段，所有的封装支架和形式都是根据具有正常或垂直结构的发光二极管芯片来设计的，因此倒装芯片发光二极管芯片必须首先倒装在硅衬底上，然后将芯片固定在传统的支架上，然后将硅衬底上的电极和支架上的电极用金线连接。因此封装后的器件中仍然存在金线，没有利用倒装芯片封装没有金线的优势；而且增加了基板的成本，使得价格更高，没有充分发挥倒装芯片发光

5、二极管芯片的优势。为此，早在2007年，一些公司就推出了基于陶瓷的倒装芯片发光二极管封装产品。对于这类产品，陶瓷不仅可以作为倒装芯片的支撑基板，还可以作为整体封装支架，实现整个封装光源的小型化。这种封装形式是先将倒装芯片键合在陶瓷基片上，然后涂上荧光粉，最后用键合法制作初级透镜。该方法将发光二极管芯片与封装工艺相结合，从而降低了成本。该结构完全消除了金线，同时散热效果明显提高，典型热阻为10/W，明显低于传统的热阻随着倒装芯片技术的进一步应用和发展，自2012年以来，直接连接倒装芯片应运而生。在接下来的几年里，公司开始开发和引进这种倒装芯片。该芯片的结构变化是扩大了发光二极管芯片表面的磷和氮金

6、属焊盘的几何尺寸，同时保证了两个焊盘之间的间距足够大，使得倒置的发光二极管芯片可以直接粘贴在陶瓷基板甚至印刷电路板上，倒装芯片焊盘的尺寸约为40毫米，可以达到贴片机的粘贴精度要求，简化了倒装芯片键合工艺，降低了整体成本。截至目前(2014年年中)，倒装芯片数模转换芯片已基本成熟，市场销量逐渐增加，将成为未来大功率发光二极管芯片的主流。在直接安装数模转换器芯片的基础上，2013年开发了白光芯片(一些公司称之为无封装或无封装)，如图6所示。在倒装芯片DA芯片的制造过程中，同时涂覆荧光粉，应用时荧光粉可以直接粘贴在印刷电路板上，也可以直接作为封装光源应用。其优点是发光二极管器件体积小，直接芯片键合可

7、以减少散热界面，进一步降低热阻，进一步提高散热性能。迄今为止，白光芯片仍处于研发阶段，市场应用尚不成熟。我们需要大家共同努力，推动白光芯片技术和应用的发展。图3白光芯片和封装示意图3、倒装芯片发光二极管芯片制造工艺如图4所示，倒装芯片发光二极管芯片的制造过程可以分为两条线路：发光二极管芯片制造和基板制造。芯片和基板制作完成后，将发光二极管芯片倒装焊接在基板表面，形成倒装发光二极管芯片。图4倒装芯片发光二极管芯片工艺流程图3.1、蓝宝石衬底和氮化镓外延技术对于倒装芯片，发光表面在蓝宝石的一侧。因此，在外延之前，图案化衬底(PSS)的制造将有助于蓝光发射并减少光在氮化镓和蓝宝石之间的界面处的反射。

8、因此，PSS的图案尺寸、形状和深度直接影响光提取效率。在实际开发和生产中，有必要根据倒装芯片的特点优化衬底图形，以达到最高的光输出效率。在氮化镓外延中，由于倒装芯片发射的光在蓝宝石侧，各层的光吸收与普通芯片不同，因此需要调整外延缓冲层、氮-氮化镓层、多层量子阱(MQW)和磷型氮化镓层的厚度和掺杂浓度，使其适合倒装芯片的发光要求，提高发光效率，也适合倒装芯片制造工艺的欧姆接触要求。3.2、倒装芯片发光二极管晶片制造工艺倒装芯片和普通芯片的晶片制造工艺大致相同，都需要在外延层上蚀刻以暴露下面的N型氮化镓；然后在p极和n极上分别制作欧姆接触电极，在芯片表面制作钝化保护层，最后制作焊接用金属焊盘。制造

9、过程如图5所示。图5倒装芯片发光二极管晶片的制造工艺与普通芯片相比，倒装芯片需要做成电极朝下的结构。这种特殊的结构使得倒装芯片在一些工艺步骤中有特殊的要求，例如欧姆接触层必须具有高的反射率，使得入射到芯片的电极表面上的光能够尽可能多地反射回蓝宝石的一侧，以确保良好的发光效率。倒装芯片的布局也需要根据电流的均匀分布进行优化。由于氮化镓蚀刻(台面蚀刻)、N型接触层制造、钝化层制造和焊料金属焊盘制造基本上与晶片制造工艺中的普通芯片相同，因此在此不再详细描述，以下将集中于对特殊倒装芯片工艺的简单说明。在发光二极管芯片的制造过程中，欧姆接触层工艺是芯片生产的核心，对于倒装芯片尤为重要。如图9所示，欧姆接

10、触层不仅具有电连接的传统功能，还充当反射层。在P型欧姆接触层的制造过程中，应选择合适的欧姆接触材料，以保证与P型氮化镓的低接触电阻和超高反射率。此外，金属层的厚度和退火工艺对欧姆接触特性和反射率有很大影响。这一过程非常重要，关系到整个发光二极管的发光效率和电压等重要技术参数，是倒装芯片发光二极管技术中最重要的环节。目前，该欧姆接触层通常由银(银)或银的合金材料制成，在适当的工艺条件下可以获得稳定的高性能欧姆接触，并且可以确保欧姆接触层的反射率超过95%。图6倒装芯片发光方向、散热通道、欧姆接触和反射层位置示意图3.3、倒装芯片发光二极管芯片后端工艺像普通的发光二极管芯片一样，晶片工艺包括晶片工艺之后的芯片背面部分的工艺。工艺流程如图7所示，主要包括研磨、抛光、切割、分割、测试和分类过程。这里的流程之间唯一的区别是测试流程，其他流程基本上与普通芯片相同，这里不再重复。图7 led芯片后段工艺流程图由于倒装芯片的发光面和电极面方向不同，当芯片切割后被点测时，当探针贴在发光二极管的前电极上进行测量时，发光二极管的光从背面发射。测试光