一种耐基板翘曲的倒装LED芯片及其制备方法

技术领域

本发明涉及光电子制造技术领域，尤其涉及一种耐基板翘曲的倒装LED芯片及其制备方法。

背景技术

倒装LED芯片是一种新型LED芯片，其散热性能和光效都比普通正装LED芯片优异，因此广泛应用于各类照明产品，低阶应用如球泡灯、吸顶灯，高阶应用如车灯、路灯等。。倒装LED芯片的封装于传统正装LED芯片相差较大，实现有效的实现封装是倒装LED芯片产业化的关键内容。

倒装LED芯片对于封装基板的平整度要求高，若基板不平，容易使得芯片受损(参图1，由于基板翘曲，应力大，导致钝化层开裂)；同时，基板翘曲也会造成漏电，电压不良等缺陷，使得LED芯片出现异常不良，据统计，采用普通基板时，现有的异常不良率(VF＜5.8V)时可达到15％以上，甚至可达到65％；此外，基板翘曲也容易造成焊接良率低，漏电、死灯的问题。因此，如何加大倒装LED芯片对于不良封装基板的制程窗口，是本领域亟待克服的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种耐基板翘曲的倒装LED芯片，其耐弯曲能力强，可有效降低封装异常不良率。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种耐基板翘曲的倒装LED芯片的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种耐基板翘曲的倒装LED芯片，其包括应力缓冲层、衬底、发光结构、一次电极结构、钝化层和二次电极结构；

所述发光结构设于所述衬底的正面，所述一次电极结构设于所述发光结构上，所述钝化层设于所述一次电极结构上，所述二次电极结构设于所述钝化层上；所述二次电极结构贯穿所述钝化层与所述一次电极结构连接；

所述应力缓冲层设于所述衬底的背面。

作为上述技术方案的改进，所述应力缓冲层由AlN或BN制成，其厚度为0.3～6μm。

作为上述技术方案的改进，所述二次电极结构包括依次设于所述钝化层上的连接层、阻挡层、弹性层和粘附层。

作为上述技术方案的改进，所述连接层由Cr或Ti制成，其厚度为2～50nm。

作为上述技术方案的改进，所述阻挡层包括第一阻挡层、第二阻挡层和第三阻挡层，所述第二阻挡层由Ni制成，所述第一阻挡层和第三阻挡层由Au、Pt、Ti中的一种制成。

作为上述技术方案的改进，所述第一阻挡层和所述第三阻挡层的厚度为100～500nm，所述第二阻挡层的厚度为50～200nm。

作为上述技术方案的改进，所述阻挡层依次包括Au层、Ni层和Au层；或

所述阻挡层依次包括Ti层、Ni层和Ti层；或

所述阻挡层依次包括Au层、Ni层和Pt层。

作为上述技术方案的改进，所述弹性层为一层AuSn合金层；或

所述弹性层包括多层Au层、Sn层和AuSn合金层；

所述AuSn合金层中Sn含量≥80wt％，所述弹性层的厚度≥2.5μm；

所述粘附层由Au或Pt制成，其厚度为10～100nm。

作为上述技术方案的改进，所述衬底为蓝宝石，所述二次电极结构平行于所述衬底的易轴方向。

相应的，本发明还公开了一种上述的耐基板翘曲的倒装LED芯片的制备方法，其包括：

(1)提供衬底；

(2)在所述衬底的正面依次形成发光结构、一次电极结构、钝化层和二次电极结构，得到半成品；

(3)对所述衬底的背面进行研磨，抛光，并在研磨抛光后的衬底的背面形成应力缓冲层，即得到耐基板翘曲的倒装LED芯片成品。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明的倒装LED芯片，在衬底的背面设置了应力缓冲层，其可提供与封装应力方向相反的应力，有效降低封装翘曲，使得封装基板平整度高，焊接良率提升，从而提升了倒装LED芯片的整体良率。并且，本发明的二次电极包括连接层、阻挡层、弹性层和粘附层，这种结构的弹性更强，保护芯片主体不受基板应力拉扯，加大了倒装LED芯片对于不良封装基板的制程窗口。

附图说明

图1是现有倒装LED芯片封装缺陷图；

图2是本发明一种耐基板翘曲的倒装LED芯片结构示意图；

图3是蓝宝石衬底易轴方向示意图(衬底方向)；

图4是蓝宝石衬底易轴方向示意图(晶体方向，蓝宝石晶体c轴俯视)；

图5是本发明第一二次电极的结构示意图；

图6是本发明第二二次电极的结构示意图；

图7是本发明一种耐基板翘曲的倒装LED芯片的制备方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

参见图2，本发明提供一种耐基板翘曲的倒装LED芯片，其包括应力缓冲层1、衬底2、发光结构3、一次电极结构4、钝化层5和二次电极结构6；其中，应力缓冲层1设置在衬底2的背面，其可提供与封装应力方向相反的应力，从而起到缓解封装基板翘曲的作用。

具体的，应力缓冲层1可为AlN层、BN层，但不限于此。应力缓冲层1的厚度为0.3～6μm，当其厚度＜0.3μm时，其提供的应力较小，对基板翘曲的矫正作用小；当其厚度＞6μm时，则提供应力过大，容易造成反向翘曲。优选的，应力缓冲层的厚度为1～4μm，示例性地可为1μm、1.5μm、1.8μm、2.4μm、2.6μm、3μm、3.5μm，但不限于此。

需要说明的是，在倒装LED芯片焊接时，焊接温度可高达300℃，由于蓝宝石和GaN(发光结构)的热膨胀系数不同【蓝宝石的膨胀系数是(6～7)×10

还需要说明的是，现有技术中，往往将AlN沉积在衬底正面，以起到缓冲作用，其主要的作用机理是AlN可缓解衬底与GaN层之间的晶格失配，从而减少位错密度，减少晶内压力。这与本实施例中的作用机理是不同的。

衬底2可为蓝宝石、硅、金刚石，但不限于此；优选的，选用蓝宝石作为衬底2。

发光结构3包括外延层31、透明导电层32、反射层33和裸露区。外延层31包括依次设置在衬底2上的第一半导体层311、发光层312和第二半导体层312。透明导电层32设置在第二半导体层313上，反射层33设置在透明导电层32上，在反射层32上设置孔洞321，外延层2整体刻蚀形成裸露区。

一次电极结构4包括第一电极41和第二电极42，第一电极41设置在裸露区内，并与第一半导体层311电连接，第二电极42设置在反射层33上，并通过孔洞321与透明导电层32电连接，进而实现与第二半导体层313电连接。

钝化层5设置在反射层33、一次电极结构4和裸露区表面，并且在第一电极41处设有第一镂空孔51、在第二电极42处设置第二镂空孔52。

二次电极结构6包括第一二次电极61和第二二次电极62，其中，第一二次电极61通过第一镂空孔51与第一电极41电连接，第二二次电极62通过第二镂空孔52与第二电极42电连接。第一二次电极61与第二二次电极62高度相同，且面积相同。为了缓解晶片翘曲，二次电极结构6应分布在平行于蓝宝石衬底的易轴方向(参考图3、图4)，避免受晶格方向的弯曲。二次电极6可通过Ebeam蒸镀或Thermo蒸镀方式形成，但不限于此。

进一步的，参考图5、图6，第一二次电极61和第二二次电极62均包括依次设置在钝化层5上的连接层611/621、阻挡层、弹性层612/622和粘附层613/623。

其中，连接层611/621用于连接一次电极结构4和二次电极结构5，其具体材料可选用Cr和/或Ti，但不限于此；其可为单层Cr层、单层Ti层，也可为多层Cr层和/或Ti层叠加。连接层611/612的厚度为2～50nm，当其厚度＜2nm时，粘接作用太差，当其厚度＞50nm时，容易造成金属断层。优选的，连接层611/612的厚度为10～30nm，示例性地可为10nm、13nm、15nm、19nm、20nm、22nm、27nm、29nm，但不限于此。

其中，阻挡层可有效防止锡金属扩散，使其与基版结合，形成共晶，增加黏附力。具体的，阻挡层为单层结构或多层叠层结构；当其为单层结构时，其材料为Ni；当其为叠层结构时，其中间层为Ni，两边叠层可为的材料为面心立方或六方最密堆积金属，如Au、Pt、Ti等，但不限于此。其中，Ni金属易与其他金属形成融合，阻挡金属扩散。面心立方或六方最密堆积金属的单界面堆积原子数最高，可有效地阻挡金属扩散。

具体的，阻挡层依次包括第一阻挡层614/624，第二阻挡层615/625和第三阻挡层616/626；其中，第一阻挡层614/624和第三阻挡层616/626的材料为Au和/或Pt和/或Ti，第二阻挡层615/625的材料为Ni。第一阻挡层614/624的厚度为100～500nm，第二阻挡层615/625的厚度为50～200nm，第三阻挡层616/626的厚度为100～500nm。若第一阻挡层和第三阻挡层的厚度＞500nm，则容易造成电压过高，影响倒装LED芯片能效。

更具体的，在本实施例之中，阻挡层依次包括Au层、Ni层和Au层；在本发明的另一个实施例之中，阻挡层依次包括Ti层、Ni层和Ti层；在本发明的又一实施例之中，阻挡层依次包括Au层、Ni层和Pt层。

弹性层612/622的材料为AuSn合金、Au、Sn中的一种或多种；其中，AuSn合金中Sn含量≥80％。弹性层612/622为单层结构或叠层结构，例如为AuSn合金层单层结构，或多层Au、Sn、AuSn合金层堆叠的结构；弹性层的总厚度≥2.5μm。

粘附层613/623的材料为Au或Pt，但不限于此；其厚度为10～100nm，若其厚度＜10nm，则其无法有效遮挡弹性层；若其厚度＞100nm，则会影响后期封装焊接。优选的，粘附层613/623的厚度为30～80nm，示例性的可为32nm、44nm、49nm、53nm、66nm、72nm，但不限于此。

相应的，参见图7，本发明还提供了一种上述耐基板翘曲的倒装LED芯片的制备方法，其包括以下步骤：

S1：提供衬底；

S2：在衬底的正面依次形成发光结构、一次电极结构、钝化层和二次电极结构，得到半成品；

具体的，S2包括：

S21：在衬底正面形成外延层；

其中，外延层31包括第一半导体层311、发光层312和第二半导体层313；具体的，第一半导体层311为N型氮化镓层，第二半导体层313为P型半导体层；但不限于此。

S22：对外延层进行光刻刻蚀，形成裸露区；

具体的，通过光刻刻蚀工艺在外延层31上形成贯穿至第一半导体层311的裸露区域。在刻蚀时，选取衬底的易轴方向进行刻蚀。

S23：在外延层上形成透明导电层；

具体的，在第二半导体层313上形成透明导电层32。

S24：在透明导电层上形成反射层；

具体的，在形成反射层后，还需要对反射层进行光刻刻蚀，形成孔洞321。

S25：在所述反射层和裸露区域上形成一次电极结构；

具体的，采用电子束蒸镀、热蒸镀或磁控溅射工艺形成第一电极41和第二电极41。其中，第一电极41设置在裸露区内，并与第一半导体层311电连接，第二电极42设置在反射层33上，并通过孔洞321与透明导电层32电连接，进而实现与第二半导体层313电连接。

S25：形成钝化层，并对钝化层进行光刻刻蚀，暴露出第一电极和第二电极；

具体的，钝化层5设置在反射层33、一次电极结构4和裸露区表面；并通过光刻刻蚀工艺在第一电极41处形成第一镂空孔51、在第二电极42处形成第二镂空孔52。

S26：在钝化层上形成二次电极结构，得到半成品；

具体的，可通过Ebeam蒸镀或Thermo蒸镀方式形成二次电极结构。

S3：对衬底的背面进行研磨，抛光，并在研磨抛光后的衬底的背面形成应力缓冲层，即得到耐基板翘曲的倒装LED芯片成品。

具体的，S3包括：

S31：对半成品的衬底的背面进行研磨，抛光；

S32：在研磨抛光后的衬底的背面形成应力缓冲层，即得到耐基板翘曲的倒装LED芯片成品；

具体的，应力缓冲层1的形成温度为500～800℃。在此温度形成的应力缓冲层1即可在封装过程中提供较大的张应力，防止翘曲。

需要说明的是，传统的设置在衬底正面的AlN层，为了发挥其降低位错的作用，其形成温度往往在900℃以上。这是因为形成温度较低时，AlN的晶体成核性差，晶体趋向性差，无法有效降低位错密度。

将本发明之中的倒装LED芯片与常规的倒装LED芯片进行封装实验，其实验结果如下表所示：

由表中可以看出，当采用耐翘曲型基板(D6018KCDN)时，本实施例的倒装LED芯片与常规的倒装LED芯片差别不大。但采用普通基板(D6018HJN)，本实施例的正品率为100％，而常规倒装LED芯片仅为82.99％，说明本实施例中的倒装LED芯片耐翘曲能力强。

以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。