[发明专利]LED接合结构以及LED接合结构的制造方法

说明书

临时申请的交叉引用

本申请要求于2004年4月28日提交的序号为No.60/565960、名称为“具有小体积焊垫的LED”的美国临时申请的权益。

背景技术

本发明涉及半导体器件，具体地说，涉及一种以结向下(junction-down)的结构安装在基座(submount)上的发光二极管。

GaN基发光二极管(LED)通常包括其上沉积着多个GaN基外延层的绝缘或半导体衬底，例如SiC或蓝宝石。外延层包括具有在受到激励时发光的p-n结的有源区。一般的LED是衬底侧朝下地安装在基座上，基座也被称作封装或引线框架(以下称作“基座”)。图4示意性地示出了常规的LED，它具有n型SiC衬底10以及有源区12，该有源区12包括生长在衬底上并被仿制成台面(mesa)的n-GaN基层14和p-GaN基层16。金属p电极18沉积在p-GaN层16上，并且在p电极18上，焊接线28形成在焊垫20上。导电衬底上的n电极22利用导电的环氧树脂26与金属基座24连接。在常规的工艺中，导电的环氧树脂26(通常为加银环氧树脂)被沉积在基座上，并且LED被压入到环氧树脂26中。然后使环氧树脂热固化，使其变硬，形成用于LED芯片的稳定且导电的底座。有源区12内产生的光大部分被传输到衬底中并被环氧树脂26吸收。

LED的结向下(或“倒装芯片”)安装包括将LED衬底侧朝上地安装在基座上。然后，光通过透明衬底提取和放射。对于安装SiC基LED来说，结向下安装是特别理想的技术。由于SiC具有比GaN高的折射率，有源区内产生的光在GaN/SiC的界面处不会向内反射(即反射回GaN基层)。SiC基LED的结向下安装可以改善现有技术中已知的某些芯片倒装技术的效果。SiC LED的结向下封装还具有其它的优点，例如改善热损耗，根据芯片的特定应用，这可能是需要的。

结向下安装的一个问题如图5所示。即，当采用常规技术把芯片结向下地安装在导电的基座或封装上时，导电的模片(die)附着材料26沉积在芯片和/或基座24上，并且芯片被压入到基座24内。或者，导电的模片附着材料26可以包括焊料，例如Sn或Au/Sn，在这种情况下，通过热压接合将芯片接合到基座24上。

热压接合是一种利用热和压力将器件安装到衬底或基座上、由此在器件和基座之间产生导电接合的技术。通常，采用真空筒夹来夹取该器件，并将其物理地放置成与基座相接触，该基座由能够与所采用的焊料共同形成合金的材料制成。一旦器件与基座接触，作用力就通过筒夹被施加给器件。通过热和压力的结合，焊料与基座熔合成合金，这样器件就被焊接在适当的位置上。为了形成这种接合，该器件必须包括由Sn等金属制成的金属垫层，该金属垫层在被施加热和压力的情况下与基座形成合金接合。也可以采用具有足够低熔点的其它金属和合金，例如Au/Sn、Pb/Sn和Ag/Sn。一些适当的基座材料可以是银和金。

通常的热压工艺利用大约30至50g的最小作用力将模片接合到基座上。但是，这一作用力可能会导致一些熔融的接合金属被挤出，从而在n型衬底和p-n结周围的基座之间形成并联电路，影响了器件的操作。

因此，如图5所示，导电的模片附着材料26会被挤出并与器件中的n型层14和10接触，从而形成使有源区中的p-n结短路的肖特基二极管连接，而这并不是所希望得到的结果。因此，需要改进LED的设计以改善结向下安装。

发明内容

一种LED芯片，包括适合热超声或热压接合的焊垫，例如Sn、AuSn或其它金属。焊垫的物理尺寸被选定为不管有无焊剂，都可以减少或防止在热压或热超声接合的过程中焊料被挤出。在一些实施例中，AuSn焊垫被设计成可接受30g至70g或更大的作用力而不会被挤出。

本发明的特定实施例提供了一种具有焊垫的LED芯片，其中焊垫的总体积小于约3×10^-5mm³。本发明的另一些实施例提供了一种具有焊垫的LED芯片，其中焊垫的总体积小于约2.5×10^-5mm³。

在本发明的特定实施例中，焊垫可以形成为以下形状：具有基本呈方形或矩形的周边的平行六面体、具有基本呈圆形的周边的圆柱体，或具有彼此相对的平行表面和基本呈星形的周边的多面体。根据LED芯片的形状，其它的周边形状也是可以和需要的。