[发明专利]LED圆片级芯片尺寸封装结构及封装工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件及制造工艺，特别涉及一种LED圆片级芯片尺寸封装结构及工艺方法。

背景技术

与传统光源相比，作为第四代光源的LED具有高效节能、高亮、长寿、环保等优点，在照明、显示等领域扮演着越来越重要的角色。目前，LED封装技术呈现出多元化的发展趋势。传统的封装技术使用引线框架对一个个单独的芯片进行封装，封装效率低、产品的一致性差，而且存在热界面多而导致散热不良。而借助于IC工艺中的硅通孔(Through Silicon Via，TSV)技术对LED芯片进行系统级封装，便于LED器件与电路的集成，可以提高LED封装的集成度与产品的一致性，提高器件的性能，同时降低器件的成本，在LED封装领域中具有重要的意义和巨大的市场潜力。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种LED圆片级芯片尺寸封装结构及工艺方法。

本发明包括：硅基片、LED圆片、键合层和LED外延层，绝缘层、反射层、焊盘、荧光粉层及透镜，其特征在于所述硅基片上设有通孔，硅基片的背面沉积有一层绝缘层，通孔内填充有金属实现垂直电互连，在硅基片正面设有焊盘及反射层，硅基片背面设有电极，LED外延层上设有n与p电极，在n与p电极上设有键合层，LED圆片与带通孔的硅基片键合，LED圆片上涂覆荧光粉层，在LED圆片上设有透镜阵列或硅胶保护层。

所述硅基片为2inch或更大尺寸，厚度在100-500um。硅基片的通孔为垂直通孔，其形状为圆形或方形，通孔内填充的金属为圆管或方管，其直径为5um到100um，或者填充金属的形状为方柱或方台或方管，其尺寸为为5um到100um，间距在5-500um，或者在通孔内填充高分子材料。

所述绝缘层为SiO₂或SiN_x，在绝缘层上沉积粘附层，阻挡层，种子层，粘附层为Ni、Ti、Ta，阻挡层为Ta，种子层为Cu。反射层为金属Ag、Au，焊盘为Au。

所述LED外延层通过ICP刻蚀工艺，暴露出n型GaN；通过沉积工艺形成绝缘层将n型GaN与p型GaN分隔，n电极与p电极为两块式或分布式，经沉积工艺沉积欧姆接触层等电极结构、焊盘，欧姆接触层为Cr、Ti、Pt、Ti、Pd等，焊盘的为Au。

所述键合层的键合层金属为Au、Sn、Sn-Ag、Sn-Ag-Cu、Pb-Sn，Cu、Au-Sn，键合层设置在LED外延层上或者硅基片上。

发光二极管LED圆片级芯片尺寸封装结构的封装工艺，依次包含以下步骤：

A.在硅基片刻蚀通孔结构；

B.刻蚀通孔后的在硅基片表面沉积绝缘层，通过填充金属实现垂直电互连，填充金属的工艺可以采用电镀，化学气相沉积工艺；

C.通过溅射或沉积工艺在硅基片正面形成焊盘及反射层；

D.通过溅射或沉积工艺在硅基片背面形成电极结构；

E.通过刻蚀暴露出LED外延层的n与p电极，在n与p电极上形成键合层，通过圆片键合工艺将LED圆片与带通孔的硅基片键合，键合工艺为热压键合、超声热压键合、回流工艺；

F.通过旋涂或印刷工艺在键合好的LED圆片上涂覆荧光粉层；

G.通过自流成型工艺或注塑工艺在LED圆片上形成透镜阵列或硅胶保护层；

H.通过切片工艺将圆片分割成单个LED封装结构。

E步骤中：将LED圆片与带通孔的硅基片键合后，还可以对LED圆片的蓝宝石衬底进行减薄，采用的工艺为ICP刻蚀，激光剥离，机械磨削加化学机械抛光(CMP)工艺，减薄工艺在LED圆片与带通孔圆硅片键合完成之后进行，或者在刻蚀制作LED外延层焊盘之前进行蓝宝石衬底的减薄，利用圆片键合工艺将LED圆片键合到一个临时衬底上，临时衬底可以为硅片、铜片，通过ICP刻蚀，激光剥离，机械磨削加化学机械抛光(CMP)工艺进行蓝宝石衬底减薄，直到暴露出n型GaN外延层。

所述步骤F通过旋涂工艺在LED圆片表面形成荧光粉层，其材料为荧光粉硅胶混合物或荧光粉玻璃。

所述步骤G通过自流成型工艺或注塑工艺在荧光粉层上形成透镜阵列，透镜的形状为半球形或自由曲面。

所述步骤G还可以通过旋涂工艺荧光粉层上形成硅胶保护层，通过压模工艺在硅胶保护层上形成微结构。

所述步骤H通过切片工艺将圆片分割成单个LED封装结构，其结构尺寸可以为0.5mm×0.5mm、1mm×1mm、2mm×2mm、5mm×5mm、10mm×10mm、20mm×20mm、或任意尺寸。