《倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片》是廈門市三安光電科技有限公司於2015年10月13日申請的專利，該專利的公布號為CN105226177A，授權公布日為2016年1月6日，發明人是何安和、林素慧、鄭建森、彭康偉、林瀟雄、徐宸科。
《倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片》公開了倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片，包括：基板；第一半導體層；第二半導體層；局部缺陷區位於部分第二半導體層上，且向下延伸至第一半導體層；第一金屬層位於部分第一半導體層上；第二金屬層位於部分第二半導體層上；絕緣層，覆蓋於第一金屬層、第二金屬層、第二半導體層以及局部缺陷區的第一半導體層上，絕緣層具有開口結構，分別位於第一金屬層和第二金屬層上；共晶電極結構，位於具有開口的絕緣層上，在垂直方向從下至上由第一共晶層和第二共晶層組成，在水平方向劃分為第一型電極區和第二型電極區。該發明解決習知倒裝LED晶片在共晶接合製程中可能發生共晶空洞率過高導致封裝不良問題。
2020年7月14日，《倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片
- 申請人：廈門市三安光電科技有限公司
- 申請日：2015年10月13日
- 申請號：201510655970X
- 公布號：CN105226177A
- 公布日：2016年1月6日
- 發明人：何安和、林素慧、鄭建森、彭康偉、林瀟雄、徐宸科
- 地址：福建省廈門市思明區呂嶺路1721-1725號
- Int. Cl.：H01L33/62(2010.01)I、H01L33/40(2010.01)I、H01L33/48(2010.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
倒裝LED晶片（英文為Flip-chip，縮寫為FC）的套用隨著其優越的散熱特性及較佳的取光效率日見被證實與量產，然而，倒裝LED晶片有別於習知發光二極體之正裝封裝製程，因此晶片設計與封裝製程以及材料的搭配在倒裝封裝技術為重要課題之一。倒裝LED晶片封裝主要分為兩種：第一種為金凸塊鍵合製程（英文為Au-stubbumpingprocess），系先將金凸塊種至封裝支架上，其金凸塊於基板上的相對位置與晶片上的電極相同，而後藉由超音波壓合，使晶片上的電極與封裝支架上的金凸塊接合完成電性連結，此法對封裝支架要求度低，製程彈性大，但其金凸塊用量大，成本高，且晶片對位需要較高之精準度，因此機台昂貴，生產效率不佳，導致整個生產成本過高；第二種為共晶接合製程（英文為Eutecticbondingprocess），以蒸鍍或濺鍍製程將選定之共晶金屬層製作於晶片上，藉由低溫助焊劑將晶片預貼合至封裝支架上，在高於共晶金屬層之熔點下回焊，使晶片與封裝支架形成接合，此法優點為金屬成本低，生產速度快，對機台對位精度要求相對較低，但要求倒裝LED晶片表面共晶金屬層有足夠的水平度，如果金屬層表面有高低差，則會造成共晶空洞率過高，導致共晶不良，進而影響封裝良率。
如圖1和圖2所示，習知的倒裝LED晶片結構，通常需要經過在磊晶基板上外延生長第一半導體層、發光層以及第二半導體層、沉積透明導電層、刻蝕至部分第一半導體層裸露出來、蒸鍍金屬層（含擴展條）、沉積絕緣層、蒸鍍AuSn共晶電極等製作工藝。但是該結構用於共晶封裝時，如圖3所示，由於受凸起狀金屬層（含金屬擴展條）的影響，造成AuSn共晶電極上表面有凸起結構，如位於第二金屬層（含金屬擴展條）之上的AuSn共晶電極上表面最高，可以與封裝支架共晶焊，而其它區域的AuSn共晶電極較低，難於與封裝支架共晶焊，如此無法確保共晶電極上表面的平整度，會造成共晶空洞率過高，產生共晶不良問題。
發明內容
專利目的
《倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片》的目的在於：提供一種倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片，在不改變封裝支架的前提下，解決習知倒裝LED晶片結構在共晶接合製程中可能發生的共晶空洞率過高導致封裝良率過低問題。
技術方案
根據《倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片》的第一方面，提供一種倒裝LED晶片的共晶電極結構，其特徵在於：所述共晶電極結構，在垂直方向從下至上由第一共晶層和第二共晶層組成，在水平方向劃分為第一型電極區和第二型電極區，第一共晶層的上表面、下表面不平坦，第二共晶層的上表面平坦。
進一步地，所述第一共晶層的下表面與倒裝LED晶片接觸，用於實現電流導通。
進一步地，所述第二共晶層的上表面高於或等於第一共晶層的上表面，用於形成平整的共晶平面。
根據《倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片》的第二方面，提供一種倒裝LED晶片，包括：基板；第一半導體層位於基板上；發光層位於第一半導體層上；第二半導體層位於發光層上；局部缺陷區位於部分第二半導體層上，且向下延伸至第一半導體層；第一金屬層，位於部分第一半導體層上；第二金屬層，位於部分第二半導體層上；絕緣層，覆蓋於第一金屬層、第二金屬層、第二半導體層以及局部缺陷區的第一半導體層上，其中絕緣層具有開口結構，分別位於第一金屬層和第二金屬層上；共晶電極結構，位於具有開口的絕緣層上，在垂直方向從下至上由第一共晶層和第二共晶層組成，在水平方向上劃分為第一型電極區和第二型電極區；第一共晶層的上表面、下表面不平坦，第二共晶層的上表面平坦。
進一步地，所述第一共晶層的下表面分別與第一金屬層、第二金屬層接觸，用於實現電流導通。
進一步地，所述第二共晶層在垂直方向上與第一金屬層、第二金屬層均不重疊。
進一步地，所述第二共晶層的上表面高於或等於第一共晶層的上表面，用於形成平整的共晶平面。
進一步地，所述第一型電極區的第二共晶層高度與所述第二型電極區的第二共晶層高度齊平。
進一步地，所述第一金屬層、第二金屬層均由金屬本體與金屬擴展條組成，或者第一金屬層、第二金屬層均為金屬本體。
進一步地，所述絕緣層的開口結構僅位於金屬本體上。
進一步地，所述第一型電極區與第二型電極區面積相當，且位置對稱。
進一步地，所述第二半導體上形成透明導電層，材質可選氧化銦錫（ITO）或氧化鋅（ZnO）或氧化鎘錫（CTO）或氧化銦（InO）或銦（In）摻雜氧化鋅（ZnO）或鋁（Al）摻雜氧化鋅（ZnO）或鎵（Ga）摻雜氧化鋅（ZnO）或前述任意組合之一。
進一步地，所述金屬層材質為Cr、Ti、Pt、Au、Ag、Ni、Cu、TiW的一種或其組合。
進一步地，所述絕緣層材質為SiO2、Al2O3、SiNx、TiO2的一種或其組合。
進一步地，所述共晶電極結構材質為Ti、Ni、Cu、Au、AuSn、SnCu、SnBi的一種或其組合。
改善效果
《倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片》的倒裝LED晶片電極結構設計，藉由雙層共晶電極結構，在不改變封裝支架的前提下，解決習知晶片結構於共晶接合製程可能發生之共晶空洞率過高導致封裝良率過低問題。
附圖說明
圖1為已知的倒裝LED晶片結構的俯視圖。
圖2為圖1中沿A-B-C方向的剖視圖。
圖3為已知的倒裝LED晶片結構共晶封裝的剖視圖。
圖4為《倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片》實施例1的倒裝LED晶片結構的俯視圖。
圖5為圖4中沿A-B-C方向的的剖視圖。
圖6為《倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片》實施例1的倒裝LED晶片結構共晶封裝的剖視圖。
圖7為《倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片》實施例2的倒裝LED晶片結構的俯視圖。
圖8為《倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片》實施例2的倒裝LED晶片結構共晶封裝的剖視圖。
圖中各標號表示：100，200，300：基板；101，201，301：第一半導體層；102，202，302：發光層；103，203，303：第二半導體層；104，204，304：透明導電層；105，205，305：第二金屬層；106，206，306：第一金屬層；107，207，307：絕緣層；108，208，308：第二型電極區；109，209，309：第一型電極區；110，210，310：封裝支架；2081，2091，3081，3091：第一共晶層；2082，2092，3082，3092：第二共晶層。
技術領域
《倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片》屬於光電技術領域，具體涉及倒裝LED晶片的共晶電極結構以及含有該結構的倒裝LED晶片。
權利要求
1.倒裝LED晶片的共晶電極結構，其特徵在於：所述共晶電極結構，在垂直方向從下至上由第一共晶層和第二共晶層組成，在水平方向劃分為第一型電極區和第二型電極區，第一共晶層的上表面、下表面不平坦，第二共晶層的上表面平坦。
2.根據權利要求1所述的倒裝LED晶片的共晶電極結構，其特徵在於：所述第一共晶層的下表面與倒裝LED晶片接觸，用於實現電流導通。
3.根據權利要求1所述的倒裝LED晶片的共晶電極結構，其特徵在於：所述第二共晶層的上表面高於或等於第一共晶層的上表面，用於形成平整的共晶平面。
4.倒裝LED晶片結構，包括：基板；第一半導體層位於基板上；發光層位於第一半導體層上；第二半導體層位於發光層上；局部缺陷區位於部分第二半導體層上，且向下延伸至第一半導體層；第一金屬層，位於部分第一半導體層上；第二金屬層，位於部分第二半導體層上；絕緣層，覆蓋於第一金屬層、第二金屬層、第二半導體層以及局部缺陷區的第一半導體層上，其中絕緣層具有開口結構，分別位於第一金屬層和第二金屬層上；共晶電極結構，位於具有開口的絕緣層上，在垂直方向從下至上由第一共晶層和第二共晶層組成，在水平方向上劃分為第一型電極區和第二型電極區，第一共晶層的上表面、下表面不平坦，第二共晶層的上表面平坦。
5.根據權利要求4所述的倒裝LED晶片，其特徵在於：所述第一共晶層的下表面分別與第一金屬層、第二金屬層接觸，用於實現電流導通。
6.根據權利要求4所述的倒裝LED晶片，其特徵在於：所述第二共晶層在垂直方向上與第一金屬層、第二金屬層均不重疊。
7.根據權利要求4所述的倒裝LED晶片，其特徵在於：所述第二共晶層的上表面高於或等於第一共晶層的上表面，用於形成平整的共晶平面。
8.根據權利要求4所述的倒裝LED晶片，其特徵在於：所述第一型電極區的第二共晶層高度與所述第二型電極區的第二共晶層高度齊平。
9.根據權利要求4所述的倒裝LED晶片，其特徵在於：所述第一金屬層、第二金屬層均由金屬本體與金屬擴展條組成，或者第一金屬層、第二金屬層均為金屬本體。
10.根據權利要求9所述的倒裝LED晶片，其特徵在於：所述絕緣層的開口結構僅位於金屬本體上。
11.根據權利要求4所述的倒裝LED晶片，其特徵在於：在所述第二半導體上形成透明導電層。
實施方式
實施例1
參考圖4和圖5，該實施例提供的倒裝LED晶片，包括：基板200；第一半導體層201位於基板200上；發光層202位於第一半導體層201上；第二半導體層203位於發光層202上；局部缺陷區位於部分第二半導體層203上，且向下延伸至第一半導體層201；透明導電層204，位於部分第二半導體層203上；第一金屬層206，位於部分第一半導體層201上；第二金屬層205，位於透明導電層204上；絕緣層207，覆蓋於第一金屬層206、第二金屬層205、透明導電層204以及局部缺陷區的第一半導體層206上，其中絕緣層具有開口結構，分別位於第一金屬層206和第二金屬層205上；共晶電極結構，位於具有開口的絕緣層207上，在垂直方向從下至上由第一共晶層2081、2091和第二共晶層2082、2092組成，在水平方向上劃分為第一型電極區209和第二型電極區208，第一型電極區209與第二型電極區面積208相當，且位置對稱。
具體來說，上述基板200可以選擇藍寶石或碳化矽或矽或氮化鎵或氮化鋁或氧化鋅等適合外延生長的基板，該實施例優選藍寶石；第一半導體層201、第二半導體層202與發光層203為氮化鎵（GaN）系列材料，但不以此為限；透明導電層204，材質可選氧化銦錫（ITO）或氧化鋅（ZnO）或氧化鎘錫（CTO）或氧化銦（InO）或銦（In）摻雜氧化鋅（ZnO）或鋁（Al）摻雜氧化鋅（ZnO）或鎵（Ga）摻雜氧化鋅（ZnO）或前述任意組合之一，該實施例優選氧化銦錫（ITO）。
第一金屬層、第二金屬層均由金屬本體與金屬擴展條組成，或者第一金屬層、第二金屬層均為金屬本體；為了提高電流擴散的均勻性，該實施例優選第一金屬層206、第二金屬層205均由圓形的金屬本體與長條形的金屬擴展條組成，金屬層材質為Cr、Ti、Pt、Au、Ag、Ni、Cu、TiW的一種或其組合，但不以此為限。
絕緣層207的開口結構可以位於圓形的金屬本體以及長條形的金屬擴展條上，或僅位於圓形的金屬本體上，該實施例優選絕緣層207覆蓋於長條形的金屬擴展條上，絕緣層的開口結構僅位於圓形的金屬本體上；絕緣層材質為SiO2、Al2O3、SiNx、TiO2的一種或其組合，該實施例優選低折射率的SiO2與高折射率的TiO2交替堆疊組成的分布布拉格反射層結構，以利於反射發光層發出的光線，增加出光。
第一共晶層2081，形成於具有開口的絕緣層207上，如此則第一共晶層2081下表面與第二金屬層205接觸，用於實現電流導通；第一共晶層2091，形成於具有開口的絕緣層207上，如此則第一共晶層2081下表面與第一金屬層206接觸，用於實現電流導通。由於第一共晶層2081、2091的下方具有凸起狀第二金屬層205，因此第一共晶層2081、2091的上、下表面不平坦，即第一共晶層的上、下表面呈凹凸狀。
第二共晶層2082、2092分別形成於第一共晶層2081、2091上，第二共晶層2082、2092在垂直方向上與第一金屬層205、第二金屬層206均不重疊，即第二共晶層避開金屬電極本體及金屬擴展條區域；第二共晶層，位於第一共晶層凹凸狀上表面的平坦底部區域，以獲得上表面平坦的第二共晶層；第一型電極區209的第二共晶層2092高度與所述第二型電極區208的第二共晶層2082高度齊平，如此形成平整的共晶平面。
參考圖6，該實施例的倒裝LED晶片用於共晶封裝時，由於第二共晶層的上表面高於第一共晶層的上表面，且第二共晶層的上表面平坦且高度齊平，形成平整的共晶平面，有效降低與封裝支架210共晶焊過程產生的空洞率；此外，第二共晶層2082、2092面積大大超過第一金屬層205、第二金屬層206，如此可以增加共晶有效面積，共晶焊更牢固，從而提高倒裝LED晶片封裝良率，增加電流穩定性與均勻性。
實施例2
參考圖7和圖8，與實施例1區別的是，該實施例的第二共晶層3082、3092的上表面與第一共晶層3081、3091的上表面齊平，進一步增加了共晶電極結構的平坦上表面面積，增強共晶焊的牢固性，提升封裝良率及電流擴展的均勻性。
由上述《倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片》實施方式可知，套用該發明之雙層共晶電極設計，即第一共晶層用於與半導體底層實現電流流通，第二共晶層避開金屬層（可含金屬擴展條）凸起區域，在不增加封裝支架的成本下，可解決習知共晶電極設計在共晶製程中因電極高度差（平整度差）產生過高的空洞率導致共晶失效的問題，從而提高倒裝LED晶片封裝良率，增加電流穩定性與均勻性。
榮譽表彰
2020年7月14日，《倒裝LED晶片的共晶電極結構及倒裝LED晶片》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
