倒装型光电器件芯片制造技术

本发明专利技术揭示了一种新型的倒装型光电器件芯片，涉及半导体光电领域，其特征在于：所述芯片的形状为三边以上的多边形，其中第一种电极的压焊区设于芯片上至少一个顶角处，第二种电极的压焊区设于芯片顶角之外的芯片有源区，两种电极的间距至少１００μｍ。利用普通贴片设备或熟练工人把芯片电极的压焊区与转移基板电极压焊区焊接安装。电源通过转移基板的电极引出线加载在芯片的电极上，导通并使光从芯片的背面发射出。该芯片结构的优点是：在不损失芯片有效使用面积的条件下，大大降低倒装对准精度，进而避免使用昂贵的倒装焊设备，减少器件的制造成本，提高产能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体器件的结构，尤其涉及提升大功率半导体光电器件热可靠 性的一种芯片结构。
技术介绍
光电器件是指光能和电能相互转换的一类器件。其种类众多，如发光二极管 (LED)、太阳能电池、光电探测器、激光器(LD)等等。其中LED是日常生活中使用最为广泛 的一种光电器件。近年来，随着氮化镓基蓝光、绿光和紫外光LED技术的不断成熟，发光效 率不断提高，LED应用价值越来越受到重视。LED作为一种光源有着众多的优点，突出表现 在发光效能高(最新研究成果已实现了白光1601m/W，超过了白炽灯和荧光灯，因此在节 能方面有优异的表现)；光波长范围窄，色彩饱度高；体积小、重量轻、点光源，实际应用灵 活方便；基于氮化镓的LED无毒、无公害，属于绿色环保光源。因此，LED在照明领域有着巨 大的应用价值。目前，LED已经大量进入大屏幕显示、装饰照明、建筑照明、交通指示、IXD背光等 市场，可是更大的市场在于普通照明，而LED还未能打入这个庞大市场，这是由于现在的 LED还不能满足普通照明的要求造成的。普通照明需要廉价、大功率的LED产品，可是现在 的大功率LED技术还不成熟、大功率LED制造成本还很昂贵。提升大功率LED性能的途径主要有两方面1)提高LED器件的外量子效率，以提 高芯片单位面积的出光量；2)加大芯片的面积，提高单颗芯片的出光总量。目前LED的研 究基本都集中在提高LED器件的外量子效率，从外延、芯片工艺到封装等方面提出了很多 改进的技术措施，如图形化蓝宝石衬底技术、非极化面生长技术、氮化镓自支撑衬底技术、 芯片表面粗化和纳米图形技术、薄膜LED芯片技术、倒装LED技术等等。这些技术的应用都 可以有效提高LED芯片单位面积的出光量，有利于制造大功率LED器件。其中倒装LED技 术(如图1所示)能有效地改善大功率LED散热，通过加入反射电极增加总的光输出，因而 能大大提升器件的性能，在众多大功率LED技术中广受关注。可是现有的倒装LED技术存 在以下问题1.需要使用价格昂贵的倒装焊设备；2.技术工艺复杂；3.成品率控制困难； 4.成本高。因此，能够把该项技术投入实际产品应用的情况并不多。从其中的第一个关键 问题来看，之所以使用这些价格昂贵的倒装焊设备是因为，这些设备可以提供很高的对准 精度(几个微米 十几个微米)，可以保证压焊区的间距(图1中的d)尽可能小，因而能够 更有效利用晶片面积。 如果把倒装LED的两种电极压焊区的间距加大到几百微米以上(如图2所示)，那 么人工或普通贴片机就可以实现对准操作，这样就避免了使用价格昂贵的倒装焊设备，从 而起到节约成本、增加产能的作用，但是也存在芯片有效利用率的问题，即芯片有源区(在 LED器件中发光区)的面积在芯片中所占比例(η)，受到限制。以GaN基LED为例，根据图 2所示，通过分析可以得到η = (L-d-dn)/L，其中d是两种电极压焊区的间距，dn是N电极 压焊区的长度，L是芯片的总长度。假设人工或普通贴片机允许的对准精度是300 μ m，相应的d的最小值就应该是300 μ m,同时假设dn和芯片的总长度的值分别为100 μ m及1mm，那么芯片有源区在芯片中所占比例η最多只有60%。而其它参数不变，把L增加到2mm时， n最多只有80%。也就是说简单增大两种电极压焊区的间距会减少芯片有效利用面积，增 加制造成本。这部分增加的成本会削弱因避免使用价格昂贵的倒装焊设备而节约的成本所 带来的优势。虽然可以继续扩大芯片的长度L，但是芯片面积的增加也会使成品率受到影 响，而使制造成本增加。
技术实现思路
鉴于上述现有倒装型光电器件芯片结构在焊装难度和芯片有效利用面积较小等 问题，本专利技术的目的旨在提供一种新型的倒装型光电器件芯片，以低廉的成本提高大功率 半导体光电器件的热可靠性。本专利技术的目的，将通过以下技术方案来实现倒装型光电器件芯片，各种电极通过对应键合或压焊安装在转移基板上，其特征 在于所述芯片的形状为三边以上的多边形，其中第一种电极的压焊区设于芯片上至少 一个顶角处，第二种电极的压焊区设于芯片顶角之外的芯片有源区，两种电极的间距至少 100 μ m0进一步地，前述的倒装型光电器件芯片，其中该多边形芯片的任意顶角小于180 度；第一种电极的压焊区位于芯片的任意一个顶角处、任意两个或两个以上的顶角处；该 多边形芯片以三角形或四边形为基本形状。进一步地，前述的倒装型光电器件芯片，其中该两种电极的构成材料包括至少单 一材料 Ti、Ag、Ni、Al、Au、Pt、Sn、In、Cr、Co、ΙΤ0、Cu、Fe、ΑΤΟ、W、ZnO，以及几种该些材料的复合体。进一步地，前述的倒装型光电器件芯片，其中该芯片具有外延基底，包含表层的外 延衬底、外延衬底下呈夹心状顺次设置的第一种半导体材料，器件有源区或量子阱，及第二 种半导体材料。其中，该外延基底至少可选性地包括Si基、SiGe基、GaN基、ZnO基、GaAs 基、InP 基、SiC 基、AlAs 基。进一步地，前述的倒装型光电器件芯片，其中该转移基板为具散热性的Si、导热陶 瓷、MCPCB、附有金属散热层的陶瓷、SiC、AlN、金刚石、具有绝缘层的金属或该些材料的复合 结构，且具有两种电极引出线和对应于两种电极的压焊区。进一步地，前述的倒装型光电器件芯片，其中该芯片适用的光电器件包括LED、固 体激光器、太阳能电池及光电探测器。本专利技术倒装型光电器件芯片倒装型光电器件芯片，其显著优点体现在该倒装型光电器件芯片投入到大功率的半导体照明应用中，能以较低的成本获得 有效的散热及发光性能。附图说明图1是现有技术倒装LED的纵向结构剖视图；图2是基于图1所示倒装LED增大两种电极压焊区间距的结构示意图；图3是本专利技术电极分布方式一实施例的芯片结构示意图4a 4c是本专利技术电极分布又一实施例及其演化形式的芯片结构示意图；图5是图3所示实施例的芯片结构示意图；图6是图4a所示实施例的芯片结构示意图；图7a和图7b分别是不同多边形形状的倒装型芯片与转移基板相焊接的结构俯视图及纵向剖面示意图。具体实施例方式实施例一为解决现有倒装型光电器件芯片中不能有效利用芯片面积的问题，本专利技术提出 了 把器件的一种电极压焊区从三角形芯片的顶角区域引出，而另一个电极压焊区在芯片 有源区内引出的结构(如图3所示)。同样以GaN基LED为例，对于这样的芯片结构，通过 分析可以得到芯片的有效利用率n = l-(d+dn)2/L2。也假设d为300ym;dn和芯片的总 长度的值分别为IOOym及1_，那么芯片有效利用率η可达84%。而其它参数不变，把L 增加到2mm时，η可达96%。与简单增加压焊区间距的结构(图2所示结构)相比，芯片 有效利用率大大提高了。如图5所示的倒装型光电器件芯片结构示意图所示光电器件芯片包括外延基底 1和两种电极，即第一种电极2与第二种电极3 ；芯片的平面结构为三角形，第一种电极2 位于三角形芯片的至少一个顶角处，第二种电极3位于芯片的其它区域；第一种电极2与第 二种电极3的间距足够大，达到可以满足普通封装设备(如贴片机)或熟练工人的对准 要求，应该> 100 μ m;其中第一种电极2可以是光电器件的阳极或阴极，第二种电极3与第 一本文档来自技高网...

【技术保护点】
倒装型光电器件芯片，各种电极通过对应键合或压焊安装在转移基板上，其特征在于：所述芯片的形状为三边以上的多边形，其中第一种电极的压焊区设于芯片上至少一个顶角处，第二种电极的压焊区设于芯片顶角之外的芯片有源区，两种电极的间距至少１００μｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡勇，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]