[发明专利]一种高压直流发光二极管芯片制造方法及其结构

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管芯片制造方法及其结构，尤其是指一种用于半导体照明领域的高压直流发光二极管芯片制造方法及其结构。

背景技术

发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率发光二极管可能实现半导体固态照明，引起人类照明史的革命，从而逐渐成为目前电子学领域的研究热点。

传统的芯片制造工艺是在一片衬底上同时制备数百个甚至数千个芯片，每个芯片之间有一定的距离，在制备好这些芯片之后，进行划片、切割将他们分离，最后经后续的封装等工艺得到单个发光二极管。通常单个发光二极管管芯的结构为在蓝宝石等衬底上外延了N型半导体层、有源层、P型半导体层的单PN结结构。另外，在P型半导体层上配置有P电极，在N型半导体层上配置有N电极。

目前，不管是大功率的还是小功率的LED照明应用，一般都由电源、LED驱动器、LED芯片、透镜和基板几部分构成，其中关键的元件是LED驱动器，它必须提供一个恒流输出才能保证LED发出的光不会忽明忽暗、以及不会发生LED色偏现象，而驱动电路的成本、能耗和稳定性是制约LED广泛应用的一个重要瓶颈，由于高压驱动电路技术相对更加成熟、应用更加广泛，因此，开发利用高压直流驱动电路的LED芯片对进一步发挥LED光源及相对传统光源优势及进一步普及LED光源的应用都有重要意义。对于半导体照明用的大功率发光二极管，40瓦的半导体灯可以通过串联40只1瓦的单个大功率发光二极管来实现。然而，对于半导体照明用的小功率发光二极管，若要制成40瓦的半导体灯则需要串联更多的单个独立管芯；由于使用的管数很多，因此需要增加更加复杂的外围电路及驱动器。这样不但给外围电路的设计带来难度，而且复杂的电路结构也会对器件的可靠性、使用寿命以及发光性能等带来负面的影响。

因此，在半导体照明领域，如何突破现有技术进一步简化发光二极管的外围电路设计，简化制作工艺，提高芯片发光性能，提高芯片可靠性，延长芯片使用寿命等，仍然是本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种高压直流发光二极管芯片的制造方法及采用该方法制作的高压直流发光二极管芯片结构。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

1)粗糙化导热转移衬底，增加用于倒装及键合的表面面积；在导热转移衬底上制作用于将多个LED芯片单元连接的串联电路单元，同时将不属于串联电路单元的其余衬底表面绝缘处理；

2)制作独立的采用蓝宝石衬底的LED芯片单元，并将独立的LED芯片单元进行分选；

3)将已经分选好的独立LED芯片单元倒装在已经制备有串联电路单元的导热转移衬底上，使多个LED芯片单元依次串联；

4)将倒装在导热转移衬底上的所有LED芯片单元一起再做低温高压键合工艺；

5)激光剥离所述蓝宝石衬底；

6)清洗剥离后的LED芯片单元；

7)研磨倒装有多个LED芯片单元的导热转移衬底，按照导热转移衬底上制作的串联电路单元划裂导热衬底，形成独立的高压直流LED。

作为本发明的优选方案，步骤1)中，制作串联电路单元包括在导热转移衬底上制作用于LED芯片单元电极压焊的电极焊盘及串联多个LED芯片单元的金属互连线路。

作为本发明的优选方案，步骤1)中，制作所述绝缘层将串联电路单元之外的导热转移衬底表面钝化绝缘。进一步优选的，所述绝缘层采用SiO₂材料、SiN、TiN、TaN中的一种或其中多种组成的复合材料。

进一步优选的，所述导热转移衬底采用Si衬底或Cu衬底。

作为本发明的优选方案，步骤3)中的倒装工艺包括：利用键合工艺将多个LED芯片单元的N电极和P电极与所述导热转移衬底上的串联电路单元连接，从而使多个LED芯片单元依次串联。

进一步优选的，所述低温高压键合工艺采用压力为2-4吨，温度为100-300摄氏度。

一种高压直流发光二极管芯片结构，包括：多个LED芯片单元和一个芯片基底；

所述LED芯片单元顺序包括N型半导体层、有源层和P型半导体层，以及分别与N型半导体层和P型半导体层电连接的N电极和P电极，所述N电极和P电极位于发光二极管芯片单元的同一面上；

所述芯片基底包括导热衬底、位于导热衬底上的绝缘层，以及位于绝缘层外的用于串联多个LED芯片单元的串联电路；

所述多个LED芯片单元倒装于所述芯片基底上，且所述多个LED芯片单元依次串联。