專利名稱：一種基于硅基的led芯片發(fā)光器件的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于半導體器件領域，尤其涉及一種由LED芯片構成的發(fā)光器件。
背景技術：
隨著半導體照明技術應用的日益廣泛，LED芯片/發(fā)光器件的產(chǎn)量正在飛速增長?，F(xiàn)有的LED發(fā)光器件，其結構為在一個基板上粘接LED芯片，再采用飛線法/打線法將連接導線(業(yè)內(nèi)稱之為“金線”)從LED芯片的P-N結上引出，連接到發(fā)光器件的引出管腳上，與外界電源或電路連接。“金線”，又稱球焊金絲或引線金絲，是微電子工業(yè)的重要材料，通常用作芯片和引線框架間連接線。 授權公告日為2011年I月26日，授權公告號為CN 201725801U的中國實用新型專利“一種大功率LED的封裝結構”所公開的技術方案即為采用上述封裝方法所生產(chǎn)的產(chǎn)品及其產(chǎn)品結構。上述這種封裝方式和產(chǎn)品結構，帶來如下問題I、基板和LED芯片之間采用粘結劑連接，粘結層易有氣泡存在，而氣泡率增高，則熱阻增大，影響到整個LED芯片的熱量傳導和散熱效果，這一點對大功率LED芯片尤為關鍵；2、現(xiàn)有采用飛線法/打線法生產(chǎn)LED芯片的生產(chǎn)線因為金線連接合格率的問題，對成品率有一定影響，且金線的存在，使得整個發(fā)光器件的使用壽命和工作可靠性也受到一定影響；3、金線橫跨在LED芯片上方，阻礙了 LED芯片所發(fā)出的光線，給LED發(fā)光器件的發(fā)光效果或有效光輸出帶來一定的影響；4.近兩年來黃金價格不斷攀高，用于LED封裝用的金絲價格也不斷增長，直接增加了 LED芯片的生產(chǎn)成本。；5、現(xiàn)有采用飛線法/打線法生產(chǎn)LED芯片的生產(chǎn)線能力已經(jīng)接近飽和，但是還遠遠不能滿足實際市場需求。相反，由于前期長時間的持續(xù)性投入，各大集成電路生產(chǎn)廠商所擁有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線面臨著嚴重的生產(chǎn)能力過剩，面臨著開工不足的局面。由于封裝生產(chǎn)工藝的不同，集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率/生產(chǎn)能力要遠遠高于現(xiàn)有LED芯片的封裝生產(chǎn)線。如果能利用現(xiàn)有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線來對LED芯片進行封裝，則可大幅度地提高LED發(fā)光器件的生產(chǎn)能力和降低生產(chǎn)成本，對集成電路生產(chǎn)廠商和LED發(fā)光器件生產(chǎn)/供應商來講，均是一件雙贏的事。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種基于硅基的LED芯片發(fā)光器件，其利用集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線和制造技術，采用平面封裝工藝來對LED芯片進行封裝，得到LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊。其既使LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊的平面封裝得以順利實現(xiàn)，又可使現(xiàn)有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線找到新的生產(chǎn)/加工產(chǎn)品，為現(xiàn)有集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線的應用擴展了一個全新的領域，且降低了 LED發(fā)光器件的生產(chǎn)/制造成本。本實用新型的技術方案是提供一種基于硅基的LED芯片發(fā)光器件，包括單顆或多顆LED芯片，其特征是設置一用于承載LED芯片的硅片；所述的硅片與LED芯片之間通過“鍵合”固接為一體；在硅片表面及LED芯片周圍或各個LED芯片之間，設置一層玻璃絕緣層；在玻璃絕緣層和LED芯片的表面，設置有層狀或膜狀連接電極；所述的硅片、LED芯片、玻璃絕緣層及連接電極，構成LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊。具體的，其所述的硅片為單面拋光晶圓硅片或多晶硅片。其所述的玻璃絕緣層為磷硅基玻璃絕緣層或硼磷硅基玻璃絕緣層。進一步的，其所述位于硅片上的LED芯片至少為一個。其所述的LED芯片經(jīng)層狀或膜狀連接電極，與外部電路或電源相連接。現(xiàn)有技術比較，本實用新型的優(yōu)點是I.利用現(xiàn)有的集成電路IC芯片生產(chǎn)技術和現(xiàn)有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線，生產(chǎn)符合要求的LED芯片發(fā)光器件，可使現(xiàn)有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線找到新的生產(chǎn)/加工對象，為現(xiàn)有集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線的應用擴展了一個全新的適用領域2.充分利用集成電路IC芯片生產(chǎn)中的平面封裝工藝來對LED芯片進行封裝，無“金線”連接結構，對LED發(fā)光器件的發(fā)光效果或有效光輸出帶來改善，整個發(fā)光器件的使用壽命和工作可靠性得到提高，降低了其生產(chǎn)/制造成本；3. LED芯片與承載的硅片之間采用“鍵合”的方式直接固接，中間無粘結膠層，熱阻小，有助于改善LED發(fā)光器件的散熱/導熱效果，特別適合于大功率LED發(fā)光器件的生產(chǎn)，換句話說，在相同的外部環(huán)境條件或電源功率的情況下，采用本技術方案所生產(chǎn)的LED發(fā)光器件可以輸出更大的光功率；4.根據(jù)電路連接關系對硅片上的多個LED芯片進行切割，便于生產(chǎn)各種規(guī)格/功率的發(fā)光器件，產(chǎn)品規(guī)格靈活多樣，降低了生產(chǎn)成本，提高了現(xiàn)有集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線的利用率或開工率，5.為現(xiàn)有集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線的應用和使用，擴展了一個全新的領域。

圖I是本實用新型LED發(fā)光器件的結構示意圖。圖中I為硅片，2為LED芯片，3為玻璃絕緣層，4連接電極。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步說明。圖I中，采用本技術方案的基于硅基的LED芯片發(fā)光器件，包括單顆或多顆LED芯片，其結構為設置一用于承載LED芯片2的硅片I ;所述的硅片與LED芯片之間通過“鍵合”固接為一體；在LED芯片周圍設置一層玻璃絕緣層3 ;在玻璃絕緣層和LED芯片的表面，設置有層狀或膜狀連接電極4。上述的硅片、LED芯片、玻璃絕緣層及連接電極，構成LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊。具體的，其所述的硅片為單面拋光晶圓硅片或多晶硅片。硅片的面積或尺寸大小選擇，可根據(jù)需要設置的LED芯片個數(shù)的多少或準備生產(chǎn)的LED發(fā)光器件的總功率大小而定。其硅片的切割，按照單個LED芯片的P-N結電路連接關系來進行；或者，按照多個LED芯片各個P-N結之間的電路連接關系來進行。在IC芯片的制造/封裝領域中，所謂的“鍵合”技術，是一種將兩片表面清潔、原子級平整的同質(zhì)或異質(zhì)半導體材料，經(jīng)表面清洗和活化處理，通過化學和物理作用，在一定條件下直接結合，通過范德華力、分子力甚至原子力使晶片鍵合成為一體的技術，多用在半 導體和微電子工藝制造過程中?！版I合”良好的同質(zhì)或異質(zhì)半導體材料，其鍵合強度可高達12MPa以上，完全可以滿足LED發(fā)光器件的生產(chǎn)/使用要求。其所述的玻璃絕緣層為磷硅基玻璃絕緣層或硼磷硅基玻璃絕緣層。磷娃基玻璃(Phospho-silicate-glass, PSG)在高溫下的流動性較好,可廣泛用作為半導體芯片表面平坦性好的層間絕緣膜。PSG要求的回流溫度很高，大約1100°C，高溫處理容易一起雜質(zhì)濃度再擴散和硅片變形，以往PSG增加磷⑵的含量可以降低回流溫度，但是P的含量增加會影響膜的穩(wěn)定性和可靠性。因此出現(xiàn)了摻硼(B)的BPSG(Boro-phospho_silicate-glass,硼磷娃玻璃)來代替PSG，其中B的作用是降低回流溫度，P主要是起抗離子的作用(主要是鈉(Na)離子)。回流溫度隨B的增加而下降。但B的含量增加使抗潮能力減弱，因此B的含量要適當。一般在BPSG中，B和P各占4%?；亓鳒囟冉档搅?800 950°C，由于P含量的降低，既可減小PSG膜中吸潮后生成H3P04對Al的腐蝕，又改善了臺階梯度。另一方面，BPSG具有卓越的填孔能力，并且能夠提高整個硅片表面的平坦化，從而為光刻及后道工藝提供了更大的工藝范圍。進一步的，其所述的LED芯片經(jīng)層狀或膜狀連接電極，與外部電路或電源相連接。層狀或膜狀連接電極，屬現(xiàn)有技術，其具體實現(xiàn)方法或結構，在此不再敘述。本技術方案實際上是在集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線上，采用下列步驟對LED芯片進行封裝A、利用娃片作承載體,在娃片上放置多個LED芯片；B、采用“鍵合”方式將LED芯片直接固定在硅片上；C、用加溫后呈液態(tài)的玻璃，掩埋/填平各個LED芯片之間的間隙，在硅片表面及各個LED芯片之間形成絕緣層；D、待玻璃固化后，對硅片置有LED芯片的一面進行拋光，至LED芯片露出為止；E、采用“鍍膜”法在固化后的玻璃以及LED芯片的表面制備所需要的連接電極；F、對硅片進行切割，得到載有單個LED芯片或集成有多個LED芯片，且經(jīng)連接電極構成引出線的LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊產(chǎn)品。具體的，其所述的玻璃為磷硅基玻璃或硼磷硅基玻璃。[0051]其所述的拋光為機械拋光或化學拋光。其所述的硅片為單面拋光晶圓硅片或多晶硅片。其所述的切割，按照單個LED芯片的P-N結電路連接關系來進行；或者，按照多個LED芯片各個P-N結之間的電路連接關系來進行。其所述的“鍵合”方式為現(xiàn)有集成電路IC芯片制造/封裝技術中的“鍵合”方法。進一步的，上述的封裝方法采用現(xiàn)有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線來實現(xiàn)整個LED芯片封裝過程。上述的封裝方法采用集成電路IC芯片制造/封裝生產(chǎn)中的平面封裝工藝來對LED芯片進行封裝，得到LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊。 采用上述的封裝方法將LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件組的結構“臺面化”，以達到提高生產(chǎn)效率/產(chǎn)量，降低制造成本、提高工作可靠性、改善熱傳導效果和提高出光效率的目的。采用上述封裝方式，即可制得本技術方案之結構的LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊。封裝(Package)對于IC芯片來說是必須的，也是至關重要的。它不僅起著保護芯片和增強導熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁和規(guī)格通用功能的作用。封裝的主要作用有(I)物理保護；(2)電氣連接；(3)標準規(guī)格化。由于現(xiàn)有封裝方式所生產(chǎn)的LED發(fā)光器件，其封裝結構為“立體式”，存在諸多缺陷，制約了其進一步的發(fā)展。而本技術方案將LED發(fā)光器件的封裝結構“臺面化”(或稱之為平面化/層疊化)，在結構上取消了“金線”連接結構，避免和消除了現(xiàn)有LED發(fā)光器件封裝方法或工藝的缺陷和不足，其對LED發(fā)光器件的發(fā)光效果或有效光輸出帶來了改善，整個發(fā)光器件的使用壽命和工作可靠性得到提高，亦降低了其生產(chǎn)/制造成本。達到提高生產(chǎn)效率/產(chǎn)量，提高工作可靠性、改善熱傳導效果和提高出光效率的目的，對于LED發(fā)光器件的生產(chǎn)和制造，將帶來巨大的影響。同時，利用現(xiàn)有的集成電路IC芯片生產(chǎn)技術和現(xiàn)有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線，生產(chǎn)出符合要求的LED芯片發(fā)光器件，可使現(xiàn)有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線找到新的生產(chǎn)/加工對象，為現(xiàn)有集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線的應用和使用，擴展了一個全新的領域。此外，本技術方案中LED芯片與承載的硅片之間采用“鍵合”方式直接固接，中間無粘結膠層，熱阻小，有助于改善LED發(fā)光器件的散熱/導熱效果，特別適合于大功率LED發(fā)光器件的生產(chǎn)，在相同的外部環(huán)境條件或電源功率的情況下，采用本技術方案所生產(chǎn)的LED發(fā)光器件可以輸出更大的光功率。米用本技術方案,便于生產(chǎn)各種規(guī)格/功率的LED發(fā)光器件,產(chǎn)品規(guī)格靈活多樣，降低了生產(chǎn)成本，提高了現(xiàn)有集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線的利用率或開工率，亦可提高LED發(fā)光器件的成品率和使用壽命。本實用新型可廣泛用于LED發(fā)光器件的生產(chǎn)/制造領域。
權利要求1.一種基于硅基的LED芯片發(fā)光器件，包括單顆或多顆LED芯片，其特征是 設置一用于承載LED芯片的硅片； 所述的硅片與LED芯片之間通過“鍵合”固接為一體； 在硅片表面及LED芯片周圍或各個LED芯片之間，設置一層玻璃絕緣層； 在玻璃絕緣層和LED芯片的表面，設置有層狀或膜狀連接電極； 所述的硅片、LED芯片、玻璃絕緣層及連接電極，構成LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊。
2.按照權利要求I所述的基于硅基的LED芯片發(fā)光器件，其特征是所述的硅片為單面拋光晶圓娃片或多晶娃片。
3.按照權利要求I所述的基于硅基的LED芯片發(fā)光器件，其特征是所述的玻璃絕緣層為磷硅基玻璃絕緣層或硼磷硅基玻璃絕緣層。
4.按照權利要求I所述的基于硅基的LED芯片發(fā)光器件，其特征是所述位于硅片上的LED芯片至少為一個。
5.按照權利要求I所述的基于硅基的LED芯片發(fā)光器件，其特征是所述的LED芯片經(jīng)層狀或膜狀連接電極，與外部電路或電源相連接。
專利摘要一種基于硅基的LED芯片發(fā)光器件，屬半導體器件領域。其設置一用于承載LED芯片的硅片；硅片與LED芯片之間通過“鍵合”固接為一體；在硅片表面及LED芯片周圍或各個LED芯片之間設置一層玻璃絕緣層；在玻璃絕緣層和LED芯片的表面，設有層狀或膜狀連接電極；所述的硅片、LED芯片、玻璃絕緣層及連接電極構成LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊。本技術方案既使LED發(fā)光器件的平面封裝得以順利實現(xiàn)，又可使現(xiàn)有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線找到新的生產(chǎn)/加工產(chǎn)品，為現(xiàn)有集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線的應用擴展了一個全新的領域，且降低了LED發(fā)光器件的生產(chǎn)/制造成本，特別適合于大功率LED發(fā)光器件的生產(chǎn)，在相同的外部環(huán)境條件或電源功率的情況下可輸出更大的光功率?？蓮V泛用于LED發(fā)光器件的生產(chǎn)/制造領域。
文檔編號H01L33/62GK202601719SQ20122016434
公開日2012年12月12日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權日2012年4月17日
發(fā)明者李抒智, 馬可軍 申請人:上海半導體照明工程技術研究中心