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CN114784166B - 一种led芯片键合方法及led芯片 - Google Patents

一种led芯片键合方法及led芯片 Download PDF

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CN114784166B
CN114784166B CN202210356202.4A CN202210356202A CN114784166B CN 114784166 B CN114784166 B CN 114784166B CN 202210356202 A CN202210356202 A CN 202210356202A CN 114784166 B CN114784166 B CN 114784166B
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ito layer
layer
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epitaxial wafer
led chip
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杨琦
胡加辉
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Abstract

本发明提供一种LED芯片键合方法及LED芯片,LED芯片包括衬底、第一ITO层、外延片、第二ITO层以及Cr层,其中,衬底上蒸镀有第一ITO层,外延片上蒸镀的第二ITO层,以及在第二ITO层上蒸镀的Cr层,蒸镀的第一ITO层及第二ITO层,和Cr层在通过高温高压的方式使得Cr层扩散至第一ITO层及第二ITO层,对第二ITO层与第二ITO层进行黏合,另外,ITO层,有着良好的电流扩展作用且ITO透光率极高可起到电流扩展作用,且Cr层厚度为时不影响光的穿透,保证了外延片与衬底贴合处有着良好的电流扩展和透光率。

Description

一种LED芯片键合方法及LED芯片
技术领域
本发明涉及LED技术领域,特别涉及一种LED芯片键合方法及LED芯片。
背景技术
一种固态的半导体器件,LED的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装起来。也称为LED发光芯片,是LED灯的核心组件,也就是指的P-N结。其主要功能是:把电能转化为光能,芯片的主要材料为单晶硅。半导体晶片由两部分组成,一部分是P型半导体,在它里面空穴占主导地位,另一端是N型半导体,在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候,它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就会被推向P区,在P区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量,这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色,是由形成P-N结的材料决定的。
在LED芯片制造端,更换衬底是很重要的一种工艺,此种工艺可使芯片通过变更不同衬底达到增加散热提高光参或背面出光的目的。目前主要的更换衬底方式大体分为两种,一种是是通过金属键合来更换为Si或其他非透明衬底,另一种是表面活化键合,此种方式主要是用在背出光芯片工艺制程中。
目前芯片制程需依靠不同键合方式作为更换衬底的关键工序,但不同的键合方式均有其弊端。金属键合电导率较好,但无法透光,因此金属键合的芯片虽然电压较好但对于LED芯片来说,仅适用于正面出光的芯片。而表面活化键合,虽然透光率高,但所活化的表面基本为SiO2等不导电材料,因此电流扩展相对薄弱。
发明内容
基于此,本发明的目的是提供一种LED芯片键合方法,其特征在于,所述方法包括:
提供外延片及衬底;
在所述衬底上蒸镀第一ITO层,并在所述第一ITO层上蒸镀Cr层;
在所述外延片上蒸镀第二ITO层;
将所述外延片蒸镀有所述第二ITO层的一侧与所述衬底蒸镀有所述Cr层的一侧贴合;
对贴合后的所述外延片与所述衬底进行退火处理。
进一步的,所述在所述衬底上蒸镀第一ITO层步骤中,环境真空条件大于6E-6Torr,环境温度条件为180℃~220℃,蒸镀的镀率为
进一步的,所述在所述外延片上蒸镀第二ITO层步骤中,环境真空大于6E-6Torr、环境温度条件为180℃~220℃、所述蒸镀的镀率为
进一步的,所述在所述第一ITO层上蒸镀Cr层步骤中,环境真空条件大于6E-6Torr,环境温度条件为180℃~220℃、所述蒸镀的镀率为
进一步的,所述在所述衬底上蒸镀第一ITO层,并在所述第一ITO层上蒸镀Cr层步骤中,蒸镀的所述第一ITO层厚度为蒸镀的所述Cr层厚度为
进一步的,所述在所述外延片上蒸镀第二ITO层的步骤中,蒸镀的所述第二ITO层厚度为
进一步的,对贴合后的所述外延片与所述衬底进行退火处理的步骤包括:
将蒸镀有所述第二ITO层的所述外延片与蒸镀有所述第一ITO层及Cr层的所述衬底贴合,放入退火机台内,进行温度在420℃及以上的环境下退火处理。
进一步的,所述对贴合后的所述外延片与所述衬底进行退火处理的步骤,还包括:
对蒸镀有所述第二ITO层的所述外延片与蒸镀有所述第一ITO层及所述Cr层的所述衬底,进行加压处理。
进一步的,加压处理的压力条件大于12000kg,键合时间为90min~150min。
本发明的另一个目的在于提供一种LED芯片,采用上述的方法制备得到。
与现有技术相比:蒸镀的第一ITO层及第二ITO层,(其中,ITO是一种N型氧化物半导体-氧化铟锡,ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜,通常有两个性能指标:电阻率和透光率),和Cr层在通过高温高压的方式使得Cr层扩散至第一ITO层及第二ITO层,对第二ITO层与第二ITO层进行黏合,其中,Cr层在温度达到420℃及以上时可快速熔化,并扩散熔合至ITO层表面,并在Cr层冷却后起到黏合ITO层的目的,解决了现有金属键合和表面活化键合时,金属键合电导率较好,但无法透光,以及现有活化键合,虽然透光率高,但所活化的表面基本为SiO2等不导电材料,因此电流扩展相对薄弱等问题,另外,ITO层,有着良好的电流扩展作用且ITO透光率极高可起到电流扩展作用,且Cr层厚度为时不影响光的穿透,保证了外延片与衬底贴合处有着良好的电流扩展和透光率。
附图说明
图1为本发明实施例一当中的LED芯片的生长方法结构示意图;
图2为本发明实施例一当中的LED芯片键合方法结构示意图;
图3为本发明实施例二当中的LED芯片键合方法的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是,当元件被称为“固设于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
请参阅图1至2,所示为本发明实施例一中的LED芯片,包括衬底1、第一ITO层2、外延片5、第二ITO层4以及Cr层3。
其中,衬底1上蒸镀有第一ITO层2,外延片5上蒸镀的第二ITO层4,以及在第二ITO层4上蒸镀的Cr层3。
具体的,所述衬底为蓝宝石,所述衬底为平面衬底或图形化衬底,但不限于此;
ITO层也称为导电玻璃,是一种n型半导体材料,具有高的导电率、高的可见光透过率、高的机械硬度和良好的化学稳定性;
Cr层也称氯丁橡胶,氯丁橡胶(Neoprene),又名氯丁二烯橡胶,新平橡胶。由氯丁二烯(即2-氯-1,3-丁二烯)为主要原料进行α-聚合而生产的合成橡胶,被广泛应用于用于抗风化产品、粘胶鞋底、涂料和火箭燃料。
在本实施例当中,蒸镀的ITO层(包括第一ITO层2及第二ITO层4),和Cr层3在通过高温高压的方式使得Cr层3扩散至ITO层,对第二ITO层2与第二ITO层4进行黏合(如图二所示),另外,ITO层,有着良好的电流扩展作用且ITO透光率极高可起到电流扩展作用,例如,(ITO在厚度时红光透光率>88%),而Cr层3则起到黏合剂的作用,使外延片5和衬底1的芯片ITO能够通过Cr的熔合扩散贴合在一起。以此方式替代料目前现有的金属键合和表面活化键合,解决现有金属键合和表面活化键合时,金属键合电导率较好,但无法透光,以及现有活化键合,虽然透光率高,但所活化的表面基本为SiO2等不导电材料,因此电流扩展相对薄弱等问题,另外,Cr层在厚度时不影响光的穿透,通过对ITO层以及Cr层的特性运用,使得本发明中的,外延片5与衬底1贴合处有着良好的电流扩展和透光率。
实施例二
请参阅图3,为本发明实施例二中提供的LED芯片键合方法,该方法包括步骤S01~S06
步骤S01,提供生长所需的外延片及衬底。
步骤S02,在所述衬底上蒸镀第一ITO层,并在所述第一ITO层上蒸镀Cr层。
本实施例具体实施时,在衬底上蒸镀第一ITO层,需在环境真空条件大于6E-6Torr(其中6E-6Torr表示6E的负六次方“托”的真空压强条件)、环境温度在180℃~220℃条件中,对衬底表面蒸镀ITO层,其中蒸镀的镀率为最后完成第一ITO层厚度为的蒸镀过程,之后在衬底上所蒸镀的第一ITO层表面再蒸镀一层Cr层,需在环境真空条件大于6E-6Torr,环境温度在180℃~220℃条件中,对第一ITO层表面蒸镀Cr层,其中,镀率为最后完成Cr层厚度为的蒸镀过程。
步骤S03,在所述外延片上蒸镀第二ITO层。
本实施例具体实施时,在外延片上蒸镀第二ITO层,其中蒸镀第二ITO层的环境参数和镀率与步骤S02相同,且第二ITO层是同时与第一ITO层进行蒸镀处理,最后完成第二ITO层厚度为的蒸镀过程。
步骤S04,将蒸镀有所述第二ITO层的所述外延片与蒸镀有所述第一ITO层及所述Cr层的所述衬底贴合,并放入退火机台内进行退火处理。
本实施例具体实施时,将生长后的外延片与生长后的衬底贴合,形成衬底、至第一ITO层、至Cr层、至第二ITO层、至外延片等,从上倒下排列形式,并贴合放入可进行加压状态的退火机台内或直接放入键合机台内进行工艺处理;
进一步的,在放入LED芯片材料后,需先对退火机台进行预热处理,使得温度缓慢提升至420℃及以温度,确保Cr层在熔解过程中的稳定性与可控性,并充分熔合扩散与ITO层接触,避免退火机台内温度直接达到Cr熔解温度时,Cr层发生快速熔解且分布在ITO层表面不均情况;
另外,为提高Cr层熔合扩散至ITO层时两者接触质量,在保证当前退火机台内温度处于420℃及以时还需对LED芯片进行加压处理,且压力>12000kg,为提高后续衬底上的第一ITO层和外延片上的第二ITO层充分中间的Cr层接触,并在上述满足压力以及温度的键合条件下,保证键合时间为90min~150min,确保Cr层充分且均匀的扩散至ITO层表面,提高后续生长后的衬底与生长后的外延片之间的黏合质量。
步骤S05,工艺完毕。
进一步的,在工艺完毕之前,需保证退火机台或键合机台内温度自然冷却至常温状态后将LED芯片取出,保证融合扩散后的Cr层黏合牢固与稳定。
综上,本发明实施例当中的LED芯片,蒸镀的第一ITO层及第二ITO层,和Cr层在通过高温高压的方式使得Cr层扩散至第一ITO层及第二ITO层,对第二ITO层与第二ITO层进行黏合,其中,Cr层在温度达到420℃及以上时可快速熔化,并扩散熔合至ITO层表面,并在Cr层冷却后起到黏合ITO层的目的,解决了现有金属键合和表面活化键合时,金属键合电导率较好,但无法透光,以及现有活化键合,虽然透光率高,但所活化的表面基本为SiO2等不导电材料,因此电流扩展相对薄弱等问题,另外,ITO层,有着良好的电流扩展作用且ITO透光率极高可起到电流扩展作用,且Cr层厚度为时不影响光的穿透,保证了外延片与衬底贴合处有着良好的电流扩展和透光率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种LED芯片键合方法,其特征在于,所述方法包括:
提供外延片及衬底;
在所述衬底上蒸镀第一ITO层,并在所述第一ITO层上蒸镀氯丁橡胶层(Cr),蒸镀的所述第一ITO层厚度为蒸镀的所述Cr层厚度为
在所述外延片上蒸镀第二ITO层;
将所述外延片蒸镀有所述第二ITO层的一侧与所述衬底蒸镀有所述Cr层的一侧贴合;
对贴合后的所述外延片与所述衬底进行退火处理。
2.根据权利要求1所述的LED芯片键合方法,其特征在于,所述在所述衬底上蒸镀第一ITO层步骤中,环境真空条件大于6E-6Torr,环境温度条件为180℃~220℃,蒸镀的镀率为
3.根据权利要求1所述的LED芯片键合方法,其特征在于,所述在所述外延片上蒸镀第二ITO层步骤中,环境真空大于6E-6Torr、环境温度条件为180℃~220℃、所述蒸镀的镀率为
4.根据权利要求1所述的LED芯片键合方法,其特征在于,所述在所述第一ITO层上蒸镀Cr层步骤中,环境真空条件大于6E-6Torr,环境温度条件为180℃~220℃、所述蒸镀的镀率为
5.根据权利要求1所述的LED芯片键合方法,其特征在于,所述在所述外延片上蒸镀第二ITO层的步骤中,蒸镀的所述第二ITO层厚度为
6.根据权利要求1所述的LED芯片键合方法,其特征在于,对贴合后的所述外延片与所述衬底进行退火处理的步骤包括:
将蒸镀有所述第二ITO层的所述外延片与蒸镀有所述第一ITO层及Cr层的所述衬底贴合,放入退火机台内,进行温度在420℃及以上的环境下退火处理。
7.根据权利要求6所述的LED芯片键合方法,其特征在于,所述对贴合后的所述外延片与所述衬底进行退火处理的步骤,还包括:
对蒸镀有所述第二ITO层的所述外延片与蒸镀有所述第一ITO层及所述Cr层的所述衬底,进行加压处理。
8.根据权利要求7所述的LED芯片键合方法,其特征在于,加压处理的压力条件大于12000kg,键合时间为90min~150min。
9.一种LED芯片,其特征在于,采用权利要求1至8中任一项所述的方法制备得到。
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