1、LED倒装芯片的制备目 录一研究背景二研究内容三结论四致谢研究背景 随着工业化程度的提高，世界能源消耗迅速增加，能源紧张问题日益突出。发光二极管(LED)是一种新型固态照明光源，具有体积小、安全性高、稳定性好、高光效、绿色环保等优点，有可能取代传统的白炽灯、荧光灯而成为第四代照明光源。目前，国内大部分都在使用荧光灯等传统光源，若用LED取代后可以减少22%的照明用电。目前市场上的白光LED大部分采用正装蓝光LED和黄光荧光粉组合，而正装蓝光GaN LED芯片存在以下问题：1.蓝宝石的热导率比较低，影响器件的散热性能 2.光出射时存在 p 电极的阻挡，降低了光提取效率 3.驱动电流小正装LED的
2、结构与灯 针对上述正装LED芯片遇到的瓶颈问题，本文提出采用倒装LED芯片结构以改善其光电性能，主要内容如下：（1）介绍LED的各种参数、LED芯片的基本制备工艺流程以及相关设备的工作原理；（2）制备倒装LED芯片，与正装芯片作对比，并对其发展前景进行了展望。研究内容LED的基本理论 发光二极管是由-族化合物，如GaAs、Ga、GaAsP等半导体制成的PN结光电子器件。发光是因为电子跃迁复合产生光子，在LED的结构中，载流子会被限制在有源层内，这大大提高了少数载流子浓度，从而电子与空穴进行辐射复合的可能性更大，提高了LED的发光效率。GaN基LED的基本结构复合发光原理LED的光电参数正向工作
3、电流正向工作电压允许功耗最大正向直流电流最大反向电压反向击穿电压反向漏电流发光效率内量子效率外量子效率光提取效率光通量发光强度照度亮度色温显色指数主波长实验过程 本研究的目标是15*30mil倒装蓝光LED芯片，其制备工艺流程主要有：外延片清洗蒸镀ITOITO光刻ITO合金沉积SiO2深刻光刻ICP深沟刻槽沉积SiO2蒸镀N区引导层剥离去胶蒸镀反射电极剥离去胶沉积SiO2光刻PAD蒸镀PAD电极剥离去胶研磨130um测试分选蒸镀机合金炉Samco的RIE-212ICP刻蚀机PVA-Tepla-AG等离子去胶机MA-100e自动曝光机Oxford Plasmalab 80Plus PECVD所用
4、设备(1)外延片的清洗制备工艺流程主要化学药品：ACE（丙酮）、IPA（异丙醇）、HCL、H2SO4、H2O2等。在55的ACE中浸泡5min、IPA中浸泡1min、在HCL(HCL：H2O为1：1）中浸泡5min、70的511（H2SO4、H2O2、H2O为5：1：1）中浸泡3minQDR清洗，即用去离子水喷淋后，当水阻大于15M之后，结束淋洗，最后甩干。外延片目的：清洗晶片表面的颗粒、有机物残留、无机物残留、需要去除的氧化层等。(2)ITO的蒸镀、光刻与刻蚀光刻版 先在ITO蒸镀机上蒸镀一层ITO，厚度在1200左右MESA光刻，先进行涂正胶，接着前烘、曝光、显影去胶：将晶片浸入NMP（二
5、甲基吡咯烷酮）中，在超声波加热器中5min，温度为75；接着进行浸入IPA中两次，每次1min；接着进行QDR清洗合金：在合金炉中进行合金，设定温度550，时间为90sITO的刻蚀：先在ITO刻蚀液中刻蚀，温度为60左右，然后再进行ICP刻蚀适当时间(3)ICP深刻沟槽沉积SiO2:厚度大约为10000光刻：先涂增粘剂，然后涂正胶、前烘，曝光，显影、坚膜、等离子去胶；ICP刻蚀：时间约15min 去胶、QDR清洗SiO2腐蚀：所用溶液为BOE，其成分为HF、NH4F，刻蚀约2min光刻版（4）蒸镀N区引导层清洗:在55的ACE中浸泡5min、IPA中浸泡1min，QDR清洗光刻：先涂增粘剂，然
6、后涂负胶、前烘，曝光，显影、坚膜、等离子去胶；蒸镀N区引导层：蒸镀Cr/Al/Cr，厚度分别为20、1500、2000，设定蒸镀速度为1/s、20/s、1/s撕金、去胶、QDR清洗SiO2腐蚀：所用溶液为BOE，其成分为HF、NH4F，刻蚀约1min沉积SiO2:厚度大约为3000光刻版（5）蒸镀反射电极清洗:在55的ACE中浸泡5min、IPA中浸泡1min，QDR清洗光刻：先涂增粘剂，然后涂负胶、前烘，曝光，显影、坚膜、等离子去胶；蒸镀反射电极：蒸镀Ni/Ag/Cr，厚度分别为5、2000、1000，蒸镀速度为1/s、5/s、1/s 撕金、去胶、QDR清洗SiO2腐蚀：所用溶液为BOE，其
7、成分为HF、NH4F，刻蚀约2min光刻版（6）光刻PAD电极清洗:在55的ACE中浸泡5min、IPA中浸泡1min，QDR清洗光刻：先涂增粘剂，然后涂负胶、前烘，曝光，显影、坚膜、等离子去胶；去胶、QDR清洗SiO2腐蚀：结合湿法刻蚀与干法刻蚀，即BOE与ICP刻蚀沉积SiO2:厚度大约为15000光刻版（7）蒸镀PAD电极蒸镀PAD电极：蒸镀Al/Ni/Au，厚度分别为8000、1000、1500撕金、去胶、QDR清洗光刻：先涂增粘剂，然后涂负胶、前烘，曝光，显影、坚膜、等离子去胶光刻版后续工艺的处理倒装芯片使用研磨机将蓝宝石衬底磨掉 130m抛光处理用激光划片机进行划片用裂片机将晶片分
8、裂为独立的 LED 芯片正装LED（8*15mil）的制备外延片清洗MESA光刻GaN刻蚀ITO光刻ITO刻蚀ITO合金沉积SiO2BP光刻SiO2刻蚀蒸镀Au撕金合金研磨切割测试分选正装LED（8*15mil）的制备正装蓝光芯片n倒装工艺需要六次光刻，而正装工艺只需三次光刻n在封装时，倒装只需将芯片与基板进行贴装，就不需要焊线工序，比正装更简单，但其精度要求较高 总的来说，倒装芯片的工艺尽管省去了焊线过程，但工艺较之正装还是比较复杂的，仍需要研究者们对工艺进行研究，从而简化工艺流程。与正装LED制备对比 对制备的芯片进行测试，其结果如表所示：从数据对比中，可以看出：n在主波长与正向电压方面，
9、二者的差别不大n倒装芯片的驱动电流较之正装有显著的提升，解决了正装LED的驱动电流小的问题，而大电流驱动下，光效则更高，在大功率照明应用中具有显著的优势及广阔的前景。结构结构尺寸尺寸（milmil）厚度厚度（mm）主波长主波长（nmnm）正向电压正向电压（V V）最大正向电流最大正向电流（mAmA）亮度亮度（mWmW）正装8*15 9010 447-4652.8-3.23028倒装15*30140445-4602.9-3.3350150在结构上，倒装具有以下优点：倒装结构无需通过蓝宝石散热，从与基板的结合处散热，由于基板的热传导比蓝宝石更好，使得散热性能好；倒装结构芯片由于电极结构的设计，表现
10、出良好的电流扩展性能和欧姆接触性能，在大电流驱动下，光效更高，可以作为大功率照明光源；采用免金线封装，避免了因金线损伤而产生的问题，提高了其安全性与可靠性；对于倒装结构，光的输出要经过蓝宝石、荧光粉和硅胶，它们的折射率依次为1.8、1.7、1.45。故其全反射临界角大约为60，而正装结构的临界角在40左右。因此倒装结构全反射临界角更大，降低了因光线全反射造成的损失，提高了光提取效率；倒装芯片的尺寸可以做得更小，光电参数更容易匹配，且成本低，封装性好。正装与倒装LED的结构如图a、b 倒装芯片以其优异的性能，可靠性高，散热好，光效高，驱动电流大，并且性价比很高，在LED市场竞争中具有很大的优势。
11、因为其驱动电流大，免金线封装，使“倒装芯片+芯片级封装”成为LED行业研究的热门和发展趋势。虽然LED正装芯片依然占据着照明市场的大多份额，但倒装芯片的散热好，光效高，驱动电流大，并且性价比很高，使其在一些高端照明、背光源等要求较高的场合发挥着越来越重要的作用，在超大功率照明、户外照明、汽车照明、大尺寸背光、投影仪、闪光灯等领域有着广阔的应用前景。发展与应用 1.倒装芯片的制备工艺流程主要有六次光刻：ITO光刻、ICP深刻沟槽、N区引导层光刻、反射电极光刻、光刻PAD、蒸镀PAD电极光刻。其中，ICP深刻沟槽与光刻PAD有一定的难度，前者的沟槽只有十几微米，且要刻蚀到N-GaN层，对光刻的精度
12、要求较高；后者为了防止芯片漏电，沉积了很厚的SiO2，刻蚀SiO2时，可能会出现光刻胶被完全刻蚀而SiO2却没被刻蚀的情况。在实验中，通过严格控制ICP刻蚀的参数及干法与湿法相结合刻蚀SiO2来解决上述两个问题。2.倒装工艺与正装相比，光刻过程更复杂些；封装时，较简单，只需将芯片与基板进行贴装，不需要焊线工序，但其对精度的要求较高。总的来说，倒装芯片制备工艺还有很大的提升空间；3.与正装结构相比，倒装结构具有更多的优势：散热性能好；在大电流驱动下，光效更高，可以作为大功率照明光源；采用免金线封装，提高了其安全性与可靠性；全反射临界角更大，提高了光提取效率；尺寸可以做得更小，光电参数更容易匹配，且成本低，封装性好。结 论致 谢 感谢梁建老师的细心指导！感谢飞虹光电科技公司徐小红工程师、贾志刚老师、卢太平老师和董海亮学长的指导与帮助！感谢我的同学和朋友对我的关心和帮助！
