专利名称：三维垂直结构的半导体外延薄膜贴片式封装的利记博彩app
技术领域：
本发明揭示一种不需要打金线的三维垂直结构的半导体外延薄膜贴片式封装，包括，垂直结构的氮化镓基、磷化镓基、镓氮磷基和氧化锌基发光二极管(LED)外延薄膜贴片 式封装。属于光电子技术领域。
背景技术：
垂直结构半导体芯片的基本结构如下垂直结构半导体芯片的外延薄膜通过反射 /欧姆层/键合层键合在导电支持衬底上，剥离支持衬底，形成垂直结构半导体芯片。制造 垂直结构半导体芯片的剥离支持衬底工艺，易造成外延薄膜损伤，因此良品率低，成本高。 另外，垂直结构半导体芯片需要打至少一根金线，从而与外界电源相连接。其不足之处在 于，不易通过金线向芯片输入大电流，金线会造成可靠性问题，金线所占用的空间增大了垂 直结构半导体芯片的封装管座的厚度，金线会造成封装工艺复杂，等。为解决上述金线造成的问题，本发明公开一种不需要打金线的三维垂直结构的半 导体外延薄膜贴片式封装(包括，氮化镓基、磷化镓基、镓氮磷基和氧化锌基LED外延薄 膜)。
发明内容三维垂直结构的半导体外延薄膜贴片式封装的一个具体实施例的结构包括(1) 一个封装管壳。封装管壳包括绝缘支架、第一金属基座、第二金属基座。第一 金属基座包括至少一个金属基座，第二金属基座包括至少一个金属基座，第一金属基座和 第二金属基座互相电绝缘，绝缘支架把第一和第二金属基座固定在预定的位置从而形成封 装管壳。绝缘支架的第一主表面和第二主表面分别与第一金属基座和第二金属基座的第一 主表面和第二主表面有相同的方向。封装管壳包括第一主表面和第二主表面，封装管壳的 第一主表面和第二主表面分别由第一金属基座的第一主表面和第二主表面、第二金属基座 的第一主表面和第二主表面和绝缘支架的第一主表面和第二主表面构成。图2展示一个具 体实施例绝缘支架200的第一主表面与第一和第二金属基座的第一主表面基本相平。图 2展示电极位置的一个具体实施例第一金属基座201的第二主表面221和第二金属基座 202的第二主表面222将分别与外界电源的两个电极电联接；在这个具体实施例中，可以把 第一金属基座和第二金属基座的第二主表面分别称为第一和第二电极。(2)至少一个半导体外延薄膜203。半导体外延薄膜的结构包括，第一类型限制 层，活化层，第二类型限制层。活化层形成在第一类型限制层和第二类型限制层之间。半导 体外延薄膜203键合在第一金属基座201的第一主表面上。(3)钝化层206。钝化层覆盖封装管壳的第一主表面和半导体外延薄膜。蚀刻钝 化层，使其在半导体外延薄膜的第一类型限制层的上方和第二金属基座的第一主表面的上 方的预定的位置上形成窗口(opening)。一个具体实施例在半导体外延薄膜的第一类型 限制层的上方的窗口 208与半导体外延薄膜有相同的形状以及略小一点的尺寸，例如，半导体外延薄膜是IX 1毫米的四方形，其上的窗口为0. 95X0. 95毫米的四方形。 注意半导 体外延薄膜可以具有其他尺寸，其上的窗口与其对应。(4)透明电极。透明电极覆盖在部分或全部封装管壳上；通过钝化层在半导体外 延薄膜的第一类型限制层的表面上方的窗口 208，透明电极层叠在半导体外延薄膜的第一 类型限制层上，透明电极的这一部分在图2中被标注为209 ；通过钝化层在第二金属基座的 第一主表面上方的窗口 207，透明电极层叠在第二金属基座的第一主表面上，透明电极的这 一部分在图2中被标注为210 ；使得半导体外延薄膜203的第一类型限制层通过透明电极 与第二金属基座202的第一主表面电联接。因此，不需要通过封装工艺中的打金线把半导 体外延薄膜的第一类型限制层与第二金属基座的第一主表面电联接。透明电极具有单层或 多层结构，透明电极的每一层的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，但不限于，导电 氧化铟锡(ITO)、导电氧化锌、薄到透明的单层或多层金属层。一个具体实施例透明电极具有两层结构，层叠在半导体外延薄膜上的透明电极 的底层为氧化铟锡或导电氧化锌，透明电极的顶层层叠在透明电极的底层上，其材料为透 明的单层或多层金属层。另一个具体实施例透明电极具有两层结构，层叠在半导体外延薄膜上的透明电 极的底层为透明的单层或多层金属层，透明电极的顶层层叠在透明电极的底层上，其材料 为氧化铟锡或导电氧化锌。另一个具体实施例透明电极的表面具有粗化结构211.另一个具体实施例透明电极的表面上层叠绝缘的保护层215。另一个具体实施例透明电极表面上的绝缘的保护层的表面具有粗化结构216。本发明的目的和能达到的各项效果如下(1)本发明提供一种三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装(包括，氮化镓基、 磷化镓基、镓氮磷基、氧化锌基LED外延薄膜贴片式封装)，解决了上述的不易向芯片输入 大电流、金线会造成可靠性问题、金线所占用的空间增大了垂直结构半导体芯片的封装管 座的厚度、金线会造成封装工艺复杂，等问题。(2)本发明提供的三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装，因为不需要蚀刻任 何发光层材料，所以，百分之百地利用发光层材料，简化了从芯片到封装的制造工艺，提高 了良品率。(3)本发明提供的三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装，因为无需在半导体 外延薄膜上形成图形化的金属电极，简化了制造工艺，降低成本。(4)本发明提供的三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装由于半导体外延薄 膜直接键合到金属基座上，具有低热阻。本发明提供的体积小、重量轻、厚度薄的三维垂直 结构半导体外延薄膜贴片式封装特别适用于背光源(backlight)和照明。(5)本发明提供的三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装由于半导体外延薄 膜的表面被粗化，因此，具有较高的光取出效率。(6)本发明提供的三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装由于透明电极的表 面被粗化，因此，具有较高的光取出效率。(7)本发明提供的三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装由于透明电极表面 上的保护层的表面被粗化，因此，具有较高的光取出效率。[0022](8)本发明提供的三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装，没有电流拥塞(crowding)、可通过大电流、热传导效率高、抗静电能力高。本发明和它的特征及效益将在下面的详细描述中更好的展示。
图1展示封装管壳的几个具体实施例。图2展示三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装的几个具体实施例。 具体实施例虽然本发明的具体实施例将会在下面被描述，但下列各项描述只是说明本发明的 原理，而不是局限本发明于下列各项具体化实施实例的描述。注意下列各项适用于本发明的所有具体实施例(1)图中各部分的比例不代表真实产品的比例。(2)本发明提供的三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装的外延薄膜的材料是 从一组材料中选出，该组材料包括，氮化镓基、磷化镓基、镓氮磷基、和氧化锌基材料。其中， 氮化镓基材料包括镓、铝、铟、氮的二元系、三元系、四元系材料。镓、铝、铟、氮的二元系、三 元系、四元系材料包括，GaN, GaInN, AlGaInN, AlGalnN，等。磷化镓基材料包括镓、铝、铟、 磷的二元系、三元系、四元系材料。镓、铝、铟、磷的二元系、三元系、四元系材料包括，GaP, GaInP、AlGaInP、InP，等。镓氮磷基材料包括镓、铝、铟、氮、磷的二元系、三元系、四元系和 五元系材料。镓、铝、铟、氮、磷的二元系、三元系、四元系和五元系材料包括，GaNP, AlGaNP, GaInNP、AlGaInNP，等。氧化锌基材料包括，ZnO，等。氮化镓基、磷化镓基、镓氮磷基、和氧化 锌基外延薄膜包括氮化镓基、磷化镓基、镓氮磷基、和氧化锌基LED外延薄膜。氮化镓基外 延层的晶体平面是从一组晶体平面中选出，该组晶体平面包括c-平面、a-平面、m-平面。(3)本发明提供的制造三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装的生产工艺的最 后一道工艺步骤是把带有半导体外延薄膜的封装管壳列阵分割为单个垂直结构半导体外 延薄膜贴片式封装。所以，为了简化画图，在图1和2展示的具体实施例的示意图中，仅展 示一个封装管壳。每个封装管壳包括绝缘支架，第一金属基座，第二金属基座。其中，绝缘 支架把第一金属基座和第二金属基座固定在预定的位置。 (4)第一金属基座和第二金属基座的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，金 属，合金，等；金属包括，铜，等；合金包括，钨铜，等。(5)绝缘支架的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，绝缘注塑材料(molding compound)，绝缘陶瓷，等。绝缘陶瓷包括氮化铝，氧化铝，等。(6)绝缘的保护层的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，硅胶(silicone)、 树脂(印oxy)、氧化硅(Si02)、氮化硅、玻璃上硅(SOG)、聚酰亚胺(polyimide)、玻璃、聚甲 基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、丙烯酸(acrylic)，等。(7)透明电极具有单层或多层结构，透明电极的每一层的材料是从一组材料中选 出，该组材料包括，但不限于，导电氧化铟锡(ITO)、导电氧化锌、薄到透明的单层或多层金 属层。(8)在三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装中的半导体外延薄膜的表面上，可以形成粗化结构或光子晶体结构。为简化画图，只在图2b中，画出粗化或光子晶体结构 205。(9)在三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装中的透明电极的表面上，可以形 成粗化结构211。(10)在三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装中的透明电极表面上的绝缘的 保护层的表面上，可以形成粗化结构216。(11)钝化层在半导体外延薄膜的上方和在第二金属基座的第一主表面的上方的 预定的位置上都有窗口。(12)在三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装中，可以具有单个或多个半导体 外延薄膜，为简化画图，没有画出多个半导体外延薄膜。多个半导体外延薄膜即可以键合在 第一金属基座的一个金属基座上，亦可以分别键合在第一金属基座的多个金属基座上。(13)把半导体外延薄膜键合在第一金属基座上的方法包括，导电胶粘(例如，导 电树脂，等)，金属共晶键合，焊膏，等。对于采用金属共晶键合方式，需在半导体外延薄膜上 预先层叠导电反射/欧姆/键合层(图中未展示)，把半导体外延薄膜键合在第一金属基 座的第一主表面上。导电反射/欧姆/键合层具有多层结构，其功能为反射光、保持欧姆接 触、与其他金属层键合。对于采用其他结合方式，需在半导体外延薄膜上预先层叠仅仅导电 反射/欧姆层(图中未展示)。图1展示封装管壳的6个具体实施例。封装管壳列阵包括多个封装管壳，为简化画 图，每个图中只画出一个封装管壳。每个封装管壳包括绝缘支架100，第一金属基座101， 第二金属基座102。第一金属基座101包括至少一个金属基座，第二金属基座102包括至 少一个金属基座。第一金属基座101的每个金属基座上都可以层叠至少一个半导体外延薄 膜。第一金属基座101的每个金属基座和第二金属基座102的每个金属基座互相电绝缘。 第一金属基座101和第二金属基座102由绝缘支架100固定在预定的位置从而形成封装管
tJXi O图Ia展示封装管壳的一个具体实施例。封装管壳包括，绝缘支架100、第一金属基 座101和第二金属基座102。其中，第一金属基座101和第二金属基座102分别只包括一个
金属基座。图Ib展示封装管壳的一个具体实施例。封装管壳包括，绝缘支架100、第一金属基 座101和第二金属基座102。其中，第一金属基座101和第二金属基座102分别包括两个分
立的金属基座。图Ic展示封装管壳的一个具体实施例。封装管壳包括，绝缘支架100、第一金属 基座101和第二金属基座102。其中，第一金属基座101包括一个金属基座，第二金属基座 102包括三个分立的金属基座。图Id展示封装管壳的一个具体实施例。封装管壳包括，绝缘支架100、第一金属 基座101和第二金属基座102。其中，第一金属基座101包括一个金属基座，第二金属基座 102包括四个分立的金属基座。图Ie展示封装管壳的一个具体实施例。封装管壳包括，绝缘支架100、第一金属 基座101和第二金属基座102。其中，第一金属基座101包括一个金属基座，第二金属基座 102包括一个金属基座，该金属基座成U字形，从3面把第一金属基座101围住。[0047]图If展示封装管壳的一个具体实施例。封装管壳包括，绝缘支架100、第一金属 基座101和第二金属基座102。其中，第一金属基座101包括一个金属基座，第二金属基座 102包括一个金属基座，该金属基座成口字形，把第一金属基座101围在中间。图2展示半导体外延薄膜贴片式封装的具体实施例及其制造工艺。图2a展示制造半导体外延薄膜贴片式封装的工艺的一个具体实施例。封装管壳采用图Id的结构。半导体外延薄膜203生长在生长衬底204上。半导体外延薄膜203包 括第一类型限制层，活化层，第二类型限制层。把半导体外延薄膜203键合在第一金属基 座201上。绝缘支架200、第一金属基座201、第二金属基座202构成封装管壳。第一金属基 座201和第二金属基座202互相电绝缘，第一金属基座201和第二金属基座202各自包括 第一主表面和第二主表面。第一主表面和第二主表面处于互相相对的位置。绝缘支架200 把第一和第二金属基座固定在预定的位置从而形成封装管壳。绝缘支架的第一主表面和第 二主表面分别与第一金属基座和第二金属基座的第一主表面和第二主表面有相同的方向。 封装管壳包括第一主表面和第二主表面，封装管壳的第一主表面和第二主表面分别由第一 金属基座的第一主表面和第二主表面、第二金属基座的第一主表面和第二主表面和绝缘支 架的第一主表面和第二主表面构成。图2b 剥离生长衬底204。一个优化的实施例是剥离生长衬底204后，继续采用干法或湿法蚀刻N类型限制 层，直到N+/N++类型限制层暴露。其中，N+/N++类型限制层层叠在活化层与N类型限制层 之间。一个优化的实施例是在半导体外延薄膜203的暴露的表面上形成粗化结构或光子 晶体205。为了简化画图，在后面的图中，不再画粗化结构或光子晶体205。对于不同材料 的半导体外延薄膜，剥离的方法不同。图2c 在半导体外延薄膜203和封装管壳上覆盖钝化层206。图2d 在半导体外延薄膜203和第二金属基座202的上方的预定位置上蚀刻钝化 层206分别形成窗口 208和窗口 207，使得半导体外延薄膜203和第二金属基座202的在预 定位置的表面暴露。图2e 展示图2d的顶视图。第一金属基座201、第二金属基座202、半导体外延薄 膜203的边缘被钝化层206覆盖，因此用虚线表示。在半导体外延薄膜203和第二金属基座 202的4片金属基座上方的预定的位置，钝化层206被打开窗口，使得半导体外延薄膜203 的部分表面和第二金属基座202的4片金属基座的部分表面暴露。图2f 在封装管壳上覆盖透明电极。透明电极是一个整体，包括，(1)通过钝化层 206在半导体外延薄膜203上方打开的窗口 208与半导体外延薄膜203电接触的部分209， 下面称为透明电极209。(2)通过钝化层206在第二金属基座202上方打开的窗口 207与 第二金属基座202的4片金属基座电接触的部分210，下面称为透明电极210。(3)覆盖在 钝化层上面的部分221，该部分把透明电极209和透明电极210电连接，下面称为透明电极 221。透明电极209、210、221互相电连接。图2g 在封装管壳上覆盖透明电极的图2f的顶视图通过钝化层在半导体外延薄 膜203上方打开的窗口与半导体外延薄膜203电接触的透明电极209，通过钝化层在第二金 属基座202上方打开的窗口与第二金属基座202的4片金属基座电接触的透明电极210，覆 盖在钝化层上面的透明电极221。[0057]图2h 半导体外延薄膜203的一个表面键合在第一金属基座201的第一主表面 上，从而与第一金属基座201的第二主表面214(即第一电极)电连接。半导体外延薄膜 203的另一个表面与透明电极209电连接，因此，通过透明电极209、221、210与第二金属基 座202电连接，从而与第二金属基座202的第二主表面213 (即第二电极)电连接。一个优化的实施例是在透明电极209、210、221的表面上形成粗化结构211。一个优化的实施例是在沿封装管壳的外边缘，去掉透明电极，直到钝化层暴露， 形成台阶212，以便减少漏电。图2j —个优化的实施例在透明电极209、210、221的表面被粗化之前，在透明电 极209、210、221的表面上层叠绝缘的保护层215。图2k —个优化的实施例在图2j的优化的实施例中，绝缘的保护层215的表面 具有粗化结构216。上面的具体的描述并不限制本发明的范围，而只是提供一些本发明的具体化的例 证。因此本发明的涵盖范围应该由权利要求和它们的合法等同物决定，而不是由上述具体 化的详细描述和实施实例决定。
权利要求一种三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装，其特征在于，所述的垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装包括-封装管壳；其中，所述的封装管壳包括第一金属基座，第二金属基座和绝缘支架；所述的第一金属基座包括至少一个金属基座；所述的第二金属基座包括至少一个金属基座；所述的绝缘支架把所述的第一金属基座和第二金属基座固定在预定的位置形成封装管壳；所述的第一金属基座和第二金属基座互相电绝缘，所述的第一金属基座和第二金属基座将分别与外界电源的两个电极电联接；-至少一个半导体外延薄膜；所述的半导体外延薄膜包括第一类型限制层，活化层和第二类型限制层；所述的活化层层叠在所述的第一类型限制层和所述的第二类型限制层之间；所述的半导体外延薄膜键合在所述的第一金属基座上；-钝化层；所述的钝化层层叠在所述的封装管壳和所述的半导体外延薄膜上；所述的钝化层在所述的半导体外延薄膜的上方和所述的第二金属基座的上方的预定的位置上具有窗口；-透明电极；其中，所述的透明电极通过所述的钝化层在所述的半导体外延薄膜上方的窗口，层叠在所述的半导体外延薄膜上，通过所述的钝化层在所述的第二金属基座上方的窗口，层叠在所述的第二金属基座上，使得所述的半导体外延薄膜的表面通过所述的透明电极与所述的第二金属基座电联接。
2.如权利要求1的三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装，其特征在于，所述的半 导体外延薄膜的表面被粗化或形成光子晶体结构。
3.如权利要求1的三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装，其特征在于，所述的透 明电极具有单层或多层结构。
4.如权利要求1的三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装，其特征在于，所述的透 明电极的表面被粗化。
5.如权利要求1的三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装，其特征在于，所述的透 明电极的表面层叠绝缘的保护层。
6.如权利要求5的三维垂直结构半导体外延薄膜贴片式封装，其特征在于，所述的绝 缘的保护层的表面被粗化。
专利摘要本发明揭示不需打金线的垂直半导体外延薄膜贴片式封装，其结构包括封装管壳(包括第一金属基座、第二金属基座、绝缘材料支架)，层叠在第一金属基座上的半导体外延薄膜，覆盖在封装管壳和半导体外延薄膜上的钝化层，透明电极。第一和第二金属基座将分别与外界电源的两个电极电联接。绝缘材料支架把第一和第二金属基座固定在预定的位置形成封装管壳。钝化层在半导体外延薄膜的上方和第二金属基座的上方具有窗口。透明电极通过钝化层在半导体外延薄膜表面上方的窗口，层叠在半导体外延薄膜上，并向第二金属基座的方向延伸，通过钝化层在第二金属基座上方的窗口，层叠在第二金属基座上，使得半导体外延薄膜通过透明电极与第二金属基座电联接。
文档编号H01L33/62GK201594549SQ200920219188
公开日2010年9月29日 申请日期2009年10月12日 优先权日2009年10月12日
发明者彭一芳 申请人:金芃