1、导言
发光二极管（LED）作为新式的绿色照明光源，具有节能、高效、低碳、体积小、反响快、抗震性强等长处，可认为用户供给环保、安稳、高效和安全的全新照明体会，现已逐渐开展成为老练的半导体照明工业。
近年来，全球各个国家纷繁开端禁用白炽灯泡，LED将会迎来一个黄金的添加期。此外，近年来LED在电视机背光、手机、和平板电脑等方面的使用也迎来了爆发式的添加，LED具有宽广的使用开展前景。
2、倒装LED技能的开展及现状
倒装技能在LED范畴上仍是一个比较新的技能概念，但在传统IC职业中现已被广泛使用且比较老练，如各种球栅阵列封装（BGA）、芯片尺度封装（CSP）、晶片级芯片尺度封装（WLCSP）等技能，悉数选用倒装芯片技能，其长处是出产功率高、器材本钱低和牢靠性高。
倒装芯片技能使用于LED器材，首要差异于IC在于，在LED芯片制作和封装进程中，除了要处理好安稳牢靠的电衔接以外，还需求处理光的问题，包含怎么让更多的光引出来，进步出光功率，以及光空间的散布等。
针对传统正装LED存在的散热差、通明电极电流散布不均匀、外表电极焊盘和引线挡光以及金线导致的牢靠性问题，1998年，J.J.Wierer等人制备出了1W倒装焊接结构的大功率AlGaInN-LED蓝光芯片，他们将金属化凸点的AIGalnN芯片倒装焊接在具有防静电维护二极管(ESD)的硅载体上。
图1是他们制备得到的LED芯片的图片和截面示意图。他们的测验结果表明，在相同的芯片面积下，倒装LED芯片（FCLED）比正装芯片有着更大的发光面积和非常好的电学特性，在200-1000mA的电流规模，正向电压（VF）相对较低，然后导致了更高的功率转化功率。
图1 倒装结构的LED芯片图片和截面示意图
2006年，O.B.Shchekin等人又报导了一种新的薄膜倒装焊接的多量子阱结构的LED（TFFC-LED）。所谓薄膜倒装LED，便是将薄膜LED与倒装LED的概念结合起来。
在将LED倒装在基板上后，选用激光剥离（Laser lift-off）技能将蓝宝石衬底剥离掉，然后在显露的N型GaN层上用光刻技能做外表粗化。
如图2所示，这种薄膜结构的LED可以有效地添加出光功率。但相对来说，这种结构工艺比较复杂，本钱会相对较高。
图2 薄膜倒装LED芯片结构示意图
跟着硅基倒装芯片在商场上出售，逐渐发现这种倒装LED芯片在与正装芯片竞赛时，其本钱上处于显着的下风。
因为LED开展初期，一切封装支架和方式都是依据其正装或笔直结构LED芯片进行规划的，所以倒装LED芯片不得不先倒装在硅基板上，然后将芯片固定在传统的支架上，再用金线将硅基板上的电极与支架上的电极进行衔接。
使得封装器材内仍是有金线的存在，没有利用上倒装无金线封装的优势；并且还添加了基板的本钱，使得价格较高，彻底没有发挥出倒装LED芯片的优势。
为此，最早于2007年有公司推出了陶瓷基倒装LED封装产品。这一类型的产品，陶瓷既作为倒装芯片的支撑基板，也作为全体封装支架，完成整封装光源的小型化。
这一封装方式是先将倒装芯片焊接（Bonding）在陶瓷基板上，再进行荧光粉的涂覆，最终用铸模（Molding）的办法制作一次透镜，这一办法将LED芯片和封装工艺结合起来，降低了本钱。
这种结构彻底消除了金线，一起散热效果显着改进，典型热阻<10℃/W，显着低于传统的K2方式的封装（典型10-20℃/W）。
跟着倒装技能的进一步使用和开展，2012年开端，呈现了可直接贴装（Direct Attach，DA）倒装芯片；随后几年，各个公司都开端研制和推出这一类型的倒装芯片。
该芯片在结构上的改变是，将LED芯片外表的P、N两个金属焊盘几许尺度做大，一起确保两个焊盘之间的距离满足，这样使得倒装的LED芯片可以在陶瓷基板上乃至是PCB板上直接贴片了，使40mil左右的倒装芯片焊盘尺度可以抵达贴片机的贴片精度要求，简化了芯片倒装焊接工艺，降低了全体本钱。
至现在为止（2014年中）倒装DA芯片已根本老练，商场出售量逐渐添加，未来将会成为大功率LED芯片的干流。
在直接贴装DA芯片基础上，2013年开端开展出了白光芯片（部分公司称为免封装或无封装）产品，如图6所示。它是在倒装DA芯片制作进程中一起完成了荧光粉的涂敷，使用时可在PCB上直接进行贴片，彻底可以当作封装光源直接使用。
其优势是LED器材体积小，芯片直接贴片可以削减散热的界面，进一步降低了热阻，散热功用进一步进步。到现在为止，白光芯片依然处于研制阶段，商场的使用还不老练，需求我们共同努力，推进白光芯片技能和使用的开展。
图3 白光芯片与封装示意图
3、倒装LED芯片的制作工艺
倒装LED芯片的制作工艺流程，如图4所示，总体上可以分为LED芯片制作和基板制作两条线，芯片和基板制作完成后，将LED芯片倒装焊接在基板外表上，构成倒装LED芯片。
图4 倒装LED芯片工艺流程框图
3.1、蓝宝石衬底和GaN外延工艺技能
关于倒装芯片来说，出光面在蓝宝石的一侧，因而在外延之前，制作图形化的衬底（PSS），将有利于蓝光的出光，削减光在GaN和蓝宝石界面的反射。因而PSS的图形尺度巨细、形状和深度等都对出光功率有直接的影响。在实践开发和出产中需求针对倒装芯片的特色，对衬底图形进行优化，使出光功率最高。
在GaN外延方面，因为倒装芯片出光在蓝宝石一侧，其各层的吸光状况与正装芯片有差异，因而需求对外延的缓冲层（Buffer）、N-GaN层、多层量子阱（MQW）和P型GaN层的厚度和掺杂浓度进行调整，使之适宜倒装芯片的出光要求，进步出光功率，一起适宜倒装芯片制作工艺的欧姆触摸的需求。
3.2、倒装LED圆片制程工艺
倒装芯片与正装芯片的圆片制作进程大致相同，都需求在外延层上进行刻蚀，显露基层的N型GaN；然后在P和N极上别离制作出欧姆触摸电极，再在芯片外表制作钝化维护层，最终制作焊接用的金属焊盘，其制作流程如图5所示。
图5 倒装LED圆片制作流程
与正装芯片比较，倒装芯片需求制作成电极朝下的结构。这种特别的结构，使得倒装芯片在一些工艺过程上有特别的需求，如欧姆触摸层有必要具有高反射率，使得射向芯片电极外表的光可以尽量多的反射回蓝宝石的一面，以确保杰出的出光功率。
倒装芯片的地图也需求依据电流的均匀散布，做最优化的规划。因为圆片制作工艺中，GaN刻蚀（Mesa刻蚀）、N型触摸层制作、钝化层制作、焊接金属PAD制作都与正装芯片根本相同，这儿就不具体叙述了，下面要点针对倒装芯片特别工艺进行简略的阐明。
在LED芯片的制作进程中，欧姆触摸层的工艺是芯片出产的中心，对倒装芯片来说尤为重要。欧姆触摸层既有传统的担负起电性衔接的功用，也作为反光层的效果，如图9所示。
在P型欧姆触摸层的制作工艺中，要挑选适宜的欧姆触摸资料，既要确保与P型GaN触摸电阻要小，又要确保超高的反射率。此外，金属层厚度和退火工艺对欧姆触摸特性和反射率的影响非常大，此工艺至关重要，其关系到整个LED的光效、电压等重要技能参数，是倒装LED芯片工艺中最重要的一环。
现在这层欧姆触摸层一般都是用银（Ag）或许银的合金资料来制作，在适宜的工艺条件下，可以获得安稳的高功用的欧姆触摸，一起可以确保欧姆触摸层的反射率超越95%。
图6 倒装芯片出光方向、散热通道、欧姆触摸、反光层方位示意图
3.3、倒装LED芯片后段制程
与正装LED芯片相同，圆片工艺制程后，还包含芯片后段的工艺制程，其工艺流程如图7所示，首要包含研磨、抛光、切开、劈裂、测验和分类等工序。这儿工序中，仅有有不同的是测验工序，其它工序根本与正装芯片彻底相同，这儿不再赘述。
图7 LED芯片后段工艺制程流程图
倒装芯片因为出光面与电极面在不同方向，因而在切开后的芯片点测时，探针在LED正面电极上扎针丈量时，LED的光是从反面宣布。要测验LED的光特性（波长、亮度、半波宽等），有必要从探针台的下面收光。
因而倒装芯片的点测机台与正点缀测机台不同，测光设备（探头或积分球）有必要放在探针和芯片的下面，并且芯片的载台有必要是透光的，才干对光特性进行测验。
所以，倒装芯片的点测机台需求特别制作或改造。
