一种解决小尺寸芯片无法焊线的设计方法

艾国齐　汪延明　苗振林　杨丹

一、前言

本文探討了传统小尺寸正装芯片存在P、N焊盘距离太近无法焊线的缺陷，为了解决这个难题，采用新型电极结构设计，芯片正面只设计一个P焊盘，在芯片侧壁设计N电极线，这样只需对P焊盘打线，不仅解决小尺寸芯片焊线困难的问题，还能提高芯片的发光亮度。

随着LED突飞猛进的发展，LED从外延到到芯片、封装亮度都得到了大幅度提升，随着亮度的提升，在相同lm值需求下，我们所需要的芯片数量可以减少，芯片的面积也可以在一定程度上缩小，对于正装结构而言，芯片尺寸的缩小，芯片正极（P）和负极（N）之间的间距也不断缩减，当芯片尺寸缩小到一定尺寸时，比方说对于5.5*5.5mil2的芯片而言，对于水平结构的P、N电极在封装厂是无法完成焊线操作的。为此，本文提出一种新的设计方法，解决由于尺寸过小，P、N间距过近无法焊线的问题。

二、新型LED小尺寸芯片设计

1、芯片图形设计

传统正装5.5*5.5mil2芯片设计P电极和N电极均在同一侧，如图一所示，从图形结构看，目前市场上P、N焊盘尺寸以60μm计算，P和N焊盘占据芯片大部分面积，其中P焊盘中心到N焊盘中心间距约为60μm，根据目前封装厂焊线瓷嘴尺寸要求，深圳某封装大厂要求P、N焊盘间距至少大于100μm，否则在焊线过程中两个瓷嘴会碰撞到一起，无法完成焊线操作，同时还可以发现，P焊盘一边已经与N-GaN边缘相连，这样的设计会导致芯片应用时出现漏电等品质异常现象，由此可以看出，对于5.5*5.5mil2后者更小面积的芯片，用传统正装结构的设计方法无法实现。于是我们按照图一设计可以解决，图一设计芯片正中间为P焊盘，外围一圈为N电极，在封装厂只需要对中间的P焊盘打线，N电极线通过填充导电胶实现导电，无需焊线，因此，不会存在因为芯片面积小而无法焊线的问题。图二是新型电极设计（左）传统电极设计（右）。图三是新型电极设计焊线图（左）传统电极设计（右）。

2、芯片工艺设计

传统芯片工艺路线如下：1、外延片清洗，去除表面污染和氧化物，2、透明导电层图形转移，3、干法刻蚀露出N型台阶，4、沉积钝化层，5、制作正负电极，6、wafer研磨减薄，7、wafer切割裂片，8、测试分选。

新型电极设计工艺路线：1、外延片清洗，去除表面污染和氧化物，2、干法刻蚀露出N型台阶，3、对wafer进行正面切割，4、对wafer进行侧壁清洗，溶液为硫酸与磷酸的混合溶液，5、透明导电层图形转移，6、沉积钝化层，7、制作正负电极，8、wafer研磨减薄，9、wafer裂片，10、测试分选。

新型电极设计在工艺上的重点在于步骤3和步骤7，正面切割的宽度和深度对N电极的制作起到至关重要的作用，切割宽度太宽会影响台面上N电极宽度，切割太窄芯片侧壁不容易镀上金属，从而影响N电极导电。

3、电性测试

将一片外延片一分为二，一半按照新型电极设计制作成5.5*5.5mil2芯片，另外一半按照传统电极设计成尺寸为6*7mil2芯片，制成样品后进行测试，测试数据如下：

从测试数据来看，新型电极结构设计5.5*5.5mil2测试值比传统电极结构6*7mil2芯片要高，该设计不仅能解决小尺寸焊线问题，同时还能提高芯片的发光亮度。

三、结论

1、新型电极结构设计只需对P电极进行焊线，N电极通过填充导电胶实现导电，因此可以实现小尺寸芯片的设计与制作。

2、由于芯片正面只有P电极焊盘，所以芯片发光面积相对增加，增加了芯片的发光亮度。

（作者单位：湘能华磊光电股份有限公司）