CN105374925A - 一种基于无机物的led磊晶积层电路板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于无机物的LED磊晶积层电路板及其制造方法，包括:中心基板、至少两层金属导电层和LED晶格适配层；所述中心基板为无机物构成；所述中心基板上具有电连接孔，所述电连接孔内填充有第一导电金属；所述金属导电层上具有隔离槽；所述至少两层金属导电层沉积在所述中心基板的上、下表面上，通过所述电连接孔相连接；LED晶格适配层沉积于用于装配LED晶片的一侧金属导电层的表面；所述电路板侧壁保护层为电镀于所述LED磊晶积层电路板的各个侧面的金属Ni层，用以消除后续工艺和使用过程中，所述LED磊晶积层电路板内各层间之热胀系数不同带来的内应力。

Description

一种基于无机物的LED磊晶积层电路板及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种基于无机物的LED磊晶积层电路板及其制备方法。

背景技术

在传统的LED显示产品发展到今天，配套的或是交叉行业的资源已经极大地丰富和完善，但因为受制于传统的产品结构采用FR4电路板用来做LED电路基板，因此在显示屏的分辨率提高到一定程度时(譬如像素间距小于1MM时)，传统电路板是完全没法满足小尺寸、高精度的要求的。

目前使用在路灯或高炉电极等领域的LED无机电路板(PCB)，其制造和运用都涉及很多困难，包括高额的制造成本，产品的稳定性等问题。所以一直没得到大范围推广。业界也在诸如相关材料细节和积层工艺细节不断地探索着。传统的无机PCB的制造都是通过高温烧结形式来完成的，这必然导致高耗能带来的成本问题，而且导电材料都是使用诸如金，银这样的贵金属，也造成成本过高。而更为核心的技术困难是在高精细PCB制造和使用过程中的材料应力的影响，已成为影响产品可靠性和稳定性的最大因素。

因此如何采用常规工艺和常规材料降低生产成本，同时降低电路板应力带来的隐患，是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够克服上述缺陷的基于无机物的LED磊晶积层电路板及其制备方法。

在第一方面，本发明提供了一种基于无机物的LED磊晶积层电路板，包括：中心基板、至少两层金属导电层、LED晶格适配层和电路板侧壁保护层；

所述中心基板为无机物构成；

所述中心基板上具有电连接孔，所述电连接孔内填充有第一导电金属；

所述金属导电层上具有隔离槽；

所述至少两层金属导电层沉积在所述中心基板的上、下表面上，通过所述电连接孔相连接；

LED晶格适配层沉积于用于生长LED晶片的一侧金属导电层的表面；

所述电路板侧壁保护层为电镀于所述LED磊晶积层电路板的各个侧面的金属Ni层，用以消除后续工艺和使用过程中，所述LED磊晶积层电路板内各层间之热胀系数不同带来的内应力；

其中，所述金属导电层和第一导电金属为溅射或电镀沉积在所述中心基板上的金属层结构；所述隔离槽为所述金属导电层在光刻、刻蚀后的图形化结构。

优选的，所述金属导电层的隔离槽内沉积有绝缘介质。

进一步优选的，所述顶层金属导电层的隔离槽内沉积的绝缘介质的厚度为10％～20％顶层金属导电层厚度。

进一步优选的，所述顶层金属导电层被所述隔离槽隔开形成多个承载LED晶片的LED共晶焊盘。

优选的，所述积层电路板的底层具有绝缘保护层，所述绝缘保护层的厚度为10％～20％底层金属导电层厚度。

进一步优选的，所述绝缘保护层上具有焊盘孔，所述焊盘孔内填充有第二导电金属；当去除绝缘保护层后，所述第二导电金属从所述焊盘孔中露出，形成多个与外部芯片或电路进行电连接的接触电极；所述接触电极与所述积层电路板的底层金属导电层相连接，从而形成所述积层电路板与外部芯片或电路之间的电连接。

优选的，所述LED晶格适配层具体为金属或非金属，包括Cr、Ni、Au、Ti、Sn，SiC，ZnO中的任意一种或多种。

优选的，所述中心基板具体为：SiC基板或SiC-Cu复合基板。

在第二方面，本发明提供了一种如上述第一方面所述的LED积层电路板的制造方法，包括：

对中心基板的整板镀导电介质；

对中心基板进行激光钻通孔加工；

对中心基板的整板镀导电介质；其中所述通孔由所述导电介质完全填充；

对所述中心基板的第一表面的导电介质进行图形化刻蚀；

对所述中心基板的第二表面的导电介质进行图形化刻蚀；

气相淀积SiO₂，形成基板保护层；

对所述中心基板的上表面的基板保护层进行图形化刻蚀，在图形化区域内露出金属焊盘电极；

在所述金属焊盘电极上生长晶格适配层；所述晶格适配层的晶格结构与所述LED的晶格结构相同；

刻蚀去除所述LED积层电路板侧面的SiO₂；

在所述LED磊晶积层电路板的各个侧面电镀金属Ni，形成电路板侧壁保护层。

优选的，在气相淀积SiO₂，形成基板保护层之前，所述方法还包括以下步骤：

气相淀积SiC，形成图形化刻蚀区域的填充层及中心基板的表面绝缘层；

对所述中心基板的表面绝缘层进行图形化刻蚀，刻蚀至图形化区域内露出导电介质；

对中心基板的整板镀导电介质；

对所述中心基板的第一表面的导电介质进行图形化刻蚀；

对所述中心基板的第二表面的导电介质进行图形化刻蚀。

在本发明提供的基于无机物的LED磊晶积层电路板，采用常规制造工艺和常规材料降低了生产成本，通过LED晶格适配层形成与LED晶片焊盘相匹配的晶格适配处理，从而更好地形成于LED晶片之间的电连接和物理连接，通过电路板侧壁保护层结构，有效消除用以消除后续工艺和使用过程中，所述LED磊晶积层电路板内各层间之热胀系数不同带来的内应力。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于无机物的LED磊晶积层电路板的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于无机物的LED积层电路板的制造方法。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

本发明的一种基于无机物的LED磊晶积层电路板，主要用于LED显示屏，超小间距LED显示屏，超高密度LED显示屏，LED正发光电视，LED正发光监视器，LED视频墙，LED指示，LED特殊照明等。

图1为本发明实施例一提供的一种基于无机物的LED磊晶积层电路板的剖面结构示意图。其中，图中的上方为积层电路板的上表面方向，图中的下方为积层电路板的下表面方向。

如图1所示，本实施例的基于无机物的LED磊晶积层电路板，包括：一层中心基板1、隔离层6、四层金属导电层2、LED晶格适配层5和电路板侧壁保护层7。

中心基板1和隔离层6分别上具有电连接孔11，电连接孔11内填充有第一导电金属；

金属导电层2上具有隔离槽21，隔离槽21内沉积SiC；

四层金属导电层2的其中两层分别沉积在中心基板1的上、下表面上，在这两层金属导电层2的上、下表面各具有一层隔离层6，再上、下各具有一层金属导电层2。

中心基板1可以是SiC基板，也可以是SiC与其他无机物复合而成的基板，比如SiC-Cu复合基板，隔离层6的材质也可以是SiC。中心基板1的SiC层同样起到双层金属导电层2之间的隔离作用，因此形成一层金属导电层2，一层隔离(中心基板1或隔离层6)，再一层金属导电层2的结构，每两层金属导电层2之间通过所述电连接孔11内的第一导电金属实现电连接。

电路板侧壁保护层7为电镀于所述LED磊晶积层电路板的各个侧面的金属Ni层，用以消除后续工艺和使用过程中，所述LED磊晶积层电路板内各层间之热胀系数不同带来的内应力。

其中，金属导电层2和第一导电金属为溅射或电镀沉积在中心基板1上的金属层结构；隔离槽21为金属导电层2在经过光刻、刻蚀后的图形化结构。

在顶层的金属导电层2的隔离槽21内还沉积有厚度为10％～20％顶层金属导电层厚度的绝缘介质3。顶层的金属导电层2被隔离槽21隔开，形成多个承载LED晶片的LED共晶焊盘22。

LED晶格适配层5沉积于LED共晶焊盘22之上，LED晶格适配层5的晶格结构域预备装配的LED晶片焊盘的晶格结构一致，以便于更好地实现LED晶片与积层电路板之间的物理连接和电连接。

具体的，LED晶格适配层5具体为金属或非金属制成，可以通过采用蒸镀、沉积等方法制得，所用材料可以包括但不限于Cr、Ni、Au、Ti、Sn，SiC，ZnO中的任意一种或多种。

积层电路板的底层亦沉积有绝缘保护层4，绝缘保护层4的厚度为10％～20％底层的金属导电层厚度。绝缘保护层4上具有焊盘孔41，焊盘孔41内填充有第二导电金属，当去除绝缘保护层4后，第二导电金属从所述焊盘孔41中露出，形成多个与外部芯片或电路进行电连接的接触电极42。

接触电极42与积层电路板的底层的金属导电层2相连接，从而形成积层电路板与外部芯片或电路之间的电连接。

在本实施例中，中心层的中心基板1厚度为200μm，经过图形化的过孔加工(LaserDrilling)得到中心层的中心基板1上的电连接孔11；整板金属溅射或电镀沉积，形成紧贴在中心层中心基板1两侧的金属导电层2并沉积了前述的电连接孔11，金属材料优选为铜，这两层金属导电层2的厚度30～35μm，填充电连接孔11的金属厚度为200μm。对两层金属导电层2分别进行图形化刻蚀，形成多个隔离槽21；沉积SiC，在两层金属导电层2的外侧形成两层中心基板1，厚度为50μm，并且隔离槽21内也填沉积SiC；对上述两层中心基板1进行图形化的过孔加工后，同样的再在积层电路板的两侧溅射或电镀沉积得到第三、四层金属导电层2，厚度为30-35μm，沉积电连接孔11的金属厚度为50μm；再对积层电路板顶面和底面的金属导电层2进行图形化刻蚀，之后对积层电路板进行清洗并图形化溅射或电镀沉积5～10μm的绝缘介质3。最后，对底面的绝缘介质3进行图形化处理得到焊盘孔41，再溅射电镀沉积一层金属形成多个与外部芯片或电路进行电连接的接触电极42。

在一个优选的例子中，如图1所示，积层电路板具有以下的基本参数特征：

积层电路板之基板中心层为SiC层，厚度200μm,CTE＝6-8ppm/℃

介电常数ε3～4

金属导电层的线宽L和间距S分别为：20～50μm

LED晶片焊盘密度：4000/((200X200)μm²)

孔径和焊盘径分别为：30～50μm,

绝缘电阻：1.0e+13Ω.m

积层电路板的热膨胀系数CTE：13-19ppm/℃

积层电路板厚度：0.7～0.8mm

在另一个优选的例子中，如图2所示，积层电路板具有以下的基本参数特征：

积层电路板之基板中心层为SiC-Cu复合层，包括185μm铜基层和50μm的SiC层。热膨胀系数(CTE)＝6～8ppm/℃

介电常数ε：9.66∽10.03

铜皮走线密度L/S：20∽50μm

焊盘密度：4000/(200X200)μm

孔径/焊盘径：30/50μm

绝缘电阻：10⁶Ω.m

CTE：4.5ppm/℃

积层电路板厚度0.7～0.8mm

本发明实施例提供了一种基于无机物的LED磊晶积层电路板，制备工艺简单，能够实现无需人工的自动化生产，从而降低了生产成本；具有良好的强度和高精度，能够满足LED显示屏的像素间距小尺寸、高精度的要求(如像素间距小于1MM时)，同时通过采用LED晶格适配层形成与LED晶片焊盘相匹配的晶格适配处理，从而更好地形成于LED晶片之间的电连接和物理连接。通过电路板侧壁保护层结构，有效消除用以消除后续工艺和使用过程中，所述LED磊晶积层电路板内各层间之热胀系数不同带来的内应力。

相应的，本发明实施例二还提供了上述实施例所述的LED磊晶积层电路板的制备方法。其中，中心基板以SiC基板为例，进行说明。

如图2所示，本发明的制造方法包括如下步骤：

步骤201，对SiC基板的整板镀导电介质；

具体的，导电介质可以为包括铜在内的导电金属。导电金属可以采用电镀或其他方式布设于SiC基板的上下表面。

步骤202，对碳化硅SiC基板进行激光钻通孔加工；

具体的，对镀铜后的SiC基板，可以是由顶面或是由底面，进行激光打孔(laserdrilling)工艺加工。经过激光打孔，在SiC基板上形成图形化的多个通孔。

步骤203，对SiC基板的整板镀导电介质；其中所述通孔由所述导电介质完全填充；

具体的，导电介质可以为包括铜在内的导电金属。导电金属可以采用电镀或其他方式布设于SiC基板的上下表面，同时，SiC基板上的通孔由导电介质完全填充。因此SiC基板上下表面的导电介质通过通孔中的导电介质实现电连接。

步骤204，对SiC基板的第一表面的导电介质进行图形化刻蚀；

具体的，图形化刻蚀的步骤可以包括：

A、对SiC基板的第一表面进行贴膜；

B、根据预先设计好需要的图形，对SiC基板的第一表面进行对位和曝光；因为所贴的膜为感光膜，能够遇光固化，因此在曝光后，被曝光的部分在导电介质表面形成一层保护；

C、对SiC基板进行显影，去除掉未被固化的膜；

D、对贴有固化保护膜的SiC基板的第一表面进行刻蚀，将图形转移到基板的第一表面上；

E、最后进行褪膜处理，去掉固化保护膜。

步骤205，对SiC基板的第二表面的导电介质进行图形化刻蚀；

该步骤与上述步骤203的执行过程相同，只是针对SiC基板的第二表面进行。第一表面和第二表面分别为SiC基板的上、下表面。图形化刻蚀可以先对上表面进行，再对下表面进行，或者顺序也可以反过来。

在步骤204和205之前，还可以分别对即将被图形化刻蚀的表面进行预处理。在对第二表面图形化刻蚀之前，还可以对已经图形化刻蚀完成的第一表面进行保护处理，避免在第二表面图形化刻蚀的过程中造成第一表面图形化导电介质的损伤。

进一步的，基板底层图形化刻蚀的导电介质构成多个用于与外部芯片或电路进行电连接的接触电极。

步骤206，气相淀积SiO₂，形成基板保护层；

具体的，气相淀积的SiO₂淀积于SiC基板上、下表面；

基板保护层的淀积厚度可以根据需要自行设定，在本方案中优选为10％～20％顶层/底层的导电介质的厚度。

通常，在气相淀积SiO₂之前，还会对基板进行表面清洗预处理。

步骤207，对所述SiC基板的上表面的基板保护层进行图形化刻蚀，在图形化区域内露出金属焊盘电极；

具体的，对SiC基板的上表面的SiO₂基板保护层进行图形化刻蚀，露出顶层导电介质中作为金属焊盘电极的部分。金属焊盘电极用于与LED进行电性连接。

步骤208，在所述金属焊盘电极上生长晶格适配层；所述晶格适配层的晶格结构与所述LED的晶格结构相同。

具体的，晶格适配层的材质可以包括：SiC、Cr、Ni、Au、Ti、Sn、ZnO、As、Ga、Ge、In中的任意一种或多种。

步骤209，刻蚀去除所述LED积层电路板侧面的SiO₂；

步骤210，在所述LED磊晶积层电路板的各个侧面电镀金属Ni，形成电路板侧壁保护层。

具体的，上述步骤209和步骤210描述的去除侧壁的SiO₂再镀上Ni保护层，目的是在后续LED晶格生长的工艺中，在高达600-1000摄氏度的工艺环境里，能够有效消除LED磊晶积层电路板内各层间之热胀系数带来的内应力，同时由于Ni的熔点1452度，比铜(1083度)高许多，其在高温环境下的稳定性更好，能够对基层电路板内层中铜层可能产生的铜升华蒸汽进行有效密封，以避免金属蒸汽污染磊晶生长设备。

上述步骤201-步骤210的制备方法提供了制备LED单层基板的方法，如果要制备多层基板，可以在上述步骤206之前执行以下步骤：

1)气相淀积SiC，形成图形化刻蚀区域的填充层及SiC基板的表面绝缘层；

2)对所述SiC基板的表面绝缘层进行图形化刻蚀，刻蚀至图形化区域内露出导电介质；

3)对SiC基板的整板镀导电介质；

4)对所述SiC基板的第一表面的导电介质进行图形化刻蚀；

5)对所述SiC基板的第二表面的导电介质进行图形化刻蚀。

上述步骤1)-5)可以根据需要的基板层数而多次重复执行。

本发明提供的基于无机物的LED积层电路板的制造方法，采用无机物SiC作为基板，在基板上制备导电层和绝缘层，并在最外导电层上制备晶格适配层，为后续直接在LED积层电路板上生长LED晶片提供了可能。本方法采用常规制造工艺和常规材料降低了生产成本，通过电路板侧壁保护层结构，有效消除用以消除后续工艺和使用过程中，所述LED磊晶积层电路板内各层间之热胀系数不同带来的内应力。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无机物的LED磊晶积层电路板，其特征在于，所述电路板包括：中心基板、至少两层金属导电层、LED晶格适配层和电路板侧壁保护层；

所述中心基板为无机物构成；

所述中心基板上具有电连接孔，所述电连接孔内填充有第一导电金属；

所述金属导电层上具有隔离槽；

所述至少两层金属导电层沉积在所述中心基板的上、下表面上，通过所述电连接孔相连接；

LED晶格适配层沉积于用于生长LED晶片的一侧金属导电层的表面；

所述电路板侧壁保护层为电镀于所述LED磊晶积层电路板的各个侧面的金属Ni层，用以消除后续工艺和使用过程中，所述LED磊晶积层电路板内各层间之热胀系数不同带来的内应力；

其中，所述金属导电层和第一导电金属为溅射或电镀沉积在所述中心基板上的金属层结构；所述隔离槽为所述金属导电层在光刻、刻蚀后的图形化结构。

2.根据权利要求1所述的积层电路板，其特征在于，所述金属导电层的隔离槽内沉积有绝缘介质。

3.根据权利要求2所述的积层电路板，其特征在于，所述顶层金属导电层的隔离槽内沉积的绝缘介质的厚度为10％～20％顶层金属导电层厚度。

4.根据权利要求3所述的积层电路板，其特征在于，所述顶层金属导电层被所述隔离槽隔开形成多个承载LED晶片的LED共晶焊盘。

5.根据权利要求1所述的积层电路板，其特征在于，所述积层电路板的底层具有绝缘保护层，所述绝缘保护层的厚度为10％～20％底层金属导电层厚度。

6.根据权利要求5所述的积层电路板，其特征在于，所述绝缘保护层内具有焊盘孔，所述焊盘孔内填充有第二导电金属；当去除绝缘保护层后，所述第二导电金属从所述焊盘孔中露出，形成多个与外部芯片或电路进行电连接的接触电极；所述接触电极与所述积层电路板的底层金属导电层相连接，从而形成所述积层电路板与外部芯片或电路之间的电连接。

7.根据权利要求1所述的积层电路板，其特征在于，所述LED晶格适配层具体为金属或非金属，包括Cr、Ni、Au、Ti、Sn，SiC，ZnO中的任意一种或多种。

8.根据权利要求1所述的积层电路板，其特征在于，所述中心基板具体为：SiC基板或SiC-Cu复合基板。

9.一种如上述权利要求1-8任一权项所述的LED积层电路板的制造方法，其特征在于，所述方法包括：

对中心基板的整板镀导电介质；

对中心基板进行激光钻通孔加工；

对中心基板的整板镀导电介质；其中所述通孔由所述导电介质完全填充；

对所述中心基板的第一表面的导电介质进行图形化刻蚀；

对所述中心基板的第二表面的导电介质进行图形化刻蚀；

气相淀积SiO₂，形成基板保护层；

对所述中心基板的上表面的基板保护层进行图形化刻蚀，在图形化区域内露出金属焊盘电极；

在所述金属焊盘电极上生长晶格适配层；所述晶格适配层的晶格结构与所述LED的晶格结构相同；

刻蚀去除所述LED积层电路板侧面的SiO₂；

在所述LED磊晶积层电路板的各个侧面电镀金属Ni，形成电路板侧壁保护层。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在气相淀积SiO₂，形成基板保护层之前，所述方法还包括以下步骤：

气相淀积SiC，形成图形化刻蚀区域的填充层及中心基板的表面绝缘层；

对所述中心基板的表面绝缘层进行图形化刻蚀，刻蚀至图形化区域内露出导电介质；

对中心基板的整板镀导电介质；

对所述中心基板的第一表面的导电介质进行图形化刻蚀；

对所述中心基板的第二表面的导电介质进行图形化刻蚀。