CN102640313A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开放射白色光的发光二极管及其制造方法。公开的发光二极管的制造方法，包括以下步骤：测量发光二极管；为使上述发光二极管输出的光转换成白色光，在上述发光二极管上执行具有基于上述测量结果的荧光体配合比的共形涂覆。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管及其制造方法，尤其涉及一种放射白色光的发光二极管及其制造方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode:LED)作为高能效产品，其使用正在增多，对其的研究开发持续不断。从这一方面而言，难以体现从发光二极管输出的白色光。过去曾尝试了用于体现白色光的多种新方法。
但是，这些诸多途径不是在晶圆级上，而是在芯片级上执行这种过程。这种途径造成芯片浪费。
而且，现存的任何途径均无法以诸如输出光的波长的根本性测量结果为基础，变更荧光体(荧光物质)的比率。
因此，要求基于新途径的发光二极管及其制造方法。
发明内容
本发明的目的为提供放射收率高的白色光的发光二极管及其制造方法。
本发明的另一目的为提供放射能够制造成本的白色光的发光二极管及其制造方法。
本发明的又另一目的为提供能够在色度坐标上输出相同的目标白色光的发光二极管及其制造方法。
本发明的技术解决方案：
本发明的发光二极管制造方法，用于制造发光二极管，其特征在于包括：
测量步骤，在晶圆级上测量发光二极管；以及涂覆步骤，在晶圆级上，为使上述发光二极管输出的光转换成白色光，在上述发光二极管上执行具有基于上述测量结果的荧光体配合比的共形涂覆。
在此，上述测量步骤包括测量由上述发光二极管输出的光的波长的步骤。
并且，上述发光二极管包括蓝色发光二极管及紫外线发光二极管中的至少某一种。
并且，还包括一个步骤，使上述发光二极管的涂布了上述共形涂层的区域分离。
并且，上述区域使用固体石蜡、丝网印刷及光刻胶中的至少某一种进行分离。
在此，上述共形涂层具有包括黄色、绿色或红色颜色中至少某一种的荧光体配合比。
在此，上述发光二极管与多个其它发光二极管配置于晶圆上，并且使上述共性涂层涂布于上述晶圆。
并且，上述目的可根据本发明的发光二极管的制造方法来实现，其特征在于，包括：测量步骤，在晶圆级上测量由发光二极管输出的光的波长；以及涂覆步骤，在晶圆级上，为使上述发光二极管输出的光转换成白色光，在上述发光二极管上执行具有基于上述测量结果的荧光体配合比的共形涂覆；而且，上述配合比包括黄色、绿色或红色中至少某一种颜色。
在此，上述发光二极管包括蓝色发光二极管及紫外线发光二极管中的至少某一种。
在此，还包括一个步骤，使上述发光二极管的涂布了上述共形涂层的区域分离。
在此，上述区域使用固体石蜡、丝网印刷及光刻胶中的至少某一种进行分离。
上述目的，可通过本发明的发光二极管来实现，其特征在于，包括：发光部；
共形涂层部，为使上述发光部输出的光转换成白色光而具有基于上述发光部输出的光的波长的荧光体配合比，涂布于上述发光部上部。
在此，上述荧光体配合比包括黄色、绿色、红色中至少一种颜色。
本发明的技术效果：
本发明的白色发光二级管的制造方法与芯片单位封装方法不同，在晶圆级上完成白色发光二极管制造工序，并在晶圆级上，分别按所有单位芯片预先测量波长数据，并在各个单位芯片上准确控制相应波长的荧光体(黄色yellow,Y)、绿色(green:G)、红色(red:R)配合比，由此按晶圆上的芯片分配荧光体。
使此类芯片表面具有一定的涂布厚度的共形涂覆的方法具有如下效果。
第一，在晶圆级上，按各个单位芯片，决定转换为色度坐标上相同的目标白色光所需的荧光体+Si物质，按各个芯片进行涂布，所以，各芯片输出的白色光的色差减小。因此，白色光二极管工序收率增加。
第二，由于色差的最小化，在设计利用了各个白色光发光二极管芯片的光学透镜时，设计自由度增加。
第三，由于是在晶圆单位上，每个芯片完成荧光体涂布工序，所以，在封装步骤中，不需要按各个芯片对具有类似范围波长的LED进行分类的分选(sorting)工序。另外，不是在封装步骤中，而是在晶圆级上已经获得了白色度坐标，因而不发生另外追加的封装工序及材料费用。
第四，由于是在晶圆级上制作白色光芯片，所以，生产装备投资减少，白色光二极管芯片管理费用减少，特别是不需要用于分类的分选装备等执行封装工序所需的设备。
第五，由于是在晶圆级上按芯片完成白色光二极管芯片，所以，在对应于利用倒装(flip)芯片方式的COM(chip on module)、COB(chip on board：板上芯片)时，可以省略另外的贴片(die attach)、接线、荧光体涂布等原有工序，从而能够减少工序费用、材料费用等。
附图说明
图1是发光二极管晶圆内的芯片波长分配图表；
图2是显示为体现色度坐标系及相同色度坐标的白色光的芯片种类1、2、3进行测量的芯片波长及与其对应的荧光体+Si配合比的表；
图3是将封装级的荧光体涂布方法通过图式方法表示的图；
图4是简要显示本发明发光二极管制造方法的在晶圆级上按各芯片进行的共形涂层(CONFORMAL COATING)方式的附图，
图5是显示本发明第1实施例的发光二极管制造方法的共形涂层步骤的示意图，
图6是显示本发明第2实施例的发光二极管制造方法的共形涂层步骤的示意图，
图7是显示本发明第3实施例的发光二极管制造方法的共形涂层步骤的示意图，
图8是简要显示本发明第4实施例的发光二极管制造方法的流程图。
具体实施方式
如上所述，本发明涉及一种可输出白色光的发光二极管及其制造方法。更详细地说，假定在晶圆级上，测量从发光二极管(LED)(假定蓝色LED、紫外LED)放出的光的波长。以上述波长测量结果为基础，在上述LED上涂布共形涂层。上述共形涂层具有基于上述波长的荧光体配合比。另外，荧光体配合比包括黄色、绿色或红色中的至少一种颜色。因此，上述LED输出的光使用共形涂层而转换成白色光。在本发明的实施例中，这些步骤在晶圆级上执行，能够获得更好的均匀性和一惯性。
另一方面，在LED芯片的外延(EPI)工序中的MOCVD(metal organic chemical vapor deposition：金属有机物化学气相淀积)工序中，由于工序偏差及设备偏差，在LED晶圆内的各个芯片之间，存在波长分散。在图2中，是测量任意LED晶圆12内的芯片10的蓝色光波长的结果。晶圆12内的芯片10不具有一个相同的单一波长，而呈现芯片10间的波长分散。通常情况下，当芯片10间的波长发生5nm以上差异时，人们可目视感知。
图2显示了RGB色度坐标系。如图1所示，在同一晶圆12内存在芯片10间波长分散的状态下，当为把同一晶圆12上的芯片10转换为白色光而在晶圆级上统一应用同一荧光体时，白色度坐标因芯片而异。因此，只有根据各个的个别芯片10的波长，应用互不相同的荧光体配合比，才能够体现相同白色度坐标的白色光。
图2的色度坐标系中，蓝色部分的1号是芯片的波长为a的情形，此时，如要形成白色目标色度坐标，则黄色、绿色及红色(Y、R、G)荧光体的配合比应适用A。另外，2号和3号是各个芯片的波长为b、c的情形，此时，如要形成与1号相同的白色目标色度坐标，则荧光体的配合比应分别适用不同于A的B、C。其中，上述配合比的荧光体可以与硅(Si)一同配合。
如果针对波长分别是a、b、c的不同芯片，应用相同配合比的荧光体及硅(Si)A的荧光层，则3种芯片将分别具有不同的白色目标色度坐标。如果白色度坐标不同，当把LED用于LCD(Liquid Crystal Display：液晶显示器)显示装置使用的BLU(Back Light Unit：背光单元)、照明等时，由于发生色散，在构成产品方面存在困难。由于这种问题，涂布荧光体的工序在并非晶圆级的LED PKG(package：封装)工序时，在个别芯片级上完成，在涂布荧光体的工序之前，首先完成按各芯片输出的蓝色光的波长对个别芯片进行分类(RANKING)的工序。
但是，在封装工序中，当按个别芯片完成荧光体涂布时，除上述分选工序之外，还应按分选的个别芯片进行保管、维护，工序流程增加，变得更加复杂，因而成为产品成本上升的主要因素。
在图3中，以图示方式显示了在各个个别芯片级上进行荧光体涂布的工序。首先，在CUP18所在的引线框16中，在CUP18的中心附着LED芯片10，上述LED芯片10的金属板20与上述引线框16的电极线22利用导线24相互连接。为形成白色目标色度坐标，在上述LED芯片10表面分配(dispensing)根据相应芯片的波长设计的涂覆层24(荧光体+ Si物质)。
上述记述的在芯片级上的荧光体涂布技术(涂覆技术)带有几个问题。
第一，由于荧光体+Si的厚度(最小300um以上)较厚，所以平均光路径(OPTICAL MEAN FREE PATH)因LED芯片表面位置而异，出现色差(LED BINNING现象)。这种色差的发生在光学设计时带来许多限制因素。
第二，由于涂布荧光体的工序不是在晶圆级上，而是在芯片级上完成，因此，在封装后因白色度坐标偏差而发生不良时，除芯片费用之外，还追加发生另外的封闭材料及工序费用。
第三，为进行芯片级涂布，伴随着事先针对晶圆内芯片的波长分散，按相同波段进行分选的工序，在这种情况下，发生较长的工序时间及设备投资费用等。如果在晶圆级上完成对各个单位芯片的荧光体涂布工序，则不需要另外的分选工序，不是在封装级，而是在晶圆级上已经获得白色度坐标，因此，当发生不良芯片时，不追加发生另外的封装工序及材料费用。
如上所述，在本发明中，白色发光二极管制造方法不同于芯片级封装方法，是在晶圆级上完成白色发光二极管制造工序。特别是在上述相对较低阶段的晶圆级上，按各个单位芯片预先测量波长数据，为按与各个单位芯片相应的波长转换为相同的目标白色光，正确地决定与测量的波长相应的荧光体(黄色(yellow:Y)、绿色(green:G)、红色(red:R))配合比，在晶圆级上，针对各个单位芯片分配上述决定的配合比的荧光体，通过这种方法，按单位芯片，在其表面上形成具有既定厚度的涂覆层。通过这种方式，上述荧光物质共形涂层(conformal coating)的厚度与在芯片级上形成的相比，其厚度相对较薄。
在图4中，以图示方式显示了本发明共同应用的发光二极管制造方法的荧光物质涂布过程。为针对晶圆32内所有芯片30体现相同的白色度坐标，以对所有芯片30的波长进行测量的结果为基础，决定将涂布于各个单位芯片30的适宜的荧光体配合比。例如，当是波长a时，则为A的配合比，当是波长b时，则为B的配合比，当是波长c时，则为C的配合比。针对上述3种以上的多个配合比，准备相同的3个分配器34A、34B、34C (dispenser)，各个分配器含有配合比不同的荧光体。上述多个分配器34A-34C如图4所示，在晶圆级上，分配分别属于各个单位芯片的荧光体+ 硅(Si)物质(以下简称“荧光物质”)，在芯片上面形成荧光体共形涂层(conformal coating)。从而能够通过在晶圆级上涂布荧光体，体现输出白色光的白色LED(wihte LED)。
其中，上述晶圆32上的涂布荧光物质之前的LED芯片30可以称为发光部。上述发光部的结构由N层、P层及活性层构成，这种结构已经众所周知，因此省略详细说明。
其中，所谓晶圆级，是指在切割分离晶圆上形成的各个单位个别LED芯片30之前的晶圆阶段。
其中，分配器的个数越多，越能够在晶圆级上形成的具有多种波长分散的个别单位芯片上，涂布配合比更加准确的荧光物质。
根据情况，也可以利用上述多个分配器34A-34C，在每个晶圆级单位芯片上涂布任意配合比的荧光物质。如果更详细地说明，可以使用上述多个分配器34A-34C中的配合比互不相同的至少2个以上分配器，在一个单位芯片上多次涂布配合比互不相同的荧光物质，从而能够涂布所需的任意配合比的荧光物质。即，上述多次涂布的荧光物质最终成为所需的任意配合比的荧光层。
下面提出本发明的荧光体+ 硅(Si)(荧光物质)在晶圆级上独立地按各个单位芯片30涂布的3种实施例。
在图5中显示了第1实施例。
此时，晶圆32内的芯片30与芯片30之间的切割道(scribe line)利用含有石蜡36的物质(也可以含有其他物质)进行印刷。因此，能够防止上述荧光物质涂布于上述切割道。然后，金属板部分也沿板线用含有石蜡36等的物质进行印刷，使将利用分配器分配的荧光体+硅(Si)的荧光物质无法渗透到金属板35部分。此时，在印刷石蜡等物质的情况下，上述荧光物质涂覆层的厚度大致为100?水平。石蜡物质的主要功能是起到引导屏障38(guide dam)作用，使涂布于上述芯片30上的荧光物质不流动，而是存在于其内部。
本实施例的发光二极管制造方法如下。
(1)在晶圆级上测量各二极管芯片30的波长；
(2)按测量的波长组，决定与白色目标色度坐标对应的荧光体(Y, G, B)和Si的配合比；
(3) 如图5所示，在晶圆32内的各芯片30上，在切割道(scribe line)与金属板35部分印刷石蜡36等物质，形成引导屏障38；
(4) 涂布荧光物质，荧光物质由荧光体和硅(Si)物质构成，其中，荧光体为体现白色目标色度坐标而具有与晶圆32中各个芯片30的波长相应的配合比，硅(Si)物质用于使上述荧光体能够良好地附着于上述芯片30的上部；
其中，含有上述特定配合比的荧光体与上述硅物质的荧光物质可以通过上述多个分配器(图4的34A-34C)进行分配。
(5) 在烘箱中对上述荧光体+硅(Si)物质进行硬固化(hard curing)；
(6) 然后，沿上述切割道，从上述晶圆32上切割下涂布了荧光物质的上述芯片30。
其中，在图5中，虽然说明的是按个别芯片30形成切割道的情形，但是，在波长分散处于误差范围内，可利用相同的分配器涂布上述荧光物质的情况下，例如在可以利用一个分配器同时对2个芯片30执行荧光物质涂布的情况下，切割道也可以根据需要，以环绕2个芯片30的形态形成。
根据需要，当相邻的3个以上的多个芯片3拥有误差范围内的波长分散，可利用一个分配器涂布荧光物质时，也可以环绕上述3个以上的多个芯片3地形成切割道。
另外，在上述(3)及(4)步骤之间，还可以包括一个判别步骤，从上述晶圆32上的个别芯片30的测量波长数据，判断上述个别芯片30应当由哪个分配器涂布荧光物质。即，上述个别芯片30的波长分散可能会表现多种多样，因此，为利用限定的分配器涂布荧光物质，可以决定利用各分配器能够补偿的波长分散的范围。假设，用A涂料器涂布荧光体的波长的范围可为a±10nm。
其中，如果是多个分配器分别已经决定了既定荧光体配合比的情形，那么，上述(2)步骤可以用以下判别步骤取代，即，从通过(1)步骤测量的上述晶圆32上的个别芯片30的波长数据，判别上述个别芯片30适合上述多个分配器中的哪一个。
下面参照图6，说明本发明的第2实施例。
此时，芯片30与芯片30之间的切割道和金属板35部分可以利用丝网印刷40(silk screen)或金属掩模40(metal mask)等封堵，以使将分配的荧光体+硅(Si)的荧光物质无法渗透。实施封堵后，利用分配方法，在晶圆级上，按照各个单位芯片的波长，分配荧光体+硅(Si)物质。下面更详细地说明本发明的发光二极管制造方法。
(1) 在晶圆级上测量各个构成的二极管芯片的波长；
(2) 按测量的波长组，决定与白色目标色度坐标对应的荧光体(Y, G, B)与硅(Si)的配合比；
(3) 如图6所示，在晶圆内的各芯片上，利用丝网印刷40封堵切割道37(scribe line)和金属板35部分；
(4) 为体现白色目标色度坐标，把由配合比对应于晶圆中各芯片波长的荧光体及硅(Si)物质构成的荧光物质涂布于每个芯片；
(5) 简易固化荧光体+Si物质；
(6) 去除丝网印刷及/或金属掩模模具；
(7) 在烘箱中对荧光体+ 硅(Si)的荧光物质进行硬固化(HARD CURING)。
其中，根据情况，上述(5)的简易固化步骤也可以省略。
下面参照图7，说明本发明的第三实施例。
此时，芯片30与芯片30之间的切割道37(scribe line)和金属板35(metal pad)部分利用光刻胶(photoresist: PR)的牺牲层42及/或有机物进行遮蔽，以使分配的荧光体+硅(Si)的荧光物质无法渗透。实施遮蔽后，利用分配方法，在晶圆级上，按照各个单位芯片的波长，分配荧光体+硅(Si)的荧光物质。下面更详细地说明本实施例的发光二极管制造方法。
(1) 在晶圆单位上测量各个构成的二极管芯片的波长；
(2) 按测量的波长组，根据白色目标色度坐标，决定荧光体(Y, G, B)与硅(Si)的配合比；
(3) 如图7所示，在晶圆内的各芯片上，利用上述牺牲层等遮蔽切割道和金属板部分；
(4) 为体现白色目标色度坐标，涂布具有对应于晶圆中各芯片波长的配合比的荧光体+硅(Si)的荧光物质；
(5) 在烘箱中对荧光体+硅(Si)的荧光物质进行硬固化(HARD CURING)；
(6) 去除上述切割道(scribe line)和金属板部分的牺牲层PR等。
下面参照图8，详细说明本发明的第4实施例的发光二极管制造方法。
首先，在晶圆上形成多个LED芯片S10。其中，上述LED可以是输出蓝色或紫外线的蓝光LED或UV(ultra-violet：紫外线) LED。
然后，在上述晶圆上测量各个LED芯片输出的固有波长值S20。
然后，为补偿上述LED芯片的波长分散，决定对应于晶圆上各个LED芯片的波长值的荧光体配合比S30。其中，在S10步骤中，利用半导体工序形成的LED并非分别输出相同的波长，而是带有误差，波长处于分散状态，因此，为了进行转换，使之输出相同色度坐标上的白色光，为进行光转换而与个别LED芯片的测量波长相对应地决定荧光体配合比，以使各个个别LED芯片输出相同色度坐标上的白色光。
然后，如图4所示，求出映射图S40，映射图显示了准确对应于晶圆上各个LED芯片的测量波长值的荧光体配合比。
按照上述映射图的配合比，混合各配合比种类的多种荧光体与硅并进行脱泡S50。
把按照上述映射图混合的荧光物质(适宜配合比的荧光体+ 硅(Si))涂布于晶圆上的各LED芯片S60。
以上述晶圆状态对上述荧光物质进行硬化S70。
沿上述晶圆上的切割道，切割上述个别LED芯片，从晶圆上分离S80。
其中，在遮蔽上述切割道及上述LED芯片的金属板后涂布上述荧光物质，已在第1至第3实施例中说明，因此省略。
Claims (12)
1.一种发光二极管制造方法，用于制造发光二极管，其特征在于包括：
测量步骤，在晶圆级上测量发光二极管；以及
涂覆步骤，在晶圆级上，为使上述发光二极管输出的光转换成白色光，在上述发光二极管上执行具有基于上述测量结果的荧光体配合比的共形涂覆。
2.根据权利要求1所述的发光二极管制造方法，其特征在于：
上述测量步骤包括测量由上述发光二极管输出的光的波长的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的发光二极管制造方法，其特征在于：
上述发光二极管包括蓝色发光二极管及紫外线发光二极管中的至少某一种。
4. 根据权利要求1或2所述的发光二极管制造方法，其特征在于：
还包括一个步骤，使上述发光二极管的涂布了上述共形涂层的区域分离。
5.根据权利要求4所述的发光二极管制造方法，其特征在于：
上述区域使用固体石蜡、丝网印刷及光刻胶中的至少某一种进行分离。
6.根据权利要求1所述的发光二极管制造方法，其特征在于：
上述共形涂层具有包括黄色、绿色或红色颜色中至少某一种的荧光体配合比。
7.一种发光二极管制造方法，用于制造发光二极管，其特征在于，包括：
测量步骤，在晶圆级上测量由发光二极管输出的光的波长；以及
涂覆步骤，在晶圆级上，为使上述发光二极管输出的光转换成白色光，在上述发光二极管上执行具有基于上述测量结果的荧光体配合比的共形涂覆；而且，
上述配合比包括黄色、绿色或红色中至少某一种颜色。
8.根据权利要求7所述的发光二极管制造方法，其特征在于：
上述发光二极管包括蓝色发光二极管及紫外线发光二极管中的至少某一种。
9. 根据权利要求7或8所述的发光二极管制造方法，其特征在于：
还包括一个步骤，使上述发光二极管的涂布了上述共形涂层的区域分离。
10. 根据权利要求9所述的发光二极管制造方法，其特征在于：
上述区域使用固体石蜡、丝网印刷及光刻胶中的至少某一种进行分离。
11.一种发光二极管，其特征在于包括：
发光部；
共形涂层部，为使上述发光部输出的光转换成白色光而具有基于上述发光部输出的光的波长的荧光体配合比，涂布于上述发光部上部。
12.根据权利要求11所述的发光二极管，其特征在于：
上述荧光体配合比包括黄色、绿色、红色中至少一种颜色。
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