TW201349602A - 發光二極體元件的製造方法與發光二極體晶圓 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體元件的製造方法與發光二極體晶圓，其製造方法包括下列步驟：在一磊晶成長基板上形成一磊晶結構，該磊晶結構具有複數個高台狀(mesa)發光二極體；以一散熱基板取代該磊晶成長基板；量測各該些高台狀發光二極體的發光波長以產生一波長量測資料；設置一注膠板於該磊晶結構上，該注膠板有複數個注膠孔，分別曝露該些高台狀發光二極體；以及經由該些注膠孔塗佈螢光膠於該些發光二極體高台上，以在該散熱基板上形成複數個發光元件。

Description

發光二極體元件的製造方法與發光二極體晶圓

本發明是有關於一種發光二極體的製造方法，且特別是有關於一種發光二極體元件的製造方法與使用該方法形成的發光二極體晶圓。

發光二極體(Light Emitting Diode，簡稱LED)是一種固態發光元件，由P型與N型的半導體材料組成，它能產生在紫外線、可見光以及紅外線區域內的自輻射光。由於LED具有省電、壽命長、亮度高等諸多優點，近來在環保與節能省碳的趨勢下，LED的應用愈來愈廣泛，例如交通號誌、路燈、手電筒、液晶顯示的背光模組或是譬如LED燈泡之各式照明裝置等。

傳統的發光二極體製程所產生的發光二極體晶圓，因為磊晶的製程變異，發光二極體的波長會因為所分布在晶圓上的位置而有所差異。一般而言，發光二極體的波長分布會呈現圓周式的分布，以2吋基板為例，由晶圓中心向外，其波長約有±5nm的差異。在這樣的波長分布條件下進行晶圓等級的封裝(wafer level package)，會使混出來的白光流明與色點落在不同的檔(bin)內，也就是不同的波長範圍內。這樣產出的發光二極體元件需要再進行分類才能使波長收斂在相同的檔內。

依照不同的用途，客戶會要求發光二極體元件的波長與電性需要在一定的誤差之內，所以製造商必須先進行發光二極體的測試與分類才能出貨。發光二極體可以按照波長、發光角度、發光強度以及工作電壓等來進行分類，由於目前商業應用對於LED波長分佈的要求越來越高，例如LED顯示螢幕或是顯示器相關應用，其對於波長分布的要求甚至在0.5nm的範圍內 。因此，對於LED的製造商而言，這會提高測試、分類與製造成本。

本發明實施例提供一種發光二極體元件的製造方法與具有均勻發光波長特性的發光二極體晶圓。在封裝前，先進行元件電性測試，然後根據測試結果，塗佈不同螢光粉比例的螢光膠致各別的發光二極體元件上，使整個發光二極體晶圓的波長分布可以收斂並且位於所需的誤差範圍內，例如同一檔(bin)內。藉此，達到整片晶圓發光均勻的效果，在封裝後，不需進行分類，即可應用在相同產品上。

本發明實施例提供一種發光二極體元件的製造方法，包括下列步驟：在一磊晶成長基板上形成一磊晶結構，該磊晶結構具有複數個高台狀(mesa)發光二極體；以一散熱基板取代該磊晶成長基板；量測各該些高台狀發光二極體的發光波長以產生一波長量測資料；設置一注膠板於該磊晶結構上以防止溢膠，該注膠板有複數個注膠孔，分別曝露該些高台狀發光二極體；以及經由該些注膠孔塗佈螢光膠於該些發光二極體高台上，以在該散熱基板上形成複數個發光元件。

在本發明實施例中，上述在經由該些注膠孔塗佈螢光膠於各該些高台狀發光二極體以形成複數個發光元件之步驟更包括：根據該波長量測資料，調整螢光膠中的螢光粉濃度或組成比例以使各該些發光元件的發光波長位於特定範圍中。

在本發明實施例中，上述方法更包括：在塗佈螢光膠於各該些高台狀發光二極體後，藉由切割程序，使得該散熱基板上之該些發光元件形成分離的發光元件。

在本發明實施例中，其中在以該散熱基板取代該磊晶成長 基板之步驟包括：將該磊晶結構貼附至一暫時基板；去除該磊晶成長基板；將該磊晶結構未貼附該暫時基板之一面貼附至一散熱基板，且該散熱基板的熱導率大於該磊晶成長基板的熱導率(heat conductivity)；以及去除該暫時基板。

本發明實施例另提出一種發光二極體晶圓，包括一散熱基板以及一磊晶結構。磊晶結構設置在該散熱基板上，該磊晶結構具有複數高台狀發光二極體。其中，各該些高台狀發光二極體上分別塗佈有螢光膠以在該散熱基板上形成複數個發光元件，且各該些發光元件的發光波長位於一特定範圍中。

綜上所述，本發明實施例在晶圓切割前，在個別發光二極體上塗佈螢光膠，並且根據發光二極體(即LED mesa)的發光波長調整預先塗佈的螢光粉比例，使整片發光二極體的發光波長可以位於一特定範圍中，如同一檔中。藉此，簡化發光二極體製程，以及發光二極體分類的成本。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

在下文中，將藉由圖式說明本發明之實施例來詳細描述本發明，而圖式中的相同參考數字可用以表示類似的元件。

本發明實施例提出一種發光二極體元件的製造方法，利用治具在發光二極體晶圓上分隔出隔間，然後依據個別發光二極體元件的電性(例如波長)塗佈不同比例的螢光膠，藉此均勻化整片晶圓上發光二極體元件的發光波長。藉此，改善因製程變異所造成的發光波長分佈不均的問題，並且讓發光二極體晶圓 在切割封裝後，可以得到整批發光波長相近的發光二極體元件。另，由於整片發光二極體晶圓的發光波長相近，所以也可用來做為單一發光源使用。

請同時參照圖1與圖2A~圖2I，圖1為根據本發明一實施例的發光二極體元件的製造方法流程圖，圖2A~圖2I為根據本發明一實施例的發光二極體元件的製程示意圖。首先，參照步驟S110與圖2A，利用發光二極體磊晶製程，在磊晶成長基板210上形成一磊晶結構220，磊晶結構220具有複數個高台狀(mesa)發光二極體221、222。磊晶成長基板210的材質例如是藍寶石(sapphire)、GaP、GaAs、AlGaAs、碳化矽(SiC)。本實施例的磊晶成長基板210以藍寶石基板(sapphire substrate)為例說明，晶格方向例如為(0001)，但本發明不限制所使用的基板材質與晶格方向。

磊晶結構220可以利用有機金屬化學氣相沉積法(metal organic chemical-vapor deposition,MOCVD)、液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy,LPE)或分子束磊晶法(Molecular Beam epitaxy,MBE)來形成，本實施例不受限制。磊晶結構220可以經由微影、蝕刻、離子注入、沉積等製程定義發光二極體元件的P型半導體層、N型半導體層、主動層以及金屬電極等結構以形成高台狀(mesa)發光二極體。每一高台狀發光二極體表示一個發光二極體元件。

然後，參照步驟S120與圖2B~圖2E，以散熱基板212取代磊晶成長基板210，取代的方式係先將磊晶結構220黏貼至一暫時基板230，如圖2B所示。在將磊晶成長基板210正面固定至暫時基板230後，去除磊晶成長基板210，如圖2C所 示。然後，將磊晶結構220的背面(即未貼附至暫時基板230之一面)貼附至散熱基板212，如圖2D所示。接著，去除暫時基板230，如圖2E所示。磊晶結構220與散熱基板212可以藉由導熱膠213貼合在一起，但本實施例不限制導熱膠213的材質以及磊晶結構220與散熱基板212之間的貼合方式。

暫時基板230例如是陶瓷基板、金屬基板或塑膠基板，本實施例並不限制。散熱基板212例如是金屬基板或是矽基板，本實施例並不限制。但值得注意的是，散熱基板212的熱導率(heat conductivity)須大於磊晶成長基板210的熱導率(heat conductivity)。也就是說，散熱基板212的散熱效果較磊晶成長基板210的散熱效果好。

在本實施例中，暫時基板230與磊晶成長基板210之間的固定方式可以利用固態蠟，以加熱方式黏貼暫時基板230與磊晶成長基板210。去除磊晶成長基板210的方式可利用LED研磨機來實現，其步驟如下：先將磊晶成長基板210的正面黏貼至固定晶圓的金屬圓盤或陶瓷圓盤，然後進行研磨以去除磊晶成長基板210多餘的厚度。接著，再將散熱基板212黏貼至研磨後的磊晶成長基板210的底面(即磊晶結構220的底面)以取代原先的磊晶成長基板210。LED研磨機上用來固定晶圓的金屬圓盤或陶瓷圓盤可以視為本實施例中的暫時基板230。當然，本實施例也可以利用其他黏貼方式將磊晶結構220貼附至暫時基板230，本實施例並不受限。

值得注意的是，磊晶成長基板210被去除的厚度可以依照需求而定，也可以保留部分厚度以加強磊晶結構220的結構強度，避免碎裂。因此，步驟S120中，雖然是以散熱基板212取代磊晶成長基板210，但在實務上，保留部份厚度的磊晶成 長基板210可以允許的。也就是說，散熱基板212是可以用來取代大部份磊晶成長基板210的厚度或是完全取代磊晶成長基板210的厚度，以達到散熱與強化結構的功效。

磊晶結構220與散熱基板212之間可以利用散熱膠或是銀膠等材料黏接，只要可以達到固定與導熱的效果即可，本實施例並不受限於此。

接著參照步驟S130與圖2F，在以散熱基板212取代磊晶成長基板210之後，量測各該高台狀發光二極體221、222的發光波長以產生一波長量測資料。電性量測的方式可以利用發光二極體量測設備或分類設備進行量測，波長量測資料包括光強度、波長、參考電壓、色溫等資料，其中最重要的是波長。在LED分類上，可參照上述波長與操作電壓等資訊分為多個bin級，同一bin級內的發光二極體，其電性與發光波長相近，例如以5 nm或1 nm的波長範圍來區分每一個bin。

接下來，參照步驟S140與圖2G，設置注膠板240於磊晶結構220上，注膠板240有複數個注膠孔241、242，分別曝露該些高台狀發光二極體221、222。各注膠孔241、242之孔壁241a、242a分別位於所對應的高台狀發光二極體221、222的周圍以形成隔間，其功用主要是避免注膠時產生溢膠。

參照步驟S150與圖2H、圖2I，注膠裝置251、252經由該些注膠孔241、242塗佈螢光膠至高台狀發光二極體221、222上以形成發光元件261、262。在去除注膠板240後，螢光膠會附著在高台狀發光二極體221、222上，藉此調整發光元件261、262的波長。另，螢光膠也具有保護作用，可以在高台狀發光二極體221、222上形成保護層。個別高台狀發光二極體221、222所塗佈的螢光膠會依據個別高台狀發光二極體 221、222的波長量測資料調整其中的螢光粉濃度或組成比例，使各該些發光元件261、262的發光波長位於特定範圍中，例如1nm或5nm內，本實施例不限制特定範圍的數值。

值得注意的是，注膠裝置251、252可以利用灌膠或噴粉的方式將螢光粉均勻分布在每個獨立空間中，以在高台狀發光二極體221、222上塗佈螢光物質。本實施例不限制塗佈螢光膠的塗佈方式，也不限制螢光膠的組成成分。

值得注意的是，本實施例可以依照設計需求，讓整個晶圓上的發光元件的波長位於同一檔(bin)內，或讓晶圓的部份區域位於同一檔內。藉由本實施例的製造方法，可以在晶圓切割前先行調整所有發光二極體晶粒的發光波長，藉此簡化製造流程與發光二極體分類成本。另外，藉由本實施例的製造方法，可以讓調整後的晶圓進行晶圓級封裝(wafer-level package)，其上每個發光二極體元件所產生的波長可以位於同一檔內。

在塗佈螢光膠於各該些高台狀發光二極體221、222後，藉由切割程序，使得散熱基板212上之發光元件261、262形成分離的發光元件261、262。切割時連同散熱基板212一併切割以形成底部具有散熱基板的發光元件261、262，其切割方式例如是雷射切割，但本實施例不受限於此。

值得注意的是，在本實施例中，晶圓的切割程序可以任一階段執行，例如在量測程序(步驟S130)之前或之後，或是在螢光膠(粉)塗佈程序(步驟S150)之前或之後，本實施例並不受限。換言之，本實施例中的製程步驟依照前後順序可以有下列三種程序：切割→點測→上螢光粉；點測→切割→上螢光粉；以及 點測→上螢光粉→切割； 由於切割後之晶圓依然可保持原來的形狀，以進行量測與塗佈螢光粉的程序，因此使用者可以依照製程需求，先對晶圓進行切割，然後再進行量測與上螢光粉的程序；或是先進行量測，再進行切割與上螢光粉的程序；或是先進行量測與上螢光粉的程序後，再進行切割的程序。也就是說，本實施例不限制晶圓切割程序所發生的時間，只要不影響晶圓量測與上螢光粉的程序即可。

另外，參照圖2H、圖2I，在塗佈螢光膠(粉)之前，高台狀發光二極體221、222上的電極(Pad)271、272可以先被覆蓋住以避免螢光膠(粉)塗佈在電極271、272上。然後，在塗佈螢光膠(粉)之後，再移除覆蓋物以暴露出電極271、272。本實施例可以在注膠板240上設計特定的結構以覆蓋電極271、272；或是利用光阻等可去除的材質覆蓋在電極271、272上，然後再利用製程方式去除。本技術領域具有通常知識者在經由本發明之揭露後，應可輕易推知覆蓋電極271、272的其餘實施方式，本實施例不再累述。

請參照圖3，圖3為根據本實施例之注膠板240的示意圖。注膠板240具有多個蜂巢式的隔間，可以用來間隔各別的高台狀發光二極體221、222。每個隔間310具有注膠孔241與圍繞注膠孔241的孔壁241a。當注膠板240覆蓋在晶圓(即磊晶結構)上時，可以在磊晶結構220上形成隔間以間隔其上的發光二極體磊晶結構(即高台狀發光二極體221、222)。值得注意的是，圖3僅為本實施例的注膠板240示意圖，本實施例不限制於此。

從另一個角度來看，利用上述發光二極體元件的製造方法 ，可以將整片晶圓的發光波長調整在同一檔中。請參照圖4，圖4為根據本發明另一實施例的發光二極體晶圓示意圖。發光二極體晶圓400包括散熱基板410與磊晶結構420，磊晶結構420具有複數高台狀發光二極體，其設置在散熱基板410上。 磊晶結構420可以形成在發光二極體基板(如矽基板、藍寶石基板等)上，然後再以散熱基板410來取代原本的發光二極體基板。散熱基板410例如為矽基板或金屬基板。

各該些高台狀發光二極體上分別塗佈有螢光膠以在散熱基板410上形成複數個發光元件。藉由調整螢光粉的成分(如YAG螢光粉、紅色螢光粉、黃色螢光粉、綠色螢光粉的比例)，使發光二極體晶圓400上的發光元件421的發光波長位於特定範圍內。一般LED用螢光材料大多是利用磷酸鹽、矽酸鹽與鋁酸鹽做為基底，然後在晶格內加入過渡金屬或稀土元素做為敏化劑或活化劑，如此即可達到光致發光的效果，藉以改變LED的顏色與提升發光效率。本實施例不限制螢光粉的材料或是螢光膠的配方。

白光LED可以利用藍色LED與黃色螢光粉組成，或是利用藍色LED與綠色、紅色螢光粉組成。螢光粉混入固晶用膠(如環氧樹酯)以形成螢光膠。另外，螢光膠可加入增亮劑、固化劑等功能性材料，本實施例不限制螢光膠的組成成分。調整螢光膠中的螢光粉比例可以改變激發光線的波長，藉此達到調整發光二極體波長的功效。本技術領域具有通常知識者在經由本發明之揭露後，應可輕易推知通過調整螢光粉來改變波長的實施方式，本實施例不再累述。

值得注意的是，本實施例可依照個別元件的電性，將整片二極體晶圓400可以區分為三個區域411、412、413。區域411 、412、413分別塗佈具有不同螢光粉比例的螢光膠，藉此調整其發光波長，使整片二極體晶圓400位於特定波長範圍內。 經由調整後，整片二極體晶圓400上的發光元件421的發光波長可以收斂至一特定波長範圍中，以供特定產品或特定客戶使用。當然，本實施例也可依照個別元件的電性，分別塗佈不同的螢光膠，藉此調整其發光波長。另外，本實施例亦可依照設計需求區分為具有不同波長的發光區域，舉例來說，使區域411、412、413形成三個不同波長的發光區域。

綜上所述，本發明利用散熱基板取代原先的成長基板，並且根據個別發光二極體元件的電性調整所塗佈的螢光膠，使塗佈螢光膠後的發光二極體元件(即發光元件)可以具有相近的發光波長。藉此，本發明可使整片晶圓的發光波長位於同一檔內，以減少分類成本，並且可以讓整片晶圓所產出的發光元件應用在相同的產品上，不需額外進行分類。

雖然本發明之實施例已揭露如上，然本發明並不受限於上述實施例，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明所揭露之範圍內，當可作些許之更動與調整，因此本發明之保護範圍應當以後附之申請專利範圍所界定者為準。

210‧‧‧磊晶成長基板

220‧‧‧磊晶結構

221、222‧‧‧高台狀發光二極體

230‧‧‧暫時基板

212‧‧‧散熱基板

213‧‧‧導熱膠

221、222‧‧‧高台狀發光二極體

240‧‧‧注膠板

241、242‧‧‧注膠孔

241a、242a‧‧‧孔壁

251、252‧‧‧注膠裝置

261、262‧‧‧發光元件

271、272‧‧‧電極

310‧‧‧隔間

400‧‧‧二極體晶圓

410‧‧‧散熱基板

411、412、413‧‧‧區域

420‧‧‧磊晶結構

421‧‧‧發光元件

S110~S150‧‧‧流程圖步驟

圖1為根據本發明一實施例的發光二極體元件的製造方法流程圖。

圖2A~圖2I為根據本發明一實施例的發光二極體元件的製程示意圖。

圖3為本實施例的注膠板示意圖。

圖4為根據本發明另一實施例的發光二極體晶圓示意圖。

S110~S150‧‧‧流程圖步驟

Claims (8)

1. 一種發光二極體元件的製造方法，包括：在一磊晶成長基板上形成一磊晶結構，該磊晶結構具有複數個高台狀發光二極體；以一散熱基板取代該磊晶成長基板；量測各該些高台狀發光二極體的發光波長以產生一波長量測資料；設置一注膠板於該磊晶結構上，該注膠板有複數個注膠孔，以分別曝露該些高台狀發光二極體；以及經由該些注膠孔塗佈螢光膠於該些發光二極體高台上，以在該散熱基板上形成複數個發光元件。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體元件的製造方法，其中在經由該些注膠孔塗佈螢光膠於各該些高台狀發光二極體以形成複數個發光元件之步驟更包括：根據該波長量測資料，調整螢光膠中的螢光粉濃度或組成比例以使各該些發光元件的發光波長位於特定範圍中。
3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體元件的製造方法，更包括：在塗佈螢光膠於各該些高台狀發光二極體後，藉由切割程序，使得該散熱基板上之該些發光元件形成分離的發光元件。
4. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體元件的製造方法，其中在以該散熱基板取代該磊晶成長基板之步驟包括：將該磊晶結構貼附至一暫時基板；去除該磊晶成長基板；將該磊晶結構未貼附該暫時基板之一面貼附至一散熱基板，且該散熱基板的熱導率大於該磊晶成長基板的熱導率；以 及去除該暫時基板。
5. 如申請專利範圍第1~4項中任一項所述的發光二極體元件的製造方法，其中該磊晶成長基板為藍寶石基板，而該散熱基板為矽基板或金屬基板。
6. 如申請專利範圍第5項所述的發光二極體元件的製造方法，其中各該些注膠孔之孔壁分別位於所對應的各該些高台狀發光二極體的周圍以防止溢膠。
7. 一種發光二極體晶圓，包括：一散熱基板；以及一磊晶結構，設置在該散熱基板上，該磊晶結構具有複數高台狀發光二極體；其中，各該些高台狀發光二極體上分別塗佈有螢光膠以在該散熱基板上形成複數個發光元件，且各該些發光元件的發光波長位於一特定範圍中。
8. 如申請專利範圍第7項所述的發光二極體晶圓，其中該散熱基板為矽基板或金屬基板。