TWI806275B - 發光二極體封裝及其製作方法 - Google Patents

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Abstract

一種發光二極體封裝，包括重佈線路層、發光二極體、第一介電層、多個波長轉換結構以及透明封裝膠。發光二極體設置於重佈線路層上且電性連接至重佈線路層。發光二極體包括第一發光二極體、第二發光二極體以及第三發光二極體。第一介電層設置於重佈線路層上且包覆發光二極體。多個波長轉換結構設置於第一介電層上且分別接觸第二發光二極體與第三發光二極體。透明封裝膠設置於第一介電層上且包覆多個波長轉換結構。另外，提供一種發光二極體封裝的製作方法。

Description

發光二極體封裝及其製作方法
本發明是有關於一種發光二極體封裝及其製作方法，且特別是有關於一種可避免有晶片位移以及光學干擾的問題的發光二極體封裝及其製作方法。
通常，在發光二極體封裝的製作方法中，利用拾取放置(pick & place)的方式來進行發光二極體的巨量轉移為主要的關鍵技術之一。其中，利用真空吸管的真空吸附方式為常用的拾取放置的方式。然而，由於真空吸管可吸附的發光二極體的物理極限為80um，因而使得小於50um的微發光二極體(Micro LED，μLED)無法適用於真空吸附的方式。此外，即使是以真空吸附方式將次毫米發光二極體(Mini LED)巨量轉移至暫時基板後，使用封裝膠體(例如：環氧模塑化合物(EMC))的製程則可能會使次毫米發光二極體有晶片位移(die shift)的問題。
本發明提供一種發光二極體封裝及其製作方法，其可適用於微發光二極體封裝，且可避免有晶片位移以及光學干擾的問題。
本發明的發光二極體封裝，包括重佈線路層、發光二極體、第一介電層、多個波長轉換結構以及透明封裝膠。發光二極體設置於重佈線路層上且電性連接至重佈線路層。發光二極體包括第一發光二極體、第二發光二極體以及第三發光二極體。第一介電層設置於重佈線路層上且包覆發光二極體。多個波長轉換結構設置於第二發光二極體與第三發光二極體上且分別接觸第二發光二極體與第三發光二極體。透明封裝膠設置於第一介電層上且包覆多個波長轉換結構。
在本發明的一實施例中，上述的發光二極體封裝不具有原生磊晶基板。
在本發明的一實施例中，上述的發光二極體封裝更包括第一導電通孔。第一導電通孔貫穿第一介電層面向所述重佈線路層的表面。第一導電通孔連接重佈線路層與發光二極體。
在本發明的一實施例中，上述的發光二極體封裝更包括電路板以及導電端子。電路板具有第一表面以及與第一表面相對的第二表面，且重佈線路層設置於電路板的第二表面上。導電端子設置於電路板的第二表面上。導電端子連接電路板與重佈線路層。
在本發明的一實施例中，上述的發光二極體封裝更包括 電子元件。電子元件設置於電路板的第一表面上且電性連接至發光二極體。
在本發明的一實施例中，上述的重佈線路層包括至少一導電層、至少一第二介電層以及至少一導電孔。導電層與第二介電層依序疊置於第一介電層上。導電孔貫穿第二介電層。導電孔電性連接導電層。
在本發明的一實施例中，上述的電路板包括核心層、第一增層線路結構、第二增層線路結構以及第二導電通孔。第一增層線路結構與第二增層線路結構分別設置於核心層的相對兩側。第二導電通孔貫穿核心層。第二導電通孔電性連接第一增層線路結構與第二增層線路結構。
本發明的發光二極體封裝的製作方法包括以下步驟。首先，形成發光二極體於第一暫時基板上。其中，發光二極體包括第一發光二極體、第二發光二極體以及第三發光二極體。接著，形成第一介電層於第一暫時基板上，以包覆發光二極體。接著，形成重佈線路層於第一介電層的表面上，以電性連接至發光二極體。接著，提供第二暫時基板，並使重佈線路層接合至第二暫時基板上。接著，移除第一暫時基板，以暴露出發光二極體與第一介電層。接著，形成多個波長轉換結構於第二發光二極體與第三發光二極體上，以使多個波長轉換結構分別接觸第二發光二極體與第三發光二極體。接著，移除第二暫時基板。
在本發明的一實施例中，上述的發光二極體封裝的製作 方法更包括：形成第一導電通孔，以貫穿第一介電層的表面，並連接重佈線路層與發光二極體。
在本發明的一實施例中，上述的發光二極體封裝的製作方法更包括：提供電路板，並使重佈線路層接合至電路板上。其中，電路板具有第一表面以及與第一表面相對的第二表面。重佈線路層設置於電路板的第二表面上。發光二極體與第一介電層設置於重佈線路層上；形成導電端子，以連接電路板與重佈線路層。
在本發明的一實施例中，上述的發光二極體封裝的製作方法更包括：配置電子元件於電路板的第一表面上，以電性連接至發光二極體。
在本發明的一實施例中，上述的形成所述發光二極體的方法為磊晶生長法。
基於上述，在本實施例的發光二極體封裝及其製作方法中，先於第一暫時基板上以例如是磊晶生長法形成發光二極體，並藉由直接在發光二極體上製作第一介電層與重佈線路層的方式，可以省略巨量轉移以及使用封裝膠體的製程，因而使得本實施例的發光二極體封裝及其製作方法可適用於微發光二極體封裝，且因重佈線路層是由發光二極體端開始製作，可避免目前使用拾取放置(Pick & Place)而產生的晶片位移問題，進而有簡化製程的效果。此外，移除第一暫時基板的步驟則可避免後續形成的發光二極體封裝會因藍寶石的導光特性而有光學干擾的問題。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉 實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100:發光二極體封裝
110:發光二極體
111:第一發光二極體
112:第二發光二極體
113:第三發光二極體
114、115、121、122、1422、1452:表面
116:側表面
117:電極
120:第一介電層
123、1421、1451:開口
130:第一導電通孔
131、1411、1431、1441:晶種層
132、1412、1432、1442:導電材料層
140:重佈線路層
141、143、1841、1851:導電層
142、145:第二介電層
144、1843、1853:導電孔
150、151:波長轉換結構
160:透明封裝膠
170:導電端子
180:電路板
181:第一表面
182:第二表面
183:核心層
184:第一增層線路結構
1842、1852:介電層
185:第二增層線路結構
186:第二導電通孔
187、188:防焊層
190:電子元件
210:第一暫時基板
220:第二暫時基板
230:黏著材料層
圖1至圖13繪示為本發明一實施例的發光二極體封裝的製作方法的剖面示意圖。
圖1至圖13繪示為本發明一實施例的發光二極體封裝的製作方法的剖面示意圖。在本實施例中，發光二極體封裝100的製作方法例如是採用扇出型面板級封裝(Fan-out panel level package，FOPLP)與晶片優先/面朝上(Die first/face up)的製作方法，且發光二極體封裝100的製作方法可包括但不限於以下步驟：首先，請參照圖1，形成發光二極體110於第一暫時基板210上。具體來說，發光二極體110可透過例如是磊晶生長法形成於第一暫時基板210上，但不以此為限。本實施例的發光二極體110例如是以陣列排列的方式設置於第一暫時基板210上，但不以此為限。發光二極體110包括第一發光二極體111、第二發光二極體112以及第三發光二極體113。發光二極體110例如是微發光二極體(Micro LED，μLED)，但不以此為限。舉例來說，第一發光二極體111、第二發光二極體112以及第三發光二極體113例如是可發出藍光的微發光二極體，但不以此為限。此外，發光二極體110 可具有表面114、相對於表面114的表面115、連接表面114與表面115的側表面116以及電極117(圖1的剖面示意地僅呈現出發光二極體110的其中一個電極，而發光二極體110的另一個電極則在其他剖面)。表面114可接觸第一暫時基板210，並與接觸第一暫時基板210之表面共平面。電極117可設置於表面115上。第一暫時基板210與電極117可分別位於發光二極體110的相對兩側。在本實施例中，發光二極體110具現化為水平式發光二極體，但不以此為限。當發光二極體110為薄膜式微發光二極體時，可具有例如是7微米(μm)以內的厚度。第一暫時基板210可以為原生磊晶基板(native epitaxy sapphire substrate)，例如是藍寶石(Sapphire)基板，但不以此為限。第一暫時基板210的厚度可例如是50微米以上，但不以此為限。
接著，請參照圖2，形成第一介電層120於第一暫時基板210上，以包覆發光二極體110。第一介電層120可設置於第一發光二極體111、第二發光二極體112以及第三發光二極體113之間。第一介電層120可覆蓋由發光二極體110所暴露出的第一暫時基板210。第一介電層120可接觸發光二極體110的側表面116。第一介電層120可具有表面121、相對於表面121的表面122以及多個開口123。表面121可接觸第一暫時基板210。開口123可暴露出發光二極體110的電極117。在本實施例中，第一介電層120的材料可例如是感光型介電材料(Photoimageable dielectric，PID)，但不以此為限。
接著，請參照圖3與圖4，形成第一導電通孔130，以貫穿第一介電層120背向第一暫時基板210的表面，並連接重佈線路層140與發光二極體110。具體來說，先形成晶種層131於第一介電層120的開口123內，並形成晶種層1411於第一介電層120的表面122上。晶種層131、1411可包括鈦層及位於所述鈦層之上的銅層。晶種層131、1411可例如是以濺射(Sputtering)的方法形成，但不以此為限。接著，形成導電材料層132於開口123內，並形成導電材料層1412於晶種層1411上，且暴露出部分的晶種層1411(未示出)。接著，移除由導電材料層1412所暴露出的部分的晶種層1411，以暴露出部分的表面122並形成第一導電通孔130與重佈線路層140的導電層141。其中，第一導電通孔130可以由設置於開口123內的導電材料層132與晶種層131所定義，且導電層141可以由設置於表面122上導電材料層1412以及由導電材料層1412所覆蓋的晶種層1411所定義。
接著，請參照圖5至圖8，形成重佈線路層140於第一介電層120的表面122上。具體來說，如圖5所示，先形成第二介電層142於導電層141上，以覆蓋第一介電層120與導電層141。其中，第二介電層142具有開口1421，以暴露出部分的導電層141。接著，如圖6所示，形成晶種層1431於第二介電層142的表面1422上，並形成晶種層1441於第二介電層142的開口1421內。晶種層1431、1441可包括鈦層及位於所述鈦層之上的銅層。晶種層1431、1441可例如是以濺射的方法形成，但不以此為限。 接著，如圖7所示，形成導電材料層1432於部分的表面1422上，並形成導電材料層1442於開口1421內，以暴露出部分的晶種層1431。接著，移除由導電材料層1432所暴露出的部分的晶種層1431，以暴露出部分的表面1422並形成導電孔144與導電層143。其中，導電孔144可以由設置於開口1421內的導電材料層1442與晶種層1441所定義，且導電層143可以由設置於表面1422上導電材料層1432以及由導電材料層1432所覆蓋的晶種層1431所定義。接著，如圖8所示，形成第二介電層145於導電層143上，以覆蓋第二介電層142與導電層143。其中，第二介電層145具有開口1451，以暴露出部分的導電層143。至此，已大致上製作完成本實施例的重佈線路層140。
在本實施例中，重佈線路層140可包括導電層141、第二介電層142、導電層143、第二介電層145以及導電孔144。其中，導電層141、143與第二介電層142、145依序疊置於第一介電層120上，導電孔144貫穿第二介電層145，且導電孔144電性連接導電層141與導電層143。其中，導電層143中的相鄰兩個接墊之間的間距大於導電層141中的相鄰兩個接墊之間的間距，且導電層141中的相鄰兩個接墊之間的間距大於相鄰兩個發光二極體110之間的間距(即第一發光二極體111與第二發光二極體112之間的間距，或第二發光二極體112與第三發光二極體113之間的間距)。此外，雖然本實施例的重佈線路層140可包括2層導電層與2層介電層，但本發明並不對重佈線路層中的導電層與介電層的層數 加以限制。
需要說明的是，在本實施例中，當發光二極體110形成於第一暫時基板210上之後，藉由直接在形成的發光二極體110上製作第一介電層120與重佈線路層140的方式，則可以省略巨量轉移以及使用封裝膠體的製程，因而使得本實施例的製作方法可適用於微發光二極體封裝，且可避免有晶片位移的問題(主要是由於微發光二極體GaN磊晶薄膜本身此時還是以單晶鍵結於sapphire的形式，所以這強鍵結基本上不會有任何奈米級的晶粒位移)，進而有簡化製程的效果。
接著，請參照圖9，提供第二暫時基板220，並使重佈線路層140接合至第二暫時基板220上。具體來說，先將黏著材料層230設置於第二暫時基板220上。接著，將整個結構(至少包括發光二極體110、第一介電層120、第一導電通孔130以及重佈線路層140)與第一暫時基板210一同上下翻轉，以使重佈線路層140可透過黏著材料層230接合至第二暫時基板220上。此時，黏著材料層230可設置於第二介電層145的表面1452上並填入開口1451內，發光二極體110與第一介電層120可設置於重佈線路層140上，且第二暫時基板220與第一暫時基板210可分別位於所述整個結構的相對兩側。在本實施例中，黏著材料層230例如是蠟(Wax)，且第二暫時基板220例如是玻璃，但不以此為限。
接著，請參照圖10，移除第一暫時基板210，以暴露出發光二極體110的表面114與第一介電層120的表面121。在本實 施例中，第一暫時基板210可例如是以雷射剝離(Laser Lift-Off，LLO)的方法移除，但不以此為限。在本實施例中，當第一暫時基板210的材料為藍寶石時，移除第一暫時基板210的步驟可避免後續形成的發光二極體封裝會因藍寶石的導光特性而有光學干擾的問題。
接著，請參照圖11，形成多個波長轉換結構150、151於第一介電層120的表面121上，以使波長轉換結構150與波長轉換結構151可分別接觸第二發光二極體112與第三發光二極體113。具體來說，波長轉換結構150對應於第二發光二極體112設置，且波長轉換結構151對應於第三發光二極體113設置。波長轉換結構150與波長轉換結構151可例如是利用微噴嘴(micro nozzle)來設置於第二發光二極體112與第三發光二極體113上，但不以此為限。在本實施例中，波長轉換結構150、151的材料可例如是量子點(Quantum dot，QD)或其他可將入射光的波長轉換為另一波長的材料，但不以此為限。舉例來說，當第二發光二極體112與第三發光二極體113為可發出藍光的微發光二極體時，波長轉換結構150可以為紅色量子點以將入射光的波長轉換為紅光的波長，且波長轉換結構151可以為綠色量子點以將入射光的波長轉換為綠光的波長。主要使用光致發光的機制，實現RGB波長而形成白光。
接著，請參照圖12，先形成透明封裝膠160於第一介電層120的表面121上，以包覆多個波長轉換結構150、151及覆蓋 第一介電層120的表面121。其中，透明封裝膠160之一底面與表面121及表面114共平面。其中，透明封裝膠160可接觸第一發光二極體111與部分的第一介電層120。透明封裝膠160的材料可例如是環氧樹脂(Epoxy)，但不以此為限。接著，移除第二暫時基板220與黏著材料層230，以暴露出開口1451與部分的導電層143。在本實施例中，第二暫時基板220與黏著材料層230可例如是以雷射剝離的方法移除，但不以此為限。
接著，請參照圖13，先形成導電端子170於設置於第二介電層145的表面1452上以及開口1451內，以使導電端子170可接觸部分的導電層143。接著，提供電路板180，並使重佈線路層140可透過導電端子170接合至電路板180上。其中，電路板180具有第一表面181以及與第一表面181相對的第二表面182。重佈線路層140可設置於電路板180的第二表面182上。導電端子170可連接電路板180與重佈線路層140。導電端子170例如是焊球(Solder ball)，但不以此為限。
具體來說，電路板180可包括核心層183、第一增層線路結構184、第二增層線路結構185、第二導電通孔186以及防焊層187、188。第一增層線路結構184與第二增層線路結構185分別設置於核心層183的相對兩側。第二導電通孔186貫穿核心層183。第二導電通孔186電性連接第一增層線路結構184與第二增層線路結構185。
第一增層線路結構184可包括導電層1841、介電層1842 以及導電孔1843。其中，導電層1841與介電層1842依序疊置於核心層183的一側上，導電孔1843貫穿介電層1842，且導電孔1843電性連接導電層1841。第二增層線路結構185可包括導電層1851、介電層1852以及導電孔1853。其中，導電層1851與介電層1852依序疊置於核心層183的另一側上，導電孔1853貫穿介電層1852，且導電孔1853電性連接導電層1851。
防焊層187設置於第一增層線路結構184上，以覆蓋最外層的介電層1842(即第一增層線路結構184中最遠離核心層183的介電層1842)並暴露出部分最外層的導電層1841(即第一增層線路結構184中最遠離核心層183的導電層1841)。防焊層188設置於第二增層線路結構185上，以覆蓋最外層的介電層1852(即第二增層線路結構185中最遠離核心層183的介電層1852)並暴露出部分最外層的導電層1851(即第二增層線路結構185中最遠離核心層183的導電層1851)。其中，導電端子170可接觸由防焊層188所暴露出的部分最外層的導電層1851。
接著，配置電子元件190於電路板180的第一表面181上，以使電子元件190可透過電路板180、導電端子170、重佈線路層140以及第一導電通孔130電性連接至發光二極體110。其中，電子元件190可接觸由防焊層187所暴露出的部分最外層的導電層1841。電子元件190可例如是驅動IC，但不以此為限。至此，已大致上製作完成本實施例的發光二極體封裝100。
簡言之，本實施例的發光二極體封裝100可包括電路板 180、重佈線路層140、發光二極體110、第一介電層120以及多個波長轉換結構150、151。電路板180具有第一表面181以及與第一表面181相對的第二表面182。重佈線路層140設置於電路板180的第二表面182上。發光二極體110設置於重佈線路層140上且包括第一發光二極體111、第二發光二極體112以及第三發光二極體113。第一介電層120設置於重佈線路層140上且包覆發光二極體110。多個波長轉換結構150、151設置於第一介電層120上且分別接觸於第二發光二極體112與第三發光二極體113。
綜上所述，在本實施例的發光二極體封裝及其製作方法中，藉由直接在形成的發光二極體上製作第一介電層與重佈線路層的方式，則可以省略巨量轉移以及使用封裝膠體的製程，因而使得本實施例的發光二極體封裝及其製作方法可適用於微發光二極體封裝，且可避免有晶片位移的問題，進而有簡化製程的效果。此外，移除第一暫時基板的步驟則可避免後續形成的發光二極體封裝會因藍寶石的導光特性而有光學干擾的問題。
此外，波長轉換結構是形成於發光二極體(例如是微發光二極體)的磊晶薄膜上，且最終的發光二極體封裝(如圖13所示)不具備原生磊晶基板(native epitaxy sapphire substrate)(即第一暫時基板)，此為特徵性的結構外觀變化。因此，相較於現行次毫米發光二極體(Mini LED)或微發光二極體封裝(μLED)皆具原生磊晶基板以搭配PoP疊層封裝(package on package)或其他巨量轉移製程，本發明的發光二極體封裝因不具有原生磊晶基 板，進而可大幅降低整體厚度。再者，相較於現行的PoP疊層封裝或巨量轉移製程都存在用以電性連接的對位問題，本發明的發光二極體(例如是薄膜型微發光二極體)在轉移到電路板之前，已完成重佈線路層，因此不存在對位問題。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:發光二極體封裝 110:發光二極體 111:第一發光二極體 112:第二發光二極體 113:第三發光二極體 117:電極 120:第一介電層 121:表面 130:第一導電通孔 140:重佈線路層 141、143、1841、1851:導電層 142、145:第二介電層 144、1843:導電孔 150、151:波長轉換結構 160:透明封裝膠 170:導電端子 180:電路板 181:第一表面 182:第二表面 183:核心層 184:第一增層線路結構 1842、1852:介電層 185:第二增層線路結構 186:第二導電通孔 187、188:防焊層 190:電子元件

Claims (12)

  1. 一種發光二極體封裝，包括：重佈線路層；發光二極體，設置於所述重佈線路層上且電性連接至所述重佈線路層，其中所述發光二極體包括第一發光二極體、第二發光二極體以及第三發光二極體；第一介電層，設置於所述重佈線路層上且直接接觸所述重佈線路層，且包覆所述發光二極體；多個波長轉換結構，設置於所述第二發光二極體與所述第三發光二極體上，且分別接觸於所述第二發光二極體與所述第三發光二極體；以及透明封裝膠，設置於所述第一介電層上，且包覆所述多個波長轉換結構。
  2. 如請求項1所述的發光二極體封裝，其中所述發光二極體封裝不具有原生磊晶基板。
  3. 如請求項1所述的發光二極體封裝，更包括：第一導電通孔，貫穿所述第一介電層面向所述重佈線路層的表面，且連接所述重佈線路層與所述發光二極體。
  4. 如請求項1所述的發光二極體封裝，更包括：電路板，具有第一表面以及與所述第一表面相對的第二表面，且所述重佈線路層設置於所述電路板的所述第二表面上；以及 導電端子，設置於所述電路板的所述第二表面上，且連接所述電路板與所述重佈線路層。
  5. 如請求項4所述的發光二極體封裝，更包括：電子元件，設置於所述電路板的所述第一表面上，且電性連接至所述發光二極體。
  6. 如請求項4所述的發光二極體封裝，其中所述電路板包括核心層、第一增層線路結構、第二增層線路結構以及第二導電通孔，其中所述第一增層線路結構與所述第二增層線路結構分別設置於所述核心層的相對兩側，所述第二導電通孔貫穿所述核心層，且所述第二導電通孔電性連接所述第一增層線路結構與所述第二增層線路結構。
  7. 如請求項1所述的發光二極體封裝，其中所述重佈線路層包括至少一導電層、至少一第二介電層以及至少一導電孔，其中所述至少一導電層與所述至少一第二介電層依序疊置於所述第一介電層上，所述至少一導電孔貫穿所述第二介電層，且所述至少一導電孔電性連接所述至少一導電層。
  8. 一種發光二極體封裝的製作方法，包括：形成發光二極體於第一暫時基板上，其中所述發光二極體包括第一發光二極體、第二發光二極體以及第三發光二極體；形成第一介電層於所述第一暫時基板上，以包覆所述發光二極體；形成重佈線路層於所述第一介電層的表面上且所述重佈線路 層直接接觸所述第一介電層，以電性連接至所述發光二極體；提供第二暫時基板，並使所述重佈線路層接合至所述第二暫時基板上；移除所述第一暫時基板，以暴露出所述發光二極體與所述第一介電層；形成多個波長轉換結構於所述第二發光二極體與所述第三發光二極體上，以使所述多個波長轉換結構分別接觸所述第二發光二極體與所述第三發光二極體；形成透明封裝膠於所述第一介電層上，以包覆所述多個波長轉換結構；以及移除所述第二暫時基板。
  9. 如請求項8所述的發光二極體封裝的製作方法，更包括：形成第一導電通孔，以貫穿所述第一介電層的所述表面，並連接所述重佈線路層與所述發光二極體。
  10. 如請求項8所述的發光二極體封裝的製作方法，更包括：提供電路板，其中所述電路板具有第一表面以及與所述第一表面相對的第二表面，所述重佈線路層設置於所述電路板的所述第二表面上，且所述發光二極體與所述第一介電層設置於所述重佈線路層上；以及形成導電端子，以連接所述電路板與所述重佈線路層。
  11. 如請求項10所述的發光二極體封裝的製作方法，更包括：配置電子元件於所述電路板的所述第一表面上，以電性連接至所述發光二極體。
  12. 如請求項8所述的發光二極體封裝的製作方法，其中形成所述發光二極體的方法為磊晶生長法。
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