CN101359704A - 发光元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光元件及其制造方法。该发光元件包含发光二极管及基座，其中该发光二极管包含电极及形成于其上的接合层；基座包含接合垫及形成于接合垫上的多个凸起及/或凹陷。该发光元件的制造方法，包含提供发光二极管，包含电极及形成于其上的接合层、提供基座，包含至少一接合垫、在该接合垫上形成多个凸起及/或凹陷、以及接合该发光二极管及该基座。

Description

发光元件及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光元件及其制造方法。

背景技术

发光二极管(Light Emitting Diode；LED)在高功率照明的运用上，除了须持续提升亮度外，散热问题是另一亟须解决的主要问题。当发光二极管的光取出效率不佳时，无法穿出发光元件(发光二极管及其封装体)的光线会转换为热能。若无法有效地将此热能导出发光元件，发光二极管在操作时温度会上升，因而造成元件可靠性问题。现有技术为解决元件散热问题，提出许多方法。例如在以蓝宝石基板成长氮化镓系列的发光二极管中，利用二次转移方式以激光光照射或以化学蚀刻方式移除导热性较差的蓝宝石基板，再结合导热性较佳的硅基板，以改善发光二极管的散热效果。另一改善方式为以倒装焊接合(flip-chip bonding)取代传统的导线接合(wire bonding)。图1披露一种已知以焊料(solder)为焊接层(soldering layer)的倒装焊接合发光元件，包含发光二极管10及基座单元(submount unit)20，发光二极管10包含第一电极15、第二电极16、以及分别形成于第一电极15及第二电极16之上的第一焊接层17及第二焊接层18，用以在接合工艺中将第一焊接层17及第二焊接层18对应地接合于基座21上的第一接合垫22及第二接合垫23上。焊接层17及18为具有低熔点的共熔合金(eutectic alloy)。焊接层接合(solder bonding)具有许多优点，例如：具有低熔点的共熔合金可适用于低温接合，例如摄氏200至400度；再者，在接合时，熔融状态可确使焊接层覆盖整个电极层表面，有效增加接合面积及接合强度，使焊接层接合具有较纯金属接合如金-金接合(Gold-Gold Interconnection；GGI)更高的接合成品率。另外，使用焊接层接合无须以添加助熔剂(flux)辅助，可避免助熔剂残留的污染风险。然而，焊接层接合却会因接合压合时造成熔融的接合层挤出，甚至溢流至发光二极管的侧壁，造成发光叠层的p-n半导体层短路而使元件失效。为解决上述的问题，美国专利号US6888167B2提出一种改善的元件结构如图2所示，发光元件包含发光二极管及基座，发光二极管具有p侧电极35及n侧电极36，分别位于基板31的相对侧，其中n侧电极36上形成接合垫38并连接至导线39；p侧电极35则通过导电接合材料37接合至基座，其中该导电接合材料例如为焊料、导电树脂、或银胶。p侧电极35上的导电接合材料37形成预定图案，以避免于接合压合时挤出p侧电极35的区域外而与n型半导体层331及p型半导体层333直接接触，造成漏电流问题。

发明内容

本发明的目的在提供发光元件，除可有效解决上述问题，并可增加接合面积，提高接合成品率。

本发明提供一种发光元件，包含发光二极管及基座。发光二极管包含电极及形成于其上的接合层；基座包含至少一接合垫及形成于接合垫上的多个凸起及/或凹陷，其中，接合层的熔点较接合垫的熔点低。且该多个凸起深入接合层至一深度，或接合层填入该多个凹陷。

本发明的另一目的在提供一种发光元件的制造方法，其步骤包含提供发光二极管包含电极及形成于其上的接合层、提供基座包含至少一接合垫、在接合垫上形成多个凸起及/或凹陷、以及接合该发光二极管及该基座。

附图说明

图1为一示意图，显示依现有技术的发光元件；

图2为一示意图，显示另一现有技术的发光元件；

图3A及3B为示意图，显示依本发明第一实施例的发光元件；

图4为一示意图，显示依本发明第二实施例的发光元件；

图5A及5B为示意图，显示依本发明第三实施例的发光元件；

图6A及6B为示意图，显示依本发明第四实施例的发光元件。

附图标记说明

10、40、80：发光二极管；      11、31、41：透明基板；

21、39、51、61、71：基座；    13、33、43：发光叠层；

15、35、45：第一电极；        16、36、46：第二电极；

17、47、87：第一接合层；      18、48、88：第二接合层；

20、50、60、70：基座单元；      22、52、62、72：第一接合垫；

23、53、63、73：第二接合垫；    321、431：第一电性半导体层；

323、433：第二电性半导体层；    37：导电接合材料；

42：第一接触层；                432：有源层；

44：第二接触层；                64：微凸块。

具体实施方式

请参考图3A，依本发明的发光元件包含发光二极管40及基座单元50。发光二极管40包含透明基板41，其材料例如为Al₂O₃、GaN、玻璃、GaP、SiC、或CVD钻石；第一接触层42形成于透明基板41上，第一接触层42具有第一区域a及第二区域b；发光叠层43大致上形成于第一接触层42上的第一区域a及第二区域b，发光叠层依序包含第一电性半导体层431、有源层(active layer)432、及第二电性半导体层433，发光叠层43受电压驱动时会发出光线，其材料可为发出红、黄、或绿色光线的(Al_zGa_1-z)_0.5In_0.5P四元系列，或发出蓝或紫色光线的Al_xIn_yGa_(1-x-y)N氮化镓系列；第二接触层44对应于第一区域a及第二区域b，形成于发光叠层43上；第一电极45对应于第一区域a，形成于第二接触层44上且覆盖发光叠层43及第二接触层44的侧壁；第二电极46对应于第二区域b，形成于第二接触层44上；第一接合层47形成于第一电极45之上、及第二接合层48形成于第二电极46之上。第一电极45与第二电极46实质上在同一水平面上。第一接触层42与第二接触层44的材料例如为氧化铟锡(ITO)透明导电层；第一接合层47与第二接合层48为焊接层，其材料包含金/锗、金/锡、铅/锡、或其他含锡或铟的合金。

基座单元50包含基座51、第一接合垫52及第二接合垫53形成于基座51上，用以分别与第一接合层47及第二接合层48接合。其中，第一接合垫52及第二接合垫53各包含多个凸起及/或凹陷。在接合时，设定接合温度使接合层为熔融状态，且使该多个凸起深入接合层47及48至一深度，或使部分的接合层47及48填入该多个凹陷。第一接合层47与第二接合层48具有厚度H，且第一接合垫52与第二接合垫53的凸起及/或凹陷具有高低差h，例如接合垫上若仅具有凸起或凹陷，则高低差为任一凸起凸出接合垫表面的高度或任一凹陷凹陷于接合垫表面的深度；若接合垫上同时具有凸起及凹陷，则高低差为任一相邻的凸起的最高点及凹陷的最低点的差值。在一优选实施例，该厚度H大于或等于该高低差h。基座51包含导热良好的材料，例如为Si、SiC、AlN、CuW、Cu、或CVD钻石；第一接合垫52或第二接合垫53包含金、银、铜、铝、或具有熔点较接合层高的合金。

请参考图3B，发光二极管40与基座单元50相接合，接合方式例如为热压合(thermal-compression bonding)。接合层例如为20/80重量百分比的锡/金，其共熔点(eutectic point)约为摄氏280度、接合垫为金，适当的接合温度约为摄氏300至400度，接合温度的设定为使接合层处于熔融状态，但接合垫仍保持固态，亦即接合温度为大于接合层的熔点，但小于接合垫的熔点。在加压时，接合垫上的凸起深入接合层至一深度或部分的接合层填入接合垫上的凹陷，以形成良好的接合。

形成接合垫上的凸起及/或凹陷的方法，可以先在基座51上形成接合垫层，再以已知的光刻蚀刻方式，蚀刻部分深度的接合垫层，使凸起及/或凹陷一体成形于接合垫52及接合垫53；在另一实施例，凸起及/或凹陷可仅形成于接合垫52或接合垫53其中之一，凸起及/或凹陷的表面图案可为圆形、格子形、长条形、多边形、或其组合。

请参考图4，其中显示依本发明另一实施例的发光元件，基座单元60包含基座61、第一接合垫62及第二接合垫63形成于基座51上、以及多个微凸块64形成于第一接合垫62及第二接合垫63上。形成接合垫上微凸块的方法，可以先在基座61上分别形成第一接合垫62及第二接合垫63，再沉积金属层于接合垫及基座上，接着以已知的光刻蚀刻方式，图案化并蚀刻该金属层，使形成多个微凸块64于接合垫上；或者以剥除(lift-off)方式先将图案化的光刻胶层形成于金属层下方，再剥除光刻胶及光刻胶上方的金属层以形成多个微凸块64于接合垫上。微凸块的表面图案可为圆形、格子形、长条形、多边形、或其组合。其中该金属层的材料包含金、银、铜、铝、或具有熔点较接合层高的合金。

请参考图5A及5B揭示本发明关于在基座上形成凸起及/或凹陷的另一实施例。基座单元70包含基座71、以及第一接合垫72及第二接合垫73形成于基座71上。其中，基座71表面包含多个凸起及/或凹陷，且第一接合垫72及第二接合垫73系顺应基座71上的凸起及/或凹陷形状形成于其上，使第一接合垫及第二接合垫表面亦形成多个凸起及/或凹陷。基座71上的凸起及/或凹陷的形成，可在具有平坦表面的基座上直接以已知的光刻蚀刻方式或选择性电镀方式，图案化该具有平坦表面的基座，使形成多个凸起及/或凹陷于该基座上。该多个凸起及/或凹陷的表面图案可为圆形、格子形、长条形、多边形、或其组合。基座71包含导热良好的材料，例如为Si、SiC、AlN、CuW、Cu、或CVD钻石。

本发明的另一实施例亦可运用前述图3至图5所披露的发明原理，同时在接合垫及接合层上形成多个凸起及/或凹陷，如图6A及6B所示，仍可达到类似的接合效果。

本发明所列举的各实施例仅为用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。对本发明所作的任何修饰或变更皆不脱离本发明的权利要求。

Claims (24)

1.一种发光元件，包含：

发光二极管，包含电极及形成于该电极上的接合层；以及

基座单元，包含基座、形成于该基座上的接合垫、及形成于该接合垫上的多个凸起及/或凹陷。

2.如权利要求1所述的发光元件，其中该接合垫的熔点较该接合层的熔点高。

3.如权利要求1所述的发光元件，其中该多个凸起埋入该接合层至一深度，或部分的该接合层填入该多个凹陷。

4.如权利要求1所述的发光元件，其中该接合层具有一厚度，该凸起及/或凹陷具有一高低差，该厚度大于或等于该高低差。

5.如权利要求1所述的发光元件，其中该接合层的材料包括金储、金/锡、铅/锡、或其他含锡或铟的合金。

6.如权利要求1所述的发光元件，其中该接合垫的材料包括金、银、铜、或铝。

7.如权利要求1所述的发光元件，其中该多个凸起及/或凹陷是一体成形于该接合垫上。

8.如权利要求1所述的发光元件，其中该多个凸起及/或凹陷的材料为与接合垫相异的材料。

9.如权利要求1所述的发光元件，其中该基座具有多个凸起及/或凹陷，且该接合垫为顺应该多个凸起及/或凹陷的表面形成于该基座上。

10.如权利要求1所述的发光元件，其中该接合层具有多个凸起及/或凹陷。

11.如权利要求1所述的发光元件，其中该多个凸起及/或凹陷的表面形状包含圆形、格子形、长条形、多边形、或其组合。

12.一种发光元件的制造方法，包含以下步骤：

提供发光二极管，包含电极及形成于该电极上的接合层；

提供基座单元，包含基座及形成于该基座上的接合垫；以及

在该接合垫上形成多个凸起及/或凹陷。

13.如权利要求12所述的制造方法，还包含

倒装焊接合该发光二极管至该基座单元。

14.如权利要求13所述的制造方法，其中该倒装焊接合包含热压合。

15.如权利要求12所述的制造方法，其中该接合垫的熔点较该接合层的熔点高。

16.如权利要求12所述的制造方法，其中该多个凸起埋入该接合层至一深度，或部分的该接合层填入该多凹陷。

17.如权利要求12所述的制造方法，其中该接合层具有一厚度，该凸起及/或凹陷具有一高低差，该厚度大于或等于该高低差。

18.如权利要求12所述的制造方法，其中该接合层的材料包括金/锗、金/锡、铅/锡、或其他含锡或铟的合金。

19.如权利要求12所述的制造方法，其中该接合垫的材料包括金、银、铜、或铝。

20.如权利要求12所述的制造方法，其中该多个凸起及/或凹陷是一体成形于该接合垫上。

21.如权利要求12所述的制造方法，其中该多个凸起及/或凹陷的材料为与接合垫相异的材料。

22.如权利要求12所述的制造方法，其中该接合层具有多个凸起及/或凹陷。

23.如权利要求12所述的制造方法，其中该接合垫的表面形状包含圆形、格子形、长条形、多边形、或其组合。

24.一种发光元件的制造方法，包含以下步骤：

提供包含电极的发光二极管；

在该电极上形成接合层；

提供包含基座的基座单元；

在该基座表面形成多个凸起及/或凹陷；以及

在该基座上形成接合垫；

其中，该接合垫顺应该基座表面形成于该基座上，使该接合垫表面亦具有多个凸起及/或凹陷。

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