CN101388426A - 一种发光半导体晶片和发光半导体组件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光半导体晶片和发光半导体组件的制造方法，其中该制造方法包括下述步骤：首先提供包括有数个晶粒单元的发光半导体晶片。再在发光半导体晶片上形成光刻胶层，以覆盖这些晶粒单元。接着图案化光刻胶层，以形成与这些晶粒单元匹配的数个开口，以经开口将这些晶粒单元暴露出来。并在开口中填充荧光粉后移除光刻胶层。

Description

一种发光半导体晶片和发光半导体组件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光半导体组件的荧光粉涂布工艺流程，特别是涉及一种晶片级的发光半导体组件荧光粉涂布工艺流程。

背景技术

发光半导体组件具有低耗电量、低发热量、操作寿命长、耐撞击、体积小、反应速度快、无汞以及可发出稳定波长的色光等良好光电特性，随着光电科技的进步，发光二极管组件在提升发光效率、使用寿命以及亮度等方面已有长足的进步，已被视为新世代光源的较佳选择之一。

以白光发光二极管(Light Emitting diode；LED)组件为例，传统上是将荧光粉与胶体混合而成的荧光粉胶体，利用点胶设备滴于发光二极管晶粒上，借助蓝光发光二极管晶粒所发射出的蓝光激发黄色荧光粉产生黄光，再与部分蓝光混合而产生出白光。

传统的发光二极管组件的荧光粉涂布工艺流程是在封装阶段中进行。首先将发光二极管晶粒固定于一基材之上，并将荧光粉胶体直接滴在此发光二极管晶粒上。由于荧光粉胶体具流动性，其尚未固化之前受重力影响，则荧光粉胶体会向四周流动，导致大部分的荧光粉胶体沉淀于发光半导体组件的边缘，使得位于发光二极管晶粒的顶面的荧光粉胶体厚度比侧面薄，以致于通过顶面与侧面的光线路径长短不一而产生不同强度的光线，使蓝光与黄光混合不均匀，导致色温(color temperature)不均而无法发挥应有的发光效率。

目前较先进的作法，请参考图1A至图1F，首先采用固晶工艺流程，例如芯片倒装焊封装(Flip Chip)工艺流程，将发光二极管晶粒100固定于一基材，例如硅基材101，之上。再采用网版印刷或厚膜压合等共形涂布(ConformalCoating)工艺流程在基材101和发光二极管晶粒100上形成光刻胶层103。接着采用图案化工艺在光刻胶层103中形成凹穴104以暴露出发光二极管晶粒100。再将荧光粉胶体105填充于凹穴104中。经过烘烤成形后剥除光刻胶层103，并进行切割引线，以完成发光二极管晶组件的封装制作过程。

但是，在进行发光二极管组件封装的批次化生产时，固晶步骤会影响相邻发光二极管晶粒100之间的对位精准度，进而影响到由后续进行的共形涂布与图案化步骤所产生的凹穴104与发光二极管晶粒100之间的对位精准度，使得荧光粉无法均匀覆盖发光二极管晶粒100，导致发光二极管封装组件产生色温不均，而无法发挥应有的发光效率的现象。此一现象将随着发光二极管晶粒尺寸日益微型化，而越发严重。另外基材101的使用不仅增加材料成本，且严重降低发光二极管封装组件的导热效率，而降低其操作效能。

因此有需要提供一种成本低廉的荧光粉铺设方法，以提高发光半导体组件的发光效率与改善散热效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发光半导体晶片和发光半导体组件的制造方法，解决公知技术因对位不精准造成亮度不足与度色温不均匀的问题，达到节省成本、提高生产效率及提升发光半导体组件发光效率的目的。

为了实现上述目的，本发明提供了一种发光半导体组件涂布荧光粉的方法，此方法包括下述步骤：首先提供包括有数个晶粒单元的发光半导体晶片。再在发光半导体晶片上形成光刻胶层，以覆盖这些晶粒单元。接着图案化光刻胶层，以形成与这些晶粒单元匹配的数个开口，经开口将这些晶粒单元暴露出来，并在开口之中填充荧光粉后移除光刻胶层。

为了实现上述目的，本发明提供了一种发光半导体组件的制造方法，此方法包括下述步骤：首先提供包括有数个晶粒单元的发光半导体晶片。再在发光半导体晶片上形成光刻胶层，以覆盖这些晶粒单元。接着图案化光刻胶层，以形成与这些晶粒单元匹配的数个开口，并经开口将这些晶粒单元暴露出来，之后在开口之中填充荧光粉后移除光刻胶层。再对发光半导体晶片进行切割，以分离每一个晶粒单元并加以封装。

为了实现上述目的，本发明提供了一种涂布有荧光粉的发光半导体晶片，其中发光半导体晶片具有至少一条凹沟以定义出数个发光单元，其中每一个发光单元包括：第一电性半导体外延层、主动层、第二电性半导体外延层、第一电极、第二电极以及图案化荧光粉涂布层。其中主动层位于第一电性半导体外延层之上。第二电性半导体外延层位于主动层之上。第一电极位于第二电性半导体外延层上，并且与第二电性半导体外延层电性连结。第二电极位于第一电性半导体外延层或第二电性半导体外延层上，可经第一电性半导体外延层、主动层及第二电性半导体外延层与第一电极电性连接。图案化荧光粉涂布层位于第二电性半导体外延层之上，并包覆由凹沟所暴露的一部分第二电性半导体外延层、一部分主动层以及一部分第一电性半导体外延层，且图案化荧光粉涂布层具有至少一个开口，可将第一电极暴露于外。

根据以上所述，本发明的技术特征是在发光半导体晶片阶段进行荧光粉涂布工艺，先采用共形涂布工艺流程在发光半导体晶片上形成具有数个开口的图案化光刻胶层，并使这些开口与发光半导体晶片中的每一颗晶粒匹配。使图案化光刻胶环绕于每一个晶粒外围。再在开口中填充含有荧光粉的胶体，以精确控制荧光粉胶体的形状与份量，达到节省成本、提高生产效率及提升发光半导体组件发光效率的目的。解决公知技术因对位不精准造成亮度不足与色温不均匀的问题。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A至图1F为根据公知技术，绘示在发光半导体组件上涂布荧光粉的一系列工艺流程剖面图；

图2A为根据本发明的一较佳实施例所绘示的发光二极管晶片的结构俯视图和局部放大图；

图2B为沿着图2A的切线S所绘示的发光二极管晶片的部分结构剖面图；

图2C为绘示在图2B上形成光刻胶层以后的发光二极管晶片的部分结构剖面图；

图2D为绘示图案化图2C的光刻胶层以后的发光二极管晶片的部分结构剖面图；

图2E为绘示在图2A上形成图案化光刻胶层以后的发光二极管晶片的部分结构俯视图；

图2F为绘示在每一个开口内形成一个荧光粉胶体包覆层以后的发光二极管晶片部分结构剖面图；

图2G为绘示移除图案化光刻胶层之后的发光二极管晶片部分结构剖面图；

图2H为绘示根据本发明的一较佳实施例所制作出来的发光二极管组件结构剖面图；

图3A为根据本发明的另一较佳实施例所绘示的发光二极管晶片的部分结构剖面图；

图3B为绘示在图3A上形成图案化光刻胶层以后的发光二极管晶片的部分结构剖面图；

图3C为绘示在每一个开口内形成一个荧光粉胶体包覆层以后的发光二极管晶片部分结构剖面图；

图3D为绘示移除图案化光刻胶层之后的发光二极管晶片部分结构剖面图；

图3E为绘示根据本发明的另一较佳实施例所制作出来的发光二极管组件结构剖面图。

其中，附图标记：

100：发光二极管晶粒              101：基材

103：光刻胶层                    104：凹穴

105：荧光粉胶体                  200：发光二极管晶片

201：晶粒单元                    201a：立壁

202：外延基板                    203：p形半导体外延层

204：主动层                      205：n型半导体外延层

206：堆栈外延结构                207：凹沟

207a：凹沟暴露出的部分           208：第一电极

209：第二电极                    210：光刻胶层

210a：挡墙                       210b：光刻胶层余留的部分

211：开口                        212：荧光粉胶体

213：刷胶机器                    214：荧光粉胶体包覆层

215：导电支架                    216：开口

300：发光二极管晶片              301：晶粒单元

301a：立壁                       302：外延基板

303：p形半导体外延层             304：主动层

305：n型半导体外延层             306：堆栈外延结构

307：凹沟                        308：第一电极

309：第二电极                    310：光刻胶层

310a：挡墙                       310b：光刻胶层余留的部分

310c：光刻胶层余留的部分         311：开口

312：荧光粉胶体                  313：刷胶机器

314：荧光粉胶体包覆层            315：导电支架

316：开口                        317：开口

S：切线                          D：晶粒单元之间的距离

具体实施方式

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，特提供数种发光二极管组件的制造方法作为较佳实施例来进行说明。但值得注意的是，其它发光半导体晶片，例如高功率发光二极管晶片或激光二极管晶片也适用于以下所公开的技术特征。

请参考图2A至图2G，图2A为根据本发明的一较佳实施例所绘示的发光二极管晶片200的结构俯视图和局部放大图。图2B至图2G为沿着图2A的切线S所绘示的制备发光二极管晶片200的部分结构制作过程剖面图。首先提供包括有数个晶粒单元201的发光二极管晶片200。在本发明的较佳实施例之中，发光二极管晶片200包括依序堆栈于外延基板202上的p型半导体外延层203、主动层204以及n型半导体外延层205以形成一堆栈外延结构206。而堆栈外延结构206之中具有数条由n型半导体外延层205表面垂直向下延伸进入p型半导体外延层203、主动层204以及n型半导体外延层205的凹沟207，可用来将整个发光二极管晶片200定义出数个发光二极管晶粒单元201。

在本发明的一些较佳实施例之中，每一个晶粒单元201还包括形成于n型半导体外延层205上的第一电极208，以及由具有导电性质的外延基板202所形成的第二电极209。其中第一电极208和第二电极209经由p型半导体外延层203主动层204以及n型半导体外延层205相互电性连接。

接着请参考图2C，图2C为绘示在图2B上形成光刻胶层210以后的发光二极管晶片200的部分结构剖面图。采用旋涂工艺或网板印刷技术，在发光二极管晶片200上形成光刻胶层210，以覆盖这些晶粒单元201。

然后再采用掩模(未绘示)对光刻胶层210进行曝光显影，以图案化光刻胶层210，并在图案化光刻胶层210之中形成与这些晶粒单元201匹配的数个开口211，经由开口211将这些晶粒单元201暴露出来。

请参考图2D和图2E，图2D为绘示图案化图2C的光刻胶层210以后的发光二极管晶片200的部分结构剖面图。图2E为绘示在图2A上形成图案化光刻胶层210以后的发光二极管晶片200的部分结构俯视图。在本发明的实施例之中，每一个开口211的尺寸都大于其相对应的晶粒单元201，因此每一个开口211同时也会将一部分的该凹沟207暴露出。而图案化后的光刻胶层210在留下来的部分，会在每一个晶粒单元201之间的凹沟207内形成至少与晶粒单元201等高的挡墙210a，以定义出每一个开口211。在本发明的实施例之中，档墙210a的高度与每一个开口211的形状可配合不同发光二极管组件的尺寸、形状及深宽比来加以设计。

另外，在图案化光刻胶层210的步骤中，还需要在开口211之中余留一部分的光刻胶层210b，以覆盖晶粒单元201的第一电极208。

在图案化光刻胶层210之后，使用刷胶机器213将含有荧光粉的荧光粉胶体212填入每一个开口211。由于每一个开口211的尺寸大于其所对应的晶粒单元201，且挡墙210a的高度高于其所对应的晶粒单元201。因此荧光粉胶体212不仅可覆盖于晶粒单元201的n型半导体外延层205的上表面，并且可包覆位于开口211之中档墙210a和晶粒单元201之间的一部分凹沟207。也因此可以完全包覆晶粒单元201垂直n型半导体外延层205上表面的立壁201a。

其中荧光粉为含有可被发光半导体组件激发而发光的材质，此荧光粉材质可被发光半导体组件激发而发出红色、黄色、绿色、蓝光等可见光。在本发明的实施例之中荧光粉胶体212由荧光粉与有机树脂混合以形成。在本发明的另外一些实施例之中，荧光粉胶体212可为荧光粉与有机树脂或荧光粉与硅胶的混合物。依照本发明的较佳实施例，可利用刷胶机器213进行一次或多次填充，将此荧光粉胶212体注入每一个开口211中。注入的荧光粉胶体212可依需要调整不同粘度及体积，以达到完全包覆晶粒单元201及避免间隙产生的目的。

接着，再进行烘烤成形，固化之后即在每一个开口211内形成一个荧光粉胶体包覆层214(如图2F所绘示)。然后再移除图案化后所余留下来的光刻胶层210a和210b以完成发光二极管晶片200的荧光粉图布工艺层(如第2G图所绘示)。在本发明的此实施例之中，图案化后所余留下来的光刻胶层210a和210b是借助曝光显影工艺流程或等离子体蚀刻工艺流程来加以移除。在移除档墙210a之后，会暴露出一部份的凹沟207a，使发光二极管晶片200上的每一个包覆有荧光粉胶体包覆层214的晶粒单元201之间相隔有一段距离D。而暴露出来的凹沟207a则可以用来作为后续晶粒切割工艺流程的切割道。至于移除开口211中所余留的一部分光刻胶层210b之后，会在包覆每一个晶粒单元201的荧光粉胶体包覆层214中形成一个开口216，用来提供后续晶粒封装工艺流程的引线空间。

之后沿着凹沟暴露出的部份207a所形成的切割道，对涂布有荧光粉的发光二极管晶片200进行切割，以分离出数个具有荧光粉胶体包覆层214的晶粒单元201。并对每一个晶粒单元201进行引线封装，将晶粒单元201固定并电性连结于一导电支架215上，以完成发光二极管组件的制作(如图2H所绘示)。

请参考图3A至图3E，图3A至图3E为根据本发明的另外较佳实施例所绘示的制备发光二极管晶片300的部分结构制作流程剖面图。首先提供包括有数个晶粒单元301的发光二极管晶片300。在本实施例之中，发光二极管晶片300包括依序堆栈于外延基板302上的p型半导体外延层303、主动层304以及n型半导体外延层305以形成一堆栈外延结构306。而堆栈外延结构306之中具有数条由n型半导体外延层305表面垂直向下延伸进入p型半导体外延层303、主动层304以及n型半导体外延层305的凹沟307，可用来将整个发光二极管晶片300定义出数个发光二极管晶粒单元301。

在本实施例之中，每一个晶粒单元301还包括形成于n型半导体外延层305上的第一电极308，以及位于p型半导体外延层303上方的第二电极309。其中第一电极308和第二电极309经p型半导体外延层303主动层304以及n型半导体外延层305相互电性连接。

接着请参考图3B，图3B为绘示在图3A上形成图案化光刻胶层310以后的发光二极管晶片300的部分结构剖面图。采用旋涂工艺流程或网板印刷技术，在发光二极管晶片300上形成光刻胶层310，以覆盖这些晶粒单元301。然后再采用掩模(未绘示)对光刻胶层310进行曝光显影，以图案化光刻胶层310，并在图案化光刻胶层310之中形成与这些晶粒单元301匹配的数个开口311，经开口211将这些晶粒单元201暴露出来。其中，每一个开口311的尺寸都大于其相对应的晶粒单元301，因此每一个开口311同时也会将一部分的该凹沟307暴露出。而图案化后的光刻胶层310在留下来的部分，会在每一个晶粒单元301之间的凹沟307内形成至少与晶粒单元301等高的挡墙310a，以定义出每一个开口311。在本发明的实施例之中，档墙310a的高度与每一个开口311的形状可配合不同发光二极管组件的尺寸、形状及深宽比来加以设计。

另外，在图案化光刻胶层310的步骤中，还需要在开口311之中余留一部分的光刻胶层310b以及光刻胶层310c，以覆盖晶粒单元301的第一电极308和第二电极309。

在图案化光刻胶层310之后，使用刷胶机器313将含有荧光粉的荧光粉胶体312填入每一个开口311。由于每一个开口311的尺寸大于其所对应的晶粒单元301，且挡墙310a的高度至少高于其所对应的晶粒单元301。因此荧光粉胶体312不仅可覆盖于晶粒单元301的n型半导体外延层305的上表面，并且可包覆位于开口311之中挡墙310a和晶粒单元301之间的一部分凹沟307。也因此可以完全包覆晶粒单元301垂直n型半导体外延层305上表面的立壁301a。

其中荧光粉胶体312为含有可被发光半导体组件激发而发光的荧光粉，此荧光粉可被发光半导体组件激发而发出红色、黄色、绿色、蓝光等可见光。在本发明的实施例之中荧光粉胶体312由荧光粉与有机树脂混合以形成。在本发明的另外一些实施例之中，荧光粉胶体312可为荧光粉与有机树脂或荧光粉与硅胶的混合物。依照本发明的较佳实施例，可利用刷胶机器313进行一次或多次填充，将此荧光粉胶312体注入每一个开口311中。注入的荧光粉胶体312可依需要调整不同粘度及体积，以达到完全包覆晶粒单元301及避免间隙产生的目的。

接着，再进行烘烤成形，固化之后即在每一个开口311内形成一个荧光粉胶体包覆层314(如图3C所绘示)。然后再移除图案化后所余留下来的光刻胶层310a和310b以完成发光二极管晶片300的荧光粉图布工艺层(如图3D所绘示)。在本发明的此实施例之中，图案化后所余留下来的光刻胶层310a、310b和310c是借助曝光显影工艺流程或等离子体蚀刻工艺流程来加以移除。在移除挡墙310a之后，会暴露出一部分的凹沟307a，使发光二极管晶片300上的每一个包覆有荧光粉胶体包覆层314的晶粒单元301之间相隔有一段距离。而暴露出来的凹沟307a则可以用来作为后续晶粒切割工艺流程的切割道。至于移除开口311中所余留的一部分光刻胶层310b之后，会在包覆每一个晶粒单元301的荧光粉胶体包覆层314中形成开口316和317，用来提供后续晶粒封装工艺流程的引线空间。

之后沿着凹沟暴露出的部份307a所形成的切割道，对涂布有荧光粉的发光二极管晶片300进行切割，以分离出数个具有荧光粉胶体包覆层314的晶粒单元301。并对每一个晶粒单元301进行引线封装，将晶粒单元301固定并电性连结于一导电支架315上，以完成发光二极管组件的制作(如图3E所绘示)。

根据以上所述的实施例，本发明的技术特征是在发光半导体组件的晶片制作过程阶段即进行荧光粉涂布步骤。利用半导体晶片级(Wafer Level)的光刻工艺流程，在发光半导体上形成具有数个开口的图案化光刻胶层，并使这些开口与发光半导体晶片中的晶粒单元匹配。再在开口中填充含有荧光粉的胶体。相比于公知技术，利用半导体晶片制作过程进行荧光粉涂布，可精确地在半导体晶片上建构出围绕于晶粒单元四周的图案化光刻胶层(挡墙结构)，以精确控制使填入开口中的荧光粉胶体的形状与份量，并使荧光粉胶体完全包覆晶片中晶粒单元的侧壁，不仅可以节省封装基板的使用，减少晶粒与导电支架之间的热阻隔效应；更可避免晶粒封装工艺流程造成晶粒对位失准的问题，使后续完成的发光半导体组件的色温混合更均匀，以发挥发光半导晶粒应有的发光效率。

因此，借助本发明所提供的技术优势，可达到减少制作过程步骤、节省成本、提高生产效率及提升发光半导体组件发光效率及散热功能的目的。解决公知技术因对位不精准造成亮度不足与色度不均匀的问题。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，例如上述光刻工艺流程除了适用于晶片阶段的制作过程外，同时也适用于采用各式发光半导体晶粒以及各种粘着方式的封装制作过程，不论是合金共融(Eutectic)技术、胶体粘着或是芯片倒装焊工艺，都可使用上述荧光粉涂布工艺流程，以达到最佳的发光效率，亮度与色度的均匀性，以及提高性能及降低成本。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1、一种发光半导体组件的制造方法，其特征在于，包括：

提供一发光半导体晶片，包括数个晶粒单元；

在该发光半导体晶片上形成一光刻胶层，以覆盖这些晶粒单元；

图案化该光刻胶层，以形成数个开口与这些晶粒单元匹配，并经这些开口暴露出这些晶粒单元；

在这些开口之中填充一荧光粉胶体；

移除该光刻胶层；以及

切割该发光半导体晶片，以分离每一该晶粒单元；

封装每一该晶粒单元。

2、根据权利要求1所述的发光半导体组件的制造方法，其特征在于，提供该发光半导体外延的步骤，包括提供该至少一凹沟用来定义出这些晶粒单元。

3、根据权利要求1所述的发光半导体组件的制造方法，其特征在于，图案化该光刻胶层的步骤，包括对该光刻胶层进行一曝光显影工艺流程，以使每一该开口大于相对应的该晶粒单元，并暴露出一部分的该凹沟。

4、根据权利要求1所述的发光半导体组件的制造方法，其特征在于，填充该荧光粉胶体的步骤，包括：

将荧光粉与有机树脂混合以形成一荧光粉胶体；以及

将该荧光粉胶体填充于每一该开口之中。

5、根据权利要求1所述的发光半导体组件的制造方法，其特征在于，该光刻胶层是借助一曝光显影工艺流程或一等离子体蚀刻工艺流程来加以移除。

6、根据权利要求1所述的发光半导体组件的制造方法，其特征在于，图案化该光刻胶层的步骤，还包括在该开口之中余留一部分该光刻胶层，以覆盖该晶粒单元的至少一电极。

7、一种涂布有荧光粉的发光半导体晶片，该发光半导体晶片具有至少一凹沟，用来定义出数个发光单元，其中每一该发光单元包括：

一第一电性半导体外延层；

一主动层，位于该第一电性半导体外延层之上；

一第二电性半导体外延层，位于该主动层之上；

一第一电极，位于该第二电性半导体外延层上，并且与该第二电性半导体外延层电性连结；

一第二电极，位于该第一电性半导体外延层与该第二电性半导体外延层其中之一上，并可经该第一电性半导体外延层、该主动层及该第二电性半导体外延层与该第一电极电性连接；以及

一图案化荧光粉涂布层，位于该第二电性半导体外延层之上，并包覆由该凹沟所暴露的一部分该第二电性半导体外延层、一部分该主动层以及一部分该第一电性半导体外延层，且该图案化荧光粉涂布层具有至少一开口将该第一电极暴露于外。

8、根据权利要求7所述的涂布有荧光粉的发光半导体晶片，其特征在于，该凹沟由垂直该第二电性半导体外延层的一表面而延伸进入该第二电性半导体外延层、该主动层以及该第一电性半导体外延层之中。

9、根据权利要求7所述的涂布有荧光粉的发光半导体晶片，其特征在于，该图案化荧光粉涂布层包覆于该第二电性半导体外延层、该主动层以及一部分该第一电性半导体外延层所暴露出来的一立壁。

10、根据权利要求9所述的涂布有荧光粉的发光半导体晶片，其特征在于，该图案化荧光粉涂布层暴露出一部分该凹沟，以作为一切割道。

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