CN101449396B - 用于制备用于安装的半导体发光器件的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于制备用于安装的半导体发光器件的方法，所述发光器件具有用于安装至基板的安装面，所述方法涉及处理所述发光器件除安装面之外的至少一个表面以降低所述至少一个表面的表面能量，使得当安装所述发光器件时，阻止了施加在安装面和基板之间的底部填充材料污染所述至少一个表面。

Description

用于制备用于安装的半导体发光器件的方法

技术领域

本发明总体涉及半导体发光器件，更特别地涉及处理用于安装的半导体发光器件。

背景技术

诸如发光器件(LED)的半导体发光器件提供高效的光源并且比白炽灯泡和荧光管更加稳定。LED技术和工艺的进步已经促进了将这样的器件作为例如商业和住宅照明应用中传统照明源的替代来使用。

LED可以通过使用可以增强光输出和/或保护器件的各种材料来封装。这样的材料可以改进接触之间的电气隔离、向基板(sub-mount)的热传递、机械安装的可靠性和/或来自所述器件的光的改进的耦合。

存在对改进的用于封装发光器件的工艺的需求。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了用于制备用于安装的半导体发光器件的方法。所述发光器件具有用于安装到基座的安装面。所述方法涉及处理发光器件除该安装面之外的至少一个表面以降低所述至少一个表面的表面能量，使得当安装所述发光器件时，阻止了施加在安装面和基板之间的底部填充(underfill)材料污染所述至少一个表面。

处理所述至少一个表面可以涉及处理发光器件的至少一个侧壁表面。

处理所述至少一个表面可以涉及处理发光器件的至少一个发光表面。

发光器件可以包括主要发光表面和至少一个次要发光表面，所述次要发光表面可用于相比主要发光表面发射较少的光，处理可以涉及处理所述至少一个次要发光表面。

处理所述至少一个表面可以涉及处理发光器件形成在其上的透明衬底的侧壁。

处理可以涉及向发光器件的所述至少一个表面施加处理材料。

施加处理材料可以涉及施加包括有机分子和可蒸发溶剂的处理材料。

施加处理材料可以涉及施加在氟溶剂(fluoro-solvent)中包括碳氟化合物的处理材料。

施加处理材料可以涉及施加包括重量百分比小于15％的碳氟化合物的处理材料。

施加处理材料可以涉及以下步骤之一：将所述至少一个表面浸蘸在液体处理材料中；将所述处理材料喷射在所述至少一个表面上；以及邻近所述至少一个表面生成液体处理材料的薄雾，该薄雾可用于将所述液体处理材料涂敷所述至少一个表面。

浸蘸可以涉及将所述至少一个表面浸蘸在液体处理材料中，所述处理材料包括选择性地附着于所述至少一个表面的组分。

该方法可以涉及选择性地处理基板以降低基板的至少一部分的表面能量，使得在安装所述发光器件时，阻止了底部填充材料污染基板的所述部分。

选择性地处理基板可以涉及选择性地处理包括陶瓷材料和硅材料之一的基板。

选择性地处理基板可以包括施加处理材料到基板并将基板的一区域暴露于电磁辐射以选择性地改变该区域上的处理材料的特性，所述变化导致基板的选择性暴露区域和基板的未暴露区域之一具有降低的表面能量。

所述安装面可以包括至少一个电极表面，所述方法可以涉及将所述至少一个电极表面结合于基板上对应的传导表面，使得所述安装面与基板隔开。

所述方法可以涉及对隔开安装表面与基板的间隙进行底部填充。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于将半导体发光器件安装在基板上的方法。该方法涉及将包括多个发光器件的晶片粘结安装在介质上，与发光器件中的每一个关联的安装面与所述介质接触。该方法还涉及将所述晶片切分成单独的发光器件，这些单独的发光器件保持与所述介质接触并具有相邻的隔开的暴露表面。该方法还涉及处理单独的发光器件的暴露表面以降低暴露面的表面能量，并将所述发光器件从所述介质去除。该方法进一步涉及将发光器件的安装面结合于基板，利用底部填充材料对安装面和基板之间的间隙进行底部填充，这阻止了底部填充材料污染发光面的处理过的暴露面。

该方法还可以涉及在处理之前拉伸所述介质以导致单独的发光器件之间的间隔扩大，以进一步地方便处理。

切分晶片可以涉及使用切分刀片来切分晶片，该切分刀片具有的宽度足以导致切分之后所述暴露的表面充分隔开以方便对这些暴露的表面的处理。

安装面可以包括至少一个电极表面，结合可以涉及在所述电极表面和基板上对应的传导表面之间引入传导结合材料并加热发光器件和基板以导致所述传导结合材料将所述至少一个电极表面结合于基板上的对应的传导表面。

该方法还可以涉及在底部填充之后从发光器件去除所述处理材料。

一旦结合附图阅读了下面的本发明特定实施例的描述，本发明的其他方面和特征对于本领域技术人员将变得清楚明白。

附图说明

在说明本发明实施例的附图中，

图1是按照本发明第一实施例加工的发光器件的示意性截面视图；

图2是说明加工图1所示发光器件的方法流程图；

图3A-3E是说明按照图2所示方法对发光器件所进行的加工的一系列示意性截面视图；

图4A-4E是说明按照本发明另一个实施例对用于安装发光器件的衬底所进行的加工的一系列示意性截面图。

具体实施方式

参考图1，10总体上示出了通过根据本发明第一实施例的方法制备的用于安装的半导体发光器件。该发光器件10安装在基板12上。

在一个实施例中，发光器件10包括衬底层30，n型导电半导体材料层32在衬底层30上外延地生长。发光器件10还包括在n型层32上外延生长的有源层34以及在有源层34上外延地生长的p型导电半导体材料层36。

发光器件10进一步包括形成在p型层36的外表面上的反射p电极层38，以及形成在n型层32上的n电极层40。可以采用反射金属材料形成电极38和40，电极38和40有助于发光器件10到基板12的连接以便向该器件提供电流。p电极38包括安装面50，所述n电极40包括安装面48。安装面48和50有助于器件的稍后安装。

当向发光器件施加前向偏置电压时(即，使得p电极38比n电极40更加偏正(more positive))，前向偏置电流流经p型层36、有源层34和n型层32，并在所述有源层中生成光子。有源层34中生成的光子向所有方向入射，入射在反射p电极38上的光子反射回来，经过p型层36、有源层34和n型层32，经过衬底层30，并作为来自主要发光表面42的光而被发射。来自有源层34的直接入射在n型层32上的其他光子穿过n型层，经过衬底层30，并作为来自主要发光表面42的光而被发射。一般而言，有源层34中生成的光的相当大部分将经过主要发光表面42朝箭头44所示方向发射。然而，所述光的较少部分将经过例如侧壁表面46的其他表面而发射。

在一个实施例中，基板12包括例如陶瓷材料的电气绝缘材料，所述基板包括第一电气接触区域14和第二电气接触区域16，每个区域形成在基板的外表面上并由绝缘间隙20分开。所述第一和第二电气接触区域14和16可以通过在基板12上沉积例如金的金属材料来形成，并有助于与基板12的电气连接。

在其中使用倒装片安装技术安装发光器件10的实施例中，安装面48和50通常是共面的。倒装片安装指的是一种安装技术，其中在衬底(例如衬底层30)上制造发光器件10，然后将器件翻转过来，使用导电材料珠52(例如，诸如金的金属)将安装面48和50结合于基板12。所述结合涉及加热所述器件使传导材料珠52软化，这导致所述珠将安装面48和50结合于电气接触区域14和16。在一些实施例中，使用热超声工艺，即在加热所述器件的同时，使其经受超声振动，因而导致传导材料珠、安装面48和50、基板12的电气接触区域14和16之间改善的结合。该结合工艺还分别提供了电气接触区域14和16与n电极40和p电极38之间的电气连接。

在安装例如发光器件10的半导体器件时，通常使用底部填充材料56来底部填充安装面48和50与基板12之间的间隙54。所述底部填充材料56可以是例如环氧树脂的材料，该材料具有弱的内部的或有粘合力的结合性，因而具有润湿其他表面尤其是具有高表面能量的表面的强烈倾向。与所述底部填充材料相比，安装面48和50以及发光二极管的侧壁表面46一般具有高的表面能量，这导致所述底部填充物在毛细吸引力的帮助下，通过毛细作用进入间隙54。然后允许所述底部填充材料固化，因而为所述器件提供了增强的机械和结构完整性。所述底部填充材料可以包括增强发光器件10和基板12之间的热传导或者导致所述固化的底部填充物具有一定折射率的添加剂。所述底部填充材料还可以包括添加剂，所述添加剂分别提供所述底部填充材料56的热膨胀系数与电气接触区域14和16以及n电极40和p电极38之间的更好的匹配，因而最小化操作期间的机械应力。

令人遗憾的是，所述底部填充材料56润湿表面46的倾向还可以倾向于通过毛细作用沿发光器件10的侧壁表面46上升(wick up)，因此污染了这些表面。这种污染可能会对与封装发光器件10有关的其他工艺具有影响。例如，封装发光二极管可选地将发光器件10密封在密封材料58中。密封材料用来保护发光器件，提供折射率匹配和/或防止污染物进入到半导体材料层中。

然而，由于密封材料58与底部填充材料的不兼容性，发光器件10的侧壁46上的底部填充材料56的存在可能导致密封材料58不佳的粘附力。另外，所述底部填充材料56对表面46的污染还可能导致沿着发光器件10的侧壁的应力集中，该应力集中可能在安装的发光器件10的操作期间导致潜在的故障。可以特定地选择密封材料58，以便抵抗在由发光器件10发射的光的辐射下引起的退化。然而，通常使用的底部填充材料对于由光引起的分解不是那么具有抵抗性，并可能退化，导致所述器件过早的失效。

一般而言，根据本发明的一个方面，用于制备用于安装至基板12的半导体发光器件10的方法涉及处理发光器件10的安装面48或50之外的至少一个表面以降低所述至少一个表面的表面能量。因为降低了所述至少一个表面的表面能量，所以在安装所述发光器件10时阻止了施加在安装面48和50以及基板12之间的底部填充材料56污染所述至少一个表面。

在图1所示的实施例中，处理靠近安装面48和50的表面46的至少一部分，以降低这些表面的表面能量。由于降低的表面能量的原因，将阻止底部填充材料56润湿表面46，并且因此所述底部填充材料56将倾向于跟随更高表面能量的基板表面，而不是通过毛细作用沿着发光器件10的侧壁上升。虽然所述底部填充材料56不太可能能够通过毛细作用上升到表面42上，并且因而这个表面可以不要求这样的处理，但是在一些实施例中，如果表面46和表面42被同时处理，那么可以更加方便地实施所述处理工艺。

工艺

参考图2和3，更加详细地描述了用于降低表面46的表面能量的处理工艺。参考图3A，一般地，在半导体晶片100上同时制造多个发光器件10(晶片100示出了两个发光器件10，但是实际上晶片一般将包括多个器件10)。

参考图2和图3A，120概括地示出了用于加工半导体晶片100上的所述多个半导体器件10的工艺。如122处所示，该工艺以将所述晶片100粘结安装在介质102上作为开始。在一个实施例中，所述介质102是半导体加工带，例如聚氯乙烯(PVC)粘结带。安装晶片100，使得安装面48和50与所述介质接触并粘附其上。

工艺120在124处继续，即将晶片100切分成单独的发光器件10，如图3B中所示。在切分期间，单独的发光器件10保持与介质102接触并且进行切分，使得单独的器件10彼此之间按照切分刀片104的切口宽度w完全分开，所述切分刀片104用于切分所述晶片。然而，仔细地控制切分深度，使得介质102不被刀片104割穿。因此，切分之后，所述多个单独的器件10保留在基本完整的介质102上。在这个阶段，可以针对缺陷对切分的晶片100进行目视检查。所述切分导致发光器件10的侧壁表面46被暴露。

如126处所示，工艺120继续，即处理表面42和46以降低表面46的表面能量。在这个实施例中，处理涉及非选择性地用液体处理材料处理发光器件10所有的暴露表面，包括侧壁表面46和主要发光表面42，所述液体处理材料包含有机分子，例如溶解在例如氟溶剂的溶剂中的碳氟化合物。在一个实施例中，所述处理材料包括氟溶剂中重量百分比高达15％的碳氟聚合物。这样的处理材料的一个实例是

它由马萨诸塞州的费尔港的Nye公司供应。

包括氟溶剂中浓度为0.1％至2％的碳氟聚合物。

通过介质102保护安装面48和50，使之免于所述处理。在一个实施例中，在处理发光器件10的表面42和46之前，拉伸介质102以导致单独的发光器件10之间的间隔扩大，以改进表面46的暴露，进而有助于所述处理。使用夹具来完成所述介质的拉伸，该夹具在两个正交的方向上提供所述介质的受控的拉伸量。

参考图3C，通过将晶片100浸蘸在液体处理材料(例如NyeBar)中，从而在表面42和46上形成薄膜来处理这些表面。然后，允许氟溶剂蒸发，从而在表面42和46上留下碳氟聚合物处理材料薄膜106。处理材料薄膜106降低了表面42和46的表面能量，因而阻止了随后的底部填充工艺中这些表面的润湿。可替换地，在其他的实施例中，基于液体的处理材料可以在待处理的表面上形成薄雾或者喷射在待处理的表面上。

在本发明的另一个实施例中，所述处理材料可以包括具有官能团的有机分子，所述官能团选择性地附着于某些表面而不附着于其他表面。例如，可以这样来选择处理材料，使得它对通常是金属层的电极层38具有良好的粘附力，而对层30至36具有不佳的粘附力或者明显没有粘附力。在一个实施例中，所述处理材料是烷烃硫醇，其选择性地附着于金，金是用于电极38和40的优选材料之一。因此，当电极包括金时，将晶片100浸蘸在烷烃硫醇处理材料中只选择性地涂敷电极38和40的侧壁表面。因为安装面48和50通过介质102保护免于暴露于所述处理材料，所以这些表面不受所述处理的影响。在随后的底部填充工艺中，电极38和40的侧壁的降低的表面能量对底部填充材料56通过毛细作用沿侧壁46的上升设置了障碍。

回到图2，如128处所示，处理之后，发光器件10可以从介质去除或者可以从该介质转移到第二介质。参考图3D，所述转移可以涉及粘附地安装第二介质108到发光器件10的主要发光表面42上的处理材料薄膜106。参考图3E，介质102于是可以从安装面48和50处去除，留下所述多个发光器件10附着于第二介质108。将这些发光器件10转移至第二介质108允许接触安装面48和50，以便进一步将发光器件与基板12结合。

如130处所示，工艺120继续，即将所述发光器件10与对应的基板12结合。在这个实施例中，配置发光器件10以便如早前所述进行倒装片安装。所述倒装片安装工艺通常将间隙54留在安装面48和50与基板12之间，如图1中所示。

如132处所示，工艺120接着继续，即用底部填充材料56来底部填充间隙54(如图1中所示)。底部填充材料56一般是有机树脂聚合物，该聚合物在安装面48和50与基板12之间分布，并在毛细吸引力下吸进间隙54中。如图1中所示，由于表面46的处理，阻止了底部填充材料56通过毛细作用沿发光器件10的侧面上升，并且所述底部填充材料主要地粘附于安装面48和50以及基板12的上表面。

如134处所示，在底部填充之后，可以选择处理材料薄膜106从表面42和46去除，以方便进一步加工安装的发光器件10。在期望使用指数匹配或其他材料来密封发光器件10以保护该器件的场合，去除所述处理材料是重要的。在一个实施例中，第二介质108包括粘合剂，当单独的发光器件10被从第二介质去除时，所述粘合剂用于从表面42去除所述处理材料的大部分或者全部。在其他的实施例中，去除涉及其他的处理步骤，例如在溶剂中浸蘸或洗涤发光器件10以便溶解所述处理材料以及将所述处理材料从表面42和46处去除。

用于处理基板的工艺

在本发明的一个实施例中，可以选择性地处理图1中所示的基板12以降低基板的至少一部分的表面能量。当将发光器件10安装在基板12上时，将阻止施加在发光器件和基板之间的底部填充材料污染基板的被处理的部分。

现在，参考图4A至4E描述用于处理基板12的工艺。参考图4A，示出的基板12包括第一和第二电气接触区域14和16。参考图4B，该工艺以在基板12的第一和第二电气接触区域14和16上施加处理材料140开始。在所示实施例中，使用喷射设备142以液体形式施加处理材料140，喷射设备142生成喷雾144以涂敷基板12。可以操作喷射设备142在基板12的表面上平移，由此用处理材料140覆盖基板12。

参考图4C，一旦所述处理材料在基板12上的适当位置处变干，那么基板的部分暴露于辐射源148产生的紫外(UV)辐射束146。辐射源148可以是UV激光器，或者其他UV源，在这个实施例中，辐射源包括调制器(未示出)，该调制器在平移所述辐射源以导致处理材料140的部分被烧蚀或者按照期望的模式从基板12的表面脱离结合的同时，选择性地激活UV束146。

图4D示出了处理材料140的部分被烧蚀之后的基板12。在这个情况下，处理材料部分150和152保留在基板12的外部外围，而区域154中的处理材料通过烧蚀而被去除。

参考图4E，在按照上面针对图2和3所述的工艺将发光器件10安装在基板12上之后，在发光器件10和基板12之间施加底部填充材料56。处理材料部分150和152防止了所述处理材料流过基板12的边缘。一旦施加了底部填充材料56，可以通过在施加的溶剂中溶解所述处理材料部分150和152来去除它们，如上所述。

基板12可以包括陶瓷衬底或硅树脂衬底，并当按照上述工艺处理时，阻止了底部填充材料56流过基板12的侧面并污染所述表面。

在其他的实施例中，可以使用对于波长不是UV波长的辐射敏感的处理材料，并可以使用其他的辐射源来完成暴露。其他的实施例可以采用例如在处理材料上施加掩膜并让基板12经受UV或其他波长的区域辐射的构图技术，由此选择性地改变基板12的部分上的处理材料的特性以导致基板部分的表面能量降低。

虽然已经描述并说明了本发明的特定实施例，但是这些实施例应该仅仅被视为本发明的示例，而非限制了本发明，而本发明的范围由所附的权利要求书限定。

Claims (21)

1.一种用于制备用于安装的半导体发光器件的方法，所述发光器件具有用于安装至基板的安装面，所述方法包括：

处理所述发光器件除安装面之外的至少一个表面以降低所述至少一个表面的表面能量，使得当安装所述发光器件时，阻止了施加在安装面和基板之间的底部填充材料污染所述至少一个表面。

2.根据权利要求1所述的方法，其中处理所述至少一个表面包括处理所述发光器件的至少一个侧壁表面。

3.根据权利要求1所述的方法，其中处理所述至少一个表面包括处理所述发光器件的至少一个发光表面。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述发光器件包括主要发光表面和至少一个次要发光表面，所述次要发光表面可用于相比所述主要发光表面发射较少的光，并且其中所述处理包括处理所述至少一个次要发光表面。

5.根据权利要求2所述的方法，其中处理所述至少一个表面包括处理所述发光器件形成在其上的透明衬底的侧壁。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理包括向所述发光器件的所述至少一个表面施加处理材料。

7.根据权利要求6所述的方法，其中施加所述处理材料包括施加包括有机分子和可蒸发溶剂的处理材料。

8.根据权利要求7所述的方法，其中施加所述处理材料包括施加在氟溶剂中包括碳氟化合物的处理材料。

9.根据权利要求8所述的方法，其中施加所述处理材料包括施加包括重量百分比小于15％的碳氟化合物的处理材料。

10.根据权利要求6所述的方法，其中施加所述处理材料包括以下之一：

将所述至少一个表面浸蘸在液体处理材料中；

将所述处理材料喷射在所述至少一个表面上；以及

邻近所述至少一个表面生成液体处理材料的薄雾，该薄雾可用于将所述液体处理材料涂敷所述至少一个表面。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述浸蘸包括将所述至少一个表面浸蘸在液体处理材料中，所述液体处理材料包括选择性地附着于所述至少一个表面的组分。

12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括选择性地处理基板以降低基板的至少一部分的表面能量，使得在安装所述发光器件时，阻止底部填充材料污染基板的所述部分。

13.根据权利要求12所述的方法，其中选择性地处理基板包括选择性地处理包括陶瓷材料和硅材料之一的基板。

14.根据权利要求12所述的方法，其中选择性地处理基板包括：施加处理材料到基板；

将基板的一区域暴露于电磁辐射以选择性地改变该区域上的所述处理材料的特性，所述变化导致基板的所述选择性暴露的区域和基板的未暴露的区域之一具有降低的表面能量。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述安装面包括至少一个电极表面，并且所述方法还包括将所述至少一个电极表面结合于基板上对应的传导表面，使得所述安装面与基板隔开。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括对所述隔开安装表面与基板的间隙进行底部填充。

17.一种用于将半导体发光器件安装在基板上的方法，该方法包括：

将包括多个发光器件的晶片粘结安装在介质上，与发光器件中的每一个关联的安装面与所述介质接触；

将所述晶片切分成单独的发光器件，所述单独的发光器件保持与所述介质接触并具有相邻分隔开的暴露表面；

处理所述单独的发光器件的所述暴露表面以降低所述暴露面的表面能量；

将所述发光器件从所述介质去除；

将发光器件的安装面结合于基板；

用底部填充材料来底部填充安装面与基板之间的间隙，阻止所述底部填充材料污染发光面的所述处理过的暴露面。

18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括在所述处理之前拉伸所述介质以导致所述单独的发光器件之间的间隔扩大，以进一步地有助于所述处理。

19.根据权利要求17所述的方法，其中切分晶片包括使用切分刀片切分晶片，所述切分刀片具有的宽度足以导致所述切分之后所述暴露的表面充分隔开以有助于对所述暴露表面的所述处理。

20.根据权利要求17所述的方法，其中所述安装面包括至少一个电极表面，并且其中所述结合包括在所述电极表面和基板上的对应的传导表面之间引入传导结合材料并加热所述发光器件和基板以导致所述传导结合材料将所述至少一个电极表面结合于基板上的所述对应的传导表面。

21.根据权利要求17所述的方法，进一步包括在所述底部填充之后从所述发光器件去除所述处理材料。

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