CN102110747A

CN102110747A - 倒装芯片式发光二极管模块的制造方法

Info

Publication number: CN102110747A
Application number: CN2009102619674A
Authority: CN
Inventors: 杨岳勋
Original assignee: YONGYAO OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: YONGYAO OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2011-06-29
Also published as: WO2011076044A1

Abstract

本发明公开了一种倒装芯片式发光二极管模块的制造方法，其于发光二极管所具的晶片基板上依序成长有N型半导体层、发光层及P型半导体层以构成外延层，而后将晶片切割成多个发光晶粒，并挑选出适用的发光晶粒透过UV胶来粘贴于胶膜一侧表面上，即可将成批发光晶粒库存或是进行后续封装工艺，当发光晶粒欲与胶膜脱离时，可利用UV曝光机产生的UV光照射于UV胶上进行曝光，并通过UV胶光固化后降低发光晶粒粘贴于胶膜上的粘度，使分离装置所具的顶针推顶于胶膜另侧表面上时，得以轻易将发光晶粒与胶膜逐一分离，可有效防止较薄的外延层承受过大的冲击能量导致发光晶粒结构上的破坏，提高产品良率、减少制造上的成本。

Description

倒装芯片式发光二极管模块的制造方法

技术领域

本发明涉及倒装芯片式发光二极管模块的制造方法，尤指可利用UV光照射于发光晶粒粘贴于胶膜上的UV胶，并通过UV胶光固化来降低粘度，使顶针推顶于胶膜可轻易将发光晶粒与胶膜分离，可有效防止较薄的外延层承受过大冲击导致结构上的破坏，以提高产品良率。

背景技术

一般市面上所使用的发光装置形式与种类相当多，然就以次世代绿色环保、节能的趋势来说，由于发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有更加省电、体积小，以及良好稳定性与可靠度的优势，特别是白光发光二极管，因而使发光二极管被广泛地应用在路灯、隧道灯、手电筒、指示广告牌、家居照明及液晶面板的背光源等用途。

除此之外，为了达到更亮更省电的目标，发光二极管封装还需要有良好的散热性及光萃取效率，尤其是在散热方面更是受到重视，若未能实时将热量排出，使囤积在发光二极管中的热对其特性、使用寿命及可靠度都会产生不良影响，而光学设计也是封装程序中重要的一环，要如何有效地将光导出，发光角度及方向都是设计的重点所在。

若以传统导线架封装结构为例，主要可经过固晶、打线键合及模造等程序，而发光晶粒为包括有蓝宝石基板、N型氮化镓奥姆接触层、发光层、P型氮化镓奥姆接触层及透光导电层，并于透光导电层与N型氮化镓奥姆接触层上分别成长有P型电极衬垫、N型电极衬垫，其中固晶先将蓝宝石基板无外延层的一侧表面使用银胶或导热系数较高的锡膏、金锡焊料等接合材料固定在导线架上后，利用热压合方式将金线或铝线的两端分别连接到发光晶粒及导线架或基板上，并以荧光粉均匀涂布于发光晶粒上，再透过模造填充环氧树酯保护芯片、加热进行交联反应来增加硬度并降低吸湿性，惟此种封装方式使发光晶粒散热往往被低散热系数的蓝宝石基板所局限，其厚度较厚、更加提高整体热传困难度，且因发光层所发出的部分光线必须由P型电极衬垫的一侧穿过透光导电层而射向荧光粉及环氧树酯，造成P型电极衬垫本身会遮蔽部分发光面、降低发光二极管发光效率。

因此，为了解决因电极衬垫遮蔽所导致发光效率降低的缺点，便有业者改采用倒装芯片式(Flip-Chip)封装增加有效发光面积，其于氮化镓是发光二极管所具的蓝宝石基板上依序成长有缓冲层、N型氮化镓奥姆接触层，并于中央成长有发光层及P型氮化镓奥姆接触层，且该P型氮化镓奥姆接触层为透过P型电极衬垫与外部散热基板相连接，而发光层二侧边成长有N型电极，其中一N型电极透过N型电极衬垫与外部散热基板相连接，由于主要出光面并无遮蔽光线，则可增加发光二极管发光效率；再者，亦有业者将多个发光晶粒结合于氮化镓(GaN)基板或硅基板上，即可将氮化镓基板或硅基板使用银胶、软焊金属等接合材料固定在镀银的铜材上后，而使发光二极管所产生的热量可由倒装芯片结构中的电极衬垫透过氮化镓基板或硅基板快速传导至良好散热系数的铜材对外排散，通过此可取代蓝宝石基板、改善热传效果较差等问题，而提高整体封装散热效果，惟此种方式材料成本往往较蓝宝石基板贵上许多，厂商碍于成本考虑，一般仍以使用蓝宝石基板为主。

又发光二极管制作流程可分为外延成型、切割、选晶、贴膜、脱离、晶粒粘着以及倒装芯片式封装工艺，其中外延成型后即可切割成数万个发光晶粒，再进行分类、选晶贴至胶膜(蓝胶)上，而可将成批发光晶粒库存，或是进行后续脱离胶膜，同时通过真空吸盘输送以进行后续发光晶粒的固晶、粘着，以及倒装芯片式封装等工艺，惟该脱离过程是利用分离装置所具的顶针推顶于胶膜使发光晶粒与胶膜逐一分离，由于发光晶粒贴至胶膜上具有一定粘着度，金属材质制成的顶针则必须施以较大推顶力量，才能够将发光晶粒与胶膜分离，且因发光晶粒上的外延层(如缓冲层、N型氮化镓奥姆接触层、发光层及P型氮化镓奥姆接触层等)相较于蓝宝石基板厚度相当的薄，然若是顶针位置不佳、推顶力量过大或其它参数设定不良，便会造成外延层无法承受过大的冲击能量(Impact Energy)，进而导致发光晶粒的破裂或损伤等情况发生，使产品不良率大幅也将提高，同时增加整体制造上的成本。

发明内容

发明人有鉴于上述现有发光二极管于发光晶粒与胶膜利用顶针脱离过程中容易造成破裂或损伤的问题与缺失，乃搜集相关资料经由多方评估及考虑，方以从事此行业的多年经验不断的试作与修改，始设计出此种倒装芯片式发光二极管模块的制造方法发明专利诞生。

本发明的主要目的乃在于当各发光晶粒欲与胶膜进行脱离时，可利用UV曝光机所产生的UV光照射于胶膜上的UV胶进行曝光，并通过UV胶快速干燥、光固化后降低发光晶粒粘贴于胶膜上的粘度，即改变UV胶材质的特性而变得较为硬脆，使分离装置所具不同型态的顶针(如圆头、尖头等)推顶于胶膜另侧表面上时，可不需施以较大推顶力量，得以轻易将各发光晶粒与胶膜逐一分离，同时亦可有效防止顶针位置不佳、推顶力量过大或其它参数设定不良所造成较薄的外延层承受过大冲击能量，导致发光晶粒结构上的损伤与破坏等情况发生，通过此提高产品的质量与良率、减少制造上的成本。

本发明一种倒装芯片式发光二极管模块的制造方法，其实施步骤为包括有：

A)发光二极管所具的晶片基板上依序成长有N型半导体层、发光层及P型半导体层以构成外延层(epitaxial layer)；

B)将晶片切割成多个单颗发光晶粒；

C)挑选出适用的发光晶粒；

D)将UV胶涂布于胶膜一侧表面上形成有涂布层，并将各发光晶粒透过UV胶粘贴于胶膜上成为一体；

E)利用UV曝光机产生的UV光照射于胶膜上的涂布层进行曝光，通过UV胶光固化后降低发光晶粒粘贴于胶膜上的粘度；

F)再利用分离装置所具的顶针推顶于胶膜另侧表面上，而使各发光晶粒与胶膜逐一分离。

附图说明

图1为本发明的制造流程图；

图2为本发明贴膜过程的示意图；

图3为本发明发光晶粒的示意图；

图4为本发明曝光过程的示意图；

图5为本发明脱离过程的示意图；

图6为本发明顶针的结构示意图。

【主要元件符号说明】

1 发光晶粒

11 基板 14 P型半导体层

12 N型半导体层 141 P型电极衬垫

121 N型电极衬垫 15 外延层

13 发光层

2 胶膜

3 UV胶

4 分离装置

41 顶针

5 输送装置

51 吸嘴

具体实施方式

为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及其构造，兹绘图就本发明的较佳实施例详加说明其特征与功能如下，以利完全了解。

请参阅图1、图2、图3、图4、图5所示，分别为本发明的制造流程图、贴膜过程的示意图、发光晶粒的示意图、曝光过程的示意图及脱离过程的示意图，由图中可清楚看出，本发明倒装芯片式发光二极管模块为包括有下列实施步骤：

101)外延成型：发光二极管所具的晶片基板11上依序成长有N型半导体层12、发光层13及P型半导体层14，且P型半导体层14表面上成长有透光导电层(图中未示出)后，再于透光导电层部分表面上分别成长有N型电极衬垫121、P型电极衬垫141。

102)切割：将晶片切割成为多个单颗发光晶粒1。

103)选晶：分类、挑选(Pick up)出适用的发光晶粒1。

104)贴膜：将UV(紫外线)胶3涂布于胶膜2一侧表面上形成有涂布层，并将多个发光晶粒1透过UV胶3粘贴于胶膜2上成为一体。

105)UV(紫外线)曝光：利用UV曝光机照射于胶膜2上的涂布层进行曝光，并通过UV胶3快速干燥、光固化后可降低发光晶粒1粘贴于胶膜2上的粘度。

106)脱离：利用分离装置4所具的顶针41推顶于胶膜2另侧表面上，而使各发光晶粒1为与胶膜2逐一分离，并由输送装置5所具的吸嘴51吸附于发光晶粒1进行输送。

107)晶粒粘着：将发光晶粒1上的N型电极衬垫121、P型电极衬垫141透过导电胶体或焊料分别与电路基板所具的焊料衬垫相连接，而成型出倒装芯片式发光二极管模块。

108)灯具封装：将发光二极管模块为与外部灯具封装结合成为一体。

由上述的步骤可得知，其是于基板11上先进行外延层(epitaxiallayer)15成长，也就是在基板11上为依序成长有N型半导体层12、发光层13及P型半导体层14，且该P型半导体层14表面上成长有透光导电层，并于透光导电层部分表面上则分别成长有N型电极衬垫121、P型电极衬垫141，惟此部分有关外延层15成长(如N型半导体层12、发光层13及P型半导体层14等)经由曝光、显影及金属剥离(Lift-Off)技术成长有N型电极衬垫121、P型电极衬垫141等因非本发明的重点所在，所以在本说明书中仅作简单叙述，以供了解；而后便可将晶片切割成多个单颗发光晶粒1，且经由挑选(Pickup)出适用的发光晶粒1；另将UV胶3涂布于胶膜2一侧表面上形成有涂布层，其UV胶3涂布于胶膜2上的方式为可利用网版印刷、滚筒式、喷涂式等加工涂布方式，且该UV胶3为紫外线光固化胶树脂(UV Cure Resin)或紫外线光固化聚合物，而可将各发光晶粒1透过UV胶3来粘贴于胶膜2上成为一体并呈等距排列或阵列状，如此，便可将成批发光晶粒1予以库存，或是运送至下游厂商进行后续封装工艺，而当发光晶粒1欲进行封装工艺前，即需要先将发光晶粒1为与胶膜2脱离，此时，可利用UV曝光机产生的UV(紫外线)光照射于胶膜2上的UV胶3涂布层进行曝光，并通过UV胶3快速干燥、光固化后降低发光晶粒1粘贴于胶膜2上的粘度，即改变UV胶3材质的特性而变得较为硬脆，再利用分离装置4所具的顶针(Push-upNeedle，简称为PUN)41来向上推顶于胶膜2另侧表面上，而使金属材质制成的顶针41不需施以较大推顶力量，得以轻易将各发光晶粒1与胶膜2逐一分离，同时亦可有效防止顶针41位置不佳、推顶力量过大或其它参数设定不良所造成外延层15承受过大的冲击能量，进而导致发光晶粒1结构上的损伤与破坏等情况发生，并提高产品的质量与良率、减少制造上所耗费的成本。

所以，便可利用输送装置5所具的真空吸嘴51或吸盘吸附于发光晶粒1进行输送，再将发光晶粒1外延层15上的N型电极衬垫121、P型电极衬垫141透过导电胶体或焊料为分别与电路基板所具的焊料衬垫(图中未示出)相连接，且该电路基板亦为单面或双面设有电路布局，并将各矩形发光晶粒1透过电路布局串联或并联方式电性连接于电路基板单面或双面，以产生单面或双面发光型态，从而完成发光晶粒1固晶、粘着后，再进行发光晶粒1的荧光粉胶体涂布、烘烤程序，便可成型出倒装芯片式发光二极管模块，再将发光二极管模块为与外部灯具(图中未示出)封装结合成为一体。

此外，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，非因此即局限本发明的申请专利范围，本发明发光晶粒1上的基板11为透光蓝宝石、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZN/O)、氧化镁(MgO)、氧化镓(Ga2O3)、氮化铝(AlG aN)、氧化锂镓(GaLiO)、氧化锂铝(AlliO)或尖晶石(Spinel)基板，且该N型半导体层12及P型半导体层14亦为钛、金；钛、铝；铬、金或铬、铝其中之一或其组合而成，并于基板11上依序成长有N型半导体层12、发光层13及P型半导体层14以构成外延层15，其中基板11厚度h1最佳的一具体实施例为80～90μm、外延层15厚度h 2则为5～10μm，但于实际应用时，并非是以此作为局限，其仅只需提供发光晶粒1透过UV胶3粘贴于胶膜2上时，可利用UV曝光机产生的UV光照射于UV胶3进行曝光，此UV光波长范围较佳具体实施例为400～430nm之间，则可通过UV胶3光固化后降低发光晶粒1粘贴于胶膜2上的粘度，以利分离装置4所具的顶针41(如图6所示)可依发光晶粒1尺寸或重量而为不同的型态(如圆头、尖头等)，并推顶于胶膜2另侧的表面上，而可避免发光晶粒1脱离胶膜2时，顶针41轻易将外延层15较薄的N型半导体层12、发光层13及P型半导体层14顶破，同时亦可有效防止顶针41位置不佳、推顶力量过大或其它参数设定不良所造成外延层15承受过大的冲击能量，导致发光晶粒1结构上的破坏等情况发生，通过此提高产品良率、减少制造上的成本即可，惟本发明技巧特征并不局限于此，举凡任何熟悉该项技艺者在本发明领域内，可轻易思及的变化或修饰，均应被涵盖在本案的申请专利范围内，合予陈明。

综上所述，本发明上述的倒装芯片式发光二极管模块的制造方法于使用时，为确实能达到其功效及目的，故本发明诚为一实用性优异的发明，为符合发明专利的申请要件，依法提出申请。

Claims

1.一种倒装芯片式发光二极管模块的制造方法，其实施步骤为包括有：

A)发光二极管所具的晶片基板上依序成长有N型半导体层、发光层及P型半导体层以构成外延层；

B)将晶片切割成多个单颗发光晶粒；

C)挑选出适用的发光晶粒；

2.如权利要求1所述的倒装芯片式发光二极管模块的制造方法，其特征在于，该步骤A)外延层于P型半导体层表面上成长有透光导电层，且透光导电层部分表面上分别成长有N型电极衬垫、P型电极衬垫。

3.如权利要求2所述的倒装芯片式发光二极管模块的制造方法，其特征在于，该步骤A)外延层经由曝光、显影及金属剥离技术成长有N型电极衬垫、P型电极衬垫。

4.如权利要求1所述的倒装芯片式发光二极管模块的制造方法，其特征在于，该步骤A)基板厚度为80～90μm、外延层厚度则为5～10μm。

5.如权利要求1所述的倒装芯片式发光二极管模块的制造方法，其特征在于，该步骤A)基板为透光蓝宝石、碳化硅、氧化锌、氧化镁、氧化镓、氮化铝、氧化锂镓、氧化锂铝或尖晶石基板。

6.如权利要求1所述的倒装芯片式发光二极管模块的制造方法，其特征在于，该步骤A)基板上成长的N型半导体层及P型半导体层分别为钛、金；钛、铝；铬、金或铬、铝其中之一或其组合而成。

7.如权利要求1所述的倒装芯片式发光二极管模块的制造方法，其特征在于，该步骤D)UV胶涂布于胶膜上的方式可利用网版印刷、滚筒式、喷涂式等加工涂布方式。

8.如权利要求1所述的倒装芯片式发光二极管模块的制造方法，其特征在于，该步骤D)UV胶为紫外线光固化胶树脂或紫外线光固化聚合物。

9.如权利要求1所述的倒装芯片式发光二极管模块的制造方法，其特征在于，该步骤E)UV曝光机产生的UV光波长范围为400～430nm之间。

10.如权利要求1所述的倒装芯片式发光二极管模块的制造方法，其特征在于，该步骤F)分离装置所具的顶针为不同型态的圆头或尖头。

11.如权利要求1所述的倒装芯片式发光二极管模块的制造方法，其特征在于，该步骤F)发光晶粒可利用输送装置所具的真空吸嘴或吸盘来吸附后进行输送。

12.如权利要求1所述的倒装芯片式发光二极管模块的制造方法，其特征在于，该步骤F)发光晶粒与胶膜分离后可透过导电胶体或焊料为与预设电路基板相连接，且预设电路基板为单面或双面设有电路布局，以供发光晶粒串联或并联方式电性连接于预设电路基板单面或双面上。

13.如权利要求12所述的倒装芯片式发光二极管模块的制造方法，其特征在于，该发光晶粒完成固晶、粘着预设电路基板上后，再进行发光晶粒的荧光粉胶体涂布、烘烤程序而成型出倒装芯片式发光二极管模块。

14.如权利要求13所述的倒装芯片式发光二极管模块的制造方法，其特征在于，该发光二极管模块与外部灯具封装结合成为一体。