CN103427004A - 制造具有波长转换层的发光二极管晶粒的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于制造发光二极管晶粒的系统，包括发光二极管晶粒及波长转换层，波长转换层用于附着到能量感应粘着层，粘着层用于依据曝光于如电磁辐射或热能的物理能量来降低粘着性。系统还包括用于降低粘着层的粘着性以帮助波长转换层从基板上移除的固化设备及用于将波长转换层从基板移除并将波长转换层附着到发光二极管晶粒的附着设备。用于制造发光二极管晶粒的方法包括：将在基板上的粘着层曝光在物理能量，以降低粘着层的粘着性，并帮助波长转换层从基板移除；将波长转换层从基板上移除；及将波长转换层附着到发光二极管晶粒。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管晶粒，特别是关于具有波长转换层的发光二极管晶粒，以及用于制造具有波长转换层的发光二极管晶粒的一系统与其方法。
背景技术
发光二极管(light emitting diode，LED)晶粒(dice)用于产生白光。为了产生白光，一蓝光发光二极管晶粒可使用来与一波长转换层进行组合，例如形成在晶粒(die）的表面上的一荧光层(phosphor layer)。由蓝光二极管晶粒所发射出的电磁辐射激发波长转换层的原子(atoms)，其将在蓝色波长光谱范围(blue wavelength spectral region)的某些电磁辐射转换到黄色波长光谱范围(yellow wavelength spectral region)。蓝色对黄色的比率由波长转换层的构成(composition)以及几何(geometry)所操控，以使发光二极管的输出出现白光。
用以在一发光二极管晶粒中形成波长转换层的一方法，是将波长转换层制造成一分离元件(separate member)，之后附着到晶粒。举例来说，波长转换层可为一片带子(a piece of tape)型态，其上具有一荧光混合物，而这一片带子位于一粘着层上，此粘着层沉积在发光二极管晶粒上。典型地，波长转换层最初是被制造在一基板上，并从此基板被移除，再使用固定在抽真空装置(vacuumsupply)的毛细装置(capillary device)附着到晶粒。
请参考图1，用以处理波长转换层的一现有系统，包括多个波长转换层10，此多个波长转换层10包含在一基板12上，此基板12具有一粘着带(adhesivetape)14，此粘着带14将波长转换层10附着到基板12。对于将波长转换层10从基板12移除而言，是使用一毛细装置(capillary device)16并与一顶销(ejection pin)16[应为18]结合使用。然而，由于粘着带14的粘着性(adhesiveness)，波长转换层10从基板12的移除需要一大的力量(largeforce)。如图2所示，其可造成波长转换层10的破裂(cracks)20或者是其他损坏，而此波长转换层可改变由一发光二极管晶粒所产生的混合白光的颜色。
因为在制造期间对于波长转换层的任何损坏都可改变晶粒的输出，因此难以制造出具有始终如一的色彩平衡(color balance)的一白光发光二极管晶粒。本发明针对用于制造发光二极管晶粒的一系统及其方法，其系将对波长转换层的损坏最小化。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种用于制造发光二极管晶粒的系统及其方法，使得对波长转换层的损坏达到最小化。
为达上述目的，本发明提出一种用于制造发光二极管晶粒的系统，包括一发光二极管晶粒以及一波长转换层，该波长转换层用于附着到一能量感应粘着层(energy sensitive adhesive layer)，该粘着层依据曝光于如一电磁辐射或热能的一物理能量来降低粘着性。该系统亦包括一固化设备(curing apparatus)以及一附着设备(attachment apparatus)，该固化设备用于降低该粘着层的粘着性，以帮助该波长转换层从该基板上移除，该附着设备用于将该波长转换层从该基板移除并将该波长转换层附着到该发光二极管晶粒。
本发明还提出一种用于制造发光二极管晶粒的方法，包括下列步骤：提供具有一所欲设置(desired configuration)的一发光二极管晶粒；以及提供包含在一基板上的一波长转换层，该基板位于一能量感应粘着层上，该粘着层系用于依据曝光在一物理能量以降低粘着性。该方法亦包括下列步骤：将在该基板上的该粘着层曝光在该物理能量，以降低该粘着层的粘着性，并帮助该波长转换层从该基板移除；将该波长转换层从该基板上移除；以及将该波长转换层附着到该发光二极管晶粒。
与现有技术相比，本发明可将制造期间对于波长转换层的损坏减小到最低，从而保证制造出具有始终如一的色彩平衡的白光发光二极管晶粒。
附图说明
图1表示用于处理波长转换层的一现有系统的截面示意图。
图2表示在由现有波长转换层处理期间的一波长转换层的的截面示意图。
图3表示本发明具有一波长转换层的一发光二极管晶粒的截面示意图。
图4表示本发明具有一波长转换层的一第二发光二极管晶粒的截面示意图。
图5分别表示本发明用于制造具有若干波长转换层的发光二极管晶粒的一系统的示意图。
图5A表示从第5图中沿着线段5A-5A所看到的一平面示意图，其绘示该系统的一波长转换层的一圆周形状。
图5B为第5A图的侧视图。
图6A及图6B表示本发明该系统的一取放机制(pick and place mechanism)以及一紫外线固化设备的截面示意图。
图7A及图7B表示本发明该系统的一取放机制(pick and place mechanism)以及一热固化设备的截面示意图。
附图标记说明：10-波长转换层；12-基板；14-粘着带；16-毛细装置；30-发光二极管晶粒；32-导电基板；34-n型局限层；36-多量子井层；38-p型局限层；40-磊晶堆迭；42-波长转换层；44-n电极；46-p电极；48-特征；54-开孔；60-平面式发光二极管晶粒；62-透明基板；64-磊晶堆迭；66-n型局限层；68-多量子井层；70-p型局限层；72-透明导电层；74-p电极；76-n电极；78-波长转换层；80-第一开孔；82-第二开孔；90-系统；92-基板；94-能量感应粘着层；96-固化设备；98-附着设备；90A-系统；94A-粘着层；96A-固化设备；90B-系统；94B-能量感应粘着层；96B-热压固化设备；100-毛细管；102-真空装置；106A-选定区域；104B-热能；106B-选定区域；
具体实施方式
要了解的是，当一元件说明为在另一元件「之上(on)」时，其可直接在另一元件之上或者是可存在插入元件(intervening elements)。然而，术语为「直接地(directly)」意谓没有插入元件。再者，虽然术语为「第一(first)」、「第二(second)」、「第三(third)」是用来描述不同元件，但是这些元件不应被这些术语所限制。而且，除非不同样地定义，否则所有术语倾向于具有本领域普通技术人员所了解的相同意思。
请参考图3，绘示一发光二极管晶粒30。发光二极管晶粒30为一直下式发光二极管(vertical light emitting diode)型态。为了简化，不会绘示出发光二极管晶粒30的不同元件。然而，发光二极管晶粒30的此型态在美国专利号US7,615,789有进一步的描述，其可在文中合并参考。虽然发光二极管晶粒30描述成一直下式发光二极管，但需要说明的是，文中所描述的概念亦可应用在其他型态的发光二极管晶粒，例如具有平面电极设置(planar electrodeconfigurations)的发光二极管晶粒。
发光二极管晶粒30包括一导电基板32以及在导电基板32上的一磊晶堆迭(epitaxial stack)40。磊晶堆迭40包括一n型局限层(confinement layer)34、一多量子井(multiple quantum well，MQW)层36以及一p型局限层38，n型局限层34设置来发射出电磁辐射，多量子井层36与n型局限层34相接触，p型局限层38与多量子井层36相接触。
较佳地，n型局限层34包括n-GaN。对于n型局限层34而言，其他适合的材料包括n-AlGaN、n-InGaN、n-AlInGaN、以及n-AlN。较佳地，多量子井层36包括一或更多个量子井，各量子井包括一或更多层InGaN/GaN、AlGaInN、AlGaN、AlInN以及AlN。多量子井层36可用于从可见光频谱范围(即400-770nm)、紫蓝光频谱范围(即400-450nm)、蓝光频谱范围(即450-490nm)、绿光频谱范围(即490-560nm)、黄光频谱范围(即560-590nm)、橙光频谱范围(即590-635nm)、或者是红光频谱范围(即635-700nm)发射电磁辐射。较佳地，p型局限层38系包括p-GaN。。对于p型局限层38而言，其他适合的材料包括p-AlGaN、p-InGaN、p-AlInGaN、p-AlInN、以及n-AlN。
请仍参考图3，发光二极管晶粒30还包括一n电极44以及一p电极46，其中，n电极44在n型局限层34之上，p电极46在导电基板32的背侧(backside)之上。n电极44及p电极46可包括一导电材料，例如一金属、一金属合金或者是一金属堆迭的一单一层，所述的金属例如′：W、Ti、Mo、Al、Cu、Ni、Ag、Au或者是Co，所述的金属合金例如：Cu-Co或者是Cu-Mo，所述的金属堆迭例如Ni/Cu或者是Ni/Cu-Mo。
发光二极管晶粒30亦包括一波长转换层42，波长转换层42形成在磊晶堆迭40之上并与m型局限层34相接触。波长转换层42亦包括一开孔(opening)54，开孔54与n电极44相校准，以提供进入到n电极44。波长转换层42用于将至少某些由多量子井层36所发射的电磁辐射转换到具有一不同波长范围的电磁辐射，例如一较高波长范围。举例来说，假若多量子井层36发射在一蓝光频谱范围的电磁辐射的话，则波长转换层42可用于将至少某些此辐射转换到一黄光频谱范围，以使发光二极管晶粒30的输出出现白光。
请参考图4，绘示一平面式发光二极管晶粒60。发光二极管晶粒60包括一透明基板62以及在透明基板62之上的一磊晶堆迭64。磊晶堆迭64包括一n型局限层66、一多量子井层68以及一p型局限层70，其中，多量子井层68与n型局限层66电性相接触，而n型局限层66用于发射电磁辐射，而p型局限层70与多量子井层68电性相接触。平面式发光二极管晶粒60亦包括一透明导电层72以及在p型局限层70之上的p电极74。平面式发光二极管晶粒60亦包括在n型局限层66之上的一n电极76。平面式发光二极管晶粒60亦包括一波长转换层78，波长转换层78具有一第一开孔80以及一第二开孔82，第一开孔80与n电极76相校准，第二开孔82与p电极74相校准。波长转换层78大致地可构造如上所述的波长转换层42(如图2所示)。
请参考图5，用于制造发光二极管晶粒的一系统90包括具有一所欲架构的一发光二极管晶粒30(或60)，以及用于附着到发光二极管晶粒30(或60)的多个波长转换层42。波长转换层42包含在一基板92上，基板92在一能量感应粘着层94之上，能量感应粘着层94设置来依据曝光到一物理能量以降低粘着性，此物理能量例如电磁辐射、紫外线、红外线、放射性或是热能。系统90亦包括一固化设备96，用于降低粘着层94的粘着性，以帮助波长转换层42从基板92移除。系统90亦包括一附着设备98，用于将波长转换层42一次一个(one by one)从基板92上移除，并将波长转换层42分别附着到发光二极管晶粒30(或60)。
基板92可为具有一所欲尺寸吉祥状的一晶圆(wafer)型态或一平板(panel)型态。用于基板92的适合材料包括塑胶、金属、陶瓷以及半导体材料。粘着层94可直接地形成在基板92的表面上。举例来说，粘着层94(如图5所示)可包括一带体(tape)或一沉积层(deposited layer)，当曝光到如紫外线、红外线、辐射性或热能的物理能量时，在粘着层94上的至少一粘着表面具有一降低的粘着性。所例示的带体包括高分子膜(polymer films)，例如聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)、聚酯(polyester)或者是聚碳酸脂(polycarbonate)，且在带体的一或两侧上具有如一丙烯酸聚合物(acrylicpolymer)的粘胶(adhesive)。一适合的带体由日本Nitto Denko所制造的REVALPHA热解胶带(thermal release tape)，并在美国经由SemiconductorEquipment Corporation of Moorpark，CA93020所得到。不是一带体时，粘着层94可包括具有附着性(adhesive qualities)的一沉积高分子(depositedpolymer)，例如在固化或非固化状态时的聚酰亚胺(polyimide)或环氧树脂(epoxy)。
波长转换层42(如图5所示)可直接地形成在粘着层94上，粘着层94具有所需圆周形状及厚度，并使用一适当的工艺，例如沉积及图刻(patterning)。举例来说，如图5A所示，波长转换层42具有一多边形圆周形状，其大致上与在发光二极管晶粒30(如图3所示)或60(如图4所示)磊晶堆迭40(如图3所示)或64(如图4所示)的圆周形状相匹配。如图5A及图5B所示，波长转换层42亦可包括一或更多特征(features)48，例如挖空(cut outs)、开孔(openings)以及狭缝(slots)，其与在发光二极管晶粒30(如图3所示)或60(如图4所示)之上的特征相对应。举例来说，特征48可与在发光二极管晶粒30(如图3所示)之上的n电极44(如图3所示)相校准。
波长转换层42可包括含有一波长转换材料的一透明基底材料，透明基底材料例如塑胶、玻璃、陶瓷或是一粘着性高分子(adhesive polymer)，波长转换材料例如一荧光混合物(phosphor compound)。在本例中，波长转换材料可结合到基底材料中，使用混合工艺(mixing process)以形成不同混合物(mixture)，之后其可沉积在粘着层94上而具有一所欲圆周形状及厚度，并固化成固状(solid form)。所例示用于波长转换层42的基底材料包括液状(liquid form)或是粘滞状(viscous form)的硅树脂(silicone)及环氧树脂(epoxy)，其硅可与以一特殊比率(specific ratio)的波长转换材料相混合。所例示的波长转换材料包括YAG：Ce、TAG：Ce、掺杂Eu的碱土硅氮化合物(alkaline earth siliconnitride)、掺杂Eu的碱土硅酸盐(alkaline earth silicate)或者是掺杂Ce的铳化钙(calcium scandate)。不是结合到基底材料时，波长转换材料可沉积在基底材料上。在本例中，基底材料可沉积在粘着层94之上，且波长转换材料可使用一适当的工艺以所欲的图案沉积在基底材料之上形成一所欲厚度，工艺例如喷涂(spraying)、插件(dipping)、旋镀(spin coating)、滚压(rolling)、电解沉积(electro deposition)或者是气相沉积(vapor deposition)。
固化设备96(如图5所示)可包括一紫外线、红外线、热或是辐射性辐射来源，用于将一所需能量提供到粘着层94的一选定区域(selected area)。举例来说，固化设备96可被建造，以使粘着层94可局部地(locally)固化在选定区域，以便可分别移除每一波长转换层。再者，固化设备96可用于固化在一中的粘着层94，此区域与一个别粘着层94的外观(outline)相对应。
附着设备98(如图5所示)可包括一毛细设备(capillary device)，其用于从基板92提取波长转换层42，并将波长转换层42置放到发光二极管晶粒30(或60)之上。附着设备98亦可包括一步进机制(stepper mechanism)，例如一x-y滑台(table)，其用于使基板92与毛细设备校准。
请参考图6A及图6B，一系统90A包括一粘着层94A，用于依据曝光到紫外线辐射以降低粘着性。系统90A包括一固化设备96A，用于将紫外线辐射集中在一选定区域上。如图6B所示，降低粘着性的选定区域106A具有一圆周形状，此圆周形状与波长转换层42的圆周形状相对应。系统90A亦包括一毛细管(capillary)100，其与一真空装置(vacuum)102相连通，真空装置102用于从基板92提取波长转换层42，并将波长转换层42置放到晶粒30(或60)之上。
请参考图7A及图7B，一系统90B包括一能量感应粘着层94B，用于依据曝光于热能以降低粘着层。系统90B包括一热压(hot bar)固化设备96B，用于将热能104B导向用于加热粘着层94B的一选定区域106B。如图6B所示，降低粘着性的选定区域106B具有一圆周形状，此圆周形状与波长转换层42的圆周形状相对应。系统90B亦包括一毛细管100，其与一真空装置102相连通，真空装置102用于从基板92提取波长转换层42，并将波长转换层42置放在晶粒30(或60)之上。
以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。
Claims (20)
1.一种制造发光二极管晶粒的系统，其特征在于，包括：
一发光二极管晶粒；
一波长转换层，用于附着到该发光二极管晶粒，该发光二极管晶粒包含在一基板上，该基板位于一粘附层上，该粘附层用于依据曝光于一物理能量以降低粘着性；
一固化设备，用于降低该粘着层的粘着性，以帮助该波长转换层从该基板上移除；以及
一附着设备，用于将该波长转换层从该基板移除并将该波长转换层附着到该发光二极管晶粒。
2.根据权利要求1所述的制造发光二极管晶粒的系统，其特征在于，该波长转换层具有一第一圆周形状，其与在该发光二极管晶粒上的一区域的一第二圆周形状相符合。
3.根据权利要求1所述的制造发光二极管晶粒的系统，其特征在于，该波长转换层包括一个或一个以上特征，该一个或一个以上特征与在发光二极管晶粒上的一个或一个以上相对应特征校准。
4.根据权利要求1所述的制造发光二极管晶粒的系统，其特征在于，该物理能量包括紫外线辐射，且该固化设备包括一紫外线辐射固化装置。
5.根据权利要求1所述的制造发光二极管晶粒的系统，其特征在于，该物理能量包括热能，且该固化设备包括一热压固化设备。
6.一种制造发光二极管晶粒的系统，其特征在于，包括：
一发光二极管晶粒；
多个波长转换层，位于一基板上，该基板位于一粘附层上，该粘附层用于依据曝光于一电磁辐射以降低粘着性，每一波长转换层用于附着在该发光二极管晶粒上并具有一第一圆周形状；
一固化设备，用于将一物理能量提供在该固化设备的一选定区域的该粘着层上，以降低该粘着层的粘着性，该选定区域具有一第二圆周形状，该第二圆周形状相对应该第一圆周形状；以及
一附着设备，用于将该等波长转换层一次一个从该基板上移除，并将该等波长转换层附着到该发光二极管晶粒。
7.根据权利要求6所述的制造发光二极管晶粒的系统，其特征在于，该物理能量选自下列辐射之一：紫外线、红外线、放射性以及热。
8.根据权利要求6所述的制造发光二极管晶粒的系统，其特征在于，每一波长转换层包括一个或多个特征，该特征选自以下其中之一：挖空、开孔以及狭缝。
9.根据权利要求6所述的制造发光二极管晶粒的系统，其特征在于，该物理能量包括紫外线辐射，且该固化设备包括一紫外线辐射固化装置。
10.根据权利要求6所述的制造发光二极管晶粒的系统，其特征在于，该物理能量包括热能，且该固化设备包括一热压固化设备。
11.根据权利要求6所述的制造发光二极管晶粒的系统，其特征在于，该等波长转换层包括一基底材料以及混合到该基材料中的一荧光混合物。
12.根据权利要求6所述的制造发光二极管晶粒的系统，其特征在于，该等波长转换层包括一基底材料以及沉积在该基底材料上的一荧光混合物。
13.根据权利要求6所述的制造发光二极管晶粒的系统，其特征在于，该发光二极管晶粒包括一直下式发光二极管晶粒。
14.根据权利要求6所述的制造发光二极管晶粒的系统，其特征在于，该发光二极管晶粒包括一平面式发光二极管晶粒。
15.一种制造发光二极管晶粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：提供具有一所欲构造的一发光二极管晶粒；
S2：提供包含在一基板上的一波长转换层，该基板在一粘着层上，该粘着层用于依据曝光在一物理能量以降低粘着性；
S3：将在该基板上的该粘着层曝光在该物理能量，以降低该粘着层的粘着性，并帮助该波长转换层从该基板移除；
S4：将该波长转换层从该基板上移除；以及
S5：将该波长转换层附着到该发光二极管晶粒。
16.根据权利要求15所述的制造发光二极管晶粒的方法，其特征在于，步骤S1包括在该粘着层上的一基板上提供多个波长转换层，且步骤S3包括将该粘着层的一选定区域曝光，而该粘着层的该选定区域具有一圆周形状，该圆周形状相对应该发光二极管晶粒的一圆周形状。
17.根据权利要求15所述的制造发光二极管晶粒的方法，其特征在于，该物理能量包括紫外线辐射，且步骤S3是使用一紫外线辐射固化装置来实现。
18.根据权利要求15所述的制造发光二极管晶粒的方法，其特征在于，该物理能量包括热能，且步骤S3使用一热压固化装置来实现。
19.根据权利要求15所述的制造发光二极管晶粒的方法，其特征在于，该波长转换层包括一个或多个特征，该特征选自下列其中之一：挖空、开孔以及狭缝。
20.根据权利要求15所述的制造发光二极管晶粒的方法，其特征在于，该发光二极管晶粒包括一直下式发光二极管晶粒或一平面式发光二极管晶粒。
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| US10734543B2 (en) | 2015-03-06 | 2020-08-04 | Lumileds Llc | Method for attaching ceramic phosphor plates on light-emitting device (LED) dies using a dicing tape, method to form a dicing tape, and dicing tape |
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