CN103456849A - 发光二极管元件的制造方法与发光二极管晶圆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管元件的制造方法与发光二极管晶圆，其制造方法包括下列步骤：在一外延成长基板上形成一外延结构，该外延结构具有多个高台状发光二极管；以一散热基板取代该外延成长基板；测量各所述高台状发光二极管的发光波长以产生一波长测量数据；设置一注胶板于该外延结构上，该注胶板有多个注胶孔，分别曝露所述多个高台状发光二极管；以及经由所述多个注胶孔涂布荧光胶于所述多个高台状发光二极管上，以在该散热基板上形成多个发光元件。本发明可达到整片晶圆发光均匀的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管的制造方法，且特别是有关于一种发光二极管元件的制造方法与使用该方法形成的发光二极管晶圆。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode,简称LED)是一种固态发光元件，由P型与N型的半导体材料组成，它能产生在紫外线、可见光以及红外线区域内的自辐射光。由于LED具有省电、寿命长、亮度高等诸多优点，近来在环保与节能低碳的趋势下，LED的应用愈来愈广泛，例如交通信号、路灯、手电筒、液晶显示的背光模块或是譬如LED灯泡的各式照明装置等。
传统的发光二极管工艺所产生的发光二极管晶圆，因为外延的工艺变异，发光二极管的波长会因为所分布在晶圆上的位置而有所差异。一般而言，发光二极管的波长分布会呈现圆周式的分布，以2吋基板为例，由晶圆中心向外，其波长约有±5nm的差异。在这样的波长分布条件下进行晶圆等级的封装(wafer level package)，会使混出来的白光流明与色点落在不同的档(bin)内，也就是不同的波长范围内。这样产出的发光二极管元件需要再进行分类才能使波长收敛在相同的档内。
依照不同的用途，客户会要求发光二极管元件的波长与电性需要在一定的误差之内，所以制造商必须先进行发光二极管的测试与分类才能出货。发光二极管可以按照波长、发光角度、发光强度以及工作电压等来进行分类，由于目前商业应用对于LED波长分布的要求越来越高，例如LED显示屏幕或是显示器相关应用，其对于波长分布的要求甚至在0.5nm的范围内。因此，对于LED的制造商而言，这会提高测试、分类与制造成本。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种发光二极管元件的制造方法与具有均匀发光波长特性的发光二极管晶圆。在封装前，先进行元件电性测试，然后根据测试结果，涂布不同荧光粉比例的荧光胶至各个的发光二极管元件上，使整个发光二极管晶圆的波长分布可以收敛并且位于所需的误差范围内，例如同一档(bin)内。藉此，达到整片晶圆发光均匀的效果，在封装后，不需进行分类，即可应用在相同产品上。
本发明实施例提供一种发光二极管元件的制造方法，包括下列步骤：在一外延成长基板上形成一外延结构，该外延结构具有多个高台状(mesa)发光二极管；以一散热基板取代该外延成长基板；测量各所述高台状发光二极管的发光波长以产生一波长测量数据；设置一注胶板于该外延结构上以防止溢胶，该注胶板有多个注胶孔，分别曝露所述多个高台状发光二极管；以及经由所述多个注胶孔涂布荧光胶于所述多个高台状发光二极管上，以在该散热基板上形成多个发光元件。
在本发明实施例中，上述在经由所述多个注胶孔涂布荧光胶于各所述高台状发光二极管以形成多个发光元件的步骤还包括：根据该波长测量数据，调整荧光胶中的荧光粉浓度或组成比例以使各所述发光元件的发光波长位于特定范围中。
在本发明实施例中，上述方法还包括：在涂布荧光胶于各所述高台状发光二极管后，通过切割程序，使得该散热基板上的所述多个发光元件形成分离的发光元件。
在本发明实施例中，其中在以该散热基板取代该外延成长基板的步骤包括：将该外延结构贴附至一暂时基板；去除该外延成长基板；将该外延结构未贴附该暂时基板的一面贴附至一散热基板，且该散热基板的热导率大于该外延成长基板的热导率(heat conductivity)；以及去除该暂时基板。
本发明的目的还在于提出一种发光二极管晶圆，包括一散热基板以及一外延结构。外延结构设置在该散热基板上，该外延结构具有多个高台状发光二极管。其中，各所述高台状发光二极管上分别涂布有荧光胶以在该散热基板上形成多个发光元件，且各所述发光元件的发光波长位于一特定范围中。
本发明的有益效果在于，综上所述，本发明实施例在晶圆切割前，在个别发光二极管上涂布荧光胶，并且根据发光二极管(即LED mesa)的发光波长调整预先涂布的荧光粉比例，使整片发光二极管的发光波长可以位于一特定范围中，如同一档中。藉此，简化发光二极管工艺，以及发光二极管分类的成本。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的发光二极管元件的制造方法流程图。
图2A~图2I为根据本发明一实施例的发光二极管元件的工艺示意图。
图3为本实施例的注胶板示意图。
图4为根据本发明另一实施例的发光二极管晶圆示意图。
其中，附图标记说明如下：
210：外延成长基板
220：外延结构
221、222：高台状发光二极管
230：暂时基板
212：散热基板
213：导热胶
221、222：高台状发光二极管
240：注胶板
241、242：注胶孔
241a、242a：孔壁
251、252：注胶装置
261、262：发光元件
271、272：电极
310：隔间
400：二极管晶圆
410：散热基板
411、412、413：区域
420：外延结构
421：发光元件
S110~S150：流程图步骤
具体实施方式
在下文中，将通过附图说明本发明的实施例来详细描述本发明，而附图中的相同参考数字可用以表示类似的元件。
本发明实施例提出一种发光二极管元件的制造方法，利用治具在发光二极管晶圆上分隔出隔间，然后依据个别发光二极管元件的电性(例如波长)涂布不同比例的荧光胶，藉此均匀化整片晶圆上发光二极管元件的发光波长。藉此，改善因工艺变异所造成的发光波长分布不均的问题，并且让发光二极管晶圆在切割封装后，可以得到整批发光波长相近的发光二极管元件。另，由于整片发光二极管晶圆的发光波长相近，所以也可用来做为单一发光源使用。
请同时参照图1与图2A~图2I，图1为根据本发明一实施例的发光二极管元件的制造方法流程图，图2A~图2I为根据本发明一实施例的发光二极管元件的工艺示意图。首先，参照步骤S110与图2A，利用发光二极管外延工艺，在外延成长基板210上形成一外延结构220，外延结构220具有多个高台状(mesa)发光二极管221、222。外延成长基板210的材质例如是蓝宝石(sapphire)、GaP、GaAs、AlGaAs、碳化硅(SiC)。本实施例的外延成长基板210以蓝宝石基板(sapphire substrate)为例说明，晶格方向例如为(0001)，但本发明不限制所使用的基板材质与晶格方向。
外延结构220可以利用有机金属化学气相沉积法(metal organicchemical-vapor deposition,MOCVD)、液相外延法(Liquid Phase Epitaxy,LPE)或分子束外延法(Molecular Beam epitaxy,MBE)来形成，本实施例不受限制。外延结构220可以经由光刻、蚀刻、离子注入、沉积等工艺定义发光二极管元件的P型半导体层、N型半导体层、有源层以及金属电极等结构以形成高台状(mesa)发光二极管。每一高台状发光二极管表示一个发光二极管元件。
然后，参照步骤S120与图2B~图2E，以散热基板212取代外延成长基板210，取代的方式是先将外延结构220粘贴至一暂时基板230，如图2B所示。在将外延成长基板210正面固定至暂时基板230后，去除外延成长基板210，如图2C所示。然后，将外延结构220的背面(即未贴附至暂时基板230的一面)贴附至散热基板212，如图2D所示。接着，去除暂时基板230，如图2E所示。外延结构220与散热基板212可以通过导热胶213贴合在一起，但本实施例不限制导热胶213的材质以及外延结构220与散热基板212之间的贴合方式。
暂时基板230例如是陶瓷基板、金属基板或塑胶基板，本实施例并不限制。散热基板212例如是金属基板或是硅基板，本实施例并不限制。但值得注意的是，散热基板212的热导率(heat conductivity)须大于外延成长基板210的热导率(heat conductivity)。也就是说，散热基板212的散热效果较外延成长基板210的散热效果好。
在本实施例中，暂时基板230与外延成长基板210之间的固定方式可以利用固态蜡，以加热方式粘贴暂时基板230与外延成长基板210。去除外延成长基板210的方式可利用LED研磨机来实现，其步骤如下：先将外延成长基板210的正面粘贴至固定晶圆的金属圆盘或陶瓷圆盘，然后进行研磨以去除外延成长基板210多余的厚度。接着，再将散热基板212粘贴至研磨后的外延成长基板210的底面(即外延结构220的底面)以取代原先的外延成长基板210。LED研磨机上用来固定晶圆的金属圆盘或陶瓷圆盘可以视为本实施例中的暂时基板230。当然，本实施例也可以利用其他粘贴方式将外延结构220贴附至暂时基板230，本实施例并不受限。
值得注意的是，外延成长基板210被去除的厚度可以依照需求而定，也可以保留部分厚度以加强外延结构220的结构强度，避免碎裂。因此，步骤S120中，虽然是以散热基板212取代外延成长基板210，但在实务上，保留部分厚度的外延成长基板210可以允许的。也就是说，散热基板212是可以用来取代大部分外延成长基板210的厚度或是完全取代外延成长基板210的厚度，以达到散热与强化结构的功效。
外延结构220与散热基板212之间可以利用散热胶或是银胶等材料粘接，只要可以达到固定与导热的效果即可，本实施例并不受限于此。
接着参照步骤S130与图2F，在以散热基板212取代外延成长基板210之后，测量各该高台状发光二极管221、222的发光波长以产生一波长测量数据。电性测量的方式可以利用发光二极管测量设备或分类设备进行测量，波长测量数据包括光强度、波长、参考电压、色温等数据，其中最重要的是波长。在LED分类上，可参照上述波长与操作电压等信息分为多个档，同一档内的发光二极管，其电性与发光波长相近，例如以5nm或1nm的波长范围来区分每一个档。
接下来，参照步骤S140与图2G，设置注胶板240于外延结构220上，注胶板240有多个注胶孔241、242，分别曝露所述多个高台状发光二极管221、222。各注胶孔241、242的孔壁241a、242a分别位于所对应的高台状发光二极管221、222的周围以形成隔间310，其功用主要是避免注胶时产生溢胶。
参照步骤S150与图2H、图2I，注胶装置251、252经由所述多个注胶孔241、242涂布荧光胶至高台状发光二极管221、222上以形成发光元件261、262。在去除注胶板240后，荧光胶会附着在高台状发光二极管221、222上，藉此调整发光元件261、262的波长。另，荧光胶也具有保护作用，可以在高台状发光二极管221、222上形成保护层。个别高台状发光二极管221、222所涂布的荧光胶会依据个别高台状发光二极管221、222的波长测量数据调整其中的荧光粉浓度或组成比例，使各所述发光元件261、262的发光波长位于特定范围中，例如1nm或5nm内，本实施例不限制特定范围的数值。
值得注意的是，注胶装置251、252可以利用灌胶或喷粉的方式将荧光粉均匀分布在每个独立空间中，以在高台状发光二极管221、222上涂布荧光物质。本实施例不限制涂布荧光胶的涂布方式，也不限制荧光胶的组成成分。
值得注意的是，本实施例可以依照设计需求，让整个晶圆上的发光元件的波长位于同一档(bin)内，或让晶圆的部分区域位于同一档内。通过本实施例的制造方法，可以在晶圆切割前先行调整所有发光二极管晶粒的发光波长，藉此简化制造流程与发光二极管分类成本。另外，通过本实施例的制造方法，可以让调整后的晶圆进行晶圆级封装(wafer-level package)，其上每个发光二极管元件所产生的波长可以位于同一档内。
在涂布荧光胶于各所述高台状发光二极管221、222后，通过切割程序，使得散热基板212上的发光元件261、262形成分离的发光元件261、262。切割时连同散热基板212一并切割以形成底部具有散热基板的发光元件261、262，其切割方式例如是激光切割，但本实施例不受限于此。
值得注意的是，在本实施例中，晶圆的切割程序可以任一阶段执行，例如在测量程序(步骤S130)之前或之后，或是在荧光胶(粉)涂布程序(步骤S150)之前或之后，本实施例并不受限。换言之，本实施例中的工艺步骤依照前后顺序可以有下列三种程序：
切割→点测→上荧光粉；
点测→切割→上荧光粉；以及
点测→上荧光粉→切割；
由于切割后的晶圆依然可保持原来的形状，以进行测量与涂布荧光粉的程序，因此使用者可以依照工艺需求，先对晶圆进行切割，然后再进行测量与上荧光粉的程序；或是先进行测量，再进行切割与上荧光粉的程序；或是先进行测量与上荧光粉的程序后，再进行切割的程序。也就是说，本实施例不限制晶圆切割程序所发生的时间，只要不影响晶圆测量与上荧光粉的程序即可。
另外，参照图2H、图2I，在涂布荧光胶(粉)之前，高台状发光二极管221、222上的电极(Pad)271、272可以先被覆盖住以避免荧光胶(粉)涂布在电极271、272上。然后，在涂布荧光胶(粉)之后，再移除覆盖物以暴露出电极271、272。本实施例可以在注胶板240上设计特定的结构以覆盖电极271、272；或是利用光阻等可去除的材质覆盖在电极271、272上，然后再利用工艺方式去除。本技术领域的技术人员在经由本发明的揭示后，应可轻易推知覆盖电极271、272的其余实施方式，本实施例不再累述。
请参照图3，图3为根据本实施例的注胶板240的示意图。注胶板240具有多个蜂巢式的隔间，可以用来间隔各个的高台状发光二极管221、222。每个隔间310具有注胶孔241与围绕注胶孔241的孔壁241a。当注胶板240覆盖在晶圆(即外延结构)上时，可以在外延结构220上形成隔间以间隔其上的发光二极管外延结构(即高台状发光二极管221、222)。值得注意的是，图3仅为本实施例的注胶板240示意图，本实施例不限制于此。
从另一个角度来看，利用上述发光二极管元件的制造方法，可以将整片晶圆的发光波长调整在同一档中。请参照图4，图4为根据本发明另一实施例的发光二极管晶圆示意图。发光二极管晶圆400包括散热基板410与外延结构420，外延结构420具有多个高台状发光二极管，其设置在散热基板410上。外延结构420可以形成在发光二极管基板(如硅基板、蓝宝石基板等)上，然后再以散热基板410来取代原本的发光二极管基板。散热基板410例如为硅基板或金属基板。
各所述高台状发光二极管上分别涂布有荧光胶以在散热基板410上形成多个发光元件。通过调整荧光粉的成分(如YAG荧光粉、红色荧光粉、黄色荧光粉、绿色荧光粉的比例)，使发光二极管晶圆400上的发光元件421的发光波长位于特定范围内。一般LED用荧光材料大多是利用磷酸盐、硅酸盐与铝酸盐做为基底，然后在晶格内加入过渡金属或稀土元素做为敏化剂或活化剂，如此即可达到光致发光的效果，藉以改变LED的颜色与提升发光效率。本实施例不限制荧光粉的材料或是荧光胶的配方。
白光LED可以利用蓝色LED与黄色荧光粉组成，或是利用蓝色LED与绿色、红色荧光粉组成。荧光粉混入固晶用胶(如环氧树酯)以形成荧光胶。另外，荧光胶可加入增亮剂、固化剂等功能性材料，本实施例不限制荧光胶的组成成分。调整荧光胶中的荧光粉比例可以改变激发光线的波长，藉此达到调整发光二极管波长的功效。本技术领域的技术人员在经由本发明的揭示后，应可轻易推知通过调整荧光粉来改变波长的实施方式，本实施例不再累述。
值得注意的是，本实施例可依照个别元件的电性，将整片二极管晶圆400可以区分为三个区域411、412、413。区域411、412、413分别涂布具有不同荧光粉比例的荧光胶，藉此调整其发光波长，使整片二极管晶圆400位于特定波长范围内。经由调整后，整片二极管晶圆400上的发光元件421的发光波长可以收敛至一特定波长范围中，以供特定产品或特定客户使用。当然，本实施例也可依照个别元件的电性，分别涂布不同的荧光胶，藉此调整其发光波长。另外，本实施例亦可依照设计需求区分为具有不同波长的发光区域，举例来说，使区域411、412、413形成三个不同波长的发光区域。
综上所述，本发明利用散热基板取代原先的成长基板，并且根据个别发光二极管元件的电性调整所涂布的荧光胶，使涂布荧光胶后的发光二极管元件(即发光元件)可以具有相近的发光波长。藉此，本发明可使整片晶圆的发光波长位于同一档内，以减少分类成本，并且可以让整片晶圆所产出的发光元件应用在相同的产品上，不需额外进行分类。
虽然本发明的实施例已揭示如上，然本发明并不受限于上述实施例，任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭示的范围内，当可作些许的更动与调整，因此本发明的保护范围应当以权利要求所界定者为准。
Claims (8)
1.一种发光二极管元件的制造方法，其特征在于上述制造方法包括步骤：
在一外延成长基板上形成一外延结构，该外延结构具有多个高台状发光二极管；
以一散热基板取代该外延成长基板；
测量各所述高台状发光二极管的发光波长以产生一波长测量数据；
设置一注胶板于该外延结构上，该注胶板有多个注胶孔，以分别曝露所述多个高台状发光二极管；以及
经由所述多个注胶孔涂布荧光胶于所述多个高台状发光二极管上，以在该散热基板上形成多个发光元件。
2.如权利要求1所述的发光二极管元件的制造方法，其特征在于，在经由所述多个注胶孔涂布荧光胶于各所述高台状发光二极管以形成多个发光元件的步骤还包括：
根据该波长测量数据，调整荧光胶中的荧光粉浓度或组成比例以使各所述发光元件的发光波长位于特定范围中。
3.如权利要求1所述的发光二极管元件的制造方法，其特征在于，上述制造方法还包括步骤：
在涂布荧光胶于各所述高台状发光二极管后，通过切割程序，使得该散热基板上的所述多个发光元件形成分离的发光元件。
4.如权利要求1所述的发光二极管元件的制造方法，其特征在于，在以该散热基板取代该外延成长基板的步骤包括：
将该外延结构贴附至一暂时基板；
去除该外延成长基板；
将该外延结构未贴附该暂时基板的一面贴附至一散热基板，且该散热基板的热导率大于该外延成长基板的热导率；以及
去除该暂时基板。
5.如权利要求1~4任一所述的发光二极管元件的制造方法，其特征在于该外延成长基板为蓝宝石基板，而该散热基板为硅基板或金属基板。
6.如权利要求5所述的发光二极管元件的制造方法，其特征在于各所述注胶孔的孔壁分别位于所对应的各所述高台状发光二极管的周围以防止溢胶。
7.一种发光二极管晶圆，其特征在于上述发光二极管晶圆包括：
一散热基板；以及
一外延结构，设置在该散热基板上，该外延结构具有多个高台状发光二极管；
其中，各所述高台状发光二极管上分别涂布有荧光胶以在该散热基板上形成多个发光元件，且各所述发光元件的发光波长位于一特定范围中。
8.如权利要求7所述的发光二极管晶圆，其特征在于该散热基板为硅基板或金属基板。
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