CN103915381B - 具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法，包括以下步骤：提供一基板，该基板上依序形成一第一型掺杂半导体层、一发光层与一第二型掺杂半导体层，并形成多个发光单元。在第二型掺杂半导体层上形成多个电极，并于所述电极上分别形成多个导电凸块。形成一覆盖第二型掺杂半导体层及导电凸块的荧光粉层。薄化荧光粉层并暴露出此些导电凸块。以刀具切割所述荧光粉层及所述发光单元并以激光切割所述基板，以形成多个彼此分离且具有荧光粉层的发光二极管晶片。本发明的发光二极管晶片的制作方法，可有助于提高发光二极管晶片所产生的光的颜色的均匀度。

Description

具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法

本发明是申请号201010147310.8，发明名称为“具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法”的申请案的分案申请，原始母案的申请日为2010年03月18日。

技术领域

本发明涉及一种发光二极管晶片的制作方法，尤其涉及一种具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法。

背景技术

由于发光二极管具有寿命长、体积小、高耐震性、发热度小以及耗电量低等优点，发光二极管已被广泛地应用于家电产品以及各式仪器的指示灯或光源。近年来，发光二极管已朝多色彩及高亮度发展，因此其应用领域已扩展至大型户外看板、交通信号灯及相关领域。在未来，发光二极管甚至可能成为兼具省电及环保功能的主要照明光源。

在目前市场上被广泛使用的白光发光二极管中，其中一种白光发光二极管是由蓝光发光二极管晶片与黄色荧光粉组合而成。图1为现有的白光发光二极管的剖面图。现有的白光发光二极管100的制作方法通常是先将蓝光发光二极管晶片110配置于基座120并打线接合蓝光发光二极管晶片110与基座120，之后，在基座120上以点胶的方式形成一覆盖蓝光发光二极管晶片110与导线W的黄色荧光胶体130，然后，在黄色荧光胶体130上配置一透镜140。白光发光二极管100可通过混合蓝光发光二极管晶片110所发出的蓝光以及部分蓝光照射到黄色荧光胶体130中的黄色荧光粉所产生的黄光而获得白光。

然而，以点胶的方式所形成的黄色荧光胶体130容易有厚度分布不均的问题，以致于影响白光发光二极管100所发出的光的颜色的均匀度(即当蓝光发光二极管晶片110所发出的蓝光穿过黄色荧光胶体130的厚度较大的部分时，会产生偏黄色的光)。

发明内容

本发明提供一种具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法，可有助于提高发光二极管晶片所产生的光的颜色的均匀度。

本发明提供一种具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法，包括以下步骤：提供一基板，该基板上依序形成一第一型掺杂半导体层、一发光层与一第二型掺杂半导体层，并形成多个发光单元。在第二型掺杂半导体层上形成多个电极，并于所述电极上分别形成多个导电凸块。形成一覆盖第二型掺杂半导体层及导电凸块的荧光粉层。薄化荧光粉层并暴露出该些导电凸块，其中薄化所述荧光粉层并暴露出所述多个导电凸块的步骤包括以一点状切削装置切削所述荧光粉层。以刀具切割所述荧光粉层及所述发光单元并以激光切割所述基板，以形成多个彼此分离且具有荧光粉层的发光二极管晶片。

在本发明的一实施例中，所述发光层配置于所述第一型掺杂半导体层与所述第二型掺杂半导体层之间。

在本发明的一实施例中，薄化所述荧光粉层并暴露出所述多个导电凸块的步骤包括自所述荧光粉层的远离所述基板的一侧切削所述螢光粉層。

在本发明的一实施例中，点状切削装置为一钻石切刀。

在本发明的一实施例中，还包括在以钻石切刀切削荧光粉层的同时，钻石切刀还切削各导电凸块的一顶部。

在本发明的一实施例中，在以钻石切刀切削荧光粉层与各导电凸块的顶部之后，荧光粉层的一顶面与各导电凸块的一顶面齐平。

在本发明的一实施例中，切削荧光粉层的步骤包括以一特定厚度切削荧光粉层，并确认该些导电凸块是否露出，若该些导电凸块未露出，则调整切削厚度并重复上述步骤直至该些导电凸块暴露出。

在本发明的一实施例中，切削荧光粉层的步骤，是以逆时针或顺时针方向旋转点状切削装置，同时使基板对点状切削装置相对地移动。

在本发明的一实施例中，形成荧光粉层的方法包括以转铸成型、压缩成型、网版印刷、旋转涂布、点胶、电泳或喷涂的方式形成荧光粉层。

在本发明的一实施例中，该些发光二极管形成于基板上。在本实施例中，形成该些彼此分离且具有荧光粉层的发光二极管晶片的步骤包括切割荧光粉层、该些发光二极管以及基板。在本实施例中，以刀具切割荧光粉层、发光二极管与基板、或者是以刀具切割荧光粉层及发光二极管并以激光切割基板，或者是以激光同时切割荧光粉层、发光二极管及基板。

在本发明的一实施例中，该些发光二极管为发光二极管晶粒，且彼此分离设置于基板上，荧光粉层填充于各晶粒之间。在本实施例中，形成该些彼此分离且具有荧光粉层的发光二极管晶片的步骤包括切割荧光粉层及基板。在此实施例中，以刀具切割荧光粉层与基板、或者是以刀具切割荧光粉层并以激光切割基板，或者是以激光同时切割荧光粉层及基板。

在本发明的一实施例中，形成该些彼此分离且具有荧光粉层的发光二极管晶片的方法包括切割荧光粉层及基板。在本实施例中，包括以刀具切割荧光粉层与基板、或者是以刀具切割荧光粉层并以激光切割基板、或者是以激光同时切割荧光粉层及基板。

在本发明的一实施例中，以点状切削装置切削荧光粉层之后，荧光粉层的一顶面为一具有规则图案的粗糙面。

在本发明的一实施例中，在以点状切削装置切削荧光粉层之后，荧光粉层的厚度实质上为一定值。

在本发明的一实施例中，荧光粉层由至少一荧光粉粒子及一胶体混合而成，胶体包括硅胶或环氧树脂。

在本发明的一实施例中，导电凸块的材料包括金及其合金。

在本发明的一实施例中，基板包括碳化硅基板、硅基板、蓝宝石基板、氧化锌、砷化镓、尖晶石或是金属基板。

在本发明的一实施例中，基板包括印刷电路基板、陶瓷基板、硅基板或是金属基板。

在本发明的一实施例中，荧光粉层的一顶面为一具有规则图案的粗糙面。

基于上述，由于本发明是以钻石切刀切削荧光粉层的方式薄化荧光粉层，因此，覆盖在发光二极管晶片上的荧光粉层的厚度相当均匀，故当发光二极管晶片的发光二极管晶片所发出的光穿过厚度均匀的荧光粉层后可转换成颜色均匀度较高的光。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为现有的白光发光二极管的剖面图；

图2A～图2E为本发明一实施例的发光二极管晶片的处理剖面图；

图3A～图3B为图2C的钻石切刀切削步骤中钻石切刀的移动方向与半导体层的移动方向的示意图，其中图3A为钻石切刀与半导体层的上视图，图3B为钻石切刀与半导体层的侧视图；

图4A～图4E为本发明又一实施例的发光二极管晶片的处理剖面图；

图5为图4A中发光二极管晶片的放大示意图。

附图标记说明：

100：白光发光二极管； 110：蓝光发光二极管晶片；

120：基座； 130：黄色荧光胶体；

140：透镜； 200、400：发光二极管晶片；

210：发光单元； 212、424：第一型掺杂半导体层；

214、426：发光层； 216、428：第二型掺杂半导体层；

220：电极； 230：导电凸块；

232：端部； 234：端面；

240、440、240’、440’：荧光粉层；

242、442：荧光粉层的一侧； 244、444：表面；

250、450：钻石切刀； 410：承载基板；

420：发光二极管晶片； 422：基板；

432：第一导电凸块； 432a：第一端部；

432b：第一端面； 434：第二导电凸块；

434a：第二端部； 434b：第二端面；

C：基板； V：第一方向；

G、G1：间隙； P1：第一电极；

P2：第二电极； R：凹槽；

S：侧壁； T：厚度；

W：导线。

具体实施方式

图2A～图2E为本发明一实施例的发光二极管晶片的处理剖面图。图3A～图3B为图2C的钻石切刀切削步骤中钻石切刀的移动方向与半导体层的移动方向的示意图，其中图3A为钻石切刀与半导体层的上视图，图3B为钻石切刀与半导体层的侧视图。

首先，请参照图2A，提供一基板C，在基板C上形成阵列排列的多个发光单元210，每一发光单元210包括依序堆叠的一第一型掺杂半导体层212、一发光层214与一第二型掺杂半导体层216，其中发光层214配置于第一型掺杂半导体层212与第二型掺杂半导体层216之间，基板C的材质可以包括但不限于碳化硅基板(SiC)、硅基板(Si)、蓝宝石基板、氧化锌(ZnO)、砷化镓(GaAs)、尖晶石(MgAl₂O₄)或是金属基板(例如是铜)。接着，在第二型掺杂半导体层216上形成多个电极220。然后，在电极220上分别形成多个导电凸块(bump)230，导电凸块的材质可以例如是金及其合金。

之后，请参照图2B，在本实施例中，例如是以转铸成型(transfer molding)、压缩成型(compressing molding)、网版印刷(screen printing)、旋转涂布(spin-coating)、点胶(dispensing)、电泳、喷涂(spray coating)或是其他适合的方法在第二型掺杂半导体层216上形成一荧光粉层240，且荧光粉层240覆盖导电凸块230。要说明的是，荧光粉层240是由至少一种荧光粉粒子及胶体混合而成，胶体可以例如是硅胶(silicone or silica gel)或环氧树脂(epoxy resin)。

接着，硬化(curing)荧光粉层240，然后，请参照图2B与图2C，自荧光粉层240的远离发光单元210的一侧242以一钻石切刀(未示出)切削(cutting)已硬化的荧光粉层240’，以薄化荧光粉层240’并暴露出导电凸块230，而暴露出的导电凸块230有利于后续进行的打线处理。要说明的是，薄化荧光粉层240’的过程是先以一特定厚度切削荧光粉层240’，之后视导电凸块230是否露出，若导电凸块230还未暴露出，则逐渐地增加切削厚度，直到暴露出导电凸块230为止。

具体而言，请同时参照图3A与图3B，本实施例是通过顺时针旋转钻石切刀250并使具发光单元210的基板C朝向一第一方向V移动的方式切削荧光粉层240’，换言之，钻石切刀250在作旋转切削的同时，基板C对钻石切刀250相对地移动。本实施例并不以此限定钻石切刀250的旋转方向以及发光单元210与荧光粉层240’的移动方向，钻石切刀250的旋转方向可以是逆时针旋转方向。钻石切刀250切削荧光粉层240’的同时，钻石切刀250可一并切削各导电凸块230的远离发光单元210的一端部232。

请参照图2C与图3B，在本实施例中，由于钻石切刀250同时切削荧光粉层240’与各导电凸块230的端部232，因此，荧光粉层240’的远离发光单元210的一表面244与各导电凸块230的远离发光单元210的一端面234齐平。值得注意的是，现有的化学研磨技术需要研磨液(具有研磨粒子)及研磨垫，而研磨垫的表面上布满研磨粒子，因此在研磨过程中，研磨液及研磨碎屑无法实时排出，但由于荧光粉层及导电凸块彼此之间硬度差异颇大，故若继续研磨，留在研磨垫及研磨表面之间的研磨粒子及研磨碎屑会造成荧光粉层及导电凸块的表面无法齐平。

此外，在本实施例中，由于钻石切刀250是水平地切削荧光粉层240’，因此，荧光粉层240’的厚度T实质上为一定值。在本实施例中，厚度T实质上约为5um至40um，最佳是30um。

由于钻石切刀250是以旋转的方式切削荧光粉层240’，而且在切削的过程中，通过体积极小的钻石切刀头(tip)以旋转方式将切割点变成切割线，最后再通过基板与钻石切刀的相对运动而形成切割面，因此，被钻石切刀250切削过的荧光粉层240’的表面244可为一具有规则图案的粗糙面，如此一来，可有助于避免之后形成的发光二极管的发光二极管晶片所发出的光在表面244产生全反射，进而提升发光二极管的发光效率。

接着，请参照图2D，沿着导电凸块230之间的间隙G切割荧光粉层240’与发光单元210及基板C，以形成多个彼此分离的而具荧光粉层的发光二极管晶片200(如图2E所示，为简化说明，图2E仅示出一个具荧光粉层的发光二极管晶片200作为代表)。要说明的是，导电凸块的数量并不限图2E所示，导电凸块的数量可以是单一个，当然，也可以具有二个以上的导电凸块，当晶片面积越大时，可以具有较多的导电凸块。在本实施例中，切割荧光粉层240’、发光单元210及基板C的方法可视情况而选择性地以刀具切割荧光粉层240’、发光单元210及基板C、或者是以刀具切割荧光粉层240’及发光单元210并以激光切割基板C，当然，也可以同时使用激光切割荧光粉层240’、发光单元210及基板C。

值得注意的是，由于本实施例是先形成荧光粉层240’在发光单元210上，再以切削的方式薄化荧光粉层240’，因此，可以控制荧光粉层仅形成在每一发光单元的正向发光表面上，而且覆盖在每一发光单元210上的荧光粉层240’的厚度大致上均匀，故当具荧光粉层的发光单元210所发出的光穿过厚度均匀的荧光粉层240’后可发射出均匀度较好的光。

图4A～图4E为本发明又一实施例的发光二极管晶片的处理剖面图。图5为图4A中发光二极管晶片的放大示意图。

首先，请同时参照图4A与图5，提供一承载基板(submount)410与多个发光二极管晶片420，各发光二极管晶片420包括依序堆叠的一基板422、一第一型掺杂半导体层424、一发光层426与一第二型掺杂半导体层428。发光层426配置于第一型掺杂半导体层424与第二型掺杂半导体层428之间，在本实施例中，承载基板410包括印刷电路基板、陶瓷基板、硅基板或是金属基板，各发光二极管晶片420的基板422的材质可以例如是但不限于蓝宝石基板(sapphire substrate)。

承接上述，发光二极管晶片420具有一凹槽R，凹槽R暴露出部分第一型掺杂半导体层424。暴露于凹槽R中部分第一型掺杂半导体层424上配置有一第一电极P1，第二型掺杂半导体层428上配置有一第二电极P2，且这些发光二极管晶片420配置于承载基板410上。

接着，请参照图4B，在各发光二极管晶片420的第一电极P1与第二电极P2上分别形成一第一导电凸块432与一第二导电凸块434，且第一导电凸块432与第二导电凸块434的顶点大致上位于同一高度。

然后，请参照图4C，在本实施例中，例如以转铸成型(transfer molding)、压缩成型(compressing molding)、网版印刷(screen printing)、旋转涂布(spin-coating)、点胶(dispensing)、电泳、喷涂(spray coating)或是其他适合的方法在承载基板410上形成一荧光粉层440，荧光粉层440覆盖发光二极管晶片420、第一导电凸块432与第二导电凸块434并填入发光二极管晶片420之间的间隙G1中。要说明的是，荧光粉层440是由至少一种荧光粉粒子及胶体混合而成，胶体可以例如是硅胶(silicone or silica gel)或环氧树脂(epoxy resin)。

接着，硬化(curing)荧光粉层440，然后，请同时参照图4C与图4D，自硬化的荧光粉层440’的远离承载基板410的一侧442以一钻石切刀450切削已硬化的荧光粉层440’，以薄化荧光粉层440’并暴露出第一导电凸块432与第二导电凸块434。详细而言，在本实施例中，在以钻石切刀450切削荧光粉层440’的同时，钻石切刀450可一并切削各第一导电凸块432的远离承载基板410的一第一端部432a以及各第二导电凸块434的远离承载基板410的一第二端部434a。

在本实施例中，由于钻石切刀450同时切削荧光粉层440’、各第一导电凸块432的第一端部432a以及各第二导电凸块434的第二端部434a，因此，荧光粉层440’的远离承载基板410的一表面444齐平于各第一导电凸块432的远离承载基板410的一第一端面432b以及各第二导电凸块434的远离承载基板410的一第二端面434b。在本实施例中，钻石切刀450是以旋转的方式切削荧光粉层440’(相同于图2C与图3A～图3B的切削方式)，因此，荧光粉层440’的表面444(即被钻石切刀450切削过的表面)可为一具有规则图案的粗糙面，如此一来，可有助于避免之后形成的发光二极管的发光二极管晶片所发出的光在表面444产生全反射，进而提升发光二极管的发光效率。

然后，可沿着发光二极管晶片420之间的间隙G1切割荧光粉层440’与承载基板410，以形成多个彼此分离的具有荧光粉层的发光二极管晶片400(如图4E所示，为简化说明，图4E仅示出一个具有荧光粉层的发光二极管晶片400作为代表)。在本实施例中，切割荧光粉层440’与承载基板410的方法可视情况而选择性地以刀具切割荧光粉层440’与承载基板410、或者是以刀具切割荧光粉层440’并以激光切割承载基板410，当然，也可以同时使用激光切割荧光粉层440’及承载基板410。

值得注意的是，由于本实施例是形成荧光粉层在发光二极管晶片上之后，以切削的方式薄化荧光粉层440’，因此，覆盖在发光二极管晶片420上的荧光粉层440’的厚度相当均匀，故当发光二极管晶片400的发光二极管晶片420所发出的光穿过厚度均匀的荧光粉层440’后可发射出均匀度较好的光。

详细地说，由于本实施例是将发光二极管晶片设置在承载基板上，所以荧光粉可以充分地充填在晶片之间的间隙中，因此，本实施例的荧光粉层也可以形成在发光二极管晶片420的侧壁S上，之后再以切削的方式薄化荧光粉层440’。因此，本实施例可以控制发光二极管晶片的正向发光面上的荧光粉层的厚度大于在发光二极管晶片侧壁S上荧光粉层的厚度。由于发光二极管晶片420从侧壁S所发出的光线能量较弱，因此穿过厚度较小的荧光粉层440’后，可以避免现有技术中，因晶片侧壁荧光粉层较厚而产生的黄晕(yellow-ring)现象，使得整个发光二极管晶片可以发射出均匀度较好且亮度较高的光线。

综上所述，在一实施例中，由于本发明是以钻石切刀切削荧光粉层的方式薄化荧光粉层，因此，覆盖在发光二极管晶片上的荧光粉层的厚度相当均匀，故当发光二极管晶片的发光二极管晶片所发出的光穿过厚度均匀的荧光粉层后可发射出均匀度较好的光。此外，在另一实施例中，除了上述的优点之外，还可以控制正向与侧壁荧光粉层厚度的比例，故可以得到发光较均匀的发光二极管晶片。再者，由于荧光粉层被钻石切刀切削过的表面可为一规则的粗糙面，因此，可有助于避免发光二极管晶片的发光二极管晶片所发出的光在荧光粉层的表面产生全反射，进而提高发光二极管晶片的发光效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一基板，所述基板上依序形成一第一型掺杂半导体层、一发光层与一第二型掺杂半导体层，并形成多个发光单元；

在所述第二型掺杂半导体层上形成多个电极，并于所述电极上分别形成多个导电凸块；

形成一覆盖所述第二型掺杂半导体层及导电凸块的荧光粉层；

所述荧光粉层形成在所述多个发光单元的正向发光表面上；

薄化所述荧光粉层并暴露出所述多个导电凸块，其中薄化所述荧光粉层并暴露出所述多个导电凸块的步骤包括以一点状切削装置切削所述荧光粉层，所述点状切削装置为一钻石切刀，在以所述钻石切刀切削所述荧光粉层的同时，所述钻石切刀还切削各所述导电凸块的一顶部；以及

所述钻石切刀的刀头以旋转方式将切割点变成切割线，并通过所述基板与所述钻石切刀的相对运动形成切割面；

以刀具切割所述荧光粉层及所述发光单元并以激光切割所述基板，以形成多个彼此分离且具有所述荧光粉层的发光二极管晶片。

2.根据权利要求1所述的具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法，其特征在于，所述发光层配置于所述第一型掺杂半导体层与所述第二型掺杂半导体层之间。

3.根据权利要求1所述的具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法，其特征在于，薄化所述荧光粉层并暴露出所述多个导电凸块的步骤包括自所述荧光粉层的远离所述基板的一侧切削所述荧光粉层。

4.根据权利要求1所述的具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法，其特征在于，在以所述钻石切刀切削所述荧光粉层与各所述导电凸块的所述顶部之后，所述荧光粉层的一顶面与各所述导电凸块的一顶面齐平。

5.根据权利要求1所述的具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法，其特征在于，切削所述荧光粉层的步骤包括：

以一特定厚度切削所述荧光粉层，并确认所述多个导电凸块是否露出；

若所述多个导电凸块未露出，则调整切削厚度并重复上述步骤直至所述多个导电凸块暴露出。

6.根据权利要求1所述的具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法，其特征在于，切削所述荧光粉层的步骤，是以逆时针或顺时针方向旋转所述点状切削装置，同时使所述基板对所述点状切削装置相对地移动。

7.根据权利要求1所述的具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法，其特征在于，形成所述荧光粉层的方法包括以转铸成型、压缩成型、网版印刷、旋转涂布、点胶、电泳或喷涂的方式形成所述荧光粉层。

8.根据权利要求1所述的具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法，其特征在于，所述多个发光单元为发光二极管晶粒，且彼此分离设置于所述基板上，所述荧光粉层填充于各所述晶粒之间。

9.根据权利要求8所述的具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法，其特征在于，形成所述多个彼此分离且具有所述荧光粉层的发光二极管晶片的步骤包括切割所述荧光粉层及所述基板。

10.根据权利要求1所述的具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法，其特征在于，所述荧光粉层由至少一荧光粉粒子及一胶体混合而成，所述胶体包括硅胶或环氧树脂。

11.根据权利要求1所述的具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法，其特征在于，所述导电凸块的材料包括金及其合金。

12.根据权利要求1所述的具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法，其特征在于，所述基板包括碳化硅基板、硅基板、蓝宝石基板、氧化锌、砷化镓、尖晶石或是金属基板。

13.根据权利要求8所述的具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法，其特征在于，所述基板包括印刷电路基板、陶瓷基板、硅基板或是金属基板。

14.根据权利要求1所述的具有荧光粉层的发光二极管晶片的制作方法，其特征在于，所述荧光粉层的一顶面为一具有规则图案的粗糙面。