CN104752589A - 一种晶圆级白光led芯片的制备方法及其实现装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种晶圆级白光芯片的制造方法及其实现装置。该方法包括：形成垂直结构的铟镓铝氮发光二极管晶圆片；在所述晶圆片上贴合一网状掩膜体，其中所述网状掩膜体的图形只覆盖了所述晶圆片上所有芯片的n电极焊盘和切割道；在所述贴合了网状掩膜体的晶圆片上涂覆荧光胶；用刮刀刮平所述荧光胶并对其进行脱泡和初步固化；将所述网状掩膜体与晶圆片分离；二次固化所述荧光胶；对所述晶圆片划片获得单颗芯片。该方法制作的白光LED芯片的荧光粉不会被破坏，发光亮度均匀，出光效率高，制作工艺简单可靠。
Description
技术领域
本发明属于发光二极管的制造领域。更具体而言，本发明涉及一种用丝网漏印技术制备垂直结构白光LED芯片的方法及其实现该方法的装置。
背景技术
发光二极管（Light Emitting Diode，简称LED）广泛运用于照明领域，而照明领域的光一般为白光，实现白光发光二极管制作的方法通常是先形成蓝光芯片，然后在封装的时候在封装材料中加入荧光粉，蓝光芯片发出的蓝光激发封装材料里的荧光粉发出黄光或绿光或红光或多种颜色的混合光，由蓝光和这些被激发出的光共同混合形成白光。一般来说蓝光芯片的制备和白光封装是相对独立的工序，先将蓝光芯片按波长和光功率进行分档，然后不同档次的蓝光芯片再封装成白光，这种获得白光LED灯珠的过程称为传统封装。传统封装主要存在以下缺点：1）蓝光芯片安装在封装支架后，需要对每颗芯片进行点荧光胶，这样工作效率低下，封装设备投入大，制造成本高；2）每颗芯片的荧光胶量一致性很难得到保证，因此封装良率偏低；3）荧光胶在整个芯片的台面上无法均匀分布，尤其是微观的荧光粉量很难与微观的蓝光发光强度相匹配，这样封装品质很难保证；4）芯片焊线后点荧光胶，容易导致焊线的金球部分荧光胶的含量偏多，导致挂球现象，大大降低封装良率和封装品质。因此，光斑不均匀的白光LED做成灯具后，会导致灯具的白光在空间分布上不均匀。
目前的蓝光芯片主要有同侧结构的器件结构、垂直结构的器件。对于同侧结构的器件，它的衬底一般是透蓝光的蓝宝石衬底和碳化硅衬底，芯片即使背面镀上不透光的反射膜，也会有5个面同时出光，因而这种结构的器件最难获得光斑均匀的白光，在芯片侧边会存在明显的黄圈。垂直结构的器件，由于发光薄膜是从外延衬底转移到新的不透光的支撑基板上，对于该结构的器件而言它只有一个面发光，因而，它最容易获得光斑均匀的白光。如果能同时将该硅衬底的垂直结构的芯片，做成白光芯片，则这种芯片不但制造工艺简单，而且很容易获得光斑均匀的白光，并且封装的时候仅需焊线和做透镜，不需要经过繁杂难控制的点荧光胶过程。如果将垂直结构的晶圆片直接做成白光芯片，则这种芯片能大大降低半导体照明的产业链成本。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种操作方法简单、成本低、工作效率高、能有效保证荧光胶厚度均匀的晶圆级白光LED芯片的制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种晶圆级白光LED芯片的制备方法，该方法包括如下步骤：
在生长衬底上外延生长铟镓铝氮半导体发光薄膜，形成垂直结构的铟镓铝氮发光二极管晶圆片；
在所述晶圆片上贴合一网状掩膜体，其中所述网状掩膜体的掩膜图形覆盖了所述晶圆片上所有芯片的n电极焊盘；
在所述贴合了网状掩膜体的晶圆片上涂覆荧光胶；
用刮刀刮平所述荧光胶并对其进行脱泡和初步固化；
将所述网状掩膜体与晶圆片分离；二次固化所述荧光胶；
对所述晶圆片划片获得单颗芯片。
优选地，所述晶圆片的芯片阵列之间的切割道大于20um。
优选地，所述网状掩膜体的材料包括下列材料中的一种：金属、高分子材料。
优选地，所述掩膜图形的厚度不小于20um，形成的方法包括下列方法中的一种：电镀、冲压、化学腐蚀。
优选地，所述网状掩膜体上的漏印区与n电极焊盘边界的交叠区宽度不小于荧光胶厚度的50%。
优选地，所述刮刀的刀刃轮廓与晶圆片的翘曲度相匹配。
优选地，所述网状掩膜体与晶圆片分离的方法包括下列方法中的一种：一次性瞬间分离、卷绕分离、溶剂溶解分离。
本发明提供的晶圆级白光LED芯片的制备方法的有益效果在于：该方法制作的白光LED芯片荧光粉不会被破坏，发光亮度均匀，出光效率高，制作工艺简单可靠。
本发明的另一个目的是提供一种实现上述晶圆级白光LED芯片制备的装置，通过该装置制作的白光LED芯片荧光粉不会被破坏，发光亮度均匀，出光效率高，产品良率高。
为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种用于制备晶圆级白光LED芯片的装置，该装置包括：装夹网状掩膜体的装载装置，与所述装载装置相互平行并能真空吸住晶圆片的承载装置，位于所述装载装置上方的点胶装置，抽真空装置，垂直高度可调并做平面移动的刮刀装置，加热装置，等离子体清洗装置，反光探头检测装置。
优选地，所述装载装置能够实现平面旋转和三维移动。
优选地，所述承载装置能够实现转速可调的平面旋转和三维移动。
优选地，所述加热装置的温度和时间可调。
本发明提供的实现晶圆级白光LED芯片制备的装置，该装置操作简单精确，且使用该装置制作的白光LED芯片荧光粉不会被破坏，发光亮度均匀，出光效率高，产品良率高。
附图说明
图1A至图1H是本发明的一个实施例的实现过程示意图。
图2A至图2D是本发明的另一个实施例的实现过程示意图。
具体实施方式
本发明的实施方式适合于垂直结构发白光LED芯片的制备。该垂直结构白光LED芯片的荧光胶是采用丝网漏印技术涂覆在LED芯片的发光台面上的，该垂直结构LED芯片的电极上或切割道上被网状掩膜体上的掩膜图形覆盖，因此焊盘上不会印上荧光胶，而发光台面上会被印上荧光胶，该白光芯片的发光台面上的荧光胶层是不需要进行研磨等机械加工。
实施例1
图1是本发明一个具体的制备晶圆级白光LED芯片的步骤。首先，将硅衬底上外延生长的铟镓铝氮半导体发光薄膜转移到导电基板上，获得垂直结构的铟镓铝氮LED晶圆片，如图1A所示。图中101是晶圆片的导电支撑基板；102是芯片阵列之间的切割道间隙；103是芯片的n电极焊盘；104是铟镓铝氮薄膜的蓝光发光台面。该芯片阵列的出光面是氮极性面，该芯片阵列的n电极是做在氮极性面上的，该芯片阵列的p电极被金属连接在导电基板和氮化镓台面之间，该芯片阵列的p电极含有金属银，该芯片阵列的出光面是经过了粗化的表面。
图1B是本发明一种网状掩膜体的示意图。图中105是网状掩膜体上的掩膜图形，是做在丝网上的与晶圆片芯片阵列图形相对应的掩膜图形，被该图形掩膜的芯片区域将不会漏印上荧光胶；106是网状掩膜体上的漏印区。网状掩膜体上的掩模图形105具有一定的厚度，其厚度不小于20微米，该掩膜图形105可以是感光材料制备的，也可以是非感光材料或金属制备。为了使得该掩膜图形105与芯片阵列实现密切贴合，该掩膜图形105可以是多层材料结构，其中与芯片阵列贴合的那面的材料是最软的。为了使整个网状掩膜体在荧光胶预固化后能够顺利的与荧光胶脱离，可以在对版贴合前，在网状掩膜体上涂一层脱模剂。
对网状掩膜体做了必要的上述处理后，将网状掩膜体与晶圆片对版，如图1C所示。为了防止芯片台面漏蓝光，网状掩膜体的漏印区106必须与发光台面104和芯片焊盘103有一定的交叠区域，该交叠区域的宽度不小于荧光胶厚度的50%。网状掩膜体上可以设置切割道的掩膜图形，也可以不设置切割道的掩膜图形。
图1D是网状掩膜体与晶圆片完成对版贴合后的示意图。在涂覆荧光胶前，为了保证荧光胶与发光台面的结合力，往往需要对晶圆片进行烘烤处理，以去除其表面的污物和水分，或在晶圆片表面喷上一层粘结剂。
当完成网状掩膜体与晶圆片的对版贴合，接着在其上刮涂荧光胶层，如图1E所示。图中107是荧光胶；108是刮刀，该刮刀将荧光胶均匀的刮涂在晶圆片的表面。如果刮刀108多次刮荧光胶，本示意图可以看见网状掩膜体上的掩膜图形105。刮涂荧光胶107以前，也可以先由点胶桶将荧光胶107点在晶圆片的中央部分，然后晶圆片和该网状掩膜体一起旋转，使得荧光胶107被均匀的旋涂在网状掩膜体的表面。如果旋涂和刮平荧光胶的过程不是在真空环境下完成，也可以使网状掩膜体与晶圆片一起沿与其表面相切的圆周旋转，则荧光胶里面的荧光粉会受超重的影响而接近芯片的发光台面，荧光胶里面混进去的微小气泡也会被超重的硅胶驱赶到荧光胶的表面。也可以在荧光胶完成刮平和旋涂后，对其静置抽真空，使气泡慢慢的被去除。
然后，通过反光探头，检测网状掩膜体的漏印区106有没有刮上荧光胶107，并且该装置能够在没有印上荧光胶107的地方再次自动点荧光胶107并重新刮平荧光胶107。有时荧光胶107仅需在晶圆片表面刮平就可以，如图1F所示。有时为了严格控制荧光胶107层的厚度，需要对荧光胶107反复刮平，直到露出网状掩膜体上的掩膜图形105为止。在刮完荧光胶107后，对其做真空脱泡处理和初步固化，使得荧光胶107不在芯片的台面上流动，然后将晶圆片和网状掩膜体分离。如果网状掩膜体是固定在刚性框架上的，则可以实现网状掩膜体与晶圆片一次性脱离，如果网状掩膜体是固定在柔性框架上的，则可以实现网状掩膜体与晶圆片卷绕分离。分离后的示意图如图1G所示，图中被网状掩膜体上的掩膜图形105掩膜的晶圆片区域没有漏印上荧光胶107，没有被掩膜的晶圆片区域漏印上了荧光胶107。
最后，对晶圆片上的荧光胶107二次固化，然后切割晶圆片，获得分立的白光LED芯片，如图1H所示。
实施例2
图2是本发明另一个实施例。该实施例与实施例1的不同之处在于，该方案的网状掩膜体仅有掩膜图形互相连接而形成的一个独立整体。如图2A中所示，其中201是晶圆片的导电支撑基板；202是铟镓铝氮LED蓝光芯片阵列；203是掩膜图形。其中掩膜图形203上的焊盘掩膜图形部分要稍小于金属焊盘，这是为了白光芯片不漏蓝光，切割道掩膜图形也要与铟镓铝氮LED蓝光芯片阵列202的发光台面有一定的距离，这同样是为了发光台面获得均匀的白光，不存在漏蓝光的区域。当完成掩膜图形203与晶圆片的对版和贴合后，在其上刮涂荧光胶204，直到掩膜图形203上的荧光胶204刮干净为止，如图2B所示。再对晶圆片上的荧光胶进行脱泡预固化处理，然后将掩膜图形203与晶圆片分离，如图2C所示。掩膜图形203移除后焊盘205和切割道206就得以暴露，以便后继工序的加工制造。
最后对晶圆片上的荧光胶204进行二次固化，并切割晶圆片，获得分立的白光LED芯片，如图2D所示。
实施例3
本实施例中的网状掩膜体也是一个由掩膜图形构成的，但该掩膜图形不是制作在丝网上，也不是与晶圆片相互分离，它是直接做在晶圆片上，与晶圆片成为一个整体的掩膜图形。它可以是一定厚度的光刻胶形成的掩膜图形，也可以是电镀在晶圆片上的金属掩膜图形。在涂覆刮平荧光胶前，先需要整平晶圆片上的掩膜图形。然后在其表面涂覆荧光胶，并将掩膜图形上的荧光胶刮干净，然后对荧光胶进行固化，荧光胶固化后，再去除掩膜图形。如果是光刻胶形成的掩膜图形，则用硫酸双氧水混合液去除光刻胶，也可以用有机溶剂去除光刻胶，但去除光刻胶的同时不能破坏荧光胶及其性能。如果是铜或镍等金属形成的掩膜图形，则可以用无机酸腐蚀的方法去除掩膜图形，但去除掩膜图形的酸不能破坏n电极及焊盘金属。最后清洗烘干晶圆片，划片后获得分立的白光LED芯片。
本发明所保护的具体内容不仅仅限于以下所描述的各种实施形态，对以下实施形态所做的任何显而易见的修改或各种实施形态关键要素的重新组合都是受本发明所保护的，本发明的保护范围与权利要求书所限定的最大范围保持一致。
Claims (9)
1.一种晶圆级白光LED芯片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：在生长衬底上外延生长铟镓铝氮半导体发光薄膜，形成垂直结构的铟镓铝氮发光二极管晶圆片；
在所述晶圆片上贴合一网状掩膜体，其中所述网状掩膜体的掩膜图形覆盖了所述晶圆片上所有芯片的n电极焊盘；
在所述贴合了网状掩膜体的晶圆片上涂覆荧光胶；
用刮刀刮平所述荧光胶并对其进行脱泡和初步固化；
将所述网状掩膜体与晶圆片分离；
二次固化所述荧光胶；
对所述晶圆片划片获得单颗芯片。
2.根据权利要求1所述的一种晶圆级白光LED芯片的制备方法，其特征在于所述晶圆片的芯片阵列之间的切割道大于20um。
3.根据权利要求1所述的一种晶圆级白光LED芯片的制备方法，其特征在于所述网状掩膜体的材料包括下列材料中的一种：金属、高分子材料。
4.根据权利要求1所述的一种晶圆级白光LED芯片的制备方法，其特征在于所述掩膜图形的厚度不小于20um，形成方法包括下列方法中的一种：电镀、冲压、化学腐蚀。
5.根据权利要求1所述的一种晶圆级白光LED芯片的制备方法，其特征在于所述网状掩膜体上的漏印区与n电极焊盘边界的交叠区宽度不小于荧光胶厚度的50%。
6.根据权利要求1所述的一种晶圆级白光LED芯片的制备方法，其特征在于所述刮刀的刀刃轮廓与晶圆片的翘曲度相匹配。
7.根据权利要求1所述的一种晶圆级白光LED芯片的制备方法，其特征在于所述网状掩膜体与晶圆片分离的方法包括下列方法中的一种：一次性瞬间分离、卷绕分离、溶剂溶解分离。
8.一种用于制备晶圆级白光LED芯片的装置，其特征在于包括：
装夹网状掩膜体的装载装置；
与所述装载装置相互平行并能真空吸住晶圆片的承载装置；
位于所述装载装置上方的点胶装置；
抽真空装置；
垂直高度可调并做平面移动的刮刀装置；
加热装置；
等离子体清洗装置；
反光探头检测装置。
9.根据权利要求8所述的一种用于制备晶圆级白光LED芯片的装置，其特征在于所述装载装置能够实现平面旋转和三维移动，承载装置能够实现转速可调的平面旋转和三维移动，加热装置的温度和时间可调。
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