CN113097191A - 微型发光二极管及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
一种微型发光二极管，包括数组排列的封装体，每一封装体包括基板、像素、微通孔方块及封装材。像素为数组设置于基板上，像素具有红色微发光二极管芯片、绿色微发光二极管芯片及蓝色微发光二极管芯片，数组像素彼此间隔设置并具有间距。微通孔方块与红色微发光二极管芯片相邻设置，封装材覆盖于像素上；其中，红色微发光二极管芯片的电极为垂直结构，绿色微发光二极管芯片及蓝色微发光二极管芯片的电极为水平结构。藉此，本发明的微发光二极管应用于电子装置时，可缩小像素尺寸，利于设置在微型化的电子装置上。
Description
技术领域
本发明为一种发光显像单元及多种组合结构的封装方法，尤指一种利于设置在微型化电子装置上的微型发光二极管及多种组合结构的封装方法。
背景技术
发光二极管具有高亮度、高效率及节能等优点，已广泛用于发光照明及显示面板等装置。显示面板的背面会使用发光二极管作为光源，但由于仅作为光源用途，其体积大小并不影响到显示效果。近年来，发光二极管逐渐发展至微型化，使用于显示器的像素，此种微米结构的发光二极管称为微型发光二极管，在智能型手机或平板计算机的显示器上可设置有几万颗微小的发光二极管画素。
近年来对于搭载于电子机器的半导体装置要求小型化、轻量化及高密度化，半导体芯片有着加以安装于接近于其尺寸的封装。目前，发光二极管中的芯片设置已由传统的正装芯片发展到倒装芯片及晶圆级封装(chip scale package，CSP)芯片，以缩小发光二极管封装后的大小。但是，传统的发光二极管封装因各发光芯片的结构而采用打线的连接方式，然而打线的连接方式会导致各像素的尺寸不能缩小。其次，传统的光二极管的芯片具有高低差，会造成显示器的画面有模糊的地带。
发明内容
有鉴于上述的缺点，本发明的目的在于提供一种微型发光二极管及及其封装方法，藉由将各种单色发光芯片所发出的光混合形成白光或各种颜色。本发明的发光显像单元的结构具有小面积显色区域，当应用于电子装置时，可缩小像素尺寸，利于设置在微型化的电子装置或电子结构上。
为达上述目的，本发明采用的技术方案是：一种微型发光二极管，包括数个数组排列的封装体，其中，每一封装体包括：数组像素，各像素具有一红色微发光二极管芯片、一绿色微发光二极管芯片及一蓝色微发光二极管芯片，该数组像素等距间隔设置；数个微通孔方块，与数组像素的红色微发光二极管芯片相邻设置；以及一封装材，覆盖于数组像素上；其中，该红色微发光二极管芯片的电极为垂直结构，该绿色微发光二极管芯片及该蓝色微发光二极管芯片的电极为水平结构。
于前述本发明的微发光二极管中， 每一封装体中的该像素的排列数量为4n，n为自然数。以封装后的连接垫采周边的(peripheral) 设置的方式将各组像素（n=1-8）封装成一个封装体。也可以采平面网格数组封装(Land Grid Array, LGA)或球栅网格数组封装(Ball Grid Array, BGA)方式，每一封装体中的该像素的排列数量为4n，n为自然数，且n的范围为1-60万之间。
于前述本发明的微发光二极管中，所述数组像素之间的间距为0.1mm-0.6mm。
于前述本发明的微发光二极管中，该微通孔方块设有孔洞，孔洞的直径为10µm至55µm之间，较佳为50µm。
于前述本发明的微发光二极管中，该微通孔方块的长为50µm至200µm之间，宽为50µm至200µm之间，且高为50µm至200µm之间，较佳为长为100µm，宽为100µm及高为100µm。
于前述本发明的微发光二极管中，该孔洞由导电材料所制成；其中，该导电材料选自由铜、铝、镍、金、银、锡、或其组合。
于前述本发明的微发光二极管中，更包括一第一感压胶层(pressure sensitiveadhesive；PSA)，该感压胶层设置于该第一基板与像素之间。例如：硅氧烷(siloxane)、硅树脂(silicone)或压克力，但本发明不以此为限。该第一感压胶层是指轻压即可黏着于物体表面的黏着剂，是由弹性体、增黏树脂、增塑剂和填充料调配而成。该第一感压胶层的性能随着所使用单体、聚合的方式、所控制胶体的分子量或玻璃转化温度而有不同。
本发明同时提供一种微发光二极管的制造方法，该方法包括如下步骤：取一第一基板；于该第一基板上设置数组像素，每一像素具有一红色微发光二极管芯片、一绿色微发光二极管芯片及一蓝色微发光二极管芯片；于该第一基板上设置数个微通孔方块，该些微通孔方块分别与该红色微发光二极管芯片相邻设置；涂布一第一光阻层于该些像素上，并进行曝光、显影及镀铜层；涂布一第二光阻层于该些像素及该第一光阻层上，并进行曝光、显影及镀铜层；进行金属表面处理以形成一第一金属复合层；剥离该第一基板和第一感压胶层；设置一第二基板于该第二光阻层上；进行金属表面处理以形成一第二金属复合层；覆盖一封装材于该像素上；剥离该第二基板和第二感压胶层；以及切割该封装体。
本发明还提供一种微发光二极管模块的制造方法，该方法包括如下步骤：取一第一基板；于该第一基板上设置数组像素，每一像素具有一红色微发光二极管芯片、一绿色微发光二极管芯片及一蓝色微发光二极管芯片；于该第一基板上设置数个微通孔方块，该微通孔方块与该红色微发光二极管芯片相邻设置；涂布一第一光阻层于该些像素上，并进行曝光、显影及镀铜层；设置一第二基板于该第一光阻层上；剥离该第一基板和第一感压胶层；涂布一第二光阻层于该些像素上并进行曝光、显影及镀铜层；涂布一第三光阻层于该些像素上并进行曝光、显影及镀铜层；覆盖一封装材于该像素上；剥离该第二基板和第二感压胶层以及切割该封装体。
根据上述诸多优点，并为使审查员对本发明能进一步的了解，故揭露一较佳的实施方式如下，配合图式、图号，将本发明的构成内容及其所达成的功效详细说明如后。
附图说明
图1A为本发明像素的一发光面俯视示意图；
图1B为本发明像素的另一发光面俯视示意图；
图2为本发明像素于封装体内的一设置实施例示意图；
图2A为图2的微通孔方块立体放大图。
图3为本发明像素于封装体内的另一设置实施例的示意图；
图4为本发明像素于封装体内的又一设置实施例的示意图；
图5为本发明像素于封装体内的再一实施例示意图；
图6为本发明像素于封装体内的还一实施例示意图；
图7为本发明微发光二极管的制造流程图；
图8A-图8E为图7的制造步骤结构图；
图9为本发明微发光二极管的另一制造流程图；
图10A-图10H为图9的制造步骤结构图；
图11A及图11B为本发明微通孔方块的一实施例的立体示意图；
图12A及图12B为本发明微通孔方块的另一实施例的立体示意图；
图13A及图13B为本发明微通孔方块的又一实施例的立体示意图。
符号说明：
10封装体 20第一基板
21第二基板 30像素
31红色微发光二极管芯片 32绿色微发光二极管芯片
33蓝色微发光二极管芯片 40微通孔方块
41孔洞 42焊接垫
50第一光阻层 51第一感压胶层
52第二感压胶层 53第二光阻层
54第一镀铜层 54’第二镀铜层
54” 第三镀铜层 55第三光阻层
56第一金属复合层 57第二金属复合层
58封装层。
具体实施方式
以下藉由具体实施例说明本发明的实施方式，本领域普通技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。此外，本发明亦可藉由其他不同具体实施例加以施行或应用，在不悖离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
请参阅图1A及图1B所示，图1A为本发明像素的发光面的一实施例的俯视示意图；以及图1B为本发明像素的发光面的另一实施例的俯视示意图。
如图1A及图1B所示，图1A及图1B的该像素30大致相同，不同处在于该红色微发光二极管芯片31及该绿色微发光二极管芯片32的设置位置不同。该红色微发光二极管芯片31的电极为垂直结构，该绿色微发光二极管芯片32及该蓝色微发光二极管芯片33的电极为一水平结构。微发光二极管的电极可为p极与n极在同一侧，即水平结构，例如，该绿色微发光二极管芯片32及该蓝色微发光二极管芯片33；或是p极与n极分别位在上下两侧，即上下导通型，或垂直结构，例如，该红色微发光二极管芯片31。此外，该微通孔方块40与该红色微发光二极管芯片31相邻设置。
请参阅图2、图2A及6所示，图2为本发明像素于封装体内的一实施例示意图；图3为本发明像素于封装体内的另一实施例示意图；图4为本发明像素于封装体内的又一实施例示意图；图5为本发明像素于封装体内的再一实施例示意图；以及图6为本发明像素于封装体内的还一实施例示意图。
如图2所示，该像素30是以数组方式设置于该第一基板20上，该像素30是由该红色微发光二极管芯片31、该绿色微发光二极管芯片32及该蓝色微发光二极管芯片33所构成而应用于显示屏上，该红色微发光二极管芯片31发出的波长介于605nm至645nm之间；该绿色微发光二极管芯片32发出的波长介于510nm至545nm之间；以及该蓝色微发光二极管芯片33发出的波长介于450nm至485nm之间。该像素30以矩阵方式排列，每一封装体10中像素30之间的间距进一步限制为相等，且于每一封装体10内的相邻的该红色微发光二极管芯片31、该绿色微发光二极管芯片32及该蓝色微发光二极管芯片33之间的间距进一步限制为相等。
每一封装体中的像素的排列数量为4n，n为自然数。以封装后的连接垫采周边的设置的方式，最多可以将32个像数封装成一个封装体，即n为1-8。也可以采平面网格数组封装或球栅网格数组封装方式，每一封装体中的该像素的排列数量为4n，n为一自然数，且n的范围为1-60万之间。
如图2所示，该像素30的数量及排列并无特别限制，每一封装体10中的像素30的排列数量为4，n为1；其中，该像素30的行列为2×2。图2中的该封装体10具有四组该像素30，且红色微发光二极管芯片31的电极为垂直结构，该绿色微发光二极管芯片32及该蓝色微发光二极管芯片33的电极为水平结构。该些发光二极管芯片之间的间距相同，此外，该像素30之间的间距亦相同，该间距为0.6mm。如图2A所示，该微通孔方块40中的一孔洞41的直径为50µm，该微通孔方块的长L为100µm，宽W为100µm且高H为100µm。该孔洞由一导电材料所组成，该导电材料选自由铜、铝、镍、金、银、锡、或其组合所构成。
如图3所示，像素30的排列数量为8，其中n为2，该像素30的行列为2×4，图3仅用于说明该像素30的排列数量为8的一个实施例，本发明并不局限于此。如图4所示，本发明的另一实施例中，像素30的排列数量为8的行列亦可为4×2。
如图5所示，像素30的排列数量为12，其中n为3，该像素30的行列为2×6，微通孔方块40与该红色微发光二极管芯片31相邻设置，该红色微发光二极管芯片31的电极为垂直结构，该绿色微发光二极管芯片32及该蓝色微发光二极管芯片33的电极为水平结构，图5仅用于说明该像素30的排列数量为12的一个实施例，本发明并不局限于此。
如图6所示，像素30的排列数量为16，其中n为4，该像素30的行列为4×4，微通孔方块40与该红色微发光二极管芯片31相邻设置，该红色微发光二极管芯片31的电极为垂直结构，该绿色微发光二极管芯片32及该蓝色微发光二极管芯片33的电极为水平结构，图6仅用于说明该像素30的排列数量为16的一个实施例，本发明并不局限于此。
请参阅图7及图8A-图8E所示，图7为本发明微发光二极管的制造步骤流程图；及图8A-图8E为图7的制造步骤结构图。
如图7及图8A-图8E所示，本发明的制造流程由微发光二极管模块的背面(即蓝宝石面)开始封装再进行发光面的封装。
首先，进行背面封装，步骤如下：
请结合参见图8A，S101：取第一基板20，于其上设置第一感压胶层51；
S102：于该第一感压胶层51上并排设置数组像素30；其中每一像素30具有一红色微发光二极管芯片31、一绿色微发光二极管芯片32及一蓝色微发光二极管芯片33，将该红色微发光二极管芯片垂直设置于31该第一感压胶层上；以及将该绿色微发光二极管芯片32及该蓝色微发光二极管芯片33水平设置于该第一感压胶层51上，且该数组像素30间隔设置并具有一间距D。
S103：将该微通孔方块40放置于该第一感压胶层51上，且该微通孔方块40与该红色微发光二极管芯片31相邻设置，藉由微通孔方块40将电性传导于第一基板外；本发明另一实施例中，该微通孔方块40可与该第一基板20及该第一感压胶层51一起形成，再放置该红色微发光二极管芯片31、该绿色微发光二极管芯片32及该蓝色微发光二极管芯片33于该第一感压胶层上；
请结合参见图8B，S104：将一第一光阻层50涂布于该些像素30上，并对该第一光阻层50进行曝光显影，将该第一光阻层50图案化以暴露出一焊接垫，将要连接的位置显影出来；
S105：于数组像素30及该焊接垫上形成第一镀铜层54；
请结合参见图8C，S106：于该第一镀铜层54上涂上一第二光阻层53，并对该第二光阻层53进行曝光及显影；
S107：于第二光阻层53上形成第二铜层54’；
S108：于第二铜层54’和第二光阻层53上进行金属表面处理以形成一第一金属复合层56。
其次，进行该微发光二极管的发光面封装，步骤如下：
请结合参见图8D，S201：将第一基板20与该第一感压胶层51进行剥离；
S202：于第一金属复合层56及第二光阻层53上先组装一第二感压胶层52，再组装一第二基板21；其中，该第一基板作为该微发光二极管的生长基板，该第一基板及该第二基板的材质可为玻璃、石英、有机聚合物、金属或是其他适宜的材质，该第一基板及该第二基板仅在制造过程中使用，在封装过后该第一基板20及该第二基板21就不存在。
请结合参见图8E，S203：于数组像素上进行金属表面处理以形一第二金属复合层57；
S204：覆盖一封装材于数组像素30及第二金属复合层57上以形成封装层58。
S205：剥离第二基板21与该第二感压胶层52。
S206：切割，以形成数个封装体。
请参阅图9及图10A-图10H所示，图9为本发明微发光二极管的另一制造流程图；图10A-图10H为图9的制造步骤结构图。
如图9及图10A-图10H所示，本发明的制造流程由微发光二极管的发光面开始封装，再进行背面的封装。
首先，进行该发光二极管的发光面封装，步骤如下：
请结合参见图10A，S301：取第一基板20，于其上设置第一感压胶层51；
S302：于该第一感压胶层51上设置数组像素30，其中，该像素30具有一红色微发光二极管芯片31、一绿色微发光二极管芯片32及一蓝色微发光二极管芯片33，将该红色微发光二极管芯片31垂直设置于该第一感压胶层上，以及将该绿色微发光二极管芯片32及该蓝色微发光二极管芯片33水平设置于该第一感压胶层51上，且该数组像素30彼此间隔设置并具有一间距D。
S303：将该微通孔方块40放置于该第一感压胶层51上，且该微通孔方块40与该红色微发光二极管芯片31相邻设置，藉由微通孔方块40将电性传导于第一基板20外；本发明另一实施例中，该微通孔方块40可与该第一基板20及该第一感压胶层51一起形成，再设置该红色微发光二极管芯片31、该绿色微发光二极管芯片32及该蓝色微发光二极管芯片33。
请结合参见图10B，S304：藉由旋转涂布将一第一光阻层50涂布于该些像素30上，将该第一光阻层50进行曝光显影，将该第一光阻层50图案化以暴露出一焊接垫，将要连接的位置显影出来；
S305：于数组像素及该焊接垫上形成第一镀铜层54；
其次，进行该发光二极管的背面封装，步骤如下：
请结合参见图10C，S401：在该第一光阻层50及第一镀铜层54上设置一第二感压胶层52，并在该第二感压胶层52设置一第二基板21；其中，该第一基板20作为该微发光二极管的生长基板，该第一基板20及该第二基板21的材质可为玻璃、石英、有机聚合物、金属或是其他适宜的材质，该第一基板20及该第二基板21仅在制造过程中使用，在封装过后该第一基板20及该第二基板21就不存在。
请结合参见图10D，S402：于该像素30及该第一光阻层50上剥离该第一基板20及该第一感压胶层51；
请结合参见图10E，S403：将该像素30、该第一光阻层50、第二感压胶层52及第二基板21反转，使该第二基板21朝下，且该像素及该第一光阻层50朝上；
请结合参见图10F，S404：于该数组像素和第一光阻层50上涂上一第二光阻层53，并对第二光阻层53进行曝光及显影；
S405：于第二光阻层53上形成第二镀铜层54’；
请结合参见图10G， S406：于第二镀铜层54’涂上一第三光阻层55，并对第三光阻层55进行曝光及显影；
请结合参见图10H，S407：于第三光阻层55上形成第三镀铜层54”；
S408：覆盖一封装材于该第三光阻层55和第三镀铜层54”上以形成封层58；
S409：剥离第二基板21与该第二感压胶层53。
S410：切割，以形成数个封装体。
请参照图11A及图11B，图11A及图11B为本发明微通孔方块的一实施例的立体示意图。
如图11A及图11B所示，该微通孔方块40的长为200µm、宽为100µm及高为100µm，且该微通孔方块40具有一个焊接垫42及两个孔洞41，该孔洞41的直径为50 µm。
请参照图12A及图12B，图12A及图12B为本发明微通孔方块的另一实施例的立体示意图。
如图12A及图12B所示，该微通孔方块40的长为200µm、宽为100µm及高为100µm，且该微通孔方块40具有两个焊接垫42及两个孔洞41，该孔洞41的直径为50 µm。
请参照图13A及图13B，图13A及图13B为本发明微通孔方块的又一实施例的立体示意图。
如图13A及图13B所示，该微通孔方块40的长为200µm、宽为200µm及高为100µm，且该微通孔方块40具有四个焊接垫42及四个孔洞41，该孔洞41的直径为50 µm。
上述实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (9)
1.一种微发光二极管，包括数个数组排列的封装体，其特征在于，每一封装体包括：
数组像素，各像素具有一红色微发光二极管芯片、一绿色微发光二极管芯片及一蓝色微发光二极管芯片，该数组像素等距间隔设置；
数个微通孔方块，与数组像素的红色微发光二极管芯片相邻设置；以及
一封装层，覆盖于数组像素上；
其中，该红色微发光二极管芯片的电极为垂直结构，该绿色微发光二极管芯片及该蓝色微发光二极管芯片的电极为水平结构。
2.如权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于，每一封装体中像素的排列数量为4n，n为自然数，且n为1-60万之间。
3.如权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于，所述数组像素之间的间距为0.1mm-0.6mm。
4.如权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于，所述微通孔方块设有孔洞，孔洞的直径为10µm-55µm。
5.如权利要求4所述的微发光二极管，其特征在于，所述孔洞由导电材料制成。
6.如权利要求5所述的微发光二极管，其特征在于，所述导电材料选自由铜、铝、镍、金、银、锡、或其组合。
7.如权利要求1所述的微发光二极管，其特征在于，所述微通孔方块的长为50µm-200µm，宽为50µm-200µm，且高为50µm-200µm。
8.一种制造微发光二极管的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
取一第一基板，于其上设置第一感压胶层；
于该第一感压胶层上设置数组像素，每一像素具有一红色微发光二极管芯片、一绿色微发光二极管芯片及一蓝色微发光二极管芯片；
于该第一感压胶层上设置数个微通孔方块，该些微通孔方块分别与该红色微发光二极管芯片相邻设置；
涂布一第一光阻层于该些像素上，并进行曝光、显影及镀铜层；
涂布一第二光阻层于该些像素及该第一光阻层上，并进行曝光、显影及镀铜层；
进行金属表面处理以形成一第一金属复合层；
剥离该第一基板和第一感压胶层；
设置一第二感压胶层和第二基板于该第一金属复合层第二光阻层上；
于该数组像素上进行金属表面处理以形成一第二金属复合层；
覆盖一封装材于该像素上形成封装层；以及
剥离该第二基板和第二感压胶层；
切割，形成封装体。
9.一种制造微发光二极管的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
取一第一基板，于其上设置第一感压胶层；
于该第一感压胶层上设置数组像素，每一像素具有一红色微发光二极管芯片、一绿色微发光二极管芯片及一蓝色微发光二极管芯片；
于该第一感压胶层上设置数组微通孔方块，该微通孔方块与该红色微发光二极管芯片相邻设置；
涂布一第一光阻层于数组像素上，并对第一光阻层进行曝光、显影及镀铜层；
于该第一光阻层和镀铜层上设置第二感压胶层，再设置第二基板；
剥离该第一基板和第一感压胶层，反转使第二基板朝下；
涂布一第二光阻层于该些像素和第一光阻层上，并对第二光阻层进行曝光、显影及镀铜层；
涂布一第三光阻层于该些像素上，并对第三光阻层并进行曝光、显影及镀铜层；
覆盖一封装材于该第三光阻层和镀铜层上以形成封装层；
剥离该第二基板和第二感压胶层，以及切割，形成封装体。
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