CN1661819A - 发光二极管的焊球制造工艺 - Google Patents
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Abstract
一种发光二极管的焊球制造工艺，首先提供一发光二极管芯片，而发光二极管芯片具有多个电极，接着放置一模板在发光二极管芯片上，模板具有多个开口，对应暴露这些电极，并以印刷的方式，在这些电极上形成多个焊料块。最后掀离模板，并回焊这些焊料块。其中，利用印刷来形成焊料块的方式，其具有快速且低成本的特点，且焊料块的成分以及厚度均可控制得宜，有助于提升后续的发光二极管芯片封装的可靠度。
Description
技术领域
本发明是有关于一种发光二极管的制造工艺，且特别是有关于一种运用于倒装芯片式封装(Flip Chip package)的发光二极管的焊球制造工艺。
背景技术
近年来，利用含氮化镓的化合物半导体，如氮化镓(GaN)、氮化铝镓(GaAlN)、氮化铟镓(GaInN)等的发光二极管(LED)组件备受瞩目。含氮三族化合物为一宽频带能隙的材料，其发光波长可以从紫外光一直涵盖至红光，因此可说是几乎涵盖整个可见光的波段。
以目前含氮化镓的发光二极管组件而言，其发光效率的高低取决于下列两大因素：(1)主动层(active layer)的量子效率以及(2)光取出效率(Light extraction efficiency)。主动层的量子效率主要是由长晶的品质以及主动层的结构设计来增加其效率，而光取出效率则主要在克服其主动层所发出的光有大部分在发光二极管内部全反射所造成的光损失。除此之外，目前以sapphire为基板的氮化镓发光二极管，其正负电极皆配置于主动层上方的同一表面，并且正负电极所在的区域会直接遮蔽由主动层发出的光。由于目前受限于打线技术，其正负电极上的焊垫的面积必须有一最小面积，例如其直径或宽度约80μm，以保证打线的连接强度。
承上所述，利用目前的打线技术，其正负电极势必位于主动层上方，而主动层所发出的光仍无法克服受到正负电极遮蔽的影响。为克服此缺点，利用倒装芯片式封装技术将可获得解决，其中发光二极管的正负电极上分别形成一焊球(bump)，并利用倒装芯片式接合的方式，以使正负电极由焊球而封装于一基板(substrate)上。由于倒装芯片式封装的发光二极管组件除了可提升光取出效率之外，更具有较佳的散热效能，使得主动层的量子效率不会因组件过热而降低，因此利用倒装芯片式封装制造工艺的氮化镓发光二极管将成为未来的趋势。
图1A～1H绘示现有的一种发光二极管的焊球制造工艺的流程示意图。请参照图1A，首先提供一芯片100，芯片100具有多个发光二极管芯片102，而发光二极管芯片102具有多个电极110(正、负电极)，且发光二极管芯片100的表面还形成一保护层(passivation layer)120。其中，电极110是暴露在保护层120中，而保护层120的材质可以是无机化合物，例如是由氮化硅、氧化硅或磷硅玻璃沉积所形成的保护层120；或者是由聚醯亚胺等有机化合物所形成的保护层120。
接着请参照图1B，利用溅镀(Sputter)或蒸镀(Evaporation)的方式依次形成一黏着层(adhesion layer)、一阻障层(barrier layer)以及一沾锡层(wetting layer)等三层金属层130于发光二极管芯片100的保护层120上，其中这些金属层130的材质可为钛、钨、铬、镍、铜、金等及该等的合金所组成的群组。
接着请参照图1C及图1D，进行微影制造工艺，其方式是先形成一光阻(Photo Resist，PR)140于金属层130上，然后将一光罩10放置于光阻140的上方，并透过曝光(exposure)、显影(development)等步骤，将光罩10的图案转移至光阻140上，以形成多个光阻开口142于光阻140上，而光阻开口142是暴露出电极110上的金属层130。接着请参照图1E及图1F，利用电镀金(Au)、锡(Sn)或铅(Pb)等的方式分别形成一金焊球150以及一焊锡层152于光阻开口142中，其中金焊球150用以增加电极110的厚度，而焊锡层152系作为后续倒装芯片式封装的焊接材料。
接着请参照图1G及图1H，将光阻140从金属层130的表面去除，并利用干及湿蚀刻的方式将暴露于焊球150与焊球150之间的金属层130去除，而保留焊球150底部的金属层130。其中，每一焊球150的底部分别具有一球底金属层(Under Bump Metallurgic，UBM)132，并且更可由回焊(reflow)焊球150顶部的焊锡层152，使得金/锡或铅/锡共熔(Au/Sn or Pb/Sn eutectic)，以利于后续倒装芯片式封装时，增加焊锡层152与封装基板(未绘出)的表面接合性。
上述利用电镀或蒸镀来形成焊球的方式均在芯片上制作而成，且焊球的厚度通常要达到数微米，甚至数十微米。然而，以蒸镀所形成焊球的成本很高，且无法有效控制焊球的厚度以及成分。此外，以电镀所形成的焊球的成本虽可低于以蒸镀所形成的焊球的成本，但相对于蒸镀制造工艺，上述图1A～1H所述的电镀焊球制造工艺，所需耗用的制造工艺手续、设备及人力均高，故同样无法有效缩短焊球制造工艺的时间以及成本。另外电镀焊球制造工艺，每一层只能电镀单一种金属材料，其弹性度受极大限制，无法因应未来各种封装技术需求。
发明内容
因此，本发明的目的就是在提供一种发光二极管的焊球制造工艺，利用网板印刷(screen printing)的方式来达成快速且低成本及多种材料选择的焊球制造工艺。
为达本发明的上述目的，本发明提出一种发光二极管的焊球制造工艺，首先提供一芯片，具有多个发光二极管芯片，而发光二极管芯片具有多个电极，并形成一球底金属层于每一电极垫上，接着以印刷的方式，在这些电极上形成多个焊料块，最后回焊这些焊料块。
根据本发明的优选实施例所述，上述在印刷前先放置一模板在芯片上，模板具有多个开口，对应暴露电极上的球底金属层，接着涂布一焊接材料在模板上，并利用一刮板依次将焊接材料填入开口中，最后掀离模板，而焊接材料分别形成焊料块。此外，焊料块例如为锡铅焊球或是由锡、银、铜及该等的合金所组成的无铅焊球。
本发明因采用印刷的方式来形成焊料块，其具有快速且低成本的特点，且焊料块的成分以及高度均可控制得宜，有助于提升后续的发光二极管芯片封装的可靠度。
为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一个优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1A～1H依次表示现有的一种发光二极管焊球制造工艺的流程示意图。
图2A～2E依次表示本发明一个优选实施例的一种发光二极管的焊球制造工艺的流程示意图。
具体实施方式
图2A～2E依次表示本发明一个优选实施例的一种发光二极管的焊球制造工艺流程示意图。请参照图2A，首先提供一芯片200，芯片200具有多个发光二极管芯片202，而发光二极管芯片202具有多个电极210(正、负电极)，且发光二极管芯片202的表面还形成一保护层220。其中，电极210是暴露于保护层220中，而保护层220的材质可以是无机化合物，例如是由氮化硅、氧化硅或磷硅玻璃沉积所形成的保护层220；或者是由聚醯亚胺等有机化合物所形成的保护层220。
接着请参照图2B，利用无电解电镀(Electroless plating)的方式依次形成一黏着层(adhesion layer)、一阻障层(barrier layer)以及一沾锡层(wetting layer)等三层金属层230在芯片200上，其中这些金属层230的材质可为钛、钨、铬、镍、铜、金等及该等的合金所组成的群组。如此，每一电极210上具有一球底金属层232，有助于增加后续焊球制造工艺的接合性。
请参照图2C，放置一模板30在发光二极管芯片200上，而模板30具有多个开口32，对应暴露电极210上的球底金属层232。接着以印刷的方式，先涂布一焊接材料34于模板30上，并利用刮板36将焊接材料34依次填入于模板30的开口32中。由于焊接材料34可为锡膏(solder paste)或导电性材料，其材质例如为锡铅合金或锡、银、铜所组成的无铅合金，因此最后在电极210及球底金属层232上分别形成一焊料块250，而焊料块250的成分可精确控制在一定比例，以锡铅焊球为例，其锡铅比可控制在63∶37或95∶5的范围内。因此，利用网板印刷或钢板印刷所形成的焊料块250，其成分比例较优于利用蒸镀或电镀所形成的焊球的成分比例。
请参照图2D，由于焊料块250能紧密接合于球底金属层232上，故当模板30掀离(lift-off)于发光二极管芯片200时，焊料块250将可精确定位于每一电极210上，且焊料块250的厚度可控制在与模板30的厚度相当。接着如图2E所示，加温回焊这些焊料块250，以使焊料块250融熔为一球体状，并使焊料块250中的溶剂(solvent)因高温而挥发，以利于后续倒装芯片式封装时，增加焊料块250与封装基板(未绘出)的表面接合性。
综上所述，本发明的发光二极管的焊球制造工艺，其具有快速且低成本的特点，且焊料块的成分以及厚度均可控制得宜，有助于提升后续的发光二极管芯片封装的可靠度。因此，相对于现有的蒸镀或电镀的焊球制造工艺，本发明所揭露的印刷焊球制造工艺，将可有效缩短发光二极管的焊球制造工艺的时间和成本，以及焊球材料选择由锡膏而定具高度弹性。
虽然本发明已以一个优选实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (8)
1.一种发光二极管的焊球制造工艺，至少包括：提供一芯片，具有多个发光二极管芯片，每一所述的发光二极管芯片具有多个电极；在每一所述电极上形成一球底金属层；以印刷的方式，在所述电极上形成多个焊料块；以及回焊所述焊料块。
2.如权利要求1所述的发光二极管的焊球制造工艺，其中在印刷前先放置一模板在所述芯片上，所述模板具有多个开口，对应暴露所述电极上的所述球底金属层。
3.如权利要求2所述的发光二极管的焊球制造工艺，其中在印刷时，涂布一焊接材料在所述模板上，并利用一刮板依次将所述焊接材料填入所述开口中。
4.如权利要求3所述的发光二极管的焊球制造工艺，其中在印刷后，掀离所述模板，而所述焊接材料分别形成所述焊料块。
5.如权利要求1所述的发光二极管的焊球制造工艺，其中所述焊料块是锡铅焊球。
6.如权利要求1所述的发光二极管的焊球制造工艺，其中所述焊料块是选自于锡、银、铜及所述的合金所组成的群组。
7.如权利要求1所述的发光二极管的焊球制造工艺，其中形成所述球底金属层的方式包括无电解电镀。
8.如权利要求1项的发光二极管的焊球制造工艺，其中所述球底金属层是选自于钛、钨、铬、镍、铜、金及所述的合金所组成的群组。
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