TW201340413A - 使用晶圓等級模具在晶園上的發光元件晶片上形成螢光層的方法 - Google Patents
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Abstract
一種藉由使用晶圓等級模具形成發光元件晶片晶圓的螢光層的方法，其包括：在下模具與上模具之間夾住具有多個發光元件晶片的晶圓，從而在晶圓與上模具之間形成一空間；藉由將螢光液注入所述空間，以在晶圓上形成螢光層；以及將晶圓從下模具與上模具剝離。
Description
本申請案主張在2012年1月12日於韓國智慧財產局提申的韓國專利申請案第10-2012-0003858號的優先權，其所揭露的內容完整地以引用方式併入本文。
本揭示是有關於一種藉由使用晶圓等級模具在其上形成有多個發光元件晶片的晶圓上形成螢光層(phosphor layer)的方法。
例如發光二極體(light-emitting diodes,LEDs)的發光元件晶片為透過藉由化合物半導體的PN接面執行的光源發射各種色光的半導體元件。發光二極體具有例如壽命長、尺寸小、重量輕、以及因其光方向性強可在低驅動電壓(driving voltage)下運作等許多優點。發光二極體對衝擊及振動的抗性強，且不需要預加熱時間與繁複的驅動。發光二極體亦以各
種方式封裝，以致可應用於各種設備。
當利用半導體製程製造發光二極體時，在晶圓上形成多個發光二極體晶片以得到高產率。
習知為了在發光元件晶片上形成晶圓等級螢光層(light-emitting device chips at a wafer level)，在晶圓上形成厚光阻圖案後，將螢光層網印(screen-printed)於厚光阻圖案上。於晶圓等級上研磨(lapped)螢光層至所欲厚度後，接著移除厚光阻圖案。
在習知方法中，在發光元件晶片上可形成相同厚度的晶圓等級螢光層，此會降低發光元件的發光品質。需要改變螢光層的厚度，以使每個發光元件晶片達到適當的發光特性。
本揭示的一觀點包含藉由使用晶圓等級模具在發光元件晶片晶圓上製造螢光層的方法，從而螢光層具有對應於每個晶圓等級發光元件晶片之高度的厚度。
由於螢光層的高度是考量每個發光元件晶片的特性來定義的，因此所製的具有螢光層於其上的晶圓等級發光元件晶片的顏色呈現(color realizations)可為均勻的，從而改進使用所述發光元件晶片之封裝的品質。
本揭示的另一觀點有關於一種發光元件晶片的螢光層的形成方法。所述方法包括：在下模具與上模具之間夾住具有多個發光元件晶片的晶圓，從而在晶圓與上模具之間形成一空間；藉由將螢光液注入所述空間，以在晶圓上形成螢光層；以及將晶圓從下模具與上模具剝離。
夾住晶圓的步驟可包括通過上模具頂板上的多個棒狀物來覆蓋發光元件晶片的電極的上表面。
所述方法在夾住晶圓之前，更包括在上模具上形成剝離層，其中剝離層使晶圓便於剝離。
所述方法更包括測量由發光元件晶片晶圓的每個發光元件晶片所發射的峰值波長(peak wavelength)；並且依據發光元件晶片的峰值波長，調整從上模具的頂板至發光元件晶片之對應的上表面的上模具具有的距離。
從上模具的頂板至發光元件晶片的上表面的距離隨著發光元件晶片的峰值波長變大而減小。
本揭示的再一觀點提供一種藉由使用晶圓等級模具形成發光元件晶片晶圓的螢光層的方法。所述方法包括：測量由每個形成於晶圓上的發光元件晶片所發射的峰值波長；將晶圓安裝於下模具上；夾住上模具至下模具，以在晶圓與上模具之間形成一空間；藉由將螢光液注入所述空間，以在晶圓上形成螢光層；以及將晶圓從下模具與上模具剝離。從發光元件晶片的上表面至上模具的頂板的距離依據發光元件晶片的峰值波長來調整。
本揭示的又一觀點包括一種模製裝置(molding device)，其用於模封具有多個發光晶片的發光元件晶片晶圓上的螢光層。多個發光晶片的每一者具有基底、位於基底上的發射光的發光結構、以及位於發光結構上的電極。模製裝置包括具有溝槽(發光元件配置於溝槽中)的下模具以及
具有框緣及多個棒狀物的上模具，框緣在上模具之周圍上往下模具方向延伸，棒狀物從上模具的內頂板往下模具的方向延伸。多個棒狀物的每一者覆蓋多個發光晶片的每一者中的電極。下模具或者上模具具有螢光注入孔，透過其可注入螢光液。
本揭示由於形成晶圓等級的螢光層可改進產率。在形成螢光層後，不需要額外的研磨製程(lapping process)，而且因為不使用厚光阻，則製程簡便。因為螢光層的高度由考量每個發光元件晶片的特性來定義，因此可以改進使用所製的發光元件晶片的發光元件封裝的品質。
100‧‧‧發光元件晶片
110‧‧‧基底
120‧‧‧發光結構
121‧‧‧第一氮化層
122‧‧‧主動層
123‧‧‧第二氮化層
130、230‧‧‧第一電極
202‧‧‧發光元件晶片
210‧‧‧晶圓
211‧‧‧上表面
212‧‧‧晶圓
220‧‧‧GaN族半導體層
240‧‧‧下模具
242‧‧‧安裝槽
243、253‧‧‧框緣
250‧‧‧上模具
251‧‧‧剝離層
252‧‧‧棒狀物
254‧‧‧螢光液注入孔
255‧‧‧頂板
260、262‧‧‧螢光層
270‧‧‧保護膠帶
280‧‧‧切割膠帶
S‧‧‧街道
D‧‧‧距離
這些及/或其他觀點從結合隨附圖式以及對實施例的以下描述將變得顯而易見且易於理解，其中：圖1為根據本揭示一實施例之示例性發光元件晶片的示意剖面圖。
圖2A至圖2F為根據本揭示一實施例所繪示之藉由使用晶圓等級模具在發光元件晶片晶圓上製造螢光層的方法的圖示。
圖3為繪示橫越晶圓的直徑方向(diametric direction)上的發光元件晶片的峰值波長的測量結果的曲線圖。
現將詳細參考繪示於隨附圖式中的實施例、實例。在圖式中，類似的元件符號始終指稱類似的元件。為了清楚又簡便地描述，會誇大各構件的尺寸與厚度。亦可瞭解的是，當指稱某一層位於另一層或基底「上」
或「上方」時，此層可以直接位於其他層或基底上，或者在它們之間還可以存在介入層(intervening layer)。
圖1為根據本揭示一實施例之示例性發光元件晶片100的示意剖面圖。
參照圖1，於例如矽鋁(silicon aluminum,SiAl)基底或碳化矽(silicon carbide)基底之基底110上形成用於發光的發光結構120。發光結構120可包括依序堆疊在基底110上的第一氮化層121、主動層122、第二氮化層123。第一氮化層121與第二氮化層123可分別摻雜p型掺質與n型掺質的其中一種，第一氮化層121與第二氮化層123的摻質彼此互不相同。在目前的實施例中，第一氮化層121為n型氮化層，而第二氮化層123為p型氮化層。第一氮化層121可由InxGayAlzN所形成。第一氮化層121可為由單一成分所形成的單層或為具有不同成分的多層。
主動層122可為具有量子井層(quantum well layer)結構的多個主動層，其中交替形成GaN與InGaN。
第二氮化層123可由InxGayAlzN所形成。第二氮化層123可由單一成分所形成的單層或為具有不同成分的多層。
於第二氮化層123上形成第一電極130。第一電極130可為p型電極。由矽鋁所形成的基底110可作為n型電極。
在圖1中，繪示具有直立式電極結構的發光元件晶片100。然而，根據本揭示之發光元件晶片不以此為限。例如，發光元件晶片100可具水平式電極結構，至於其描述則省略。
為了在每個發光元件晶片上形成晶圓等級螢光層，在其上形成有多個發光元件晶片的晶圓上，螢光層可形成於除了電極區域(例如圖1的第一電極130)外之發光元件晶片的區域。
螢光層可藉由以厚光阻圖案覆蓋第一電極130而形成之。此方法相當複雜，因為其需要移除厚光阻圖案的製程以及為了控制螢光層的高度的研磨(lapping)製程。
以下描述在發光元件晶片上形成晶圓等級螢光層的方法。
圖2A至圖2F為根據本揭示一實施例所繪示之藉由使用晶圓等級模具在發光元件晶片晶圓上製造螢光層的方法的圖示。類似的元件符號用於指示與圖1之發光元件晶片100之構件實質上相同的構件，至於其描述則省略。
參照圖2A，於單晶圓210的上表面211上形成多個發光元件晶片202。在圖2A中，於單晶圓210上形成幾十個發光元件晶片202。然而，實際上，可於單晶圓210上形成幾千個發光元件晶片202。發光元件晶片202實質上可與圖1的發光元件晶片100相同。
晶圓210可由矽鋁所形成，且於晶圓210上形成氮化鎵(GaN)族半導體220。於GaN族半導體層220上形成第一電極230。發光元件晶片202可形成矩陣陣列。發光元件晶片202亦具有多種結構，例如可具有圖1之直立式發光元件晶片100的結構。GaN族半導體層220與第一電極230分別對應於圖1的半導體層120與第一電極130。
參照圖2B，製備下模具240與上模具250，以將晶圓210配置於
下模具240與上模具250之間。下模具240包括安裝晶圓210的安裝槽242以及圍繞晶圓210的框緣(rim)243。上模具250包括對應於下模具240之框緣243的框緣253。上模具250的框緣253與下模具240的框緣243互相支持並面向彼此。於上模具250與晶圓210之間形成一預定空間202，注入螢光液於預定空間202中。
上模具250包括多個棒狀物(rods)252，其從上模具250的頂板(ceiling)255延伸至發光元件晶片202的第一電極230。每個棒狀物252覆蓋第一電極230的上表面，且可覆蓋第一電極230的全部上表面，以避免第一電極在之後的螢光層塗覆製程中被螢光層塗覆。
於上模具250或下模具240中形成用於注入螢光液的螢光液注入孔254。在圖2B中，於上模具250中形成螢光液注入孔254。然而本揭示不限於此，且例如可於下模具240中形成螢光液注入孔254。
上模具250與下模具240可由一般金屬所形成，例如鐵或鋁。
回去參照圖2B，於下模具240的安裝槽242上安裝晶圓210。晶圓210經配置以接觸安裝槽242。接著，上模具250與下模具240被夾住，從而棒狀物252覆蓋發光元件晶片202的第一電極230。
在圖2B中，為便於闡述，繪示三個發光元件晶片以及對應於三個發光元件晶片的上模具與下模具。然而，實際上，可於上模具與下模具之間配置具有多於三個發光元件晶片(例如，幾千個發光元件晶片)的晶圓。
參照圖2C，經由形成在上模具250上的螢光液注入孔254供入
螢光液，以於發光元件晶片202上形成螢光層260。也就是說，將螢光液供入上模具250與晶圓210之間的空間中。螢光液可為包括分佈有螢光微粒的矽氧樹脂(silicon resin)或環氧樹脂(epoxy resin)的液體。對於發射白光的發光元件而言，發光元件晶片可為發射藍光的發光元件晶片，且螢光微粒可為黃色螢光體，或為紅色螢光體與綠色螢光體之混合的螢光體。
由螢光液注入孔254注入的螢光液在棒狀物252之間流動而覆蓋除了電極230所在區域外之上模具250與晶圓210之間的空間中的每個發光元件晶片202。螢光層260亦充滿發光元件晶片202之間的區域，亦即圖2A所示的街道S。
發光元件晶片202的上表面與上模具250的頂板255之間的距離D對應於發光元件晶片202上的螢光層260的厚度，螢光層260的厚度可大約為70μm。然而，螢光層260的適宜厚度會隨發光元件晶片202的峰值波長而變化。
圖3為繪示橫越晶圓210中心的直徑方向上的發光元件晶片202的峰值波長的曲線圖。參照圖3，發光元件晶片202的峰值波長將近為約438.9奈米至約448.4奈米。發光元件晶片202的峰值波長依照其位置而不同。在峰值波長相對高的區域，螢光層260會有相對小的厚度；而在峰值波長相對低的區域，螢光層260會有相對大的厚度。為達到此目的，預先控制發光元件晶片202的上表面與上模具250的頂板255之間的距離D。例如，如果峰值波長為相對高(如3奈米)時，可縮小距離D至約1μm至約20μm。
一般而言，晶圓上的發光元件晶片的發光特性一律依照其在同樣批次製程中的位置而改變。而且，因為在晶圓上同心(concentric)位置處的發光元件晶片的發光特性彼此相似，取代測量晶圓上每個發光元件晶片的發光特性的作法是：在測量直徑方向上的發光元件晶片的發光特性後，直徑方向上的發光元件晶片的發光特性可應用至於對應的同心位置處的多個發光元件晶片。在同樣的批次製程中不必測量每個晶圓上之多個發光元件晶片的峰值波長。因此，可依據批次製程以預定圖案來形成上模具250中的距離D。
可於上模具250上形成剝離層(release layer)251，例如鐵氟龍塗層。剝離層251可使晶圓便於從上模具250剝離，其中螢光層260形成在晶圓210上。當棒狀物252接觸到第一電極230時，剝離層251亦可保護第一電極230。
參照圖2D，晶圓210與下模具240以及上模具250分離。螢光層260形成在晶圓上，而不形成在發光元件晶片的第一電極230上。
參照圖2E，保護膠帶270貼在晶圓210上，保護膠帶270提供固定晶圓210並同時保護螢光層260的表面。繼而，利用研磨機(未繪示)來研磨晶圓210的下表面，以得到晶圓210的所欲厚度。例如，厚度為500μm的晶圓210可被研磨以得到厚度150μm的晶圓212。接著移除保護膠帶270。
參照圖2F，在將晶圓212置於切割膠帶280上後，藉由切割晶圓212使發光元件晶片202分離。在切割過程中，移除發光元件晶片202之間
的螢光層260，因此螢光層262只留在每個發光元件晶片202上。切割膠帶280可為任何黏著膠帶，且因此並無具體定義。例如，切割膠帶280可為紫外線膠帶(UV tape)或為熱固型膠帶。切割膠帶280可具有約50μm至約200μm的厚度。
已分離的發光元件晶片202用於透過封裝製程製造發光元件封裝，至於其描述則省略。
目前的實施例描述直立式發光元件晶片。然而，本發明不限於此。例如，若於GaN半導體層上形成p型電極與n型電極，可在上模具上形成對應於每個發光元件晶片的兩個電極的兩個棒狀物，且在螢光液注入時，兩個電極可被覆蓋。至於此描述則省略。
雖然本揭示已參考示例性實施例具體繪示及描述，所屬技術領域中具有通常知識者將理解，在不違背如以下申請專利範圍所定義的本發明的精神及範圍下，可做形式上與細節上的各種變化。
202‧‧‧發光元件晶片
210‧‧‧晶圓
220‧‧‧GaN族半導體層
230‧‧‧第一電極
240‧‧‧下模具
242‧‧‧安裝槽
250‧‧‧上模具
251‧‧‧剝離層
252‧‧‧棒狀物
254‧‧‧螢光液注入孔
255‧‧‧頂板
260‧‧‧螢光層
S‧‧‧街道
D‧‧‧距離
Claims (10)
- 一種形成發光元件晶片晶圓的螢光層的方法，所述方法包括以下步驟：在下模具與上模具之間夾住具有多數個發光元件晶片的晶圓，以在所述晶圓與所述上模具之間形成一空間；藉由將螢光液注入所述空間，以在所述晶圓上形成螢光層；以及將所述晶圓從所述下模具與所述上模具卸下。
- 如申請專利範圍第1項所述的形成發光元件晶片晶圓的螢光層的方法，其中夾住所述晶圓的步驟包括通過從所述上模具的頂板延伸的多數個棒狀物來覆蓋所述發光元件晶片的電極。
- 如申請專利範圍第2項所述的形成發光元件晶片晶圓的螢光層的方法，在夾住所述晶圓之前，更包括在所述上模具上形成剝離層，其中所述剝離層使所述晶圓在所述晶圓的卸下步驟中便於剝離。
- 如申請專利範圍第2項所述的形成發光元件晶片晶圓的螢光層的方法，更包括以下步驟：測量由所述發光元件晶片晶圓的每個所述發光元件晶片所發射的峰值波長；以及依據所述發光元件晶片的所述峰值波長，調整所述上模具的頂板與的所述發光元件晶片之對應的上表面的距離。
- 如申請專利範圍第4項所述的形成發光元件晶片晶圓的螢光層的方法，其中所述距離隨著所述發光元件晶片的所述峰值波長變大而減小。
- 如申請專利範圍第1項所述的形成發光元件晶片晶圓的螢光層的 方法，更包括以下步驟：將保護膠帶貼至所形成的所述螢光層；研磨所述晶圓的下表面以得到所述晶圓的所欲厚度；移除所述保護膠帶；將所述晶圓置於切割膠帶上；移除所述多數個半導體晶片之間的所述螢光層；以及將所述切割膠帶與所述晶圓分離。
- 一種藉由使用晶圓等級模具形成發光元件晶片晶圓的螢光層的方法，所述方法包括：測量由每個形成於晶圓上的發光元件晶片所發射的峰值波長；將所述晶圓安裝於下模具上；夾住上模具至所述下模具，以在所述晶圓與所述上模具之間形成一空間；藉由將螢光液注入所述空間，以在所述晶圓上形成螢光層；以及將所述晶圓從所述下模具與所述上模具剝離，其中從所述發光元件晶片的上表面至所述上模具的頂板的距離依據所述發光元件晶片的所述峰值波長來調整。
- 如申請專利範圍第7項所述的藉由使用晶圓等級模具形成發光元件晶片晶圓的螢光層的方法，其中所述夾住包括使用由面對所述下模具之所述上模具的頂板延伸的多數個棒狀物來覆蓋所述發光元件晶片的電極。
- 如申請專利範圍第7項所述的藉由使用晶圓等級模具形成發光元 件晶片晶圓的螢光層的方法，在所述夾住之前，更包括在所述上模具上形成剝離層，其中所述剝離層使所述上模具在所述剝離步驟中便於從所述晶圓剝離。
- 如申請專利範圍第7項所述的藉由使用晶圓等級模具形成發光元件晶片晶圓的螢光層的方法，其中所述距離隨著所述發光元件晶片的所述峰值波長變大而減小。
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