TW201448285A - 發光二極體製造裝置以及發光二極體製造方法 - Google Patents

Abstract

當將單片化的螢光體片材貼附於LED的發光面時，在發光面與螢光體片材之間配置接著層會導致產生色調改變或在接著時進入氣泡等問題。本發明是利用LED製造裝置，將藉由加熱而發揮接著性的螢光體片材搭載於LED晶片上，上述LED製造裝置的特徵在於包括：夾頭，與上述螢光體片材接觸；臂部，具備上述夾頭；壓力調整部，對上述夾頭賦予負壓；移動部，使上述臂部在三維內移位；平台，配置有載置上述螢光體片材的上述LED，且設置有加熱上述LED的加熱部；以及控制器，控制上述壓力調整部與上述移動部。

Description

發光二極體製造裝置以及發光二極體製造方法

本發明是有關於一種發光二極體(Light Emitting Diode，LED)的製造裝置以及製造方法，尤其有關於一種將螢光體片材(sheet)載置在發光面的LED的製造裝置以及製造方法。

LED省電且壽命長，故而亦被用於照明用途。為了用於照明，要求發出白色光。LED的發光光譜(spectrum)依存於形成LED晶片(chip)的半導體材料，其發光色受到限制，因此，為了使用LED晶片而獲得白色光，必須在LED晶片上設置適於各個晶片的螢光體，而轉換發光波長。

具體而言，提出有如下方法等，即：在發出藍色光的LED晶片上設置黃色螢光體；在藍色LED晶片上設置紅色及綠色的螢光體；以及在發出紫外線的LED晶片上設置紅色、綠色、藍色的螢光體。該些之中，就LED晶片的發光效率或成本(cost)方面而言，目前最廣泛地採用在藍色LED晶片上設置黃色螢光體的方法、及在藍色LED晶片上設置紅色及綠色的螢光體的方法。

尤其較佳地利用將藍色LED與摻鈰釔鋁石榴石(Ce-doped Yttrium Aluminum Garnet，YAG：Ce)系黃色螢光體(鋁 酸釔石榴石(Yttrium Aluminate Garnet)螢光體)組合而成者。

白色LED是藉由如下方式製造：在被稱為表面黏著元 件(Surface Mount Device，SMD)封裝(package)的凹部的傾斜面形成有反射鏡的封裝中，對LED晶片進行黏晶(die bonding)及焊線接合(wire bonding)，並滴塗(dispense)分散有黃色螢光體或紅色及綠色螢光體的樹脂。

如此，由於白色LED是將藍色LED晶片與螢光體組合 而製作，故而存在色調根據螢光體相對於來自藍色LED晶片的藍色光的存在比率而微妙地變化的問題。該情況在如下方面存在問題，即：由於對SMD封裝滴塗分散有螢光體的樹脂材，故而不容易使螢光體的量在各個製品中相同。

針對該問題，提出如下方法：預先製作以規定濃度分散 有螢光體的片材，使該片材接著於LED晶片的發光面。螢光體片材具有如下優點(merit)：可預先管理螢光體的濃度及厚度，故而可大量地製作白色的色調相同的LED。

在專利文獻1中，揭示有如下發明：在LED晶片與封 裝基板一併貼附螢光體片材，其後切除多餘部分。在專利文獻2中，揭示有如下發明：將預先經單片化為適於LED晶片的尺寸的螢光體片材個別地貼附於LED晶片。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2011-233552號公報

[專利文獻2]日本專利特開2010-258281號公報

藉由使用螢光體片材，可使各LED晶片的色調的差異 均一化。但是，無論於一併貼附時，或個別地貼附時，為了處理螢光體片材，均對螢光體片材要求某種程度的強度。為了提高螢光體片材的強度，必須提高樹脂相對於螢光體的比率。然而，該情況會產生螢光體的含量變少的問題。又，由於將多餘部分的螢光體片材切斷，故而會產生浪費的材料，且亦會導致成本增加。

又，必須將LED晶片的發光面與螢光體片材之間接著。但是，在LED晶片的發光面與螢光體片材之間設置接著層會導致色調變化。因此，理想的是對螢光體片材本身賦予接著性。

但是，具有接著性的樹脂不容易具有作為片材的強度。此種螢光體片材具有脆性。因此，就通常的金屬的夾頭(collet)或抽吸孔而言，在進行拾取(pick up)時，螢光體片材會變形或破損。

即，為了使用如上所述的賦予有接著性的螢光體片材進行穩定的製造，期待用於將強度低的螢光體片材以不會損壞的方式逐一載置在各個LED晶片的製造裝置及製造方法。

本發明是鑒於上述問題而想出，尤其提供一種LED製造裝置及製造方法，其等可利用黏晶機(die bonder)，將螢光體的含量多且螢光體片材本身具有接著性的螢光體片材載置在LED晶片的發光面上，而完成LED。

更具體而言，本發明的LED製造裝置是使螢光體片材接著於發光面上，其特徵在於包括：夾頭，與上述螢光體片材接觸； 臂部(arm)，具備上述夾頭；壓力調整部，對上述夾頭賦予負壓；移動部，使上述臂部在三維內移位；平台(stage)，配置有載置上述螢光體片材的上述LED，且設置有加熱上述LED的加熱部；以及控制器，控制上述壓力調整部與上述移動部。

又，在上述LED製造裝置中，上述夾頭的特徵在於具有蕭氏硬度(Shore hardness)75~蕭氏硬度85的剛性，且包括直徑為0.1mm至0.15mm的抽吸用孔。

又，本發明的LED製造方法的特徵在於包括：將拉伸斷裂點伸長率(elongation at break)為0.5%以上且20%以下的螢光體片材吸附至夾頭的步驟；使上述夾頭移動至LED的載置位置的步驟；將上述螢光體片材載置在上述LED的發光面上的步驟；以及加熱上述LED的步驟。

關於本發明的LED製造裝置，由於夾頭使用具有彈性的材料且設置有非常微細的抽吸孔，故而可將具有脆性、易破損的螢光體片材穩定地從供給托盤(tray)移送至平台上的LED晶片。

又，在從供給托盤進行拾取時，在夾頭與螢光體片材之間未進入氣泡等，故而可實現高良率的製造。

又，在處理螢光體片材時，無需使用剝離層，且在裁剪螢光體片材時，幾乎未出現多餘。因此，可幾乎不產生浪費的螢 光體片材，而抑制成本增加。

1‧‧‧LED製造裝置

10‧‧‧平台

12‧‧‧支架

12a、12b‧‧‧支柱

12c‧‧‧樑

14‧‧‧頭部

14a‧‧‧臂部

16‧‧‧供給托盤

16a‧‧‧凝膠包

18‧‧‧載置台

18a‧‧‧加熱器

20‧‧‧夾頭

20a‧‧‧吸附面

20b‧‧‧抽吸用孔

20c‧‧‧槽

22‧‧‧抽吸管

24‧‧‧吹風器

26‧‧‧抽吸閥

28‧‧‧相機

30‧‧‧控制器

32‧‧‧溫度感測器

40‧‧‧螢光體片材

41‧‧‧LED晶片

Cx、Cy、Cz、Cθ‧‧‧控制訊號

Sc‧‧‧圖像訊號

S100、S102、S104、S106、S108、S110、S112、S114、S116、S150‧‧‧步驟

圖1是本發明的LED製造裝置概略圖。

圖2(a)、圖2(b)是LED製造裝置中所使用的夾頭的放大圖。

圖3是表示LED製造裝置的動作流程的流程圖。

以下，基於圖式對本發明的較佳的一實施方式進行說明。再者，以下的說明是例示本發明的一實施方式，並不限定於下述說明。可在不脫離本發明的主旨的範圍內，變更下述實施方式。

在圖1中表示本發明的LED製造裝置的構成。LED製造裝置1包括：平台10；支架(gantry)12，可在平台10上於Y軸方向移動；頭部(head)14，可在支架12上於X軸方向移動；載置台18，包括放置在平台10上的供給托盤16及加熱部(加熱器(heater))18a。又，在頭部14，設置有可在Z軸方向移動地受到支撐的臂部14a。

平台10被確保平面度。其目的在於使臂部14a的前端的夾頭20可精度良好地從平台10上方接近(approach)放置在平台10上的物體。支架12形成為在平行地設置於平台10的兩側的一對支柱12a、支柱12b之間架設有樑(beam)12c的門型形狀。 將延伸設置有支柱12a、支柱12b的方向稱為Y軸方向。樑12c可在支柱12a、支柱12b上於Y軸方向移動地受到支撐。

以高精度確保樑12c相對於平台10水平。即，無論在 樑12c的哪一部分進行測定，從樑12c至平台10表面為止的距離均在容許誤差的範圍內相同。又，樑12c相對於支柱12a、支柱12b的延伸設置方向呈直角配置。將沿著樑12c的方向稱為X軸方向。

在樑12c，安裝有可沿支架12的樑12c移動的頭部14。 在頭部14配設有臂部14a，該臂部14a可在與X軸及Y軸呈直角的方向移動。將該方向稱為Z軸方向。Z軸方向是從頭部14下降至平台10上的垂線的方向。又，頭部14亦可對臂部14a賦予以Z軸方向為樞軸的旋轉運動。將其稱為θ軸方向。

又，在臂部14a的前端安裝有夾頭20。由於夾頭20抽 吸對象物，故而將抽吸用的抽吸管22配置在臂部14a中。抽吸管22與吹風器(blower)24連通。在抽吸管22的中途，設置有抽吸閥26，該抽吸閥26控制如下操作：使吹風器24與抽吸管22內為氣密並使抽吸管22內為負壓；或切斷抽吸管22與吹風器24的連結，使抽吸管22至夾頭20之間漏氣而成為大氣壓。抽吸管22、吹風器24及抽吸閥26構成對夾頭20賦予負壓的壓力調整部。

又，亦可在頭部14一併設置有相機(camera)28。相機28對夾頭20所吸取的對象物及對象物的載置位置進行確認。若為包括相機28的構成，則即便將對象物載置在供給托盤16上時的位置或斜率有少許偏差，亦可正確地搭載(黏著(mount))。又，亦可對載置夾頭20所吸取的對象物的LED晶片的載置位置 進行確認。

控制器30是使用控制訊號Cx、Cy、Cz、Cθ控制管理 朝X軸方向、Y軸方向、Z軸方向及θ軸方向的移動的驅動馬達(motor)(未圖示)。包含朝該些四個方向的驅動馬達及控制驅動馬達的控制器30而構成黏晶機的「移動部」。

再者，此處，對分別存在管理朝X軸方向、Y軸方向、 Z軸方向及θ軸方向的移位的馬達的情況進行說明，但「移動部」並非僅限定於該構成。例如亦可利用代替X軸方向及Y軸方向而朝半徑方向及中心角方向移位的形態。

又，當搭載有相機28時，亦可對來自相機28的圖像訊 號Sc進行圖像處理，基於其結果來控制移動部。又，控制器30與抽吸閥26連接，控制抽吸閥26的開閉。即，可謂，壓力調整部是由控制器30進行控制。

在圖2中表示夾頭20的吸附面20a的圖(圖2(a))及 側視圖(圖2(b))。夾頭20是以數mm見方的大小在吸附面20a形成抽吸用的抽吸用孔20b。又，亦可形成將用於抽吸的抽吸用孔20b彼此連結的槽20c。又，在本發明的LED製造裝置1中，不會將夾頭20壓抵於螢光體片材後提起，故而夾頭20的吸附面為平面。在LED製造裝置1中，夾頭20是直接接觸於容易破損且亦容易變形的螢光體片材40(參照圖1)的部分。

此種直接接觸於脆弱的螢光體片材40的夾頭20的材 質，若為如通常所使用的金屬，則過硬。必須為更具有彈性的材質。又，亦必須使抽吸用孔20b為「小的抽吸用孔」。此處，所謂「小的抽吸用孔」是如下所述直徑為0.1mm至0.2mm左右的孔。 其原因在於：螢光體片材40會有因抽吸時的壓力而變形或破損，在搭載於LED晶片41(參照圖1)時咬入空氣泡之虞。

但是，若使夾頭20的材質具有彈性，則形成小的抽吸 用孔20b變得困難。其原因在於：具有彈性且柔軟的材料容易變形，小的抽吸用孔20b會因與加工同時或在加工後的周圍溫度而堵塞。

因此，必須選定硬度不如金屬且能夠確實地開口形成有 0.1mm左右的抽吸用孔的材質。作為滿足該要求的材質，較佳地選擇具有蕭氏硬度75~蕭氏硬度85(A75~A85)的硬度的橡膠或樹脂材料。再者，蕭氏硬度是使用硬度計(durometer)(A型(type))，基於新日本工業標準(Japanese Industrial Standards，JIS)6253進行測定。

螢光體片材40的大小為1mm見方至數mm見方左右的 大小，故而夾頭20的吸附面20a為大致1mm見方至1.5mm見方左右的大小。形狀為大致四邊形且形成有例如十二個抽吸用孔20b。抽吸用孔20b的大小較佳為0.1mm至0.15mm。若為0.2mm以上，則螢光體片材40會變形。又，若為0.1mm以下，則無法吸附。再者，抽吸用孔20b為0.5mm至0.7mm左右的深度。

再者，關於此種夾頭20，在製作夾頭20的母體後穿通設置抽吸用孔20b並不容易。因此，利用鑄孔進行製作，該鑄孔是使材料流入至以超級鋼(super steel)製作的模具並進行脫模。

此處，對螢光體片材40進行說明。螢光體片材40是將使YAG：Ce系等黃色螢光體的微粒子分散於矽酮(silicone)系樹脂並塗佈成片狀且進行乾燥所得者切斷為規定大小而成者(例如 參照日本專利特開2013-1791號公報)。膜厚較佳為以10μm至200μm的範圍形成。

該螢光體片材40是在100℃至130℃的溫度下軟化而具 有接著性。因此，在載置於LED晶片41時，若預先加熱LED晶片41，則無需使用接著劑。

然而，在加熱前的狀態下，拉伸斷裂點伸長率為0.1% 至20%，拉伸彈性模數為270MPa至1500MPa左右。因此，當為非常薄的狀態時，即便為1mm見方左右亦無彈性，又，因微小的變形而破損。

再者，螢光體片材40的拉伸斷裂點伸長率及拉伸彈性 模數是以如下方式測定。利用剃刀(razor)將以規定的厚度製作而成的螢光體片材40切斷，製作十片10mm×60mm(其中，抓持部為兩端的5mm)的尺寸的試片。作為試驗裝置，使用作為依據JIS-B-7721(2009)的拉伸試驗機的TENSILON UTM-II-20(東洋鮑德溫(Toyo Baldwin)(股)製造)。

將試片的兩端的5mm安裝並固定在試驗機的夾具(夾 具間隔15mm)，以50mm/min(25℃、50%RH的環境下)的拉伸速度進行拉伸試驗。拉伸彈性模數及拉伸斷裂點伸長率是依據JIS-K-6251(2010)而求出。

製作形成有各種直徑的抽吸用孔20b的夾頭20，對此種螢光體片材40進行抽吸試驗。抽吸的吹風器24為通常所使用者。用於試驗的螢光體片材40為厚度10μm且1.5mm見方的大小。試驗是從供給托盤16拾取螢光體片材40，並載置在LED晶片41上。在載置於LED晶片41上的狀態下，若為在發光面與螢光體 片材40之間未進入氣泡且螢光體片材40未破損的狀態，則設為「OK」，除此以外設為「NG」。將結果示於表1中。

參照表1，若孔徑(直徑)為0.2mm以上，則在LED晶片41的發光面與螢光體片材40之間發生氣泡的進入。上述情況是在夾頭20抽吸螢光體片材40時，螢光體片材40以向抽吸用孔20b的內部凹陷的方式變形，該凹陷是在與LED晶片41的發光面之間形成氣泡者。又，由於螢光體片材40向抽吸用孔20b的內部凹陷，故而亦發生「帶回」，「帶回」是指螢光體片材40嵌合於夾頭20，而未在LED晶片41的發光面被釋放(release)，直接以附著於夾頭20的狀態返回至原來的位置。

另一方面，當孔徑為0.15mm以下時，氣泡的進入、螢光體片材40的破損及「帶回」均不會產生。再者，當抽吸用孔20b的直徑為0.2mm以上時，亦嘗試減弱吹風器24的抽吸力，從而控制抽吸力。但是，若減弱抽吸力，則起初便無法吸取螢光體片材40。因此，理想的是利用抽吸用孔20b的大小調節是否可拾取。

供給托盤16被放置在平台10上。具有被確保相對於平台10的面平行的底面。在供給托盤16中，配置凝膠包(gel pack)16a。預先切斷為載置在LED晶片41上的大小的螢光體片材40被配置在凝膠包16a上。由於凝膠包16a柔軟，故而會吸收夾頭 20與螢光體片材40接觸時的衝擊。因此，抑制螢光體片材40的破損。

載置台18亦被放置在平台10上。與供給托盤16同樣 地，具有被確保相對於平台10的面平行的底面。載置台18是配置有載置螢光體片材40的LED晶片41者。又，在載置台18，設置有加熱器18a。加熱器18a為加熱部。該加熱部可將載置台18上的LED晶片41加熱到100℃至130℃。又，亦可在載置台18設置有溫度感測器(sensor)32。溫度感測器32及加熱器18a的電源亦可構成為連接於控制器30，且控制器30控制加熱部。

關於具有以上構成的LED製造裝置1，一面參照圖3的 流程，一面說明其動作。螢光體片材40是在預先成形為片狀，且被切斷為規定的大小後，配置在供給托盤16上，且被放置在平台10上。放置有供給托盤16的平台10上的位置是預先決定的。又，LED晶片41亦預先配置在載置台18上的載置位置。

當開始(start)處理時(步驟(step)S100)，進行初始 設定(步驟S102)。在初始設定中，設定供給托盤16與載置台18的位置、或載置順序等。繼而進行結束判定(步驟S104)，若為結束(步驟S104的Y分支)，則結束(步驟S150)。結束判定是可在結束將所準備的螢光體片材40全部搭載於LED晶片41的情況下，或者在發生某些故障(trouble)的情況下等進行判斷。若未結束(步驟S104的N分支)，則使處理過渡至下一流程。

接下來，控制器30對載置台18上的LED晶片41的溫度進行確認(步驟S106)。若確認LED晶片41達到規定的溫度(步驟S106的Y分支)，則使頭部14移動至供給托盤16的螢光體片 材40(步驟S108)。在頭部14移動後，利用相機28確認螢光體片材40的位置及角度。此處，所謂角度是指供給托盤16上的螢光體片材40方向與夾頭20上的基準線的角度。

當螢光體片材40的位置與夾頭20的位置不一致時，使 頭部14微動而進行對位。又，當角度存在差異時，使臂部14a的θ軸旋轉，將夾頭20的基準線與螢光體片材40的方向對準。再者，該些微小的調整亦可包含於步驟S108中。

接下來，控制器30使臂部14a在Z軸方向移動，使夾頭20的吸附面20a下降至螢光體片材40的接觸位置(步驟S110)。此時，亦可在即將接觸之前進行減緩下降速度等操作。繼而，打開抽吸閥26，使螢光體片材40吸附至夾頭20的吸附面20a。

又，亦可在預先打開抽吸閥26後，使夾頭20的吸附面20a接近螢光體片材40。如此一來，在夾頭20接觸於螢光體片材40之前，將螢光體片材40吸附至夾頭20。即，由於從螢光體片材40側吸附至夾頭20，故而螢光體片材40不會受到夾頭20接觸時的衝擊。再者，亦可將該操作設為吸附螢光體片材40的步驟(步驟S110)。再者，亦可將打開抽吸閥26，從抽吸用孔20b抽吸空氣的操作稱為「對夾頭賦予負壓」。

接下來，使臂部14a朝Z軸方向的上方上升，且在Y軸方向移動，而移動至載置台18的規定位置(步驟S112)。此處，所謂規定位置是指LED晶片41的載置位置。利用相機28確認供螢光體片材40載置的LED晶片41，並確認位置及角度。當位置偏移時，進行微調整。又，當載置部位與夾頭20的基準線偏移時，利用θ軸對準。

使夾頭20朝Z軸方向的下方下降，而使螢光體片材40 的下表面移動至LED晶片41的發光面(載置部位)。控制器30將抽吸閥26關閉，而將螢光體片材40釋放(步驟S114)，並使夾頭20於Z軸方向上升。將螢光體片材40載置在LED晶片41的發光面後，則持續加熱規定時間而使螢光體片材40接著於發光面(步驟S116)。其後，流程返回至步驟S104。

藉由以上步驟，可製造螢光體片材接著於發光面而成的 LED。本發明的LED製造裝置是將所切斷的螢光體片材分別載置在每個LED晶片，故而螢光體片材幾乎不會出現浪費。

[產業上的可利用性]

本發明的LED製造裝置不僅可較佳地利用於製作將螢光體片材貼附於LED晶片的發光面的類型的LED，亦可利用於拾取脆弱的膜狀的片材且使其移動，將其載置在某物上等的所有用途。

1‧‧‧LED製造裝置

10‧‧‧平台

12‧‧‧支架

12a、12b‧‧‧支柱

12c‧‧‧樑

14‧‧‧頭部

14a‧‧‧臂部

16‧‧‧供給托盤

16a‧‧‧凝膠包

18‧‧‧載置台

18a‧‧‧加熱器

20‧‧‧夾頭

22‧‧‧抽吸管

24‧‧‧吹風器

26‧‧‧抽吸閥

28‧‧‧相機

30‧‧‧控制器

32‧‧‧溫度感測器

40‧‧‧螢光體片材

41‧‧‧LED晶片

Cx、Cy、Cz、Cθ‧‧‧控制訊號

Sc‧‧‧圖像訊號

Claims (7)

1. 一種發光二極體製造裝置，其使螢光體片材接著於發光面上，其特徵在於包括：夾頭，與上述螢光體片材接觸；臂部，具備上述夾頭；壓力調整部，對上述夾頭賦予負壓；移動部，使上述臂部在三維內移位；平台，配置有載置上述螢光體片材的上述發光二極體，且設置有加熱上述發光二極體的加熱部；以及控制器，控制上述壓力調整部與上述移動部。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體製造裝置，其中上述夾頭具有蕭氏硬度75~蕭氏硬度85的剛性，且包括直徑為0.1mm至0.15mm的抽吸用孔。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的發光二極體製造裝置，其中上述控制器是在吸附上述螢光體片材時，預先利用上述壓力調整部對上述夾頭賦予負壓後，使上述夾頭接近上述螢光體片材。
4. 一種發光二極體製造方法，其特徵在於包括：將拉伸斷裂點伸長率為0.1%以上且20%以下的螢光體片材吸附至夾頭的步驟；使上述夾頭移動至發光二極體的載置位置的步驟；將上述螢光體片材載置在上述發光二極體的發光面上的步驟；以及加熱上述發光二極體的步驟。
5. 如申請專利範圍第4項所述的發光二極體製造方法，其中上述夾頭具有蕭氏硬度75~蕭氏硬度85的剛性，且包括直徑為0.1mm至0.15mm的抽吸用孔。
6. 如申請專利範圍第4項或第5項所述的發光二極體製造方法，其中上述進行加熱的步驟是在100℃至130℃加熱上述發光二極體。
7. 如申請專利範圍第4項至第6項中任一項所述的發光二極體製造方法，其中在對上述夾頭賦予負壓的狀態下，使上述夾頭接近上述螢光體片材。