TW201938353A - 半導體元件的異質材料結合方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種半導體元件的異質材料結合方法，先形成圖案化的接合膠於一第一基板，再將欲與該接合膠接合的半導體元件與該接合膠接合後令該接合膠固化，而可更易於在該半導體元件表面形成一由該接合膠固化後而得的功能層，而可提升該功能層的厚度均勻性。
Description
本發明是有關於一結合方法，特別是指一種用於半導體元件的異質材料結合方法。
習知要於半導體元件頂面形成一層與該半導體元件頂面的材料不同的功能層時，一般可以利用黏貼、噴塗、點膠等方式形成。然而，利用黏貼方式需再考量黏膠的可靠度且不易批量製作；噴塗方式則容易造成半導體元件除了頂面之外，在周圍表面也會沾染到該功能層的材料；而以點膠方式形成功能層時，由於該功能層需有一定厚度，因此，會因為材料內聚力及表面張力的影響而造成膜厚不均的缺點，此外，還容易會有材料溢流的問題產生。以該半導體元件為發光元件，該功能層是含有可用以改變發光元件出光波長的波長轉換材料為例，若形成於發光元件頂面的該功能層的膜厚不均，則會造成出光顏色差異的問題。
因此，本發明之目的，即在提供一種半導體元件的異質材料結合方法。
於是，本發明的半導體元件的異質材料結合方法，包含下述步驟。
步驟A，準備一第一基板。
步驟B，於該第一基板上形成一圖案化的接合膠。
步驟C，將至少一半導體元件的待接合表面與該接合膠接合，並將該接合膠固化形成一功能層。
本發明之功效：先形成圖案化的接合膠於一第一基板，再將欲與該接合膠接合的半導體元件與該接合膠接合固化，形成一功能層於半導體元件上。而可更易於控制形成在該半導體元件表面的該功能層的厚度均勻性。
在本發明被詳細描述前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
本發明半導體元件的異質材料結合方法可應用於在一半導體元件表面形成一材料與該半導體元件的接合面的材料不同之功能層之一封裝結構，該封裝結構則可視其結構及用途，決定是否再進行後續製程。
參閱圖1、2，本發明半導體元件的異質材料結合方法的一第一實施例是以該半導體元件為一光電元件半成品，且該光電元件半成品於形成該功能層後仍需進行後續製程為例說明，然實際實施時並不以此態樣的半導體元件為限。
該光電元件半成品具有一基材2、一底電極41，及一形成於該底電極41上的作動層3，該作動層3為半導體膜層結構，可於接收電能後對外發出預定波長的光。由於該光電元件半成品的相關膜層結構及材料為技術領域者所習知，且非為本發明之重點，故於此不再多加說明。
要說明的是，前述該光電元件半成品僅為用以說明本發明該結合方法，於實際實施時其結構並無特限制，例如，該光電元件半成品結構也可以具有水平導通結構的光電元件，如此，即可無需具有該底電極41。
該第一實施包含以下步驟：
步驟11，準備一第一基板100。
詳細地說，該第一基板100的目的為用於形成塗層，並可於後續移除即可，可選自玻璃、陶瓷基板，或軟性基板等基板材料，但不限於此。
接著進行步驟12，於該第一基板100上形成一圖案化的接合膠101。
詳細地說，該步驟12是以網印方式，將一印刷膠材利用一具有預定圖案的網板對該第一基板100的表面印刷，而於該第一基板100形成圖案與該網板的圖案相應的該圖案化的接合膠101。由於該接合膠101是利用網印方式形成，因此，其膜厚及圖案可以藉由印刷參數的控制及網板的圖案設計，而可更精確的控制並具有更多樣的圖案變化。於本實施例中，該圖案化的接合膠101具有多個概成陣列排列並彼此間隔的接合膠塊102。其中，每一個接合膠塊102依實際應用的需要，可具有至少一鏤空區，且每一個接合膠塊102具有一膠塊接合面102a用以與後續半導體元件之第一接合面3a接合，該膠塊接合面102a與該半導體元件之第一接合面3a表面積實質相同，或者，兩接合面的表面積差異不大於10%。
具體的說，該印刷膠材包括一主材料，該主材料可選自透光的有機或無機材料，例如，該印刷膠材可選自環氧樹脂、矽膠或是耐高溫(＞150℃)抗UV的含氟高分子材料等；另外，該印刷膠材也可以是於該主材料中再進一步添加有其它功能性的添加材料，如波長轉換材料或量子點材料等，而令該圖案化的接合膠101可具有不同特性。例如當該印刷膠材是包含該主材料與波長轉換材料，而該半導體元件為一發光件時，則該圖案化的接合膠101後續可用於改變發光件對外發出的光色，以及，當該印刷膠材包含該主材料與波長轉換材料，而該半導體元件為發光件時，則該接合膠101經固化後相對於轉換後的光波長之穿透率，可以達到50%以上。
此外，要說明的是，形成於該接合膠塊102的該鏤空區的目的是為了後續製程的需求，例如該鏤空區可用於後續於該光電元件半成品上形成電極或進行電連接製程，因此，若後續不需再進行其它製程則可無需形成該鏤空區。
然後進行步驟13，將多個半導體元件與該圖案化的接合膠101接合並將該圖案化的接合膠101固化形成一功能層5，並於該等半導體元件的第二接合面形成一第二基板200，其中，該第二接合面遠離該第一接合面3a、該第一基板100以及該接合膠101。
以下細部說明該步驟13，並同時參閱圖2及圖3以為補充。該步驟13是以「單元」操作方式令「一個光電元件半成品」為一單元，該光電元件半成品可包含該至少一作動層3、該底電極41、及該子基板2，又如前所述，當選用具有水平導通的光電元件半成品時(圖未示)，則該光電元件半成品可包含該子基板2及該作動層3，關於該作動層3、底電極41及子基板2之功能為習知技藝者所熟悉，茲此不贅述。分別將多個單元的光電元件半成品以其第一接合面3a朝向該等接合膠塊102的膠塊接合面102a並將該等接合膠塊102與該等光電元件半成品接合後，再將該接合膠101固化而形成該功能層5，然後，再於該等半導體元件的第二接合面上形成該第二基板200。在此實施例中，該光電元件半成品的第二接合面即是該子基板2遠離該第一基板100的表面2a。
以下再參閱圖2及圖3進一步說明。該功能層5具有多個由該等接合膠塊102固化後形成的固化塊51，且每一個固化塊51具有至少一與該接合膠塊102之鏤空區相應的鏤空區511。該第二基板200則選擇易於移除的材料，例如光解黏膠帶、或是熱解黏膠帶。於本實施例中，該第二基板200是以照UV光後可解黏的光解黏膠帶(UV tape)為例說明。
接著進行步驟14，將該第一基板100移除，並自每一個該固化塊51的該鏤空區511形成一個上電極42或多個上電極42(圖未示)。
詳細的說，該步驟14是利用機械剝離或雷射燒蝕等方式將該第一基板100移除令該功能層5的表面露出。由於利用機械剝離或雷射燒蝕等方式移除暫時基板等為本技術領域者所習知，因此不再多加贅述。
接著，可利用網印方式或是點膠方式於該等固化塊51的鏤空區511形成導電材料，並將導電材料固化後即可分別於該等鏤空區511形成與該作動層3連接的該等上電極42，而得到多個光電元件。
最後，進行步驟15，令該等光電元件與該第二基板200分離。
具體的說，於本實施例中該第二基板200是選自光解黏膠帶，因此，該步驟15是利用UV光照射該第二基板200，令該第二基板200於UV光照射的區域喪失黏性，使該區域的該等光電元件自該第二基板200脫落而與該第二基板200分離，即可得到單個於該作動層3頂面形成有該功能層5的光電元件。
參閱圖4、5，本發明半導體元件的異質材料結合方法一第二實施例，其實施流程與該第一實施例大致相同，不同處在於該第二實施例於該步驟13是將形成於晶圓上的複數光電元件半成品，直接與該等接合膠塊102黏接。且於該步驟14之後為實施步驟16，不實施如圖1的該步驟15。
詳細的說，該步驟13是直接利用以半導體製程形成於一晶圓(此時該晶圓即視為該第二基板200)的複數個分別具有該底電極41與該作動層3的光電元件半成品，將該等光電元件半成品以第一接合面3a與該等接合膠塊102的膠塊接合面102a黏接；該步驟16則是利用切割方式切割該第二基板200(晶圓)，令該等光電元件彼此分離，而得到單個於該作動層3頂面形成有該功能層5的光電元件。值得注意的是，當選用具有水平導通的光電元件半成品時(圖未示)，則該等底電極41可以省卻。
此外，要說明的是，當前述該第一實施例及該第二實施例的該等半導體元件於形成該功能層5的表面後續無需進行其它製程時，於執行該步驟14時僅需將該第一基板100移除，不需再形成該等上電極42，即可進行該步驟15或步驟16。
以下參考圖4及圖6來說明本發明異質材料結合方法的一第三實施例。該第三實施例包含步驟71~75，該步驟71~75分別與該第二實施例的該步驟11~16相近似，相同部份茲此不贅述。該第三實施例的特別之處在於：該步驟73的該等光電元件半成品非以「單元」操作的方式與該等接合膠塊102黏合，而是先準備一第二基板200，將該等光電元件半成品以與位於該第一基板100表面之該等接合膠塊102相對應的位置，固定於該第二基板200的表面，再將載有該等光電元件半成品的該第二基板200與載有該等接合膠塊102的該第一基板100對位黏合並固化，或是先準備一第二基板200，複數個該等光電元件半成品已預先固定於該第二基板200的表面，該第一基板100表面之該等接合膠塊102以與位於該等光電元件半成品相對應的位置，成形於該第一基板100的表面，再將載有該等光電元件半成品的該第二基板200與載有該等接合膠塊102的該第一基板100對位黏合並固化。
也就是說，該第三實施例不同於該第二實施例之處在於，該等光電元件半成品並非是經由半導體製程直接形成在原成長晶圓，而是將該等半導體半成品轉移至一不同於原成長晶圓的基板(即該第二基板200)，再將該等光電元件半成品固定(晶)於該第二基板200以進行後續步驟。本實施例中該第二基板200可以選用不同於原成長的晶圓且散熱性較佳的材料，例如氧化鋁或氮化鋁，而可更提升切割後相互分離的光電元件的可靠度及效能，對於應用於半導體元件間距(＜0.1mm)與半導體元件表面積(＜0.01mm2)較小時的異質材料接合，本方法可更易於提升製程良率與生產效率。
另外，要說明的是，於一些實施例中，當該第一基板100為透明且於形成該功能層5後無需再於該作動層3上進行其它製程時，則該等接合膠塊102與該等半導體元件3貼合後，也可無需移除該第一基板100，而是將該第一基板100與該第二基板200複合後的元件視為一模組，並令該第一基板100作為一保護該等半導體元件及固化塊51的保護層。此方式對應用於半導體元件間距(＜0.1mm)與半導體元件表面積(＜0.01mm2
)較小時的異質材料接合，可更易於提升製程良率與生產效率。舉例來說，當該功能層5包含波長轉換材料時，該第一基板100相對於轉換後的光波長穿透率大於50%。
配合參閱圖1、5、6、7，於一些實施例中，該步驟12、72也可以是利用多次網板印刷的方式，而於該第一基板100印刷形成具有不同圖案、或是不同材料、或是不同組合成份的圖案化的接合膠101。例如，可以利用3次或多次網印，將3種或多種分別摻合可發出不同波長的波長轉換材料的印刷膠材，分別形成於該第一基板100，而於該第一基板100形成3或多種具有預定圖案分佈並可分別發出不同波長的接合膠塊102。圖7中是以光色波長轉換後可發出紅光、綠光、藍光3種不同波長的接合膠塊102以交錯排列方式，以及因為波長轉換材料摻合濃度相異而可形成波長轉換後具有色溫相異的3種或多種白光光色之接合膠塊102(圖7中，以R、G、B表示可發出不同波長的接合膠塊102，以W1
~W3
表示可發出不同色溫白光的接合膠塊102)為例說明，實際實施時不以此結構態樣為限。因此，以該第一實施例的該步驟16或該第三實施例的步驟75為例，可沿每一個接合膠塊102的間隙切割(如沿圖7所示的A-A、B-B線切割)，而得到具有該功能層5為紅色(或其它光色)之最小發光單元102b；或者，可沿圖7所示的A’-A’、B’-B’線切割，以形成具有複數個不同或部份相同的波長轉換材料的功能層5所組成的複合發光單元102c。其中，每一個複合發光單元102c所包含的最小發光單元102b的個數，可依實際需要及應用而決定其切割方式，不以本圖式所揭露的方式為限。
綜上所述，本發明將欲形成於該半導體元件表面且與該表面的構成材料不同的該功能層5，先利用網印方式於該第一基板100形成多個接合膠塊102，由於該等接合膠塊102是利用網印方式形成，因此，後續將該等接合膠塊102連接於該等半導體元件，並經固化後所形成的該功能層5的厚度均勻性佳。而當該半導體元件為一發光件，該功能層5是含有波長轉換材料時，由於以本方法形成於該發光件表面的該功能層5的整體厚度均勻性佳，因此，可提升該發光件最終對外發出之光色均勻性。此外，由於該功能層5是經由接合膠塊102硬化後而得，而該等接合膠塊102的圖案可藉由印刷網板的設計預先控制，且厚度也可藉由網印參數控制，而可具有更佳的製程便利性，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
11~16‧‧‧步驟
51‧‧‧固化塊
71~75‧‧‧步驟
511‧‧‧鏤空區
2‧‧‧子基板
100‧‧‧第一基板
2a‧‧‧表面
101‧‧‧接合膠
3‧‧‧作動層
102、R、G、B、W1~W3‧‧‧接合膠塊
3a‧‧‧元件第一接合面
102a‧‧‧膠塊接合面
41‧‧‧底電極
102b‧‧‧最小發光單元
42‧‧‧上電極
102c‧‧‧複合發光單元
5‧‧‧功能層
200‧‧‧第二基板
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一文字流程圖，說明本發明的第一實施例； 圖2是一流程示意圖，輔助說明圖1； 圖3是一俯視示意圖，輔助說明圖2中的接合塊； 圖4是一文字流程圖，說明本發明的第二實施例； 圖5是一流程示意圖，輔助說明圖4； 圖6是一文字流程圖，說明本發明的第三實施例；及 圖7是一俯視示意圖，說明結合膠的另一排列態樣。
Claims (18)
- 一種半導體元件的異質材料結合方法，包括： 步驟A，準備一第一基板； 步驟B，於該第一基板上形成一圖案化的接合膠；及 步驟C，將至少一半導體元件的待接合表面與該接合膠接合並將該接合膠固化，以令該接合膠形成一功能層。
- 如請求項第1項所述半導體元件的異質材料結合方法，其中，該至少一半導體元件具有一由半導體材料構成的作動層，該接合膠是接合於該作動層表面，且該膠合膠的材料與該待接合表面的材料不同。
- 如請求項第1項所述半導體元件的異質材料結合方法，其中，該步驟B是利用網板印刷方式形成該圖案化的接合膠。
- 如請求項第1項所述半導體元件的異質材料結合方法，其中，該第一基板可選自玻璃、氧化鋁、氮化鋁，或軟性基板。
- 如請求項第1項所述半導體元件的異質材料結合方法，還包含一步驟D，移除該第一基板。
- 如請求項第5項所述半導體元件的異質材料結合方法，其中，該步驟D是利用機械剝離或雷射燒蝕，將該第一基板移除。
- 如請求項第1項所述半導體元件的異質材料結合方法，其中，該接合膠具有多個彼此間隔並成陣列排列的接合膠塊，該步驟C是將多個半導體元件分別與該等接合膠塊接合。
- 如請求項第7項所述半導體元件的異質材料結合方法，其中，每一個接合膠塊具有至少一令與該接合膠塊相應結合的半導體元件的表面裸露的鏤空區。
- 如請求項第1項所述半導體元件的異質材料結合方法，其中，該接合膠包含一主材料及分散於該主材料的添加材料，該主材料可選自透光的有機或無機材料，該添加材料為波長轉換材料。
- 如請求項第9項所述半導體元件的異質材料結合方法，其中，該接合膠具有多個接合膠塊，且該等接合膠塊的波長轉換材料可為部份不同。
- 如請求項第5項所述半導體元件的異質材料結合方法，該步驟C還進一步將一第二基板接合於該至少一半導體元件遠離該第一基板的表面，令該至少一半導體元件夾設固定於該第一基板與該第二基板之間。
- 如請求項第11項所述半導體元件的異質材料結合方法，其中，該異質材料結合方法還包含一執行於該步驟D之後的步驟E，該步驟E是令該至少一半導體元件與該第二基板分離。
- 如請求項第1項所述半導體元件的異質材料結合方法，其中，該步驟C是將多個形成於一第二基板的半導體元件同時與該接合膠接合。
- 如請求項第13項所述半導體元件的異質材料結合方法，其中，該接合膠具有多個彼此間隔並成陣列排列的接合膠塊，該等接合膠塊以相對該等半導體元件於該第二基板的位置形成於該第一基板，再將具有該等半導體元件的該第二基板以該等半導體元件遠離該第二基板的表面同時與該等接合膠塊接合。
- 如請求項第1項所述半導體元件的異質材料結合方法，其中，該接合膠具有多個彼此間隔並成陣列排列的接合膠塊，該步驟C是先將多個半導體元件以該接合膠塊相對該第一基板的位置形成於一第二基板，再將具有該等半導體元件的該第二基板以該等半導體元件遠離該第二基板的表面同時與該接合膠塊接合。
- 如請求項第13項或第15項所述半導體元件的異質材料結合方法，還包含一步驟F，該步驟F是切割該第二基板，以令該等半導體元件彼此分離。
- 如請求項第16項所述半導體元件的異質材料結合方法，還包含一執行於該步驟C與該步驟F之間的步驟D，該步驟D是移除該第一基板。
- 如請求項第13項或第15項所述半導體元件的異質材料結合方法，其中，該第一基板為透明，且該第一基板相對於轉換後的光波長穿透率大於50%。
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