TWI385818B - 在基板上配置粉末層之方法及在基板上具有至少一粉末層之層狀架構 - Google Patents

在基板上配置粉末層之方法及在基板上具有至少一粉末層之層狀架構 Download PDF

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Description

在基板上配置粉末層之方法及在基板上具有至少一粉末層之層狀架構
本發明係一種在基板之基板表面上配置粉末層之方法。此外，本發明還包括一種在基板之基板表面上具有至少一粉末層之層狀架構。
例如，前面提及之基板是一種半導體元件，例如是一種轉換發光二極體(LED)。轉換發光二極體可以具有一個發光二極體(Light Emitting Diode)，在這個發光二極體的表面上，也就是在構成前面提及之基板表面上，設有一個轉換層。半導體元件及轉換層構成一個層狀架構。例如，轉換層具有一種陶瓷螢光粉末。螢光粉末之類的發光材料的任務是將發光二極體發出的電磁一次幅射轉換成電磁二次幅射。
形成層狀架構的第一個步驟是將轉換層設置在半導體基板的半導體表面上，這個半導體基板(晶圓)可以具有多個發光二極體。半導體基板的發光二極體並不一定都適於作為轉換發光二極體。形成層狀架構後需能夠以簡單的方式將轉換層從表面上去除。
本發明的目的是提出一種在基板的一個基板表面上配置粉末層之方法，而且很容易就可以去除掉在基板表面上特定位置的粉末層。
為了達到上述目的，本發明提出一種在基板的一個基板表面上配置一個含有粉末的粉末層之方法，這種方法的步 驟如下：a)準備半導體基板及基板表面；b)將粉末及一種增附劑的混合物設置在基板表面上；c)將增附劑去除；d)將粉末層固定在基板表面上。
本發明的方法可以形成一種新式的層狀架構，也就是在基板的一個基板表面上至少具有一個含有粉末的結構化粉末層。
利用以下本發明之方法的至少一種實施方式可以形成一種新式的層狀架構，也就是在基板的一個基板表面上至少具有一個含有粉末的結構化粉末層。首先可以在基板表面形成一個略微黏著的粉末層。接著再將粉末層固定在基板表面上。將粉末層結構化的工作可以在固定前或固定後進行。本發明之方法的實施方式至少有一種可以被用來製造轉換發光二極體。粉末層可以構成一個設置在發光二極體上的轉換層。可以使用具有多個發光二極體的半導體晶圓來製造轉換發光二極體。可以在晶圓表面的特定區域上形成轉換層。
本發明的一個基本想法是首先以一種容易被去除掉的方式將粉末層設置在基板表面上。利用增附劑就可以達到這個要求，因為增附劑可以很容易就被去除掉。將增附劑去除掉之後，粉末顆粒和基板表面之間就會形成微弱的黏著力，以及粉末顆粒之間也會形成黏著力。前句提及的微弱的黏著力來自微弱的附著力及黏滯力(例如凡得瓦爾力)。由於粉末顆粒和基板表面之間只有微弱的附著力及黏 滯力，因此很容易就可以將粉末層去除掉。
只要是能夠使粉末附著在基板表面上，並能協助形成粉末層的材料都可以作為增附劑。例如水、有機溶劑、無機黏習劑、以及有機結合劑等均可作為增附劑。例如乙醇、酯類、酮類等有機溶劑。增附劑和粉末混合形成彌散混合物。結合劑的特徵是可以交聯，因而有助於層的形成。例如因結合劑硬化而產生交聯。無機結合劑的一個例子是水玻璃(Na2 SiO3 或K2 SiO3 )。有機結合劑的一個例子是丙烯酸脂結合劑。也可以將上述增附劑混合在一起使用。例如以水及乙醇的混合作為為增附劑。另外一種方式是將有機結合劑及有機溶劑混合在作為增附劑，例如將丙烯酸結合劑及酮類混合在一起作為增附劑。
應根據所使用的增附劑決定以何種方法將增附劑去除掉。以一種溶劑(水或有機溶劑)作為增附劑是最簡單的情況，只需以提高溫度及/或降低環境氣壓，即可將溶劑從基板表面去除掉。如果是以一種有機結合劑作為增附劑，則可以提高溫度將結合劑燒掉。在選用結合劑時要注意的是，當溫度升高到將結合劑燒掉的溫度時，基板仍然要能夠忍受這個溫度。例如，對半導體基板而言，可以使用一種在相當低的溫度(最高不超過350℃)就會被燒掉的結合劑。但是對玻璃基板而言，則所使用的結合劑只需在到達玻璃基板的軟化溫度之前會被燒掉即可。
有多種不同的方法可以將粉末及增附劑的混合物設置在基板表面上。應根據所使用的粉末、增附劑、以及基板的基板表面決定要使用何種方法。
例如，可以利用印刷法將前面提及的混合物印在基板表面上。例如網版印刷法就是一種常用的印刷法。使用印刷法時，混合物是由粉末及作為增附劑的有機結合劑構成的一種可印刷的軟膠。這種軟膠被印刷在基板的基板表面上。
此外，也可以利用一種電泳法來完成這個工作，也就是利用電泳(接通一個電場)將粉末顆粒鍍在基板表面上。例如可以經由一個導電的基板表面接通一個電場。使用電泳法時，最好是以極性的溶劑(例如水及/或乙醇)作為增附劑。
此外，也可以利用一種沉降法來完成這個工作。這種方法是將基板浸泡到一個裝有增附劑(例如一種溶劑)及粉末之混合物的容器內。這樣基板表面就會被混合物浸濕及/或覆蓋住。由於粉末的密度大於增附劑，因此粉未就會沉積出來。粉末”下降”到基板表面，並沉積在基板表面上。待沉積完成後，就可以將增附劑(例如一種溶劑)去除掉。利用沉降法可以形成一個均勻的粉末層。可以經由調整溶劑的密度，改變粉末的沉積速度。
此外，還可以將另外一種結合劑設置在粉末層上，作為固定之用。例如可以利用滴落、噴灑、壓印、或是印刷等方法來完成這個工作。這另外一種結合劑的特徵是會浸透粉未層及/或蓄積在粉末層的空隙中，並將粉末層固定在基板上。例如可以使用一種在塗到粉末層上後可以用加熱及/或照射光線的方式使其硬化的有機結合劑。此外，也可以用水玻璃作為固定粉末層用的結合劑。如果是要將粉末層固定在一種半導體基板上，則使用含有聚矽氧烷(silicone)的結合劑是一種很好的選擇，也就是說可以用聚矽氧烷或 是含有聚矽氧烷的結合劑作為這種情況時的另外一種結合劑。
此外，設置混合物、去除增附劑、及/或固定粉末層等工作也可以用區域性的方式進行，也就是以結構化的方式進行。例如可以只將混合物設置在基板表面上的特定區域。但是更好的方式是將設置上去的鬆動及/或僅略微附著之粉末層的特定區域(所希望的區域)去除掉，及/或將特定的區域固定住。例如先將大面積的混合物設置在基板表面上。接著將混合物中的增附劑去除掉，形成一個僅略微附著在基板表面上的大面積的粉末層。然後將僅略微附著之粉末層的特定區域去除掉。這樣剩下的僅略微附著之粉末層就會被結構化。例如可以利用刷除、刮除、液體沖洗、或是氣體衝擊等方式將粉末層的特定區域去除掉。最後再將留在基板表面上僅略微附著之粉末層固定在基板表面上。另外一種可行的方式是先將一個未結構化的僅略微附著之粉末層設置在基板表面上。然後在去除掉增附劑後，將僅略微附著之粉末層的特定區域固定在基板表面上。最後再將剩下的僅略微附著之粉末層的區域去除掉，這樣就可以得到一個結構化之固定在基板表面上的粉末層。上述方法可以搭配遮罩使用。以上提及的將粉末層結構化的方法可以單獨使用，也可以和其他的方法合併使用。
本發明使用的粉末可以是任意一種有機或無機材料。例如所使用的粉末是一種金屬粉末。最好是使用陶瓷粉末。例如一種含有陶瓷螢光物質的粉末。如前面所述，陶瓷螢光物質可以被使用在轉換發光二極體的轉換層中。
本發明的方法可以一次完成。這表示只有一個粉末層被設置在基板的基板表面上。另外一種可能的方式是將本發明之方法的所有步驟或單一步驟重複進行多次。這樣就可以形成多個粉末層。例如可以用不同的粉末重複執行步驟b)及步驟c)，這樣就可以形成一個由多個上下堆疊在一起且含有不同粉末之粉末層構成的多層架構。最後可以僅執行步驟d)一次。這樣就可以一次就把所有僅略微附著的粉末層固定住。也可以是每當步驟b)及步驟c)被執行一次，就將所形成的僅略微附著的粉末層固定住。也就是說除了步驟b)及步驟c)會被重複執行外，步驟d)也會被重複執行。
本發明使用的基板可以是任意一種基板。例如一種陶瓷基板或玻璃基板。此外，也可以使用半導體基板。半導體基板可以僅含一個半導體元件，也可以具有多個半導體元件。基板可以包含一片晶圓，也可以就是一片晶圓。可以將大面積之僅略微附著的粉末層設置在晶圓的一個晶圓表面上。
如果是使用具有多個半導體元件的半導體基板，則固定僅略微附著之粉末層的步驟可以在將晶圓分割成個別的半導體元件之前或之後進行。如果是在分割之後才進行固定步驟，則要確保僅略微附著之粉末層的附著強度要達到分割動作(例如鋸開)所要求的附著強度。
以上描述的方法至少有若干實施方式具有下列優點中的一種或數種優點：-- 利用增附劑可以使粉末層僅略微附著在基板的基板表面上，因此在後面的步驟中很容易就可以將粉末層去除 掉。這個優點對於轉換發光二極體尤為重要：否則就必須以加熱將轉換層中的結合劑燒掉，才能夠將轉換層從發光二極體表面去除。但是這種加熱去除的方式對轉換發光二極體而言是不可行的，因為可能要用很高的溫度才能將所使用之具有適當光學性質(例如對主要電磁幅射具有足夠的穩定性)的結合劑燒掉，而發光二極體本身最高只能忍受400℃的溫度。
-- 利用本發明的至少一種實施方式可以將粉末層以結構化的方式設置在基板的一個基板表面上。這個優點對於整片晶圓都要加工的場合尤為重要。因為這樣在製造過程中可以使現有的資源獲得最佳的利用。
-- 在將轉換層設置在發光二極體上時，本發明的至少一種實施方式具有特別的優點：很容易就可以改變粉末層的厚度，例如設置多個粉末層，或是事後再將僅略微附著的粉末層弄薄。經由改變轉換層的厚度可以調整轉換發光二極體的色度座標(發射波長)。
以下配合圖式及實施例進一步說明本發明的其他優點、有利的實施方式、以及其他的改良方式。
第1圖顯示的層狀架構是由一個基板(1)及設置在基板表面(11)上的一個粉末層(2)所構成，其中基板是一個發光二極體，粉未層是一個含有陶瓷螢光物質的轉換層。
第2A至2E圖顯示將轉換層設置在發光二極體上的步驟：將螢光物質(21)及一種在較低溫度下就會被燒掉之作為增附劑(22)用的丙烯酸脂結合劑混合成一種軟膠(20)，然 後以印刷或刮刀塗抹的方式將軟膠(20)設置在基板(1)的基板表面(11)上(第2A圖)。然後將結合劑(22)硬化。這樣就可以形成一個具有足夠附著力的粉末層，以承受後續加工步驟(分割)可能出現的機械荷載。
如第2B圖所示，下一個步驟是分割出個別的半導體元件(10)。如第2℃圖中以箭頭(3)表示的溫度作用方向，在將半導體元件(10)分割出來並加以分類後，將溫度升高到300℃，以便燒掉結合劑(23)。如第2D圖所示，這樣就會形成一個僅略微附著在基板上的粉末層(2)，之後可以將附著在不適當的發光二極體上的這個粉末層以刷除或沖洗方式去除掉。如第2E圖所示，接著以聚矽氧烷作為額外的結合劑(23)將附著在適當的發光二極體上的粉末層(2)固定住。如第2D圖所示，這個過程是將聚矽氧烷(23)滴到發光二極體(10)上。
除了可以如第2A圖所示將軟膠(20)以大面積的方式設置在基板表面上之外，另外一種可行的方式是如前面所述將軟膠以區域性的方式設置在基板表面上(第3A圖)。除此外下，接下來的步驟都和第2圖的實施方式一樣。可以在粉末層(2)被固定住後，再將基板(1)分割成個別的發光二極體(10)，不過在第3圖中並未將這個步驟繪出。
此外，也可以如第3B圖所示將額外的結合劑(23)滴在未結構化之僅略微附著的粉末層(2)的特定區域上將粉末層(2)結構化。這個過程可以搭配使用一個遮罩(4)。在將該額外的結合劑(23)滴在粉末層(2)的特定區域上後，可以如前面所述將未被該額外的結合劑(23)固定住之粉末層(2)的區域 去除掉。另外一種可行的方式是在使用該額外的結合劑(23)之前，就先將粉末層(2)的這些區域去除掉。
第4A至4E圖顯示形成具有多個粉末層的層狀架構之方法的一種實施方式。如第4A圖所示，第一個步是如第2A及2℃圖將一種粉末(21)及一種增附劑(22)的混合物設置在基板表面(11)上。如第4B圖所示，接著去除增附劑(22)，形成一個僅略微附著的粉末層(2)。如第4℃圖所示，接著以同樣的方式將額外的粉末(25)及額外的增附劑(26)的混合物(24)設置在粉末層(20)上。該額外的粉末(25)和粉末(21)可以是相同也可以是不同的粉末；該額外的增附劑(26)和增附劑(22)可以是相同也可以是不同的增附劑。接著將該額外的增附劑(26)去除掉，形成另外一個僅略微附著在粉末層(2)上的粉末層(2)。另外一種可行的方式是可以再形成更多的僅略微附著的粉末層。如第4E圖所示，接著如第2D及2E圖以額外的結合劑(23)這個至少由兩個粉末層(2，5)構成的層狀架構固定住。另外一種可行的方式是在形成粉末層(2)/粉末層(5)之後立即以該額外的結合劑(23)將粉末層(2)/粉末層(5)固定住。
1‧‧‧基板
2‧‧‧粉末層
3‧‧‧溫度作用方向
4‧‧‧遮罩
5‧‧‧粉末層
10‧‧‧LED
11‧‧‧基板表面
20‧‧‧軟膠
21‧‧‧粉末/螢光物質
22‧‧‧增附劑
23‧‧‧結合劑/聚矽氧烷
25‧‧‧粉末
26‧‧‧增附劑
以下的圖式都只是示意圖，並非按照正確的比例關係繪製。
第1圖：層狀架構的一種實施方式的示意圖。
第2A至2E圖：形成層狀架構之方法的另外一種實施方式的示意圖。
第3A及3B圖：本發明之方法的另外一種實施方式之 個別步驟示意圖。
第4A至4E圖：形成層狀架構之方法的另外一種實施方式的示意圖。
1‧‧‧基板
2‧‧‧粉末層
11‧‧‧基板表面

Claims (17)

  1. 一種在基板(1)的基板表面(11)上配置含有粉末的粉末層(2)的方法，具有以下的步驟：a)提供具有基板表面的基板；b)將含有粉末及增附劑(adhesion promoter)的混合物施加在基板表面上；c)將增附劑去除；以及d)將粉末層固定在基板表面上，其中用不同的粉末重複執行步驟b)及步驟c)，以製得具有多個上下堆疊的含有不同粉末之粉末層的多層架構。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中增附劑選自水、有機溶劑、無機結合劑(inorganic binder)、或是有機結合劑(organic binder)。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項的方法，其中利用印刷法來施加混合物。
  4. 如申請專利範圍第1項的方法，其中利用電泳法來施加混合物。
  5. 如申請專利範圍第1項的方法，其中利用沉降法(sedimentation process)來施加混合物。
  6. 如申請專利範圍第1項的方法，其中為了固定而將額外的結合劑施加在粉末層上。
  7. 如申請專利範圍第6項的方法，其中所使用的額外的結合劑是聚矽氧烷(silicone)。
  8. 如申請專利範圍第1項的方法，其中分區地進行混合物的施加、增附劑的去除、及/或粉末層的固定。
  9. 如申請專利範圍第1項的方法，其中所使用的粉末為陶瓷粉末。
  10. 如申請專利範圍第9項的方法，其中所使用的陶瓷粉末為含有陶瓷螢光物質的粉末。
  11. 如申請專利範圍第1項的方法，其中在製得多層架構後，執行步驟d)以便在單一的固定步驟中將多層架構之全部的層固定在一起。
  12. 如申請專利範圍第1項的方法，其中除了執行步驟b)及步驟c)外，也重複執行步驟d)。
  13. 如申請專利範圍第1項的方法，其中所使用的基板為半導體基板。
  14. 如申請專利範圍第13項的方法，其中該半導體基板具有多個半導體元件。
  15. 如申請專利範圍第14項的方法，其中在固定之前或之後將該半導體基板的半導體元件個別分割開來。
  16. 一種層狀架構，在基板的基板表面上具有至少一個經結構化的且含有粉末的粉末層，其中將如申請專利範圍第1項至第15項中任一項的粉末層配置在基板表面上。
  17. 如申請專利範圍第16項的層狀架構，其中基板是LED，以及粉末層是轉換層。
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