TWI419359B - Structure and fabrication method of AC type flip - chip light emitting diode - Google Patents

Description

交流式覆晶發光二極體之結構及其製造方法

本發明係有關於一種交流式發光二極體之結構與製造方法，其尤指一種交流式覆晶發光二極體之結構與製造方法。

按，光電產業之快速發展，光源之一的發光二極體(Light Emitting Diode；LED)由於具有省電的焦點，其係已大量廣泛地應用於各種照明或需光源之領域，於光電領域中佔有舉足輕重的地位，正因如此，世界各國廠商莫不投入大量資源於相關技術的開發，而於2005之韓國漢城半導體與美國III-N Technology的產品發表會更說明了交流式發光二極體(AC LED)產品之發展趨勢，係成為全球性廠商之開發趨勢。

惟，從交流式發光二極體之技術發展至今，已有一種改善早期交流式發光二極體無法於交流電正負半周訊號輸入時皆可發光(全時發光)之問題的橋式交流式發光二極體結構，其主要係利用惠斯登電橋(Wheatstone Bridge)的設計概念，以使交流式發光二極體於交流電正負半周訊號輸入時的每一瞬間僅有總數1/2的交流電之發光現象得以改善。

然，橋式之交流式發光二極體結構中之整流元件係直接使用交流式發光二極體，其係產生兩項主要缺點，其一，由於單一整流元件(單一顆交流電發光微晶粒)逆向偏壓承受力不佳，故所使用之整流元件的數量係無法減少，亦即，必需藉由多顆交流電發光微晶粒串聯於惠斯登電橋之一臂上才可承受由交流電所施加的逆向偏壓，以市電110V來說，由交流電訊號所施加的逆向偏壓峰值約為156V(110×√2)，因此，交流電訊號正或負半波所流經路徑之交流電發光微晶粒共需約20顆，以平均承擔逆偏，避免被逆偏擊穿的風險，故，整流元件總數約需要20顆×2=40顆(交流電訊號正及負半波所流經路徑之交流式發光二極體)，而用以發光之交流式發光二極體數量則被壓抑至110V/3.1V(每顆交流式發光二極體之致動電壓)-20(用以整流之交流式發光二極體數量)=15顆，由此可知，會產生用以整流之交流式發光 二極體之數量係遠大於用以發光之交流式發光二極體之數量的情事，且由於整流與發光元件(交流式發光二極體)兩者所耗損的能量相同，故而會使得輸入功率浪費於整流元件的比例居高不下，而產生整體效率不佳之情事；其二，雖相較於早期交流式發光二極體之設計，其發光面積已有增加，但仍有為數不少的整流元件因於逆偏時不會發光而造成整體發光面積的浪費。

再者，請參閱TWI297200所申請之一種交流發光體以及交流發光裝置，尤指一種利用具有高逆向崩潰電壓以及低正向開啟電壓特性之整流元件進行整流的交流發光體以及交流發光裝置，請參閱第一圖所示，於基板上之整體面積之發光面積並不等於基板面積，由於此專利之設計造成須於基板上有一固定區域以設置整流電路，故，造成發光面積所縮小。

綜合上述，交流式發光二極體之主要設計為光源之使用，如何提高其發光效率為一主要課題，而交流式發光二極體之使用於人類之家庭式使用較為廣泛，故解決上述之問題實為一最大之課題。

本發明之主要目的，在於提供一種交流式覆晶發光二極體之結構及其製造方法，係於一基板崁設複數個二極體以做為整流之為用者，並設置複數個覆晶式發光二極體於該些二極體之上，以使發光效率等於該基板之面積。

為達上述所指稱之各目的與功效，本發明提供一種交流式覆晶發光二極體之結構及其製造方法，係於一基板崁設複數個二極體，並於該二極體之上設置複數個覆晶式發光二極體，以使該基板之面積可完全使用以設置覆晶式發光二極體。

茲為使 貴審查委員對本發明之技術特徵及所達成之功效更有進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例圖及配合詳細之說明，說明如後：為解決習知技術於基板上設置發光二極體時須空出面積以設置整流電路，無法完全使用該基板之面積，降低了其發光面積，本發明係為解決上述之問題以使基板之面積可完全設計。

首先，請參閱第二圖，其係為本發明之一較佳實施例之結構示意圖；如圖所示，本發明係為一種交流式覆晶發光二極體之結構，其主要結構包含有一基板10、一第一發光二極體晶片20與一第二發光二極體晶片30。

該基板10係崁設二相隔之一第一二極體100、一第二二極體200與相隔設之一第三二極體300與一第四二極體400；該第一發光二極體晶片20包含一第一電極22與一第二電極24，透過一第一凸塊40以使該第二電極24分別連接該第一二極體100與該第二二極體200；其中該第一二極體100與該第二二極體200係為相隔設，兩者之間具有一定距離，本發明進一步包含一第一絕緣件80，係設於該基板10之上，且設置於該第一二極體100與該第二二極體200之一第一相隔距離D1之上。

再者，該第一二極體100與該第二二極體200係包含一P型半導體102、202與一N型半導體104、204，該第一凸塊40係連接該第一二極體100之N型半導體104與該第二二極體200之N型半導體204。

又，該第一發光二極體晶片20之第二電極24係透過一第二凸塊50與一接點90相連接，該接點90係設置於該基板10之上，於該接點90與該基板10之間更進一步設置一絕緣層92，該第二發光二極體晶片30係包含一第三電極32與一第四電極34，且該接點90係透過一第三凸塊60與該第四電極34相連接，並透過一第四凸塊70使該第三電極32分別連接該第三二極體300與該第四二極體400；其中該第三二極體300與該第四二極體400係為相隔設，故兩者之間具有一第二相隔距離D2，本發明進一步包含 一第二絕緣件85，係設於該基板10之上，且設置於該第三二極體300與該第四二極體400之相隔距離之上。

再者，該第三二極體300與該第四二極體400係包含一P型半導體302、402與一N型半導體304、404，該第四凸塊70係連接該第三二極體300之P型半導體302與該第四二極體400之P型半導體402。

又，該第一發光二極體晶片20與該第二發光二極體晶片30係為覆晶式之固晶方式於該基板10之上，該第一發光二極體晶片20與該第二發光二極體晶片30係分別包含一第一半導體磊晶層38與一第二半導體磊晶層39，且該該第一發光二極體晶片20與該第二發光二極體晶片30係包含一透明基板26、36，其表面粗化程度係介於0.5nm與10um之間。

請參閱第三圖，其係為本發明之另一較佳實施例之結構示意圖；如圖所示，本發明之另一實施例與上一實施例不同之處係於該第一發光二極體晶片20與該第二發光二極體晶片30之間具有一分隔空間D3，於該分隔空間D3係設一分隔層94。

請參閱第四A圖至第四E圖，其係為本發明之一較佳實施例之製造流程圖；如圖所示，並同時參閱第二圖，本發明之交流式覆晶發光二極體之製造方法，其係步驟係包含提供一基板10，並蝕刻二相隔之一第一凹槽12、一第二凹槽14及二相隔一第三凹槽16與一第四凹槽18，及形成一絕緣層92於該基板之上10，並於該絕緣層92之上設置一接點90；分別組設一第一二極體100、一第二二極體200於該第一凹槽12與該第二凹槽14以及分別組設一第三二極體300與一第四二極體400與該第三凹槽16與該第四凹槽18；提供一組裝板96，該組裝板96係相對於該第一凹槽12與該第二凹槽14設置一第一發光二極體晶片20於該組裝板96之上，及，相對於該第三凹槽16與第四凹槽18設置一第二發光二極體晶片30與該組裝板96之上；將該基板10與翻轉該組裝板96以一第一凸塊40使該第一發光二極體晶片20與該第一二極體100、該第二二極體200相接，以一第二 凸塊50使該第一發光二極體晶片20與該接點90相接，以一第三凸塊60使該第二發光二極體30與該接點90相接，以一第四凸塊70以與使該第二發光二極體30與該第三二極體300、該第四二極體400相接；以及自該組裝板96分離該第一發光二極體晶片20與該第二發光二極體晶片30。

請參閱第五圖，其係為本發明之另一較佳實施例之結構示意圖；如圖所示，本發明之實施例相較於上述之實施例之差異為使用一共用基板，並以磊晶方式分別形成於一第一半導體磊晶層38及第二半導體磊晶層39，分別於該第一半導體磊晶層38與一第二半導體磊晶層39上形成該第一電極22、32與該第二電極24、34，再將該第一半導體磊晶層38與該第二半導體磊晶層39之進行粗化製程，其表面粗化程度係介於0.5nm與10um之間。

請參閱第六A圖至第六E圖，其係為本發明之另一較佳實施例之製造流程圖；如圖所示，並同時參閱第五圖，本發明之交流式覆晶發光二極體之製造方法，其係步驟係包含提供一基板10，並蝕刻二相隔之一第一凹槽12、一第二凹槽14及二相隔一第三凹槽16與一第四凹槽18，及形成一絕緣層92於該基板之上10，並於該絕緣層92之上設置一接點90；分別組設一第一二極體100、一第二二極體200於該第一凹槽12與該第二凹槽14以及分別組設一第三二極體300與一第四二極體400與該第三凹槽16與該第四凹槽18；提供一共用基板98，該共用基板98係相對於該第一凹槽12與該第二凹槽14磊晶形成一第一發光二極體晶片20之第一半導體磊晶層38於該共用基板98之上，及，相對於該第三凹槽16與第四凹槽18設置一第二發光二極體晶片30之第二半導體磊晶層39與該共用基板98之上；將該基板10與翻轉該共用基板98以一第一凸塊40使該第一發光二極體晶片20與該第一二極體100、該第二二極體200相接，以一第二凸塊50使該第一發光二極體晶片20與該接點90相接，以一第三凸塊60使該第二發光二極體30與該接點90相接，以一第四凸塊70以與使該第二發光二極體30與該第三二極體300、該第四二極體400相接；以及自該共用基板98分離該第一發光二極體晶片20與該第二發光二極體晶片30。

故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本發明較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10‧‧‧基板

12‧‧‧第一凹槽

14‧‧‧第二凹槽

16‧‧‧第三凹槽

18‧‧‧第四凹槽

20‧‧‧第一發光二極體

22‧‧‧第一電極

24‧‧‧第二電極

26‧‧‧透明基板

30‧‧‧第二發光二極體

32‧‧‧第三電極

34‧‧‧第四電極

36‧‧‧透明基板

38‧‧‧第一半導體磊晶層

39‧‧‧第二半導體磊晶層

40‧‧‧第一凸塊

50‧‧‧第二凸塊

60‧‧‧第三凸塊

70‧‧‧第四凸塊

80‧‧‧第一絕緣件

85‧‧‧第二絕緣件

90‧‧‧接點

92‧‧‧絕緣層

94‧‧‧分隔層

96‧‧‧組裝板

98‧‧‧共用基板

100‧‧‧第一二極體

102‧‧‧P型半導體

104‧‧‧N型半導體

200‧‧‧第二二極體

202‧‧‧P型半導體

204‧‧‧N型半導體

300‧‧‧第三二極體

302‧‧‧P型半導體

304‧‧‧N型半導體

400‧‧‧第四二極體

402‧‧‧P型半導體

404‧‧‧N型半導體

D1‧‧‧第一相隔距離

D2‧‧‧第二相隔距離

D3‧‧‧分隔空間

第一圖：其係為習知技術之AC發光二極體之結構示意圖；第二圖：其係為本發明之一較佳實施例之結構示意圖；第三圖：其係為本發明之另一較佳實施例之結構示意圖；第四A圖：其係為本發明之一較佳實施例之製造流程示意圖；第四B圖：其係為本發明之一較佳實施例之製造流程示意圖；第四C圖：其係為本發明之一較佳實施例之製造流程示意圖；第四D圖：其係為本發明之一較佳實施例之製造流程示意圖；第四E圖：其係為本發明之一較佳實施例之製造流程示意圖；第五圖：其係為本發明之另一較佳實施例之結構示意圖；第六A圖：其係為本發明之另一較佳實施例之製造流程示意圖；第六B圖：其係為本發明之另一較佳實施例之製造流程示意圖；第六C圖：其係為本發明之另一較佳實施例之製造流程示意圖；第六D圖：其係為本發明之另一較佳實施例之製造流程示意圖；及第六E圖：其係為本發明之另一較佳實施例之製造流程示意圖。

10‧‧‧基板

20‧‧‧第一發光二極體

22‧‧‧第一電極

24‧‧‧第二電極

26‧‧‧透明基板

30‧‧‧第二發光二極體

32‧‧‧第三電極

34‧‧‧第四電極

36‧‧‧透明基板

38‧‧‧第一半導體磊晶層

39‧‧‧第二半導體磊晶層

40‧‧‧第一凸塊

50‧‧‧第二凸塊

60‧‧‧第三凸塊

70‧‧‧第四凸塊

80‧‧‧第一絕緣件

85‧‧‧第二絕緣件

90‧‧‧接點

92‧‧‧絕緣層

100‧‧‧第一二極體

102‧‧‧P型半導體

104‧‧‧N型半導體

200‧‧‧第二二極體

202‧‧‧P型半導體

204‧‧‧N型半導體

300‧‧‧第三二極體

302‧‧‧P型半導體

304‧‧‧N型半導體

400‧‧‧第四二極體

402‧‧‧P型半導體

404‧‧‧N型半導體

D1‧‧‧第一相隔距離

D2‧‧‧第二相隔距離

Claims (11)

1. 一種交流式覆晶發光二極體之結構，其結構係包括：一基板，係崁設並相隔設之一第一二極體、一第二二極體與相隔設之一第三二極體與一第四二極體，上述四個二極體係分別包含一P型半導體及一N型半導體；一第一發光二極體晶片，係設置於該基板之上，該第一發光二極體係包含一第一電極與一第二電極，該第二電極透過一第一凸塊分別與該第一二極體以及該第二二極體之各該N型半導體相接，且該第一二極體以及該第二二極體兩者之間具有一第一相隔距離，該第一電極透過一第二凸塊與一接點相接，該接點係設置於該基板之上；以及一第二發光二極體晶片，係設置於該基板之上，且設置於該第一發光二極體之一側，該第二發光二極體晶片係包含一第三電極與一第四電極，該第四電極係透過一第三凸塊與該接點相接，該第三電極係透過一第四凸塊分別與該第三二極體以及該第四二極體之各該P型半導體相接，且該第三二極體以及該第四二極體兩者之間具有一第二相隔距離。
2. 如申請專利範圍第1項所述之交流式覆晶發光二極體之結構，其中該基板係為一導電基板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之交流式覆晶發光二極體之結構，其中該接點與該基板之間更進一步包含一絕緣層。
4. 如申請專利範圍第1項所述之交流式覆晶發光二極體之結構，其中該第一凸塊與該基板之間更進一步包含一第一絕緣件，該絕緣件之尺寸最小為該第一二極體與該第二二極體之該第一相隔距離，且設置於該第一二極體與該第二二極體相隔設之空間之上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之交流式覆晶發光二極體之結構，其中該第四凸塊與該基板之間更進一步包含一第二絕緣件，該絕緣件之 尺寸最小為該第一三極體與該第二四極體之該第二相隔距離，且設置於該第三二極體與該第四二極體相隔設之空間之上。
6. 如申請專利範圍第1項所述之交流式覆晶發光二極體之結構，其中該第一發光二極體晶片與該第二發光二極體晶片之間係包含一分隔空間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之交流式覆晶發光二極體之結構，其中該第一發光二極體晶片與該第二發光二極體晶片之間係設置一分隔層。
8. 如申請專利範圍第1項所述之交流式覆晶發光二極體之結構，其中該第一發光二極體晶片與該第二發光二極體晶片之結構係由下而上係包含：一半導體磊晶層；及一透明基板。
9. 如申請專利範圍第8項所述之交流式覆晶發光二極體之結構，其中該第一發光二極體晶片與該第二發光二極體晶片之透明基板之表面粗化程度係介於0.5nm與10um之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述之交流式覆晶發光二極體之結構，其中該第一發光二極體晶片與該第二發光二極體晶片之結構係包含一半導體磊晶層。
11. 如申請專利範圍第10項所述之交流式覆晶發光二極體之結構，其中該半導體磊晶層上方之表面粗化程度係介於0.5nm與10um之間。