TWI447932B - 製備半導體發光二極體裝置安裝之製程 - Google Patents
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Description
本發明大體上係關於半導體發光裝置，且特定言之本發明係關於處理半導體發光裝置安裝。
諸如發光裝置(LED)之半導體發光裝置提供有效光源，且較白熾電燈泡及螢光管更穩固。例如在商業及住宅照明應用中，LED技術及處理中之改進有助於將該等裝置用作傳統光源之替代物。
可使用可增強光輸出及/或保護裝置之多種材料來囊封LED。該等材料可改良在接觸點之間的電絕緣、對子基板之熱轉移、機械安裝可靠性及/或燈與裝置之改良耦接。
仍存在對用於囊封發光裝置之改良製程的需要。
根據本發明之一態樣，提供一種用於製備一半導體發光裝置安裝之製程。該發光裝置具有一用於安裝至一子基板的安裝面。該製程涉及處理該發光裝置之除該安裝面之外的至少一個表面以降低該至少一個表面之一表面能量，使得當安裝該發光裝置時，一在該安裝面與該子基板之間塗覆的側填滿材料經抑制而以免污染該至少一個表面。
處理該至少一個表面可涉及處理該發光裝置之至少一個側壁表面。
處理該至少一個表面可涉及處理該發光裝置之至少一個發光表面。
該發光裝置可包括一主發光表面及至少一個第二發光表面，該第二發光表面可操作以發出較該主發光表面少的光，且處理可涉及處理該至少一個第二發光表面。
處理該至少一個表面可涉及處理一其上形成有該發光裝置之透明基板的側壁。
處理可涉及將一處理材料塗覆至該發光裝置之該至少一個表面。
塗覆該處理材料可涉及塗覆一包含有機分子及一可蒸發溶劑之處理材料。
塗覆該處理材料可涉及塗覆一包括在一氟溶劑中之碳氟化合物的處理材料。
塗覆該處理材料可涉及塗覆一包括重量小於15%之碳氟化合物的處理材料。
塗覆該處理材料可涉及以下各者中的一者：將該至少一個表面浸入一液體處理材料中；將該處理材料噴射至該至少一個表面上；及產生一緊靠該至少一個表面之一液體處理材料的噴霧，該噴霧可操作以用該液體處理材料塗佈該至少一個表面。
浸入可涉及將該至少一個表面浸入一包括選擇性地附著至該至少一個表面之組份的液體處理材料中。
該製程可涉及選擇性地處理該子基板以降低該子基板之至少一個部分的一表面能量，使得當安裝該發光裝置時，該側填滿材料經抑制而以免污染該子基板之該部分。
選擇性地處理該子基板可涉及選擇性地處理一包含一陶瓷材料及一矽材料中的一者的子基板。
選擇性地處理該子基板可涉及將一處理材料塗覆至該子基板，且將該子基板之一區域曝露至電磁輻射以選擇性地改變在該區域上之該處理材料的一特徵，該改變使得該子基板之該選擇性地曝露之區域及該子基板之一未曝露區域中的一者具有降低之表面能量。
該安裝面可包括至少一個電極表面，且該製程可涉及將該至少一個電極表面接合至一在該子基板上之對應傳導表面，使得該安裝面與該子基板間隔開。
該製程可涉及側填滿一在該間隔開之安裝表面與該子基板之間的間隙。
根據本發明之另一態樣，提供一種用於在一子基板上安裝一半導體發光裝置之製程。該製程涉及在一介質上黏著地安裝一包括複數個發光裝置之晶圓，一與該等發光裝置中的每一者相關聯之安裝面與該介質接觸。該製程進一步涉及將該晶圓分割為個別發光裝置，該等個別發光裝置仍與該介質接觸且具有相鄰之間隔開之曝露表面。該製程亦涉及處理該等個別發光裝置之曝露表面以降低該等曝露面之一表面能量，且自該介質移除該發光裝置。該製程進一步涉及將該發光裝置之該安裝面接合至該子基板，且利用一側填滿材料來側填滿一在該安裝面與該子基板之間的間隙，該側填滿材料經抑制而以免污染該發光面之該等經處理之曝露面。
該製程可進一步涉及在處理之前拉伸該介質，以使得一在該等個別發光裝置之間的間距被展延以進一步有助於處理。
分割該晶圓可涉及使用一分割刀片來分割該晶圓，該分割刀片具有一足以使得在分割後該等曝露表面充分分隔開的寬度以有助於對該等曝露表面之處理。
安裝面可包括至少一個電極表面，且接合可涉及在該電極表面與一在該子基板上之對應傳導表面之間引入一傳導接合材料且加熱該發光裝置及該子基板，以使得該傳導接合材料將該至少一個電極表面接合至在該子基板上之該對應傳導表面。
該製程可進一步涉及在側填滿之後，自該發光裝置移除該處理材料。
在連同隨附圖考察本發明之特定實施例的以下描述後，一般熟習此項技術者將易於瞭解本發明之其他態樣及特徵。
參看圖1，在10處整體展示一種經製備以用於由根據本發明之第一實施例之製程而安裝的半導體發光裝置。發光裝置10安裝於一子基板12上。
在一實施例中，發光裝置10包括一基板層30，其上磊晶成長一n型傳導率半導體材料層32。發光裝置10進一步包括：一磊晶成長作用層34，其在n型層32上；及一磊晶成長p型傳導率半導體材料層36，其在作用層34上。
發光裝置10進一步包括：一反射p電極層38，其形成於p型層36之外表面上；及一n電極層40，其形成於n型層32上。電極38及電極40可使用反射金屬材料形成，且有助於發光裝置10與子基板12之連接，以將電流供應至裝置。p電極38包括一安裝面50，且n電極40包括一安裝面48。安裝面48及安裝面50有助於裝置之稍後安裝。
當將正向偏壓電壓施加至發光裝置(亦即，使p電極38與n電極40均為正且p電極38比n電極40大)時，正向偏壓電流流動穿過p型層36、作用層34及n型層32，且在作用層中產生光子。在作用層34中產生之光子在所有方向上入射，且入射至反射p電極38上之光子向回反射穿過p型層36、作用層34及n型層32，穿過基板層30，且作為光自一主發光表面42發出。直接入射至n型層32上之來自作用層34的其他光子穿過n型層、穿過基板層30，且作為光自主發光表面42發出。大體而言，在作用層34中產生之大部分光將穿過主發光表面42在由箭頭44所展示之方向上發出。然而，少部分光可穿過其他表面(諸如，側壁表面46)而發出。
在一實施例中，子基板12包含一電絕緣材料(諸如，陶瓷材料)，且子基板包括一第一電接觸區域14及一第二電接觸區域16，各自形成於子基板之外表面上且由一絕緣間隙20分離。可藉由在子基板12上沈積金屬材料(諸如，金)而形成第一電接觸區域14及第二電接觸區域16，且有助於與子基板12之電連接。
在使用覆晶安裝技術來安裝發光裝置10之實施例中，安裝面48及安裝面50大體上共面。覆晶安裝意指一種安裝技術，其中在基板(諸如，基板層30)上製造發光裝置10且接著將裝置翻轉，且使用電傳導材料珠粒52(例如，諸如金之金屬)將安裝表面48及安裝表面50接合至子基板12。接合涉及加熱裝置以軟化傳導材料珠粒52，以此方式使得珠粒將安裝表面48及安裝表面50接合至電接觸區域14及電接觸區域16。在一些實施例中，使用熱超音波製程(亦即，裝置在加熱時經歷超音波振動)，因此使得在傳導材料珠粒、安裝表面48及安裝表面50與子基板12之電接觸區域14及電接觸區域16之間的改良接合。接合製程亦分別提供在電接觸區域14及電接觸區域16與n電極40與p電極38之間的電連接。
一般做法為，當安裝半導體裝置(諸如，發光裝置10)時，使用側填滿材料56來側填滿在安裝表面48及安裝表面50與子基板12之間的間隙54。側填滿材料56可為諸如環氧基之材料，其具有弱的內部或內聚接合且因此具有潤濕其他表面(特定言之，具有高表面能量的表面)之強烈傾向。與側填滿材料相比，發光二極體之安裝表面48及安裝表面50以及側壁表面46通常具有高表面能量，其在毛細吸引力之幫助下使得側填滿物浸潤至間隙54中。接著使側填滿材料固化，因此對裝置提供增強之機械完整性及結構完整性。側填滿材料可包括下列用途添加物：增強在發光裝置10與子基板12之間的熱傳導；或使得固化之側填滿物具有特定折射率。側填滿材料亦可包括下列用途添加物：提供分別在側填滿材料56與電接觸區域14及電接觸區域16，以及與n電極40及p電極38之熱膨脹係數之間的較佳匹配，因此最小化操作期間之機械應力。
不幸地，側填滿材料56潤濕表面46之傾向亦可傾向於浸潤發光裝置10之側壁表面46，因此污染此等表面。污染可對關於封裝發光裝置10之其他製程具有影響。舉例而言，封裝發光二極體可視情況涉及將發光裝置10囊封於一囊封材料58中。囊封材料用於保護發光裝置，提供折射率匹配及/或避免污染物進入至半導體材料層中。
然而，由於與側填滿材料不相容之故，側填滿材料56存在於發光裝置10之側壁46上可導致囊封材料58之不良黏著。此外，由側填滿材料56產生的表面46之污染亦可引起沿發光裝置10之側壁的應力集中，其可在操作經安裝之發光裝置10期間引起可能的故障。囊封材料58可經特別選擇以抵抗由光(由發光裝置10所發出)產生之輻射的情況下的劣化。然而，通常使用之側填滿材料可能並不抵抗由光引起之分解且可能劣化，從而使得裝置過早發生故障。
大體而言，根據本發明之一態樣，一種用於製備用於安裝至子基板12之半導體發光裝置10的製程涉及處理發光裝置10之至少一個表面(除安裝面48或安裝面50之外)，以降低該至少一個表面之表面能量。當安裝發光裝置10時，由於至少一個表面之表面能量降低，在安裝面48及安裝面50與子基板12之間塗覆的側填滿材料56經抑制而以免污染該至少一個表面。
在圖1中展示之實施例中，緊靠安裝面48及安裝面50之表面46的至少一部分經處理以降低此等表面之表面能量。由於表面能量降低，側填滿材料56經抑制而以免潤濕表面46，且因此側填滿材料56將趨於沿較高表面能量子基板表面移動，而並不浸潤發光裝置10之側壁。儘管側填滿材料56未必能夠浸潤至表面42上，且因此此表面可並不需要該處理，但在一些實施例中，若同時處理表面46及表面42將更方便地進行該處理製程。
參看圖2及圖3，更詳細描述用於降低表面46之表面能量的處理製程。參看圖3A，大體而言，在一半導體晶圓100上同時製造複數個發光裝置10(晶圓100展示兩個發光裝置10，但實際上，一晶圓將通常包括複數個裝置10)。
參看圖2及圖3A，在120處整體展示用於處理在半導體晶圓100上之複數個半導體裝置10的製程。如在122處所示，製程開始於在介質102上黏著地安裝晶圓100。在一實施例中，介質102為諸如聚氯乙烯(PVC)黏著帶之半導體處理帶。安裝晶圓100，使得安裝面48及安裝面50與介質接觸且黏著地黏附至該介質。
製程120在124處繼續將晶圓100分割為個別發光裝置10(如圖3B中所示)。在分割期間，個別發光裝置10仍與介質102接觸，且執行分割，使得個別裝置10由用於分割晶圓之分割刀片104的鋸口寬度w
完全彼此分離。然而，小心控制分割深度，使得介質102並未由刀片104切穿。因此，在分割之後，複數個個別裝置10仍在大體上完整之介質102上。目前，可視覺上檢視經分割之晶圓100之疵點。分割使發光裝置10之側壁表面46被曝露。
如126處所示，製程120繼續處理表面42及表面46以降低表面46之表面能量。在此實施例中，處理涉及：利用含有有機分子之液體處理材料(諸如，溶解於諸如氟溶劑之溶劑中的碳氟化合物)非選擇性地處理發光裝置10之所有曝露表面(包括側壁表面46及主發光表面42)。在一實施例中，處理材料包括在氟溶劑中之重量高達15%的碳氟化合物聚合物。該處理材料之一實例為由Nye Company of Fairhaven,Massachusetts供應之NyeBar。NyeBar包含在氟溶劑中之0.1%至2%濃度之碳氟化合物聚合物。
由介質102保護安裝面48及安裝面50不受處理。在一實施例中，在處理發光裝置10之表面42及表面46之前，介質102經拉伸以使得在個別發光裝置10之間的間距被展延，以改良表面46之曝露，因此有助於處理。可使用在兩個正交方向上提供介質之控制量之拉伸的工模來執行對介質之拉伸。
參看圖3C，藉由將晶圓100浸入液體處理材料(諸如，NyeBar)中來處理表面42及表面46，因此在該等表面上形成薄膜。接著使氟溶劑蒸發，從而在表面42及表面46上留下碳氟化合物聚合物處理材料薄膜106。處理材料薄膜106降低表面42及表面46之表面能量，因此在隨後側填滿製程中抑制此等表面之潤濕。或者，在其他實施例中，可將基於液體之處理材料霧化或噴射至待處理之表面上。
在本發明之另一實施例中，處理材料可包含具有選擇性地附著至特定表面且不附著至其他表面之官能基的有機分子。舉例而言，可選擇處理材料，使得其具有對電極層38(通常為金屬層)之較佳黏著性，而對層30至層36具有弱黏著性或不具有顯著黏著性。在一實施例中，處理材料為烷硫醇，其選擇性地附著至金，金為用於電極38及電極40之較佳材料中的一種材料。因此，當電極包含金時，將晶圓100浸入烷硫醇處理材料中僅選擇性地塗佈電極38及電極40之側壁表面。因為由介質102保護安裝面48及安裝面50不曝露至處理材料，故此等表面並未受處理之影響。在隨後之側填滿製程中，電極38及電極40之側壁的降低表面能量底部對填充材料56浸潤側壁46存在阻障。
返回圖2，如128處所展示，在處理之後，可將發光裝置10自介質移除，或可將發光裝置10自介質轉移至第二介質。參看圖3D，轉移可涉及：將第二介質108黏著地安裝至發光裝置10之主發光表面42上的處理材料薄膜106。參看圖3E，可接著自安裝面48及安裝面50移除介質102，從而使複數個發光裝置10附著至第二介質108。將發光裝置10轉移至第二介質108允許選取安裝面48及安裝面50，以將發光裝置進一步接合至子基板12。
如130處所示，製程120繼續將發光裝置10接合至各別子基板12。在此實施例中，發光裝置10經組態以用於覆晶安裝(如前述)。覆晶安裝製程通常在安裝面48及安裝面50與子基板12之間留下間隙54(如圖1中所示)。
如132處所示，製程120接著繼續利用側填滿材料56來側填滿間隙54(在圖1中展示)。側填滿材料56通常為有機樹脂聚合物，其分配於安裝面48及安裝面50與子基板12之間，且在毛細吸引力之作用下浸潤至間隙54中。如圖1中所示，由於對表面46之處理，側填滿材料56經防止而以免浸潤發光裝置10之側面，且側填滿材料主要黏附至安裝面48及安裝面50以及子基板12之上表面。
如134處所示，在側填滿之後，可視情況將處理材料薄膜106自表面42及表面46移除，以有助於對經安裝之發光裝置10之進一步處理。在需要使用折射率匹配材料或其他材料來囊封發光裝置10以保護裝置之情況下，移除處理材料可為重要的。在一實施例中，第二介質108包含一種操作以在將個別發光裝置10自該第二介質移除時將大部分或全部處理材料自表面42移除之黏著劑。在其他實施例中，移除涉及其他處理步驟，諸如，在溶劑中浸入或清洗發光裝置10以溶解處理材料且將該處理材料自表面42及表面46移除。
在本發明之一實施例中，在圖1中展示之子基板12可經選擇性地處理以降低該子基板之至少一部分的表面能量。當在子基板12上安裝發光裝置10時，在發光裝置與子基板之間塗覆的側填滿材料經抑制而以免污染子基板之經處理部分。
參看圖4A至圖4E描述一種用於處理子基板12之製程。參看圖4A，子基板12展示為包括第一電接觸區域14及第二電接觸區域16。參看圖4B，製程開始於在子基板12之第一電接觸區域14及第二電接觸區域16上方塗覆處理材料140。在所展示實施例中，使用產生用於塗佈子基板12之噴霧144的噴射裝置142來以液體形式塗覆處理材料140。噴射裝置142可操作以在子基板12之表面上方平移，藉此用處理材料140覆蓋子基板12。
參看圖4C，一旦處理材料已在子基板12上乾燥地就位，則將子基板之部分曝露至由一輻射源148產生之紫外線(UV)輻射射束146。輻射源148可為UV雷射(或其他UV源)，且在此實施例中，輻射源包括一調變器(未圖示)，其在平移輻射源時根據所要圖案選擇性地放射UV射束146，以使得處理材料140之部分自子基板12之表面被切除或以其他方式脫離接合。
圖4D展示在處理材料140之部分已被切除之後的子基板12。在此情況下，處理材料部分150及處理材料部分152仍留存在子基板12之外邊緣上，而區域154中之處理材料已由切除作用移除。
參看圖4E，在根據關於圖2及圖3之上述製程在子基板12上安裝發光裝置10之後，在發光裝置10與子基板12之間塗覆側填滿材料56。處理材料部分150及處理材料部分152防止處理材料以免流動經過子基板12之邊緣。一旦已塗覆側填滿材料56，則可藉由在塗覆溶劑中溶解處理材料部分150及處理材料部分152而移除該等處理材料部分(如上文所述)。
子基板12可包括陶瓷基板(或聚矽氧基板)，且當根據上述製程進行處理時，防止側填滿材料56以免流過子基板12之側面且污染表面。
在其他實施例中，可使用對除UV波長之外之波長的輻射敏感的處理材料，且可使用其他輻射源來執行曝露。其他實施例可使用圖案化技術，諸如，在處理材料上方塗覆薄膜遮罩，且使子基板12經歷UV或其他波長之區域輻射，藉此在子基板12之一部分上選擇性地改變處理材料之特徵，以使子基板之部分的表面能量降低。
儘管已描述及說明本發明之特定實施例，但應僅將該等實施例視為本發明之說明性實施例，且不應視為對根據隨附申請專利範圍而解釋之本發明的限制。
10．．．發光裝置
12．．．子基板
14．．．第一電接觸區域
16．．．第二電接觸區域
20．．．絕緣間隙
30．．．基板層
32．．．n型傳導率半導體材料層
34．．．磊晶成長作用層
36．．．p型傳導率半導體材料層
38．．．p電極層
40．．．n電極層
42．．．主發光表面
44．．．箭頭
46．．．側壁表面
48．．．安裝面
50．．．安裝面
52．．．珠粒
54．．．間隙
56．．．側填滿材料
58．．．囊封材料
100．．．半導體晶圓
102．．．介質
104．．．分割刀片
106．．．處理材料薄膜
108．．．第二介質
120．．．製程
140．．．處理材料
142．．．噴射裝置
144．．．噴射
146．．．輻射射束
148．．．輻射源
150．．．處理材料部分
152．．．處理材料部分
154．．．區域
圖1為根據本發明之第一實施例處理之發光裝置的示意橫截面圖；圖2為說明處理圖1中展示之發光裝置之製程的流程圖；圖3A至圖3E為說明根據圖2中展示之製程處理發光裝置的一系列示意橫截面圖；及圖4A至圖4E為說明根據本發明之另一實施例之處理用於安裝發光裝置之基板的一系列示意橫截面圖。
10．．．發光裝置
12．．．子基板
14．．．第一電接觸區域
16．．．第二電接觸區域
20．．．絕緣間隙
30．．．基板層
32．．．n型傳導率半導體材料層
34．．．磊晶成長作用層
36．．．p型傳導率半導體材料層
38．．．p電極層
40．．．n電極層
42．．．主發光表面
44．．．箭頭
46．．．側壁表面
48．．．安裝面
50．．．安裝面
52．．．珠粒
54．．．間隙
56．．．側填滿材料
58．．．囊封材料
Claims (21)
- 一種用於製備一半導體發光裝置安裝之製程，該發光裝置具有一用於安裝至一子基板(submount)的安裝面，該安裝面包含一金屬電極之一底部表面，該製程包含：處理(treating)該發光裝置之除該安裝面之外的至少一個表面，以降低該至少一個表面之一表面能量，使得當安裝該發光裝置時，一在該安裝面與該子基板之間塗覆的側填滿(underfill)材料經抑制而以免污染該至少一個表面，其中該至少一個表面包含該金屬電極之一側壁。
- 如請求項1之製程，其中處理該至少一個表面包含處理該發光裝置之至少一個側壁表面。
- 如請求項1之製程，其中處理該至少一個表面包含處理該發光裝置之至少一個發光表面。
- 如請求項3之製程，其中該發光裝置包含一主發光表面及至少一個第二發光表面，該第二發光表面可操作以發出較該主發光表面少的光，且其中該處理包含處理該至少一個第二發光表面。
- 如請求項2之製程，其中處理該至少一個表面包含處理一其上形成有該發光裝置之透明基板的側壁。
- 如請求項1之製程，其中該處理包含將一處理材料塗覆至該發光裝置之該至少一個表面。
- 如請求項6之製程，其中塗覆該處理材料包含塗覆一包含有機分子及一可蒸發溶劑之處理材料。
- 如請求項7之製程，其中塗覆該處理材料包含塗覆一包 含在一氟溶劑中之碳氟化合物的處理材料。
- 如請求項8之製程，其中塗覆該處理材料包含塗覆一包含重量小於15%之碳氟化合物的處理材料。
- 如請求項6之製程，其中塗覆該處理材料包含以下各者中的一者：將該至少一個表面浸入一液體處理材料中；將該處理材料噴射至該至少一個表面上；及產生一緊靠該至少一個表面之液體處理材料的噴霧，該噴霧可操作以用該液體處理材料塗佈該至少一個表面中。
- 如請求項1之製程，其中該處理包含將該至少一個表面浸入一包含組份(constituents)的液體處理材料中，其中該等組份選擇性地附著至該金屬電極且對該半導體發光裝置中至少一半導體層具有弱黏著性或不具有顯著黏著性。
- 如請求項1之製程，其進一步包含選擇性地處理該子基板以降低該子基板之至少一部分的一表面能量，使得當安裝該發光裝置時，該側填滿材料經抑制而以免污染該子基板之該部分。
- 如請求項12之製程，其中選擇性地處理該子基板包含選擇性地處理一包含一陶瓷材料及一矽材料中的一者的子基板。
- 如請求項12之製程，其中選擇性地處理該子基板包含：將一處理材料塗覆至該子基板； 將該子基板之一區域曝露至電磁輻射，以選擇性地改變在該區域上之該處理材料的一特徵，該改變使得以下各者中的一者具有降低表面能量：該子基板之該選擇性地曝露之區域；及該子基板之一未曝露區域。
- 如請求項1之製程，其進一步包含將該底部表面接合至一在該子基板上之對應傳導表面，使得該安裝面與該子基板間隔開。
- 如請求項15之製程，其進一步包含側填滿一在該間隔開之安裝表面與該子基板之間的間隙。
- 如請求項1之製程，其中該處理至少一個表面在塗覆一側填滿物之前發生。
- 一種用於在一子基板上安裝一半導體發光裝置之製程，該製程包含：在一介質上黏著地安裝一包括複數個發光裝置之晶圓，一與該等發光裝置中的每一者相關聯之安裝面與該介質接觸，該安裝面包含一金屬電極之一底部表面，；將該晶圓分割為個別發光裝置，該等個別發光裝置仍與該介質接觸且具有相鄰之間隔開之曝露表面；處理該等個別發光裝置之該等曝露表面，以降低該等曝露面之一表面能量，該等曝露表面包含該金屬電極之一側壁；自該介質移除該發光裝置；將該發光裝置之該安裝面接合至該子基板； 利用一側填滿材料來側填滿一在該安裝面與該子基板之間的間隙，該側填滿材料經抑制而以免污染該發光裝置之該等經處理之曝露表面。
- 如請求項18之製程，其進一步包含在該處理之前拉伸該介質，以使得一在該等個別發光裝置之間的間距被展延以進一步有助於該處理。
- 如請求項18之製程，其中分割該晶圓包含使用一分割刀片來分割該晶圓，該分割刀片具有一足以使得在該分割之後該等曝露表面充分分隔開的寬度以有助於對該等曝露表面之該處理。
- 如請求項18之製程，其進一步包含在該側填滿之後自該發光裝置移除該處理材料。
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