TWI654780B - 發光元件及發光元件之製造方法 - Google Patents

發光元件及發光元件之製造方法

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Abstract

本發明揭露一種發光元件及其製造方法，該發光元件包括基板、接合金屬層、導電氧化層、磊晶層、絕緣層、第一歐母接觸層、第二歐母接觸層、第三歐母接觸層以及導線。接合金屬層設置於基板第一部份表面上。導電氧化層設置於接合金屬層上。磊晶層設置於導電氧化層第一部份表面上。絕緣層設置於接合金屬層、導電氧化層及磊晶層第一側邊，以及設置於磊晶層第一部份表面上。第一歐母接觸層設置於基板第二部份表面上。第二歐母接觸層設置於磊晶層第二部份表面上。第三歐母接觸層設置於導電氧化層第二部份表面上。導線電性連接第一歐母接觸層及第二歐母接觸層。

Description

發光元件及發光元件之製造方法
本發明係有關一種發光元件及發光元件之製造方法，特別是有關一種利用線路的設計與對應的封裝製程，達成晶片尺寸封裝(Chip Scale Package)的發光元件及發光元件之製造方法。
在發光元件的技術領域中，發光二極體係為目前廣泛應用的產品，其可應用在各種技術領域上，且薄型化與小尺寸的應用越來越廣泛，使得越來越多產品朝向晶片尺寸封裝(Chip Scale Package)的技術發展。例如，目前許多應用發光二極體的產品使用覆晶封裝(flip chip Package)來縮小尺寸與薄型化達到晶片尺寸封裝。
請參閱第1A圖，其係為習知發光二極體的結構示意圖。發光二極體1包含透明基板11、磊晶層12、13、絕緣層14以及電極15、16。第1A圖中的電極15、16係為水平式的電極結構，在製程上，其係以一金屬球17設置於電極16上方，以使電極15、16的高度一致。然而，在電極16上方設置金屬球17的製程不僅使得電極15、16高低的差異往往造成產品良率不 佳，也增加了製造風險與成本。
請參閱第1B圖，其係為第1A圖發光二極體結構的改良示意圖。為了克服第1A圖中設置金屬球17造成電極15、16高低落差的問題，在第1B圖的發光二極體1結構中係以絕緣層14形成一凹槽，並將電極16設置於凹槽中，以使電極15、16的高度一致。然而，此種製程不僅必須額外增加設置凹槽的程序，在覆晶封裝製程中所使用的基板11與第1A圖的覆晶製程亦都必須使用透光基板11，因而提升了電極15、16在封裝對準上的困難度。
此外，在發光二極體的製程上一般係以打線電性連接電極，並將打線以及發光二極體本體封裝後，以黏接技術設置於電路板上以形成表面黏著元件(SMD)。一般而言，表面黏著元件的成品厚度有600um、400um、300um等規格厚度。然而，由於打線的製程需要在發光二極體的表面上使用銲球黏接打線，不僅佔用大量面積，後續更必須進行封裝的程序，因而使得發光二極體的整體體積變大，無法達到縮小尺寸與薄型化的目的。
再者，使用覆晶封裝來縮小尺寸與薄型化的技術若使用共金製程的方式形成發光二極體的結構，在共金製程的設備使用上則具有更高的標準，因而也增加製造的成本。
據此，如何提供一種更接近晶片尺寸封裝的製程係為目前急需研究的課題。
有鑑於上述問題，本發明揭露一種發光元件，包括基板、接合金屬層、導電氧化層、磊晶層、絕緣層、第一歐母接觸層、第二歐母接觸層、第三歐母接觸層以及導線。接合金屬層設置於基板第一部份表面上。導電氧化層設置於接合金屬層上。磊晶層設置於導電氧化層第一部份表面上。絕緣層設置於接合金屬層、導電氧化層及磊晶層第一側邊，以及設置於磊晶層第一部份表面上。第一歐母接觸層設置於基板第二部份表面上。第二歐母接觸層設置於磊晶層第二部份表面上。第三歐母接觸層設置於導電氧化層第二部份表面上。導線電性連接第一歐母接觸層及第二歐母接觸層。
本發明更揭露一種發光元件之製造方法，包括下列步驟：設置第一基板。形成磊晶層於第一基板上。形成導電氧化層於磊晶層上。形成第一接合金屬層於導電氧化層上。設置第二基板。形成第二接合金屬層於第二基板上。鍵結第一接合金屬層及第二接合金屬層。移除第一基板。移除部分磊晶層。移除部分第一接合金屬層、第二接合金屬層與導電氧化層。形成絕緣層，以包覆第二基板、第一接合金屬層、第二接合金屬層、導電氧化層與磊晶層。移除於第二基板、導電氧化層與磊晶層上之部分絕緣層，以暴露部分第二基板的表面、導電氧化層的表面與磊晶層的表面。形成第一歐母接觸層於第二基板的表面上。形成第二歐母接觸層於磊晶層的表面上。形成 第三歐母接觸層於導電氧化層的表面上。形成一導線，以連接第一歐母接觸層及第二歐母接觸層。
承上所述，相較於習知技術中，設置金屬球在電極上方以及設置凹槽以使電極的高度一致，本發明藉由設置導線的製程，可更精準地控制電極高度，以避免產生電極高低落差的問題。再者，本發明發光元件藉由設置導線的製程連接歐母接觸層，而非使用打線連接，因而可減少打線製程所需的封裝程序，因而可減小發光元件體積。此外，本發明之發光元件在歐母接觸層上形成導線後，則可直接進行黏著至電路板上的步驟，因而可減少封裝的體積以及減少封裝程序所需使用的設備，進一步降低製造成本，達到簡化程序以及快速生產的功效，以便於廣泛地應用至晶片尺寸封裝的技術領域中。
1‧‧‧發光二極體
11‧‧‧基板
12、13‧‧‧磊晶層
14‧‧‧絕緣層
15、16‧‧‧電極
17‧‧‧金屬球
3、4‧‧‧發光元件
31‧‧‧第一基板
32、44‧‧‧磊晶層
33、43‧‧‧導電氧化層
34‧‧‧第一接合金屬層
35‧‧‧第二基板
36‧‧‧第二接合金屬層
37、371、372、451、452‧‧‧絕緣層
38、46‧‧‧導線
41‧‧‧基板
42‧‧‧接合金屬層
47‧‧‧不導電氧化層
471‧‧‧接孔
E1‧‧‧第一歐母接觸層
E2‧‧‧第二歐母接觸層
E3‧‧‧第三歐母接觸層
S2、S4、S6、S8、S10、S12、S14、S16、S18、S20、S22、S24、S26、S28、S30‧‧‧步驟
第1A圖係為習知發光二極體的結構示意圖；第1B圖係為第1A圖發光二極體結構的改良示意圖；第2圖係為本發明發光元件製造方法的流程圖；第3A圖至第3H圖係為本發明發光元件製程結構流程圖；第4圖係為本發明發光元件的結構示意圖；以及第5圖係為本發明另一發光元件的結構示意圖。
請一併參閱第2圖及第3A圖至第3H圖，其係為本 發明發光元件製造方法的流程圖以及製程結構流程圖。發光元件3之製造方法包括下列步驟：於步驟S2中，設置第一基板31。於步驟S4中，形成磊晶層32於第一基板31上。於步驟S6中，形成導電氧化層33於磊晶層32上。於步驟S8中，形成第一接合金屬層34於導電氧化層33上。於步驟S10中，設置第二基板35。於步驟S12中，形成第二接合金屬層36於第二基板35上。於步驟S14中，鍵結第一接合金屬層34及第二接合金屬層36。於步驟S16中，移除第一基板31。於步驟S18中，移除部分磊晶層32。於步驟S20中，移除部分第一接合金屬層34、第二接合金屬層36與導電氧化層33。於步驟S22中，形成絕緣層37，以包覆第二基板35、第一接合金屬層34、第二接合金屬層36、導電氧化層33與磊晶層32。於步驟S24中，移除於第二基板35、導電氧化層33與磊晶層32上之部分絕緣層37，以暴露部分第二基板35的表面、導電氧化層33的表面與磊晶層32的表面。於步驟S26中，形成第一歐母接觸層E1於第二基板35的表面上，形成第二歐母接觸層E2於磊晶層32的表面上。於步驟S28中，形成第三歐母接觸層E3於導電氧化層33的表面上。於步驟S30中，形成一導線38，以連接第一歐母接觸層E1及第二歐母接觸層E2。
於本發明中，第二基板35包括不導電基板，並可使用透光基板或不透光基板。
在上述移除部分磊晶層32的步驟中，包括移除第一側邊以及第二側邊的磊晶層32，以暴露部分導電氧化層33 的表面，以便於在形成絕緣層37後設置第三歐母接觸層E3。
移除部分第一接合金屬層34、第二接合金屬層36與導電氧化層33的步驟包括移除第一側邊的第一接合金屬層34、第一側邊的第二接合金屬層36以及第一側邊的導電氧化層33，以便於在移除之後形成絕緣層37，並於第二基板35的表面上設置第一歐母接觸層E1。
需注意的是如第3F圖所示，在移除部分絕緣層37後，係形成絕緣層371、372，其係包覆部分第二基板35表面、部分磊晶層32表面，以及包覆第一側邊的第一接合金屬層34、第一側邊的第二接合金屬層36以及第一側邊的導電氧化層33。
此外，上述第一歐母接觸層E1、第二歐母接觸層E2及第三歐母接觸層E3並無設置順序的先後，而是可在形成絕緣層371、372後同時設置。
於上述步驟中，更包括消減第二基板35之厚度，以便於減小發光元件3整體厚度。發光元件3的整體厚度係介於80至350微米之間，其實際的厚度可根據實務上的設計及需求製作，相較之下，其係遠小於習知技術中發光元件的厚度。第二基板35消減的厚度只需使銀膠或者錫膏可順利電性連接電路板與歐母接觸層的訊號即可，並以黏著技術黏貼發光元件3至電路板上。黏著技術包括表面黏著技術，於本發明中並不以此為限。
進一步而言，於本發明中導線38包括任何可以導 電的材質，用於傳輸第一歐母接觸層E1及第二歐母接觸層E2的訊號。因此，藉由導線38傳輸第一歐母接觸層E1及第二歐母接觸層E2的導電而非以打線的製程連接第一歐母接觸層E1及第二歐母接觸層E2，可減少封裝發光元件的程序，據此，可達到縮小尺寸與薄型化的目的，並進一步應用於晶片尺寸封裝的技術領域中。
請參閱第4圖，其係為本發明發光元件的結構示意圖。發光元件4包括基板41、接合金屬層42、導電氧化層43、磊晶層44、絕緣層451、452、第一歐母接觸層E1、第二歐母接觸層E2、第三歐母接觸層E3以及導線46。接合金屬層42設置於基板41第一部份表面上。導電氧化層43設置於接合金屬層42上。磊晶層44設置於導電氧化層43第一部份表面上。絕緣層451設置於接合金屬層42、導電氧化層43及磊晶層44第一側邊，以及設置於磊晶層44第一部份表面上。第一歐母接觸層E1設置於基板41第二部份表面上。第二歐母接觸層E2設置於磊晶層44第二部份表面上。第三歐母接觸層E3設置於導電氧化層43第二部份表面上。導線46電性連接第一歐母接觸層E1及第二歐母接觸層E2。
請參閱第5圖，其係為本發明另一發光元件的結構示意圖。承上所述，本發明發光元件更包括一不導電氧化層47，設置於磊晶層44及導電氧化層43之間。不導電氧化層47包括氮化矽(SiNy)、氮氧化矽(SiON)或者二氧化矽至少一種以 上。此外，不導電氧化層47包括至少一接孔471，連通44磊晶層及導電氧化層43，以便於和磊晶層44形成歐母接觸。再者，接孔471係為金屬材料，包括鋅化金(AuZn)、鈹化金(AuBe)、鉻(Cr)或金(Au)等金屬材料。
於本發明之一實施例中，基板41包括不導電基板。不導電基板包括陶瓷基板、氮化鋁基板或氧化鋁基板。此外，於本發明中，基板41可使用透光基板或不透光基板。
絕緣層451包括二氧化矽或氮化矽，用於隔絕第一歐母接觸層E1、第二歐母接觸層E2。於本發明之另一實施例中，絕緣層452更包括設置於磊晶層44第三部份表面上，以及設置於磊晶層44第二側邊以及第三歐母接觸層E3之間，進一步隔絕第三歐母接觸層E3以避免短路。
導線46的寬度小於打線製程中銲球的直徑。一般而言，打線的製程其使用的銲球直徑係大於100um，但於本發明中，由於不需要使用打線的製程，因此可根據實務上的需求與設計，輕易地製作出各種寬度大小的導線，例如，寬度大於5微米以上的導線。相較之下，其係遠小於銲球的直徑，因而可達到節省成本的功效。
發光元件4係以黏著技術黏接至一電路板，電路板電性連接第二歐母接觸層E2及第三歐母接觸層E3，並以銀膠或錫膏電性連接導線46以及第三歐母接觸層E3。於本發明中，發光元件4的整體厚度係介於80至350微米之間，其實際的厚度 可根據實務上的設計及需求製作，相較於習知技術，可大幅減小發光元件的厚度。
綜上所述，相較於習知技術中，設置金屬球在電極上方以及設置凹槽以使電極的高度一致，本發明藉由設置導線的製程，可更精準地控制電極高度，以避免產生電極高低落差的問題。再者，本發明發光元件藉由設置導線的製程連接歐母接觸層，而非使用打線連接，因而可減少打線製程所需的封裝程序，因而可減小發光元件體積。此外，本發明之發光元件在歐母接觸層上形成導線後，則可直接進行黏著至電路板上的步驟，因而可減少封裝的體積以及減少封裝程序所需使用的設備，進一步降低製造成本，達到簡化程序以及快速生產的功效，以便於廣泛地應用至晶片尺寸封裝的技術領域中。

Claims (23)

  1. 一種發光元件之製造方法，包括：設置一第一基板；形成一磊晶層於該第一基板上；形成一導電氧化層於該磊晶層上；形成一第一接合金屬層於該導電氧化層上；設置一第二基板；形成一第二接合金屬層於該第二基板上；鍵結該第一接合金屬層及該第二接合金屬層；移除該第一基板；移除部分該磊晶層；移除部分之該第一接合金屬層、該第二接合金屬層與該導電氧化層；形成一絕緣層，以包覆該第二基板、該第一接合金屬層、該第二接合金屬層、該導電氧化層與該磊晶層；移除於該第二基板、該導電氧化層與該磊晶層上之部分該絕緣層，以暴露部分該第二基板之一表面、該導電氧化層之一表面與該磊晶層之一表面；形成一第一歐母接觸層於該第二基板之該表面上；形成一第二歐母接觸層於該磊晶層之該表面上；形成一第三歐母接觸層於該導電氧化層之該表面上；以及形成一導線，以連接該第一歐母接觸層及該第二歐母接觸層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件之製造方法，更包括消減該第二基板之一厚度的步驟。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件之製造方法，更包括以一黏著技術黏貼該發光元件至一電路板的步驟。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件之製造方法，其中該發光元件之一厚度介於80至350微米之間。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之發光元件之製造方法，其中該黏著技術包括表面黏著技術。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件之製造方法，其中移除部分該磊晶層的步驟包括移除一第一側邊以及一第二側邊之該磊晶層，以暴露部分該導電氧化層。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光元件之製造方法，其中移除部分該第一接合金屬層、該第二接合金屬層與該導電氧化層的步驟包括移除一第一側邊之該第一接合金屬層、該第二接合金屬層以及該導電氧化層。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件之製造方法，其中該第二基板包括不導電基板。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件之製造方法，其中該第二基板包括透光基板或不透光基板。
  10. 一種發光元件，包括：一基板；一接合金屬層，設置於該基板之一第一部份表面上；一導電氧化層，設置於該接合金屬層上；一磊晶層，設置於該導電氧化層之一第一部份表面上；一絕緣層，設置於該接合金屬層、該導電氧化層及該磊晶層之一第一側邊，以及設置於該磊晶層之一第一部份表面上；一第一歐母接觸層，設置於該基板之一第二部份表面 上；一第二歐母接觸層，設置於該磊晶層之一第二部份表面上；一第三歐母接觸層，設置於該導電氧化層之一第二部份表面上；以及一導線，電性連接該第一歐母接觸層及該第二歐母接觸層。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件，其中該絕緣層包括二氧化矽或氮化矽。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件，其中該絕緣層更包括設置於該磊晶層之一第三部份表面上，以及設置於該磊晶層之一第二側邊以及該第三歐母接觸層之間。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件，其中該導線的寬度小於一銲球之一直徑。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件，更包括一電路板，電性連接該第二歐母接觸層及該第三歐母接觸層。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之發光元件，其中該電路板係以銀膠或錫膏電性連接該導線以及該第三歐母接觸層。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件，其中該發光元件之一厚度介於80至350微米之間。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件，其中該基板包括不導電基板。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之發光元件，其中該不導電基板包括陶瓷基板、氮化鋁基板或氧化鋁基板。
  19. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件，其中該基板包括透光基板或不透光基板。
  20. 申請專利範圍第10項所述之發光元件，更包括一不導電氧化層，設置於該磊晶層與該導電氧化層之間。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之發光元件，其中該不導電氧化層包括至少一接孔，連通該磊晶層及該導電氧化層。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之發光元件，其中該接孔係為一金屬材料。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之發光元件，其中該金屬材料包括鋅化金、鈹化金、鉻或金。
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