TWI710128B

TWI710128B - 微型發光二極體及其封裝方法

Info

Publication number: TWI710128B
Application number: TW109100580A
Authority: TW
Inventors: 劉台徽; 劉仲熙
Original assignee: 劉台徽
Priority date: 2020-01-08
Filing date: 2020-01-08
Publication date: 2020-11-11
Also published as: TW202127652A

Abstract

本發明係為一種微發光二極體模組，包括複數陣列排列的封裝體，每一封裝體包括基板、像素、微通孔方塊及封裝材。像素為複數組設置於基板上，像素具有紅色微發光二極體晶片、綠色微發光二極體晶片及藍色微發光二極體晶片，像素彼此間隔設置且具有間距。微通孔方塊與紅色微發光二極體晶片相鄰設置，封裝材覆蓋於像素上；其中，紅色微發光二極體晶片的電極係為垂直結構，綠色微發光二極體晶片及藍色微發光二極體晶片的電極係為水平結構。藉此，本發明微發光二極體模組應用於電子裝置時，可縮小像素尺寸，利於設置在微型化的電子裝置上。

Description

微型發光二極體及其封裝方法

本發明係為一種發光顯像單元及多種組合結構的封裝方法，尤指一種利於設置在微型化電子裝置上的微型發光顯像單元及多種組合結構的封裝方法。

發光二極體具有高亮度、高效率及節能等優點，已廣泛用於發光照明及顯示面板等裝置。顯示面板的背面會使用發光二極體作為光源，但由於僅作為光源用途，其體積大小並不影響到顯示效果。近年來，發光二極體逐漸發展至微型化，使用於顯示器的像素，此種微米結構的發光二極體稱為微型發光二極體，在智慧型手機或平板電腦的顯示器上可設置有幾萬顆微小的發光二極體畫素。

近年來對於搭載於電子機器之半導體裝置要求小型化、輕量化及高密度化，半導體晶片係有著加以安裝於接近於其尺寸之封裝。目前，發光二極體中的晶片設置已由傳統的正裝晶片發展到倒裝晶片及晶圓級封裝(chip scale package，CSP)晶片，以縮小發光二極體封裝後的大小。由於傳統的發光二極體封裝因各發光晶片的結構而採用打線的連接方式，然而打線的連接方式導致各像素的尺寸不能縮小。其次，傳統的光二極體的晶片具有高低差，因此會造成顯示器的畫面有模糊的地帶。

有鑑於上述的缺點，本發明的目的在於提供一種發光顯像單元及多個組合結構的封裝方法，藉由將各種單色發光晶片所發出的光混合形成白光或各種顏色。本發明之發光顯像單元的結構具有小面積顯色區域，當應用於電子裝置時，可縮小像素尺寸，利於設置在微型化的電子裝置或電子結構上。

為達上述目的，本發明係提供一種微發光二極體模組包括複數個陣列排列的封裝體，每一封裝體包括複數組像素、複數個微通孔方塊(Micro Through Via Block)以及一封裝材。首先，每一像素具有一紅色微發光二極體晶片、一綠色微發光二極體晶片及一藍色微發光二極體晶片，該些像素等距間隔設置，且具有一間距。其次，該些微通孔方塊與該紅色微發光二極體晶片相鄰設置；封裝材覆蓋於該些像素上；其中，該紅色微發光二極體晶片的電極係為垂直結構，該綠色微發光二極體晶片及該藍色微發光二極體晶片的電極係為一水平結構。

於前述本發明之微發光二極體中，每一封裝體中的該像素的排列數量為4n，n為一自然數。以封裝後的連接墊採周邊的(peripheral)設置的方式n的範圍係為1~8最多可以將32個像數封裝成一個封裝體。也可以採平面網格陣列封裝(Land Grid Array,LGA)或球柵網格陣列封裝(Ball Grid Array,BGA)方式，每一封裝體中的該像素的排列數量為4n，n為一自然數，且n的範圍係為1~60萬之間。

於前述本發明之微發光二極體中，該像素間的該間距之範圍係為0.1mm至0.6mm之間。

於前述本發明之微發光二極體中，該微通孔方塊中的一孔洞的直徑係為10μm至55μm之間，較佳為50μm。

於前述本發明之微發光二極體中，該微通孔方塊的長係為50μm至200μm之間，寬係為50μm至200μm之間，且高係為 50μm至200μm之間，較佳為長係為100μm，寬係為100μm及高係為100μm。

於前述本發明之微發光二極體中，該孔洞係由一導電材料所組成；其中，該導電材料選自由銅、鋁、鎳、金、銀、錫、或其組合所構成。

為達上述目的，本發明係提供一種製造微發光二極體模組之方法，該方法包括如下步驟：取一第一基板；於該第一基板上設置複數組像素，每一像素具有一紅色微發光二極體晶片、一綠色微發光二極體晶片及一藍色微發光二極體晶片；於該第一基板上設置複數個微通孔方塊，該些微通孔方塊分別與該紅色微發光二極體晶片相鄰設置。其次，塗布一第一光阻層於該些像素上，並進行曝光、顯影及鍍銅層；以及塗布一第二光阻層於該些像素及該第一光組層上，並進行曝光、顯影及鍍銅層。再者，進行金屬表面處理以形成一第一金屬複合層，並剝離該第一基板。此外，設置一第二基板於該第二光阻層上；進行金屬表面處理以形成一第二金屬複合層。覆蓋一封裝材於該像素上，並剝離第二基板及該第二感壓膠層；切割該封裝體。

於前述本發明之製造微發光二極體模組之方法中，在第一基板上設置一第一感壓膠層(pressure sensitive adhesive；PSA)，以及在第二基板上設置一第二感壓膠層。該第一感壓膠層係指輕壓即可黏著於物體表面之黏著劑，是由彈性體、增黏樹脂、增塑劑和填充料調配而成。該第一感壓膠層之性能係隨著所使用單體、聚合的方式、所控制膠體之分子量或玻璃轉化溫度而有不同。

為達上述目的，本發明係提供一種製造微發光二極體模組之方法，該方法包括如下步驟：取一第一基板；於該第一基板上設置複數組像素，每一像素具有一紅色微發光二極體晶片、一綠色微發光二極體晶片及一藍色微發光二極體晶片；於該第一基板上設置複數個微通孔方塊，該微通孔方塊與該紅色微發光二極體晶片相鄰設置。其次，塗布一第一光阻層於該些像素上，並進行曝光、顯影及鍍銅層；並設置一第二基板於該第一光阻層上。再者，剝離該第一基板；塗布一第二光阻層於該些像素上並進行曝光、顯影及鍍銅層；以及塗布一第三光阻層於該些像素上並進行曝光、顯影及鍍銅層。覆蓋一封裝材於該像素上，並剝離該第二基板及該第二感壓膠層；並切割該封裝體。

於前述本發明之製造微發光二極體模組之方法中，在第一基板上設置一第一感壓膠層，以及在第二基板上設置一第二感壓膠層。

根據上述諸多優點，並為使審查委員對本發明能進一步的瞭解，故揭露一較佳之實施方式如下，配合圖式、圖號，將本發明之構成內容及其所達成的功效詳細說明如後。

10‧‧‧封裝體

20‧‧‧第一基板

21‧‧‧第二基板

30‧‧‧像素

31‧‧‧紅色微發光二極體晶片

32‧‧‧綠色微發光二極體晶片

33‧‧‧藍色微發光二極體晶片

40‧‧‧微通孔方塊

41‧‧‧孔洞

42‧‧‧焊接墊

50‧‧‧第一光阻層

51‧‧‧第一感壓膠層

52‧‧‧第二感壓膠層

53‧‧‧第二光阻層

54‧‧‧第一鍍銅層

54’‧‧‧第二鍍銅層

54”‧‧‧第三鍍銅層

55‧‧‧第三光阻層

56‧‧‧第一金屬複合層

57‧‧‧第二金屬複合層

58‧‧‧封裝材

圖1A為本發明像素的一發光面俯視示意圖；

圖1B為本發明像素的另一發光面俯視示意圖；

圖2為本發明像素於封裝體內的一設置實施例示意圖；

圖3為本發明像素於封裝體內的另一設置實施例的示意圖；

圖4為本發明像素於封裝體內的又一設置實施例的示意圖；

圖5為本發明像素於封裝體內的再一實施例示意圖；

圖6為本發明像素於封裝體內的還一實施例示意圖；

圖7為本發明微發光二極體的製造流程圖；

圖8A-圖8F為圖7的製造步驟結構圖；

圖9為本發明微發光二極體的另一製造流程圖；

圖10A-圖10I為圖9的製造步驟結構圖；

圖11A及圖11B為本發明微通孔方塊的一實施例的立體示意圖；

圖12A及圖12B為本發明微通孔方塊的另一實施例的立體示意圖；

圖13A及圖13B為本發明微通孔方塊的又一實施例的立體示意圖。

以下係藉由具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。此外，本發明亦可藉由其他不同具體實施例加以施行或應用，在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。

請參閱圖1A及1B所示，圖1A為本發明像素的一發光面俯視示意圖；圖1B為本發明像素的另一發光面俯視示意圖。

如圖1A及1B所示，圖1A及圖1B的該像素30大致相同，不同處在於該紅色微發光二極體晶片31及該綠色微發光二極體晶片32的設置位置不同。該紅色微發光二極體晶片31的電極係為垂直結構，該綠色微發光二極體晶片32及該藍色微發光二極體晶片33的電極係為一水平結構。微發光二極體的電極可為p極與n極在同一側，即水平結構，例如，該綠色微發光二極體晶片32及該藍色微發光二極體晶片33；或是p極與n極分別位在上下兩側，即上下導通型或垂直結構，例如，該紅色微發光二極體晶片31。此外，該微通孔方塊40與該紅色微發光二極體晶片31相鄰設置。

請參閱圖2及6所示，圖2為本發明像素於封裝體內的一設置實施例示意圖；圖3為本發明像素於封裝體內的另一設置實施例的示意圖；圖4為本發明像素於封裝體內的又一設置實施例的示意圖；圖5為本發明像素於封裝體內的再一實施例示意圖；圖6為本發明像素於封裝體內的還一實施例示意圖。

如圖2所示，該像素30是以複數組陣列方式設置於該第一基板20上，該像素30是由該紅色微發光二極體晶片31、該綠色微發光二極體晶片32及該藍色微發光二極體晶片33所構成而應用於顯示屏上，該紅色微發光二極體晶片31能發出波長介於605nm至645nm之間；該綠色微發光二極體晶片32能發出波長介於510nm至545nm之間；以及該藍色微發光二極體晶片33能發出波長介於450nm至485nm之間。該像素30以矩陣方式排列，每一封裝體10之間的該像素30之間的間距進一步限制為相等，且於每一封裝體10內之相鄰的該紅色微發光二極體晶片31、該綠色微發光二極體晶片32及該藍色微發光二極體晶片33之間的間距進一步限制為相等。

每一封裝體中的該像素的排列數量為4n，n為一自然數。以封裝後的連接墊採周邊的設置的方式n的範圍係為1~8最多可以將32個像數封裝成一個封裝體。也可以採平面網格陣列封裝或球柵網格陣列封裝方式，每一封裝體中的該像素的排列數量為4n，n為一自然數，且n的範圍係為1~60萬之間。

如圖2所示，該像素30的數量及排列並無特別限制，每一封裝體10中的該些像素30的排列數量為4，n為1；其中，該些像素30的行列係為2×2。圖2中的該封裝體10具有四組該些像素30，且紅色微發光二極體晶片31的電極係為垂直結構，該綠色微發光二極體晶片32及該藍色微發光二極體晶片33的電極係為水平結構。該些發光二極體晶片之間的間距相同，此外，該些像素30之間的間距亦相同，該間距係為0.6mm。如子圖A所示，該微通孔方塊中的一孔洞的直徑係為50μm，該微通孔方塊的長L係為100μm，寬W係為100μm且高H係為100μm。該孔洞係由一導電材料所組成，該導電材料選自由銅、鋁、鎳、金、銀、錫、或其組合所構成。

如圖3所示，該些像素30的排列數量8，其中n為2，該像素30的行列係為2×4，圖3僅用於說明該像素30的排列數量8的一個實施例，本發明並不局限於此。如圖4所示，本發明的另一實施例中，該像素30的排列數量8的行列亦可為4×2。

如圖5所示，該些像素30的排列數量12，其中n為3，該些像素30的行列係為2×6，微通孔方塊40與該紅色微發光二極體晶片31相鄰設置，該紅色微發光二極體晶片31的電極係為垂直結構，該綠色微發光二極體晶片32及該藍色微發光二極體晶片33的電極係為水平結構，圖5僅用於說明該像素30的排列數量12的一個實施例，本發明並不局限於此。

如圖6所示，該像素30的排列數量16，其中n為4，該像素30的行列係為4×4，微通孔方塊40與該紅色微發光二極體晶片31相鄰設置，該紅色微發光二極體晶片31的電極係為垂直結構，該綠色微發光二極體晶片32及該藍色微發光二極體晶片33的電極係為水平結構，圖6僅用於說明該像素30的排列數量16的一個實施例，本發明並不局限於此。

請參閱圖7及圖8A-圖8F所示，圖7為本發明微發光二極體的製造步驟流程圖；及圖8A-圖8F為圖7的製造步驟結構圖。

如圖7及圖8A-圖8F所示，本發明實施例8之製造流程係由微發光二極體模組的背面(即，藍寶石面)開始封裝再進行發光面的封裝。首先，進行背面封裝，步驟如下。

請結合參見圖8A，S101：取一第一基板20，於其上設置一第一感壓膠層51。

S102：於該第一感壓膠層51上並排設置陣列複數組像素30；其中每一像素30具有一紅色微發光二極體晶片31、一綠色微發光二極體晶片32及一藍色微發光二極體晶片33，將該紅色微發光二極體晶片垂直設置於31該第一感壓膠層上；以及將該綠色微發光二極體晶片32及該藍色微發光二極體晶片33水準設置於該第一感壓膠層51上，且該些像素30間隔設置並具有一間距D。

S103：將複數個微通孔方塊40放置於該第一感壓膠層51上，且該些微通孔方塊40與該紅色微發光二極體晶片31相鄰設置，藉由微通孔方塊40將電性傳導於第一基板外；本發明另一實施例中，該微通孔方塊40可與該第一基板20及該第一感壓膠層51一起形成，再放置該紅色微發光二極體晶片31、該綠色微發光二極體晶片32及該藍色微發光二極體晶片33於該第一感壓膠層上。

請結合參見圖8B，S104：將一第一光阻層50塗布於該些像素30上，並對該第一光阻層50進行曝光顯影，將該第一光阻層50圖案化以暴露出一焊接墊，將要連接的位置顯影出來。

S105：於陣列像素30及該焊接墊上形成第一鍍銅層54。

請結合參見圖8C，S106：於該第一鍍銅層54上塗上一第二光阻層53，並對該第二光阻層53進行曝光及顯影。

S107：於第二光阻層53上形成第二鍍銅層54’。

S108：於第二鍍銅層54’和第二光阻層53上進行金屬表面處理以形成一第一金屬複合層56。

其次，進行該微發光二極體的發光面封裝，步驟如下。

請結合參見圖8D，S201：將第一基板20與該第一感壓膠層51進行剝離。

S202：於第一金屬複合層56及第二光阻層53上先組裝一第二感壓膠層52，再組裝一第二基板21；其中，該第一基板作為該微發光二極體的生長基板，該第一基板及該第二基板的材質可為玻璃、石英、有機聚合物、金屬或是其他適宜的材質，該第一基板及該第二基板僅在製造過程中使用，在封裝過後該第一基板20及該第二基板21就不存在。

請結合參見圖8F,S203：於陣列像素上進行金屬表面處理以形一第二金屬複合層57。

S204：覆蓋一封裝材於陣列像素30及第二金屬複合層57上以形成封裝層58；

S205：剝離該第二基板21及該第二感壓膠層52。

S206：切割，以形成數個封裝體。

請參閱圖9及圖10A-圖10I所示，圖9為本發明微發光二極體的另一製造流程圖；圖10A-圖10I為圖9的製造步驟結構圖。

如圖9及圖10A-圖10I所示，本發明的製造流程由微發光二極體的發光面開始封裝，再進行背面的封裝。

首先，進行該發光二極體的發光面封裝，步驟如下。

請結合參見圖10A，S301：取第一基板20，於其上設置第一感壓膠層51。

S302：於該第一感壓膠層51上設置陣列像素30，其中，該像素30具有一紅色微發光二極體晶片31、一綠色微發光二極體晶片32及一藍色微發光二極體晶片33，將該紅色微發光二極體晶片31垂直設置於該第一感壓膠層上，以及將該綠色微發光二極體晶片32及該藍色微發光二極體晶片33水準設置於該第一感壓膠層51上，且該陣列像素30彼此間隔設置並具有一間距D。

S303：將該微通孔方塊40放置於該第一感壓膠層51上，且該微通孔方塊40與該紅色微發光二極體晶片31相鄰設置，藉由微通孔方塊40將電性傳導於第一基板20外；本發明另一實施例中，該微通孔方塊40可與該第一基板20及該第一感壓膠層51一起形成，再設置該紅色微發光二極體晶片31、該綠色微發光二極體晶片32及該藍色微發光二極體晶片33。

請結合參見圖10B，S304：藉由旋轉塗布將一第一光阻層50塗布於該些像素30上，將該第一光阻層50進行曝光顯影，將該第一光阻層50圖案化以暴露出一焊接墊，將要連接的位置顯影出來。

S305：於陣列像素及該焊接墊上形成第一鍍銅層54。

其次，進行該發光二極體的背面封裝，步驟如下。

請結合參見圖10C，S401：在該第一光阻層50及第一鍍銅層54上設置一第二感壓膠層52，並在該第二感壓膠層52設置一第二基板21；其中，該第一基板20作為該微發光二極體的生長基板，該第一基板20及該第二基板21的材質可為玻璃、石英、有機聚合物、金屬或是其他適宜的材質，該第一基板20及該第二基板21僅在製造過程中使用，在封裝過後該第一基板20及該第二基板21就不存在。

請結合參見圖10D，S402：於該像素30及該第一光阻層50上剝離該第一基板20及該第一感壓膠層51。

請結合參見圖10E，S403：將該像素30、該第一光阻層50、第二感壓膠層52及第二基板21反轉，使該第二基板21朝下，且該像素及該第一光阻層50朝上。

請結合參見圖10F，S404：於該陣列像素和第一光阻層50上塗上一第二光阻層53，並對第二光阻層53進行曝光及顯影；

S405：於第二光阻層53上形成第二鍍銅層54’；

請結合參見圖10G，S406：於第二鍍銅層54’塗上一第三光阻層55，並對第三光阻層55進行曝光及顯影。

請結合參見圖10I，S407：於第三光阻層55上形成第三鍍銅層54”。

S408：覆蓋一封裝材於該第三光阻層55和第三鍍銅層54”上以形成封層58。

S409：剝離該第二基板21及該第二感壓膠層52。

S410：切割，以形成數個封裝體。

請參照圖11A及圖11B，圖11A及圖11B為本發明微通孔方塊的一實施例的立體示意圖。

如圖11A及圖11B所示，該微通孔方塊40的長為200μm、寬為100μm及高為100μm，且該微通孔方塊40具有一個焊接墊42及兩個孔洞41，該孔洞41的直徑為50μm。

請參照圖12A及圖12B，圖12A及圖12B為本發明微通孔方塊的另一實施例的立體示意圖。

如圖12A及圖12B所示，該微通孔方塊40的長為200μm、寬為100μm及高為100μm，且該微通孔方塊40具有兩個焊接墊42及兩個孔洞41，該孔洞41的直徑為50μm。

請參照圖13A及圖13B，圖13A及圖13B為本發明微通孔方塊的又一實施例的立體示意圖。

如圖13A及圖13B所示，該微通孔方塊40的長為200μm、寬為200μm及高為100μm，且該微通孔方塊40具有四個焊接墊42及四個孔洞41，該孔洞41的直徑為50μm。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。