TWI807377B

TWI807377B - 覆晶式微發光二極體晶粒的製法及其製品

Info

Publication number: TWI807377B
Application number: TW110128409A
Authority: TW
Inventors: 洪瑞華
Original assignee: 國立陽明交通大學
Priority date: 2021-08-02
Filing date: 2021-08-02
Publication date: 2023-07-01
Also published as: TW202308184A

Abstract

一種覆晶式微發光二極體晶粒的製法，包含(a)提供一具有磊晶基板及磊製於磊晶基板上的微發光二極體晶粒陣列的元件單元，相鄰晶粒定義出切割線且各晶粒具鄰近磊晶基板的發光面、相反於發光面的電連接面及一對間隔設在各電連接面上的接觸電極；(b)晶圓鍵合各接觸電極至具有複數間隔設置之通道的金屬基板上以令各通道介於各對接觸電極間並於金屬基板之第一表面與接觸電極間形成間隙；(c)引入有機黏著膠至通道與間隙內；(d)薄化金屬基板；(e)移除磊晶基板；及(f)沿切割線分離該等晶粒從而製得一批覆晶式微發光二極體晶粒。本發明亦提供前述製法所製得的晶粒。

Description

覆晶式微發光二極體晶粒的製法及其製品

本發明是有關於一種微發光二極體晶粒的製法，特別是指一種覆晶式微發光二極體晶粒的製法及其製品。

中華民國第201935680早期公開號發明專利案(以下稱前案1)公開一種覆晶式微發光二極體模組1(見圖10)的製法，其包括如下所述的步驟。

如圖1所示，為該前案1之製法的一第一階段步驟，具體來說，其是在一載體10上依序設置複數覆晶式微發光二極體11，及一覆蓋該等覆晶式微發光二極體11的光感性電介質層12後，並於該光感性電介質層12上使用一第一光罩(圖未示)以對該光感性電介質層12進行曝光處理；其中，各覆晶式微發光二極體11具有一位在該載體10上的發光側111、一相反於該發光側111的電連接側112，及彼此間隔設置在各自所對應之電連接側112上的一P極電接點113與一N極電接點114。

如圖2所示，為該前案1之製法的一第二階段步驟，具體來說，是對圖1之曝光後的光感性電介質層12施予顯影處理，以令該第一光罩的圖形轉移到該光感性電介質層12，並於該光感性電介質層12上形成複數各自對應至各覆晶式微發光二極體11之P極電接點113與N極電接點114上的第一溝紋1201。

如圖3所示，為該前案1之製法的一第三階段步驟，具體來說，是於顯影後的該光感性電介質層12上依序設置一第一鍍銅層131，及一覆蓋該第一鍍銅層131的乾膜14後，並於該乾膜14上使用一第二光罩(圖未示)以對該乾膜14進行曝光處理。

後續，如圖4所示，為該前案1之製法的一第四階段步驟，具體來說，是對圖3之曝光後的乾膜14施予顯影處理，以令該第二光罩的圖形轉移到該乾膜14，並利用蝕刻液將未被該乾膜14覆蓋的第一鍍銅層131移除(如圖5所示)以完成一第五階段步驟後，再移除顯示於圖5上的剩餘乾膜14(見圖6)以完成一第六階段步驟，從而在該等第一溝紋1201上形成連接該等P極電接點113與N極電接點114的第一鍍銅層131。

參閱圖7，為該前案1之製法的一第七階段步驟，具體來說，是進一步於圖6所示之光感性電介質層12與第一鍍銅層131上形成另一光感性電介質層12，以令圖7的光感性電介質層12具有一連接各覆晶式微發光二極體11之電連接側112的第一側121及一相反於該第一側121的第二側122，並於該光感性電介質層12的第二側122上使用一第三光罩(圖未示)以對該光感性電介質層12進行曝光處理。

參閱圖8，為該前案1之製法的一第八階段步驟，具體來說，是對圖7之曝光後的光感性電介質層12施予顯影處理，以令該第三光罩的圖形轉移到該光感性電介質層12的第二側122，並於該光感性電介質層12的第二側122上形成複數分別對應至各第一鍍銅層131的第二溝紋1202。

接著，如圖9所示，為該前案1之製法的一第九階段步驟，具體來說，是以相同於圖3至圖6的程序在顯示於圖8之光感性電介質層12的第二側122的第二溝紋1202處形成分別對應連接至各第一鍍銅層131的第二鍍銅層132，以令該等第一鍍銅層131的第二鍍銅層132共同構成一電路13。

最後，參閱圖10，為該前案1之製法的一第十階段步驟，具體來說，是於該光感性電介質層12與電路13上形成一防焊層15，從而製得該前案1之覆晶式微發光二極體模組1。

根據上述各段所載技術內容可知，雖然前案1的製法能夠製得如圖10所示的覆晶式微發光二極體模組1。然而，其部分階段步驟內更帶有數道次步驟，整體製作方法甚為繁瑣。又，所屬技術領域中的相關研發人員皆知，微發光二極體基於其本身的晶粒尺寸(chip size)已達微米等級，導致自身的磊晶膜層結構(如，能放射出藍光的n-GaN/MQW/p-GaN)之總膜厚僅有或甚至小於5 μm。再者，前述III-V族光電化合物材料本質上不具韌性，且厚度小相對機械強度也小；就該覆晶式微發光二極體模組1整體結構上的機械強度來說，相當有限；因此，不論是在巨量轉移的過程中或是後端應用的處理上一有不慎，皆容易因處理不慎而遭受損壞。

經上述說明可知，在覆晶式微發光二極體晶粒的製程中簡化其工序並提升微發光二極體晶粒整體結構上的機械強度，是本案所屬技術領域中的相關技術人員有待解決的課題。

因此，本發明的第一目的，即在提供一種工序簡化且機械強度佳之覆晶式微發光二極體晶粒的製法。

於是，本發明覆晶式微發光二極體晶粒的製法，其包括以下步驟：一步驟(a)、一步驟(b)、一步驟(c)、一步驟(d)、一步驟(e)，及一步驟(f)。

該步驟(a)是提供一包括一磊晶基板，及一磊製於該磊晶基板上的微發光二極體晶粒陣列的元件單元；其中，相鄰微發光二極體晶粒定義出一切割線，且各微發光二極體晶粒具有一鄰近該磊晶基板的發光面、一相反於該發光面的電連接面，及一對彼此間隔設置在各自所對應之電連接面上的接觸電極。

該步驟(b)是晶圓鍵合該元件單元之各對接觸電極至一具有複數彼此間隔設置的通道的金屬基板上，以令各通道是介於各自所對應之各對接觸電極間，並於該金屬基板之一面向各對接觸電極的第一表面與該等接觸電極間形成一連通該等通道的間隙；其中，該等通道是貫穿該金屬基板的第一表面與一相反於該第一表面的第二表面。

該步驟(c)是於該步驟(b)後引入一有機黏著膠至該等通道內與間隙內。

該步驟(d)是自該步驟(c)後的金屬基板的第二表面薄化該金屬基板。

該步驟(e)是移除該磊晶基板以裸露出各微發光二極體晶粒的發光面。

該步驟(f)是沿各切割線分離前述步驟後的該等微發光二極體晶粒，從而製得一批覆晶式微發光二極體晶粒。

此外，本發明的第二目的，即在提供一種由上述製法所製得的覆晶式微發光二極體晶粒。

於是，本發明覆晶式微發光二極體晶粒，包括一金屬基板、一微發光二極體晶粒，及一固化後的有機黏著膠。該金屬基板包括相反設置的一第一表面與一第二表面，及一貫穿該第一表面與該第二表面的通道。該微發光二極體晶粒晶圓鍵合於該金屬基板的第一表面，並具有一遠離該金屬基板之第一表面的發光面、一相反於該發光面的電連接面，及一對彼此間隔地設置於該電連接面以鍵合於該金屬基板之第一表面的接觸電極，令該金屬基板之通道是介於該對接觸電極間，且位於該電連接面的該等接觸電極與該金屬基板的第一表面共同定義出一連通該通道的間隙。該固化後的有機黏著膠是填充於該通道內與該間隙內。

本發明的功效在於：能藉由該固化的有機黏著膠而維持覆晶式微發光二極體晶粒的機械強度，且在整體製法中完全無需使用到曝光、顯影與蝕刻等程序，工序甚為簡化。

本發明覆晶式微發光二極體晶粒的製法的一實施例，其實質上是由一步驟(a)、一步驟(b)、一步驟(c)、一步驟(c’)、一步驟(d)、一步驟(e)，及一步驟(f)所構成。

參閱圖11與圖12，該步驟(a)是提供一包括一磊晶基板200，及一磊製於該磊晶基板200上的微發光二極體晶粒2陣列的元件單元20；其中，相鄰微發光二極體晶粒2定義出一切割線D，且各微發光二極體晶粒2具有一鄰近該磊晶基板200的發光面21、一相反於該發光面21的電連接面22，及一對彼此間隔設置在各自所對應之電連接面22上的接觸電極23。具體來說，該微發光二極體晶粒2陣列之發光面21與該磊晶基板200間還磊晶一緩衝層201。

參閱圖13、圖14、圖15與圖16，該步驟(b)是晶圓鍵合該元件單元20之各對接觸電極23至一具有複數彼此間隔設置的通道30的金屬基板3上，以令各通道30是介於各自所對應之各對接觸電極23間(請見圖15)，並於該金屬基板3之一面向各對接觸電極23的第一表面31與該等接觸電極23間形成一連通該等通道30的間隙220(請見圖16)；其中，該等通道30是貫穿該金屬基板3的第一表面31與一相反於該第一表面31的第二表面32。

參閱圖17，該步驟(c)是於該步驟(b)後引入一有機黏著膠40至該等通道30內與間隙220內。該步驟(c’)是對該有機黏著膠40施予固化處理，以成為一固化後的有機黏著膠4。

參閱圖18，該步驟(d)是自該步驟(c)與該步驟(c’)後的金屬基板3的第二表面32薄化該金屬基板3。

參閱圖19，該步驟(e)是移除該磊晶基板200以裸露出各微發光二極體晶粒2的發光面21。適用於本發明該實施例之步驟(e)的磊晶基板200的移除技術手段，可以是採用雷射剝離(laser liftoff)技術或化學蝕刻技術。具體來說，本發明該實施例之步驟(e)是採用雷射剝離(laser liftoff)技術移除該步驟(d)後的緩衝層201使該磊晶基板200脫離該緩衝層201與該等微發光二極體晶粒2，以裸露出各微發光二極體晶粒2的發光面21。

參閱圖20，該步驟(f)是沿如圖15所示之各切割線D縱向切割前述步驟後的該等微發光二極體晶粒2以分離前述步驟後的該等微發光二極體晶粒2，從而製得一批覆晶式微發光二極體晶粒FC。

較佳地，該金屬基板3具有兩非磁性層及一夾置於該等非磁性層間的磁性層(圖未示)。在本發明該實施例中，該金屬基板3是一由銅箔層/鐵鎳合金層/銅箔層(Copper-Invar-Copper，簡稱CIC)所構成的複合材料，也就是該金屬基板3是一CIC基板；其中，上層與下層的銅箔層厚度約為10 μm，而中間夾層的鐵鎳合金層厚度約為20 μm。此處須說明的是，前述步驟(d)所實施的薄化條件，主要是視該批覆晶式微發光二極體晶粒FC的後端應用。詳細來說，當該等覆晶式微發光二極體晶粒FC在巨量轉移時，無需藉由電磁力來控制該等覆晶式微發光二極體晶粒FC，則依其後端應用的條件來決定其欲薄化至鄰近該第二表面32處的銅箔層或薄化至鄰近該第一表面31處的銅箔層(即，該薄化後的金屬基板3之總厚度可達10 μm以下)；當該等覆晶式微發光二極體晶粒FC在巨量轉移時，需藉由電磁力來控制該等覆晶式微發光二極體晶粒FC，則薄化條件只需薄化至該鐵鎳合金層(即，該薄化後的金屬基板3之總厚度約25 μm)。

經上述各段有關於本發明該實施例之製法的詳細說明可知，參閱圖21與圖22，本發明該實施例之覆晶式微發光二極體晶粒FC，包括該金屬基板3、該微發光二極體晶粒2，及該固化後的有機黏著膠4。該金屬基板3包括彼此相反設置的該第一表面31與該第二表面32，及貫穿該第一表面31與該第二表面32的該通道30。該微發光二極體晶粒2晶圓鍵合於該金屬基板3的第一表面31，並具有遠離該金屬基板3之第一表面31的該發光面21、相反於該發光面21的該電連接面22，及該對彼此間隔地設置於該電連接面22以鍵合於該金屬基板3之第一表面31的接觸電極23，令該金屬基板3之通道30是介於該對接觸電極23間，且位於該電連接面22的該等接觸電極23與該金屬基板3的第一表面31共同定義出連通該通道30的間隙220。該固化後的有機黏著膠4是填充於該通道30內與該間隙220內。

如圖20與圖21所示，各微發光二極體晶粒2之電連接面22具有一遠離該金屬基板3之第一表面31的平台區221，及一相對各自所對應之平台區221鄰近該金屬基板3之第一表面31的鄰近區222，各微發光二極體晶粒2沿一高度方向H自其平台區221至其鄰近區222還具有一平台高度h。此處要說明的是，基於各微發光二極體晶粒2自其發光面21至其電連接面22整體是由不具韌性的III-V族光電化合物所構成的磊晶膜，且沿該高度方向H自其發光面21至電連接面22的鄰近區222的高度(或厚度)約小於5 μm，而各平台高度h則僅約0.7 μm左右；因此，本發明該實施例之各微發光二極體晶粒2的機械強度主要是利用該步驟(c)與該步驟(c’)來使該間隙220受該固化後的有機黏著膠4所填滿，以藉此增加各微發光二極體晶粒2的整體機械強度，從而避免在後端製程中因人為疏失而損壞微發光二極體晶粒2之磊晶膜。因此，為維持各微發光二極體晶粒2具有足夠的機械強度，較佳地，各微發光二極體晶粒2自各自所對應之平台區221至該金屬基板3的第一表面31的一距離d是不小於1 μm。

再參閱圖22與圖11，各微發光二極體晶粒2之發光面21具有兩彼此相反設置的第一邊211，及兩彼此相反設置且連接該等第一邊211並實質平行於各通道30的第二邊212。此處要進一步說明的是，為使該有機黏著膠40在實施該步驟(c)時便於被引入至各通道30內，並於實施完該步驟(d)之薄化該金屬基板3的程序後令經薄化的金屬基板3維持足夠的機械強度。因此，較佳地，各通道30的一寬度(w)是介於10 μm至100μm間。在本發明該實施例中，各微發光二極體晶粒2之發光面21的第一邊211的一寬度(W)及第二邊212的寬度分別是以75 μm與50 μm為例作說明，且各通道30的寬度(w)是以10 μm為例作說明，但不限於此。

由上述各段所載技術內容可清楚知道，本發明該實施例除了得以藉由該固化的有機黏著膠4而維持各覆晶式微發光二極體晶粒FC的機械強度外，且在整體製法中自該步驟(a)至步驟(f)連同該步驟(c’)僅需要七道步驟，完全無需使用到曝光、顯影與蝕刻等程序，工序甚為簡化。

綜上所述，本發明覆晶式微發光二極體晶粒FC的製法及其製品，不僅能藉由該有機黏著膠4維持各覆晶式微發光二極體晶粒FC的機械強度，且整體工序因無須使用曝光、顯影與蝕刻等程序而相當簡化，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

2:微發光二極體晶粒 20:元件單元 200:磊晶基板 201:緩衝層 21:發光面 211:第一邊 212:第二邊 22:電連接面 220:間隙 221:平台區 222:鄰近區 23:接觸電極 3:金屬基板 30:通道 31:第一表面 32:第二表面 4:固化後的有機黏著膠 40:有機黏著膠 d:距離 D:切割線 H:高度方向 h:平台高度 W:寬度 w:寬度 FC:覆晶式微發光二極體晶粒

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一剖視圖，說明中華民國第201935680早期公開號發明專利案(即，前案1)所公開的一種覆晶式微發光二極體模組的製法的一第一階段步驟；圖2是一剖視圖，說明該前案1所公開之製法的一第二階段步驟；圖3是一剖視圖，說明該前案1所公開之製法的一第三階段步驟；圖4是一剖視圖，說明該前案1所公開之製法的一第四階段步驟；圖5是一剖視圖，說明該前案1所公開之製法的一第五階段步驟；圖6是一剖視圖，說明該前案1所公開之製法的一第六階段步驟；圖7是一剖視圖，說明該前案1所公開之製法的一第七階段步驟；圖8是一剖視圖，說明該前案1所公開之製法的一第八階段步驟；圖9是一剖視圖，說明該前案1所公開之製法的一第九階段步驟；圖10是一剖視圖，說明該前案1所公開之製法的一第十階段步驟；圖11是一局部俯視示意圖，說明本發明覆晶式微發光二極體晶粒的製法之一實施例的一步驟(a)所使用的一元件單元；圖12是沿圖11之直線XII-XII所取得的一局部剖視圖，說明本發明該實施例之製法之元件單元的細部結構；圖13一局部俯視示意圖，說明本發明該實施例之製法的一步驟(b)所使用的一金屬基板；圖14是沿圖13之直線XIV-XIV所取得的一局部剖視圖，說明本發明該實施例之製法之金屬基板的細部結構；圖15是一局部剖視圖，說明本發明該實施例之製法的步驟(b)的實施態樣；圖16是沿圖15之直線XVI-XVI所取得的一局部剖視圖，說明本發明該實施例之製法在實施該步驟(b)時，該元件單元與該金屬基板間的連接關係；圖17是一局部剖視圖，說明本發明該實施例之製法的一步驟(c)的實施態樣；圖18是一局部剖視圖，說明本發明該實施例之製法的一步驟(d)的實施態樣；圖19是一局部剖視圖，說明本發明該實施例之製法的一步驟(e)的實施態樣；圖20是一局部剖視圖，說明本發明該實施例之製法的一步驟(f)的實施態樣；圖21是一剖視圖，說明本發明該實施例之製法所製得的一覆晶式微發光二極體晶粒；及圖22是圖21的一仰視示意圖。

2:微發光二極體晶粒

21:發光面

22:電連接面

220:間隙

221:平台區

222:鄰近區

23:接觸電極

3:金屬基板

30:通道

31:第一表面

32:第二表面

4:固化後的有機黏著膠

d:距離

FC:覆晶式微發光二極體晶粒

H:高度方向

h:平台高度

Claims

一種覆晶式微發光二極體晶粒的製法，其包含以下步驟：一步驟(a)，提供一包括一磊晶基板，及一磊製於該磊晶基板上的微發光二極體晶粒陣列的元件單元，其中，相鄰微發光二極體晶粒定義出一切割線，且各微發光二極體晶粒具有一鄰近該磊晶基板的發光面、一相反於該發光面的電連接面，及一對彼此間隔設置在各自所對應之電連接面上的接觸電極；一步驟(b)，晶圓鍵合該元件單元之各對接觸電極至一具有複數彼此間隔設置的通道的金屬基板上，以令各通道是介於各自所對應之各對接觸電極間，並於該金屬基板之一面向各對接觸電極的第一表面與該等接觸電極間形成一連通該等通道的間隙；其中，該等通道是貫穿該金屬基板的第一表面與一相反於該第一表面的第二表面；一步驟(c)，於該步驟(b)後引入一有機黏著膠至該等通道內與間隙內；一步驟(d)，自該步驟(c)後的金屬基板的第二表面薄化該金屬基板；一步驟(e)，移除該磊晶基板以裸露出各微發光二極體晶粒的發光面；及一步驟(f)，沿各切割線分離前述步驟後的該等微發光二極體晶粒，從而製得一批覆晶式微發光二極體晶粒。
如請求項1所述的覆晶式微發光二極體晶粒的製法，其中，該金屬基板具有兩非磁性層及一夾置於該等非磁性層間的磁性層。
如請求項2所述的覆晶式微發光二極體晶粒的製法，其中，該金屬基板是一由銅箔層/鐵鎳合金層/銅箔層所構成的複合材料。
如請求項1所述的覆晶式微發光二極體晶粒的製法，於該步驟(c)與該步驟(d)間還包含對該有機黏著膠施予固化處理。
如請求項1所述的覆晶式微發光二極體晶粒的製法，其中，各微發光二極體晶粒之電連接面具有一遠離該金屬基板之第一表面的平台區，及一相對各自所對應之平台區鄰近該金屬基板之第一表面的鄰近區，各微發光二極體晶粒自各自所對應之平台區至該金屬基板的第一表面的一距離(d)是不小於1 μm。
如請求項5所述的覆晶式微發光二極體晶粒的製法，其中，各微發光二極體晶粒之發光面具有兩彼此相反設置的第一邊，及兩彼此相反設置且連接該等第一邊並實質平行於各通道的第二邊，各通道的一寬度(w)是介於10 μm至100 μm間。
一種覆晶式微發光二極體晶粒，其包含：一金屬基板，包括相反設置的一第一表面與一第二表面，及一貫穿該第一表面與該第二表面的通道；一微發光二極體晶粒，晶圓鍵合於該金屬基板的第一表面，並具有一遠離該金屬基板之第一表面的發光面、一相反於該發光面的電連接面，及一對彼此間隔地設置於該電連接面以鍵合於該金屬基板之第一表面的接觸電極，令該金屬基板之通道是介於該對接觸電極間，且位於該電連接面的該等接觸電極與該金屬基板的第一表面共同定義出一連通該通道的間隙；及一固化後的有機黏著膠，填充於該通道內與該間隙內。
如請求項7所述的覆晶式微發光二極體晶粒，其中，該微發光二極體晶粒之電連接面具有一遠離該金屬基板之第一表面的平台區，及一相對該平台區鄰近該金屬基板之第一表面的鄰近區，該微發光二極體晶粒自該平台區至該金屬基板的第一表面的一距離(d)是不小於1 μm。
如請求項8所述的覆晶式微發光二極體晶粒，其中，該微發光二極體晶粒之發光面具有兩彼此相反設置的第一邊，及兩彼此相反設置且連接該等第一邊並實質平行於各通道的第二邊，各通道的一寬度(w)是介於10 μm至100 μm間。