TWI824529B - 電子裝置及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本揭露提供一種電子裝置的製造方法，包括：提供一基板；形成一焊料與一助焊劑於該基板上；接合一電子元件於該焊料上；以及移除至少一部分的該助焊劑。本揭露亦提供一種電子裝置。
Description
本揭露有關於一種電子裝置，特別是有關於一種具有接合墊的電子裝置及其製造方法。
目前，電子元件是透過錫焊接在薄膜電晶體(TFT)玻璃基板上，但經過可靠度測試(例如熱衝擊(Thermal Shock))後，電子元件正下方的玻璃會出現裂痕，因而造成亮/暗點產生或甚至電子元件會從基板上剝落。該些異常現象的發生是由於電子元件與玻璃之間的熱膨脹係數(CTE)不同，再經過熱衝擊的熱脹冷縮過程後出現拉/張應力，最終在結構中受到應力最大值的位置處出現破裂起始點並往外延伸。
根據本揭露的一實施例，提供一種電子裝置的製造方法，包括：提供一基板；形成一焊料與一助焊劑於該基板上；接合一電子元件於該焊料上；以及移除至少一部分的該助焊劑。
根據本揭露的一實施例，提供一種電子裝置，包括：一基板；一電子元件，包括多個接合墊，於該基板上；以及一膠材，於該等接合墊之間。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露實施例敘述了一第一特徵部件形成於一第二特徵部件之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵部件與上述第二特徵部件是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵部件形成於上述第一特徵部件與上述第二特徵部件之間，而使上述第一特徵部件與第二特徵部件可能未直接接觸的實施例。
應理解的是，額外的操作步驟可實施於所述方法之前、之間或之後，且在所述方法的其他實施例中，部分的操作步驟可被取代或省略。
此外，其中可能用到與空間相關用詞，例如「在…下方」、「下方」、「較低的」、「在…上方」、「上方」、「較高的」及類似的用詞，這些空間相關用詞係為了便於描述圖示中一個(些)元件或特徵部件與另一個(些)元件或特徵部件之間的關係，這些空間相關用詞包括使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖式中所描述的方位。當裝置被轉向不同方位時(旋轉45度或其他方位)，則其中所使用的空間相關形容詞也將依轉向後的方位來解釋。再者，當述及一第一材料層位於一第二材料層上或之上時，包括第一材料層與第二材料層直接接觸之情形，或者，其間亦可能間隔有一或更多其它材料層之情形，在此情形中，第一材料層與第二材料層之間可能不直接接觸。在本揭露一些實施例中，關於接合、連接之用語例如「連接」、「互連」等，除非特別定義，否則可指兩個結構係直接接觸，或者亦可指兩個結構並非直接接觸，其中有其它結構設於此兩個結構之間。且此關於接合、連接之用語亦可包括兩個結構都可移動，或者兩個結構都固定之情況。
在說明書中，「約」、「大約」、「大抵」、「大致」、「實質上」、「相同」、「相似」之用語通常表示一特徵值在一給定值的正負15%之內，或正負10%之內，或正負5%之內，或正負3%之內，或正負2%之內，或正負1%之內，或正負0.5%之內的範圍。在此給定的數量為大約的數量，亦即在沒有特定說明「約」、「大約」、「大抵」、「大致」、「實質上」的情況下，仍可隱含「約」、「大約」、「大抵」、「大致」、「實質上」之含義。
應當理解的是，雖然本文使用術語「第一」、「第二」、「第三」等來描述不同的元件、部件、區域、層及/或區段，這些元件、部件、區域、層及/或區段不應當被這些術語所限制。這些術語可以僅被用於將一個元件、部件、區域、層或區段與另一元件、部件、區域、層或區段區分開來。因此，在不脫離本揭露的技術的前提下，以下討論的第一元件、部件、區域、層或區段可以被稱為第二元件、部件、區域、層或區段。
除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是，這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在本揭露實施例有特別定義。
請參閱第1A~1F圖，根據本揭露的一實施例，提供一種電子裝置的製造方法。第1A~1F圖為電子裝置製造方法的剖面示意圖。
如第1A圖所示，提供基板10。形成第一絕緣層12於基板10上。形成第二絕緣層14於第一絕緣層12上。形成圖案化金屬層16於第二絕緣層14上，露出部分的第二絕緣層14。形成畫素定義層(pixel defining layer，PDL) 18於圖案化金屬層16與露出的第二絕緣層14上，並露出部分的圖案化金屬層16。形成金屬層20於露出的圖案化金屬層16上，以定義第一接合結構22a與第二接合結構22b，對應後續接合的電子元件的接合墊。
在部份實施例中，基板10可包括硬質基板或軟性基板，例如，玻璃基板或聚醯亞胺(PI)基板，但本揭露不限於此。在部份實施例中，第一絕緣層12與第二絕緣層14為絕緣材料，可包括氧化矽、氮化矽或氮氧化矽，但本揭露不限於此。在部份實施例中，圖案化金屬層16為金屬材料，可包括銅，但本揭露不限於此。在部份實施例中，畫素定義層18為有機材料或無機材料，可包括樹脂、有機矽、氮化矽或氧化矽，但本揭露不限於此。在部份實施例中，金屬層20為金屬材料，可包括鎳，但本揭露不限於此。
接著，如第1B圖所示，形成焊料(solder) 24與助焊劑(flux) 26於基板10的第一接合結構22a與第二接合結構22b上。在第1B圖中，先形成焊料24於第一接合結構22a與第二接合結構22b上，之後，再形成助焊劑26於焊料24上。在部份實施例中，亦可先混合焊料24與助焊劑26形成混合物，之後，再將上述混合物形成於第一接合結構22a與第二接合結構22b上。在本揭露中，可藉由例如噴射塗佈(injection coating)的方式將焊料24與助焊劑26形成於第一接合結構22a與第二接合結構22b上。在部份實施例中，藉由噴射塗佈先將焊料24形成於第一接合結構22a與第二接合結構22b上，之後，再次藉由噴射塗佈將助焊劑26形成於焊料24上。在部份實施例中，先混合焊料24與助焊劑26形成混合物，之後，再藉由噴射塗佈將上述混合物形成於第一接合結構22a與第二接合結構22b上。在部份實施例中，焊料24為金屬或合金材料，可包括錫或錫鉍合金，但本揭露不限於此。在部份實施例中，助焊劑26為樹脂與有機溶劑混合物，可包括松香、有機酸、乙醇、增稠劑等成分，但本揭露不限於此。
接著，如第1C圖所示，將電子元件27接合至焊料24與助焊劑26上，其中電子元件27包括第一接合墊30a、第二接合墊30b與主體28。在第1C圖中，電子元件27藉由第一接合墊30a與第二接合墊30b接合至焊料24與助焊劑26上。在部份實施例中，電子元件27可包括被動元件或主動元件，例如，電容、電阻、電感、二極體、電晶體等。二極體可包括發光二極體或光電二極體，例如，有機發光二極體(organic light emitting diode，OLED)、次毫米發光二極體(mini LED)、微發光二極體(micro LED)或量子點發光二極體(quantum dot LED)，但本揭露不限於此。在部份實施例中，電子元件27的厚度H大約為600微米。在部份實施例中，第一接合墊30a與第二接合墊30b可包括銅，但本揭露不限於此。
接著，如第1D圖所示，實施回焊(reflow)製程32。在部份實施例中，回焊製程32可包括低溫回焊(回焊溫度大約低於170°C)。回焊後，助焊劑26呈現環繞電子元件27並位於第一接合結構22a與第二接合結構22b之間的分布態樣。
接著，如第1E圖所示，移除助焊劑26。相關移除方式將詳述於後。
接著，如第1F圖所示，形成膠材34於基板10上，並環繞電子元件27以及位於第一接合結構22a與第二接合結構22b之間，如第1G圖所示。第1G圖為第1F圖的俯視圖。在本揭露中，可藉由例如噴射塗佈的方式將膠材34形成於基板10上，並環繞電子元件27以及位於第一接合結構22a與第二接合結構22b之間。在部份實施例中，膠材34的楊氏係數(Young’s modulus)介於大約1MPa至大約100MPa。在部份實施例中，膠材34可包括白膠(例如，以矽膠為基底)、光學膠或防水膠，但本揭露不限於此。在部份實施例中，膠材34的厚度h (從畫素定義層18的上表面18’至膠材34的頂部34’)介於大約50微米至大約600微米。此處，將畫素定義層18的上表面18’至電子元件27的主體28的上表面28’的高度定義為K。在部份實施例中，高度K介於大約600微米至大約640微米。值得注意的是，膠材34的厚度h不超過高度K。至此，即完成電子裝置40的製作。
以下將詳述移除助焊劑26的相關移除方式。
請參閱第2A~2D圖，根據本揭露的一實施例，提供一種電子裝置中助焊劑的移除方法。第2A~2D圖為上述移除方法的示意圖。
如第2A圖所示，將第1D圖所示結構42 (包含助焊劑)置於容器44並加入清洗液46。在第2A圖中，清洗液46的液面46’大約高於第1D圖所示結構42的上表面42’。在部份實施例中，清洗液46的液面46’大約等於第1D圖所示結構42的上表面42’。在部份實施例中，清洗液46的液面46’大約低於第1D圖所示結構42的上表面42’。在本揭露中，將第1D圖所示結構42中的助焊劑浸於清洗液46中即可達到移除助焊劑的效果，而第1D圖所示結構42的上表面42’可大約低於、高於或等於清洗液46的液面46’。在部份實施例中，清洗液46可包括鹼性溶液，例如，2-胺基-2-甲基-1-丙醇、二乙二醇單丁醚、三甘醇單丁醚、乙氨基乙醇、雙乙醇、苄醇、或前述的混合物、或任選前述幾種的混合物，但本揭露不限於此。在部份實施例中，清洗液46的溫度大約介於55°C至65°C。
接著，如第2B圖所示，將裝有第1D圖所示結構42與清洗液46的容器44置於超音波震盪器48中進行超音波震洗步驟50。在部份實施例中，超音波震洗步驟50的頻率大約為40KHz。在部份實施例中，超音波震洗步驟50的溫度大約介於55°C至65°C。在部份實施例中，超音波震洗步驟50的時間大約介於1分鐘至2分鐘。在第2B圖中，將裝有第1D圖所示結構42與清洗液46的容器44置於超音波震盪器48中進行超音波震洗步驟50，以移除助焊劑。在部份實施例中，亦可將單獨裝有第1D圖所示結構42的容器44置於超音波震盪器48中進行超音波震盪步驟，以移除助焊劑。在部份實施例中，亦可將裝有第1D圖所示結構42與一般溶液(例如，去離子水)的容器44置於超音波震盪器48中進行超音波震洗步驟，以移除助焊劑。
接著，如第2C圖所示，使用去離子水52清洗經超音波震洗步驟50後的結構54，以將清洗液46洗至無殘留，耗時大約1分鐘至2分鐘。
接著，如第2D圖所示，對結構54進行乾燥步驟56，以去除結構54上的水分並使其乾燥，至此，即完成移除助焊劑的步驟，獲得如第1E圖所示的結構。在部份實施例中，可使用空氣槍將結構54上的水分去除並吹乾，但本揭露不限於此。在部份實施例中，亦可藉由其他適合的方式將結構54上的水分去除並使其乾燥。
請參閱第1F圖，根據本揭露的一實施例，提供一種電子裝置40。第1F圖為電子裝置40的剖面示意圖。
如第1F圖所示，電子裝置40包括基板10、第一絕緣層12、第二絕緣層14、圖案化金屬層16、畫素定義層(pixel defining layer，PDL) 18、金屬層20 (包括第一接合結構22a、第二接合結構22b)、焊料24、、第一接合墊30a、第二接合墊30b、主體28、以及膠材34。第一絕緣層12形成於基板10上。第二絕緣層14形成於第一絕緣層12上。圖案化金屬層16形成於第二絕緣層14上，露出部分的第二絕緣層14。畫素定義層18形成於圖案化金屬層16與露出的第二絕緣層14上，並露出部分的圖案化金屬層16。金屬層20形成於露出的圖案化金屬層16上，以定義第一接合結構22a與第二接合結構22b，對應後續接合的電子元件的接合墊。焊料24形成於基板10的第一接合結構22a與第二接合結構22b上。電子元件27藉由第一接合墊30a與第二接合墊30b接合至焊料24上。膠材34形成於基板10上，並環繞電子元件27以及位於第一接合結構22a與第二接合結構22b之間。
在部份實施例中，基板10可包括硬質基板或軟性基板，例如，玻璃基板或聚醯亞胺(PI)基板，但本揭露不限於此。在部份實施例中，第一絕緣層12與第二絕緣層14可包括氧化矽、氮化矽或氮氧化矽，但本揭露不限於此。在部份實施例中，圖案化金屬層16可包括銅，但本揭露不限於此。在部份實施例中，畫素定義層18可包括樹脂、有機矽或氧化矽，但本揭露不限於此。在部份實施例中，金屬層20 (包括第一接合結構22a、第二接合結構22b)可包括鎳，但本揭露不限於此。在部份實施例中，焊料(solder) 24可包括錫或錫鉍合金，但本揭露不限於此。
在部份實施例中，電子元件27可包括發光二極體(LED)，例如，有機發光二極體(organic light emitting diode，OLED)、次毫米發光二極體(mini LED)、微發光二極體(micro LED)或量子點發光二極體(quantum dot LED)，但本揭露不限於此。在部份實施例中，電子元件27的厚度H大約為600微米。在部份實施例中，第一接合墊30a與第二接合墊30b可包括銅，但本揭露不限於此。
在部份實施例中，膠材34的楊氏係數(Young’s modulus)介於大約1MPa至大約100MPa。在部份實施例中，膠材34可包括白膠(例如，以矽膠為基底)、光學膠或防水膠，但本揭露不限於此。在部份實施例中，膠材34的厚度h (從畫素定義層18的上表面18’至膠材34的頂部34’)介於大約50微米至大約600微米。此處，將畫素定義層18的上表面18’至電子元件27的主體28的上表面28’的高度定義為K。在部份實施例中，高度K介於大約600微米至大約640微米。值得注意的是，膠材34的厚度h不超過高度K。
試驗舉例
電子裝置經熱衝擊(Thermal Shock)後基板出現裂痕的比例
提供如第1F圖所示的電子裝置40。各元件、層別的材料及尺寸如下。基板10為玻璃基板。第一絕緣層12與第二絕緣層14的材料為氧化矽。圖案化金屬層16的材料為銅。畫素定義層18的材料為氮化矽。金屬層20 (包括第一接合結構22a、第二接合結構22b) 的材料為鎳。焊料24的材料為錫。電子元件27為次毫米發光二極體(mini LED)，其厚度H大約為600微米。第一接合墊30a與第二接合墊30b的材料為銅。膠材34為白膠，其厚度h大約為100微米。本實施例電子裝置即是在清除助焊劑後，將膠材34形成於基板10上，並環繞電子元件27以及位於第一接合結構22a與第二接合結構22b之間。
接著，對上述電子裝置進行熱衝擊試驗。熱衝擊試驗的條件如下，溫度大約介於-40°C至80°C，歷經339次循環。於試驗後，觀察基板出現裂痕的比例，結果載於下表1。
實驗例1
電子裝置經熱衝擊(Thermal Shock)後基板出現裂痕的比例
提供如第1D圖所示的電子裝置。各元件、層別的材料及尺寸如下。基板10為玻璃基板。第一絕緣層12與第二絕緣層14的材料為氧化矽。圖案化金屬層16的材料為銅。畫素定義層18的材料為樹脂、有機矽或氧化矽。金屬層20 (包括第一接合結構22a、第二接合結構22b) 的材料為鎳。焊料24的材料為錫。助焊劑26的成分包括松香、有機酸、乙醇、增稠劑。電子元件27為次毫米發光二極體(mini LED)，其厚度H大約為600微米。第一接合墊30a與第二接合墊30b的材料為銅。本比較例電子裝置並未清除助焊劑26，且未施予膠材。助焊劑26形成於基板10上，並環繞電子元件27以及位於第一接合結構22a與第二接合結構22b之間。
接著，對上述電子裝置進行熱衝擊試驗。熱衝擊試驗的條件如下，溫度大約介於-40°C至80°C，歷經339次循環。於試驗後，觀察基板出現裂痕的比例，結果載於下表1。
比較例2
電子裝置經熱衝擊(Thermal Shock)後基板出現裂痕的比例
提供類似第1D圖所示的電子裝置。各元件、層別的材料及尺寸如下。基板10為玻璃基板。第一絕緣層12與第二絕緣層14的材料為氧化矽。圖案化金屬層16的材料為銅。畫素定義層18的材料為樹脂、有機矽或氧化矽。金屬層20 (包括第一接合結構22a、第二接合結構22b) 的材料為鎳。焊料24的材料為錫。助焊劑26的成分包括松香、有機酸、乙醇、增稠劑。電子元件27為次毫米發光二極體(mini LED)，其厚度H大約為600微米。第一接合墊30a與第二接合墊30b的材料為銅。本比較例電子裝置與比較例1電子裝置的差別在於，本比較例電子裝置未清除助焊劑26，但施予部分膠材。
接著，對上述電子裝置進行熱衝擊試驗。熱衝擊試驗的條件如下，溫度大約介於-40°C至80°C，歷經339次循環。於試驗後，觀察基板出現裂痕的比例，結果載於下表1。
表1
| 清除助焊劑，未施予膠材 | 未清除助焊劑，施予部分膠材 | 清除助焊劑，施予膠材 | |
| 出現裂痕的比例(%) | 100% | 93.8% | 0% |
此處，將基板出現裂痕的「比例」定義為抽檢100顆單元來看，100顆當中有幾顆出現裂痕。由表1結果可看出，當未清除電子裝置中的助焊劑，且未施予膠材時，基板出現裂痕的比例高達100% (比較例1)。雖比較例2在未清除助焊劑的情況下，施予部分膠材，但基板出現裂痕的比例仍相當高，僅降低大約6%，此裂痕比例的降低程度並不足以改善產品可靠度，而造成此改善效果不佳的原因應是由於助焊劑的存在進而影響膠材對基板的附著力所致。反觀，本揭露電子裝置在清除助焊劑後，續將膠材形成於基板上，並環繞電子元件以及第一接合墊與第二接合墊，此結構在歷經熱衝擊試驗之後，基板出現裂痕的比例已大幅降低，足以證明電子產品於清除助焊劑後，再補入膠材確實可有效提升產品可靠度。
本揭露在基板完成焊接後進行殘留助焊劑的清洗，並塗佈白膠，使得基板出現玻璃裂痕的比例大幅降低，有效改善產品可靠度。本揭露在玻璃基板與電子元件(例如，發光二極體(LED))焊接後，以清潔藥液將基板上的助焊劑去除，待清除助焊劑後，再將膠材(例如，白膠、光學膠、防水膠等)塗佈於基板上，以吸收應力，降低電子元件與薄膜電晶體(TFT)玻璃基板之間的最大應力，進一步降低熱衝擊後玻璃延裂的比例，最終達到改善產品可靠度的目的。本揭露電子元件下方玻璃出現裂痕的比例由原本的100%降至0%。
上述一些實施例的部件，以便在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者可以更理解本揭露實施例的觀點。在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應該理解，他們能以本揭露實施例為基礎，設計或修改其他製程和結構以達到與在此介紹的實施例相同之目的及/或優勢。在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者也應該理解到，此類等效的結構並無悖離本揭露的精神與範圍，且他們能在不違背本揭露之精神和範圍之下，做各式各樣的改變、取代和替換。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外，雖然本揭露已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。
整份說明書對特徵、優點或類似語言的引用，並非意味可以利用本揭露實現的所有特徵和優點應該或者可以在本揭露的任何單個實施例中實現。相對地，涉及特徵和優點的語言被理解為其意味著結合實施例描述的特定特徵、優點或特性包括在本揭露的至少一個實施例中。因而，在整份說明書中對特徵和優點以及類似語言的討論可以但不一定代表相同的實施例。
再者，在一個或多個實施例中，可以任何合適的方式組合本揭露的所描述的特徵、優點和特性。根據本文的描述，相關領域的技術人員將意識到，可在沒有特定實施例的一個或多個特定特徵或優點的情況下實現本揭露。在其他情況下，在某些實施例中可辨識附加的特徵和優點，這些特徵和優點可能不存在於本揭露的所有實施例中。
10:基板
12:第一絕緣層
14:第二絕緣層
16:圖案化金屬層
18:畫素定義層
18’:畫素定義層的上表面
20:金屬層
22a:第一接合結構
22b:第二接合結構
24:焊料
26:助焊劑
27:電子元件
28:主體
28’:主體的上表面
30a:第一接合墊
30b:第二接合墊
32:回焊製程
34:膠材
34’:膠材的頂部
40:電子裝置
42:第1D圖所示結構
42’:第1D圖所示結構的上表面
44:容器
46:清洗液
46’:清洗液的液面
48:超音波震盪器
50:超音波震洗步驟
52:去離子水
54:經超音波震洗步驟後的結構
56:乾燥步驟
H:電子元件的厚度
h:膠材的厚度
K:畫素定義層的上表面至電子元件的主體的上表面的高度
以下將配合所附圖式詳述本揭露實施例。應注意的是，各種特徵部件並未按照比例繪製且僅用以說明例示。事實上，元件的尺寸可能經放大或縮小，以清楚地表現出本揭露實施例的技術特徵。
第1A~1F圖根據本揭露的一實施例，一種電子裝置製造方法的剖面示意圖；
第1G圖根據本揭露的一實施例，為第1F圖的俯視圖；
第2A~2D圖根據本揭露的一實施例，一種移除電子裝置助焊劑的示意圖。
10:基板
12:第一絕緣層
14:第二絕緣層
16:圖案化金屬層
18:畫素定義層
18’:畫素定義層的上表面
20:金屬層
22a:第一接合結構
22b:第二接合結構
24:焊料
27:電子元件
28:主體
28’:主體的上表面
30a:第一接合墊
30b:第二接合墊
34:膠材
34’:膠材的頂部
40:電子裝置
H:電子元件的厚度
h:膠材的厚度
K:畫素定義層的上表面至電子元件的主體的上表面的高度
Claims (10)
- 一種電子裝置的製造方法，包括：提供一基板；形成一圖案化金屬層於該基板上；形成一焊料與一助焊劑於該基板上；接合一電子元件於該焊料上，其中接合該電子元件透過該焊料接合於該圖案化金屬層上；以及移除至少一部分的該助焊劑。
- 如請求項1的電子裝置的製造方法，其中移除至少一部分該助焊劑的步驟包括將接合有該電子元件的該基板浸於一清洗液中。
- 如請求項2的電子裝置的製造方法，其中移除至少一部分該助焊劑的步驟更包括對接合有該電子元件的該基板進行乾燥。
- 如請求項1的電子裝置的製造方法，其中移除至少一部分該助焊劑的步驟包括以超音波清潔接合有該電子元件的該基板。
- 如請求項1的電子裝置的製造方法，更包括於移除至少一部分該助焊劑的步驟之後，形成一膠材於該基板上。
- 如請求項5的電子裝置的製造方法，其中該電子元件包括一接合墊，接合該焊料，且該膠材於該電子裝置的俯視方向上環繞該接合墊。
- 如請求項5的電子裝置的製造方法，其中該膠材於該電子裝置的俯視方向上環繞該電子元件。
- 一種電子裝置，包括：一基板；一圖案化金屬層，於該基板上；一電子元件，包括多個接合墊，於該圖案化金屬層上；以及一膠材，於該等接合墊之間。
- 如請求項8的電子裝置，其中該膠材的厚度介於50微米至600微米。
- 如請求項8的電子裝置，更包括一金屬層，於該基板與該電子元件的該等接合墊之間。
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