TWI824948B - 晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法 - Google Patents
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Abstract
一種晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其係將設有多個發光二極體晶粒的晶圓結構貼附於臨時基板上，依序通過雷射切割與雷射擊穿製程，使發光二極體晶粒形成導體。隨後，在發光二極體晶粒之上表面濺鍍有透明導電薄膜，並通過設有黑色矩陣與量子點彩色濾光片的色轉換製程，使其具有不同的發光色階。之後，將發光二極體晶粒切割為多個封裝體結構，並通過解水膠製程使所述的晶圓結構與臨時基板分離，以將晶圓結構轉移至目標基板上。本發明公開之封裝方法，無須使用到習知所需的載板，可使垂直型發光二極體晶粒封裝體的封裝良率獲得優化。
Description
本發明係有關於一種垂直型發光二極體晶粒的封裝方法，且特別是有關於一種晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法。
按，已知，發光二極體（Light Emitting Diode，LED）係為一種經由半導體技術所製成的光源，其係由三五族（III-V族）化合物半導體所形成，其發光原理係為利用半導體中電子和電洞結合而發出光子，不同於傳統燈泡需在上千度的高溫操作，也不必像日光燈需使用的高電壓激發電子束，發光二極體和一般的電子元件相同，只需要2至4伏特（V）的電壓，且在一般溫度環境下即可正常運作，相較於傳統鎢絲燈泡而言，具備有：壽命長、省電節能、故障率低、光線穩定、發光效率高、和各式燈具相容性高的優點，因此發光壽命也比傳統光源長，已成為目前市場上的主流商品。
一般而言，發光二極體的晶粒結構可分為以下兩種：水平型結構（Horizontal）和垂直型結構（Vertical），綜觀來看，垂直型發光二極體與水平型發光二極體相比，其中，垂直型結構之發光二極體晶粒無論在結構強度、光電參數、熱學特性、光衰及成本等方面，皆可以提供較佳的可靠度，因此廣為業界所使用。
而近年來，隨著科技的進步，這些垂直型發光二極體晶粒也逐漸地被巨量轉移（Mass Transfer）於各式電子裝置及其基板上。直至今日，現有技術中已揭示有數種可將晶粒移轉至基板上的方法，包括：表面黏著技術（Surface Mount Technology，SMT）、晶圓間轉移（wafer-to-wafer transfer）技術、及靜電轉移（electrostatic transfer）技術等等。然而，值得注意的是，這些巨量轉移的技術都必須先將晶圓上為數眾多的垂直型發光二極體晶粒進行切割後，然後將一粒一粒的垂直型發光二極體晶粒逐次、並且逐個移轉到載板（通常為電路基板）上，之後，才能在載板上進行後續晶粒的封裝製程。如此一來，在產業需要大量進行巨量轉移時，這些現有技術皆常遭遇有製程步驟過於繁瑣，以及製程成本過高、製程效率不佳（過於緩慢）等缺失，使得這些現有製程直至今日，都仍然具有應用有限且不敷使用的問題。
又更進一步而言，當晶粒移轉至載板上的時候，即便是經由訓練良好的人為操作、抑或是精密的移轉技術，其晶粒或其晶粒封裝體的對準（alignment）也是很難做到完全對位並且精準的。而在此情況之下，不夠精準的晶粒對準更會影響後續晶粒固定作業的困難與增加其複雜度，甚至可能增加重工的成本及工時。
除此之外，與此同時，由於近年來大部分封裝廠針對發光二極體的晶粒結構進行封裝時，也因為其晶粒尺寸微縮化的關係，使得這樣微小的晶粒尺寸在後續焊線製程中遭遇有一定程度的技術難度，不僅使得發光二極體晶粒的封裝製程將變得更為困難，同時也會不利地影響其封裝的產率（yield）。而這其中的關鍵原因，乃是在於：「如何能在晶粒尺寸微縮化的前提下，能取代現有的外部焊線製程」，此技術瓶頸仍待突破，並且演變為極待解決的現有缺失之一，這也使得如何持續地改良現有的外部焊線製程，同時找到其替代方案係為現有技術領域中的一大課題。有鑑於上述，可明顯觀之，本領域之專業人士確實具備亟需開發一種新穎且具有創造性之製程方法的需求，從而解決上述所揭先前技藝所存在之問題，以使得發光二極體晶粒的封裝良率獲得優化。
因此，在考量到上述所列之諸多問題點，極需要採納多方面的考量，從而使得本領域之專業人士確實具備亟需開發一種新穎且具有創造性之製程方法的需求，從而解決上述所揭先前技藝所存在之問題，以使得發光二極體晶粒在進行巨量轉移時其效率可獲得優化，而無需使用到習知的載板。緣此，本發明之發明人係有感於上述缺失之可改善，且依據多年來從事此方面之相關經驗，悉心觀察且研究之，並配合學理之運用，而提出一種設計新穎且有效改善上述缺失之本發明，其係揭露一種新穎的晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，通過此等創新的無載板封裝製程，可實現晶粒封裝體在進行巨量轉移時的最佳化結果及效益，本申請人將提供具體之架構及實施方式，並詳述於下。
為了解決上揭諸多缺失，本發明之一目的係在於提供一種改良之發光二極體晶粒的封裝製程，此種封裝製程係可應用於垂直型發光二極體晶粒的轉移（transfer）製程中，更可進一步地廣泛應用於巨量轉移所需，滿足相關產業進行快速且巨量轉移之技術需求。
通過採用本發明所揭露之封裝製程方法，不僅可應用於垂直型發光二極體晶粒的巨轉封裝製程。然而，本發明之應用當然不限於此。 本發明提供的製程步驟亦可以應用於其他各種發光二極體晶粒的巨轉封裝製程中。一旦獲悉本申請案之公開內容，其他替代性及修改的示性例對於本領域技術人員而言，將為顯而易見的，而皆隸屬於本發明之發明範圍。
通過採用本發明所公開封裝製程的技術方案，可有效地省去使用現有技術中所需的載板，由此降低現有針對發光二極體晶粒進行封裝的製程步驟及製程成本，與此同時，亦能夠優化其中發光二極體晶粒封裝體之結構，避免破壞其結構或產生結構中的損傷。
本發明之又一目的係在於提供一種適於晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，此種無載板封裝製程主要設計目的係在於：可直接針對晶圓結構上的發光二極體晶粒進行封裝與色轉換，並在完成封裝後方轉移至目標基板上，如此一來，基於本發明可直接針對多個發光二極體晶粒進行封裝，本發明可有效省去先前技術中必須逐次、並且逐一將發光二極體晶粒轉移到載板上才能進行封裝的繁瑣製程步驟。與此同時，在後續結合發光二極體晶粒需要巨量轉移的製程時，便可避免傳統操作步驟具有冗雜的耗費工時及操作人力等成本的問題，可符合產業進行快速的巨量轉移需求。
緣此，依據本發明之實施例，本申請人所公開之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，主要包含以下步驟：
（A） 首先，提供一晶圓結構，並在該晶圓結構上設置有複數個發光二極體晶粒。
（B） 將設置有該些發光二極體晶粒之晶圓結構貼附於一臨時基板上，其中，每一該發光二極體晶粒上係具有一焊墊，並在其上塗佈有一雷射保護劑。
（C） 之後，進行一雷射切割製程，以在這些發光二極體晶粒之間形成多條切割道，並通過這些切割道將該些發光二極體晶粒間隔為複數個晶粒區域。
（D） 於每一個晶粒區域進行一雷射擊穿製程，使一該晶粒區域中的一該發光二極體晶粒形成一導體。
（E） 之後，去除前述的雷射保護劑，並以一填充膠材填補該些切割道，之後，在所述的發光二極體晶粒之上表面濺鍍有一透明導電薄膜。其中，根據本發明之一實施例，所使用之填充膠材的材質例如可為一環氧樹脂或矽膠。一透明導電薄膜之材質係為氧化銦錫（Indium Tin Oxide，ITO）。
（F） 之後，進行一色轉換製程，從而使所述的發光二極體晶粒可具有不同的發光色階。
（G） 接著，進行一刀輪切割製程，以將具有不同發光色階的該些發光二極體晶粒切割為複數個發光二極體封裝體。
（H） 最後，通過將其上具有該些發光二極體封裝體的晶圓結構與前述的臨時基板分離，本發明從而將具有該些發光二極體封裝體的晶圓結構轉移至一目標基板上。
其中，根據本發明之實施例，本發明所採用的晶圓結構係包括一鎳鐵合金層（Invar），以及設置於該鎳鐵合金層之一上表面與一下表面的一銅（Copper）層。設置於其上的該些發光二極體晶粒係具有一原始發光顏色，使該些發光二極體晶粒係顯示為藍色發光二極體晶粒。
在一實施例中，本發明所採用的臨時基板之材質，例如可為一藍寶石（Sapphire）基板。所述的晶圓結構與臨時基板之間係可通過採用一水膠，使該晶圓結構貼附於該臨時基板上。則在此情況下，當在步驟（H）中，欲使所述的晶圓結構與臨時基板分離時，則本發明可通過採用一解水膠製程，使所述的晶圓結構與臨時基板分離。詳細而言，該解水膠製程例如可在一去離子水中進行，其水溫較佳地，係控制於攝氏50度C中進行。其中，一解水膠膠膜係提供於所述的發光二極體封裝體上，本發明係通過將具有該些發光二極體封裝體與解水膠膠膜的晶圓結構、水膠與臨時基板置於去離子水中，並通過解水膠製程將所述的水膠進行水解，從而將該水膠去除，使晶圓結構與臨時基板分離。
之後，在轉移至所述的目標基板前，該解水膠膠膜更通過採用一UV解黏製程使該解水膠膠膜失去黏性。並且，在轉移至所述的目標基板後，方剝離該解水膠膠膜。
其中，根據本發明之實施例，本發明所採用的水膠，其材質，較佳地例如可為一種UV固化型水膠，以通過使用此種UV固化型水膠，可使得一較為簡易且複雜度低的解水膠製程可用以順利去除該水膠。隨後，根據本發明之實施例，該些發光二極體封裝體所轉移至目標基板之材質，例如可為一印刷電路板（printed circuit board，PCB）。
又更進一步而言，本發明在步驟（F）中所進行的色轉換製程，係可使得原先（顯示為藍光）的發光二極體晶粒可形成具有不同的發光色階，其中，所述的色轉換製程例如可通過在發光二極體晶粒上設置有黑色矩陣（Black matrix，BM）光阻、以及在該些黑色矩陣光阻之間提供有量子點彩色濾光片（Quantum dot color filter，QDCF）等步驟，從而使得發光二極體晶粒可形成具有不同的發光色階。
舉例來說，在經過該色轉換製程後的發光二極體晶粒係可包括至少顯示為紅色的發光二極體晶粒與綠色的發光二極體晶粒。
緣此，通過採用本發明所揭露之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其係可應用於垂直型發光二極體晶粒之封裝體結構，使發光二極體封裝體所包含之垂直型發光二極體晶粒係選自於由紅色、藍色與綠色之發光二極體晶粒所構成之群組。然，值得說明的是，本發明並不以此波段範圍（紅色、藍色、綠色）之發光二極體晶粒為其限制。於本發明之其他實施態樣中，這些垂直型發光二極體晶粒亦可依據設定波段範圍頻帶之不同，可製作成其他色光的發光二極體晶粒，又或者是白色光（可見光）之發光二極體晶粒，以廣泛應用本發明所公開之技術方案。
由此顯見，當本領域之技術人士在理解本發明所公開之技術方案，並應用本發明所公開之無載板封裝方法時，其係可以成功地消除先前技術中尚存之問題與缺失。 因此，能夠確信的是，本發明基於能有效地降低現有封裝製程中冗餘的製程步驟與相關成本，使本發明相較於現有技術不僅具備有高度的競爭力，並且可以在相關產業中被有效地廣泛使用。同時，本發明係於步驟（D）中進行雷射擊穿製程，使晶粒區域中的發光二極體晶粒可藉由所述的雷射擊穿製程而形成漏電，從而形成一導體。藉由此等技術特徵，本發明係利用擊穿晶粒，形成漏電，使發光二極體晶粒形成導體，便可取代現有技術中外部焊線的使用，在晶粒尺寸微縮化的今日，仍能滿足其封裝需求，同時，使得發光二極體晶粒的封裝良率獲得優化，綜上所述，足以可陳，本發明極具產業應用性與本領域之技術競爭力。
以下，茲為使本技術領域具通常知識之人士能夠對本發明的製程步驟及所達成的功效更有進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例圖及配合詳細的說明，說明如后。
本發明之實施例將藉由下文配合相關圖式進一步加以解說。盡可能的，於圖式與說明書中，相同標號係代表相同或相似構件。於圖式中，基於簡化與方便標示，形狀與厚度可能經過誇大表示。可以理解的是，未特別顯示於圖式中或描述於說明書中之元件，為所屬技術領域中具有通常技術者所知之形態。本領域之通常技術者可依據本發明之內容而進行多種之改變與修改。
除非特別說明，一些條件句或字詞，例如「可以（can）」、「可能（could）」、「也許（might）」，或「可（may）」，通常是試圖表達本案實施例具有，但是也可以解釋成可能不需要的特徵、元件，或步驟。在其他實施例中，這些特徵、元件，或步驟可能是不需要的。
於下文中關於“一個實施例”或“一實施例”之描述係指關於至少一實施例內所相關連之一特定元件、結構或特徵。因此，於下文中多處所出現之“一個實施例”或 “一實施例”之多個描述並非針對同一實施例。再者，於一或多個實施例中之特定構件、結構與特徵可依照一適當方式而結合。
在說明書及申請專利範圍中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。然而，所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。說明書及申請專利範圍並不以名稱的差異做為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來做為區分的基準。在說明書及申請專利範圍所提及的「包含」為開放式的用語， 故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一元件耦接於第二元件，則代表第一元件可通過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式而直接地連接於第二元件，或者通過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。
揭露特別以下述例子加以描述，這些例子僅係用以舉例說明而已，因為對於熟習此技藝者而言，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。在通篇說明書與申請專利範圍中，除非內容清楚指定，否則「一」以及「該」的意義包含這一類敘述包括「一或至少一」該元件或成分。此外，如本揭露所用，除非從特定上下文明顯可見將複數個排除在外，否則單數冠詞亦包括複數個元件或成分的敘述。而且，應用在此描述中與下述之全部申請專利範圍中時，除非內容清楚指定，否則「在其中」的意思可包含「在其中」與「在其上」。在通篇說明書與申請專利範圍所使用之用詞（terms），除有特別註明，通常具有每個用詞使用在此領域中、在此揭露之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本揭露之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供從業人員（practitioner）在有關本揭露之描述上額外的引導。在通篇說明書之任何地方之例子，包含在此所討論之任何用詞之例子的使用，僅係用以舉例說明，當然不限制本揭露或任何例示用詞之範圍與意義。同樣地，本揭露並不限於此說明書中所提出之各種實施例。
在以下的段落中，本發明將提供一種晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，此種封裝方法係可在發光二極體晶粒轉移至目標基板前完成所需的封裝製程，並省卻了現有技術中所需使用到的封裝載板。本發明所公開之無載板封裝方法，係可應用於現有垂直型發光二極體晶粒的封裝製程中，並可直接針對多個發光二極體晶粒進行封裝，而無須像現有技術一般逐一並逐次的針對單一個晶粒進行封裝，由此顯見，通過採用本發明所揭露之封裝製程，可使發光二極體晶粒的封裝效率實現優化，並降低習知的封裝成本。
以下，針對本申請人所提供之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法亦可應用於其他相關技術架構中，本發明並不以下揭之實施例為限。
請參閱第1圖所示，其係公開本發明實施例之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法之步驟流程圖。依據本發明所公開之封裝製程方法，其係包含下述步驟：步驟S102：首先，提供一晶圓結構，並在該晶圓結構上設置有複數個發光二極體晶粒。步驟S104：之後，將設置有該些發光二極體晶粒之晶圓結構貼附於一臨時基板上，其中，每一該發光二極體晶粒上係具有一焊墊，並在其上塗佈有一雷射保護劑。步驟S106：隨後，進行一雷射切割製程，以在該些發光二極體晶粒之間形成多條切割道，並通過該些切割道將該些發光二極體晶粒間隔為複數個晶粒區域。步驟S108：接著，針對每一個晶粒區域進行雷射擊穿製程，以使得晶粒區域中的至少一發光二極體晶粒可形成一導體。步驟S110：之後，將前述的雷射保護劑去除，並以一填充膠材填補所述的切割道，隨後，便可在發光二極體晶粒之上表面濺鍍一透明導電薄膜。步驟S112：隨後，進行一色轉換製程，從而使這些發光二極體晶粒可形成具有不同的發光色階。步驟S114：之後，進行一刀輪切割製程，以將具有不同發光色階的該些發光二極體晶粒切割為複數個發光二極體封裝體。最後，於步驟S116中，本發明係可將其上具有該些發光二極體封裝體的晶圓結構與前述的臨時基板分離，以將具有該些發光二極體封裝體的晶圓結構轉移至一目標基板上。
其中，為了能使本技術領域之人士能較佳地理解本發明所公開之製程步驟，以下之詳細說明，請一併參閱本發明第2圖至第20圖所示之結構及其元件符號，本發明茲提供詳細說明如下。
首先，請參閱第2圖所示，其係公開本發明實施例步驟S102中所述之結構示意圖，其中，晶圓結構20係包括一鎳鐵合金（Invar）層201，以及設置於該鎳鐵合金層201之一上表面與一下表面的一銅（Copper）層203。其中，所述的鎳鐵合金例如可為鎳含量達36%的鎳鐵合金。依據本發明之實施例，其中，所述的鎳鐵合金層201及銅層203例如可藉由切割、真空加熱及研磨拋光的方式組合，以使本發明所揭露之晶圓結構20可同時具有高熱傳導係數、低熱膨脹係數與初始磁導率。通過採用本發明所公開之晶圓結構20，與其它習知的金屬基板相比之下，此種磁性晶圓結構20的成本更低，其薄度亦夠薄透，可在無需額外的薄化製程之情況下，即提供兼具有絕佳之低熱膨脹係數、高熱傳導係數、成本低、良率高且容易接合磊晶層的新型基板選擇。
晶圓結構20上係設置有複數個發光二極體晶粒22。根據本發明之實施例，該些發光二極體晶粒22例如可為一種垂直型發光二極體晶粒，並具有一原始發光顏色，使該些發光二極體晶粒22係顯示為藍色發光二極體晶粒。
之後，如步驟S104所述，請一併參照本發明圖示第3圖所示，設置有該些發光二極體晶粒22之晶圓結構20係貼附於一臨時基板300上。其中，根據本發明之一實施例，所述的晶圓結構20與該臨時基板300之間例如可通過採用一水膠302，使所述的晶圓結構20貼附於臨時基板300上。一般來說，可採用的一臨時基板300，其材質例如為藍寶石基板。
其中，每一該發光二極體晶粒22上係具有一焊墊（pad）32，並在其上塗佈有一雷射保護劑303，以在後續的步驟S106中進行一雷射切割製程。
第4圖及第5圖係分別公開本發明在步驟S106中進行所述之雷射切割製程LS所對應之一剖視結構示意圖與一上視結構示意圖。其中，本發明係通過實施一雷射切割製程LS，以在該些發光二極體晶粒22之間形成多條切割道44，從而藉由該些所形成的切割道44將這些發光二極體晶粒22間隔為複數個晶粒區域50（如第5圖所標示）。
之後，請進一步參閱本發明第6圖所示，本發明係接著於步驟S108中，針對所形成的每一個晶粒區域50進行一雷射擊穿製程，並通過所述的雷射擊穿製程，可使得晶粒區域50中的至少一發光二極體晶粒22可形成一導體。大抵來說，依據本發明之技術方案，在進行雷射擊穿製程之前的原發光二極體晶粒22係屬於半導體，而經過本發明步驟S108所實施之雷射擊穿後，則可使發光二極體晶粒22形成漏電，從而成為一導體，便可作為導通之用途。其中，根據本發明之一實施態樣，本發明所執行之雷射擊穿製程係為一加熱時間可達瞬間高溫的製程，大抵而言，根據本領域之通常知識及經驗，能夠使得發光二極體晶粒22被擊穿的溫度係為瞬間高溫，其擊穿條件大約係為10W的雷射源之功率的百分之35至百分之50。其中，依據本發明之實施例，所進行雷射擊穿的目的係在於能夠使原發光二極體晶粒22由半導體狀態轉為導體，從而實現作為電性導通。
詳細來說，於本發明之一較佳實施例中，其中，所實施的雷射擊穿製程應可使每一個晶粒區域50中具有相同位置的一發光二極體晶粒22被擊穿形成漏電，從而成為該導體。以本發明第6圖所示實施例之視角來看，則該雷射擊穿製程係使每一個晶粒區域50中設置於左上角的一發光二極體晶粒22被擊穿形成漏電，從而成為該導體。惟，值得說明的是，本發明當然並不以此為限制。在其他實施例中，本領域之技術人士亦可依據其實際需求或設計規範，使被擊穿的發光二極體晶粒22例如為設置於晶粒區域50中的其他位置，惟需注意的是，被擊穿形成漏電從而成為導體的發光二極體晶粒22，其形成位置應具有一致性，而非以亂數方式擊穿。
隨後，如步驟S110所述，本發明係可將先前所使用的雷射保護劑303去除（如第7圖所示），並接續於第8圖中，通過採用一填充膠材181填補前述所形成的切割道，隨後，如第9圖所示，本發明接著便可在這些發光二極體晶粒22之上表面濺鍍有一透明導電薄膜190，根據本發明之一實施例，所述的透明導電薄膜190之材質，較佳地係為氧化銦錫。一般而言，氧化銦錫係為一種銦氧化物與錫氧化物的混合物，通常質量比為：90%的銦氧化物（
）加上10%的錫氧化物（
）。大抵而言，基於隨著現有發光二極體製程技術的日新月異與逐年演進，由於業界皆追求晶粒尺寸的微縮化，當晶粒尺寸越來越小時，則其上的焊墊32的尺寸也會越縮越小，因此在後續製程中將不易進行銲線，有鑒於此，本發明係通過提出此種在發光二極體晶粒22之上表面濺鍍有透明導電薄膜190（ITO）的方式，便可取代現有技術中所使用的銲線製程。
另一方面而言，依據本發明之實施例，如圖所示，所採用的填充膠材181，其材質例如可為一環氧樹脂或一矽膠。更甚者，又更進一步而言，若為了增加封裝之後的視覺對比度，則所採用的填充膠材181之材質，較佳地，亦可採用使用一黑色的矽膠或環氧樹脂。
隨後，在濺鍍完成所述的透明導電薄膜190以取代現有技術所需使用的銲線製程後，本發明接續進行步驟S112所述的色轉換製程。根據本發明之實施例，該色轉換製程的詳細步驟，可一併參照本發明圖示第10圖所示之步驟流程圖。大抵而言，本發明係藉由步驟S112的色轉換製程，從而可使原先發射藍光的發光二極體晶粒22可形成並具有不同的發光色階（例如：包含顯示為紅色的發光二極體晶粒與綠色的發光二極體晶粒）。
詳細來說，如第10圖所示，本發明於第1圖中之步驟S112所進行的色轉換製程係包含有步驟S202以及步驟S204。其中，本發明首先係於步驟S202中：提供有一種黑色矩陣光阻，其對應之結構示意圖，請一併參照本發明圖示第11圖所示。如圖所示，複數個黑色矩陣光阻BM係被提供並設置於濺鍍有該透明導電薄膜190之該些發光二極體晶粒22之上表面。之後，如步驟S204所述，本發明接著便可於這些黑色矩陣光阻BM之間提供有至少一量子點彩色濾光片QDCF（請參見第12圖），從而可使這些發光二極體晶粒22可形成具有不同的發光色階（例如：包含顯示為紅色的發光二極體晶粒與綠色的發光二極體晶粒）。
一般來說，黑色矩陣光阻BM的使用，係可藉由其高光遮蔽性，廣泛應用於顯示面板上需要進行遮光區的光源阻隔。以一實施例而言，黑色矩陣光阻BM通常為真空鍍金屬薄膜，並透過微影蝕刻方式得到所需之圖案（pattern），不僅可用以區隔紅色（R）、藍色（B）、與綠色（G）三原色，並提高對比，更具有高精度、低缺陷、高光學密度、以及極佳的耐候性等優勢，因此可廣泛應用於光學、微投影封裝、或光學晶圓級封裝等製程中。另一方面而言，量子點彩色濾光片QDCF係多採用「三明治」結構，在量子點層的上、下兩個表面覆蓋有水氧阻隔膜，當與藍光發光二極體晶粒組合時，能夠產生擁有尖銳峯形的紅、綠、藍光源，藉此能有效提升後續產品應用（例如：液晶顯示器）的色域。緣此，本發明係藉由在發光二極體晶粒之上表面進一步設置黑色矩陣光阻BM以及量子點彩色濾光片QDCF，實現步驟S112所進行的色轉換製程，從而可使本發明所揭露之發光二極體晶粒可形成具有不同的發光色階。如第13圖所示，則本發明在經過步驟S112所進行的該色轉換製程後，便可使得發光二極體晶粒包括顯示為：發射藍光的藍色發光二極體晶粒22B、發射紅光的紅色發光二極體晶粒22R、以及發射綠光的綠色發光二極體晶粒22G。
在完成色轉換之後，本發明接著便可執行第1圖中的步驟S114，以將這些具有不同發光色階的發光二極體晶粒，通過如第14圖所示的刀輪切割製程CS，將晶圓結構上的這些發光二極體晶粒切割成為複數個發光二極體封裝體140，以完成封裝製程。第15圖係公開本發明實施例在完成該刀輪切割製程CS以形成多個發光二極體封裝體140之剖視結構示意圖。此時，晶圓結構20上已完成所述發光二極體晶粒的封裝製程，並切割成為圖中所示的多個發光二極體封裝體140。
緣此，最後，如第1圖之步驟S116所述，本發明係可在完成封裝後，將其上具有該些發光二極體封裝體140的晶圓結構20與前述的臨時基板300分離，以將具有該些發光二極體封裝體140的晶圓結構20完成轉移至目標基板上。
詳細而言，根據本發明之一較佳實施例，當本發明所採用的晶圓結構20與臨時基板300之間係通過採用水膠302使其貼附時，本發明係可通過如第16圖至第18圖所示的「解水膠製程」，以將所使用的水膠302去除，從而使具有該些發光二極體封裝體140的晶圓結構20與臨時基板300分離。
其中，所述的解水膠製程係包括，首先提供一解水膠膠膜160於所述的發光二極體封裝體140上，之後，如第17圖所示，將具有該些發光二極體封裝體140與該解水膠膠膜160的晶圓結構20、水膠302與臨時基板300置於一去離子水700中，以通過解水膠製程將水膠302進行水解，從而去除該水膠302，並使得晶圓結構20可與臨時基板300分離。在一實施例中，本發明所進行之解水膠製程係在可選擇在一去離子水700中進行，並且該去離子水700之水溫例如可控制於攝氏50度C中進行。
其中，依據本發明所公開之技術方案，所述的「解水膠製程」基本上係可依據所使用的水膠302的材質而決定。根據本發明之一較佳實施例，則選用的水膠302，其材質較佳地可以是一種UV固化型水膠。一般來說，當採用此種UV固化型水膠作為晶圓結構20與臨時基板300之間的貼合材料時，「解水膠製程」便可相對地簡易，舉例來說，從業人員可直接通過使用第17圖中所示的去離子水700，便能夠將該UV固化型水膠進行水解，從而將其去除。其中，在進行該解水膠製程的時後，去離子水700之水溫例如可控制於攝氏50度C；惟，該等參數亦僅為本發明其中之一種實施態樣，本領域具備通常知識之人士自然可因其產品或元件所需而自行變化或修飾之，惟本發明並不以此等示性例所舉之參數為其限制。
有鑑於此，本發明即便在去除水膠302時，也無須使用到額外的溶劑或特殊的除膠設備，減少了這些化學溶劑可能對基板或發光二極體封裝體140本身結構所造成的損傷及破壞，同時也省去了額外除膠設備的龐大成本與繁冗程序。由此顯見，本發明可在較為簡易且不傷害基板或發光二極體封裝體140的條件下，輕易地將所述的水膠302進行去除，這也是本發明所能實現之發明功效之一。
緣此，本發明係於第18圖中公開本技術方案在完成所述的解水膠製程後之結構示意圖，此時，臨時基板300已被移除，本發明可接續進行將發光二極體封裝體140轉移至目標基板之步驟。
其中，在轉移至一目標基板前，前述在「解水膠製程」中所使用到的解水膠膠膜160係可通過採用一UV解黏製程，使該解水膠膠膜160失去黏性。並且，在轉移至目標基板之後，接著將該解水膠膠膜160剝離，以去除所使用的解水膠膠膜160。請參見第19圖與第20圖，該二圖示係分別公開本發明實施例最終將該些發光二極體封裝體140成功轉移到目標基板200上之一剖面結構示意圖與一上視結構示意圖。其中，依據本發明之一較佳實施例，一般而言，所採用的目標基板200之材質，常見的例如可為一印刷電路板（printed circuit board，PCB），並且如第19圖中所示，在該印刷電路板（目標基板200）之周圍係可噴印或網印有金屬材料211，該金屬材料211之材質例如可為錫。
第20圖係公開應用本發明所教示之無載板封裝方法，當成功將晶圓級發光二極體晶粒轉移至目標基板200之示意圖，如圖所示，其中，各該發光二極體封裝體140係為一種垂直型發光二極體晶粒之封裝體結構，並且各該發光二極體封裝體140所包含之垂直型發光二極體晶粒係包括選自於由紅色、藍色與綠色之發光二極體晶粒所構成之群組，其係至少由發射藍光的藍色發光二極體晶粒22B、發射紅光的紅色發光二極體晶粒22R、以及發射綠光的綠色發光二極體晶粒22G所組成。
鑒於上述，足以可見，本發明之發明意旨，乃在於通過本申請人所提出之無載板封裝方法，可直接針對垂直型發光二極體晶粒進行封裝，而無需採用到先前技術所必需的額外載板，如此一來，不僅於後續製程中可直接針對發光二極體封裝體進行巨量轉移，而無須以單一晶粒進行逐一或逐次的轉移，同時，更進一步來看，藉由本發明所公開的技術方案，更可進而實現產業進行巨量轉移的最佳化效益。
除此之外，本發明所提出之技術方案，亦通過利用雷射擊穿晶粒形成漏電，使發光二極體晶粒形成導體，並且，同時結合有在發光二極體晶粒上直接濺鍍有透明導電薄膜的製程，由此等技術手段來取代現有技術中外部焊線的使用。如此一來，本發明便可在晶粒尺寸微縮化的今日，成功滿足垂直型發光二極體晶粒的封裝需求，同時，也使得垂直型發光二極體晶粒的封裝良率獲得優化。
職故，鑒於以上本申請人所提供之技術方案，可明顯觀之，本發明係旨在揭露一種晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，通過採用本發明所公開之無載板封裝方法，其係可直接針對發光二極體晶粒進行全面性的封裝，而無須使用到習知的冗餘載板；由於先前技術僅能針對晶粒或晶圓本身進行轉移，並且，先前技術皆必須在轉移之後再針對個別晶粒或晶圓進行封裝及打線。有鑒於此，本申請人係有感於該等缺失，遂於本發明中改良此等技術缺失，而能夠直接在轉移至目標基板前完成針對整體發光二極體晶粒的封裝製程，大幅降低原有封裝製程步驟的製程成本、繁複程序、以及製程複雜度。
除此之外，依據本發明所公開之製程方法，更能進一步地於後續製程中以一次性地方式大量噴佈並轉移數量龐大的複數個晶粒封裝體結構，達到快速且巨量轉移的效果，不僅能夠有效符合現今發光二極體晶粒欲進行快速巨量轉移技術之需求，亦能夠有效提升其產業生產的競爭力。在此情況之下，本發明不僅可有效改良現有技術尚存的缺失，同時滿足晶粒尺寸微縮情況下的封裝及巨轉需求，並且，更可使得垂直型發光二極體晶粒的封裝良率獲得優化，實現本發明極為顯著之發明功效。
有鑑於此，通過本申請人所公開之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其係有助於優化現有的封裝、打件、以及巨轉製程。與現有技術相較之下，可以顯而易見的是通過本發明所公開之實施例及其製程步驟，其係可有效地解決現有技術中尚存之諸多缺失，並且提供更為優秀的製程表現。並且，基於本發明所揭露之技術方案，不僅可應用於一般常見的發光二極體晶粒中，同時更可應用並廣泛及於其相關之半導體產業、積體電路產業、或電力電子等各類電子電路元件中。顯見本申請人在此案所請求之技術方案的確具有極佳之產業利用性及競爭力。同時，本發明所揭露之技術特徵、方法手段與達成之功效係顯著地不同於現行方案，實非為熟悉該項技術者能輕易完成者，而應具有專利要件。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
20:晶圓結構
22:發光二極體晶粒
32:焊墊
44:切割道
50:晶粒區域
140:發光二極體封裝體
160:解水膠膠膜
181:填充膠材
190:透明導電薄膜
200:目標基板
201:鎳鐵合金層
203:銅層
211:金屬材料
300:臨時基板
302:水膠
303:雷射保護劑
700:去離子水
22R:紅色發光二極體晶粒
22B:藍色發光二極體晶粒
22G:綠色發光二極體晶粒
BM:黑色矩陣光阻
QDCF:量子點彩色濾光片
LS:雷射切割製程
CS:刀輪切割製程
S102、S104、S106、S108、S110、S112、S114、S116:步驟
S202、S204:步驟
第1圖係為根據本發明一實施例之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法之步驟流程圖。
第2圖係為根據本發明一實施例之晶圓結構上係設置有複數個發光二極體晶粒之結構示意圖。
第3圖係為根據本發明第2圖所示結構在其上塗佈有雷射保護劑之示意圖。
第4圖係為根據本發明第3圖所示結構進行一雷射切割製程之剖視結構示意圖。
第5圖係為對應本發明第4圖所示結構之上視結構示意圖。
第6圖係為根據本發明第5圖所示結構進一步進行一雷射擊穿製程之示意圖。
第7圖係為根據本發明第4圖所示結構去除雷射保護劑後之結構示意圖。
第8圖係為根據本發明第7圖所示結構以一填充膠材填補前述所形成的切割道之結構示意圖。
第9圖係為根據本發明第8圖所示結構在晶粒上進一步濺鍍有透明導電薄膜之結構示意圖。
第10圖係為根據本發明第1圖所示步驟S112進行色轉換製程之詳細步驟示意圖。
第11圖係為根據本發明第9圖所示結構在其上進一步設置有黑色矩陣光阻之結構示意圖。
第12圖係為根據本發明第11圖所示結構在黑色矩陣光阻之間進一步設置有量子點彩色濾光片之結構示意圖。
第13圖係為根據本發明實施例在進行色轉換製程之後形成藍色發光二極體晶粒、紅色發光二極體晶粒、以及綠色發光二極體晶粒之示意圖。
第14圖係為根據本發明第13圖所示結構進行一刀輪切割製程以形成複數個發光二極體封裝體之上視結構示意圖。
第15圖係為根據本發明第12圖所示結構進行一刀輪切割製程以形成複數個發光二極體封裝體之剖視結構示意圖。
第16圖係為根據本發明第15圖所示結構在其上進一步設置有一解水膠膠膜之結構示意圖。
第17圖係為根據本發明第16圖所示結構在一去離子水中進行解水膠製程之示意圖。
第18圖係為根據本發明第17圖所示結構在移除水膠與臨時基板後之結構示意圖。
第19圖係為根據本發明第18圖所示結構在轉移至一目標基板後之結構示意圖。
第20圖係公開應用本發明所教示之無載板封裝方法，當成功將晶圓級發光二極體晶粒轉移至目標基板後之示意圖。
S102、S104、S106、S108、S110、S112、S114、S116:步驟
Claims (20)
- 一種晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，包括： 提供一晶圓結構，並在該晶圓結構上設置有複數個發光二極體晶粒； 將設置有該些發光二極體晶粒之該晶圓結構貼附於一臨時基板上，其中，每一該發光二極體晶粒上係具有一焊墊，並在其上塗佈有一雷射保護劑； 進行一雷射切割製程，以在該些發光二極體晶粒之間形成多條切割道，並通過該些切割道將該些發光二極體晶粒間隔為複數個晶粒區域； 針對每一該晶粒區域進行一雷射擊穿製程，使一該晶粒區域中的一該發光二極體晶粒形成一導體； 去除該雷射保護劑，並以一填充膠材填補該些切割道，之後，在該些發光二極體晶粒之上表面濺鍍有一透明導電薄膜； 進行一色轉換製程，從而使該些發光二極體晶粒具有不同的發光色階； 進行一刀輪切割製程，以將具有不同發光色階的該些發光二極體晶粒切割為複數個發光二極體封裝體；以及 將其上具有該些發光二極體封裝體的該晶圓結構與該臨時基板分離，以將具有該些發光二極體封裝體的該晶圓結構轉移至一目標基板上。
- 如請求項1所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，該晶圓結構與該臨時基板之間係通過採用一水膠使該晶圓結構貼附於該臨時基板上。
- 如請求項1所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，該晶圓結構係包括一鎳鐵合金層，以及設置於該鎳鐵合金層之一上表面與一下表面的一銅層。
- 如請求項1所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，該臨時基板之材質係為一藍寶石基板。
- 如請求項1所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，該雷射擊穿製程係使每一該晶粒區域中具有相同位置的一該發光二極體晶粒被擊穿形成漏電，從而成為該導體。
- 如請求項1所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，該填充膠材之材質係為環氧樹脂或矽膠。
- 如請求項1所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，該透明導電薄膜之材質係為氧化銦錫。
- 如請求項1所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，在進行該色轉換製程的步驟中，更包括： 在濺鍍有該透明導電薄膜之該些發光二極體晶粒上設置有複數個黑色矩陣光阻；以及 在該些黑色矩陣光阻之間提供有至少一量子點彩色濾光片，以使該些發光二極體晶粒可形成具有不同的發光色階。
- 如請求項1所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，該些發光二極體晶粒係具有一原始發光顏色，使該些發光二極體晶粒係顯示為藍色發光二極體晶粒。
- 如請求項1所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，在經過該色轉換製程後的該些發光二極體晶粒係包括至少顯示為紅色發光二極體晶粒與綠色發光二極體晶粒。
- 如請求項1所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，當該晶圓結構與該臨時基板之間係通過採用一水膠使其貼附時，一解水膠製程係用以將具有該些發光二極體封裝體的該晶圓結構與該臨時基板分離。
- 如請求項11所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，該解水膠製程係在一去離子水中進行。
- 如請求項12所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，該去離子水之水溫係控制於攝氏50度C中進行。
- 如請求項11所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，該解水膠製程係包括提供一解水膠膠膜於該些發光二極體封裝體上，並將具有該些發光二極體封裝體與該解水膠膠膜的該晶圓結構、該水膠與該臨時基板置於一去離子水中，以通過該解水膠製程將該水膠進行水解，從而去除該水膠，使該晶圓結構與該臨時基板分離。
- 如請求項14所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，在轉移至該目標基板前，該解水膠膠膜更通過採用一UV解黏製程使該解水膠膠膜失去黏性。
- 如請求項15所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，在轉移至該目標基板後，剝離該解水膠膠膜。
- 如請求項1所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，該目標基板之材質係為一印刷電路板（PCB）。
- 如請求項1所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，該些發光二極體封裝體係為垂直型發光二極體晶粒之封裝體結構。
- 如請求項18所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，一該發光二極體封裝體所包含之垂直型發光二極體晶粒係選自於由紅色、藍色與綠色之發光二極體晶粒所構成之群組。
- 如請求項11所述之晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法，其中，該水膠之材質係為UV固化型水膠。
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