TWI492422B - 具有螢光粉層之發光二極體晶片的製作方法 - Google Patents

Description

具有螢光粉層之發光二極體晶片的製作方法

本發明是有關於一種發光二極體晶片的製作方法，且特別是有關於一種具有均勻厚度的螢光粉層之發光二極體晶片的製作方法。

由於發光二極體具有壽命長、體積小、高耐震性、發熱度小以及耗電量低等優點，發光二極體已被廣泛地應用於家電產品以及各式儀器之指示燈或光源。近年來，發光二極體已朝多色彩及高亮度發展，因此其應用領域已擴展至大型戶外看板、交通號誌燈及相關領域。在未來，發光二極體甚至可能成為兼具省電及環保功能的主要照明光源。

在目前市場上被廣泛使用的白光發光二極體中，其中一種白光發光二極體是由藍光發光二極體晶片與黃色螢光粉組合而成。圖1繪示習知之白光發光二極體的剖面圖。習知的白光發光二極體100的製作方法通常是先將藍光發光二極體晶片110配置於基座120並打線接合藍光發光二極體晶片110與基座120，之後，在基座120上以點膠的方式形成一覆蓋藍光發光二極體晶片110與導線W的黃色螢光膠體130，然後，在黃色螢光膠體130上配置一透鏡140。白光發光二極體100可藉由混合藍光發光二極體晶片110所發出的藍光以及部分藍光照射到黃色螢光膠體130中的黃色螢光粉所產生的黃光而獲得白光。

然而，以點膠的方式所形成的黃色螢光膠體130容易有厚度分佈不均的問題，以致於影響白光發光二極體100所發出的光的顏色均勻度(亦即當藍光發光二極體晶片110所發出的藍光穿過黃色螢光膠體130之厚度較大的部分時，會產生偏黃色的光)。

本發明提供一種發光二極體晶片的製作方法，可有助於提高發光二極體晶片所產生的光的顏色均勻度。

本發明提出一種發光二極體晶片的製作方法如下所述。提供一基板，該基板上具有多個發光二極體。於各發光二極體上分別形成多個導電凸塊。形成一覆蓋基板的螢光粉層。自螢光粉層之遠離基板的一側以一點狀切削裝置切削螢光粉層，以薄化螢光粉層並暴露出此些導電凸塊。形成多個彼此分離且具有螢光粉層的發光二極體晶片。

在本發明之一實施例中，點狀切削裝置為一鑽石切刀。

在本發明之一實施例中，更包括在以鑽石切刀切削螢光粉層的同時，鑽石切刀更切削各導電凸塊的一頂部。

在本發明之一實施例中，在以鑽石切刀切削螢光粉層與各導電凸塊的頂部之後，螢光粉層之一頂面與各導電凸塊之一頂面齊平。

在本發明之一實施例中，切削螢光粉層的步驟包括以一特定厚度切削螢光粉層，並確認此些導電凸塊是否露出，若此些導電凸塊未露出，則調整切削厚度並重複上述步驟直至此些導電凸塊暴露出。

在本發明之一實施例中，切削螢光粉層的步驟，是以逆時針或順時針方向旋轉點狀切削裝置，同時使基板對點狀切削裝置相對地移動。

在本發明之一實施例中，形成螢光粉層的方法包括以轉鑄成型、壓縮成型、網版印刷、旋轉塗佈、點膠、電泳或噴塗的方式形成螢光粉層。

在本發明之一實施例中，此些發光二極體成長於基板上。在本實施例中，形成此些彼此分離且具有螢光粉層的發光二極體晶片的步驟包括切割螢光粉層、此些發光二極體以及基板。在本實施例中，係以刀具切割螢光粉層、發光二極體與基板、或者是以刀具切割螢光粉層及發光二極體並以雷射切割基板，或者是以雷射同時切割螢光粉層、發光二極體及基板。

在本發明之一實施例中，此些發光二極體係為發光二極體晶粒，且彼此分離設置於基板上，螢光粉層填充於各晶粒之間。在本實施例中，形成此些彼此分離且具有螢光粉層的發光二極體晶片的步驟包括切割螢光粉層及基板。在此實施例中，以刀具切割螢光粉層與基板、或者是以刀具切割螢光粉層並以雷射切割基板，或者是以雷射同時切割螢光粉層及基板。

在本發明之一實施例中，形成此些彼此分離且具有螢光粉層的發光二極體晶片的方法包括切割螢光粉層及基板。在本實施例中，包括以刀具切割螢光粉層與基板、或者是以刀具切割螢光粉層並以雷射切割基板、或者是以雷射同時切割螢光粉層及基板。

在本發明之一實施例中，係以點狀切削裝置切削螢光粉層之後，螢光粉層之一頂面為一具有規則圖案的粗糙面。

在本發明之一實施例中，在以點狀切削裝置切削螢光粉層之後，螢光粉層的厚度實質上為一定值。

在本發明之一實施例中，螢光粉層由至少一螢光粉粒子及一膠體混合而成，膠體包括矽膠或環氧樹脂。

在本發明之一實施例中，導電凸塊的材料包括金及其合金。

在本發明之一實施例中，基板包括碳化矽基板、矽基板、藍寶石基板、氧化鋅、砷化鎵、尖晶石或是金屬基板。

在本發明之一實施例中，基板包括印刷電路基板、陶瓷基板、矽基板或是金屬基板。

基於上述，由於本發明是以鑽石切刀切削螢光粉層的方式薄化螢光粉層，因此，覆蓋在發光二極體晶片上的螢光粉層的厚度相當均勻，故當發光二極體晶片的發光二極體晶片所發出的光穿過厚度均勻的螢光粉層後可轉換成顏色均勻度較高的光。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖2A～圖2E繪示本發明一實施例之發光二極體晶片的製程剖面圖。圖3A～圖3B繪示圖2C之鑽石切刀切削步驟中鑽石切刀的移動方向與半導體層的移動方向的示意圖，其中圖3A為鑽石切刀與半導體層的上視圖，圖3B為鑽石切刀與半導體層的側視圖。

首先，請參照圖2A，提供一基板C，在基板C上形成陣列排列的多個發光單元210，每一發光單元210包括依序堆疊的一第一型摻雜半導體層212、一發光層214與一第二型摻雜半導體層216，其中發光層214配置於第一型摻雜半導體層212與第二型摻雜半導體層216之間，基板C的材質可以包括但不限於碳化矽基板(SiC)、矽基板(Si)藍寶石基板、氧化鋅(ZnO)、砷化鎵(GaAs)、尖晶石(MgAl2O4)或是金屬基板(例如是銅)。接著，於第二型摻雜半導體層216上形成多個電極220。然後，於電極220上分別形成多個導電凸塊(bump)230，導電凸塊的材質可以例如是金及其合金。

之後，請參照圖2B，在本實施例中，例如是以轉鑄成型(transfer molding)、壓縮成型(compressing molding)、網版印刷(screen printing)、旋轉塗佈(spin-coating)、點膠(dispensing)、電泳、噴塗(spray coating)或是其他適合的方法於第二型摻雜半導體層216上形成一螢光粉層240，且螢光粉層240覆蓋導電凸塊230。要說明的是，螢光粉層240是由至少一種螢光粉粒子及膠體混合而成，膠體可以例如是矽膠(silicone or silica gel)或環氧樹脂(epoxy resin)。

接著，硬化(curing)螢光粉層240，然後，請參照圖2B與圖2C，自螢光粉層240之遠離發光單元210的一側242以一鑽石切刀(未繪示)切削(cutting)已硬化的螢光粉層240’，以薄化螢光粉層240’並暴露出導電凸塊230，而暴露出的導電凸塊230有利於後續進行的打線製程。要說明的是，薄化螢光粉層240’的過程是先以一特定厚度切削螢光粉層240，之後視導電凸塊230是否露出，若導電凸塊230還未暴露出，則逐漸地增加切削厚度，直到暴露出導電凸塊230為止。

具體而言，請同時參照圖3A與圖3B，本實施例是藉由順時針旋轉鑽石切刀250並使具發光單元210的基板C朝向一第一方向V移動的方式切削螢光粉層240，換言之，鑽石切刀250在作旋轉切削的同時，基板C對鑽石切刀250相對地移動。本實施例並不以此限定鑽石切刀250的旋轉方向以及發光單元210與螢光粉層240的移動方向，鑽石切刀250的旋轉方向可以是逆時針旋轉方向。鑽石切刀250切削螢光粉層240’的同時，鑽石切刀250可一併切削各導電凸塊230之遠離發光單元210的一端部232。

請參照圖2C與圖3B，在本實施例中，由於鑽石切刀250同時切削螢光粉層240’與各導電凸塊230的端部232，因此，螢光粉層240’之遠離發光單元210的一表面244與各導電凸塊230之遠離發光單元210的一端面234齊平。值得注意的是，習知的化學研磨技術需要研磨液(具有研磨粒子)及研磨墊，而研磨墊的表面上佈滿研磨粒子，因此在研磨過程中，研磨液及研磨碎屑無法即時排出，但由於螢光粉層及導電凸塊彼此之間硬度差異頗大，故若繼續研磨，留在研磨墊及研磨表面之間的研磨粒子及研磨碎屑會造成螢光粉層及導電凸塊的表面無法齊平。

此外，在本實施例中，由於鑽石切刀250是水平地切削螢光粉層240’，因此，螢光粉層240’的厚度T實質上為一定值。在本實施例中，厚度T實質上約為5um至40um，最佳是30um。

由於鑽石切刀250是以旋轉的方式切削螢光粉層240，而且在切削的過程中，藉由體積極小的鑽石切刀頭(tip)以旋轉方式將切割點變成切割線，最後再藉由基板與鑽石切刀的相對運動而形成切割面，因此，被鑽石切刀250切削過的螢光粉層240’的表面244可為一具有規則圖案的粗糙面，如此一來，可有助於避免之後形成的發光二極體的發光二極體晶片所發出的光在表面244產生全反射，進而提升發光二極體的發光效率。

接著，請參照圖2D，沿著導電凸塊230之間的間隙G切割螢光粉層240’與發光單元210及基板C，以形成多個彼此分離的而具螢光粉層的發光二極體晶片200(如圖2E所示，為簡化說明，圖2E僅繪示一個具螢光粉層的發光二極體晶片200作為代表)。要說明的是，導電凸塊的數量並不限如圖2E所繪示，導電凸塊的數量可以是單一個，當然，也可以具有二個以上的導電凸塊，當晶片面積越大時，可以具有較多的導電凸塊。在本實施例中，切割螢光粉層240’、發光單元210及基板C的方法可視情況而選擇性地以刀具切割螢光粉層240’、發光單元210及基板C、或者是以刀具切割螢光粉層240’及發光單元210並以雷射切割基板C，當然，也可以同時使用雷射切割螢光粉層240’、發光單元210及基板C。

值得注意的是，由於本實施例是先形成螢光粉層240在發光單元210上，再以切削的方式薄化螢光粉層240’，因此，可以控制螢光粉層僅形成在每一發光單元的正向發光表面上，而且覆蓋在每一發光單元210上的螢光粉層240’的厚度大致上均勻，故當具螢光粉層的發光單元210所發出的光穿過厚度均勻的螢光粉層240’後可發射出均勻度較好的光。

圖4A～圖4E繪示本發明一實施例之發光二極體晶片的製程剖面圖。圖5繪示圖4A中發光二極體晶片的放大示意圖。

首先，請同時參照圖4A與圖5，提供一承載基板(submount) 410與多個發光二極體晶片420，各發光二極體晶片420包括依序堆疊的一基板422、一第一型摻雜半導體層424、一發光層426與一第二型摻雜半導體層428。發光層426配置於第一型摻雜半導體層424與第二型摻雜半導體層428之間，在本實施例中，承載基板410包括印刷電路基板、陶瓷基板、矽基板或是金屬基板，各發光二極體晶片420的基板422的材質可以例如是但不限於藍寶石基板(sapphire substrate)。

承接上述，發光二極體晶片420具有一凹槽R，凹槽R暴露出部分第一型摻雜半導體層424。暴露於凹槽R中部份第一型摻雜半導體層424上配置有一第一電極P1，第二型摻雜半導體層428上配置有一第二電極P2，且這些發光二極體晶片420配置於承載基板410上。

接著，請參照圖4B，於各發光二極體晶片420的第一電極P1與第二電極P2上分別形成一第一導電凸塊432與一第二導電凸塊434，且第一導電凸塊432與第二導電凸塊434的頂點大致上位於同一高度。

然後，請參照圖4C，在本實施例中，例如以轉鑄成型(transfer molding)、壓縮成型(compressing molding)、網版印刷(screen printing)、旋轉塗佈(spin-coating)、點膠(dispensing)、電泳、噴塗(spray coating)或是其他適合的方法於承載基板410上形成一螢光粉層440，螢光粉層440覆蓋發光二極體晶片420、第一導電凸塊432與第二導電凸塊434並填入發光二極體晶片420之間的間隙G1中。要說明的是，螢光粉層440是由至少一種螢光粉粒子及膠體混合而成，膠體可以例如是矽膠(silicone or silica gel)或環氧樹脂(epoxy resin)。

接著，硬化(curing)螢光粉層440，然後，請同時參照圖4C與圖4D，自硬化的螢光粉層440’之遠離承載基板410的一側442以一鑽石切刀450切削已硬化的螢光粉層440’，以薄化螢光粉層440’並暴露出第一導電凸塊432與第二導電凸塊434。詳細而言，在本實施例中，在以鑽石切刀450切削螢光粉層440’的同時，鑽石切刀450可一併切削各第一導電凸塊432之遠離承載基板410的一第一端部432a以及各第二導電凸塊434之遠離承載基板410的一第二端部434a。

在本實施例中，由於鑽石切刀450同時切削螢光粉層440’、各第一導電凸塊432的第一端部432a以及各第二導電凸塊434的第二端部434a，因此，螢光粉層440’之遠離承載基板410的一表面444齊平於各第一導電凸塊432之遠離承載基板410的一第一端面432b以及各第二導電凸塊434之遠離承載基板410的一第二端面434b。在本實施例中，鑽石切刀450是以旋轉的方式切削螢光粉層440’(相同於圖2C與圖3A～圖3B的切削方式)，因此，螢光粉層440’的表面444(亦即被鑽石切刀450切削過的表面)可為一具有規則圖案的粗糙面，如此一來，可有助於避免之後形成的發光二極體的發光二極體晶片所發出的光在表面444產生全反射，進而提升發光二極體的發光效率。

然後，可沿著發光二極體晶片420之間的間隙G1切割螢光粉層440’與承載基板410，以形成多個彼此分離之具有螢光粉層的發光二極體晶片400(如圖4E所示，為簡化說明，圖4E僅繪示一個具有螢光粉層的發光二極體晶片400作為代表)。在本實施例中，切割螢光粉層440’與承載基板410的方法可視情況而選擇性地以刀具切割螢光粉層440’與承載基板410、或者是以刀具切割螢光粉層440’並以雷射切割承載基板410，當然，也可以同時使用雷射切割螢光粉層440’及承載基板410。

值得注意的是，由於本實施例是形成螢光粉層在發光二極體晶片上之後，以切削的方式薄化螢光粉層440’，因此，覆蓋在發光二極體晶片420上的螢光粉層440’的厚度相當均勻，故當發光二極體晶片400的發光二極體晶片420所發出的光穿過厚度均勻的螢光粉層440’後可發射出均勻度較好的光。

詳細地說，由於本實施例是將發光二極體晶片設置在承載基板上，所以螢光粉可以充分地充填在晶片之間的間隙中，因此，本實施例的螢光粉層亦可以形成在發光二極體晶片420的側壁S上，之後再以切削的方式薄化螢光粉層440’。因此，本實施例可以控制發光二極體晶片的正向發光面上的螢光粉層的厚度大於在發光二極體晶片側壁S上螢光粉層的厚度。由於發光二極體晶片420從側壁S所發出的光線能量較弱，因此穿過厚度較小的螢光粉層440’後，可以避免習知技術中，因晶片側壁螢光粉層較厚而產生的黃暈(yellow-ring)現象，使得整個發光二極體晶片可以發射出均勻度較好且亮度較高的光線。

綜上所述，在一實施例中，由於本發明是以鑽石切刀切削螢光粉層的方式薄化螢光粉層，因此，覆蓋在發光二極體晶片上的螢光粉層的厚度相當均勻，故當發光二極體晶片的發光二極體晶片所發出的光穿過厚度均勻的螢光粉層後可發射出均勻度較好的光。此外，在另一實施例中，除了上述的優點之外，還可以控制正向與側壁螢光粉層厚度的比例，故可以得到發光較均勻的發光二極體晶片。再者，由於螢光粉層被鑽石切刀切削過的表面可為一規則的粗糙面，因此，可有助於避免發光二極體晶片的發光二極體晶片所發出的光在螢光粉層的表面產生全反射，進而提高發光二極體晶片的發光效率。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．白光發光二極體

110．．．藍光發光二極體晶片

120．．．基座

130．．．黃色螢光膠體

140．．．透鏡

200、400．．．發光二極體晶片

210．．．發光單元

212、424．．．第一型摻雜半導體層

214、426．．．發光層

216、428．．．第二型摻雜半導體層

220．．．電極

230．．．導電凸塊

232．．．端部

234．．．端面

240、440．．．螢光粉層

242、442．．．螢光粉層的一側

244、444．．．表面

250、450．．．鑽石切刀

410．．．承載基板

420．．．發光二極體晶片

422．．．基板

432．．．第一導電凸塊

432a．．．第一端部

432b．．．第一端面

434．．．第二導電凸塊

434a．．．第二端部

434b．．．第二端面

C．．．基板

G、G1．．．間隙

P1．．．第一電極

P2．．．第二電極

R．．．凹槽

S．．．側壁

T．．．厚度

W．．．導線

圖1繪示習知之白光發光二極體的剖面圖。

圖2A～圖2E繪示本發明一實施例之發光二極體晶片的製程剖面圖。

圖3A～圖3B繪示圖2C之鑽石切刀切削步驟中鑽石切刀的移動方向與半導體層的移動方向的示意圖，其中圖3A為鑽石切刀與半導體層的上視圖，圖3B為鑽石切刀與半導體層的側視圖。

圖4A～圖4E繪示本發明一實施例之發光二極體晶片的製程剖面圖。

圖5繪示圖4A中發光二極體晶片的放大示意圖。

210．．．發光單元

230．．．導電凸塊

234．．．端面

240．．．螢光粉層

242．．．螢光粉層的一側

244．．．表面

T．．．厚度

Claims (11)

1. 一種具有螢光粉層之發光二極體晶片的製作方法，包括以下步驟：提供一基板，該基板上具有多個發光二極體；於各該些發光二極體上分別形成多個導電凸塊；形成一覆蓋該基板的螢光粉層；自該螢光粉層之遠離該基板的一側以一點狀切削裝置切削該螢光粉層，以薄化該螢光粉層並暴露出該些導電凸塊；以及形成多個彼此分離之具有該螢光粉層的發光二極體晶片，其中該點狀切削裝置為一鑽石切刀，且在以該點狀切削裝置切削該螢光粉層之後，該螢光粉層之一頂面為一具有規則圖案的粗糙面，其中該些發光二極體形成於該基板上，形成該些彼此分離且具有該螢光粉層的發光二極體晶片的步驟包括切割該螢光粉層、該些發光二極體以及該基板，且其中以刀具切割該螢光粉層及發光二極體並以雷射切割該基板，或者是以雷射同時切割該螢光粉層、發光二極體及該基板。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片的製作方法，更包括：在以該鑽石切刀切削該螢光粉層的同時，該鑽石切刀更切削各該導電凸塊的一頂部。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體晶片的製作方法，其中在以該鑽石切刀切削該螢光粉層與各該導電凸塊的該頂部之後，該螢光粉層之一頂面與各該導電凸塊之一頂面齊平。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片的製作方法，其中該切削該螢光粉層的步驟包括：以一特定厚度切削該螢光粉層，並確認該些導電凸塊是否露出；若該些導電凸塊未露出，則調整切削厚度並重複上述步驟直至該些導電凸塊暴露出。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片的製作方法，其中該切削螢光粉層的步驟，是以逆時針或順時針方向旋轉該點狀切削裝置，同時使該基板對該點狀切削裝置相對地移動。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片的製作方法，其中形成該螢光粉層的方法包括以轉鑄成型、壓縮成型、網版印刷、旋轉塗佈、點膠、電泳或噴塗的方式形成該螢光粉層。
7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片的製作方法，其中在以該點狀切削裝置切削該螢光粉層之後，該螢光粉層的厚度實質上為一定值。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片的製作方法，其中該螢光粉層由至少一螢光粉粒子及一膠體混合而成，該膠體包括矽膠或環氧樹脂。
9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片的製作方法，其中該導電凸塊的材料包括金及其合金。
10. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片的製作方法，其中該基板包括碳化矽基板、矽基板、藍寶石基板、氧化鋅、砷化鎵、尖晶石或是金屬基板。
11. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體晶片的製作方法，其中該基板包括印刷電路基板、陶瓷基板、矽基板或是金屬基板。