CN100508226C - 适用于覆晶封装的发光二极管结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管结构及其制造方法，发光二极管可使用覆晶封装结构。包含：提供一发光二极管结构，形成一导体强化层在该发光二极管结构上，并且与该发光二极管结构的p极接触与n极接触电性地连接；形成一凸块区域定义层在该导体强化层上，其中该凸块区域定义层之间有两个电极区域；形成两个凸块垫在该两个电极区域上，且与该导体强化层电性地连接；移除该凸块区域定义层；以及选择性移除暴露的该导体强化层，使得该两凸块垫之间电性地隔离。

Description

适用于覆晶封装的发光二极管结构及其制造方法

技术领域

本发明是有关于一种发光二极管结构及其制造方法，特别是有关于一种适用于覆晶封装的发光二极管结构及其制造方法。

背景技术

目前的发光二极管的封装方式，主要是以打线接合(wire bonding)的方法。如图1所显示，一种发光二极管打线封装的结构示意图，其中发光二极管20位于一封装基材10上。两导线分别从发光二极管20的p极接触(p-contact)与n极接触(n-contact)连接到封装基材10的导电区12、14。导电区12、14会分别电性地连接到两个引脚(lead)，并且包含整个发光二极管20在内都会以环氧树脂16封包。

然而，这样的封装方式会面临到几个问题。首先，在发光二极管的p极接触(p-contact)需要一层电流分散层来增加电流在发光二极管的分布面积，如图2所示。发光二极管20包含一底材21，一有源发光层23位于一n型导电层22与p型导电层24之间，一n极接触25与一p极接触26分别位于n型导电层22与p型导电层24上，一电流分散层27位于p型导电层24上以增加在p型导电层24上的电流分布的面积，以及一钝化层28(passivationlayer)用以保护发光二极管20。这里的电流分散层27一般会使用透明导体，例如氧化铟锡或是氧化锌锡或是氧化镍金等。但是，这类的材料虽然是导体，但是必须与发光二极管的p型导电层之间形成欧姆接触，仍然具有电阻，在电流经过的时候会使发光二极管产生热量。另外，透明导体虽然是透明的但是还是会吸收一部分的光线以及反射一部分的光线回去使得发光二极管的发光效益降低。

再者，发光二极管需要一透明的钝化层作为保护，这会限缩钝化层的材料的选择。类似地，透明的钝化层仍然会有部分的吸收与反射因而降低发光二极管的发光效率。

另外，在图1的封装底材10的材质，一般是不会使用导体。当发光二极管产生热量时，唯一的散热途径就是经由两条导线将热量从发光二极管传送到导体区12、14。这会产生严重的散热的问题。

除上述所述封装的缺点外，在图1中，金属线的高度约为发光二极管20本身的数倍，因此环氧树脂16的厚度不可能只有接近发光二极管20的高度。在应用端的考量上，无法提供体积较小，厚度较低的产品。因此，也限缩的发光二极管的应用范围。

因此，亟需要另一种封装结构以改善上述的缺失与不足。

发明内容

鉴于上述的发明背景中，传统的发光二极管封装结构所产生的诸多问题与缺点，本发明主要的目的在于提供一种可以使用覆晶方式封装的发光二极管的结构与制造方法。覆晶封装具有体积小，厚度薄，重量轻，发光面积大等的优点。再者，本发明的发光二极管结构适用于覆晶封装时可改善其良率。

本发明的另一目的为增加发光二极管与金属的接触，除了有较佳的散热效果外，亦可提供反射效果。

本发明的又一目的在于可节省发光面积。

本发明的再一目的在于可不需要使用透明导电层作为电流扩散用的接触导电层。

本发明的更一目的在于可以不需要透明的钝化层作为保护层，材料的选择可大幅增加。

根据以上所述的目的，本发明提供了一种制造发光二极管的方法，包含在一发光二极管结构上形成一导体强化层，并且与前述发光二极管结构的p极接触与n极接触电性地连接。之后，在前述导体强化层上形成一凸块区域定义层，其中的凸块区域定义层之间有两个电极区域。然后，在前述两个电极区域上形成两个凸块垫，且与导体强化层电性地连接。接着，将前述的凸块区域定义层移除，以及将暴露的导体强化层选择性移除，使得前述的两凸块垫之间电性地隔离。

本发明亦提供了一种制造发光二极管的方法，包含在一发光二极管结构上形成一钝化层并暴露发光二极管结构的p极接触与n极接触。之后，在前述钝化层上形成一暂时层且暴露两个凸块区域，其中的凸块区域下方分别有p极接触与n极接触。接着，在前述暂时层，p极接触，与n极接触上形成一导体强化层。然后，在前述导体强化层上形成一凸块区域定义层并且与前述暂时层重叠。之后，在前述两个凸块区域上形成两个凸块垫。接着，将前述凸块区域定义层移除，并且利用剥离法选择性移除暴露的导体强化层。

本发明亦提供了一种适用于覆晶封装的发光二极管结构，其包含一底材，与一发光二极管结构。上述的发光二极管结构位于该底材上，其包含一位于该底材上的n型导通的半导体层以及一位于其上的p型导通的半导体层。在p型导通的半导体层与n型导通的半导体层上分别具有一p极接触与一n极接触。另外，一钝化层位于上述p型导通的半导体层与露出的n型导通的半导体层上并露出p极接触与n极接触。一导体强化层位于p极接触与n极接触上，并且分别与其电性地连接。两凸块垫位于上述导体强化层上并且分别与p极接触及n极接触电性气地连接。

附图说明

图1显示传统发光二极管封装结构示意图；

图2显示传统的双异质结构发光二极管结构示意图；

图3显示以本发明的方法的一实施例的流程图；

图4显示以本发明的方法的另一实施例的流程图；

图5A-图5G显示本发明的一实施例的各步骤结构示意图；以及

图6A-图6B显示本发明的另一实施例的各步骤结构示意图。

符号说明：

10  封装基材

12、14  导电区

16  环氧树脂

20、120、220  发光二极管

21、110、210  发光二极管基底

22、122、222  n-型半导体层

23、123、223  有源发光层

24、124、224  p-型半导体层

25、125、225  n极接触

26、126、226  p极接触

27、127、227  电流分散层

28、130、230  钝化层

132、232  导体强化层

134  凸块区域定义层

136、236  凸块垫

231  暂时层

具体实施方式

本发明的一些实施例会详细描述如下。然而，除了详细描述的实施例外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行，且本发明的范围不受限定，其以申请专利范围为准。

再者，为提供更清楚的描述及更易理解本发明，图标内各部分并没有依照其相对尺寸绘图，某些尺寸与其它相关尺度相比已经被夸张；不相关的细节部分也未完全绘出，以求图标的简洁。

本发明主要使用覆晶封装的方式封装发光二极管，因此提供一种封装发光二极管的方法。首先，在一发光二极管结构上形成一导体强化层，并且与前述发光二极管结构的p极接触与n极接触电性地连接。上述发光二极管结构位于一透明基板上，并且具有一钝化层位于发光二极管结构上。之后，在前述导体强化层上形成一凸块区域定义层，其中的凸块区域定义层之间有两个电极区域。然后，在前述两个电极区域上形成两个凸块垫，且与导体强化层电性地连接。形成凸块垫的步骤可为电镀(plating)、喷涂(spraying)、涂布(spin coating)或是印刷(printing)，而凸块垫可为锡铅凸块、锡金凸块、锡银凸块、锡铜凸块、或是其它的焊锡膏(solder paste)、银胶(silverpaste)、或是金属铜，金，银，白金，钼，钛，镍，钯等金属。接着，将前述的凸块区域定义层移除，以及将暴露的导体强化层选择性地移除，使得前述的两凸块垫之间电性地隔离。将导体强化层移除的方式可使用蚀刻或是剥离法。剥离法的使用需要在形成导体强化层步骤之前在发光二极管结构上可形成一暂时层且与凸块区域定义层重叠。

根据本发明的特征，以图3以及图4的流程图说明本发明的各阶段详细步骤。如图3所示，首先，形成发光二极管结构。然后，在发光二极管上除了p极接触与n极接触部分以外区域形成钝化层以保护发光二极管结构。在本发明中，钝化层应选择具有较佳的保护效果的材质。接着，在钝化层上形成导体强化层。这层的目的除了可以增加金属凸块垫与发光二极管的p极接触与n极接触之间的电性之外，当凸块垫是以电镀方式形成的时候，亦可以提供作为电镀的金属电极。之后，在导体强化层上形成凸块区域定义层且暴露区域，其下方有发光二极管的p极接触与n极接触。这一步骤包含了沉积凸块区域定义层以及以光刻蚀刻(photolithography)的方式定义出凸块区域，其中凸块区域的下方可暴露出部分或是全部的p极接触与n极接触。然后，在定义区内形成凸块垫，其中这个步骤可以使用蒸镀，网印，或是电镀等的方式。接着，移除凸块区域定义层，其中移除的方式可以使用简单的蚀刻或一般的光刻蚀刻方式。之后，移除暴露的导体强化层，其中移除的方式亦可以使用简单的蚀刻或光刻蚀刻方式。

在最后一个步骤，除了可以使用蚀刻的工艺之外，亦可以使用剥离的方式。而要使用剥离的方式，必须在先前的步骤中作简单的调整。整个步骤流程如图4所示。

首先，形成发光二极管结构。然后，在发光二极管上形成钝化层以保护发光二极管结构。在本发明中，钝化层可以选择不透光但是具有较佳的保护效果的材质。之后，在钝化层上形成一暂时层。这个步骤包含了在工艺最后被需被移除的导体强化层区域形成一暂时层以及以光刻蚀刻的方式定义出凸块区域，其中凸块区域下方具有p极接触与n极接触。接着，在暂时层，p极接触与n极接触上形成导体强化层。这层的目的除了可以增加金属凸块垫与发光二极管的p极接触与n极接触之间的电性之外，当凸块垫是以电镀方式形成的时候，亦可以提供作为电镀的金属垫极。之后，在导体强化层上形成凸块区域定义层且暴露区域，其下方有发光二极管的p极接触与n极接触。这一步骤包含了沉积凸块区域定义层以及以光刻蚀刻的方式定义出凸块区域，其中凸块区域的下方具有p极接触与n极接触。然后，在p极接触与n极接触上方形成凸块垫，其中这个步骤可以使用蒸镀，网印，或是电镀等的方式。接着，移除凸块区域定义层，其中移除的方式可以使用简单的蚀刻。之后，借由掀离(lift-off)暂时层以移除暴露的导体强化层。

接下来在图5A-图5G以及图6A-图6B中介绍本发明的两个实施例。

如图5A所示，形成发光二极管结构120，这里的发光二极管120举例说明，可以是目前所使用的任何发光二极管。在本实施例中的发光二极管120包含一透明底材110，一有源发光层123位于n型半导体层122与p型半导体层124之间，位于n型半导体层122上的n极接触125与p型半导体层124上的p极接触126，以及一用以增加电流分布的电流分散层127。电流分散层127一般会使用与p型半导体层124有欧姆接触的材质，并且可以不限于只使用透明的导电材质。在图5A中，p极接触126可以跟电流分散层127具有相同的高度，也可以是相同结构。

如图5B所示，在发光二极管结构120上形成钝化层130以保护发光二极管结构120，其中钝化层130需要将发光二极管120的p极接触126与n极接触125露出一部分或是全部露出。将p极接触126与n极接触125露出来的方式可以使用光刻蚀刻的工艺，这里光刻工艺所使用的掩模可以与形成p极接触126与n极接触125的掩模相同或是不相同。在本发明中，钝化层130可以选择透光或是不透光但是具有较佳的保护效果的材质。另外，钝化层130的材质亦可以选择，氧化硅，氧化铝(aluminum oxide)，氮化硅(siliconnitride)，氧化硅(silicon oxide)，氮氧化硅(silicon oxynitride)，氧化钽(tantalum oxide)，氧化钛(titanium oxide)，氯化钙(calciumfluoride)，氧化铪(hafnium oxide)，硫化锌(zinc sulfide)，或是氧化锌(zinc oxide)等无机材料，或是有机材料如树脂(ABS resin)，环氧树脂(epoxy)，压克力树脂(PMMA)，丙烯腈丁烯苯乙烯共聚合物(acrylonitrile butadiene styrene copolymer)，聚甲基丙烯酸甲脂(polymerethylmethacrylate)，聚砜物(polysulfones)，聚醚砜物(polyethersulfone)，聚醚醯亚胺(polyetherimides)，聚醯亚胺(polyimide)，聚醯胺醯亚胺(polyamideimide)，聚甲苯硫化物(polyphenylene sulfide)，或是碳硅热固型化合物(silicon-carbonthermosets)等的其中一种，或是上述材料的组合。

如图5C所示，在钝化层130上形成导体强化层132。这层的目的除了可以增加金属凸块垫与发光二极管120的p极接触126与n极接触125之间的电性之外，当凸块垫是以电镀方式形成的时候，亦可以提供作为电镀的金属垫极。导体强化层132的材质主要是选择与发光二极管120的p极接触126与n极接触125有良好的导电效果，以及与金属凸块之间有较佳的接合。一般，导体强化层132可以选择的材料有铜，金，银，白金，钼，钛，镍，钯等材料，或是上述材料的多层结构为主的材质。

如图5D所示，在导体强化层132上形成凸块区域定义层134且暴露凸块区域，其下方有发光二极管120的p极接触126与n极接触125。这一步骤包含了形成凸块区域定义层134以及以光刻蚀刻的方式定义出凸块区域，其中凸块区域的下方具有p极接触126与n极接触125。凸块区域定义层134除了可以提供形成凸块垫的屏蔽之外，以可以提供形成凸块垫时的支撑。由于凸块区域定义层134在工艺结束之后会被移除，所以其材料的选择一般会以高蚀刻选择比较佳，例如厚膜光刻胶，高温光刻胶，危机电用光刻胶，树脂(ABSresin)，环氧树脂(epoxy)，压克力树脂(PMMA)，丙烯腈丁烯苯乙烯共聚合物(acrylonitrile butadiene styrene copolymer)，聚甲基丙烯酸甲脂(polymerethylmethacrylate)，聚砜物(polysulfones)，聚醚砜物(polyethersulfone)，聚醚醯亚胺(polyetherimides)，聚醯亚胺(polyimide)，聚醯胺醯亚胺(polyamideimide)，聚甲苯硫化物(polyphenylene sulfide)，或是碳硅热固型化合物(silicon-carbonthermosets)等的其中一种，或是上述材料的组合。

如图5E所示，在p极接触126与n极接触125上方形成凸块垫136，其中这个步骤可以使用现有的蒸镀，网印，或是电镀等的方式。现阶段大部分会使用电镀的方式。凸块垫136的材质可以使用铜，金，银，白金，钼，钛，镍，钯、锡铅凸块(solder bump)、锡金凸块(gold bump)、锡银凸块(silverbump)、或锡铜凸块(copper bump)，或是银胶(silver epoxy)，焊锡膏(solder paste)等。如凸块垫136的材质选择银胶，可以使用涂布后烘烤等工艺，再将银胶研磨图5E的结构。

如图5F，移除凸块区域定义层134，其中移除的方式可以使用简单的蚀刻。当凸块区域定义层134为高选择比的材料时，可以使用湿蚀刻的方式移除凸块区域定义层134。

如图5G所示，移除暴露部分的导体强化层132，其中移除的方式可以使用简单的蚀刻。蚀刻的方式可以使用湿蚀刻或是干蚀刻，亦可以凸块垫136作为蚀刻的屏蔽。

在另一种实施例中，可使用剥离法以移除导体强化层。与上个实施例类似地，图6A包含发光二极管结构220。在本实施例中的发光二极管220包含一透明底材210，一有源发光层223位于n型半导体层222与p型半导体层224之间，位于n型半导体层222上的n极电225与p型半导体层224上的p极接触226，以及一用以增加电流分布的电流分散层227。在发光二极管结构220上形成钝化层230以保护发光二极管结构220，其中钝化层230需要将发光二极管220的p极接触226与n极接触225露出一部分或是全部。在钝化层230上形成一暂时层231。暂时层231可以使用光刻胶的材料。这个步骤包含了形成暂时层231以及以光刻蚀刻的方式定义出凸块区域，其中凸块区域下方具有p极接触226与n极接触225。

之后的工艺与上述实施例相同，直到形成凸块垫236，如图6B所示。剥离法是先在暂时层的周围蚀刻一小部分并且蚀刻的深度约可以接触到暂时层。然后使用具有高选择性的蚀刻溶液以选择性的蚀刻暂时层并且保持暂时层与其它层之间的晶格接口的完整。在本实施例中，先在导体强化层232接近凸块垫236的附近进行小部分的蚀刻，蚀刻的深度只要可以接触到暂时层231即可。之后将整个结构浸置在光刻胶去除液或是具有高选择性的蚀刻溶液即可选择性的移除暂时层。

在本发明中，由于使用覆晶封装，整个封装后的发光二极管具有体积小，重量轻等的优点。另外，在覆晶封装中，由于p极接触与n极接触是与金属的凸块垫接触，与金属之间的接触面积大，散热效果较佳。当电流分散层与钝化层使用透明材质时，金属的凸块垫以及之后覆晶所使用的封装基板可以提供发光二极管光线的反射效果。覆晶封装所采用的发光区域是朝向发光二极管的透明基板，不会因为有p极接触与n极接触遮光，相同的发光二极管的发光面积较大，可有效节省发光面积。另外，本发明可不需要使用透明导电层作为电流扩散用的接触导电层，以及可以不需要透明的钝化层作为保护层，材料的选择可大幅增加。

对熟悉此领域技艺者，本发明虽以一较佳实例阐明如上，然其并非用以限定本发明精神。在不脱离本发明的精神与范围内所作的修改与类似的安排，均应包含在申请专利范围内，这样的范围应该与覆盖在所有修改与类似结构的最宽广的诠释一致。因此，阐明如上的本发明一较佳实例，可用来鉴别不脱离本发明的精神与范围内所作的各种改变。

Claims (15)

1.一种封装发光二极管的方法，包含：

提供一发光二极管结构；

形成一暂时层在该发光二极管结构上；

形成一导体强化层在该暂时层上，并且与该发光二极管结构的p极接触与n极接触电性地连接；

形成一凸块区域定义层在该导体强化层上，其中该凸块区域定义层之间有两个电极区域；

形成两个凸块垫在该两个电极区域上，且与该导体强化层电性地连接；

移除该凸块区域定义层；以及

选择性移除暴露的该导体强化层，使得该两凸块垫之间电性地隔离。

2.如权利要求1所述的封装发光二极管的方法，其中上述形成该两个凸块垫的步骤为电镀。

3.如权利要求1所述的封装发光二极管的方法，其中上述形成该两个凸块垫的步骤为网印。

4.如权利要求1所述的封装发光二极管的方法，其中上述的凸块垫为金、银、铜、镍金、锡铅凸块、锡金凸块、锡银凸块、锡铜凸块、银胶或焊锡膏。

5.如权利要求1所述的封装发光二极管的方法，其中上述移除该导体强化层是蚀刻方法。

6.如权利要求1所述的封装发光二极管的方法，其中上述的暂时层为高选择比层。

7.如权利要求6所述的封装发光二极管的方法，其中上述移除该导体强化层的步骤为剥离法。

8.如权利要求1所述的封装发光二极管的方法，还包含一钝化层位于该发光二极管结构上。

9.一种封装发光二极管的方法，包含：

提供一发光二极管结构；

形成一钝化层在该发光二极管结构上及暴露该发光二极管结构的p极接触与n极接触；

形成一暂时层在该钝化层上且暴露两个凸块区域，每个凸块区域下方分别具有p极接触与n极接触；

形成一导体强化层在该暂时层，p极接触，与n极接触上；

形成一凸块区域定义层在该导体强化层上且与该高选择比层重叠；

形成两个凸块垫在该两个凸块区域上；

移除该凸块区域定义层；以及

以剥离法选择性移除暴露的该导体强化层。

10.如权利要求9所述的封装发光二极管的方法，其中上述形成该凸块垫的步骤为电镀。

11.如权利要求9所述的封装发光二极管的方法，其中上述形成该凸块垫的步骤为网印。

12.如权利要求9所述的封装发光二极管的方法，其中上述的凸块垫可为金、银、铜、镍金、锡铅凸块、锡金凸块、锡银凸块、锡铜凸块、银胶或焊锡膏。

13.如权利要求9所述的封装发光二极管的方法，其中上述的暂时层为高选择比层。

14.一种适用于覆晶封装的发光二极管结构，包含：

一底材；

一发光二极管结构位于该底材上，其中该发光二极管包含一n型导通的半导体层位于该底材上，一p型导通的半导体层位于该n型导通的半导体层上；

一p极接触位于该p型导通的半导体层上；

一n极接触位于该n型导通的半导体层上；

一钝化层位于该p型导通的半导体层上并露出该p极接触与该n极接触；

一导体强化层位于该p极接触与该n极接触上，并且与该p极接触与该n极接触电性地连接；以及

两凸块垫位于该导体强化层上并且分别与该p极接触与该n极接触电性地连接。

15.如权利要求14所述的适用于覆晶封装的发光二极管结构，其中上述的两凸块垫可为金、银、铜、镍金、锡铅凸块、锡金凸块、锡银凸块、锡铜凸块、银胶或焊锡膏。

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