晶粒封装体的接合与转移方法与流程

1.本发明有关于一种垂直型发光二极管晶粒封装体的接合与转移方法，且特别是有关于一种能够直接针对晶粒封装体结构进行巨量转移的制程方法及其步骤。


背景技术：

2.发光二极管(light emitting diode，led)为一种经由半导体技术所制成的光源，其由三五族(iii-v族)化合物半导体所形成，其发光原理为利用半导体中电子和电洞结合而发出光子，不同于传统灯泡需在上千度的高温操作，也不必像日光灯需使用的高电压激发电子束，发光二极管和一般的电子元件相同，只需要2至4伏特(v)的电压，且在一般温度环境下即可正常运作，相较于传统钨丝灯泡而言，具备有：寿命长、省电节能、故障率低、光线稳定、发光效率高、和各式灯具兼容性高的优点，因此发光寿命也比传统光源长，已成为目前市场上的主流商品。
3.一般而言，发光二极管的晶粒结构可分为以下两种：水平型结构(horizontal)和垂直型结构(vertical)，综观来看，垂直型发光二极管与水平型发光二极管相比，其中，垂直型结构的发光二极管晶粒无论在结构强度、光电参数、热学特性、光衰及成本等方面，皆可以提供较佳的可靠度，因此广为业界所使用。
4.而近年来，随着科技的进步，这些垂直型发光二极管晶粒也逐渐地被巨量转移(mass transfer)于各式电子装置及其基板上。直至今日，现有技术中已揭示有数种可将晶粒移转至基板上的方法，包括：表面黏着技术(surface mount technology，smt)、晶圆间转移(wafer-to-wafer transfer)技术、及静电转移(electrostatic transfer)技术等等。其中，表面黏着技术需要先将晶粒逐一封装为smd(surface mount device)元件后，通过一表面贴焊机(smt)运用真空吸头逐一将smd元件打在电路基板上，再经回焊炉固定于基板。不过，采用表面黏着技术只能一次移转单一个晶粒，在产业需要大量进行巨量转移时，常遭遇应用有限且不敷使用的问题。
5.至于晶圆间转移技术，则是将晶粒的原生基板与目标基板贴合，之后将原生基板剥离后使晶粒转移到目标基板上，但此种方式对于原生基板与目标基板二者尺寸的要求较为严格，同时，基板上晶粒设置之间距也必须一致，基于此等要求及限制使得其应用受到极大的限制，因而不符合实际应用需求。再针对静电转移技术而言，其则必须通过静电方式拾取、移转、再放置晶粒于目标基板上，然而，采用此种静电转移方式易造成晶粒结构上的损坏，同时，在进行移转时使用「硬件」间的接触，也容易对基材造成损伤及破坏，除此之外，也受限于静电极的尺寸。
6.更进一步而言，当晶粒移转至目标基板上时，即便是经由训练良好的人为操作、抑或是精密的移转技术，其晶粒或其晶粒封装体的对准(alignment)也是很难做到完全对位并且精准的。而在此情况之下，不够精准的晶粒对准更会影响后续晶粒固定作业的困难与增加其复杂度，甚至可能增加重工的成本及工时。
7.有鉴于此，考虑到上述所列的诸多问题点，极需要采纳多方面的考量，从而使得本
领域的专业人士确实具备亟需开发一种新颖且具有创造性的制程方法的需求，从而解决上述所揭先前技艺所存在的问题，以使得发光二极管晶粒在进行巨量转移时其效率可获得优化。
8.缘此，本发明的发明人有感于上述缺失的可改善，且依据多年来从事此方面的相关经验，悉心观察且研究的，并配合学理的运用，而提出一种设计新颖且有效改善上述缺失的本发明，其揭露一种新颖的垂直型发光二极管晶粒的接合与转移方法，通过此等创新的晶粒接合与转移制程方法，可实现晶粒封装体在进行巨量转移时的最佳化结果及效益，本技术人将提供具体的架构及实施方式，并详述于下。


技术实现要素：

9.为了解决上揭诸多缺失，本发明的一目的在于提供一种创新的晶粒封装体的接合与转移方法，此种接合与转移方法可应用于垂直型发光二极管晶粒的转移(transfer)制程中，更可进一步地广泛应用于巨量转移所需，满足相关产业进行快速且巨量转移的技术需求。
10.通过采用本发明所揭露的制程步骤，不仅可应用于垂直型发光二极管晶粒的巨转制程。然而，本发明的应用当然不限于此。本发明提供的制程步骤也可以应用于其他各种晶粒的巨转制程中。一旦获悉本技术案的公开内容，其他替代性及修改的示性例对于本领域技术人员而言，将为显而易见的，而皆隶属于本发明的发明范围。通过采用本发明所公开的技术方案，可有效地降低现有针对晶粒封装体进行巨转的制程步骤及制程成本，与此同时，也能够优化其中发光二极管晶粒封装体的结构，避免破坏其结构或产生结构中的损伤。
11.本发明的又一目的在于提供一种适于垂直型发光二极管晶粒封装体的制程方法，此种制程方法主要设计目的在于可直接针对晶粒封装体本身进行对位、焊接、并将该晶粒封装体转移至目标基板上，其中，基于本发明可直接针对封装体结构进行操作，在结合后续发光二极管晶粒需要巨量转移的制程时，便可省却传统采用覆晶接合的制程及步骤时需要额外执行的对位、以及打线等操作步骤，进而省却其冗杂的耗费工时及操作人力等成本，可符合产业进行快速的巨量转移需求。
12.根据本发明的实施例，本技术人所公开的此种晶粒封装体的接合与转移方法，主要包含以下步骤：首先，提供一晶粒封装体，并在其上设置有一定位胶；另提供一振动底座，其中形成有对应该定位胶的至少一空槽，使所述的空槽可容设该定位胶；之后，喷布该晶粒封装体，并且振动该振动底座，使该晶粒封装体可藉由该定位胶与空槽的对位，从而定位并容设于该振动底座中。另一方面，本发明提供一目标基板，其中具有多个钻孔，该些钻孔以一第一金属材料填充，同时，该些钻孔的上表面另涂布有一第二金属材料。之后，通过所述的第二金属材料使该目标基板与具有该晶粒封装体的振动底座接合。随后，进行一雷射制程，以藉由该雷射制程将所述的第二金属材料熔解，使目标基板与晶粒封装体完成焊接。最后，将振动底座移除，并通过一除胶制程将定位胶去除，以完成将所述的晶粒封装体接合并转移至目标基板上。
13.其中，根据本发明的实施例，本发明所采用的定位胶，其材质较佳地可选用为一uv固化型水胶。在此条件下，本发明所采用的除胶制程仅需使用一去离子水，便能够将该uv固化型水胶进行水解，从而将其去除。在一实施例中，所执行除胶制程的制程时间例如约介于
20至40分钟之间，制程温度约介于摄氏60至90度之间。
14.另一方面而言，本发明所使用的目标基板，其材质较佳地可选用一玻璃基板，其中，钻孔的孔径例如可为至少60微米，并以所述的第一金属材料(例如可为铜)，通过网印制程或电镀制程填充于钻孔中。所述的第二金属材料例如可为锡，并可通过一网印制程或一喷印制程涂布于所述的钻孔的上表面。在此条件下，本发明所执行的雷射制程其温度至少须达摄氏240～265度左右，实施该雷射制程的雷射时间例如可进行为0.3秒至3秒之间，以将该焊锡(第二金属材料)熔解，从而使得目标基板与晶粒封装体完成焊接。
15.又一方面而言，为了使晶粒封装体上的定位胶与振动底座中的空槽可达到更精准的对位效果，在本发明的一较佳实施例中，也可选择性地在所使用的定位胶的外层，另包覆有一磁性材料，同时，设计对应该定位胶的空槽为带有磁性的一磁性模穴，藉由此配置关系，本发明便能够藉由该磁性材料与该磁性模穴之间的磁性吸引，完成更准确且精密的对位。详细而言，在此较佳的实施例中，所采用的磁性材料，其材质较佳地例如可选为一磁粉树脂。
16.缘此，依据本发明所揭露的制程步骤及转移方法，当设计所述的振动底座中具有多个空槽时，则本发明可顺利地将为数庞大的晶粒封装体藉由具有该些空槽的振动底座完成接合，并一次性地巨量转移至目标基板上。由此显见，本发明所公开的技术方案可成功地符合现今业界欲进行快速且有效率的巨转技术的需求，同时，也能使得垂直型发光二极管晶粒封装体的结构良率获得优化。
17.除此之外，通过采用本发明所揭露的巨转方法，当应用于垂直型发光二极管晶粒封装体的转移时，则所述的垂直型发光二极管晶粒例如可选自于由红色、蓝色与绿色的发光二极管晶粒所构成的群组，惟本发明也不以此波段范围(红色、蓝色、绿色)的发光二极管晶粒为其限制。在其他实施态样中，这些垂直型发光二极管晶粒也可依据设定波段范围频带的不同，可制作成其他色光的发光二极管晶粒，又或者是白色光(可见光)的发光二极管晶粒，以广泛应用本发明所公开的技术方案。
18.由此显见，当本领域的技术人士在理解本发明所公开的技术方案，并应用本发明所公开的晶粒封装体的接合与转移方法时，其可以成功地消除先前技术中尚存的问题与缺失。因此，能够确信的是，本发明基于能有效地降低现有巨转制程中过高的成本与制程步骤，使本发明相较于现有技术不仅具备有高度的竞争力，并且可以在相关产业中被有效地广泛使用。同时，本发明也能满足现有产业趋势的巨转技术需求，也能优化其制程良率，足以可见本发明极具产业应用性与本领域的技术竞争力。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为根据本发明一实施例的晶粒封装体的接合与转移方法的步骤流程图。
21.图2为根据本发明一实施例的晶粒封装体的结构示意图。
22.图3为依据图2的晶粒封装体在其上设置有定位胶的示意图。
23.图4为根据本发明一实施例的具有空槽的振动底座的结构剖面示意图。
24.图5为根据本发明实施例当晶粒封装体完成定位并容设于振动底座中的示意图。
25.图6为根据本发明一实施例所使用的目标基板其结构剖面的示意图。
26.图7为根据本发明实施例当目标基板与具有晶粒封装体的振动底座通过图二金属材料接合后的示意图。
27.图8为根据本发明实施例当通过一雷射制程熔解第二金属材料使目标基板与晶粒封装体完成焊接后的示意图。
28.图9为根据本发明实施例将振动底座移除并通过除胶制程去除定位胶，以完成晶粒封装体的接合与转移至目标基板后的示意图。
29.图10为根据本发明又一实施例，当进行晶粒封装体的巨量转移时所使用具有多个封装体对位点及多个空槽的振动底座其结构示意图。
30.图11为根据本发明一实施例通过使用一滚筒使多个晶粒封装体的亮度达到均匀化的示意图。
31.其中，12、焊线；20、载板；22r、红色发光二极管晶粒；22b、蓝色发光二极管晶粒；22g、绿色发光二极管晶粒；24、上电极；26、封装胶；33、定位胶；44、空槽；111、滚筒；200、晶粒封装体；400、振动底座；422、封装体对位点；600、目标基板；601、第一金属材料；602、第二金属材料；ls、雷射制程。
具体实施方式
32.本发明的实施例将藉由下文配合相关图式进一步加以解说。尽可能的，于图式与说明书中，相同标号代表相同或相似构件。于图式中，基于简化与方便标示，形状与厚度可能经过夸大表示。可以理解的是，未特别显示于图式中或描述于说明书中的元件，为所属技术领域中具有通常技术者所知的形态。本领域的通常技术者可依据本发明的内容而进行多种的改变与修改。
33.于下文中关于“一个实施例”或“一实施例”的描述指关于至少一实施例内所相关连的一特定元件、结构或特征。因此，于下文中多处所出现的“一个实施例”或“一实施例”的多个描述并非针对同一实施例。再者，于一或多个实施例中的特定构件、结构与特征可依照一适当方式而结合。
34.揭露特别以下述例子加以描述，这些例子仅用以举例说明而已，因为对于熟习此技艺者而言，在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。
35.在以下的段落中，本发明将提供一种适用于垂直型发光二极管晶粒的封装体结构的接合与转移方法，此一制程方法可应用于现有垂直型发光二极管晶粒封装体的巨量转移制程中，并直接针对晶粒封装体进行巨转，使其巨转效率可达优化。进一步而言，以下提供的晶粒封装体的封装体结构与其封装体结构的接合与转移方法也可应用于其他相关技术架构中，本发明并不以下揭的实施例为限。
36.请参阅图1所示，其公开本发明实施例的晶粒封装体的接合与转移方法的步骤流程图。依据本发明所公开的制程方法，其包含下述步骤：步骤s102：首先，提供一晶粒封装体，并在其上设置有一定位胶。步骤s104：之后，提供一振动底座，该振动底座中形成有对应该定位胶的至少一空槽，以通过所述的空槽容设该定位胶。步骤s106：喷布该晶粒封装体，
并且振动该振动底座，使晶粒封装体可藉由该定位胶与该空槽的对位，从而定位并容设于振动底座中。步骤s108：接着，另提供一目标基板，其中具有多个钻孔，该些钻孔以一第一金属材料填充，该些钻孔的上表面另涂布有一第二金属材料。步骤s110：通过该第二金属材料使该目标基板与具有晶粒封装体的该振动底座接合。步骤s112：随后，进行一雷射制程，以藉由该雷射制程熔解所述的第二金属材料，从而使该目标基板与该晶粒封装体完成焊接。步骤s114：最后，移除前述的振动底座，并通过一除胶制程将所使用的定位胶去除，以完成将晶粒封装体接合并转移至该目标基板上。
37.为了能使审查员能较佳地理解本发明所公开的制程方法，以下的详细说明，请一并参阅本发明图2至图10所示的结构及其元件符号，本发明兹提供详细说明如下。
38.首先，请参阅图2所示，其公开本发明一实施例的晶粒封装体的结构示意图，依据本发明的实施例，如图所示，此晶粒封装体200例如可为一种垂直型发光二极管晶粒的封装体结构，该垂直型发光二极管晶粒例如可选自于由红色、蓝色与绿色的发光二极管晶粒所构成的群组。如图所示，其中包含有一红色发光二极管晶粒22r、一绿色发光二极管晶粒22g、一蓝色发光二极管晶粒22b，所述的红色发光二极管晶粒22r、绿色发光二极管晶粒22g、以及蓝色发光二极管晶粒22b各自通过一焊线12打线连接于一上电极24，一载板20用以承载所述的红色发光二极管晶粒22r、绿色发光二极管晶粒22g、蓝色发光二极管晶粒22b及上电极24，并以一封装胶26封装并覆盖于其上，形成所述的晶粒封装体200结构。在一实施例中，载板20的材质例如可为常用的树酯载板，封装胶26例如可为硅胶材质或环氧树酯。更进一步而言，为了增加对比度，该封装胶26的材质，较佳地，也可使用一黑色的硅胶或环氧树酯。值得特别说明的是，本发明所举的垂直型发光二极管晶粒并不限于由红色(r)、蓝色(b)、或绿色(g)所组成，在应用本发明的其他实施态样中，尚可包括非纯色的发光二极管晶粒，而红色、蓝色、绿色的发光二极管晶粒的数量，或其排列样式(如本实施例中排列呈l型、或在其他实施例中也可排列呈直线)也不为本发明所举的示性例为限制。本发明的发明意旨，在于可针对所述的晶粒封装体200的封装体结构直接进行巨量转移，而无须以单一晶粒进行逐一或逐次的转移，藉由本发明所公开的技术方案实现巨量转移的最佳化效益。因此，本发明并不以所述的晶粒封装体200其内部结构或组件为其限制。
39.之后，在经过点测并确认晶粒封装体200可正常运作后，如本发明图1步骤s102所示，本发明于所述的晶粒封装体200上设置有一定位胶，该定位胶的设置位置例如可参见本发明图3所示，举例而言，本领域的技术人士可依实际需求或设计规范，使所述的定位胶33例如是形成于该晶粒封装体200的角落，或是其他可辨识或位于晶粒封装体200中的非对称的位置上(例如：避开中心点的其他位置)。
40.之后，再如本发明图1步骤s104所示，本发明另提供一振动底座，请参见图4所示，其公开本发明一实施例的振动底座400的剖面示意图，该振动底座400中形成有对应于前述定位胶33的至少一空槽(cavity)44，该空槽44的外观及尺寸、大小、形状等参数皆是对应所述的定位胶33而设计，使该空槽44的用途可用以容设前述的定位胶33。
41.之后，再如本发明图1步骤s106所示，本发明接着藉由喷布(spray)该晶粒封装体200，并且振动所述的振动底座400，使该晶粒封装体200可藉由其上的定位胶33与振动底座400中的空槽44二者的对位，从而完成定位并容设于振动底座400中，如本发明附图图5所绘制。在此图示中，本发明以实心的图样填充空槽44，以表示定位胶33填充并对位于该空槽44
中。
42.另一方面而言，请同时配合参照图6所示，其公开本发明一实施例所使用的目标基板，其结构剖面的示意图。如图所示，该目标基板600中形成有具有多个钻孔(drill)，该些钻孔以一第一金属材料601填充，并且，该些钻孔的上表面另涂布有一第二金属材料602。其中，根据本发明的实施例，所述第一金属材料601的材质例如可为铜，并且，通过一网印制程或一电镀制程，可使所述的金属铜填充于该些钻孔中。之后，可再通过一网印制程或一喷印制程，将第二金属材料602涂布于该些钻孔的上表面。所述第二金属材料602的材质例如可为锡。一般而言，目标基板600的材质可选用为玻璃基板，其中所设置钻孔的孔径例如可为至少60微米。惟，该些参数也仅为本发明其中的一种实施态样，本领域具备通常知识的人士自然可因其产品或元件所需而自行变化或修饰的，惟本发明并不以此等示性例所举的参数为其限制。
43.因此，在步骤s108中，本发明提供所述的目标基板600，并且在步骤s110中，通过该第二金属材料602使该目标基板600能够与具有晶粒封装体200的振动底座400接合在一起，该完成接合后的示意图，请参见本发明附图图7所示。
44.之后，如图8所示，本发明接续进行一雷射制程ls，并且通过该雷射制程ls熔解所述的第二金属材料602，在第二金属材料602熔解之后，便能使目标基板600与该晶粒封装体200完成焊接(步骤s112)。其中，根据本发明的一实施态样，本发明所执行的雷射制程ls为一加热时间可达瞬间高温的制程，大抵而言，根据本领域的通常知识及经验，能够使焊锡(第二金属材料602)熔解的温度约介于摄氏240～265度之间。而其中，针对进行该雷射制程ls的雷射时间例如可实施为介于0.3秒至3秒之间，其目的在于能够使所述的焊锡(第二金属材料602)熔解，从而使目标基板600与该晶粒封装体200完成焊接。
45.之后，在完成目标基板600与晶粒封装体200的接合焊接之后，本发明接着如图1中的步骤s114所示，便能将前述的振动底座400移除，并且通过一除胶制程，以将前述晶粒封装体200上的定位胶33去除，从而完成将晶粒封装体200接合并转移至目标基板600上的制程，其完成接合与转移后的示意图，如本发明附图图9所示。
46.又其中，针对本发明所公开的技术方案，所述的「除胶制程」主要依据所使用的定位胶33而决定。根据本发明的一较佳实施例，则选用的定位胶33较佳地可以是一种uv固化型水胶。当使用此种uv固化型水胶作为晶粒封装体200上的定位胶时，「除胶制程」便可相对地简易，举例来说，从业人员可直接通过使用一去离子水，便能够将该uv固化型水胶进行水解，从而将其去除。其中，除胶制程的制程时间约介于20至40分钟之间，制程温度约介于摄氏60至90度之间。有鉴于此，本发明即便在去除定位胶时，也无须使用到额外的溶剂或特殊的除胶设备，减少了这些化学溶剂可能对基板或晶粒封装体本身结构所造成的损伤及破坏，同时也省去了额外除胶设备的庞大成本与繁冗程序。由此显见，本发明可在较为简易且不伤害目标基板或晶粒封装体的条件下，轻易地将所述的定位胶进行去除，此乃本发明的重要发明功效的一。
47.又更进一步而言，在本发明的实施步骤s102～s106中，当利用定位胶33与振动底座400的空槽44对位以使晶粒封装体200能够顺利定位并容设于振动底座400中时，本发明另可在该定位胶33的外层进一步包覆有一磁性材料，同时，设计对应该定位胶33的该空槽44为带有磁性的一磁性模穴，藉由此等磁性吸引关，本发明便能进一步地使该磁性材料与
振动底座400中的磁性模穴藉由磁性吸引完成晶粒封装体200的对位。在一实施例中，所述的包覆于该晶粒封装体200的定位胶33外层的磁性材料，其材质较佳地可为一种磁粉树脂，此种磁粉树脂材料即便在后续进行除胶制程时，也可简易地与定位胶33一并被去除，而不至于破坏晶粒封装体表面的结构。
48.又更进一步而言，依据本发明所揭露的晶粒封装体的接合与转移方法，其可大量地应用于晶粒封装体200的巨量转移，在此情况下，振动底座中可配置有多个所述的空槽，以用来容设这些待转移的多个晶粒封装体200。举例而言，请配合参阅图10所示，其中，在此实施例中，振动底座400中设置有多个封装体对位点422，每一个封装体对位点422用以提供一个晶粒封装体200的对位与容设，因此，每一个封装体对位点422中配置有一个所述的空槽44，以利用该空槽44容纳晶粒封装体200的定位胶，通过定位胶与空槽44的对位配置关系，同时应用本发明前述所公开的制程方法，本发明便能使多个晶粒封装体藉由具有该些空槽44的振动底座400完成接合并巨量转移至目标基板上，满足业界巨量转移的需求。
49.又其中，为了使晶粒封装体(例如垂直型发光二极管晶粒封装体)的亮度达到均匀，如本发明图示图11所示，这些待转移的晶粒封装体200可先放置于一滚筒111中进行滚动，从而使该些晶粒封装体200达到均匀化，之后，续行喷布于振动底座400完成对位。
50.职故，鉴于以上本技术人所提供的技术方案，可明显观之，本发明旨在揭露一种适于晶粒封装体的接合与转移方法，基于本发明所公开的制程方法，其可直接针对晶粒封装体进行转移，由于先前技术仅能针对晶粒或晶圆本身进行转移，必须在转移之后再针对个别晶粒或晶圆进行封装及打线。本发明改良此等技术缺失，而能够直接针对整个晶粒封装体进行转移，大幅降低原有制程步骤的制程成本、繁复程序、以及制程复杂度。
51.除此之外，依据本发明所公开的晶粒封装体的接合与转移方法，更能进一步地以一次性地方式大量喷布并转移数量庞大的多个晶粒封装体结构，达到快速且巨量转移的效果，不仅能够有效符合现今发光二极管晶粒欲进行快速巨量转移技术的需求，也能够有效提升其产业生产的竞争力。在此情况的下，本发明不仅可有效改良现有技术尚存的缺失，同时满足晶粒尺寸微缩情况下的封装及巨转需求，并且，更可使得垂直型发光二极管晶粒的封装良率获得优化，实现本发明极为显著的发明功效。
52.有鉴于此，通过本技术人所公开的适于垂直型发光二极管晶粒封装体的接合与转移方法，其有助于优化现有的封装、打件、以及巨转制程。与现有技术相较的下，可以显而易见的是通过本发明所公开的实施例及其制程步骤，其可有效地解决现有技术中尚存的诸多缺失，并且提供更为优秀的制程表现。并且，基于本发明所揭露的技术方案，不仅可应用于一般常见的发光二极管晶粒中，同时更可应用并广泛及于其相关的半导体产业、集成电路产业、或电力电子等各类电子电路元件中。显见本技术人在此案所请求的技术方案的确具有极佳的产业利用性及竞争力。同时，本发明所揭露的技术特征、方法手段与达成的功效显著地不同于现行方案，实非为熟悉该项技术者能轻易完成者，而应具有专利要件。
53.以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以之限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的专利范围内。