晶圆级发光二极管晶粒的无载板封装方法与流程

本发明有关于一种垂直型发光二极管晶粒的封装方法，且特别是有关于一种晶圆级发光二极管晶粒的无载板封装方法。

背景技术：

1、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。

2、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，均可以提供较佳的可靠度，因此广为业界所使用。

3、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，现有技术中已公开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 mounttechnology，smt)、晶圆间转移(wafer-to-wafertransfer)技术、及静电转移(electrostatic transfer)技术等等。然而，值得注意的是，这些巨量转移的技术都必须先将晶圆上为数众多的垂直型发光二极管晶粒进行切割后，然后将一粒一粒的垂直型发光二极管晶粒逐次、并且逐个移转到载板(通常为电路基板)上，之后，才能在载板上进行后续晶粒的封装制程。如此一来，在产业需要进行巨量转移时，这些现有技术常遭遇制程步骤过于繁琐、制程成本过高、制程效率不佳(过于缓慢)等缺失，使得这些现有制程直至今日，都仍然具有应用有限且不敷使用的问题。

4、又更进一步而言，当晶粒移转至载板上的时候，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，增加其复杂度，甚至可能增加重工的成本及工时。

5、除此之外，由于近年来大部分封装厂针对发光二极管的晶粒结构进行封装时，也因为其晶粒尺寸微缩化的关系，使得这样微小的晶粒尺寸在后续焊线制程中遭遇一定程度的技术难度，不仅使得发光二极管晶粒的封装制程将变得更为困难，同时也会不利地影响其封装的产率(yield)。而这其中的关键原因在于：如何在晶粒尺寸微缩化的前提下，取代现有的外部焊线制程，此技术瓶颈仍待突破，并且演变为亟待解决的现有缺失之一，这也使得如何持续地改良现有的外部焊线制程，同时找到其替代方案作为现有技术领域中的一大课题。

6、因此，在考量到上述所列的诸多问题点，需要采纳多方面的考量，从而使得本领域的专业人员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，从而解决上述现有技术存在的问题，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，而无需使用到公知的载板。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种改良的发光二极管晶粒的封装制程，此种封装制程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中，满足相关产业进行快速且巨量转移的技术需求。然而，本发明的应用当然不限于此。本发明提供的制程步骤亦可以应用于其他各种发光二极管晶粒的巨转封装制程中。一旦获悉本发明的公开内容，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，而均隶属于本发明的保护范围。

2、通过采用本发明所公开封装制程的技术方案，可有效地省去使用现有技术中所需的载板，由此降低现有针对发光二极管晶粒进行封装的制程步骤及制程成本，与此同时，亦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。

3、本发明的另一目的在于提供一种适于晶圆级发光二极管晶粒的无载板封装方法，此种无载板封装制程主要设计目的在于：可直接针对晶圆结构上的发光二极管晶粒进行封装与色转换，并在完成封装后转移至目标基板上，如此一来，基于本发明可直接针对多个发光二极管晶粒进行封装，本发明可有效省去先前技术中必须逐次、并且逐一将发光二极管晶粒转移到载板上才能进行封装的繁琐制程步骤。与此同时，在后续结合发光二极管晶粒需要巨量转移的制程时，便可避免传统操作步骤具有冗杂的耗费工时及操作人力等成本的问题，可符合产业进行快速的巨量转移需求。

4、本发明提供的晶圆级发光二极管晶粒的无载板封装方法，主要包含以下步骤：

5、(a)首先，提供一晶圆结构，并在该晶圆结构上设置有复数个发光二极管晶粒。

6、(b)将设置有该些发光二极管晶粒的晶圆结构贴附于一临时基板上，其中，每一发光二极管晶粒上具有一焊垫，并在其上涂布有一雷射保护剂。

7、(c)之后，进行一雷射切割制程，以在这些发光二极管晶粒之间形成多条切割道，并通过这些切割道将该些发光二极管晶粒间隔为复数个晶粒区域。

8、(d)在每一个晶粒区域进行一雷射击穿制程，使晶粒区域中的发光二极管晶粒形成一导体。

9、(e)之后，去除前述的雷射保护剂，并以一填充胶材填补该些切割道，之后，在所述的发光二极管晶粒的上表面溅镀一透明导电薄膜。其中，根据本发明的一实施例，所使用的填充胶材的材质例如可为一环氧树脂或硅胶。透明导电薄膜的材质为氧化铟锡(indiumtin oxide，ito)。

10、(f)之后，进行一色转换制程，从而使所述的发光二极管晶粒可具有不同的发光色阶。

11、(g)接着，进行一刀轮切割制程，以将具有不同发光色阶的发光二极管晶粒切割为复数个发光二极管封装体。

12、(h)最后，通过将其上具有该些发光二极管封装体的晶圆结构与前述的临时基板分离，本发明从而将具有该些发光二极管封装体的晶圆结构转移至一目标基板上。

13、其中，根据本发明的实施例，本发明所采用的晶圆结构包括一镍铁合金层(invar)，以及设置于该镍铁合金层的上表面与下表面的一铜(copper)层。设置于晶圆结构上的发光二极管晶粒具有一原始发光颜色，使发光二极管晶粒显示为蓝色发光二极管晶粒。

14、在一实施例中，本发明所采用的临时基板的材质，例如可为一蓝宝石(sapphire)基板。所述的晶圆结构与临时基板之间可采用水胶使该晶圆结构贴附于该临时基板上。则在此情况下，当在步骤(h)中，欲使所述的晶圆结构与临时基板分离时，则本发明可通过采用一解水胶制程，使所述的晶圆结构与临时基板分离。详细而言，该解水胶制程例如可在一去离子水中进行，其水温较佳地控制于50摄氏度中进行。其中，在所述的发光二极管封装体上设置解水胶胶膜，本发明通过将具有该些发光二极管封装体与解水胶胶膜的晶圆结构、水胶与临时基板置于去离子水中，并通过解水胶制程将所述的水胶进行水解，从而将该水胶去除，使晶圆结构与临时基板分离。

15、之后，在转移至所述的目标基板前，解水胶制程还包括：采用一uv解黏制程使该解水胶胶膜失去黏性。并且，在转移至所述的目标基板后，方剥离该解水胶胶膜。

16、其中，根据本发明的实施例，本发明所采用的水胶，其材质较佳地例如可为一种uv固化型水胶，以通过使用此种uv固化型水胶，可使得一较为简易的解水胶制程顺利去除该水胶。随后，根据本发明的实施例，该些发光二极管封装体所转移至目标基板的材质，例如可为一印刷电路板(printed circuit board，pcb)。

17、又更进一步而言，本发明在步骤(f)中所进行的色转换制程，可使得原先(显示为蓝光)的发光二极管晶粒形成具有不同的发光色阶，其中，所述的色转换制程例如可通过在发光二极管晶粒上设置有黑色矩阵(black matrix，bm)光阻、以及在该些黑色矩阵光阻之间提供有量子点彩色滤光片(quantum dot color filter，qdcf)等步骤，从而使得发光二极管晶粒可具有不同的发光色阶。

18、举例来说，在经过该色转换制程后的发光二极管晶粒可包括至少显示为红色的发光二极管晶粒与绿色的发光二极管晶粒。

19、因此，本发明所提供的晶圆级发光二极管晶粒的无载板封装方法可应用于垂直型发光二极管晶粒的封装体结构，使发光二极管封装体所包含的垂直型发光二极管晶粒选自于由红色、蓝色与绿色的发光二极管晶粒所构成的群组。值得说明的是，本发明并不以此波段范围(红色、蓝色、绿色)的发光二极管晶粒为其限制。在本发明的其他实施例中，这些垂直型发光二极管晶粒亦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。

20、由此显见，当本领域的技术人员在理解本发明所公开的技术方案，并应用本发明所公开的无载板封装方法时，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，本发明能有效降低现有封装制程中冗余的制程步骤与相关成本，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，本发明步骤(d)中进行雷射击穿制程，使晶粒区域中的发光二极管晶粒可通过雷射击穿制程而形成漏电，从而形成一导体。通过此等技术特征，本发明利用击穿晶粒形成漏电，使发光二极管晶粒形成导体，便可取代现有技术中外部焊线的使用，在晶粒尺寸微缩化的今日，仍能满足其封装需求，同时，使得发光二极管晶粒的封装良率获得优化，综上所述，本发明极具产业应用性与本领域的技术竞争力。