系統級光電結構及其製作方法

2023-05-30 18:20:46 2

專利名稱：系統級光電結構及其製作方法
技術領域：
本發明涉及一種光電系統，尤涉及一種具有整合性的發光系統。
背景技術：
光電元件如發光二極體的封裝結構主要產自於繁複的單晶片封裝流程。未封裝的光電元件經封裝後，再結合其他電子元件，如電容、電感等，及/或非電子元件，可以形成光電系統。然而，在電子消費產品小型化與輕薄化的發展趨勢下，光電元件的開發也朝向更小的封裝尺寸。其中，晶片級封裝(Chip-Level Package ;CLP)為半導體以及光電元件封裝設計的期待方式之一。

發明內容
依據本發明實施例，提供系統級光電結構及其製作方法，其製作方法步驟至少包含:提供暫時基板；提供多個未封裝光電元件，連接於基板之上，並形成多個走道區；提供粘性膠材，填滿走道區並覆蓋光電元件；提供永久基板，通過粘性膠材鍵合多個光電元件；以及移除暫時基板。


圖1顯示發光二極體封裝結構；圖2A至圖2D顯示依據本發明實施例的光電系統的製造方法；圖3顯示依據本發明實施例的光電系統的示意圖；圖4顯示依據本發明實施例的系統單元與載具的示意圖；圖5顯示依據本發明實施例的系統單元與次載具的示意圖；圖6 (a)至圖6 (C)顯示依據本發明實施例的光電系統中系統單元的電連接示意圖；圖7 (a)至圖7 (C)顯示依據本發明另一實施例的光電系統中系統單元的電連接示意圖；圖8 (a)至圖8 (C)顯示依據本發明又一實施例的光電系統中系統單元的電連接示意圖；圖9A至圖9D顯示依據本發明另一實施例的光電系統的製造方法；圖10 (a)至圖10 (C)顯示依據本發明實施例的光電系統中系統單元的電連接示意圖；圖11顯示依據本發明實施例的光電系統中子群組的示意圖12 (a)至圖12 (d)顯示依據本發明實施例的子群組的電性連接架構；圖13顯示依據本發明另一實施例的子群組的電性連接架構；圖14 Ca)至圖14 (b)顯示依據本發明實施例的單一系統單元的尺寸圖；圖15 (a)至圖15 (d)顯示依據本發明實施例的光電系統中波長轉換材料的配置方式；圖16 (a)至圖16 (d)顯示依據本發明另一實施例的光電系統中波長轉換材料的配置方式；圖17 (a)至圖17 (b)顯示依據本發明又一實施例的光電系統中波長轉換材料的配置方式；圖18 (a)至圖18 (C)顯示依據本發明實施例的光電系統中波長轉換材料的配置方式；圖19 (a)至圖19 (d)顯示依據本發明另一實施例的光電系統中波長轉換材料的配置方式；圖20 (a)至圖20 (d)顯示依據本發明又一實施例的光電系統中波長轉換材料的配置方式；圖21 (a)至圖21 (b)顯示依據本發明實施例的光電系統中系統單元的配置示意圖；圖22 Ca)至圖22 Cf)顯示依據本發明實施例的光電系統或子群組的配置示意圖； 圖23A至圖23E為本發明製造流程結構示意圖；圖24A至圖24G為本發明製造流程結構示意圖；圖25A與圖25B為本發明實施例的製造流程結構示意圖；圖26為本發明實施例的製造流程結構示意圖；及圖27為本發明實施例的製造流程結構示意圖。附圖標記說明10:載具、暫時基板60:電性連接IOa:外部體60a:導線IOb:外部體60b:內部連接20:層、結構、第一連接層 60b』:隔離區30:系統單元、光電元件 60c:電路載體301:電極601:焊料302:半導體外延層70:第二連接層303:基板70』:第二連接層304:走道區701:通道305:擴張電極80:第一反射層40:材料、粘性膠材100:光電系統50:次載具、永久基板IOOa:子群組50』:基板IOOb:子群組50a:接合層IOOc:子群組
501:微角錐200:發光二極體封裝結構
具體實施例方式如圖2A 圖2D所例示，依據本發明的實施例的光電系統100的製造方法簡述如下:二或多個系統單元30初步配置於載具10上；利用材料40維持各個系統單元30間的空間關係；使系統單元30與載具10相分離；以及依需求建立系統單元30間的電性連接60。惟上述各步驟的執行順序或選擇並不限於此，使用者當可依實際製造環境或條件安排。詳言之，依據本發明的實施例的光電系統100包括兩或多個系統單元30以形成光能與電能的傳輸、轉換網絡(network)。系統單元30位於網絡中，並提供光或電機能至少其一。舉例而言，光電系統100可接收信號、電能以輸出光,或接收光以輸出電能、信號。在應用上，光電系統100可以用於照明、影像顯示、影像辨識、影像重製、電力輸出、數據儲存、機械加工等。具體而言，光電系統100為發光二極體(LED)、光電二極體(photodiode)、光敏電阻(photoresister)、雷射(laser)、紅外線發射體(infrared emitter)、及太陽能電池(solar cell)等具光電機能的系統單元30中至少其一的集成(integration)、組合、堆疊。此外，光電系統100尚可選擇性地容納電阻、電容、電感、二極體、集成電路等非光電機能的系統單元30。載具10為系統單元30提供成長、承載基礎。候選材料其一包含但不限於鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、銦化磷(InP)、藍寶石(Sapphire)、碳化矽(SiC)、矽(Si)、鋁酸鋰(LiA102)、氧化鋅(ZnO)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(A1N)、金屬、玻璃、複合材料(Composite)、鑽石、CVD 鑽石、與類鑽碳(Diamond-Like Carbon ；DLC)等。在本發明的實施例中，一或兩個以上的系統單元30的完整或主要結構完成於載具10之上。具體而言，載具10作為此系統單元30的構建基礎。例如，一或兩個以上的系統單元30通過化學沉積、物理沉積、電鍍、合成、自組裝(self-assembly)等法形成於載具10之上。此外，除上述製造方法外，切割、研磨、拋光、光刻、蝕刻、熱處理等亦可選擇性地應用於完成系統單兀30之中。依據本發明的實施例的系統單元30為光電半導體，其形成方式為通過外延成長多層半導體層於作為載具10的成長基板之上。若兩個以上的系統單元30形成於共同基板之上，相鄰系統單元30間可通過形成溝槽或絕緣區以達電性、物理分離。惟系統單元30間的電性布局(electrical layout)尚可利用內部連接、夕卜部連接、或其二者達成。相關文獻可參見本案申請人的臺灣專利第434917號及第1249148號，其並被援引為本案的一部分。具體而言，系統單元30最少包含第一電性層、轉換部、以及第二電性層。第一電性層及第二電性層是彼此中至少兩個部分的電性、極性或摻雜物相異、或者是分別用以提供電子與空穴的半導體材料單層或多層(「多層」是指兩層或兩層以上，以下同。)，其電性選擇可以為P型、η型、及i型中至少任意兩者的組合。轉換部位於第一電性層及第二電性層之間，為電能與光能可能發生轉換或被誘發轉換的區域。電能轉變或誘發光能者例如是發光二極體、液晶顯示器、有機發光二極體；光能轉變或誘發電能者例如是太陽能電池、光電二極體。
依據本發明的另一實施例的系統單元30為發光二極體，其發光頻譜可以通過改變半導體單層或多層的物理或化學要素進行調整。常用的材料例如是磷化鋁鎵銦(AlGaInP)系列、氮化鋁鎵銦(AlGaInN)系列、氧化鋅(ZnO)系列等。轉換部的結構例如是:單異質結構(single heterostructure ;SH)、雙異質結構(double heterostructure ；DH)、雙側雙異質結構(double-side double heterostructure ;DDH)、或多層量子講(mult1-quantum well ;MQW)。再者,調整量子講的對數亦可以改變發光波長。在本發明實施例中，一或兩個以上的系統單元30完成於固定於載具10上之前，亦即，載具10及系統單元30在建立關聯前本是彼此獨立分離。具體而言，載具10作為此系統單元30的支撐。例如，一或兩個以上的系統單元30通過膠、金屬、壓力、熱等連接手段固定於載具10之上。相關文獻可參見本案申請人的臺灣專利第311287號、第456058號、第474034號、及第493286號，其並被援引為本案的一部分。此外，在建立關連的過程中，可採機械或人工方式將系統單元30放置於載具10之上。如圖3所示，完成或半完成的光電系統100可以選擇性地進一步與外部體相接。此外部體可以連接至光電系統100的任一單側或兩側。在數個實施例中，光電系統100以具有電性連接60的外側與外部體IOa相接；光電系統100以相對於電性連接60的外側與外部體IOb相接；或者光電系統100以具有電性連接60的外側及其相對側二者與外部體10a、IOb相接。惟光電系統100與外部體的相接並不限於以上態樣,光電系統100的任一外表面皆可以與適當的外部體相整合。具體而言，外部體為單元、構件、裝置、系統、結構、組成、或上述選擇的任意組合。例如，外部體為基板，其材料可選擇如前述載具10者、電路集成、光電系統、有源元件、無源元件、電路元件集成、或治具等。在本發明的實施例中，系統單元30與載具10間尚形成有一層或結構20，如圖4所示。此層或結構20預期可達短期或長期連接部分或全部系統單元30與載具10之用。在此，「短期」是指時間早於或恰於光電系統100的製造、送達、或解封完成的時點；「長期」是指時間晚於光電系統100的製造、送達、或解封完成的時點，換言之，系統單元30與載具10間並不以相分離為必要。具體而言，此層或結構20例如是膠體、膠帶、金屬單層、金屬復層、合金、半導體、夾具、或上述選擇的任意組合。此外，層或結構20除具有連接功能外，更可選擇性地納入反射、抗反射、電流阻障、擴散阻障、應力紓緩、導熱、隔熱等功能。例如，層或結構20中包含反射面、位於系統單元30與反射面間的上中介層、及位於反射面與載具10間的下中介層。上中介層及下中介層可同時或分別具有除反射功能外的上述其他功能，具體如連接、擴散阻障等功能。在本發明另一實施例中，系統單元30及材料40更可以與次載具50相接合，如圖5所示。此接合可實施於圖2A 圖2D中任一步驟之前或之後。優選地，此接合實施於材料40導入製造流程之後，如圖2B、圖2C、或圖2D的步驟之後。若次載體50於圖2B的步驟後即與系統單元30及材料40接合，則可以為後續工藝提供一個較為可靠的中間結構。次載具50與系統單元30的接合方式可參照前述圖4的說明，亦可為加壓手段、加熱手段、或其組合。具體而言，接合層50a形成於次載體50與系統單元30之間以達成接合其二者的目的。此外，接合層50a除具有連接功能外，更可選擇性地納入反射、抗反射、電流阻障、擴散阻障、應力紓緩、導熱、隔熱等功能，然而，這些功能的達成並不以通過附加元件為必要，亦可以利用調整次載具50本身的成分、幾何形狀、加工方式等手段以達成。例如，在次載具50的至少一個出光面上形成反射、折射、散射、聚光、準直、遮蔽結構。此出光面例如是與系統單元30相接的面、與材料40相接的面、與環境介質相接的面。具體而言，反射、折射、散射、聚光、遮蔽結構例如是鏡面、規則凹凸面、不規則凹凸面、高折射率差異介面、光子晶體、凹透鏡、凸透鏡、菲涅耳透鏡(Fresnel lens)、不透光面中至少其一。圖6例示依據本發明實施例的光電系統100中至少兩系統單元30的電連接態樣。在此，系統單元30具有兩個面向同方向的電極301，此結構的具體系統單元30例如是發光二極體，更具體言之，為形成於絕緣體，例如藍寶石，上的發光二極體。圖(a)中，兩系統單元30間通過導線60a連接正負極形成電性串聯；圖(13)中，兩系統單元30間通過導線60a連接正極形成電性連接；圖((3)中，兩系統單元30間通過導線60a連接負極形成電性連接。圖7例示依據本發明另一實施例的光電系統100中至少兩系統單元30的電連接態樣。具體的實施方式可參考圖6的說明。惟於本實施例中，系統單元30間的電連接通過於系統單元30上形成內部連接60b達成。內部連接60b的一種形成方式是於系統單元30的設定區域上形成隔離區60b』後沉積金屬材料。圖8例示依據本發明又一實施例的光電系統100中至少兩系統單元30的電連接態樣。圖(a)及圖(b)中，系統單元30的電極301調整或接續至大致相同的位置，如接近於或恰於材料40表面的位置。圖8 (a)中，兩系統單元30間通過電性連接60，例如:導線60a或內部連接60b，連接正負極形成電性串聯；圖(13)中，兩系統單元30間通過電性連接60，例如:導線60a或內部連接60b，連接電極301形成圖左中三種等效電路圖所示的電性連接之一。圖(c)中，兩系統單元30連接至電路載體60c而成為電網絡的一部分。如圖9A 圖9D所例示，依據本發明的另一實施例的光電系統100的製造方法簡述如下:兩或多個系統單元30初步配置於載具10上並形成電性連接60於一側；利用材料40維持各個系統單元30間的空間關係；使系統單元30與載具10相分離；以及在系統單元30的另一側形成電性連接60。惟上述各步驟的執行順序或選擇並不限於此，使用者當可依實際製造環境或條件安排。此外，圖9D中兩系統單元30兩側的電性連接60數量或位置僅為例示而非用以限制本發明的實施方式，使用者當可依照電路的特性安排、調整。此外，在不顯相衝突之下，前述諸實施例的說明可為本實施例所參考或使用。圖10例示依據本發明實施例的光電系統100中至少兩系統單元30的電連接態樣。圖(a)中，兩系統單元30同向配置，並通過電性連接60分別連接正極和負極形成並聯，惟反向配置的系統單元30亦可通過電性連接60的適當布局形成並聯；圖(13)中，兩系統單元30反向配置，並通過電性連接60連接正負極形成反向並聯，惟同向配置的系統單元30亦可通過電性連接60的適當布局形成反向並聯。圖(c)中，兩系統單元30連接至電路載體60c而成為電網絡的一部分。在本發明實施例中，被限制於材料40中的系統單元30群組可進一步被劃分為數量相等或不等的子群組，如圖11所示，惟圖中系統單元30的個數與連接方式僅為例示，非用以限制本發明的實施方式，本申請案中其他實施例中揭示的系統單元型態在不顯相衝突下皆可為本實施例採納。此外，子群組中各個系統單元30間的電連接方式可參照本發明其他相關的實施例。劃分子群組的手段可選擇化學式、物理式、或其組合應用。化學式手段例如是蝕刻等。物理式手段例如是機械切割、研磨、雷射切割、水切、熱劈裂、超音波震動等。相鄰系統單元30間材料40的寬度優選地大於劃分手段的加工公差。
依據本發明實施例的子群組的電性連接架構如圖12所示，惟附圖中系統單元的型態僅為例示，非用以限制本發明的實施方式，本申請案中其他實施例中揭示的系統單元型態在不相衝突下皆可為本實施例採納。圖(a)中，電性連接60b跨過隔離區60b』架設於系統單元30的電極301及材料40之上。圖(b)中，電性連接60b的一端電性連接至系統單元30的電極301，另一端直接架設於材料40之上。圖(c)中，電性連接60b未經電極301即與系統單元30電性連接，並直接架設於材料40之上。圖(d)中，電性連接60b未經電極301即與系統單元30電性連接，並跨過隔離區60b』後架設於材料40之上。如圖13所示，在本發明實施例中，光電系統100包括兩或多個以多維度方式組裝的子群組。各個子群組中系統單元的數量及連接方式分別可以相同或相異。例如，子群組IOOa及IOOc與子群組IOOb上下堆疊，其中，子群組IOOa中包括四個系統單元30 ;子群組IOOb中包括一個系統單元30 ;子群組IOOc中包括兩個系統單元30。子群組間可以使用焊料、銀膠、或其他適用的導電材料達成電性相連。然而，子群組間非以形成電性連接為必要，單純結構上的組裝關係也可成立於其間。惟附圖中系統單元30的型態或數量僅為例示，非用以限制本發明的實施方式，本申請案中其他實施例中揭示的系統單元型態與連接方式在不顯相衝突下皆可為本實施例採納。圖14(a)顯示子群組及其中單一系統單元30同一邊的寬度L2、L1。L1/L2定義為X，且0.05彡X彡1，優選地，0.1彡X彡0.2、0.2彡X彡0.3、0.3彡X彡0.4、0.4彡X彡0.5、0.5 ^ X ^ 0.6,0.6 彡 X 彡 0.7,0.8 彡X彡 0.9、及 / 或 0.9 彡 X彡 I。具體而言，LI/L2=260/600、580/1000。圖14 (b)顯示依據本發明實施例的子群組的剖面圖，其輪廓呈現梯形。梯形各個尺寸的關係如下:L2 > L1、L2 > L3。一或多個系統單元30在子群組中的位置如圖所示，惟其相對於材料40邊界的位置可任意移動，亦即，系統單元30的至少一個邊界可恰好接觸到或者超過材料40的邊界。例如,系統單元30可接近、接觸、或突出材料40的上緣40a及/或下緣40b。如圖15所示，在本發明實施例中，發光系統、子群組、或系統單元(在本實施例中統稱為光源)可與波長 轉換材料相整合。具體而言，波長轉換材料可由單獨的材料40a、單獨的材料40b、或材料40a及40b的組合所構成。具體而言，材料40a為螢光粉體、染料、半導體材料、或陶瓷粉體等；材料40b為螢光塊體、燒結塊體、陶瓷塊體、有機膠體、或無機膠體等。材料40a可於前述光源工藝中或之後與材料40、材料40b、或其二者相整合。例如，螢光粉體可先與材料40混合後再覆蓋或填充於系統單元30之上，或者波長轉換材料可利用貼合、點膠、網版印刷、沉積等方式形成於系統單元30之上。圖(a)中，材料40a、材料40b、或材料40a及40b配置於光源的出光方向上,優選地,覆蓋於光源上。圖(b)中，材料40a混雜於材料40中。圖(C)中，材料40a及40b的配置方式為前述(a)及(b)態樣的結合。圖(d)中，材料40a、材料40b、或材料40a及40b配置於光源的出光方向上，但卻未與其直接接觸，優選地，與材料40相接。如圖16所示，發光系統、子群組、或系統單元(在本實施例中統稱為光源)發出藍色光，其上並配置波長轉換材料。波長轉換材料的相關實施方式可參考前述圖15的說明。圖Ca)中，波長轉換材料可發射綠色光或黃色光。圖(b)中，波長轉換材料可發射紅色光及黃色光。圖(C)中，一區域的波長轉換材料發射黃色光，另一區域的波長轉換材料發射紅色光，且此兩區域彼此不相重疊。優選地，黃色光區域大於紅色光區域。圖(d)中，一區域的波長轉換材料發射黃色光，另一區域的波長轉換材料發射紅色光，且此兩區域彼此相重疊。優選地，黃色光區域較紅色光區域接近光源。具體而言，上述各態樣中，各色光由相應的螢光粉體或螢光塊體經藍色光激發後產生。如圖17 (a)所示，發光系統或子群組中的部分或數個系統單元發射藍色光，另一部分或數個的系統單元發射紅色光，材料40中混雜有綠色或黃色螢光粉體，優選地，藍色光系統單元的數量少於紅色光系統單元的數量，例如，藍色光系統單元與紅色光系統單元的數量比至少為N/1+N (N屬於任意正整數)。或者，藍色光系統單元與紅色光系統單元的功率比為N1/N2 (NI及N2屬於任意正整數)。優選地，藍色光系統單元的功率大於紅色光系統單元的功率，例如，Ν1/Ν2=3.0/1.0、2.5/1.0、2.0/1.0、1.5/1.0、或 1.1/1.0。如圖 17(b)所示，發光系統、子群組中的系統單元30發射藍色光，且材料40中混雜有紅色及黃色螢光粉體，優選地，紅色及黃色螢光粉體均勻地配置於材料40中的一定空間中，然非均勻、漸層、離散、或交錯式分布亦可以選擇性採用。如圖18(a)所示，發光系統或子群組中的一部分系統單元發射藍色光，另一部分的系統單元發射紅色光，材料40及40b中混雜具有相同或相異發射頻譜的黃色螢光粉體。如圖18 (b)所示，發光系統或子群組中的有效或作動的系統單元發射藍色光，材料40及40b中混雜有適當比例的紅色及黃色螢光粉體。如圖18 (c)所示，發光系統或子群組中的有效或作動系統單元發射藍色光，材料40中混雜有黃色螢光粉體，材料40b中混雜有紅色螢光粉體。如圖19 (a)所示，發光系統或子群組中的一部分系統單元發射藍色光，一部分的系統單元發射綠色光，一部分的系統單元發射紅色光。如圖19 (b)所示，發光系統或子群組中的一部分系統單元發射藍色光，另一部分的系統單元發射紅色光，材料40b配置於此兩部分系統單元之上，並混雜有綠色螢光粉體。如圖19 (c)所示，發光系統或子群組中的一部分系統單元發射藍色光，另一部分的系統單元發射紅色光，材料40b配置於藍色光系統單元之上，並混雜有綠色螢光粉體。如圖19 (d)所示，發光系統或子群組中的一部分系統單元發射藍色光，另一部分的系統單元發射紅色光，材料40b配置於部分或局部的藍色光系統單元之上，並混雜有綠色螢光粉體。如圖20 (a) 20 (c)所示，發光系統或子群組中的有效或作動系統單元發射藍色光。圖(a)中，一區域的材料40b混雜有綠色螢光粉體，另一區域的材料40b混雜有紅色螢光粉體，優選地，綠色螢光粉體區域大於紅色螢光粉體區域。圖(b)中，一區域的材料40b混雜有綠色螢光粉體，另一區域的材料40b混雜有紅色螢光粉體，且此兩區域彼此重疊，優選地，短波長發光區域較長波長發光區域接近系統單元。圖(c)中，材料40b混雜有紅色及黃色螢光粉體。如圖20 (d)所示，發光系統或子群組中的有效或作動系統單元發射人眼無法感知的射線，例如:紫外線。包括藍色、綠色、及紅色螢光粉體的材料40b分別配置於系統單元之上。此三部分的面積大小可依照相應螢光粉體的效率、衰退特性、厚度調整。在以上或後續諸實施例中，應用上，藍色光搭配適當的比例的黃色光可產生冷白光；藍色光搭配適當的比例的黃色光及紅色光可產生暖白光。藍光與紅光功率比約為2:Γ5:1，例如:2.5:1、3:U3.5:1、4:1、4.5:1。綠光與黃光的功率比約為1:4。惟附圖中材料40及40b的大小比例及配置區域僅為例示，非為本發明的唯一實施方式，使用者當可依情況調整、交換。此外，未有螢光粉體配置於其出光路徑上的系統單元亦可以選擇性地為材料40、材料40b、或其二者所覆蓋。材料40及/或材料40b與螢光粉體搭配方式亦可以為螢光塊體、燒結塊體、陶瓷塊體、染料、或其組合所取代。光電系統或子群組除包括可發射光線的系統單元30外，更可以包括一或多個集成電路(1C)，用以控制全部或部分的系統單元30，或作為全部或部分的系統單元30的電路中繼，如圖21 (a)所示。除集成電路，光電系統或子群組更可以連接系統單元30』。在實施例中，系統單元30』為供電系統，例如，化學電池、太陽能電池、燃料電池等。在實施例中，系統單元30』為變壓系統、變頻系統、整流系統。具體而言，系統單元30』為開關切換式電源(Switched Mode Power Supply ;SWMP)、高頻變壓器。圖22 (a) 圖22 (f)顯示光電系統或子群組的數種配置型態的示意圖，其中，系統單元30非以皆為發光元件為限，一或兩個以上系統單元30可以為非具發光功能的單元，如前述或後續諸實施例中所描述者。如圖23A所示，在依據本發明的具體實施例的光電系統的製造方法中，首先提供載具10 (在本實施例中亦稱為暫時基板)，在暫時基板10上以旋轉塗布、蒸鍍或印刷等方式形成上下表面具黏性的層或結構20 (在本實施例中亦稱為第一連接層)，並可以通過挑選放置系統(Pick & Place system)將多個未封裝的系統單元30 (在本實施例中亦稱為光電元件)放置並連接在上述第一連接層20之上，並在多個光電元件30的間隔區域形成多個走道區304，其中光電元件30放置時的對位精準度主要由挑選放置系統決定，例如，誤差不超過15 μ m。其中上述光電元件30可為發光二極體，其結構可包含基板303、形成在基板上的半導體外延層302與至少一個電極301。上述半導體外延層302可包含第一導電型半導體層、活性層，以及第二導電型半導體層。此外，基板303可以選擇性地在製造流程中移除，以縮小系統尺寸。在優選實施例中，此光電元件30的至少一個電極301與上述第一連接層20接觸。上述多個光電元件30可發出具有相同或不同波長的光，其發光範圍可從紫外光至紅外線。上述暫時基板10的材料可選自矽膠(silicone)、玻璃、石英、陶瓷、合金或印刷電路板(PCB);上述第一連接層20的材料可選自膠帶,例如為熱移除膠帶(thermal releasetape)、紫外線移除膠帶(UV release tape)、化學移除膠帶(Chemical release tape)、耐熱膠帶或藍膜；上述光電元件30的基板303的材料可選自藍寶石(Sapphire)、碳化娃(SiC)、氧化鋅(ZnO)、氮化鎵(GaN)或矽、玻璃、石英、或陶瓷等高導熱基板；上述光電元件30的第一導電型半導體層、活性層及第二導電型半導體層的材料包含一種或一種以上的物質，選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及矽(Si)所構成群組。接著，如圖23B所示，提供材料40 (在本實施例中具體為粘性膠材)填滿上述多個光電兀件30的走道區304,並且覆蓋上述多個光電兀件30及未被光電兀件覆蓋的第一連接層20表面。其中上述粘性膠材40可以利用旋轉塗布、印刷或鑄模灌膠等方式形成，且粘性膠材40亦可為彈性材料,其材料可選自娃膠(silicone rubber)、娃樹脂(siliconeresin)、娃膠、彈性聚氨酯(彈性HJ)、多孔聚氨酯(多孔PU)、丙烯酸橡膠(acrylic rubber)或管芯切割膠，如藍膜或紫外線固化膠(UV膠)。在本實施例中，也可進行拋光工藝(pol ishprocess),使上述多個光電元件30的表面平坦化，並讓上述光電元件30表面不會產生過剩(overflow)或凹陷的粘性膠材40。隨後，如圖23C所示，提供次載具50 (在本實施例中亦稱為永久基板)，並將之與塗布粘性膠材40的多個光電元件30接合，此接合方式可為熱壓工藝。在優選實施例中，此永久基板50與上述光電元件30的基板303直接接觸。上述永久基板50的材料可為矽膠(silicone)、玻璃、石英、陶瓷、合金或印刷電路板(PCB)。接著，如圖23D所示，可以雷射剝離、加熱分離膠膜圖案、溶解膠膜圖案等方式移除上述暫時基板10、第一連接層20與部分粘性膠材40後裸露出多個光電元件30的電極301及部分半導體外延層302。最後，如圖23E所示，以黃光導線接合、引線接合的方式形成電性連接60 (在本實施例中具體為多條導線)以連接多個光電元件的電極301，以串聯此多個光電元件30。其中上述導線60的材料可為金、鋁、合金或多層金屬，以形成系統級光電結構。圖24A 圖24G為根據本發明另一具體實施例製造流程的結構示意圖(其中與圖23的實施例相近或相同的元件將賦予相同的標號，以下同)。如圖24A所示，提供暫時基板10，在暫時基板10上以旋轉塗布、蒸鍍或印刷等方式形成上下表面具粘性的第一連接層20，並可以通過挑選放置系統(Pick & Place system)將多個未封裝的光電元件30放置並連接在上述第一連接層20之上，並在多個光電元件30的間隔區域形成多個走道區304，其中光電元件放置時的對位精準度以不超過挑選放置系統的容許誤差為限，例如不超過15 μ m。其中上述光電元件30可為發光二極體，其結構可包含基板303、形成在基板上的半導體外延層302與至少一個電極301。上述半導體外延層302可包含第一導電型半導體層、活性層，以及第二導電型半導體層。在優選實施例中，此光電元件30的至少一個電極301與上述第一連接層20接觸。上述光電元件30可發出具有相同或不同波長的光，其發光範圍可從紫外光至紅外線。上述暫時基板10的材料可選自矽膠(silicone)、玻璃、石英、陶瓷、合金或印刷電路板(PCB);上述第一連接層20的材料可選自膠帶,例如為熱移除膠帶(thermal releasetape)、紫外線移除膠帶(UV release tape)、化學移除膠帶(Chemical release tape)、耐熱膠帶、藍膜或金屬；上述光電元件30的基板303的材料可選自藍寶石(Sapphire)、碳化矽(SiC)、氧化鋅(ZnO)、氮化鎵(GaN)或矽、玻璃、石英、GaAs、或陶瓷等高導熱基板；上述光電元件30的第一導電型半導體層、活性層及第二導電型半導體層的材料包含一種或一種以上的物質，選自鎵(Ga)、鋁(Al)、銦(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及矽(Si)所構成群組。此外，如圖24A所示，在本發明的系統級光電結構中，也可先以螢光材料P包覆每個上述光電元件30。通過螢光材料的平均被覆，可提供一個穩定的白光光源，並減少之後工藝上每個光電元件30的白光的差異性。其中上述螢光材料P可以旋轉塗布、沉積、點膠、刮刀或鑄膜灌膠等方式形成。在另一實施例中，上述多個光電元件30也可各別包覆不同的突光材料。在另一實施例中，上述多個光電兀件30也可以選擇性的各別包覆不同的突光材料，而非所有的光電兀件30都包覆，以混合出不同的色光。例如在實施例中，多個光電兀件30可為藍光發光二極體，並將多個光電元件30中的三個光電元件30視為一組，其中第一個光電元件包覆的螢光材料P可為紅色螢光粉、第二個光電元件包覆的螢光材料P可為綠色突光粉，且第三個光電兀件可不包覆突光材料，以混合發出白光。接著，如圖24B所示，提供粘性膠材40填滿上述多個光電元件30的走道區304，並且覆蓋上述多個光電元件30及未被光電元件覆蓋的第一連接層20表面。其中上述粘性膠材40可以利用旋轉塗布、印刷或鑄模灌膠等方式形成，且粘性膠材40可為彈性材料，其材料可選自娃膠(silicone rubber)、娃樹脂(silicone resin)、娃膠、彈性PU、多孔PU、丙烯酸橡膠(acrylic rubber)或管芯切割膠，如藍膜或UV膠。在本實施例中，也可進行拋光工藝(polish process),可使上述多個光電元件30的表面平坦化,並讓上述光電元件30表面不會產生過剩(overflow)或凹陷的粘性膠材40。隨後，如圖24C所示，提供永久基板50，並將之與塗布粘性膠材40的多個光電元件30接合，此接合方式可為熱壓工藝。在優選實施例中，此永久基板50與上述光電元件30的基板303直接接觸。上述永久基板50的材料可為玻璃或石英等高透明度基板。接著，如圖24D所示，可以雷射剝離、加熱分離膠膜圖案、溶解膠膜圖案等方式移除上述暫時基板10、第一連接層20與部分粘性膠材40後裸露出多個光電元件30的電極301及部分半導體外延層302。然後，如圖24E所示，以電鍍或蒸鍍的方式，將多個擴張電極(Fan-outelectrode)305連接在多個光電元件的電極301之上。其中擴張電極305的面積大於光電元件的電極301，可增加後續封裝的對位容忍度。此外，由於加大擴張電極305的面積，將更可有效把熱源導到後續封裝的金屬或PCB等基板上。上述擴張電極的材料可為金、鋁、合金或多層金屬結構。最後，如圖24廣24G所示，切割此多個光電元件，形成各別的管芯後，通過至少一焊料(solder)601將之黏接至次載體(submount)60之上，以形成系統級光電結構。上述的次載體60可以是導線架(lead frame)或大尺寸鑲嵌基底(mounting substrate),以方便系統級光電結構的電路規劃並提高其散熱效果。值得注意的是，上述兩實施例中的工藝步驟也可互相參照或組合，如第一實施例中的光電元件也可選擇性的包覆螢光材料，或在圖23D後也可接續圖24E的製作擴張電極、切割晶片等後續步驟；同理，第二實施例也可在圖24D後接續圖23E的步驟，以導線電連接多個光電兀件。此外，在本發明另一實施例中，接續在圖23B或圖24B之後，如圖25A所示，可提供永久基板50，並先將此永久基板50接合在第二連接層70之上後，將之與塗布粘性膠材40的多個光電元件30接合，此接合方式可為熱壓工藝。其中上述第二連接層70的材料可為SiOx, SiNx、矽膠(si I icone )。在本發明另一實施例中，接續在圖23B或圖24B之後，如圖25B所示，上述第二連接層70也可為包含多個通道701的第二連接層70』，可增加本系統級光電元件的散熱，並可提升可承受的瓦數。其中上述通道701的材料可為金屬，如銅、鋁、鎳或合金。此外，通道701亦可與第二連接層70』為相同的材料，例如藍寶石、金屬、氮化矽、氧化招。在本發明另一實施例中，接續在圖23B或圖24B之後，如圖26所示，可提供永久基板50，並先將此永久基板50利用中介層(未顯示)先連接第一反射層80，再接合在第二連接層70之上後，將之與塗布粘性膠材40的多個光電元件30接合，此接合方式可為熱壓工藝。其中，中介層的材料例如是SiOx, SiNx、娃膠(silicone)等。上述第一反射層80的材料可為銀、鋁或鉬等金屬，或者為由介電質或半導體組成的分布式布拉格反射器(DistributedBragg Reflector ;DBR)。在本實施例中，通過此第一反射層80的設計,可增加本系統級光電結構的光取出效率。為了更進一步避免上述多個光電元件30若擺放得太近而可能造成側向光損耗及/或光萃取效率降低，在本發明另一實施例中，接續在圖23B或圖24B之後，如圖27所示，可選用具有微角錐陣列(Micro-pyramid array)的基板50』。其中，本微角錐陣列基板50』可利用半導體蝕刻技術製成，基板上的多個微角錐501的形式可為圓錐、三角錐和四角錐等多角錐結構，其中上述微角錐501的底角可介於2(Γ70度之間。在另一實施例中，上述微角錐陣列基板50』的表面還可披覆具高反射率的第二反射層，例如銀、鋁、鉬等金屬；此外，上述微角錐陣列基板50 』的材料可為矽膠(si I icone )、玻璃、石英、陶瓷、合金或印刷電路板(PCB)，亦可選用高導熱材料以增加元件可靠度，其材料可為銅、鋁、陶瓷、矽。製作時通過對位(alignment)可將此微角錐陣列基板50』與塗布粘性膠材40的多個光電元件30接合，此接合方式可為熱壓工藝。在本實施例中，通過此微角錐陣列基板50』的設計，可將本系統級光電結構的側向光反射成為正向光以利增加光萃取效率。以上各附圖與說明雖僅分別對應特定實施例，然而，各個實施例中所說明或披露的元件、實施方式、設計準則、及技術原理除在彼此顯相衝突、矛盾、或難以共同實施之外，本領域技術人員當可依其所需任意參照、交換、搭配、協調、或合併。雖然本發明已說明如上，然其並非用以限制本發明的範圍、實施順序、或使用的材料與工藝方法。 對於本發明所作的各種等同修飾與變更，皆不脫本發明的精神與範圍。
權利要求
1.一種光電結構，包含: 載具；及 多個膠材，位於該載具上且彼此分離； 其中，各膠材內包括至少一個光電兀件及多個擴張電極位於該至少一個光電兀件未被該各膠材覆蓋的位置以及該各膠材之上。
2.如權利要求1所述的光電結構，其中該各膠材上具有次載體，且該次載體位於該各膠材未被該多個擴張電極覆蓋的表面上，並具有至少一個出光面。
3.如權利要求2所述的光電結構，其中該各膠材上具有接合層，位於該各膠材及該次載體之間。
4.如權利要求2所述的光電結構，其中該出光面上具有規則凹凸面、不規則凹凸面、光子晶體、凹透鏡、凸透鏡、或菲涅耳透鏡(FresneI lens)。
5.如權利要求2所述的光電結構,其中該出光面上形成有反射、折射、散射、聚光、準直、或遮蔽結構，且該出光面系位於該次載體與該各膠材之間、或該次載體與環境介質之間。
6.如權利要求1所述的光電結構，還包括波長轉換材料位於該至少一個光電元件的出光方向上，但未與該至少一個光電元件直接接觸。
7.如權利要求1所述的光電結構，還包括波長轉換材料位於該至少一個光電兀件未被該各膠材覆蓋的表面上。
8.如權利要求1所述的光電結構，還包括突光粉體位於該多個膠材中至少其一。
9.如權利要求1所述的光電結構，還包括被該多個膠材中至少其一所覆蓋的集成電路、供電系統、變壓系統、變頻系統、或整流系統。
10.如權利要求1所述的光電結構，其中該多個膠材具有不同的形狀。
全文摘要
本發明提供系統級光電結構及其製作方法，其製作方法步驟至少包含提供暫時基板；提供多個未封裝光電元件，連接於基板之上，並形成多個走道區；提供粘性膠材，填滿走道區並覆蓋未封裝光電元件；提供永久基板，通過粘性膠材接合多個未封裝光電元件；以及移除暫時基板。
文檔編號H01L33/48GK103199170SQ20131005405
公開日2013年7月10日 申請日期2010年1月13日 優先權日2009年8月17日
發明者謝明勳, 韓政男, 洪盟淵, 劉欣茂, 李宗憲 申請人:晶元光電股份有限公司