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CN107808918A - 发光装置以及其制造方法 - Google Patents

发光装置以及其制造方法 Download PDF

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CN107808918A
CN107808918A CN201710740494.0A CN201710740494A CN107808918A CN 107808918 A CN107808918 A CN 107808918A CN 201710740494 A CN201710740494 A CN 201710740494A CN 107808918 A CN107808918 A CN 107808918A
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CN
China
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light
weld pad
layer
emitting device
pad
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CN201710740494.0A
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郑景太
赖隆宽
任益华
谢明勋
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Epistar Corp
Original Assignee
Epistar Corp
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Publication date
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Abstract

本发明公开一种发光装置以及其制造方法，该发光装置包含一发光元件、一可透光层、一电极定义层、第一焊垫及第二焊垫。发光元件具有顶表面，相对于顶表面的底表面以及位于顶表面及底表面之间的侧表面。可透光层覆盖顶表面及侧表面。电极定义层覆盖部分可透光层，第一焊垫及第二焊垫被电极定义层所包围。第一焊垫及第二焊垫间的平均间距Wa不大于40微米，第一焊垫及第二焊垫的中间区域有间距W1，边缘区域有间距W2，且W1与W2的差值不大于2微米。

Description

发光装置以及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种发光装置及其制造方法，尤其是涉及一种包含电极定义层及焊垫结构的发光装置及其制造方法。
背景技术
固态发光元件中的发光二极管元件(Light-Emitting Diode；LED)具有低耗电量、低发热量、操作寿命长、耐撞击、体积小以及反应速度快等特性，因此广泛应用于各种需要使用发光元件的领域，例如，车辆、家电、及照明灯具等。
发光元件为发光装置中的元件之一，主要功能在提供光源。发光装置中的电极为发光装置用以与外界电连接的主要结构。此外，若发光元件以倒装方式安置于发光装置之中，电极还可帮助发光元件散热。
发明内容
本发明公开一种发光装置，包含一发光元件、一可透光层、一电极定义层、第一焊垫及第二焊垫。发光元件具有顶表面，相对于顶表面的底表面以及位于顶表面及该底表面之间的一侧表面。可透光层覆盖顶表面及侧表面。电极定义层覆盖部分可透光层，第一焊垫及第二焊垫被电极定义层所包围。第一焊垫及第二焊垫间的平均间距Wa不大于40微米且第一焊垫及第二焊垫的中间区域有间距W1，边缘区域的间距W2，且间距W1与间距W2的差值不大于2微米。
附图说明
图1A为本发明一实施例的发光装置的剖视图；
图1B为图1A中发光装置的下视图；
图2A为本发明另一实施例的发光装置的下视图；
图2B为本发明又一实施例的发光装置的下视图；
图3A至图3F为本发明一实施例的发光装置的制造流程图；
图4为本发明另一实施例的一种发光装置的剖视图；
图5为本发明再一实施例的一种发光装置的剖视图。
符号说明
100、400、500：发光装置
120、120a、120b、120c、420、520：发光元件
121：上表面
122：承载基板
123：下表面
124：发光层
125：侧面
126、126a、126b、426、526：导电垫
140、440、540：可透光层
142、142a、142b、142c：波长转换层
144、144’：光调整层
160、160’、460、560：电极定义层
162、164：凹槽结构
166：外表面
182、282A、282B、482、582：第一焊垫
184、284A、282B、484、584：第二焊垫
182a、184a：转角
182’、184’：焊料
183：第一表面
185：第二表面
312、334：暂时性基板
314、332：粘胶层
352：切割工具
532、534：金属薄层
W1、W2：间距
Dc：中间区域
De：边缘区域
具体实施方式
图1A为根据本发明一实施例所公开的一发光装置100的剖视图。发光装置100包含发光元件120、一可透光层140、一电极定义层160及多个焊垫182、184。可透光层140覆盖发光元件120的部分表面。电极定义层160形成在发光元件120以及可透光层140的底面上并形成凹槽结构162、164。在一实施例中，电极定义层160直接接触发光元件120的部分底面123以及可透光层140的底面。焊垫182，184分别填入凹槽结构162，164中。
在一实施例中，如图1A所示，发光元件120包含一承载基板122、一发光层124以及导电垫126。其中，发光层124的一侧朝向承载基板122，另一侧朝向导电垫126。此外，发光元件120包含一上表面121、一下表面123及多个侧面125，侧面125位于顶面121及底面123之间。发光元件120的下表面123是指发光层124中远离承载基板122的表面。承载基板122可用以成长(例如外延成长)或支撑发光层124。在一实施例中，承载基板122为做为外延成长发光层124的成长基板(growth substrate)，例如蓝宝石(sapphire)。在另一实施例中，承载基板122并非成长基板，而是通过其他结合方式(例如，金属结合、胶合、直接结合等)与发光层124相连结的结构。承载基板122可做为替换成长基板的结构(即成长基板被移除)或形成于成长基板之上。承载基板122也可以包含或做为一光学结构或材料以导引来自发光层124的光线至特定方向或形成特定的光场、光色。侧面125包含承载基板122及发光层124的侧面。
在一实施例中，发光层124包含第一半导体层、活性区域(active region)以及第二半导体层(未显示)。第一半导体层可为n-型半导体层，第二半导体层可为p-型半导体层。活性区域可包含单异质结构(single heterostructure)、双异质结构(doubleheterostructure)或多层的量子阱(multi-quantum well,MQW)结构。多层的量子阱结构为具有阱层(well layer)及阻障层(barrier layer)交错排列。一层阱层搭配一层阻障层为一组，多层的量子阱结构可以是一组或多组的叠层。在一实施例中，导电垫126包含导电垫126a及126b，都位于发光元件120的同一侧。导电垫126a及126b会分别经由不同路径与第一半导体层及第二半导体层电连接。此外，导电垫126a及126b可以突出于可透光层140的底面(如图所示)、或与底面大约齐平(图未示)、或仅其中的一突出底面(图未示)。导电垫126a及126b的最外表面可以共平面(如图所示)或不共平面(图未示)。导电垫126a及126b为发光元件120与焊垫182及184连结的界面，实务上，导电垫126a及126b需与焊垫182及184有良好的结合强度(bonding strength)。在一实施例中，导电垫126a及126b的材料包含金或金锡合金(Gold/Tin alloys)。
发光元件120可为一发光二极管管芯(LED die)，例如但不限为蓝光发光二极管管芯或紫外(UV)光发光二极管管芯。在一实施例中，发光元件120为蓝光发光二极管管芯，可经由电源提供一电力而发出第一光线，第一光线的主波长(dominant wavelength)或峰值波长(peak wavelength)介于430nm至490nm之间。于另一实施例中，发光元件120为紫光发光二极管管芯，可经由电源提供一电力而发出第一光线，第一光线的主波长(dominantwavelength)或峰值波长(peak wavelength)介于400nm至430nm之间。
在一实施例中，可透光层140可包含一波长转换层142以及一光调整层144。波长转换层142覆盖发光元件120，光调整层144覆盖波长转换层142。在另一实施例中，波长转换层142以及光调整层144非双层结构而为单层结构(图未示)，即，此单层结构兼具波长转换以及光调整的功能。在一实施例中，波长转换层142可包含一透明粘合剂(图未示)以及多个分散于透明粘合剂中的波长转换粒子(图未示)。波长转换粒子可吸收发光元件120发出的第一光线，并将其部分或全部转换成与第一光线颜色或频谱相异的第二光线。第二光线发出的颜色例如是绿光、黄绿光、黄光、琥珀光、橘红光或红光。波长转换层142可包含单一种类或多种的波长转换粒子。在一实施例中，波长转换层142包含可发出黄光的波长转换颗粒。另一实施例中，波长转换层142包含可发出绿光及红光的波长转换颗粒。
波长转换层142可覆盖发光元件120的一或多个外侧表面。在一实施例中，发光元件120主要由上表面121及侧面125射出光线，波长转换层142同时覆盖发光元件120的上表面121及侧面125。此外，在一实施例中，波长转换层142与发光元件120的上表面121及所有侧面125直接接触。
光调整层144形成在发光元件120与波长转换层142之上，用以将来自于发光元件120以及波长转换层142的光线再进一步混合以产生具有更均匀光色分布的混合光。在一实施例中，光调整层144包含一接合剂(图未示)以及分散于接合剂中的扩散粒子(图未示)。
电极定义层160形成在发光元件120以及可透光层140的底面。在一实施例中，电极定义层160直接接触发光元件120(如图所示)。在另一实施中，电极定义层160则未直接接触发光元件120(图未示)。电极定义层160形成多个凹槽结构162及164以露出导电垫126a及126b。图1B是显示图1A中发光装置100的底视图。在一实施例中，如图1B所示，凹槽结构162及164都为矩形。电极定义层160可限制或定义焊垫182、184中焊料的位置及形状，避免焊料接触到其他未被定义的区域。此外，电极定义层160也可反射发光装置100发出的光，因此发光装置100的发光效率可以被提升。在一实施例中，电极定义层160包含透明粘合剂(图未示)以及光反射粒子分散于透明粘合剂中(图未示)。透明粘合剂的材料可以是硅氧树脂或环氧树脂。光反射粒子的材料包含氧化钛、氧化铝或氧化锌。
第一焊垫182及第二焊垫184分别填入凹槽结构162及164，且第一焊垫182及第二焊垫184的形状被凹槽结构所限制。在一实施例中，第一焊垫182及第二焊垫184的形状与凹槽结构162及164的形状都近似或相同于矩形且两者大约位于相同的水平线上(如图1A所示)。此外，第一焊垫182及第二焊垫184相面对的表面大体上彼此平行，因此第一焊垫182及第二焊垫184的间距W大致维持一定值。在一实施例中，第一焊垫182及第二焊垫184的平均间距Wa不大于40微米(μm)。在另一实施例中，第一焊垫182及第二焊垫184的平均间距Wa不大于20微米(μm)。在一实施例中，第一焊垫182及第二焊垫184于中间区域Dc的间距W1与边缘区域De的间距W2，两者的差值不大于2微米(μm)，例如，不大于0.8微米(μm)。中间区域Dc可指自第一焊垫182面向第二焊垫184(或第二焊垫184面向第一焊垫182)的内侧表面的中心点向上下两侧延伸至内侧表面总长度20％的距离。边缘区域De是指自端点向中心点延伸总长度20％的距离。此外，第一焊垫182或/及第二焊垫184可以具有清楚且稳定形状的转角，例如转角182a及184a。第一焊垫182与第二焊垫184的转角数可相同或不同。例如，第一焊垫182与第二焊垫184的转角数相同，其形状为三角形、矩形、五边形、六边形等。又例如，第一焊垫182为三角型，第二焊垫184为矩形。又例如，第一焊垫182与第二焊垫184的转角数彼此差n，n为大于或等于1的整数。第一焊垫182与第二焊垫184具有不同的形状可能有助于辨识发光装置100的正负极。第一焊垫182及第二焊垫184的面积越大(例如，相对于发光装置100的投影面积)，越有助于降低发光装置100的接触热阻，并可提升第一焊垫182及第二焊垫184的散热效果。在一实施例中，第一焊垫182与导电垫126a的(投影)面积比不小于0.9，且第二焊垫184与导电垫126b的面积比也不小于0.9。在另一实施例中，第一焊垫182与导电垫126a的面积比介于0.9至2.0之间。
第一焊垫182包含一第一表面183，第二焊垫184包含一第二表面185。在一实施例中，第一表面183与第二表面185可大致为平面或不平坦面，不平坦面例如是凹凸面。在一实施例中，第一表面183(或/及第二表面185)与电极定义层160的外表面166的高度差不大于10微米(μm)。第一焊垫182(或/及第二焊垫184)与电极定义层160大致齐平可使发光装置100较易固定及维持稳定的坐向以提供较精准的出光方向。
第一焊垫182及第二焊垫184可作为发光元件120的导电垫126a及126b与电路板(图未示)的物理及电连接之用。第一焊垫182及第二焊垫184与导电垫126a及126b的接合强度越高，越不容易产生脱落(peeling)的问题。第一焊垫182及第二焊垫184的材料可使用较低熔点的导电金属材料。在一实施例中，第一焊垫182及第二焊垫184的材料的熔点(或液化点)的温度不高于280℃。在另一实施例中，第一焊垫182及第二焊垫184的材料包含纯锡或锡合金，锡合金的种类例如：锡银合金(Sn/Ag alloy)、锡银铜合金(Sn/Ag/Cu alloy)、锡铜合金(Sn/Cu alloy)、锡铅合金(Sn/Pb alloy)或锡锑合金(Sn/Sb alloy)。第一焊垫182及第二焊垫184可以是单层或多层结构。在一实施例中，第一焊垫182及第二焊垫184为单层结构，材料为锡合金。在又一实施例中，第一焊垫182及第二焊垫184为多层结构，靠近或直接接触导电垫126a及126b的金属具有较高的熔点；远离或未直接接触导电垫126a及126b的金属具有较低的熔点。在一实施例中，高熔点的金属为锡锑合金(第一种锡合金)，低熔点的金属为锡银铜合金(第二种锡合金)。在另一实施例中，高熔点的金属为铜，低熔点的金属为锡合金(包括但不限于锡锑合金、锡银铜合金)。
参阅图2A，其显示图1A中发光装置100依据另一实施例的底视图。发光元件120中的第一焊垫282A及第二焊垫284A的形状并不相同，有助于在固定发光装置100时辨识其正负极的位置。在一实施例中，焊垫282A为有一斜边的五边形结构，而焊垫284A则为一矩形结构。参阅图2B，是显示图1A中发光装置100依据另一实施例的底视图。发光元件120中的第一焊垫282B及第二焊垫284B的形状也不相同，焊垫282B为具有两斜边的六边形结构，而焊垫284B则为具有一斜边的五边形结构。
图3A至图3F为制作发光装置100的流程图。参照图3A，提供一暂时性基板312、发光元件120a、120b、120c及一粘胶层314’以固定发光元件120a、120b、120c于暂时性基板312上。发光元件的数量在此仅为例示，并不限于三个。在一实施例中，暂时性基板312的材料为玻璃、蓝宝石、金属或塑胶。此外，暂时性基板312面对发光元件120a、120b、120c的那一面具有一平坦的表面。粘胶层314’可以为一紫外线固化胶(UV curing adhesive)。当粘胶层314’尚未被完全固化时会具有一定程度的粘性。
再参照图3A，将波长转换层142a、142b、142c形成于粘胶层314’上，并分别覆盖发光元件120a、120b、120c。在一实施例中，波长转换层142a、142b、142c是由多个波长转换颗粒与透明粘合剂混合后预形成的片状结构(波长转换片)。波长转换片的尺寸可依照需求进行调整，例如，波长转换片可以批次或依序覆盖数个发光元件，亦即一个波长转换片仅覆盖一个或少量的发光元件。在一实施例中，波长转换片是贴合在发光元件120a、120b、120c上。贴合是通过上模具(波长转换片可以安置在上模具上，未显示)及下模具(发光元件可以安置在下模具上，未显示)，同时对波长转换片加热(低于固化温度，例如低于摄氏90度、100度)以及加压，以软化波长转换片使其可紧密地与发光元件120a、120b、120c接合。在前述步骤中，当波长转换片被贴合至发光元件上时并未被完全固化，而是于后续步骤中再通过升温程序完全固化。在一实施例中，部分波长转换片被移除后形成可以将波长转换片分割成数个波长转换层142a、142b、142c的沟槽(缝隙)，便于在沟槽内填入光调整层144’以覆盖波长转换层142a、142b、142c的侧壁。在另一实施例中，波长转换层142a、142b、142c在放置于发光元件120a、120b、120c上之前并非片状结构，而是胶体。胶体是使用点胶方式直接涂布在并覆盖发光元件120a、120b、120c上。其后，再加热胶体以使其固化，并移除部分已固化的胶体以形成彼此分离的波长转换层142a、142b、142c。
再参照图3A，将光调整层144’形成在发光元件120a、120b、120c与波长转换层142a、142b、142c之上。在一实施例中，光调整层144’是将多个扩散粒子与接合剂混合后预先形成的片状结构(光调整片)。光调整层144’与波长转换片的制作工艺相似，但光调整层144’固化后并不会分割成多个独立的光调整层。
参照图3B，将图3A中的结构通过一粘胶332贴附到另一暂时基板334。其中，光调整层144’与粘胶332接合。并将暂时性基板212与发光元件120a、120b、120c以及光调整层144’分离。此时，发光元件120a露出两导电垫126，发光元件120b露出两导电垫126，发光元件120c露出两导电垫126。
参照图3C，形成电极定义层160’于发光元件120a、120b、120c的两导电垫126的周围。电极定义层160’可凸出导电垫126。此外，电极定义层160’可以覆盖光调整层144’的部分或全部表面144’a。电极定义层160’可以通过网印或用曝光显影的方式形成，并形成凹槽以露出导电垫126。
参照图3D，将焊料182’及184’形成在导电垫126之上，其中，焊料182’及184’是高于(凸出于)电极定义层160’。在一实施例中，将图3C中的结构由电极定义层160’的侧浸到熔融态的焊料182’及184’中，如此焊料182’及184’会沾附在导电垫126上并填入电极定义层160’所定义的凹槽内。因此，焊料182’及184’的形状会被凹槽的形状所限定。
参照图3E，将导电垫126上的焊料整平，以形成焊垫182及184。在一实施例中，以热风方式吹过焊料凸出的表面，将多余的焊料去除，且使得所形成的焊垫182及184与电极定义层160’的最外表面大致齐平。
参照图3F，将电极定义层160’以及光调整层144’分离。此时，焊垫182及184朝上。此外，根据一实施例，以切割方式分离电极定义层160’以及光调整层144’时，切割面上露出电极定义层160以及光调整层144。以切割工具352由上至下切割电极定义层160’以及光调整层144’以形成发光装置100a、100b、100c。在一实施例中，以单一种切割工具352切割电极定义层160’以及光调整层144’。在另一实施例中，可先以第一种刀具切割电极定义层160’再用第二种刀具切割光调整层144’。
图4是显示依据本发明另一实施例的一种发光装置400的剖视图。发光装置400包含发光元件420、一可透光层440、一电极定义层460及焊垫482、484。发光元件420包含多个导电垫426。第一焊垫482及第二焊垫484分别形成在对应的导电垫426之上。发光元件420、导电垫426、一可透光层440及一电极定义层460的具体结构、作用及形成的方法与第1图及相应的实施例相同或相似，可参阅前述相关的段落。然而，在图4中，焊垫482，484是微凸出电极定义层460。在一实施例中，第一焊垫482及第二焊垫484凸出电极定义层460的高度不大于10微米。焊垫482及484可使用喷印方式(jet printing)先将焊料喷至所欲形成的位置。再经过回焊(reflow)制作工艺后形成具有微凸结构的第一焊垫482及第二焊垫484。
图5是显示依据本发明另一实施例的一种发光装置500的剖视图。发光装置500包含发光元件520、一可透光层540、一电极定义层560及焊垫582、584。发光元件520包含多个导电垫526。第一焊垫582及第二焊垫584分别形成在对应的导电垫526之上。发光元件520、导电垫526、可透光层540的具体结构、作用及形成的方法与图1A～图1B及相应的实施例相同或相似，可参阅前开相关的段落。然而，如图5所示，电极定义层560具有阶梯结构。因此，第一焊垫582及第二焊垫584的面积可以自发光元件520朝外扩大，可以增散热的效果。在一实施例中，为了改善第一焊垫582、第二焊垫584与电极定义层560接着强度不佳的问题，会于电极定义层560的凹槽内侧先形成一层金属薄层532、534，再将第一焊垫582、第二焊垫584形成在金属薄层532、534之上。金属薄层532、534的形成方式可以是溅镀或化学镀。
以上所述的实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，不能以的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保护范围内。

Claims (10)

1.一种发光装置，包含：
发光元件，包含一可出光的顶表面、一底表面以及位于该顶表面及该底表面之间的一侧表面；
可透光层，覆盖该顶表面及该侧表面；
电极定义层，覆盖部分该可透光层；以及
第一焊垫及第二焊垫，被该电极定义层所包围，其中，
该第一焊垫及该第二焊垫的一平均间距Wa不大于40微米，该第一焊垫及该第二焊垫于中间区域有一间距W1，于边缘区域有一间距W2，且该间距W1与该间距W2的差值不大于2微米。
2.如权利要求1所述的发光装置，其中，该电极定义层包含多个凹槽结构，该第一焊垫及该第二焊垫位于该凹槽内。
3.如权利要求1所述的发光装置，其中，该第一焊垫、该第二焊垫或二者包含至少一个转角。
4.如权利要求1所述的发光装置，其中，该发光元件包含一个导电垫对应该第一焊垫，且该第一焊垫对该导电垫的面积比不小于0.9。
5.如权利要求1所述的发光装置，其中，该电极定义层包含外表面，该第一焊垫包含第一表面，且该外表面与该第一表面的高度差不大于10微米。
6.如权利要求1所述的发光装置，其中，该第一焊垫及该第二焊垫的熔点不高于280℃。
7.如权利要求1所述的发光装置，其中，该电极定义层包含一阶梯结构。
8.如权利要求1所述的发光装置，还包含金属薄层，该金属薄层位于该电极定义层及该第一焊垫之间。
9.如权利要求1所述的发光装置，其中，该第一焊垫包含一第一种锡合金及一第二种锡合金，且该第一种锡合金的熔点高于该第二种锡合金。
10.如权利要求9所述的发光装置，其中，该第一种锡合金的位置比该第二种锡合金的位置更靠近该发光元件。
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