CN101996892A

CN101996892A - 系统级光电结构及其制作方法

Info

Publication number: CN101996892A
Application number: CN2010100021851A
Authority: CN
Inventors: 谢明勋; 韩政男; 洪盟渊; 刘欣茂; 李宗宪
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2009-08-17
Filing date: 2010-01-13
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2030-01-13
Also published as: CN103199023A; CN101996892B; CN103199170B; CN103199170A

Abstract

本发明提供系统级光电结构及其制作方法，其制作方法步骤至少包含：提供暂时基板；提供多个未封装光电元件，连接于基板之上，并形成多个走道区；提供粘性胶材，填满走道区并覆盖未封装光电元件；提供永久基板，通过粘性胶材接合多个未封装光电元件；以及移除暂时基板。

Description

系统级光电结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种光电系统，尤涉及一种具有整合性的发光系统。

背景技术

光电元件如发光二极管的封装结构主要产自于繁复的单芯片封装流程。未封装的光电元件经封装后，再结合其他电子元件，如电容、电感等，及/或非电子元件，可以形成光电系统。

然而，在电子消费产品小型化与轻薄化的发展趋势下，光电元件的开发也朝向更小的封装尺寸。其中，芯片级封装(Chip-Level Package；CLP)为半导体以及光电元件封装设计的期待方式之一。

发明内容

依据本发明实施例，提供系统级光电结构及其制作方法，其制作方法步骤至少包含：提供暂时基板；提供多个未封装光电元件，连接于基板之上，并形成多个走道区；提供粘性胶材，填满走道区并覆盖光电元件；提供永久基板，通过粘性胶材键合多个光电元件；以及移除暂时基板。

附图说明

图1显示发光二极管封装结构；

图2A至图2D显示依据本发明实施例的光电系统的制造方法；

图3显示依据本发明实施例的光电系统的示意图；

图4显示依据本发明实施例的系统单元与载具的示意图；

图5显示依据本发明实施例的系统单元与次载具的示意图；

图6(a)至图6(c)显示依据本发明实施例的光电系统中系统单元的电连接示意图；

图7(a)至图7(c)显示依据本发明另一实施例的光电系统中系统单元的电连接示意图；

图8(a)至图8(c)显示依据本发明又一实施例的光电系统中系统单元的电连接示意图；

图9A至图9D显示依据本发明另一实施例的光电系统的制造方法；

图10(a)至图10(c)显示依据本发明实施例的光电系统中系统单元的电连接示意图；

图11显示依据本发明实施例的光电系统中子群组的示意图；

图12(a)至图12(d)显示依据本发明实施例的子群组的电性连接架构；

图13显示依据本发明另一实施例的子群组的电性连接架构；

图14(a)至图14(b)显示依据本发明实施例的单一系统单元的尺寸图；

图15(a)至图15(d)显示依据本发明实施例的光电系统中波长转换材料的配置方式；

图16(a)至图16(d)显示依据本发明另一实施例的光电系统中波长转换材料的配置方式；

图17(a)至图17(b)显示依据本发明又一实施例的光电系统中波长转换材料的配置方式；

图18(a)至图18(c)显示依据本发明实施例的光电系统中波长转换材料的配置方式；

图19(a)至图19(d)显示依据本发明另一实施例的光电系统中波长转换材料的配置方式；

图20(a)至图20(d)显示依据本发明又一实施例的光电系统中波长转换材料的配置方式；

图21(a)至图21(b)显示依据本发明实施例的光电系统中系统单元的配置示意图；

图22(a)至图22(f)显示依据本发明实施例的光电系统或子群组的配置示意图；

图23A至图23E为本发明制造流程结构示意图；

图24A至图24G为本发明制造流程结构示意图；

图25A与图25B为本发明实施例的制造流程结构示意图；

图26为本发明实施例的制造流程结构示意图；及

图27为本发明实施例的制造流程结构示意图。

附图标记说明

10：载具、暂时基板 60：电性连接

10a：外部体 60a：导线

10b：外部体 60b：内部连接

20：层、结构、第一连接层 60b’：隔离区

30：系统单元、光电元件 60c：电路载体

301：电极 601：焊料

302：半导体外延层 70：第二连接层

303：基板 70’：第二连接层

304：走道区 701：通道

305：扩张电极 80：第一反射层

40：材料、粘性胶材 100：光电系统

50：次载具、永久基板 100a：子群组

50’：基板 100b：子群组

50a：接合层 100c：子群组

501：微角锥 200：发光二极管封装结构

具体实施方式

如图2A～图2D所例示，依据本发明的实施例的光电系统100的制造方法简述如下：二或多个系统单元30初步配置于载具10上；利用材料40维持各个系统单元30间的空间关系；使系统单元30与载具10相分离；以及依需求建立系统单元30间的电性连接60。惟上述各步骤的执行顺序或选择并不限于此，使用者当可依实际制造环境或条件安排。

详言之，依据本发明的实施例的光电系统100包括两或多个系统单元30以形成光能与电能的传输、转换网络(network)。系统单元30位于网络中，并提供光或电机能至少其一。举例而言，光电系统100可接收信号、电能以输出光，或接收光以输出电能、信号。在应用上，光电系统100可以用于照明、影像显示、影像辨识、影像重制、电力输出、数据储存、机械加工等。

具体而言，光电系统100为发光二极管(LED)、光电二极管(photodiode)、光敏电阻(photoresister)、激光(laser)、红外线发射体(infrared emitter)、及太阳能电池(solar cell)等具光电机能的系统单元30中至少其一的集成(integration)、组合、堆叠。此外，光电系统100尚可选择性地容纳电阻、电容、电感、二极管、集成电路等非光电机能的系统单元30。

载具10为系统单元30提供成长、承载基础。候选材料其一包含但不限于锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、铟化磷(InP)、蓝宝石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、硅(Si)、铝酸锂(LiAlO₂)、氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、金属、玻璃、复合材料(Composite)、钻石、CVD钻石、与类钻碳(Diamond-Like Carbon；DLC)等。

在本发明的实施例中，一或两个以上的系统单元30的完整或主要结构完成于载具10之上。具体而言，载具10作为此系统单元30的构建基础。例如，一或两个以上的系统单元30通过化学沉积、物理沉积、电镀、合成、自组装(self-assembly)等法形成于载具10之上。此外，除上述制造方法外，切割、研磨、抛光、光刻、蚀刻、热处理等亦可选择性地应用于完成系统单元30之中。

依据本发明的实施例的系统单元30为光电半导体，其形成方式为通过外延成长多层半导体层于作为载具10的成长基板之上。若两个以上的系统单元30形成于共同基板之上，相邻系统单元30间可通过形成沟槽或绝缘区以达电性、物理分离。惟系统单元30间的电性布局(electrical layout)尚可利用内部连接、外部连接、或其二者达成。相关文献可参见本案申请人的台湾专利第434917号及第I249148号，其并被援引为本案的一部分。

具体而言，系统单元30最少包含第一电性层、转换部、以及第二电性层。第一电性层及第二电性层是彼此中至少两个部分的电性、极性或掺杂物相异、或者是分别用以提供电子与空穴的半导体材料单层或多层(“多层”是指两层或两层以上，以下同。)，其电性选择可以为p型、n型、及i型中至少任意两者的组合。转换部位于第一电性层及第二电性层之间，为电能与光能可能发生转换或被诱发转换的区域。电能转变或诱发光能者例如是发光二极管、液晶显示器、有机发光二极管；光能转变或诱发电能者例如是太阳能电池、光电二极管。

依据本发明的另一实施例的系统单元30为发光二极管，其发光频谱可以通过改变半导体单层或多层的物理或化学要素进行调整。常用的材料例如是磷化铝镓铟(AlGaInP)系列、氮化铝镓铟(AlGaInN)系列、氧化锌(ZnO)系列等。转换部的结构例如是：单异质结构(single heterostructure；SH)、双异质结构(double heterostructure；DH)、双侧双异质结构(double-side doubleheterostructure；DDH)、或多层量子阱(multi-quantum well；MQW)。再者，调整量子阱的对数亦可以改变发光波长。

在本发明实施例中，一或两个以上的系统单元30完成于固定于载具10上之前，亦即，载具10及系统单元30在建立关联前本是彼此独立分离。具体而言，载具10作为此系统单元30的支撑。例如，一或两个以上的系统单元30通过胶、金属、压力、热等连接手段固定于载具10之上。相关文献可参见本案申请人的台湾专利第311287号、第456058号、第474034号、及第493286号，其并被援引为本案的一部分。此外，在建立关连的过程中，可采机械或人工方式将系统单元30放置于载具10之上。

如图3所示，完成或半完成的光电系统100可以选择性地进一步与外部体相接。此外部体可以连接至光电系统100的任一单侧或两侧。在数个实施例中，光电系统100以具有电性连接60的外侧与外部体10a相接；光电系统100以相对于电性连接60的外侧与外部体10b相接；或者光电系统100以具有电性连接60的外侧及其相对侧二者与外部体10a、10b相接。惟光电系统100与外部体的相接并不限于以上态样，光电系统100的任一外表面皆可以与适当的外部体相整合。具体而言，外部体为单元、构件、装置、系统、结构、组成、或上述选择的任意组合。例如，外部体为基板，其材料可选择如前述载具10者、电路集成、光电系统、有源元件、无源元件、电路元件集成、或治具等。

在本发明的实施例中，系统单元30与载具10间尚形成有一层或结构20，如图4所示。此层或结构20预期可达短期或长期连接部分或全部系统单元30与载具10之用。在此，“短期”是指时间早于或恰于光电系统100的制造、送达、或解封完成的时点；“长期”是指时间晚于光电系统100的制造、送达、或解封完成的时点，换言之，系统单元30与载具10间并不以相分离为必要。具体而言，此层或结构20例如是胶体、胶带、金属单层、金属复层、合金、半导体、夹具、或上述选择的任意组合。此外，层或结构20除具有连接功能外，更可选择性地纳入反射、抗反射、电流阻障、扩散阻障、应力纾缓、导热、隔热等功能。例如，层或结构20中包含反射面、位于系统单元30与反射面间的上中介层、及位于反射面与载具10间的下中介层。上中介层及下中介层可同时或分别具有除反射功能外的上述其他功能，具体如连接、扩散阻障等功能。

在本发明另一实施例中，系统单元30及材料40更可以与次载具50相接合，如图5所示。此接合可实施于图2A-图2D中任一步骤之前或之后。优选地，此接合实施于材料40导入制造流程之后，如图2B、图2C、或图2D的步骤之后。若次载体50于图2B的步骤后即与系统单元30及材料40接合，则可以为后续工艺提供一个较为可靠的中间结构。次载具50与系统单元30的接合方式可参照前述图4的说明，亦可为加压手段、加热手段、或其组合。具体而言，接合层50a形成于次载体50与系统单元30之间以达成接合其二者的目的。

此外，接合层50a除具有连接功能外，更可选择性地纳入反射、抗反射、电流阻障、扩散阻障、应力纾缓、导热、隔热等功能，然而，这些功能的达成并不以通过附加元件为必要，亦可以利用调整次载具50本身的成分、几何形状、加工方式等手段以达成。例如，在次载具50的至少一个出光面上形成反射、折射、散射、聚光、准直、遮蔽结构。此出光面例如是与系统单元30相接的面、与材料40相接的面、与环境介质相接的面。具体而言，反射、折射、散射、聚光、遮蔽结构例如是镜面、规则凹凸面、不规则凹凸面、高折射率差异介面、光子晶体、凹透镜、凸透镜、菲涅耳透镜(Fresnel lens)、不透光面中至少其一。

图6例示依据本发明实施例的光电系统100中至少两系统单元30的电连接态样。在此，系统单元30具有两个面向同方向的电极301，此结构的具体系统单元30例如是发光二极管，更具体言之，为形成于绝缘体，例如蓝宝石，上的发光二极管。图(a)中，两系统单元30间通过导线60a连接正负极形成电性串联；图(b)中，两系统单元30间通过导线60a连接正极形成电性连接；图(c)中，两系统单元30间通过导线60a连接负极形成电性连接。

图7例示依据本发明另一实施例的光电系统100中至少两系统单元30的电连接态样。具体的实施方式可参考图6的说明。惟于本实施例中，系统单元30间的电连接通过于系统单元30上形成内部连接60b达成。内部连接60b的一种形成方式是于系统单元30的设定区域上形成隔离区60b’后沉积金属材料。

图8例示依据本发明又一实施例的光电系统100中至少两系统单元30的电连接态样。图(a)及图(b)中，系统单元30的电极301调整或接续至大致相同的位置，如接近于或恰于材料40表面的位置。图8(a)中，两系统单元30间通过电性连接60，例如：导线60a或内部连接60b，连接正负极形成电性串联；图(b)中，两系统单元30间通过电性连接60，例如：导线60a或内部连接60b，连接电极301形成图左中三种等效电路图所示的电性连接之一。图(c)中，两系统单元30连接至电路载体60c而成为电网络的一部分。

如图9A～图9D所例示，依据本发明的另一实施例的光电系统100的制造方法简述如下：两或多个系统单元30初步配置于载具10上并形成电性连接60于一侧；利用材料40维持各个系统单元30间的空间关系；使系统单元30与载具10相分离；以及在系统单元30的另一侧形成电性连接60。惟上述各步骤的执行顺序或选择并不限于此，使用者当可依实际制造环境或条件安排。此外，图9D中两系统单元30两侧的电性连接60数量或位置仅为例示而非用以限制本发明的实施方式，使用者当可依照电路的特性安排、调整。此外，在不显相冲突之下，前述诸实施例的说明可为本实施例所参考或使用。

图10例示依据本发明实施例的光电系统100中至少两系统单元30的电连接态样。图(a)中，两系统单元30同向配置，并通过电性连接60分别连接正极和负极形成并联，惟反向配置的系统单元30亦可通过电性连接60的适当布局形成并联；图(b)中，两系统单元30反向配置，并通过电性连接60连接正负极形成反向并联，惟同向配置的系统单元30亦可通过电性连接60的适当布局形成反向并联。图(c)中，两系统单元30连接至电路载体60c而成为电网络的一部分。

在本发明实施例中，被限制于材料40中的系统单元30群组可进一步被划分为数量相等或不等的子群组，如图11所示，惟图中系统单元30的个数与连接方式仅为例示，非用以限制本发明的实施方式，本申请案中其他实施例中揭示的系统单元型态在不显相冲突下皆可为本实施例采纳。此外，子群组中各个系统单元30间的电连接方式可参照本发明其他相关的实施例。划分子群组的手段可选择化学式、物理式、或其组合应用。化学式手段例如是蚀刻等。物理式手段例如是机械切割、研磨、激光切割、水切、热劈裂、超音波震动等。相邻系统单元30间材料40的宽度优选地大于划分手段的加工公差。

依据本发明实施例的子群组的电性连接架构如图12所示，惟附图中系统单元的型态仅为例示，非用以限制本发明的实施方式，本申请案中其他实施例中揭示的系统单元型态在不相冲突下皆可为本实施例采纳。图(a)中，电性连接60b跨过隔离区60b’架设于系统单元30的电极301及材料40之上。图(b)中，电性连接60b的一端电性连接至系统单元30的电极301，另一端直接架设于材料40之上。图(c)中，电性连接60b未经电极301即与系统单元30电性连接，并直接架设于材料40之上。图(d)中，电性连接60b未经电极301即与系统单元30电性连接，并跨过隔离区60b’后架设于材料40之上。

如图13所示，在本发明实施例中，光电系统100包括两或多个以多维度方式组装的子群组。各个子群组中系统单元的数量及连接方式分别可以相同或相异。例如，子群组100a及100c与子群组100b上下堆叠，其中，子群组100a中包括四个系统单元30；子群组100b中包括一个系统单元30；子群组100c中包括两个系统单元30。子群组间可以使用焊料、银胶、或其他适用的导电材料达成电性相连。然而，子群组间非以形成电性连接为必要，单纯结构上的组装关系也可成立于其间。惟附图中系统单元30的型态或数量仅为例示，非用以限制本发明的实施方式，本申请案中其他实施例中揭示的系统单元型态与连接方式在不显相冲突下皆可为本实施例采纳。

图14(a)显示子群组及其中单一系统单元30同一边的宽度L2、L1。L1/L2定义为X，且0.05≤X≤1，优选地，0.1≤X≤0.2、0.2≤X≤0.3、0.3≤X≤0.4、0.4≤X≤0.5、0.5≤X≤0.6、0.6≤X≤0.7、0.8≤X≤0.9、及/或0.9≤X≤1。具体而言，L1/L2＝260/600、580/1000。图14(b)显示依据本发明实施例的子群组的剖面图，其轮廓呈现梯形。梯形各个尺寸的关系如下：L2＞L1、L2＞L3。一或多个系统单元30在子群组中的位置如图所示，惟其相对于材料40边界的位置可任意移动，亦即，系统单元30的至少一个边界可恰好接触到或者超过材料40的边界。例如，系统单元30可接近、接触、或突出材料40的上缘40a及/或下缘40b。

如图15所示，在本发明实施例中，发光系统、子群组、或系统单元(在本实施例中统称为光源)可与波长转换材料相整合。具体而言，波长转换材料可由单独的材料40a、单独的材料40b、或材料40a及40b的组合所构成。具体而言，材料40a为荧光粉体、染料、半导体材料、或陶瓷粉体等；材料40b为荧光块体、烧结块体、陶瓷块体、有机胶体、或无机胶体等。材料40a可于前述光源工艺中或之后与材料40、材料40b、或其二者相整合。例如，荧光粉体可先与材料40混合后再覆盖或填充于系统单元30之上，或者波长转换材料可利用贴合、点胶、网版印刷、沉积等方式形成于系统单元30之上。图(a)中，材料40a、材料40b、或材料40a及40b配置于光源的出光方向上，优选地，覆盖于光源上。图(b)中，材料40a混杂于材料40中。图(c)中，材料40a及40b的配置方式为前述(a)及(b)态样的结合。图(d)中，材料40a、材料40b、或材料40a及40b配置于光源的出光方向上，但却未与其直接接触，优选地，与材料40相接。

如图16所示，发光系统、子群组、或系统单元(在本实施例中统称为光源)发出蓝色光，其上并配置波长转换材料。波长转换材料的相关实施方式可参考前述图15的说明。图(a)中，波长转换材料可发射绿色光或黄色光。图(b)中，波长转换材料可发射红色光及黄色光。图(c)中，一区域的波长转换材料发射黄色光，另一区域的波长转换材料发射红色光，且此两区域彼此不相重叠。优选地，黄色光区域大于红色光区域。图(d)中，一区域的波长转换材料发射黄色光，另一区域的波长转换材料发射红色光，且此两区域彼此相重叠。优选地，黄色光区域较红色光区域接近光源。具体而言，上述各态样中，各色光由相应的荧光粉体或荧光块体经蓝色光激发后产生。

如图17(a)所示，发光系统或子群组中的部分或数个系统单元发射蓝色光，另一部分或数个的系统单元发射红色光，材料40中混杂有绿色或黄色荧光粉体，优选地，蓝色光系统单元的数量少于红色光系统单元的数量，例如，蓝色光系统单元与红色光系统单元的数量比至少为N/1+N(N属于任意正整数)。或者，蓝色光系统单元与红色光系统单元的功率比为N1/N2(N1及N2属于任意正整数)。优选地，蓝色光系统单元的功率大于红色光系统单元的功率，例如，N1/N2＝3.0/1.0、2.5/1.0、2.0/1.0、1.5/1.0、或1.1/1.0。如图17(b)所示，发光系统、子群组中的系统单元30发射蓝色光，且材料40中混杂有红色及黄色荧光粉体，优选地，红色及黄色荧光粉体均匀地配置于材料40中的一定空间中，然非均匀、渐层、离散、或交错式分布亦可以选择性采用。

如图18(a)所示，发光系统或子群组中的一部分系统单元发射蓝色光，另一部分的系统单元发射红色光，材料40及40b中混杂具有相同或相异发射频谱的黄色荧光粉体。如图18(b)所示，发光系统或子群组中的有效或作动的系统单元发射蓝色光，材料40及40b中混杂有适当比例的红色及黄色荧光粉体。如图18(c)所示，发光系统或子群组中的有效或作动系统单元发射蓝色光，材料40中混杂有黄色荧光粉体，材料40b中混杂有红色荧光粉体。

如图19(a)所示，发光系统或子群组中的一部分系统单元发射蓝色光，一部分的系统单元发射绿色光，一部分的系统单元发射红色光。如图19(b)所示，发光系统或子群组中的一部分系统单元发射蓝色光，另一部分的系统单元发射红色光，材料40b配置于此两部分系统单元之上，并混杂有绿色荧光粉体。如图19(c)所示，发光系统或子群组中的一部分系统单元发射蓝色光，另一部分的系统单元发射红色光，材料40b配置于蓝色光系统单元之上，并混杂有绿色荧光粉体。如图19(d)所示，发光系统或子群组中的一部分系统单元发射蓝色光，另一部分的系统单元发射红色光，材料40b配置于部分或局部的蓝色光系统单元之上，并混杂有绿色荧光粉体。

如图20(a)～20(c)所示，发光系统或子群组中的有效或作动系统单元发射蓝色光。图(a)中，一区域的材料40b混杂有绿色荧光粉体，另一区域的材料40b混杂有红色荧光粉体，优选地，绿色荧光粉体区域大于红色荧光粉体区域。图(b)中，一区域的材料40b混杂有绿色荧光粉体，另一区域的材料40b混杂有红色荧光粉体，且此两区域彼此重叠，优选地，短波长发光区域较长波长发光区域接近系统单元。图(c)中，材料40b混杂有红色及黄色荧光粉体。如图20(d)所示，发光系统或子群组中的有效或作动系统单元发射人眼无法感知的射线，例如：紫外线。包括蓝色、绿色、及红色荧光粉体的材料40b分别配置于系统单元之上。此三部分的面积大小可依照相应荧光粉体的效率、衰退特性、厚度调整。

在以上或后续诸实施例中，应用上，蓝色光搭配适当的比例的黄色光可产生冷白光；蓝色光搭配适当的比例的黄色光及红色光可产生暖白光。蓝光与红光功率比约为2∶1～5∶1，例如：2.5∶1、3∶1、3.5∶1、4∶1、4.5∶1。绿光与黄光的功率比约为1∶4。惟附图中材料40及40b的大小比例及配置区域仅为例示，非为本发明的唯一实施方式，使用者当可依情况调整、交换。此外，未有荧光粉体配置于其出光路径上的系统单元亦可以选择性地为材料40、材料40b、或其二者所覆盖。材料40及/或材料40b与荧光粉体搭配方式亦可以为荧光块体、烧结块体、陶瓷块体、染料、或其组合所取代。

光电系统或子群组除包括可发射光线的系统单元30外，更可以包括一或多个集成电路(IC)，用以控制全部或部分的系统单元30，或作为全部或部分的系统单元30的电路中继，如图21(a)所示。除集成电路，光电系统或子群组更可以连接系统单元30’。在实施例中，系统单元30’为供电系统，例如，化学电池、太阳能电池、燃料电池等。在实施例中，系统单元30’为变压系统、变频系统、整流系统。具体而言，系统单元30’为开关切换式电源(Switched Mode Power Supply；SWMP)、高频变压器。

图22(a)～图22(f)显示光电系统或子群组的数种配置型态的示意图，其中，系统单元30非以皆为发光元件为限，一或两个以上系统单元30可以为非具发光功能的单元，如前述或后续诸实施例中所描述者。

如图23A所示，在依据本发明的具体实施例的光电系统的制造方法中，首先提供载具10(在本实施例中亦称为暂时基板)，在暂时基板10上以旋转涂布、蒸镀或印刷等方式形成上下表面具黏性的层或结构20(在本实施例中亦称为第一连接层)，并可以通过挑选放置系统(Pick&Place system)将多个未封装的系统单元30(在本实施例中亦称为光电元件)放置并连接在上述第一连接层20之上，并在多个光电元件30的间隔区域形成多个走道区304，其中光电元件30放置时的对位精准度主要由挑选放置系统决定，例如，误差不超过15μm。其中上述光电元件30可为发光二极管，其结构可包含基板303、形成在基板上的半导体外延层302与至少一个电极301。上述半导体外延层302可包含第一导电型半导体层、活性层，以及第二导电型半导体层。此外，基板303可以选择性地在制造流程中移除，以缩小系统尺寸。在优选实施例中，此光电元件30的至少一个电极301与上述第一连接层20接触。上述多个光电元件30可发出具有相同或不同波长的光，其发光范围可从紫外光至红外线。

上述暂时基板10的材料可选自硅胶(silicone)、玻璃、石英、陶瓷、合金或印刷电路板(PCB)；上述第一连接层20的材料可选自胶带，例如为热移除胶带(thermal release tape)、紫外线移除胶带(UV release tape)、化学移除胶带(Chemical release tape)、耐热胶带或蓝膜；上述光电元件30的基板303的材料可选自蓝宝石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)或硅、玻璃、石英、或陶瓷等高导热基板；上述光电元件30的第一导电型半导体层、活性层及第二导电型半导体层的材料包含一种或一种以上的物质，选自镓(Ga)、铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所构成群组。

接着，如图23B所示，提供材料40(在本实施例中具体为粘性胶材)填满上述多个光电元件30的走道区304，并且覆盖上述多个光电元件30及未被光电元件覆盖的第一连接层20表面。其中上述粘性胶材40可以利用旋转涂布、印刷或铸模灌胶等方式形成，且粘性胶材40亦可为弹性材料，其材料可选自硅胶(silicone rubber)、硅树脂(silicone resin)、硅胶、弹性聚氨酯(弹性PU)、多孔聚氨酯(多孔PU)、丙烯酸橡胶(acrylic rubber)或管芯切割胶，如蓝膜或紫外线固化胶(UV胶)。在本实施例中，也可进行抛光工艺(polish process)，使上述多个光电元件30的表面平坦化，并让上述光电元件30表面不会产生过剩(overflow)或凹陷的粘性胶材40。

随后，如图23C所示，提供次载具50(在本实施例中亦称为永久基板)，并将之与涂布粘性胶材40的多个光电元件30接合，此接合方式可为热压工艺。在优选实施例中，此永久基板50与上述光电元件30的基板303直接接触。上述永久基板50的材料可为硅胶(silicone)、玻璃、石英、陶瓷、合金或印刷电路板(PCB)。

接着，如图23D所示，可以激光剥离、加热分离胶膜图案、溶解胶膜图案等方式移除上述暂时基板10、第一连接层20与部分粘性胶材40后裸露出多个光电元件30的电极301及部分半导体外延层302。

最后，如图23E所示，以黄光导线接合、引线接合的方式形成电性连接60(在本实施例中具体为多条导线)以连接多个光电元件的电极301，以串联此多个光电元件30。其中上述导线60的材料可为金、铝、合金或多层金属，以形成系统级光电结构。

图24A～图24G为根据本发明另一具体实施例制造流程的结构示意图(其中与图23的实施例相近或相同的元件将赋予相同的标号，以下同)。如图24A所示，提供暂时基板10，在暂时基板10上以旋转涂布、蒸镀或印刷等方式形成上下表面具粘性的第一连接层20，并可以通过挑选放置系统(Pick&Place system)将多个未封装的光电元件30放置并连接在上述第一连接层20之上，并在多个光电元件30的间隔区域形成多个走道区304，其中光电元件放置时的对位精准度以不超过挑选放置系统的容许误差为限，例如不超过15μtm。其中上述光电元件30可为发光二极管，其结构可包含基板303、形成在基板上的半导体外延层302与至少一个电极301。上述半导体外延层302可包含第一导电型半导体层、活性层，以及第二导电型半导体层。在优选实施例中，此光电元件30的至少一个电极301与上述第一连接层20接触。上述光电元件30可发出具有相同或不同波长的光，其发光范围可从紫外光至红外线。

上述暂时基板10的材料可选自硅胶(silicone)、玻璃、石英、陶瓷、合金或印刷电路板(PCB)；上述第一连接层20的材料可选自胶带，例如为热移除胶带(thermal release tape)、紫外线移除胶带(UV release tape)、化学移除胶带(Chemical release tape)、耐热胶带、蓝膜或金属；上述光电元件30的基板303的材料可选自蓝宝石(Sapphire)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)或硅、玻璃、石英、GaAs、或陶瓷等高导热基板；上述光电元件30的第一导电型半导体层、活性层及第二导电型半导体层的材料包含一种或一种以上的物质，选自镓(Ga)、.铝(Al)、铟(In)、砷(As)、磷(P)、氮(N)以及硅(Si)所构成群组。

此外，如图24A所示，在本发明的系统级光电结构中，也可先以荧光材料P包覆每个上述光电元件30。通过荧光材料的平均被覆，可提供一个稳定的白光光源，并减少之后工艺上每个光电元件30的白光的差异性。其中上述荧光材料P可以旋转涂布、沉积、点胶、刮刀或铸膜灌胶等方式形成。在另一实施例中，上述多个光电元件30也可各别包覆不同的荧光材料。在另一实施例中，上述多个光电元件30也可以选择性的各别包覆不同的荧光材料，而非所有的光电元件30都包覆，以混合出不同的色光。例如在实施例中，多个光电元件30可为蓝光发光二极管，并将多个光电元件30中的三个光电元件30视为一组，其中第一个光电元件包覆的荧光材料P可为红色荧光粉、第二个光电元件包覆的荧光材料P可为绿色荧光粉，且第三个光电元件可不包覆荧光材料，以混合发出白光。

接着，如图24B所示，提供粘性胶材40填满上述多个光电元件30的走道区304，并且覆盖上述多个光电元件30及未被光电元件覆盖的第一连接层20表面。其中上述粘性胶材40可以利用旋转涂布、印刷或铸模灌胶等方式形成，且粘性胶材40可为弹性材料，其材料可选自硅胶(silicone rubber)、硅树脂(silicone resin)、硅胶、弹性PU、多孔PU、丙烯酸橡胶(acrylic rubber)或管芯切割胶，如蓝膜或UV胶。在本实施例中，也可进行抛光工艺(polishprocess)，可使上述多个光电元件30的表面平坦化，并让上述光电元件30表面不会产生过剩(overflow)或凹陷的粘性胶材40。

随后，如图24C所示，提供永久基板50，并将之与涂布粘性胶材40的多个光电元件30接合，此接合方式可为热压工艺。在优选实施例中，此永久基板50与上述光电元件30的基板303直接接触。上述永久基板50的材料可为玻璃或石英等高透明度基板。

接着，如图24D所示，可以激光剥离、加热分离胶膜图案、溶解胶膜图案等方式移除上述暂时基板10、第一连接层20与部分粘性胶材40后裸露出多个光电元件30的电极301及部分半导体外延层302。

然后，如图24E所示，以电镀或蒸镀的方式，将多个扩张电极(Fan-outelectrode)305连接在多个光电元件的电极301之上。其中扩张电极305的面积大于光电元件的电极301，可增加后续封装的对位容忍度。此外，由于加大扩张电极305的面积，将更可有效把热源导到后续封装的金属或PCB等基板上。上述扩张电极的材料可为金、铝、合金或多层金属结构。

最后，如图24F～24G所示，切割此多个光电元件，形成各别的管芯后，通过至少一焊料(solder)601将之黏接至次载体(submount)60之上，以形成系统级光电结构。上述的次载体60可以是导线架(lead frame)或大尺寸镶嵌基底(mounting substrate)，以方便系统级光电结构的电路规划并提高其散热效果。

值得注意的是，上述两实施例中的工艺步骤也可互相参照或组合，如第一实施例中的光电元件也可选择性的包覆荧光材料，或在图23D后也可接续图24E的制作扩张电极、切割芯片等后续步骤；同理，第二实施例也可在图24D后接续图23E的步骤，以导线电连接多个光电元件。

此外，在本发明另一实施例中，接续在图23B或图24B之后，如图25A所示，可提供永久基板50，并先将此永久基板50接合在第二连接层70之上后，将之与涂布粘性胶材40的多个光电元件30接合，此接合方式可为热压工艺。其中上述第二连接层70的材料可为SiO_x，SiN_x、硅胶(silicone)。在本发明另一实施例中，接续在图23B或图24B之后，如图25B所示，上述第二连接层70也可为包含多个通道701的第二连接层70’，可增加本系统级光电元件的散热，并可提升可承受的瓦数。其中上述通道701的材料可为金属，如铜、铝、镍或合金。此外，通道701亦可与第二连接层70’为相同的材料，例如蓝宝石、金属、氮化硅、氧化铝。

在本发明另一实施例中，接续在图23B或图24B之后，如图26所示，可提供永久基板50，并先将此永久基板50利用中介层(未显示)先连接第一反射层80，再接合在第二连接层70之上后，将之与涂布粘性胶材40的多个光电元件30接合，此接合方式可为热压工艺。其中，中介层的材料例如是SiO_x，SiN_x、硅胶(silicone)等。上述第一反射层80的材料可为银、铝或铂等金属，或者为由介电质或半导体组成的分布式布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector；DBR)。在本实施例中，通过此第一反射层80的设计，可增加本系统级光电结构的光取出效率。

为了更进一步避免上述多个光电元件30若摆放得太近而可能造成侧向光损耗及/或光萃取效率降低，在本发明另一实施例中，接续在图23B或图24B之后，如图27所示，可选用具有微角锥阵列(Micro-pyramid array)的基板50’。其中，本微角锥阵列基板50’可利用半导体蚀刻技术制成，基板上的多个微角锥501的形式可为圆锥、三角锥和四角锥等多角锥结构，其中上述微角锥501的底角可介于20～70度之间。在另一实施例中，上述微角锥阵列基板50’的表面还可披覆具高反射率的第二反射层，例如银、铝、铂等金属；此外，上述微角锥阵列基板50’的材料可为硅胶(silicone)、玻璃、石英、陶瓷、合金或印刷电路板(PCB)，亦可选用高导热材料以增加元件可靠度，其材料可为铜、铝、陶瓷、硅。制作时通过对位(alignment)可将此微角锥阵列基板50’与涂布粘性胶材40的多个光电元件30接合，此接合方式可为热压工艺。在本实施例中，通过此微角锥阵列基板50’的设计，可将本系统级光电结构的侧向光反射成为正向光以利增加光萃取效率。

以上各附图与说明虽仅分别对应特定实施例，然而，各个实施例中所说明或披露的元件、实施方式、设计准则、及技术原理除在彼此显相冲突、矛盾、或难以共同实施之外，本领域技术人员当可依其所需任意参照、交换、搭配、协调、或合并。

虽然本发明已说明如上，然其并非用以限制本发明的范围、实施顺序、或使用的材料与工艺方法。对于本发明所作的各种等同修饰与变更，皆不脱本发明的精神与范围。

Claims

1.一种系统级光电结构制造方法，其步骤至少包含：

提供暂时基板；

提供多个未封装光电元件，连接于该基板之上，并形成多个走道区；

提供粘性胶材，填满该走道区并覆盖该未封装光电元件；

提供永久基板，通过该粘性胶材接合该多个光电元件；以及

移除该暂时基板。

2.如权利要求1所述的系统级光电结构制造方法，还包含提供第一连接层，形成在该暂时基板之上并连接该多个未封装光电元件。

3.如权利要求1所述的系统级光电结构制造方法，其中该多个未封装光电元件可为发光二极管，且可具有相同或不同的发光波长。

4.如权利要求3所述的系统级光电结构制造方法，其中该发光二极管至少包含：

基板；

半导体外延层形成于该基板之上，包含第一导电型半导体层，活性层，以及第二导电型半导体层；以及

电极形成于该第一导电型半导体上。

5.如权利要求4所述的系统级光电结构制造方法，还包含形成多条导线电连接该多个未封装光电元件的电极。

6.如权利要求1所述的系统级光电结构制造方法，其中该多个未封装光电元件连接于该暂时基板后，可各别包覆荧光材料。

7.如权利要求4所述的系统级光电结构制造方法，还包含形成扩张电极于各该多个未封装光电元件的电极上。

8.如权利要求1所述的系统级光电结构制造方法，还包含形成第二连接层于该多个未封装光电元件与该永久基板之间。

9.如权利要求8所述的系统级光电结构制造方法，其中该第二连接层包含多个通道。

10.如权利要求8所述的系统级光电结构制造方法，还包含形成第一反射层于该永久基板与该第二连接层之间。

11.如权利要求1所述的系统级光电结构制造方法，其中该永久基板可为具有多个微角锥的阵列基板。

12.如权利要求1所述的系统级光电结构制造方法，其中该暂时基板与该永久基板的材料可为硅胶、玻璃、石英、陶瓷、合金或印刷电路板。

13.如权利要求1所述的系统级光电结构制造方法，其中该多个光电元件是利用挑选放置系统放置于该暂时基板之上。

14.如权利要求1所述的系统级光电结构制造方法，其中该粘性胶材的材料可为硅胶、硅树脂、弹性聚氨酯、多孔聚氨酯、丙烯酸橡胶或管芯切割胶，如蓝膜或紫外线固化胶。

15.如权利要求1所述的系统级光电结构制造方法，其中该粘性胶材可以旋转涂布、印刷或铸模灌胶等方式形成。

16.如权利要求1所述的系统级光电结构制造方法，其中该粘性胶材通过热压工艺接合该多个光电元件及该永久基板。

17.如权利要求1所述的系统级光电结构制造方法，其中该暂时基板可通过激光剥离、加热分离胶膜图案或溶解胶膜图案工艺移除。

18.如权利要求2所述的系统级光电结构制造方法，其中该第一连接层可为胶带，例如为热移除胶带、耐热胶带或蓝膜。

19.如权利要求5所述的系统级光电结构制造方法，其中该导线的材料可为金、铝、合金或多层金属。

20.如权利要求4所述的系统级光电结构制造方法，其中该发光二极管的电极接触该暂时基板且该发光二极管的基板接触该永久基板。

21.如权利要求4所述的系统级光电结构制造方法，其中该发光二极管的该第一导电型半导体层、该活性层以及该第二导电型半导体层的材料包含一种或一种以上的物质，选自镓、铝、铟、砷、磷、氮以及硅所构成群组。

22.如权利要求8所述的系统级光电结构制造方法，其中该第二连接层的材料可为SiO_x或SiN_x。

23.如权利要求9所述的系统级光电结构制造方法，其中该通道的材料可为金属，如铜、铝、镍或合金。

24.如权利要求10所述的系统级光电结构制造方法，其中该第一反射层的材料可为银、铝或铂等金属。

25.如权利要求11所述的系统级光电结构制造方法，其中该具有多个微角锥的阵列基板材料可为硅胶、玻璃、石英、陶瓷、合金或印刷电路板。

26.如权利要求11所述的系统级光电结构制造方法，其中该微角锥可为圆锥、三角锥和四角锥等多角锥结构。

27.如权利要求11所述的系统级光电结构制造方法，其中该微角锥的底角角度可介于20～70度之间。

28.如权利要求11所述的系统级光电结构制造方法，其中该具有多个微角锥的阵列基板的表面可披覆第二反射层。

29.如权利要求28所述的系统级光电结构制造方法，其中该第二反射层的材料可为银、铝、铂等金属。

30.如权利要求7所述的系统级光电结构制造方法，还包含切割此多个未封装光电元件，形成各别的管芯后，通过该扩张电极，将之接合至次载体之上。

31.如权利要求30所述的系统级光电结构制造方法，其中该次载体可以是导线架或大尺寸镶嵌基底。

32.一种系统级光电结构，至少包含：

永久基板；以及

多个未封装光电元件，形成于该永久基板之上，并在其间隔区域形成至少一走道区，并以粘性胶材填满该走道区。

33.如权利要求32所述的系统级光电结构，还包含以多条导线电连接该多个未封装光电元件。

34.如权利要求32所述的系统级光电结构，还包含连接层，形成在该永久基板与该多个未封装光电元件之间。

35.如权利要求34所述的系统级光电结构，其中该连接层可包含多个通道。

36.如权利要求34所述的系统级光电结构，还包含第一反射层，形成在该永久基板与该连接层之间。

37.如权利要求34所述的系统级光电结构，其中该永久基板可为具微角锥的阵列基板。

38.如权利要求37所述的系统级光电结构，其中该微角锥阵列基板具有多个微角锥。

39.如权利要求32所述的系统级光电结构，其中该多个未封装光电元件可为发光二极管，且可具有相同或不同的发光波长。

40.如权利要求39所述的系统级光电结构，其中该发光二极管至少包含：

基板；

半导体外延层，形成于该基板之上，包含第一导电型半导体层，活性层，以及第二导电型半导体层；以及

电极，形成于该第一导电型半导体上。

41.如权利要求40所述的系统级光电结构，还包括以荧光材料包覆该多个发光二极管。

42.如权利要求41所述的系统级光电结构，其中包覆该多个发光二极管的荧光材料可为相同或不同材料。

43.如权利要求40所述的系统级光电结构，其中该发光二极管的基板直接接触该永久基板。

44.如权利要求40所述的系统级光电结构，还包括形成至少一扩张电极于该多个发光二极管的电极上。

45.如权利要求32所述的系统级光电结构，其中该永久基板的材料可为硅胶、玻璃、石英、陶瓷、合金或印刷电路板。

46.如权利要求32所述的系统级光电结构，其中该粘性胶材的材料可为硅胶、硅树脂、弹性聚氨酯、多孔聚氨酯、丙烯酸橡胶或管芯切割胶，如蓝膜或紫外线固化胶。

47.如权利要求32所述的系统级光电结构，其中该导线的材料可为金、铝、合金或多层金属。

48.如权利要求40所述的系统级光电结构，其中该发光二极管的该第一导电型半导体层、该活性层及该第二导电型半导体层的材料包含一种或一种以上的物质，选自镓、铝、铟、砷、磷、氮以及硅所构成群组。

49.如权利要求34所述的系统级光电结构，其中该连接层的材料可为SiO_x，SiN_x。

50.如权利要求35所述的系统级光电结构，其中该通道的材料可为金属，如铜、铝、镍或合金。

51.如权利要求36所述的系统级光电结构，其中该第一反射层的材料可为银、铝或铂等金属。

52.如权利要求37所述的系统级光电结构，其中该具微角锥的阵列基板的材料可为硅胶、玻璃、石英、陶瓷、合金或印刷电路板。

53.如权利要求38所述的系统级光电结构，其中该微角锥可为圆锥、三角锥和四角锥等多角锥结构。

54.如权利要求38所述的系统级光电结构，其中该微角锥的底角角度可介于20～70度之间。

55.如权利要求37所述的系统级光电结构，其中该微角锥阵列基板的表面可披覆第二反射层。

56.如权利要求55所述的系统级光电结构，其中该第二反射层的材料可为银、铝、铂等金属。