專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光二極管芯片固晶方法、固晶的發(fā)光二極管及芯片結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管芯片(chip)的固晶方法(bonding method)及發(fā)光二 極管以及芯片結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種能低溫固晶并得到高溫的介金屬層的固晶方法及具有此 固晶結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管以及芯片結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
將發(fā)光二極管(LED，Light Emitting Diode)芯片粘著于導(dǎo)線架上的技術(shù)已發(fā)展 多年，依固晶材質(zhì)的不同，大致上分為二類(lèi)。第一類(lèi)為高分子導(dǎo)電膠材，第二類(lèi)為金屬焊接 材料。前述第一類(lèi)可見(jiàn)于中國(guó)臺(tái)灣公告第463394號(hào)專(zhuān)利“芯片式發(fā)光二極管及其制造 方法，，。其主要是于一金屬基板表面鍍銀，經(jīng)蝕刻后形成多個(gè)線架，該線架于一端粘晶，并通 過(guò)打線連接至相對(duì)另端，經(jīng)進(jìn)行封膠后并進(jìn)行切割即構(gòu)成一芯片式發(fā)光二極管，其裸露于 底部的線架即構(gòu)成電氣接點(diǎn)。此種做法，若在接合過(guò)程中未能均勻涂膠，將使得晶粒無(wú)法被 固定在預(yù)定的位置，進(jìn)而影響發(fā)光效率。其次，此類(lèi)固晶方式，由于此高分子材料耐熱性極 差，在高溫環(huán)境下操作時(shí)，銀膠接合層將較易劣化。再者，此高分子材料導(dǎo)熱不佳，LED晶粒 也將因其難以導(dǎo)熱(銀膠熱導(dǎo)系數(shù)僅1W/M-K)而無(wú)法得到良好的散熱效果。LED晶粒的壽 命與光電較換效率也隨之下降。前述第二類(lèi)可見(jiàn)于中國(guó)臺(tái)灣公開(kāi)第200840079號(hào)專(zhuān)利申請(qǐng)案“發(fā)光二極管封裝的 固晶材料與方法”。該專(zhuān)利申請(qǐng)案所采用的固晶方法主要是利用基板的金屬材質(zhì)而采用共 晶接合。在封裝結(jié)構(gòu)的金屬基座的上表面首先涂布一層適當(dāng)范圍的共晶接著材料。接著， 將發(fā)光二極管晶粒設(shè)置于基座的共晶接著材料上。完成的成品再經(jīng)由熱板、烤箱或隧道爐 提供適當(dāng)溫度而完成共晶接合。此技術(shù)采用共晶接著材料，其所形成的接合層為金屬材料， 故在散熱性及耐熱性都較銀膠為佳。此專(zhuān)利技術(shù)所采用的部分共晶接著材料的熔點(diǎn)較高， 使得在接合時(shí)容易在LED晶粒殘留熱應(yīng)力，而損壞晶粒。而另一部分的共晶接著材料雖為 低熔點(diǎn)合金，此類(lèi)接著材料在接合完成后，若LED使用于70-80度的環(huán)境時(shí)，接合層將產(chǎn)生 軟化現(xiàn)象，其接點(diǎn)可靠度大打折扣。除了上述技術(shù)外，美國(guó)公開(kāi)第2007/0141749號(hào)專(zhuān)利申請(qǐng)案提出了在固晶工藝中， 導(dǎo)入超音波，以超音波使接合表面離子化，借以降低加熱溫度，減少熱應(yīng)力。此方式的需增 加超音波設(shè)備，制造成本提升，同時(shí)，若超音波動(dòng)操作不當(dāng)，可能直接震動(dòng)到LED晶粒，造成 晶粒裂片?，F(xiàn)有將芯片結(jié)構(gòu)結(jié)合于導(dǎo)線架或印刷電路板等基體的固晶技術(shù)已發(fā)展多年，目前 常用的固晶方式大致上分為兩類(lèi)，其中一類(lèi)是以高分子導(dǎo)電膠材(例如銀膠)將芯片結(jié)構(gòu) 黏著于基體上，之后再送入空氣爐內(nèi)進(jìn)行熱固化烘烤，使高分子導(dǎo)電膠材產(chǎn)生固化，進(jìn)而使 芯片結(jié)構(gòu)固定于基體。然而，這種以高分子導(dǎo)電膠材進(jìn)行固晶的方式，若在接合過(guò)程中未能 均勻涂膠，將使芯片結(jié)構(gòu)無(wú)法被固定在預(yù)定的位置，進(jìn)而影響固晶后成品的良率。此外，由 于高分子導(dǎo)電膠材的耐熱性差，當(dāng)芯片結(jié)構(gòu)在高溫環(huán)境下操作時(shí)，高分子導(dǎo)電膠材容易產(chǎn)生劣化，導(dǎo)致芯片結(jié)構(gòu)不適于在高溫環(huán)境下使用。再者，由于高分子導(dǎo)電膠材的導(dǎo)熱性不 佳，使芯片結(jié)構(gòu)無(wú)法得到良好的散熱效果，進(jìn)而造成芯片結(jié)構(gòu)的使用效能下降，并大幅縮短 芯片結(jié)構(gòu)的使用壽命。另一類(lèi)固晶方式則是以金屬焊接材料替換高分子導(dǎo)電膠材的使用。采用金屬焊接 材料的固晶方式，是在基體或芯片結(jié)構(gòu)表面預(yù)先設(shè)置如錫(Sn)、金錫(AuSn)、錫鉛(SnPb) 等金屬焊接材料，并提供適當(dāng)?shù)闹竸?flux)。接著，將芯片結(jié)構(gòu)設(shè)置于基體上，再經(jīng)由熱 板、烤箱或隧道提供烘烤溫度(約為攝氏300度(°C )的高溫)，使芯片結(jié)構(gòu)借由金屬焊接材 料共晶接合于基體上。由于此技術(shù)是采用金屬材料做為芯片結(jié)構(gòu)及基體之間的接合介質(zhì)， 因此在散熱性及耐熱性都較高分子導(dǎo)電膠材為佳。然而，由于金屬焊接材料具有較高的熔 點(diǎn)，容易在共晶接合的過(guò)程中于芯片結(jié)構(gòu)上殘留熱應(yīng)力，而損壞芯片結(jié)構(gòu)。為了解決殘留熱應(yīng)力的問(wèn)題，有業(yè)者在固晶工藝中導(dǎo)入超音波設(shè)備，借由超音波 將芯片結(jié)構(gòu)與基體之間的接合表面離子化，借以降低加熱溫度及熱應(yīng)力。惟此方式需增加 超音波設(shè)備，導(dǎo)致制造成本增加。同時(shí)，在共晶接合的過(guò)程中若操作不當(dāng)，將使超音波直接 震動(dòng)到芯片結(jié)構(gòu)，而造成芯片結(jié)構(gòu)碎裂。雖然另可工藝使用具有低熔點(diǎn)特性的金屬焊接材 料來(lái)克服上述殘留熱應(yīng)力的問(wèn)題。然而，當(dāng)芯片結(jié)構(gòu)于70 80°C的環(huán)境中操作時(shí)，這種低 熔點(diǎn)金屬焊接材料容易產(chǎn)生軟化現(xiàn)象，進(jìn)而造成芯片結(jié)構(gòu)與基體之間接點(diǎn)的可靠度大打折 扣。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述問(wèn)題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提出一種發(fā)光二極管芯片的固晶 方法及應(yīng)用此固晶方法的發(fā)光二極管，本發(fā)明的固晶方法可以在110度的低溫下完成固 晶，并使固晶完成的接合合金具有高于200度的熔點(diǎn)，因此，得以解決上述各種方法的缺點(diǎn) 及問(wèn)題。鑒于以上的問(wèn)題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還在于提供一種芯片結(jié)構(gòu)，借以改 進(jìn)現(xiàn)有芯片結(jié)構(gòu)在接合于基體后，由于高分子導(dǎo)電膠材的耐熱性及導(dǎo)熱性差，造成芯片結(jié) 構(gòu)的效能降低及使用壽命縮短的問(wèn)題；以及金屬焊接材料的使用，所導(dǎo)致芯片結(jié)構(gòu)在固晶 過(guò)程中容易殘留熱應(yīng)力以及固晶接合后，芯片結(jié)構(gòu)及基體之間接點(diǎn)可靠度降低的問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管芯片的固晶方法，依據(jù)發(fā)光二極管 (LED)芯片的固晶方法的一實(shí)施例，此固晶方法適于結(jié)合LED芯片及基體。LED芯片具有第 一金屬薄膜層，固晶方法包含形成第二金屬薄膜層于基體的表面；形成固晶材料層于第 二金屬薄膜層，固晶材料的熔點(diǎn)低于攝氏110度；置放LED芯片于固晶材料層上，使第一金 屬薄膜層接觸固晶材料；以一液固反應(yīng)溫度加熱固晶材料層一預(yù)固時(shí)間，以于該第一金屬 薄膜層及該固晶材料層之間形成一第一介金屬層，并于該固晶材料層及該第二金薄膜層之 間形成一第二介金屬層；以及以一固固反應(yīng)溫度加熱固晶材料層一固化時(shí)間，以進(jìn)行一固 固反應(yīng)，固固反應(yīng)后的第一介金屬層及第二介金屬層的熔點(diǎn)高于200度。依據(jù)一實(shí)施例，前述的液固反應(yīng)溫度等于或高于該固晶材料熔點(diǎn)。固固反應(yīng)溫 度低于該固晶材料熔點(diǎn)。前述第一金屬薄膜層的材料及第二金屬薄膜層的材料可為金 (Au)、銀(Ag)、銅(Cu)或鎳(Ni)。固晶材料層的材料可為鉍銦、鉍銦鋅、鉍銦錫及鉍銦錫 鋅。第一介金屬層及第二介金屬層的材料可選自于由銅銦鋅(Cu-In-Sn)介金屬、鎳銦鋅(Ni-In-Sn)介金屬、鎳鉍(Ni-Bi)介金屬、金銦(Au-In)介金屬、銀銦(Ag-In)介金屬、銀鋅 (Ag-Sn)介金屬及金鉍(Au-Bi)介金屬所構(gòu)成的群組。其中，以該固固反應(yīng)溫度加熱該固晶材料層，以進(jìn)行該固固反應(yīng)的步驟為以該固 固反應(yīng)溫度加熱該固晶材料層，以進(jìn)行該固固反應(yīng)，直到該固晶材料與該第一金屬薄膜層 及該第二金薄膜層的該固固反應(yīng)完畢。其中，該液固反應(yīng)溫度為攝氏85度，該預(yù)固時(shí)間為0. 1秒到1秒。其中，該固固反應(yīng)溫度為攝氏40度到80度，該固化時(shí)間為30分鐘到3小時(shí)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管，依據(jù)發(fā)光二極管的一實(shí)施 例，發(fā)光二極管包含依序迭置的基體、第二金屬薄膜層、第二介金屬層、第一介金屬層、第 一金屬薄膜層及發(fā)光二極管芯片。第一金屬薄膜層的材料及第二金屬薄膜層的材料可為 金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)或鎳(Ni)。介金屬層的材質(zhì)可以銅銦鋅(Cu-In-Sn)、鎳銦鋅 (Ni-In-Sn)、鎳鉍(Ni-Bi)、金銦(Au-In)、銀銦(Ag-In)、銀鋅(Ag-Sn)或金鉍(Au-Bi)介金 jM ο其中，上述發(fā)光二極管還包含一中介層，被夾置于該第一介金屬層與該第二介金 屬層之間，該中介層的材料選自于由錫、鉍、銦及鋅所組成的群組。依據(jù)上述固晶方法的實(shí)施例，可以將LED芯片在低于110度的溫度先行預(yù)固化 (液固反應(yīng))約0. 1至1秒。其后，再于低于80度的溫度進(jìn)行約30分鐘到3小時(shí)的固固反 應(yīng)，以完成將LED芯片及基體固晶的程序。由于所有固晶程序均在低溫下進(jìn)行，故無(wú)熱應(yīng)力 產(chǎn)生于LED芯片中。其次，借此固晶方法完成的發(fā)光二極管，在LED芯片與基體間的接合材 質(zhì)為金屬材質(zhì)，其導(dǎo)熱與散熱效果佳。再者，因所生成的介金屬化合物具有高于200度的熔 點(diǎn)溫度，因此，此發(fā)光二極管即便工作在70到80度的環(huán)境下，也不致會(huì)有接合合金軟化的 問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種芯片結(jié)構(gòu)，其包括有一芯片及一固晶材料 層，固晶材料層設(shè)置于芯片的一表面，且固晶材料層的組成材料是選自于由鉍銦(Bi-h)、 鉍銦鋅(Bi-h-Zn)、鉍銦錫(Bi-h-Sn)及鉍銦鋅錫(Bi-In-Si-Sn)所組成的群組中至少其 中之一。本發(fā)明的功效在于，依據(jù)上述固晶方法的實(shí)施例及固晶后的LED結(jié)構(gòu)可知，在固 晶工藝時(shí)，可以用低溫及短的時(shí)間將LED芯片預(yù)固于基體，且不致有對(duì)位偏移的問(wèn)題。其后 再用更低的溫度進(jìn)行固固反應(yīng)。反應(yīng)后的第一介金屬層及第二介金屬層具有高熔點(diǎn)(大于 200度)。因此，固晶后的LED即便長(zhǎng)時(shí)間被操作于80度以上的溫度時(shí)，仍不致使第一介金 屬層及第二介金屬層軟化，進(jìn)而影響其對(duì)位精確度。再者，由于工藝中所使用的溫度均低于 100度，故在固晶過(guò)程，LED芯片及其它零組件(如基體、塑料反射杯等)不會(huì)有熱應(yīng)力殘留 或集中問(wèn)題。得到具有良好可靠度的LED。最后，由于預(yù)固程序可采用激光加熱方式進(jìn)行， 因此預(yù)固時(shí)間縮短相當(dāng)多。再加上固固時(shí)間則可采批量作業(yè)。使得本固晶方法可以有相對(duì) 于現(xiàn)有技術(shù)高出許多的產(chǎn)出(Throughput)。依據(jù)上述芯片結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，將芯片結(jié)構(gòu)固晶于導(dǎo)線架或印刷電路板等基體的過(guò) 程中，借由固晶材料層所具有的低熔點(diǎn)特性，讓芯片結(jié)構(gòu)可在低溫環(huán)境下與基體接合，可避 免芯片結(jié)構(gòu)在固晶過(guò)程中產(chǎn)生熱應(yīng)力集中或是在固晶完成后殘留熱應(yīng)力，所導(dǎo)致芯片結(jié)構(gòu) 破裂損壞的情形發(fā)生。并且，在固晶程序完成后，借由固晶材料層于芯片結(jié)構(gòu)與基板之間所產(chǎn)生的高 熔點(diǎn)介金屬層，使芯片結(jié)構(gòu)與基體之間具有良好的接點(diǎn)可靠度，并且在高溫環(huán)境 中長(zhǎng)時(shí)間的使用下，仍能維持良好的運(yùn)作效能。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。


圖1為本發(fā)明的發(fā)光二極管(LED)芯片的固晶方法一實(shí)施例的流程示意圖；圖2A為本發(fā)明的固晶方法一實(shí)施例的LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2B為本發(fā)明的固晶方法一實(shí)施例的基體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2C為本發(fā)明的固晶方法一實(shí)施例的進(jìn)行步驟S52的基體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2D為本發(fā)明的固晶方法一實(shí)施例的步驟S54的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2E為本發(fā)明的固晶方法一實(shí)施例的步驟S56的LED結(jié)構(gòu)示意圖；圖2F為本發(fā)明的固晶方法一實(shí)施例的步驟S58的LED結(jié)構(gòu)示意圖；圖2G為本發(fā)明的固晶方法一實(shí)施例的步驟S58的另一 LED結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為依據(jù)本發(fā)明的固晶方法一實(shí)施例中的固晶材料層與第一金屬薄膜層接合 的合金分析圖；圖4為本發(fā)明芯片結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例的剖面示意圖；圖5為本發(fā)明芯片結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例的設(shè)置于基體的剖面示意圖；圖6為本發(fā)明芯片結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例的共晶接合于基體的剖面示意圖；圖7為本發(fā)明芯片結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例的剖面示意圖；圖8為本發(fā)明芯片結(jié)構(gòu)的第三實(shí)施例的剖面示意圖；以及圖9為本發(fā)明芯片結(jié)構(gòu)的第四實(shí)施例的剖面示意圖。其中，附圖標(biāo)記10LED 芯片12第一金屬薄膜層20基體22第二金屬薄膜層30固晶材料層32，32， 第一介金屬層34，34， 第二介金屬層36中介層100芯片110基板120金屬層130半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)131N型半導(dǎo)體層132發(fā)光材料層133P型半導(dǎo)體層140金屬凸塊200固晶材料層
300基體310金屬層400第一介金屬層500第二介金屬層
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述首先，請(qǐng)參閱圖1、圖2A及圖2B。圖1為依據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管(LED)芯片的 固晶方法一實(shí)施例的流程示意圖。圖2A為依據(jù)本發(fā)明的固晶方法一實(shí)施例的LED芯片的 結(jié)構(gòu)示意圖。圖2B為依據(jù)本發(fā)明的固晶方法一實(shí)施例的基體的結(jié)構(gòu)示意圖。此LED芯片的固晶方法適于結(jié)合LED芯片10及基體20。LED芯片10可以是具有 p-i-n結(jié)構(gòu)的LED，例如但不限于氮化鎵(GaN)、氮化鎵銦(GaInN)、磷化鋁銦鎵(AlInGaP) 與氮化鋁銦鎵(AlInGaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)、氮化鎵銦砷(GaInAsN)、磷氮化鎵銦 (GaInPN)或其任意組合。LED芯片10所發(fā)出的光線的光譜可以是任何可見(jiàn)光光譜(380nm(納米)至Ij 760nm)，或其它光譜。LED芯片10型態(tài)可為水平式結(jié)構(gòu)(Saphhire base)、垂直式結(jié)構(gòu) (Thin-GaN LED)與覆晶(Flip-Chip)型態(tài)。LED芯片10具有第一金屬薄膜層12。第一金屬薄膜層12的材料可以是金、銀、銅 與鎳。第一金屬薄膜層12可藉由電鍍、濺鍍或蒸鍍等方式鍍于LED芯片10的表面。第一 金屬薄膜層12的厚度可以是但不限于0. 2um(微米)到2. 0微米。例如厚度為0. 5um(微 米)到1.0微米。前述具有第一金屬薄膜層12的LED芯片10通常并非是直接在切割好的芯片上鍍 第一金屬薄膜層12，而是先在LED芯片背面，以上述電鍍等方式鍍上第一金屬薄膜層12后， 接著再將芯片經(jīng)過(guò)切割、分光等步驟而完成的。前述的基體20可以是導(dǎo)線架、印刷電路板、具有塑料反射杯的基材、或陶瓷基 板?；w20的材質(zhì)可以是銅(Cu)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鎳(Ni)的純?cè)鼗蛱砑由倭科渌?素的合金?；w20的材質(zhì)也可以是硅(Si)、氮化鋁(AlN)或低溫共燒多層陶瓷(LTCC， Low-Temperature Cofired Ceramics)。關(guān)于LED芯片10的固晶方法請(qǐng)?jiān)賲⒄請(qǐng)D1并搭配圖2B、圖2C、圖2D、圖2E、圖2F、 閱覽之。從圖中可以見(jiàn)悉，LED芯片10固晶方法包含步驟S50 形成第二金屬薄膜層22于基體20的表面；(請(qǐng)見(jiàn)于圖2B)步驟S52 形成固晶材料層30于第二金屬薄膜層22，固晶材料層30的熔點(diǎn)低于攝 氏100度；(請(qǐng)見(jiàn)于圖2C)步驟S54 置放LED芯片10于固晶材料層30上，使第一金屬薄膜層12接觸固晶 材料層30;(請(qǐng)見(jiàn)于圖2D)步驟S56 以一液固反應(yīng)溫度加熱固晶材料層30 —預(yù)固時(shí)間，以于第一金屬薄膜 層12及該固晶材料層30之間形成第一介金屬層32，及于該固晶材料層30及第二金薄膜層 22之間形成第二介金屬層34;以及(請(qǐng)見(jiàn)于圖2E)步驟S58 以一固固 反應(yīng)溫度加熱固晶材料層30—固化時(shí)間，以進(jìn)行一固固反應(yīng)，固固反應(yīng)后的第一介金屬層32’及第二介金屬層34’的熔點(diǎn)高于200度(請(qǐng)見(jiàn)于圖2F)。 關(guān)于步驟S50，請(qǐng)見(jiàn)于圖2B。其中，第二金屬薄膜層22可采用電鍍、濺鍍或蒸鍍等 工藝而被形成于基體20上。第二金屬薄膜層22的材料可以是金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)或 鎳(Ni)。第二金屬薄膜層22的厚度可以是但不限于0. 2um(微米)到2. Oum。例如厚度為 0. 5um 至Ij 1. Oum。接續(xù)步驟S50之后，請(qǐng)參見(jiàn)圖2C，步驟S52可藉由電鍍、蒸鍍或?yàn)R鍍的方式于第二 金屬薄膜層22上形成一固晶材料層30。此固晶材料層30的材質(zhì)可以是鉍銦(Bi-In)、鉍 銦錫(Bi-In-Sn)、鉍銦錫鋅(Bi-In-Sn-Zn)與鉍銦鋅(Bi-In-Zn)。其中，Bi-In(鉍銦)的 熔點(diǎn)約為110度、Bi-25In-18Sn(鉍銦錫)的熔點(diǎn)約為82度，Bi-20In-30Sn-3Zn (鉍銦錫 鋅)的熔點(diǎn)約為90度，Bi-33In-0. 5Zn(鉍銦鋅)的熔點(diǎn)約為110度。固晶材料層30的厚 度可以是但不限于0. 2um(微米)到2. Oum。例如厚度為0. 5um到1. Oum。其中，需要說(shuō)明 的是Bi-25In-18Sn表示原子數(shù)的比，即Bi-In-Sn原子數(shù)比值為1 25 18，并且本申請(qǐng) 中其它合金的類(lèi)似表示方法表示相同的含義。其次，請(qǐng)參考圖2D。步驟S54是將LED芯片10置放于固晶材料層30上，并使第一 金屬薄膜層12接觸固晶材料層30。即如圖2D所示。接著，則進(jìn)行步驟S56的以一液固反應(yīng)溫度加熱固晶材料層30 —預(yù)固時(shí)間，以分 別于第一金屬薄膜層12、固晶材料層30及第二金薄膜層22之間形成第一介金屬層32及第 二介金屬層34(請(qǐng)見(jiàn)于圖2E)。其中，此液固反應(yīng)溫度可以是等于或高于固晶材料層30的 熔化溫度。若固晶材料層30的材質(zhì)為鉍銦錫，則液固反應(yīng)溫度可以是82度或以上。加熱 的方式可以采用激光加熱、熱風(fēng)加熱、紅外線加熱、熱壓接合、或超聲波輔助熱壓接合。加熱的位置則可以是直接將環(huán)境溫度提高到液固反應(yīng)溫度，也可以直接加熱于固 晶材料層30或直接加熱于基體20再熱傳導(dǎo)至固晶材料層30。例如但不限于以激光直接加 熱于基體20底部(即加熱于圖2E示的基體20的下方)。加熱的時(shí)間(預(yù)固時(shí)間)則可以是但不限于0. 1秒到2秒，例如0. 2秒到1秒。此 加熱的時(shí)間可視液固反應(yīng)情形而適當(dāng)調(diào)整。加熱時(shí)間可以是當(dāng)?shù)谝唤饘俦∧?2、固晶材 料層30及第二金薄膜層22之間分別形成了第一介金屬層32及第二介金屬層34時(shí)所花的 時(shí)間。此被形成的第一介金屬層32及第二介金屬層34的厚度可以是在非常薄的狀態(tài)下即 視為完成了步驟S56的動(dòng)作。意即，只要在第一金屬薄膜層12、固晶材料層30及第二金薄 膜層22之間有形成了第一介金屬層32及第二介金屬層34即具有接合的效果，即可停止步 驟S56而繼續(xù)進(jìn)行下一步驟(S58)。當(dāng)然，若在工藝中，增加預(yù)固時(shí)間，使更多的第一介金屬 層32及第二介金屬層34被形成，也屬可實(shí)施的方式。步驟S56的加熱動(dòng)作也可稱(chēng)為是預(yù)固程序。其目的在于將LED芯片10與基體20 依當(dāng)前的對(duì)位關(guān)系(Alignment)進(jìn)行預(yù)先固定，以利后續(xù)工藝的進(jìn)行。由于此預(yù)固程序的 溫度可以是等于或略高于固晶材料層30的熔點(diǎn)，且預(yù)固的時(shí)間可以相當(dāng)短，故前述對(duì)位關(guān) 系將能有效被維持，且不會(huì)對(duì)LED芯片10產(chǎn)生有任何類(lèi)似熱應(yīng)力的影響。關(guān)于所形成的第一介金屬層32及第二介金屬層34的材質(zhì)與第一金屬薄膜層12 及第二金薄膜層22有關(guān)，請(qǐng)容后詳述。最后，進(jìn)行步驟S58的以一固固反應(yīng)溫度加熱固晶材料層30 —固化時(shí)間，以進(jìn)行 一固固反應(yīng)。此固固反應(yīng)溫度可低于固晶材料層30的熔點(diǎn)，可以是但不限于40度到80度。前述固化時(shí)間可以依固固反應(yīng)溫度而調(diào)整。例如，當(dāng)固固反應(yīng)溫度較高時(shí)，固化時(shí)間可以較 短。當(dāng)固固反應(yīng)溫度較低時(shí)，固化時(shí)間可以較長(zhǎng)。固化時(shí)間可以是30分鐘到3小時(shí)。固固反應(yīng)的目的在于讓固晶材料層30的合金元素與第一金屬薄膜層12及第二金 屬薄膜層22的元素相互擴(kuò)散。固固反應(yīng)時(shí)間的決定可以是讓大部分的固晶材料層30中的 合金元素完成擴(kuò)散所需的時(shí)間。步驟S58的執(zhí)行，在實(shí)際應(yīng)用階段，可以采用批次作業(yè)的方式進(jìn)行。意即，集合完 成了步驟S56的多個(gè)半成品，統(tǒng)一以熱風(fēng)式、烤箱、紅外線加熱或熱板加熱方式進(jìn)行步驟 S58。 由于步驟S58的固固反應(yīng)溫度低于固晶材料層30的熔點(diǎn)，故對(duì)于步驟S56已完成 的對(duì)位關(guān)系，并不致會(huì)有影響。步驟S58后所形成的發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，有幾種可能。第一種發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu) 請(qǐng)見(jiàn)于圖2F。從圖中可以見(jiàn)悉，發(fā)光二極管包含依序迭置的基體20、第二金屬薄膜層22、第 二介金屬層34’、第一介金屬層32’、第一金屬薄膜層12以及LED芯片10。其中第一金屬薄 膜層12及第二金屬薄膜層22的材料選自于由金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)及鎳(Ni)所構(gòu)成群 組。前述二個(gè)介金屬層32’，34’的材質(zhì)包含Cu-In-Sn (銅銦鋅)介金屬(熔點(diǎn)至少400°C 以上)、Ni-In-Sn (鎳銦鋅)介金屬(熔點(diǎn)約700°C以上)、Ni-Bi (鎳鉍)介金屬(熔點(diǎn)至 少400°C以上)、Au-In (金銦)介金屬(熔點(diǎn)至少400°C以上)、Ag-In (銀銦)介金屬(熔 點(diǎn)至少250°C以上)、Ag-Sn (銀鋅)介金屬(熔點(diǎn)至少450°C以上)與Au-Bi (金鉍)介金 屬(熔點(diǎn)至少350°C以上)。其次，必須說(shuō)明的是在預(yù)固程序所形成的第一介金屬層32及第二介金屬層34(即 圖2E所示)與固固反應(yīng)后的第一介金屬層32’及第二介金屬層34’的材質(zhì)可能并不相同。 在預(yù)固程序時(shí)，雖然液固反應(yīng)溫度有達(dá)到固晶材料層30的熔點(diǎn)，但是由于步驟S56所執(zhí)行 的時(shí)間僅需在第一介金屬層32及第二介金屬層34形成后即可停止，因此，固晶材料層30 中的部分合金元素并未產(chǎn)生擴(kuò)散。舉例來(lái)說(shuō)，通常固晶材料層30中若含有銦，則銦較容易 在液固反應(yīng)時(shí)先擴(kuò)散而形成介金屬層。以下茲列出三個(gè)例子顯示圖2E所示的LED在固晶程序中步驟S54、S56到S58的 第二金屬薄膜層22、第二介金屬層34’、第一介金屬層32’、及第一金屬薄膜層12的材質(zhì)。[圖2ELED結(jié)構(gòu)實(shí)施例一]
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管芯片的固晶方法，適于結(jié)合一發(fā)光二極管芯片及一基體，該發(fā)光二 極管芯片具有一第一金屬薄膜層，該固晶方法包含形成一第二金屬薄膜層于該基體的一表面；形成一固晶材料層于該第二金屬薄膜層，該固晶材料層的一熔點(diǎn)低于攝氏110度；置放該發(fā)光二極管芯片于該固晶材料層上，使該第一金屬薄膜層接觸該固晶材料層；以一液固反應(yīng)溫度加熱該固晶材料層一預(yù)固時(shí)間，以于該第一金屬薄膜層及該固晶材 料層之間形成一第一介金屬層，并于該固晶材料層及該第二金薄膜層之間形成一第二介金 屬層；以及以一固固反應(yīng)溫度加熱該固晶材料層一固化時(shí)間，以進(jìn)行一固固反應(yīng)，該固固反應(yīng)后 的該第一介金屬層及該第二介金屬層的一熔點(diǎn)高于200度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固晶方法，其特征在于，該液固反應(yīng)溫度等于或高于該固晶 材料層的該熔點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固晶方法，其特征在于，該固固反應(yīng)溫度低于該固晶材料層 的該熔點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固晶方法，其特征在于，以該固固反應(yīng)溫度加熱該固晶材料 層，以進(jìn)行該固固反應(yīng)的步驟為以該固固反應(yīng)溫度加熱該固晶材料層，以進(jìn)行該固固反 應(yīng)，直到該固晶材料與該第一金屬薄膜層及該第二金薄膜層的該固固反應(yīng)完畢。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固晶方法，其特征在于，該第一金屬薄膜層的材料選自于由 金、銀、銅及鎳所組成的群組，該第二金屬薄膜層的材料選自于由金、銀、銅及鎳所組成的群 組。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的固晶方法，其特征在于，該固晶材料層的材料選自于由鉍銦、 鉍銦鋅、鉍銦錫及鉍銦錫鋅所組成的群組。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固晶方法，其特征在于，該液固反應(yīng)溫度為攝氏85度，該預(yù)固 時(shí)間為0. 1秒到1秒。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固晶方法，其特征在于，該固固反應(yīng)溫度為攝氏40度到80 度，該固化時(shí)間為30分鐘到3小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的固晶方法，其特征在于，該第一介金屬層及該第二介金屬層 的材料選自于由銅銦鋅介金屬、鎳銦鋅介金屬、鎳鉍介金屬、金銦介金屬、銀銦介金屬、銀鋅 介金屬及金鉍介金屬所組成的群組。
10.一種發(fā)光二極管，其特征在于，包含一基體；一第二金屬薄膜層，位于該基體上，該第二金屬薄膜層的材料選自于金、銀、銅及鎳所 構(gòu)成群組；一第二介金屬層，位于該第二金屬薄膜層上；一第一介金屬層，位于該第二介金屬層上；一第一金屬薄膜層，位于該第一介金屬層上，該第一金屬薄膜層的材料選自于金、銀、 銅及鎳所構(gòu)成群組，該第一介金屬層及該第二介金屬層的材質(zhì)選自于由銅銦鋅介金屬、鎳 銦鋅介金屬、鎳鉍介金屬、金銦介金屬、銀銦介金屬、銀鋅介金屬及金鉍介金屬所構(gòu)成的群 組；以及一發(fā)光二極管芯片，位于該第一金屬薄膜層上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管，其特征在于，另包含一中介層，被夾置于該 第一介金屬層與該第二介金屬層之間，該中介層的材料選自于由錫、鉍、銦及鋅所組成的群組。
12.一種芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括有一芯片；以及一固晶材料層，設(shè)置于該芯片的一表面，該固晶材料層的組成材料選自于由鉍銦、鉍銦 鋅、鉍銦錫及鉍銦錫鋅所組成的群組中至少其中之一。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，該芯片具有一金屬層，該固晶材料 層設(shè)置于該金屬層上。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，該金屬層的組成材料選自于由金、 銀、銅、鎳及其合金所組成的群組中至少其中之一。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，該芯片具有一基板及一半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及該固晶材料層分別設(shè)置于該基板相對(duì)的二側(cè)面。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，該基板的組成材料選自于由藍(lán)寶 石、金、銀、鉬、鎳、銅、硅、碳化硅、氮化鋁、砷化鎵及氮化鎵所組成的群組的其中之一。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)具有一N型半導(dǎo)體 層、一發(fā)光材料層及一 P型半導(dǎo)體層，該發(fā)光材料層介于該N型半導(dǎo)體層及該P(yáng)型半導(dǎo)體層 之間。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，該芯片還具有至少一金屬凸塊，該 金屬凸塊設(shè)置于該基板及該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間，使該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)懸置于該基板上方。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，該芯片還具有一金屬層，該金屬層 介于該基板及該固晶材料層之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，該金屬層的組成材料選自于由金、 銀、銅、鎳及其合金所組成的群組中至少其中之一。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，該固晶材料層的厚度為0.2 5. 0 微米。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于該固晶材料層的厚度為2.0 3. 5 微米。
全文摘要
一種發(fā)光二極管芯片固晶方法、固晶的發(fā)光二極管及芯片結(jié)構(gòu)，發(fā)光二極管芯片的固晶方法，適于將發(fā)光二極管芯片固晶于一基體上。發(fā)光二極管芯片具有第一金屬薄膜層。芯片結(jié)構(gòu)包括有一芯片及一固晶材料層，固晶材料層設(shè)置于芯片的一側(cè)面上。固晶方法包含形成第二金屬薄膜層于基體表面；形成固晶材料層于第二金屬薄膜層；置放發(fā)光二極管芯片于固晶材料層并使第一金屬薄膜層與固晶材料層接觸；以一液固反應(yīng)溫度加熱固晶材料層一預(yù)固時(shí)間，以形成第一介金屬層及第二介金屬層；以及以一固固反應(yīng)溫度加熱固晶材料層一固化時(shí)間，以進(jìn)行固固反應(yīng)。上述液固反應(yīng)溫度及固固反應(yīng)溫度均低于110℃，且固固反應(yīng)后的第一、二介金屬層的熔點(diǎn)高于200℃。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102104090SQ201010504210
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者林修任, 林建憲, 鄭佳申, 陳効義 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院