发光元件覆晶组装的方法及其结构 本发明涉及一种半导体发光元件(Light Emitting Divice；LED)组装的方法及其结构，特别是涉及一种半导体发光元件覆晶组装(Flip-chip packaging)的方法及其结构。
近年来半导体发光元件的制造技术发展迅速，其中一个重大的突破是以氮化镓(GaN)为基础的发光元件被成功地制造，使得在可见光波段中以发光元件发出蓝光区域的光线成为可能。一种被广泛采用的氮化镓发光元件的结构，是在一蓝宝石(sapphire)基板上形成氮化镓的结晶层，在该结晶层的p型及n型半导体上分别形成有一p(正)电极及一n(负)电极，且该p电极与该n电极是朝向同一面。图1A、1B绘示该发光元件1的一种公知的组装方法，将该n电极2及该p电极3朝上，而该蓝宝石基板4朝下与一承载体5，例如，一导线架，相结合。然后再以线接合(wirebonding)的方式，用金属线9(直径约25μm)电性连接该电极2、3与该承载体5的电气连接端6、7。最后再用高透明的树脂(epoxy)8将完成线接合的该发光元件1包封(encapsulate)起来，以保护该发光元件1与该承载体5之间的电性及机械连接免于受到外界环境的破坏。
然而以线接合地方式对发光元件进行封装，在发光元件1的表面上的接合垫(bonding pad)10直径至少约100μm。这是因为在线接合的过程中，该金属线9的球形端点11会被压扁而使得直径变为原来金属线9直径的三至四倍。因此以线接合来进行发光元件的组装，不可避免地，会因为该接合垫10，而使得发光元件所产生的光线遭到阻挡而无法通过。即使最后光线以其它出路穿出发光元件，也会因多次的反射与吸收而强度大减。
另处，以线接合的组装方式，该承载体5上的该电气连接端6、7必须占用额外的空间，且以该金属线9连接该发光元件1的电极2、3与该电气连接端6、7，所形成的线圈回路(loop)还必须占据相当大的空间。对于目前发光元件不断朝小型化发展的趋势来说，也无疑是一种缺点。
因此本发明就是为了解决上述问题，而提出一种新的发光元件组装的方法与结构。
本发明的主要目的在于提供一种发光元件覆晶组装的方法及其结构，以解决线接合的组装方式所造成的空间浪费以及接合垫对光的阻挡的问题。
根据本发明所提供的发光元件组装方法，特别有利于发光元件的小型化，适用于尺寸以及电极间距极小的发光元件的组装。
本发明的目的是这样实现的：一种发光元件覆晶组装的方法，是将一p电极及n电极朝向同一面的半导体发光元件，以直接晶片贴合(Directchip Attach；DCA)的方式，借助一异向性导电胶(AnisotropicConductive Adhesive；ACA)或焊料(solder)与一预先形成有适当导线图案以及接合垫(bonding pad)的承载基板相结合。可省去线接合组装中金属线及接合垫所造成的空间浪费以及接合垫阻挡光线的问题。前述的发光元件，是为在一透明基板，结晶成长而得的发光元件，例如，在蓝宝石基板上结晶成长而得的氮化镓(GaN)系列的发光元件，借此该发光元件所产生的光线能穿透该透明基板而取出(EXTRACTION)。而前述的正、负电极上预先形成经适当设计的金属凸块或焊料凸块，可使在组装的过程中该电极之间不易发生短路(short)。前述的异向性导电胶可以是液态、高粘度液态或是固体状。而前述承载基板可为一印刷电路板、陶瓷基板或半导体基板，其材料可为刚性(AlN、AL2O3、BT、FR4、FR、Si等)或柔性(聚酰亚胺等)。
根据本发明的一种发光元件的结构，是将p电极以高反射率的材料来构成，可有利于增加发光元件光线取出的效率。另外，在p电极及n电极上分别形成金属凸块，且该金属凸块是凸出于该发光元件的最高表面，这样有利于在以异向性导电胶(ACA)电性连接该电极与该承载基板的接合垫时，不易产生电极之间的短路(short)。
而根据本发明的另一种发光元件的结构，是直接在p电极与n电极上分别形成焊料凸块，该焊料凸块彼此在形状及尺寸上相近，且对称于该发光元件的中心。这样有利于在回熔(reflow)，使该电极与该承载基板的接合垫相接合的过程中，不易产生电极的短路或是造成该发光元件的旋转、翻翘的现象。
下面结合实施例所示附图，对本发明的目的、构造特征及其功能作进一步详细说明。
图1A和图1B为公知的一种发光元件线接合组装的示意图；
图2A～图2C为根据本发明的一种发光元件覆晶组装方法的剖面示意图，一发光元件借助异向性导电胶(ACA)而与一承载基板相结合；
图3A～图3C为根据本发明的另一种发光元件覆晶组装方法的剖面示意图，一发光元件借助焊料凸块而与一承载基板相结合；
图4为根据本发明的一种发光元件的结构剖面示意图，其中该p电极以高反射率的材料组成；
图5为根据本发明的另一种发光元件的结构剖面示意图，其中该p电极与该发光元件之间形成有一透明金属层，该透明金属与该发光元件的结晶层有良好的欧姆接触特性。
参照图2A～图2C，其绘示了使用异向性导电胶(ACA)30将一发光元件20与一承载基板40进行电性接合的覆晶组装方法。
首先，如图2A所示，提供一发光元件20，该发光元件20是为在一透明基板21上结晶成长而得的半导体发光元件，例如，在一蓝宝石(sapphire)基板上结晶成长的氮化镓(GaN)系列发光元件。该发光元件的尺寸可小至数百μm以下。在该结晶层22上形成有一p电极23及一n电极24，该p电极23及该n电极24是朝向该发光元件的同一面。比较理想的是，该电极23、24上同时分别形成有金属凸块25，该金属凸块25的高度是凸出于该发光元件20的最高表面，例如，高出2～100μm，其质材，例如可为Ni/Au或Cr/CrCu/Cu。且该结晶层22及该p电极23的裸露部分可形成一绝缘层26加以被覆，这样可使在组装的过程中电极23、24之间不易发生短路。
然后，如图2B所示，提供一承载基板40，该承载基板40预先形成有适当的导线(conductor)41及接合垫(bonding pad)42。并在该承载基板40上涂饰一异向性导电胶层30。该异向性导电胶层30可以印刷或是贴胶的方式涂布于该承载基板40上的适当位置。
接着，如图2C所示，将该发光元件的金属凸块25对准该承载基板的该接合垫42，以适当的压力将该发光元件20与该承载基板40相压合，并对该异向性导电胶层30加热使其硬化(cure)。由于该异向性导电胶层30内的导电粒子(conductive particles)31，使得该电极23、24与相对应的该接合垫42达成电性连接。硬化后的该异向性导电胶层30还可保护该电极23、24及该金属凸块25不受外境环境的破坏，且可降低该发光元件20与该承载基板40因热膨胀系数不匹配所造成的不良效应。
参照图3A～图3C，其绘示了使用焊料将一发光元件50与一承载基板60进行电性接合的覆晶组装方法。
首先，如图3A所示，提供一发光元件50，该发光元件50是为在一透明基板51上结晶成长而得的半导体发光元件，例如，在一蓝宝石基板上结晶成长的氮化镓(GaN)系列发光元件。该发光元件的尺寸可小至数百μm以下。在该结晶层52上形成有一p电极53及一n电极54，该p电极53及该n电极54是朝向该发光元件的同一面。然后，例如，以电镀的方式在该p电极53及该n电极54上分别形成焊料凸块55，该焊料凸块55的高度，例如，约高出该发光元件50最高表面约2～100μm。为了避免焊料扩散入该电极53、54，比较理想的是，在该焊料凸块55形成前，先在该电极53、54上可预先形成底层金属层(Under Bump Metallurgy；UBM)56。另外，比较理想的是，尽可能将该焊料凸块55的形状与尺寸做成相似，并对称于该发光元件50的中心，且该焊料凸块55之间至少相隔该焊料凸块55尺寸一半的距离。这样，可减少在回熔(reflow)的过程中发光元件转动、翻翘以及短路的可能。在该结晶层52及该p电极53的裸露部分也可形成一绝缘层57加以被覆。
然后，如图3B图所示，提供一承载基板60，该承载基板60预先形成有适当的导线61及接合垫62。将该发光元件的该焊料凸块55对准该承载基板的该接合垫62后相叠合。再进行一回熔(reflow)过程，使该电极53、54借助该焊料凸块55而与相对应的该接合垫62达成电性连接。
接着，如图3C所示，在该发光元件50与该承载基板60之间填入底胶70，用以保护该电极53、54及该焊料凸块55不受外界环境的破坏，且降低该发光元件50与该承载基板60因热膨胀系数不匹配所造成的不良效应。
为了进一步增加覆晶组装后发光元件的光取出效率，前述实施例中发光元件的p电极，可选用高反光的材料来构成。如图4绘示一发光元件80的p电极81是为高反射率的材料所组成，该发光元件80所产生的朝下的光90可被该高反光的p电极81直接反射出去，因而增加了光的取出率。
该高反光的p电极81也可如图5所示，借助一具有良好欧姆特性(Ohmic characteristics)的透明导电层82而与该发光元件80的结晶层83相结合，以使该发光元件有较好的发光效率。
以上所述，仅为本发明其中的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围；凡按照本发明权利要求保护范围所作的同等变化与修饰，均为本发明权利要求所涵盖。