电子装置及其制造方法

本申请是原案申请号为202011515877.6的发明专利申请(申请日：2020年12月21日，发明名称：电子装置及其制造方法)的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种电子装置，以及一种微半导体结构共晶接合的电子装置及其制造方法。

背景技术

传统发光二极管(边长大于150微米以上)在制造光电装置的过程中，是以磊晶(Epitaxy)、黄光、镀金属、蚀刻等工艺制作发光二极管之后，经切割得到一颗一颗的发光二极管晶粒，并利用引线接合或共晶接合使发光二极管的电极与电路衬底电连接。但是，对于微发光二极管而言，由于尺寸相当小(例如只有25微米或更小)，无法以传统的引线接合或共晶接合的设备进行电极的电连接。

因此，对微米尺寸或更小的微发光二极管或微半导体结构进行电连接，业界亟需有对应的方式。

发明内容

本发明为提供一种电子装置及其制造方法，可广泛应用于不同微半导体结构的电子装置。

本发明为提供一种电子装置及其制造方法，可解决因微米尺寸或更小的微半导体结构的电连接需求。

本发明提供一种电子装置包括：目标衬底、阵列式微半导体结构、阵列式接合件、以及接合层。阵列式微半导体结构设在目标衬底。阵列式接合件对应阵列式微半导体结构、且电连接阵列式微半导体结构至目标衬底的图样电路；两两接合件彼此独立；各该接合件为由设在该目标衬底的导电垫片、与设在各该微半导体结构的导电电极通过共晶键合的一体性构件；各该接合件定义有连接各该微半导体结构的第一端、连接该目标衬底的第二端、以及连接该第一端、第二端的周部。接合层连接各微半导体结构至目标衬底；其中，该接合层为非导电材料；各该接合件的该周部恰由该接合层接触包覆，该接合层与这些阵列式接合件形成同层关系。

在一个实施例中，各该接合件为铟金合金系统的共晶键合。

在一个实施例中，各该接合件为铟镍合金系统的共晶键合。

在一个实施例中，该接合层的该高分子材料包括环氧树脂系、或压克力系。

在一个实施例中，该接合层的该高分子材料的固化温度为170-220℃。

在一个实施例中，该接合层的该高分子材料的玻璃转移温度大于240℃。

本发明提供一种电子装置的制造方法，包括：在具有导电垫片的目标衬底上涂覆高分子材料至预备厚度；由涂覆在该目标衬底上的该高分子材料拾取具有导电电极的阵列式微半导体结构；以及，共晶接合互相对应的该导电电极与该导电垫片。

其中，该导电垫片包括第一金属，该高分子材料为不具有导电粒子的非导电材料；其中，该高分子材料定义黏滞度-温度变化特征：在第一温度具有第一黏滞性，在第二温度具有第二黏滞性，在第三温度具有第三黏滞性，在第四温度具有第四黏滞性，在第五温度具有第五黏滞性；其中，该第一温度至第五温度为有序递增，该第一温度为常温、该第五温度为玻璃转移温度；该第三黏滞性、第五黏滞性分别为极限值，该第三黏滞性为极小值、该第五黏滞性为极大值；该第二黏滞性邻近该第三黏滞性。

其中，包括第二金属的该导电电极设在各该微半导体结构上，设在各该微半导体结构的该导电电极对应至设在该目标衬底的该导电垫片；其中，该第一金属、第二金属之间定义有共晶温度，该共晶温度介于该第三温度、第四温度之间。

其中，包括对这些阵列式微半导体结构、该高分子材料、与该目标衬底，由该第一温度开始增温至该第四温度，并依序执行下列步骤：

在该第二温度开始，使这些阵列式微半导体结构与该目标衬底以第一压力彼此迫近：对这些阵列式微半导体结构或/和该目标衬底施压该第一压力；以及

在该共晶温度开始，使这些阵列式微半导体结构与该目标衬底以第二压力彼此迫紧：对这些阵列式微半导体结构或/和该目标衬底施压该第二压力，使具有该第一金属的该导电垫片与具有该第二金属的该导电电极互熔并通过迫紧产生共晶键结。

在一个实施例中，在该目标衬底上涂覆该高分子材料至该预备厚度的步骤中：该第二温度相对该第三温度低10℃。

在一个实施例中，在该目标衬底上涂覆该高分子材料至该预备厚度的步骤中：该第四温度相对该第三温度高90-100℃。

在一个实施例中，在该目标衬底上涂覆该高分子材料至该预备厚度的步骤中：该第四温度相对该共晶温度高10-40℃。

在一个实施例中，该第一金属、第二金属互为铟、金。

在一个实施例中，该第一金属、第二金属互为铟、镍。

在一个实施例中，在该目标衬底上涂覆该高分子材料至该预备厚度的步骤中：该共晶温度为160℃。

在一个实施例中，在该目标衬底上涂覆该高分子材料至该预备厚度的步骤中：该高分子材料包括环氧树脂系、或压克力系。

在一个实施例中，在该目标衬底上涂覆该高分子材料至该预备厚度的步骤中：该第五温度(玻璃转移温度)大于240℃。

在一个实施例中，在该目标衬底上涂覆该高分子材料至该预备厚度的步骤中：该预备厚度为2-7μm。

在一个实施例中，在该目标衬底上涂覆该高分子材料至该预备厚度的步骤中：该第二温度为70-110℃。

在一个实施例中，在该目标衬底上涂覆该高分子材料至该预备厚度的步骤中：该第二温度为90℃。

在一个实施例中，在该目标衬底上涂覆该高分子材料至该预备厚度的步骤中：该第三温度为80-120℃。

在一个实施例中，在该目标衬底上涂覆该高分子材料至该预备厚度的步骤中：该第四温度为170-220℃。

在一个实施例中，共晶接合的步骤中：该第一压力介于1-10MPa之间，并持续2-40秒。

在一个实施例中，共晶接合的步骤中：该第二压力为0.5MPa与50MPa之间，并持续5-60秒。

附图说明

图1为本发明的电子装置的示意图；

图1A为图1的局部放大图；

图2为本发明的电子装置制造方法的流程示意图。

图3A至图3E，为本发明的电子装置的制造方法对应图2的一个实施例的制造示意图；以及

图4A为本发明中高分子材料的黏滞度-温度变化特征图；图4B为对应图4A的另一黏滞度-温度变化特征图。

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明根据本发明优选实施例的电子装置及其制造方法，其中相同的元件将以相同的附图标记加以说明。

本发明所述包括具有阵列式「半导体元件」的「电子装置」，例如(但不限于)显示面板、广告广告牌、感测装置、半导体装置或照明装置等。所使用「微」半导体结构、「微」半导体器件同义使用且泛指微尺度的半导体元件。「半导体结构」包含(但不限于)高品质单晶半导体及多晶半导体、经由高温处理而制造的半导体材料、掺杂半导体材料、有机及无机半导体，以及具有一个或多个额外半导体组件或非半导体组件的组合半导体材料及结构(诸如，介电层或材料，或导电层或材料)。此外，半导体结构例如(但不限于)晶体管、包含太阳能电池的光伏打器件、二极管、发光二极管、能量光束、p～n接面、光电二极管、集成电路及传感器的半导体器件及应用前述器件的组件。

本文中所使用的「目标衬底」指用于接收微半导体结构的非原生衬底。原生衬底或非原生衬底的材料的实施例如(但不限于)聚合物、塑料、树脂、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸伸乙基酯、金属、金属箔、玻璃、石英、玻璃纤维、可挠性玻璃、半导体、蓝宝石、金属-玻璃纤维复合板、金属-陶瓷复合板等。

本文中所使用的「拾取」，指拾取至少一排的至少部分的微半导体结构，其数量及范围视目标衬底的设计需求而决定。

本文中所使用的「阵列式」，指可依需求而排列成直行、或横列、或行与列的矩阵状，或是排列成多边形或不规则状，并不限制。

请参照图1为本发明电子装置10的一个实施例的示意图。电子装置10包括：目标衬底100、阵列式微半导体结构200、阵列式接合件300、以及接合层400。请同时参阅图3A，目标衬底100包括板材110，板材110上设有视电子装置10的需求而设计的图样电路(未绘示)，且图样电路上具有多个导电垫片。再次参照图1，阵列式微半导体结构200设在目标衬底100且对应目标衬底100的图样电路，各微半导体结构200包括本体210；阵列式接合件300对应阵列式微半导体结构200、且电连接阵列式微半导体结构200至目标衬底100的图样电路，两两接合件300彼此独立。请同时参阅图3E，各个接合件300为由设在目标衬底100其中导电垫片、与设在各微半导体结构200的导电电极互相对应且通过共晶键合的一体性构件。如图1A，各个接合件300定义有连接各微半导体结构200的第一端310、连接目标衬底100(或其图样电路)的第二端320、以及连接第一端310、第二端320的周部330。接合层400连接各微半导体结构200至目标衬底100；其中，接合层400为不具有导电物质的非导电材料，例如为不具有导电粒子的高分子材料；各接合件300的周部330恰由接合层400接触包覆，使接合层400与前述多个(阵列式)接合件300共同形成同层关系。接合层400在此为进行特定工艺(参阅图3D至图3E)后经固化的高分子材料，与各接合件300类似，可提供各微半导体结构200(本体210)与目标衬底100(或其图样电路)之间的连接。

请参阅图2、图3A至图3E，为本发明电子装置100的制造方法的其中一个实施例的流程图及其示意图。

如图2所示，本发明的电子装置的制造方法包括下列步骤S10、步骤S20、步骤S30：

步骤S10：如图3B，在目标衬底100上涂覆高分子材料400a至预备厚度h1。请参照图3A，目标衬底100除包括板材110外，尚具有设在板材110上的图样电路、以及设在图样电路上具有第一金属的导电垫片120。

其中，高分子材料400a为不具有导电粒子的可固化材料，例如(但不限于)环氧树脂系(Epoxy)或压克力系。在此，不具有导电粒子的高分子材料400a有别于传统的各向异性导电胶(Anisotropic Conductive Film,ACF)，不需要散布在胶中且成本占比极高的导电粒子/导电球，并搭配如后的步骤，可广泛应用于不同具有微半导体结构的电子装置，并显然具有低成本的优势。

其中，同时参阅图4A，高分子材料400a定义黏滞度-温度变化特征：在第一温度T

预备厚度h1可根据所选取的高分子材料、以及如图4A的黏滞度-温度变化特征，而选择2至7微米(micro meter,μm)的厚度范围，如2μm、3μm、5μm、6μm、6.5μm或7μm。

请注意，由于高分子材料400a在不同温度具有不同的黏滞性，本质上虽为同一材料，是因各阶段高分子之间的键结不同所造成。是以图3A至图3E中，高分子材料400a为常温键结的高分子材料、高分子材料400b为第二温度T

本实施例中，导电垫片120是例示以一对为单位，配合以下揭示的双电极元件，然而并不以一对导电垫片120为限制。本实施例中，高分子材料400a是例示以覆盖导电垫片120，但不以覆盖导电垫片120为限制。

步骤S20：如图3C，由涂覆在目标衬底100上的高分子材料400a接触起始衬底(图未示)、并自起始衬底拾取部分或全部的阵列式微半导体结构200。

本实施例中，起始衬底可为原生衬底或非原生衬底，且自起始衬底拾取的阵列式微半导体结构200，其数量占比可为起始衬底的部分或全部；在此，所拾取的数量占比非本发明所考虑。

各微半导体结构200除包括本体210外，进一步包括具有第二金属的导电电极220，且导电电极220设在本体210上；本实施例中的微半导体结构200为双电极结构，但不以双电极为限制。

设在各微半导体结构200的导电电极220可一对一地对应至设在图样电路120的导电垫片300，本实施例中，各微半导体结构200的导电电极220与目标衬底100的导电垫片120之间以高分子材料彼此连接，但不以此为限制；例如，各微半导体结构200的本体210与目标衬底100的板材110或其图样电路之间以高分子材料彼此连接，使导电电极220与导电垫片300一对一地对应即可。

请注意，导电垫片120的第一金属、导电电极220的第二金属之间定义有共晶温度T

步骤S30：共晶接合互相对应的导电电极220与导电垫片120；其中，包括对阵列式微半导体结构200、高分子材料400a与目标衬底200，由第一温度T

步骤S32：同时参阅图3D、图4A，在第二温度T

本实施例中，以虚化图示的施压装置500表示对阵列式微半导体结构200施压为例。

由于从第一温度T

从图4A可知，第三温度T

本步骤中，施加第一压力P1以迫近两者的时间，可持续并定义为第一时间段。换句话说，第一压力P1是用来排开彼此对应的导电电极220与导电垫片120之间的高分子材料，第一时间段则为排胶的时间长度。

本步骤中，以第一压力P1迫近两者并可直至导电电极220与导电垫片120彼此接触。

步骤S34：同时参阅图3E、图4A，在共晶温度T

同上，本步骤的第二压力P

此时，具有第一金属的导电垫片120与具有第二金属的导电电极220以共晶键结而可如图1A的接合件300，呈一体性构件。而随着温度增加，高分子材料400c持续固化而形成如图1的接合层400，用以连接各微半导体结构200(本体210)与目标衬底100(或其图样电路)。

从图4A可知，第四温度T

本步骤中，施加第二压力P

再次参阅图4A，相对第一金属、第二金属已经选定的铟金合金系统、及其所达成的共晶温度T

值得注意的是，定义高分子材料系统的其中一种方式，可先选定第一金属、第二金属的合金系统，再选定对应前述合金系统的高分子材料系统；或反向选择。以选定的铟金合金系统、及其共晶温度T

或者，定义高分子材料系统的另一种方式，同样以选定的铟金合金系统、及其共晶温度T

此外，共晶接合的工艺中，第一压力P

值得注意的是，第一金属、第二金属可选由铟镍合金系统中选择，亦即第一金属、第二金属分别包含镍、金，或互置。对铟镍再选择特定比例使共晶温度T

综上所述，本发明的电子装置10及其制造方法，所应用的高分子材料为非导电材料，例如为不具有导电粒子的可固化的高分子材料，不需要成本占比极高的导电粒子/导电球，并搭配本发明的制造方法，可广泛应用于不同的领域的微半导体结构的电子装置。不仅可解决因微米尺寸或更小的微半导体结构的电连接需求，同时也具有较低制造时间与成本的优点。

以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于随附的权利要求书中。