专利名称：发光二极管阵列模块及其构装方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管阵列模块(LED array module)及其构 装方法，尤其涉及一种利用半导体制程(semiconductor process)来完 成的发光二极管阵列模块及其构装方法。
背景技术：
传统打印机所使用的光学印表头，乃以单一激光源，经过一套复 杂的光学系统将欲打印的资料以光的讯号方式转移到感光鼓，在感光 鼓上形成静电潜像，经碳粉吸附、转写、热压、除电等步骤，以达到 打印的需求。然而，激光印表头却因为其光学元件多、机构复杂且光 程(optical path)较长，而使得激光打印机在结构上存在着无法进一步 体积縮小的问题。因此，目前打印机设计者常使用发光二极管(LED) 的光源来替代激光光源，以简化传统过于复杂的光学机构。在发光二极管打印技术中，若要提高分辨率(resolution)的话， 则需要更小尺寸的发光二极管元件，以使得在相同的打印机头体积下， 可容纳更多的发光二极管。然而，在传统构装方法中，首先需要通过 高精度的粘晶设备将发光二极管阵列(LED array)与驱动集成电路阵 列(drive IC array)精确的平行置放于印刷电路板上；接着在导线接合 步骤中，以A4尺寸600dpi为例，需要通过约5000条导线以电性连接 于每一个发光二极管阵列与每一个驱动集成电路阵列之间，以使得每一个驱动集成电路能以电性驱动每一个相对应的发光二极管。因此，已知技术的构装方法，由于打线的条数及密度太高，将导 致生产效率不佳及制程难度增加的困扰，因而造成产品良率降低及制 造成本增加。此外，随着市场上的需求，使用者对分辨率的要求越来越高，因此发光二极管元件会做得越来越小，而造成打线接合制程会 更加的困难。由此，本发明人提出一种设计架构，不仅改善已知技术电性连接 良率低、成本高的困窘，进而提升产品分辨率高性能的发明。发明内容本发明所要解决的技术问题，在于提供一种发光二极管阵列模块 及其构装方法，并且本发明的发光二极管阵列模块为一种光输出模块， 其可应用在电子照相术的打印机中。此外，本发明的技术特点在于先在一驱动集成电路结构上干蚀 刻至少一凹槽，然后将一发光元件阵列(例如发光二极管阵列)置放入此凹槽内，最后再以半导体制程达成600dpi 1200dpi高密度的电性连接。因此，本发明可縮小产品尺寸、降低材料成本、及降低因高 密度电性连接所需的生产成本。为了解决上述技术问题，根据本发明的其中一种方案，提供一种发光二极管阵列模块，其包括 一驱动集成电路结构、至少一发光二 极管阵列、 一粘着元件、及一第一导电结构。其中，该驱动集成电路 结构的上端具有至少一凹槽。该至少一发光二极管阵列容置于该至少 一凹槽内。该粘着元件设置于该至少一发光二极管阵列与该驱动集成 电路结构之间。该第一导电结构电性连接于该驱动集成电路结构及该 至少一发光二极管阵列之间。再者，该发光二极管阵列模块可设置于一具有至少一输出/输入 焊垫的电路板上，并且通过一第二导电结构，以使得该驱动集成电路 结构及该至少一输出/输入焊垫之间产生电性连接。为了解决上述技术问题，根据本发明的其中一种方案，提供一种发光二极管阵列模块的构装方法，其步骤包括首先，成形至少一凹 槽于一驱动集成电路结构上；然后，设置至少一发光二极管阵列于该 至少一凹槽内；最后，通过半导体制程，以成形一电性连接于该驱动集成电路结构及该至少一发光二极管阵列之间的第一导电结构。其中，该设置至少一发光二极管阵列于该至少一凹槽内的步骤前， 更进一步包括成形一粘着元件于该至少一发光二极管阵列的下表面 或成形一粘着元件于该至少一凹槽的底面，以使得该粘着元件设置于 该至少一发光二极管阵列与该驱动集成电路结构之间。再者，该成形该第一导电结构的步骤中，更进一步包括首先， 形成一第一绝缘层于该驱动集成电路结构及该至少一发光二极管阵列 上；然后，图案化该第一绝缘层，以形成一用于覆盖该至少一发光二 极管阵列与该驱动集成电路结构之间的宽度间隙及曝露出这些驱动集 成电路焊垫与这些发光二极管焊垫的第一图案化绝缘层；接着，形成 一第二绝缘层于该第一图案化绝缘层上，并且该第二绝缘层覆盖这些 驱动集成电路焊垫与这些发光二极管焊垫。接下来，图案化该第二绝缘层，以形成一与该第一图案化绝缘层 相互配合而再次曝露出这些驱动集成电路焊垫及这些发光二极管焊垫 的第二图案化绝缘层；然后，形成多个分别电性连接于这些驱动集成 电路焊垫及这些发光二极管焊垫之间的导电元件；最后，移除该第二 图案化绝缘层及一部分成形于该至少一发光二极管阵列上的第一图案 化绝缘层，以形成一构装完成的发光二极管阵列模块。此外，该成形该导电结构的步骤后，更进一步包括首先，设置 该驱动集成电路结构于一电路板上，其中该电路板具有至少一输出/ 输入焊垫；然后，形成一电性连接于该驱动集成电路结构及该至少一 输出/输入焊垫之间的第二导电结构。因此，本发明通过半导体制程来制作该至少一发光二极管阵列与 该驱动集成电路结构之间的电性连接，而非如传统制程一样采用一根 一根进行打线接合，因此本发明不仅具有縮小产品尺寸及降低制造成 本的优点，本发明还具有因使用半导体制程而增加生产速度的优点。为了能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段 及功效，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目 的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而所示附图仅 提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
图1为本发明发光二极管阵列模块的构装方法的流程图；图2为已图案化的晶圆的示意图； 图3为图2中A的放大图； 图4为图3中4一4的剖面图；以及图5A1至图5 I分别为本发明发光二极管阵列模块的构装方法的 流程示意图。图中符号说明P 发光二极管阵列模块1 驱动集成电路结构 10a 电源焊垫 11 凹槽 110 底面2 粘着元件3 发光二极管阵列 300 下表面 31 发光二极管晶粒310 正极端311 负极端10驱动集成电路焊垫30发光二极管悍垫4 第一导电结构5 电路板6 第二导电结构 G 宽度间隙 Ll 第一绝缘层 L10 第一图案化绝缘层 L2 第二绝缘层 L20 第二图案化绝缘层 M 光罩 U 紫外光 W 晶圆具体实施方式
请参阅图1至图4、及图5A1至图5I所示，其中图1为本发明 发光二极管阵列模块(LED array module)的构装方法的流程图；图3 为图2中A的放大图；图4为图3中4-4的剖面图；图5A1图至图5 I图分别为本发明发光二极管阵列模块(LED array module)的构装方 法的流程示意图。由图1的流程图可知，本发明提供一种发光二极管阵列模块(LED array module)的构装方法，其步骤包括首先，请配合图2至图4所 示，提供一已图案化(patterned)的晶圆(wafer) W，其中该晶圆W 具有多个驱动集成电路结构(drive IC structure) 1，并且每一个驱动集 成电路结构1具有多个驱动集成电路焊垫(drive IC pad) 10 (S100); 然后，成形至少一凹槽(concave groove) 11于每一个驱动集成电路结 构l上(S102)。其中，这些驱动集成电路焊垫(drive IC pad) 10排 列成一直线形状(line-sh叩ed)，并且该至少一凹槽11可由干式蚀刻(dry etching)、湿式蚀亥U (wet etching)、机械力口工(machining)、 或任何成形方式，以形成于相对应的驱动集成电路结构l上。1040导电元件50输出/输入焊垫接下来，图5A1至图5 I皆针对每一个驱动集成电路结构1进行 描述。亦即，下列所描述的步骤S104a至步骤S118为针对每一个驱动 集成电路结构1来进行描述的步骤S 。首先，请配合图5A1所示，成形一粘着元件(adhesive element) 2于至少一发光二极管阵列3的下表面(lower surface) 300 (S104a)。 或者，请配合图5A2所示，该步骤S104a可更换为成形一粘着元件 (adhesive element) 2于该至少一凹槽11的底面(base surface) 110 (S104b)。其中，该粘着元件2可为一银胶(silver adhesive)、聚合 物(polymide)、或任何具有粘性的胶体。然后，请配合图5B1及图5B2所示(图5B1图为剖面图；图5B2 为俯视图)，设置该至少一发光二极管阵列(LED array) 3于该至少 一凹槽ll内，其中该至少一发光二极管阵列3具有多个相对应这些驱 动集成电路焊垫10的发光二极管焊垫(LED pad) 30及多个分别电性 连接于这些发光二极管焊垫(LED pad)30的发光二极管晶粒(LED die) 31 (S106)，以使得该粘着元件2设置于该至少一发光二极管阵列3 与该驱动集成电路结构1之间。再者，该至少一发光二极管阵列3与该驱动集成电路结构1之间 形成两个宽度间隙(width gap) G。其中，该至少一发光二极管阵列3 与该驱动集成电路结构1之间的两个宽度间隙G的宽度分别介于5~10 微米(/mi)，并且该至少一发光二极管阵列3与该驱动集成电路结构 l之间的纵向高度(longitudinal height)约为10微米(/xm)左右。此 外，这些发光二极管焊垫(LED pad) 30排列成与这些驱动集成电路焊 垫(drive IC pad) IO相同的一直线形状(line-shaped)，并且每一个发 光二极管晶粒31的正极端310及负极端311分别电性连接于两个相对 应的发光二极管焊垫30。接下来，请配合图5C所示，形成一第一绝缘层(first insulative成电路结构1及该至少一发光二极管阵列3上(S108)，其中该第一绝缘层为一正光阻层(positive photo resist)。 亦即，该正光阻层分别通过涂布(coating)及预烤(pre-cure)步骤而 成形在该驱动集成电路结构1及该至少一发光二极管阵列3上。接下来，请配合图5D，图案化(patterning)该第一绝缘层Ll， 以形成一用于覆盖该至少一发光二极管阵列3与该驱动集成电路结构1 之间的宽度间隙(width gap) G及曝露出这些驱动集成电路焊垫(drive ICpad) IO与这些发光二极管焊垫(LED pad) 30的第一图案化绝缘层 (patterned insulative layer) L 10 (S110)。换言之，通过一具有预定 图案的光罩(mask) M遮避该第一绝缘层L1并配合紫外光U照射该第 一绝缘层L1，以产生该用于覆盖该至少一发光二极管阵列3与该驱动 集成电路结构1之间的宽度间隙(width gap) G及曝露出这些驱动集 成电路焊垫(drive IC pad) 10与这些发光二极管焊垫(LED pad) 30 的第一图案化绝缘层(patterned insulative layer) L 10。接下来，请配合图5E所示，形成一第二绝缘层(second insulative layer) L 2于该第一 图案化绝缘层L 10上，并且该第二绝缘层L2覆盖 这些驱动集成电路焊垫(drive IC pad) 10与这些发光二极管焊垫(LED pad) 30 (S112);紧接着，请配合图5F所示，图案化(patterning)该第二绝缘层L 2 (与图5D1的方式相同，通过一具有预定图案的光罩(图未示)与紫 外光照射的配合)，以形成一与该第一图案化绝缘层LIO相互配合而 再次曝露出这些驱动集成电路焊垫(drive ICpad) IO及这些发光二极 管焊垫(LED pad) 30的第二图案化绝缘层(second patterned insulative layer) L 20 (S114)。因此，通过该第一图案化绝缘层L 10与该第二 图案化绝缘层L20的配合，以形成多个连通于这些驱动集成电路焊垫 (drive IC pad) 10及这些发光二极管焊垫(LED pad) 30之间的"n 字型'，凹槽(concave groove)。然后，请配合图5G1及图5G2所示(图5G1为剖面图；图5G2 为俯视图)，形成多个分别电性连接于这些驱动集成电路焊垫(drive IC pad) 10及这些发光二极管悍垫(LED pad) 30之间的导电元件 (conductive element) 40 (SI 16)。亦艮卩，通过蒸镀(vapor plating)、 溅镀(sputtering)、喷涂(spray)或涂布(coating)的方式，以成形 一电性连接于该驱动集成电路结构1及该至少一发光二极管阵列3之 间的第 一 导电结构(first conductive structure) 4 ，并且该第 一 导电结构 4由这些导电元件40所组成。接着，请配合图5H所示，移除该第二图案化绝缘层L2及一部分 成形于该至少一发光二极管阵列3上的第一图案化绝缘层L10 (为了 能使该至少一发光二极管阵列3的这些发光二极管晶粒31曝露出来)， 以形成一构装完成的发光二极管阵列模块(LED array module) P (S118)。接下来，该步骤S118之后，将每一个构装完成的发光二极管阵列 模块P从该晶圆W切割下来(S120)。紧接着，请配合图5I所示，设置该驱动集成电路结构1于一电 路板(PCB) 5上，其中该电路板5具有至少一输出/输入焊垫(input/output pad) 50 (S122)，(图5 I揭露出二个输出/输入焊垫 50);最后，形成一电性连接于该驱动集成电路结构1及该至少一输 出/输入焊垫50之间的第二导电结构(second conductive structure) 6(S124)(图5 I揭露出二个第二导电结构6)，其中该第二导电结构 6通过一打线(wire-bounding)方式，以电性连接于该驱动集成电路结 构i的其中一电源焊垫(power pad) 10 a及该至少一输出/输入焊垫 50之间(图5 I揭露出二组相对应的电源焊垫10a及该输出/输入焊 垫50)。换言之，由图5I可知，该构装完成的发光二极管阵列模块(LED arraymodule) P包括该驱动集成电路结构l、该粘着元件2、该至少 一发光二极管阵列3、及该第一导电结构4。其中，该驱动集成电路结 构1的上端具有至少一凹槽11及多个驱动集成电路焊垫(drive ICpad) 10。该至少一发光二极管阵列3容置于该至少一凹槽11内，并且该至 少一发光二极管阵列3具有多个相对应这些驱动集成电路焊垫10的发 光二极管焊垫(LED pad) 30及多个分别电性连接于这些发光二极管焊 垫(LED pad) 30的发光二极管晶粒(LED die) 31。该粘着元件2设 置于该至少一发光二极管阵列3与该驱动集成电路结构1之间。该第 一导电结构4电性连接于该驱动集成电路结构1及该至少一发光二极 管阵列3之间(这些导电结构40分别电性连接于这些驱动集成电路焊 垫(drive IC pad) 10及这些发光二极管焊垫(LED pad) 30之间)。再者，该构装发光二极管阵列模块(LED array module) P可设置 于该具有至少一输出/输入焊垫(i叩ut/outputpad) 50的电路板(PCB) 5上，并且通过该第二导电结构(second conductive structure) 6，以使 得该电源焊垫(power pad) 10 a及该至少一输出/输入焊垫50之间产 生电性连接。此外，上述这些驱动集成电路焊垫(drive IC pad) IO可以彼此交 错的(interlaced)方式排列而成，并且上述这些发光二极管焊垫(LED pad) 30亦可以彼此交错的(interlaced)方式排列而成。因此，该至少 一发光二极管阵列3的多个发光二极管晶粒31可以较紧密(compact) 的方式排列在一起。综上所述，本发明的发光二极管阵列模块P为一种光输出模块 (light exposure module)，其可应用在电子照相术(Electrophotography, EPG)打印机中。此外，本发明的技术特点在于先在该驱动集成电路 结构(drive IC structure) 1上干蚀刻该至少一凹槽11，然后将该发光 二极管阵列(LED array)置放入此凹槽11内，最后再以半导体制程达成600dpi 1200dpi (dots per inch)高密度的电性连接。因此，本发明 可缩小产品尺寸、降低材料成本、及降低因高密度电性连接所需的生 产成本。因此，本发明通过半导体制程(semiconductor process)来制作该 至少一发光二极管阵列3与该驱动集成电路结构1之间的电性连接， 而非如传统制程一样采用一根一根进行打线接合，因此本发明不仅具 有缩小产品尺寸及降低制造成本的优点，本发明还具有因使用半导体 制程而增加生产速度的优点。以上所述，仅为本发明最佳的一的具体实施例的详细说明与图式， 惟本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有 范围应以下述的申请专利范围为准，凡合于本发明申请专利范围的精 神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范畴中，任何熟悉该项技艺者在本发明的领域，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在本案 的专利范围内。
权利要求
1.一种发光二极管阵列模块，其特征在于，包括一驱动集成电路结构，其表面具有至少一凹槽；至少一发光二极管阵列，其容置于上述至少一凹槽内；以及一第一导电结构，其电性连接于上述驱动集成电路结构及上述至少一发光二极管阵列之间。
2. 如权利要求l所述的发光二极管阵列模块，其特征在于该至 少一凹槽为一由蚀刻或机械加工所形成的容置空间。
3. 如权利要求l所述的发光二极管阵列模块，其特征在于，更进 一步包括 一粘着元件，其设置于该至少一发光二极管阵列与该驱动 集成电路结构之间。
4. 如权利要求3所述的发光二极管阵列模块，其特征在于该粘 着元件为一银胶或聚合物。
5. 如权利要求l所述的发光二极管阵列模块，其特征在于该至 少一发光二极管阵列与该驱动集成电路结构之间形成两个宽度间隙。
6. 如权利要求5所述的发光二极管阵列模块，其特征在于该至 少一发光二极管阵列与该驱动集成电路结构之间的两个宽度间隙的宽 度分别介于5 10/rni/微米。
7. 如权利要求5所述的发光二极管阵列模块，其特征在于，更进一步包括用以覆盖该两个宽度间隙的绝缘层。
8. 如权利要求1所述的发光二极管阵列模块，其特征在于该驱 动集成电路结构具有多个驱动集成电路焊垫，并且该至少一发光二极管阵列具有多个相对应这些驱动集成电路焊垫的发光二极管焊垫。
9. 如权利要求8所述的发光二极管阵列模块，其特征在于这些 驱动集成电路焊垫及这些发光二极管焊垫皆排列成一直线形状。
10. 如权利要求8所述的发光二极管阵列模块，其特征在于这 些驱动集成电路焊垫以彼此交错的方式排列而成，并且这些发光二极 管焊垫亦以彼此交错的方式排列而成。
11. 如权利要求8所述的发光二极管阵列模块，其特征在于该 至少一发光二极管阵列具有多个相对应这些发光二极管焊垫的发光二 极管晶粒，并且每一个发光二极管晶粒的正极端及负极端分别电性连 接于两个相对应的发光二极管焊垫。
12. 如权利要求8所述的发光二极管阵列模块，其特征在于该 导电结构具有多个导电元件，并且每一个导电元件电性连接于每一个驱动集成电路焊垫及每一个发光二极管焊垫之间。
13. 如权利要求1所述的发光二极管阵列模块，其特征在于，更 进一步包括 一电路板，其具有至少一输出/输入焊垫，其中该驱动 集成电路结构设置于该电路板上。
14. 如权利要求13所述的发光二极管阵列模块，其特征在于，更 进一步包括 一电性连接于该驱动集成电路结构及该至少一输出/输 入焊垫之间的第二导电结构。
15. —种发光二极管阵列模块的构装方法，其特征在于，包括下 列步骤成形至少一凹槽于一驱动集成电路结构上； 设置至少一发光二极管阵列于该至少一凹槽内；以及通过半导体制程，以成形一电性连接于该驱动集成电路结构及该 至少一发光二极管阵列之间的第一导电结构。
16. 如权利要求15所述的发光二极管阵列模块的构装方法，其特 征在于该驱动集成电路结构从一己图案化的晶圆上切割下来。
17. 如权利要求15所述的发光二极管阵列模块的构装方法，其特 征在于该至少一凹槽由蚀刻或机械加工所形成。
18. 如权利要求15所述的发光二极管阵列模块的构装方法，其特 征在于该设置至少一发光二极管阵列于该至少一凹槽内的步骤前， 更进一步包括成形一粘着元件于该至少一发光二极管阵列的下表面， 以使得该粘着元件设置于该至少一发光二极管阵列与该驱动集成电路 结构之间。
19. 如权利要求15所述的发光二极管阵列模块的构装方法，其特 征在于该设置至少一发光二极管阵列于该至少一凹槽内的步骤前， 更进一步包括成形一粘着元件于该至少一凹槽的底面，以使得该粘 着元件设置于该至少一发光二极管阵列与该驱动集成电路结构之间。
20. 如权利要求15所述的发光二极管阵列模块的构装方法，其特 征在于该驱动集成电路结构具有多个驱动集成电路焊垫，并且该至 少一发光二极管阵列具有多个相对应这些驱动集成电路焊垫的发光二极管焊垫。
21. 如权利要求20所述的发光二极管阵列模块的构装方法，其特征在于该成形该第一导电结构的步骤中，更进一步包括形成一第一绝缘层于该驱动集成电路结构及该至少一发光二极管 阵列上；图案化该第一绝缘层，以形成一用于覆盖该至少一发光二极管阵列与该驱动集成电路结构之间的宽度间隙及曝露出这些驱动集成电路焊垫与这些发光二极管焊垫的第一图案化绝缘层；形成一第二绝缘层于该第一图案化绝缘层上，并且该第二绝缘层覆盖这些驱动集成电路焊垫与这些发光二极管焊垫；图案化该第二绝缘层，以形成一与该第一图案化绝缘层相互配合 而再次曝露出这些驱动集成电路焊垫及这些发光二极管焊垫的第二图 案化绝缘层；形成多个分别电性连接于这些驱动集成电路焊垫及这些发光二极 管焊垫之间的导电元件；以及移除该第二图案化绝缘层及一部分成形于该至少一发光二极管阵 列上的第一图案化绝缘层，以形成一构装完成的发光二极管阵列模块。
22. 如权利要求15所述的发光二极管阵列模块的构装方法，其特 征在于该成形该导电结构的步骤后，更进一步包括设置该驱动集成电路结构于一电路板上，其中该电路板具有至少 一输出/输入焊垫；以及形成一电性连接于该驱动集成电路结构及该至少一输出/输入焊 垫之间的第二导电结构。
23. 如权利要求22所述的发光二极管阵列模块的构装方法，其特 征在于该第二导电结构通过一打线方式所形成。
全文摘要
一种发光二极管阵列模块，其包括一驱动集成电路结构、至少一发光二极管阵列、一粘着元件、及一第一导电结构。该驱动集成电路结构的上端具有至少一凹槽。该发光二极管阵列容置于该凹槽内。该粘着元件设置于该至少一发光二极管阵列与该驱动集成电路结构之间。该第一导电结构电性连接于该驱动集成电路结构及该至少一发光二极管阵列之间。该发光二极管阵列模块设置于一具有至少一输出/输入焊垫的电路板上，并且通过一第二导电结构，以使得该驱动集成电路结构及该至少一输出/输入焊垫之间产生电性连接。本发明可缩小产品尺寸、降低材料成本、及降低因高密度电性连接所需的生产成本。
文档编号H01L21/60GK101330081SQ20071011213
公开日2008年12月24日 申请日期2007年6月19日 优先权日2007年6月19日
发明者吴明哲 申请人:环隆电气股份有限公司