CN102104108A - 发光二极管封装及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发光二极管封装及其制造方法。提供了一种发光二极管(LED)封装和制造LED封装的方法。该LED封装包括：壳体，其具有贯穿所述壳体而设置的第一引线框和第二引线框；设置在所述壳体上的LED芯片，所述LED芯片具有分别通过共晶键合而直接连接至所述第一引线框和所述第二引线框的第一电极和第二电极；以及透镜，其设置在所述壳体上，并覆盖所述LED芯片。

Description

发光二极管封装及其制造方法

技术领域

本发明涉及发光二极管(LED)封装，并且更具体地说，涉及能够防止结合工序期间的问题的LED封装和制造该LED封装的方法。

背景技术

本申请要求2009年12月21日提交的韩国专利申请No.10-2009-0127788的权益，此处以引证的方式并入其内容。

近来，LED因其尺寸小、功耗低以及可靠性高的特性而被宽泛地使用。例如，LED被用于电气照明和显示设备中的光源。具体来说，为了取代荧光灯，可以使用发射白光的LED。还可以将发射白光的LED引入液晶显示(LCD)设备中的背光单元。

图1是相关技术LED封装的截面图。如图1所示，LED封装10包括：用于发光的LED芯片20、作为外壳的壳体30、荧光微粒40、第一和第二电极引线50a和50b、导热体60、一对导线70以及透镜80。该透镜80覆盖LED芯片20和荧光微粒40。

LED芯片20设置在导热体60上。该导热体60具有空间。导热体60的空间利用壳体30覆盖并且充满有荧光微粒40。第一和第二电极引线50a和50b贯穿导热体60设置，并且第一和第二电极引线50a和50b中的每一个的一端从壳体30突出以电连接至外部电流提供单元(未示出)，以接收用于LED芯片20的驱动电流。第一和第二电极引线50a和50b中的每一个的另一端分别通过导线70电连接至LED芯片20。透镜80覆盖LED芯片20、荧光微粒40、导热体60以及导线70，并且控制来自LED芯片20的光的角度。

当向LED芯片20施加驱动电流时，LED芯片20发光。来自LED芯片20的光与来自荧光微粒40的光混合，以生成白光。因而，通过透镜80发射白光。

LED封装10需要导线70来从外部电流提供单元向LED芯片20提供驱动电流。遗憾的是，导线70上可能存在开路缺陷。另外，因为导线70定位在来自LED芯片20的光的路径处，所以减小了LED封装10的发光效率。而且，需要结合工序(例如，焊接工序)以将导线70连接至LED芯片20。结合工序非常复杂，也使得加工产量下降。

发明内容

因此，本发明致力于提供一种LED封装和制造该LED封装的方法，其能够基本上克服因相关技术的局限和缺点带来的一个或更多个问题。

本发明的一个目的是提高LED封装的层叠效率。

本发明的另一目的是防止用于LED封装的结合工序期间的问题。

为了实现这些和其它优点，按照本发明的目的，作为具体和广义的描述，一种发光二极管(LED)封装包括：壳体，其具有贯穿所述壳体而设置的第一引线框和第二引线框；设置在所述壳体上的LED芯片，所述LED芯片具有分别通过共晶键合而直接连接至所述第一引线框和所述第二引线框的第一电极和第二电极；以及透镜，其设置在所述壳体上，并覆盖所述LED芯片。

在另一方面，一种制造发光二极管(LED)封装的方法包括以下步骤：形成表面上具有第一引线框和第二引线框的壳体；形成具有透明基板、LED结构、第一电极以及第二电极的LED芯片；在所述壳体上定位所述LED芯片，使得所述第一电极和所述第二电极直接接触所述第一引线框和所述第二引线框；将电磁辐射照射到所述第一电极与所述第一引线框之间的接触部分以及所述第二电极与所述第二引线框之间的接触部分上，以产生共晶键合。

本发明的附加特征和优点将在下面的描述中描述且将从描述中部分地显现，或者可以通过本发明的实践来了解。通过书面的说明书及其权利要求以及附图中特别指出的结构可以实现和获得本发明的目的和其它优点。

应当理解，上述一般描述和下述详细描述是示例性和说明性的，且旨在提供所要求保护的本发明的进一步解释。

附图说明

附图被包括在本说明书中以提供对本发明的进一步理解，并结合到本说明书中且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施方式，且与说明书一起用于解释本发明的原理。附图中：

图1是相关技术LED封装的截面图；

图2是根据本发明示例性实施方式的LED芯片的示意性截面图；

图3是根据本发明示例性实施方式的LED封装的示意性截面图；

图4是示出根据本发明示例性实施方式的将LED芯片与LED封装结合的结合特征的示意性截面图；以及

图5A到5E是例示根据本发明示例性实施方式的用于LED芯片的结合工序的截面图。

具体实施方式

下面将详细描述优选实施方式，在附图中例示出了其示例。

图2是根据本发明示例性实施方式的LED芯片的示意性截面图。如图2所示，LED芯片100包括：基板101、n型半导体层120、有源层130、p型半导体层140、第一和第二反射板170a和170b、第一电极150以及第二电极160。P型半导体层140和n型半导体层120形成正向偏压结。基板101可以由诸如蓝宝石的透明材料形成。另选的是，可以将氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)或氮化铝(AlN)用于基板101。

n型半导体层120形成在基板101上。为了改进点阵结(lattice junction)特性，可以在基板101与n型半导体层120之间形成缓冲层(未示出)。缓冲层可以由GaN或AlN/GaN形成。n型半导体层120可以由掺杂了n型导电掺杂物的GaN或GaN/AlGaN形成。例如，n型导电掺杂物可以是硅(Si)、锗(Ge)或锡(Sn)。这里，通常使用Si。

有源层130形成在n型半导体层120上。有源层130由GaN基材料形成，以使有源层130具有单量子阱结构，多量子阱结构，或它们的超点阵结构。例如，可以将AlGaN、AlNGaN、InGaN中的至少一种用于有源层130。

p型半导体层140形成在有源层130上。p型半导体层140可以由掺杂p型导电掺杂物的GaN或GaN/AlGaN形成。例如，p型导电掺杂物可以是镁(Mg)、锌(Zn)或铍(Be)。这里，使用Mg。

p型半导体层140和有源层130被台面蚀刻(mesa-etched)以露出n型半导体层120的一部分。即，p型半导体层140和有源层130中的每一个都与n型半导体层120的另一部分交叠。

第一电极150形成在n型半导体层120的一部分上，而第二电极160形成在p型半导体层140上。第一和第二电极150和160具有距基板101大致相同的高度。这可以称为顶到顶布置。该LED芯片100可以称为水平型。

当向第二电极160和第一电极150施加电压时，将空穴和电子分别注入到p型半导体层140和n型半导体层120中。空穴和电子在有源层130中复合，使得通过基板101发射光。

在根据本发明示例性实施方式的LED芯片100中，第一反射板170a设置在n型半导体层120上且在第一电极150之下，而第二反射板170b设置在p型半导体层140上且在第二电极160之下。利用第一和第二反射板170a和170b，提高了LED芯片100的光效率。

第一和第二反射板170a和170b中的每一个都由高反射特性材料形成，该高反射特性材料在可见光波长、红外波长以及紫外波长下具有大约70％的反射率。而且，如果第一和第二电极150和160分别通过第一和第二反射板170a和170b连接，则第一和第二反射板170a和170b中的每一个都应是导电的。例如，可以将银(Ag)、铝(Al)、钼(Mo)或铬(Cr)用于第一和第二反射板170a和170b。这里，可以将用于第一和第二反射板170a和170b的材料沉积为膜。

图3是根据本发明示例性实施方式的LED封装的示意性截面图，而图4是示出根据本发明示例性实施方式的将LED芯片与LED封装结合的结合特征的示意性截面图。

如图3和4所示，LED封装200包括：包括第一和第二引线框250a和250b的引线框250、导热体260、LED芯片100、作为外壳的壳体230、以及覆盖LED芯片100的透镜280。

LED芯片100是水平型的，并且包括第一电极150(图2)和第二电极160(图2)。与图3的取向相比，LED芯片100按相反取向设置在引线框250上。第一电极150和第二电极160电连接至第一和第二引线框250a和250b，使得将电力提供到LED芯片100中。结果，LED芯片100发光。

来自LED芯片100的热通过导热体260传导至外部。导热体260由诸如金属材料的导热材料形成。导热体260具有空间。导热体260的空间利用壳体230覆盖并且充满有荧光微粒240。然而，导热体260可以被省略。在这种情况下，将荧光微粒240设置在壳体230中。

第一和第二引线框250a和250b可以贯穿壳体230或导热体260设置，并且第一和第二引线框250a和250b中的每一个的一端从壳体230突出。如果使用导热体，则可以使第一和第二引线框250a和250b与导热体260相接触。第一和第二引线框250a和250b中的每一个的一端电连接至外部电流提供单元，以接收用于LED芯片100的驱动电流。

透镜280覆盖LED芯片100、荧光微粒240以及导热体260，并且控制来自LED芯片100的光的角度。该透镜控制来自各个LED芯片100的光的辐射角。透镜280可以根据它们的形状而分类为高圆顶发射器型、低圆顶发射器型或侧发射器型。高圆顶发射器型透镜具有大约140度的辐射角。低圆顶发射器型透镜具有大约110度的辐射角，和比高圆顶发射器型更低的圆顶形状。侧发射器型透镜具有冠状，和大约200度的辐射角。

如果LED芯片100发射蓝光，则荧光微粒240为黄色类型。例如，黄色类型荧光微粒可以是掺杂铈的钇铝石榴石T₃Al₅O₁₂:Ce(YAG:Ce)基材料。

如果LED芯片100发射UV光，则荧光微粒240包括红色、绿色以及蓝色荧光微粒。通过控制红色、绿色以及蓝色荧光微粒的相对比，可以控制来自LED封装200的光的颜色。

例如，红色荧光微粒可以是作为氧化钇(Y₂O₃)和铕(EU)的化合物的Y₂O₃:EU(YOX)基材料。氧化钇(Y₂O₃)具有611nm的主波长。绿色荧光微粒可以是作为磷酸(PO₄)、镧(La)、铽(Tb)的化合物的LaPO₄:Ce，Tb(LAP)基材料。磷酸具有544nm的主波长。蓝色荧光微粒可以是作为钡(Ba)、镁(Mg)、氧化铝基材料以及铕(EU)的化合物的BaMgAl₁₀O₁₇:EU(BAM)基材料。钡具有450nm的主波长。该主波长被限定为用于产生最高亮度的波长。

当通过引线框250将电力提供给LED芯片100时，LED芯片100发光。荧光微粒240被来自LED芯片100的光激发，使得来自LED芯片100的光和来自荧光微粒240的光混合。结果，通过透镜280发射白光。

在根据图3的示例性实施方式的LED封装200中，LED芯片100通过共晶键合(eutectic bonding)电连接至引线框250。即，LED芯片100通过在大约200℃到700℃的高温下热压而电连接至引线框250，以在键合中获得强度和可靠性。

针对共晶键合，引线框250可以由Au/Sn、Au/Ni、Au/Ge、Au、Sn以及Ni中的一种形成。优选的是，引线框250可以利用上述材料中的一种电镀而形成。另外，与引线框250共晶键合的第一电极150和第二电极160中的每一个都可以由Au/Sn、Au/Ni、Au/Ge、Au、Sn以及Ni中的一种形成。优选的是，第一电极150和第二电极160中的每一个都可以由上述材料中的一种的电镀而形成。例如，第一电极150和第二电极160中的每一个都可以由Au/Sn形成，而引线框250可以由Au形成。在这种情况下，Au与Sn的重量比可以为8∶2。另选的是，第一电极150和第二电极160中的每一个都可以由Au形成，而引线框250可以由Au/Sn形成。

当通过使第一电极150和第二电极160中的每一个与引线框250相接触来执行热压时，第一电极150和引线框250的接触部分以及第二电极160和引线框250的接触部分熔化，使得共晶合金形成在第一电极150与引线框250之间的界面以及第二电极160与引线框250之间的界面处。结果，将第一电极150和第二电极160电连接至引线框250的第一和第二引线框250a和250b。

共晶合金具有预定的Au与Sn成分比，并且用作第一和第二导电粘合膜310a和310b。即，LED芯片110通过作为共晶合金的第一和第二导电粘合膜310a和310b电连接至第一和第二引线框250a和250b。

共晶键合具有优良的结合强度，并且不需要涂敷粘合材料的步骤。如上所述，LED芯片100的第一和第二电极150和160通过共晶键合电连接至第一和第二引线框250a和250b。即，LED芯片100在引线框250上具有倒装芯片安装结构。

因为LED芯片100在不需要导线70(图1)的情况下通过引线框250接收来自外部电流提供单元的电力，所以避免了导线上的开路缺陷。另外，还避免了因导线而造成的亮度效率降低。而且，因为不需要用于将导线连接至LED芯片的结合工序(例如，焊接工序)，所以提高了加工产量。而且，因为将具有高导热特性的材料(例如，Au/Sn)用于第一和第二电极，所以进一步减少了对LED封装的热损坏。

LED封装200还包括处于第一与第二引线框250a和250b之间的绝缘图案320。该绝缘图案320具有大于第一和第二引线框250a和250b的厚度，以使防止第一与第二电极150和160之间的电短路。即，将该绝缘图案320的端部设置在第一与第二电极150和160之间以用作壁。例如，该绝缘图案320可以由SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、TiO₂、HfO₂、T₂O₃、MgO以及AlN中的至少一种形成。

图5A到5E是例示根据本发明示例性实施方式的用于LED芯片的结合工序的截面图。

如图5A所示，将第一和第二引线框图案270a和270b以及绝缘图案320形成在导热体260上。在没有导热体260的情况下，可以将第一和第二引线框图案270a和270b以及绝缘图案320形成在壳体230上。第一和第二引线框图案270a和270b中的每一个都可以由Au/Sn、Au/Ni、Au/Ge、Au、Sn以及Ni中的一种形成。第一和第二引线框图案270a和270b彼此隔开以露出导热体260的一部分。绝缘图案320设置在第一与第二引线框图案270a和270b之间的空间272中。例如，在将第一和第二引线框图案270a和270b形成在导热体260上之后，在该空间中形成绝缘图案320。另选的是，在将绝缘图案320形成在导热体260上之后，将第一和第二引线框图案270a和270b分别形成在绝缘图案320的两侧处。绝缘图案320与第一和第二引线框图案270a和270b中的每一个具有大致相同的厚度，以形成平顶表面。

接下来，如图5B所示，将LED芯片100设置在导热体260上，以使第一和第二电极150和160分别接触第一和第二引线框图案270a和270b，并且将绝缘图案320设置在第一与第二电极150和160之间。LED芯片100可以利用真空卡盘(例如，套爪卡盘)来移动。如上所述，第一与第二电极150和160中的每一个都可以由Au/Sn、Au/Ni、Au/Ge、Au、Sn以及Ni中的一种形成。绝缘图案320的宽度等于或小于第一与第二电极150和160之间的距离。

接下来，如图5C所示，为了将LED芯片100固定在第一和第二引线框图案270a和270b上，利用按压装置(例如，毛细管)来按压LED芯片100。

接下来，如图5D所示，通过将激光束LB照射到LED芯片的前侧和后侧，以加热第一引线框图案270a与第一电极150之间的接触部分以及第二引线框图案270b与第二电极160之间的接触部分。另选的是，可以在LED芯片的前侧和后侧中的一侧上采用一个激光束LB。

结果，在第一引线框图案270a与第一电极150之间以及第二引线框图案170b与第二电极160之间产生共晶键合。第一和第二引线框图案270a和270b中的每一个的厚度由于共晶键合反应而减少，以形成第一和第二引线框250a和250b，如图5E所示。另外，因为第一和第二引线框图案270a和270b中的每一个的厚度因共晶键合反应而减少，所以绝缘图案320具有大于第一和第二引线框250a和250b中的每一个的厚度，并且设置在第一与第二电极150和160之间，以用作壁。通过共晶键合反应，在第一引线框图案270a与第一电极150之间以及在第二引线框图案270b与第二电极160之间分别形成第一和第二导电粘合膜310a和310b。由于第一和第二导电粘合膜310a和310b，将LED芯片100的第一和第二电极150和160分别电连接至第一和第二引线框250a和250b。

可以同时执行按压步骤和激光束照射步骤。

该激光束LB可以是红外激光束。例如，可以使用具有1064nm波长的YAG型激光源。该激光束在大约0.01秒至1秒期间照射。第一引线框图案270a与第一电极150之间的接触部分以及第二引线框图案270b与第二电极160之间的接触部分处的温度在加热工序期间可以为大约200℃到700℃。

根据本发明的示例性实施方式，因为第一引线框图案270a与第一电极150之间的接触部分以及第二引线框图案270b与第二电极160之间的接触部分被激光束LB瞬间且局部加热，所以最小化了针对LED芯片的热损坏。因为LED芯片100在不需要使用导线70(图1)的情况下，通过引线框250接收来自外部电流提供单元(未示出)的电力，所以避免了导线上的开路缺陷。另外，还避免了因导线而造成的亮度效率下降。而且，因为不需要用于将导线连接至LED芯片的结合工序(例如，焊接工序)，所以提高了加工产量。而且，因为将具有高导热特性的材料(例如，Au/Sn)用于第一和第二电极，所以进一步减少了对LED封装的热损坏。

对于本领域技术人员而言很明显，在不偏离本发明的精神或范围的条件下，可以在本发明中做出各种修改和变型。因而，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的本发明的修改和变型。

Claims (24)

1.一种发光二极管LED封装，该LED封装包括：

壳体，其具有贯穿所述壳体而设置的第一引线框和第二引线框；

设置在所述壳体上的LED芯片，所述LED芯片具有分别通过共晶键合而直接连接至所述第一引线框和所述第二引线框的第一电极和第二电极；以及

透镜，其设置在所述壳体上，并覆盖所述LED芯片。

2.根据权利要求1所述的LED封装，其中，所述LED芯片包括：

基板，其由透明材料形成；

第一导电类型的第一半导体层，其设置在所述基板上；

有源层，其形成在所述第一半导体层上；

第二导电类型的第二半导体层；

其中，所述有源层和所述第二半导体层具有比所述第一半导体层更小的宽度，以使其相对于所述第一半导体层的一部分是缺少的；

第一电极，其设置在所述第一半导体层上的缺少所述有源层和所述第二半导体层的所述一部分处；

第二电极，其设置在所述第二半导体层上。

3.根据权利要求2所述的LED封装，其中，所述第一半导体层包括n型半导体材料，所述第二半导体层包括p型半导体材料。

4.根据权利要求2所述的LED封装，其中，所述LED芯片还包括缓冲层，该缓冲层处于所述基板与所述第一半导体层之间。

5.根据权利要求2所述的LED封装，其中，所述第一电极和所述第二电极距所述基板具有大致相同的高度。

6.根据权利要求1所述的LED封装，其中，所述LED芯片设置在所述壳体上，使得所述基板设置在所述LED芯片的远离所述壳体的一侧上。

7.根据权利要求1所述的LED封装，其中，所述第一电极和所述第二电极分别包括第一反射板和第二反射板。

8.根据权利要求7所述的LED封装，其中，所述第一反射板和所述第二反射板包括金属薄膜。

9.根据权利要求1所述的LED封装，该LED封装还包括设置在所述壳体中的荧光材料。

10.根据权利要求1所述的LED封装，其中，所述壳体包括导热体。

11.根据权利要求1所述的LED封装，其中，所述第一引线框和所述第二引线框包括Au/Sn、Au/Ni、Au/Ge、Au、Sn、以及Ni中的一种。

12.根据权利要求1所述的LED封装，其中，所述第一电极和所述第二电极包括Au/Sn、Au/Ni、Au/Ge、Au、Sn、以及Ni中的一种。

13.根据权利要求1所述的LED封装，该LED封装还包括设置在所述壳体上的绝缘体，该绝缘体处于所述第一引线框与所述第二引线框之间，以使所述第一引线框和所述第二引线框电绝缘。

14.一种制造发光二极管LED封装的方法，该方法包括以下步骤：

形成表面上具有第一引线框和第二引线框的壳体；

形成具有透明基板、LED结构、第一电极以及第二电极的LED芯片；

在所述壳体上定位所述LED芯片，使得所述第一电极和所述第二电极直接接触所述第一引线框和所述第二引线框；

将电磁辐射照射到所述第一电极与所述第一引线框之间的接触部分以及所述第二电极与所述第二引线框之间的接触部分上，以产生共晶键合。

15.根据权利要求14所述的方法，所述第一电极和所述第二电极距所述基板具有大致相同的高度。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，照射电磁辐射的步骤包括：将至少一个激光束照射到所述接触部分上。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，从所述LED芯片的前侧和后侧照射激光束。

18.根据权利要求14所述的方法，其中，照射电磁辐射的步骤在所述接触部分处产生热以产生共晶键合。

19.根据权利要求14所述的方法，其中，所述LED芯片的所述第一电极和所述第二电极与所述壳体的所述第一引线框和所述第二引线框在利用电磁辐射照射所述接触部分时被压接在一起。

20.根据权利要求14所述的方法，其中，所述壳体还具有设置在所述壳体上的绝缘体，该绝缘体处于所述第一引线框与所述第二引线框之间，以使所述第一引线框和所述第二引线框电绝缘。

21.根据权利要求14所述的方法，其中，所述LED结构包括：

基板，其由透明材料形成；

第一导电类型的第一半导体层，其设置在所述基板上；

有源层，其形成在所述第一半导体层上；

第二导电类型的第二半导体层；

其中，所述有源层和所述第二半导体层具有比所述第一半导体层更小的宽度，以使其相对于所述第一半导体层的一部分是缺少的。

22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述第一电极设置在所述第一半导体层上的缺少所述有源层和所述第二半导体层的所述一部分处，所述第二电极设置在所述第二半导体层上。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述LED芯片还包括处于所述第一电极与所述第一半导体层之间的第一反射板以及处于所述第二电极与所述第二半导体层之间的第二反射板。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述第一反射板和所述第二反射板包括金属薄膜。

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