TWI470836B - 發光二極體封裝結構 - Google Patents

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Description

發光二極體封裝結構
本發明係有關於一種封裝結構，且特別是有關於一種發光二極體封裝結構(light-emitting diode package structure)。
發光二極體具有一P/N接面，而對發光二極體的P/N接面施加電壓可使發光二極體發光。發光二極體元件可廣泛地使用在各種應用中，例如指示器(indicator)、招牌、照明、以及其他種類的照明元件。發光二極體(light-emitting diode,LED)由於體積小、使用壽命長、耗電量低與亮度高等優點，已逐漸取代傳統的燈泡，成為目前最重要的發光元件。
傳統上是以表面黏著技術製程(surface mount technology,SMT)製作發光二極體。第1A~1D圖顯示一習知使用表面黏著技術的封裝製程剖面示意圖，其中該封裝結構為一水平式封裝結構。在第1A圖中，首先提供一支架(lead-frame)11，其包括一散熱塊11a、複數個導線腳11b、及一主體部分11c。接著，如第1B圖所示，使用固晶膠將發光二極體晶片21固定於支架11中的散熱塊11a上，其中晶片21包括兩個電性相反之電極21b、21c於晶片21的表面上。在固定晶片21後，進行打線31使晶片21上之電極21a、21b電性連接至複數個導線腳11b，其中導線31如第1C圖所示。完成打線31後，在主體部分11c之其中包括晶片21、導線31、及導線腳11b之凹槽中，灌入封裝膠41以完成封裝，如第1D圖所示。
以傳統表面黏著技術製程製作發光二極體，需將發光二極體晶片以固晶、打線、點膠等製程製作於支架上，之後再使用銲錫膏經回焊將封裝結構固定於已鋪設線路的電路板上。此製程不僅繁瑣費時，還有斷線、封裝膠剝離、固晶膠散熱不佳等缺點，且製作出的發光二極體封裝結構具有毫米尺寸，無法將尺寸進一步微縮。
因此，需提出一種改良的發光二極體封裝結構以克服上列缺點。
本發明係有關一種發光二極體封裝結構，包括：一螢光基板；一發光二極體晶片，設置於該螢光基板上，該發光二極體晶片具有一對電極；一線路，設置於該螢光基板上，且電性連接至該發光二極體晶片之該對電極；一保護層，形成於該發光二極體晶片上，且具有一開口露出部分該發光二極體晶片；及一散熱塊，設置於該保護層上且填入該開口。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
以下特舉出本發明之實施例，並配合所附圖式作詳細說明，而在圖式或說明中所使用的相同符號表示相同或類似的部分，且在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，並以簡化或是方便標示。再者，圖式中各元件之部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖式中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形狀。此外，當某一層被描述為在另一層(或基底)”上”時，其可代表該層與另一層(或基底)為直接接觸，或兩者之間另有其他層存在。另外，特定之實施例僅為揭示本發明使用之特定方式，其並非用以限定本發明。
本發明之發光二極體封裝結構是先將一發光二極體晶片固定於一螢光基板上，再以半導體製程將線路、保護層、散熱塊或散熱基板等製作完成，可形成具有微米等級的超薄發光二極體封裝體。
第2圖為一根據本發明實施例之發光二極體封裝結構200的剖面圖。首先，提供一螢光基板10，其中螢光基板10可包括陶瓷螢光基板或矽膠螢光基板。螢光基板10的厚度可約為10-40 μm。在一些實施例中，陶瓷螢光基板10的形成可藉由鍛燒螢光粉及陶瓷粉末的混合物，其中陶瓷粉末為例如氧化鋁或氧化矽粉末。在其他實施例中，矽膠螢光基板10的形成可藉由先混煉螢光粉及塑料的混合物，再將混煉後的混合物射出加工處理而得到想要的基板，其中塑料為例如環形嵌段共聚物(cyclic block copolymer,CBC)或環烯烴共聚物(cyclic olefin copolymer,COC)。
接著，設置一發光二極體晶片20於螢光基板10上。發光二極體晶片20具有一對設置於晶片20之上表面的電極20a，其分別為P電極和N電極。在一些實施例中，晶片20的設置方式可藉由先形成一透明膠(未顯示)，包括環氧樹脂或矽膠，於螢光基板10即將設置發光二極體晶片20的區域上，再將晶片20設置於透明膠上，藉此接合晶片20與螢光基板10。發光二極體晶片20可為一水平式晶片，且至少包括一p型半導體層、一主動區域及一n型半導體層，其中主動區域位於p型及n型半導體層之間。另外，在晶片20相反於螢光基板10的一側，可選擇性地形成一金屬反射層，金屬反射層之材質可為Al、Ag、Ni、Ph、Pd、Pt、Ru、Au及上述任意組合。上述p型、n型半導體層可為III-V族半導體材料，例如III-V族GaN材料，並以Alx Gay In(1-x-y) N(0≦x≦1,0≦y≦1)表示。從發光二極體晶片20所發出的光較佳為藍光或紫外光，但也可為其他合適波長，且所發出的光將以第2圖所示之方向為基準，朝螢光基板10向下發出，如箭號15所示。若發光二極體晶片20所發出的光為藍光或紫外光，可選擇合適的螢光基板發光二極體封裝結構200之最終出光顏色混合為白光。在一些實施例中，發光二極體晶片20的厚度可約為70-90 μm。
在設置發光二極體晶片20於螢光基板10上之後，設置一線路30於螢光基板10上。線路30位於螢光基板10的上表面上，此外，線路30更沿晶片20之側壁延伸且電性連接至上述電極20a，因此線路30至少有一部分被設置於晶片20上。線路30之材料可為金、銅或其他具有良好導電性之金屬。線路30之形成可利用沉積、微影、蝕刻等技術，其中沉積可利用化學氣相沉積、物理氣相沉積、電鍍或其他合適之沉積方法，而蝕刻可為乾蝕刻或濕蝕刻。
接著，形成一保護層40於發光二極體晶片20上，其中保護層40具有一開口40a於晶片20的上方，部分露出發光二極體晶片20。例如可先利用化學氣相沉積或其他合適之沉積方法將保護層40毯覆性地覆蓋在上方，再以微影及蝕刻製程形成開口40a。開口40a的大小或形狀並不限定，且可依需要調整。保護層40的厚度可約為90-110 μm。保護層40之材料可包括聚亞醯胺、苯環丁烯(butylcyclobutene,BCB)、聚對二甲苯(parylene)、萘聚合物(polynaphthalenes)、氟碳化物(fluorocarbons)、丙烯酸酯(acrylates)或前述之組合。
在形成保護層40之後，在一些實施例中，更包括順應性地形成一黏著層50於保護層40之上表面及開口40a中。黏著層50之作用主要在於接合保護層40及即將形成的散熱塊60。黏著層50之材質可包括Ti及Cu。黏著層50的厚度可約為5-10 μm。在其他實施例中，可不形成上述黏著層。
接著，設置一散熱塊60於保護層40上，且填入該開口40a。散熱塊60的材料可為一般習知之各種散熱材料，例如銅、鋁或鋁合金。散熱塊60最厚部分的厚度t可約為40-60 μm。
在散熱塊60形成於保護層40上之後，可形成一共晶層70於散熱塊60上方。共晶層70之材質可為金錫合金(AuSn)或擇自下列材料至少其一：Au、Ti、Ni、Pt、Rh、Al、In及Sn。共晶層70之厚度可約為1-5 μm。共晶層70之作用在於可藉由該層將發光二極體封裝結構200接合至例如一電路板，而使用熔點較低的共晶材質可使之後的接合得以在較低溫度下進行。另外，除散熱塊6所提供良好的導熱外，共晶層也可提供額外的導熱，使發光二極體封裝200的整體導熱性質更加良好。
參見第2圖，根據於本發明之實施例所提供的發光二極體封裝結構200包括螢光基板10，以及在螢光基板10上依序形成的發光二極體晶片20、線路30、保護層40、黏著層50、散熱塊60及共晶層70。發光二極體晶片20設置於螢光基板10上，且具有一對設置於晶片20之上表面的電極20a。線路30設置於螢光基板10上，並沿晶片20之側壁延伸且電性連接至電極20a，因此線路30至少有一部分被設置於晶片20上。保護層40形成於晶片20上，且具有一開口露出部分晶片20。散熱塊60形成於保護層40上，且填入保護層40之開口。
因此，如第2圖所示，本發明實施例之發光二極體封裝結構200可具有約130-200 μm之總厚度T，例如小於約200 μm。這也就是說，本發明所提供之發光二極體封裝結構可具有微米等級的總厚度。本發明之發光二極體封裝結構還具有下列優點，例如在製程中不需打線、不需封裝膠、並且在晶片與基板間無間隙而可增加散熱，因此可克服例如製程繁雜費時、斷線、封裝膠剝離、固晶膠散熱不佳等的缺點。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10．．．螢光基板
11．．．支架
11a、60．．．散熱塊
11b．．．導線腳
11c．．．主體部分
15．．．出光方向
20、21．．．發光二極體晶片
20a、21a、21b．．．電極
30．．．線路
31．．．導線
40．．．保護層
41．．．封裝膠
40a．．．開口
50．．．黏著層
70．．．共晶層
200．．．發光二極體封裝結構
t、T．．．厚度
第1A~1D圖顯示一習知使用表面黏著技術的封裝製程剖面示意圖。
第2圖為一根據本發明實施例之發光二極體封裝結構200的剖面圖。
10．．．螢光基板
15．．．出光方向
20．．．發光二極體晶片
20a．．．電極
30．．．線路
40．．．保護層
40a．．．開口
50．．．黏著層
60．．．散熱塊
70．．．共晶層
200．．．發光二極體封裝結構
t、T．．．厚度

Claims (12)

  1. 一種發光二極體封裝結構，包括：一螢光基板；一發光二極體晶片，設置於該螢光基板上，該發光二極體晶片具有一對電極；一線路，設置於該螢光基板上，且電性連接至該發光二極體晶片之該對電極；一保護層，形成於該發光二極體晶片上，且具有一開口露出部分該發光二極體晶片；及一散熱塊，設置於該保護層上且填入該開口。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中該螢光基板包括陶瓷螢光基板或矽膠螢光基板。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中該保護層包括聚亞醯胺、苯環丁烯、聚對二甲苯、萘聚合物、氟碳化物、丙烯酸酯或前述之組合。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，更包括一黏著層，順應性地形成於該保護層之上表面及該開口中。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體封裝結構，其中該黏著層之材質包括Ti及Cu。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，更包括一共晶層，形成於該散熱塊上方。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體封裝結構，其中該共晶層之材質為金錫合金。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體封裝結構，其中該共晶層之厚度約為1-5 μm。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，更包括一透明膠，形成於該螢光基板及該發光二極體晶片之間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體封裝結構，其中該透明膠包括環氧樹脂或矽膠。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其厚度不超過200微米。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中該對電極設置於該發光二極體晶片之上表面，且該線路沿該發光二極體晶片之側壁延伸至該對電極。
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