CN100382344C - 发光二极管封装结构及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管封装结构及其制作方法，利用由两层硅基材间夹有绝缘层的绝缘硅作为封装基板，然后，在绝缘硅基板的两层硅基材上分别制作凹槽反射座与可将绝缘硅基板分割出正负电极的隔绝槽，再制作多个金属导线电连接前述两层硅基材，即可将发光二极管芯片配置于凹槽反射座上并透过金属导线而电连接至绝缘硅基板的正负电极，可实现发光二极管的封装作业，并提高耐温性、散热性，以及简化制程。

Description

发光二极管封装结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种发光二极管封装结构及其制作方法，特别是一种以绝缘硅作为封装基板的发光二极管封装结构及其制作方法。
背景技术
传统的表面黏着型发光二极管(SMD LED，以下仅以缩写表示)封装主要分有支架型与电路板型，支架型是利用金属支架与耐温塑料材料射出成型为一槽座，来作为发光二极管芯片固定的基座，而电路板型则是以复合材料电路板作为基板，随后再于槽座或基板上进行固晶、打线、封胶等动作；这两种方法具有一些共同缺点，其一是耐温性不够，特别是SMD LED与其它电路板线路接合时需过高温炉(约250～300℃)，导致SMD LED容易产生异常不良现象，再来就是散热性不佳，LED在操作时通常会伴随之热量的累积，尤其是光功率的LED。温度升高会对SMD LED的发光效率跟质量产生不良影响，另外，微小化时其反射凹槽在传统SMD LED工艺中基本上是很难制作的。
台湾专利号为495939的台湾专利提出一种发光二极管的封装方法，如图1所示，其主要是以硅芯片为封装基板，利用硅基板8的晶面具有特定结晶方向，可以刻蚀出凹槽，并在硅基板8背面制作贯孔电极13，同时利用氧化处理形成绝缘层15后再镀反射层16与电极层17、18，如此即形成可供发光二极管芯片3制放的基座，之后再作固晶、打线、封胶、切割等步骤，即可完成发光二极管成品；此方法具有耐温性高，制作反射槽容易、散热性好等优点，大幅改善传统的SMD LED封装方法，然而，其工艺中必需多次进出炉管，以成长所需的绝缘层，制作流程甚为复杂，因此，确实应寻求一种工艺更为简易，并能同时改善耐温性、散热性与反射凹槽的制作等问题的发光二极管的封装方法。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于提供一种发光二极管封装结构及其制作方法，利用绝缘硅(silicon-on-insulator，SOI)作为封装基板，并在绝缘硅基板上制作凹槽反射座，以形成可供发光二极管芯片置放的基座，而绝缘硅基板上电器特性的隔绝可直接利用绝缘硅基板上的绝缘层，并不需要再进出高温成长绝缘层，这样可达到耐温性高，制作反射槽容易、散热性好与制程简化等优点。
为了实现上述目的，本发明提供了一种发光二极管封装结构的制作方法，包括以下步骤：
提供一绝缘硅基板，该绝缘硅基板由一第一硅基材与一第二硅基材及该第一硅基材与第二硅基材夹住的一绝缘层所构成；
分别刻蚀该第一硅基材与该第二硅基材形成一凹槽反射座与一隔绝槽，该隔绝槽将该绝缘硅基板分隔出正负电极的接触面；
在该绝缘硅基板形成多个金属导线；及
在该绝缘硅基板的该凹槽反射座上配置一发光二极管芯片，该发光二极管的正负电极通过该金属导线分别电连接到该绝缘硅基板的正负电极。
为了更好的实现上述目的，本发明还提供了一种发光二极管封装结构，包括：
一绝缘硅基板，该绝缘硅基板由一第一硅基材、一第二硅基材及该第一硅基材和第二硅基材夹住的一绝缘层构成，该第一硅基材上设有一凹槽反射座，该凹槽反射座底部具有一隔绝槽，该凹槽反射座被该隔绝槽分隔出正负电极的接触面，该绝缘硅基板具有多个金属导线；及
一发光二极管芯片，位于该凹槽反射座上，该发光二极管芯片的正负电极通过该金属导线分别电连接到该绝缘硅基板的正负电极。
本发明所的发光二极管封装结构及其制作方法，利用绝缘硅作为封装基板，其耐温性高、散热性佳，可提高组件封装的可靠度，另外，本发明并不需要于基板上再形成绝缘层，而简化制程、提高合格率，并容易实现发光二极管芯片的串并联，具有整合驱动电路的优势，也可达到微小化，更适合大量生产。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
附图说明
图1为现有技术的发光二极管封装SMD LED组件示意图；
图2为本发明第一实施例的流程示意图；
图3A到图3D为本发明第一实施例的制造流程剖面示意图；
图3E为本发明第一实施例的上视图；
图4为本发明第二实施例的发光二极管封装结构示意图；
图5为本发明第三实施例的发光二极管封装结构示意图；
图6A为本发明第四实施例发光二极管封装结构示意图；
图6B为本发明第四实施例的发光二极管封装结构将隔绝槽设置于靠近第二硅基材的外侧的示意图；
图7A到图7C为本发明第五实施例的制造流程剖面示意图；
图7D为本发明第五实施例以芯片倒装焊封装方式配置发光二极管芯片的示意图；
图8为本发明第六实施例发光二极管封装结构示意图；
图9A与图9B分别为本发明第六实施例的发光二极管封装结构以串联与并联方式作结合的示意图；
图10为本发明第七实施例发光二极管封装结构示意图；及
图11为本发明第八实施例发光二极管封装结构示意图。
其中，附图标记：
3、27、47、57、67、77、87、97    发光二极管芯片
8                                硅基板
13                               贯孔电极
15                               绝缘层
16                               反射层
17、18                           电极层
20、30、40、60                   绝缘硅基板
21、31、61                       第一硅基材
22、32                           绝缘层
23、33、63                       第二硅基材
24、44、54、64、74、84、94       凹槽反射座
25、55、58、65                   隔绝槽
26、28、66、76、96               金属导线
68、78                           氧化层
79、99                           导电层
88、98                           封装树脂
200、201                      二氧化硅层
具体实施方式
本发明第一实施例流程示意图如图2所示，其步骤包括：
首先，提供由绝缘层两面分别覆盖有第一硅基材与第二硅基材所构成的绝缘硅基板(步骤110)；
然后，在绝缘硅基板的第一硅基材与第二硅基材分别制作凹槽反射座与隔绝槽(步骤120)；
在绝缘硅(silicon-on-insulator，SOI)基板形成金属导线(步骤130)，用于发光二极管芯片与绝缘硅基板的第一硅基材与第二硅基材的电连接；
在凹槽反射座上配置发光二极管芯片(步骤140)，通过金属导线分别电连接到绝缘硅基板对外连接的正负电极。
为更详细说明本发明，将本发明第一实施例的工艺分述如下，如图3A至图3D所示，其为本实施例的制造流程剖面示意图。
如图3A所示，首先，提供一由绝缘层22两面分别覆盖有第一硅基材21与第二硅基材23的绝缘硅基板20。并将绝缘硅基板20放入炉管中，在第一硅基材21与第二硅基材23上成长二氧化硅层200、201，作为接下来湿法刻蚀时所需要的屏蔽。接着在绝缘硅基板20上下的二氧化硅200、201上涂布光阻层，并利用曝光显影方式将光阻层图案化，开出所要刻蚀的区域。
如图3B所示，利用对硅基板具有非等向性刻蚀的刻蚀液(如KOH，TMAH，EDP)，在绝缘硅基板20的第一硅基材21上刻蚀出具倾斜面的凹槽反射座24，在绝缘硅基板20的第二硅基材23上刻蚀出隔绝槽25，以分割出具有正负电极的接触面；而本实施例的绝缘硅基板20是选自具备<100>结晶方位的第一硅基材21与第二硅基材23的绝缘硅，以刻蚀出具有倾斜面的凹槽反射座24。接着，以RIE去除第一硅基材21与第二硅基材23之上的二氧化硅200、201。实际中，也可利用干法刻蚀的方法或选自具备<110>结晶方位的第一硅基材的绝缘硅，以刻蚀出具有垂直面的凹槽反射座。
如图3C所示，利用蒸镀或溅镀方式在绝缘硅基板20的第一硅基材21上镀上金属导线28，用于发光二极管芯片与绝缘硅基板的第一硅基材21形成电连接。同时在绝缘硅基板20的第二硅基材23上镀上金属导线26，作为连通第一硅基材21与第二硅基材23的电路以及绝缘硅基板20对外连接的正负电极。
最后，如图3D所示，将发光二极管芯片27设置于凹槽反射座24上并利用打线接合方式连接到第一硅基材21上，并镀到金属导线28上，使发光二极管芯片27的正负电极通过金属导线26的连通而与绝缘硅基板20对外连接的正负电极电连接。
本实施例的制造流程仅利用四道光掩膜，而所形成的发光二极管封装结构如图3D所示，结合图3D的上视图图3E，其包括绝缘硅基板20及发光二极管芯片27；绝缘硅基板20是由第一硅基材21与第二硅基材23及其间的绝缘层22所构成，第一硅基板21与第二硅基板23上分别具有凹槽反射座24与隔绝槽25，隔绝槽25将绝缘硅基板20分隔出正负电极的接触面，且绝缘硅基板20覆盖有金属导线28用于发光二极管芯片与绝缘硅基板的第一硅基材21的电连接，金属导线26电连接第一硅基材21与第二硅基材23，发光二极管芯片27则设置于凹槽反射座24上，其正负电极通过金属导线26分别电连接至绝缘硅基板20对外连接的正负电极。
本实施例的发光二极管封装结构是采用双面低阻值的绝缘硅基板20或单面低阻值的绝缘硅基板20，即第一硅基板21为低阻值、第二硅基板23为高阻值，以提供较电器特性阻抗调整与匹配之用。绝缘层22夹于两者之间，而隔绝槽25内也设有金属导线26，提供较短的路径供发光二极管芯片27的正负电极与绝缘硅基板20的对外连接的正负电极之间形成电连接；另如图4所示，为本发明的第二实施例，其采用双面低阻值的绝缘硅基板30或单面低阻值之绝缘硅基板30，即第一硅基板31为低阻值、第二硅基板33为高阻值，且绝缘层32夹于两者之间，由于绝缘硅基板30电阻值较低，其金属导线36可沿着绝缘硅基板30外侧配置；此外，绝缘硅基板亦可为单面低阻值或双面高阻值，例如绝缘硅基板可为N型与P型，阻值小于0.1Ω/cm的第一硅基材与第二硅基材；另外，金属导线材料可选自银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、铝(Al)、铂(Ot)、钯(Pd)、铬(Cr)、镍(Ni)其中之一或其合金。
图5所示为本发明的第三实施例，凹槽反射座44具有双重深度，此凹槽反射座44的较上层可供发光二极管芯片47打线以连接至绝缘硅基板40的正负电极。
图6A所示为本发明之第四实施例，其隔绝槽55设置于凹槽反射座54底部中央位置，发光二极管芯片57则置放于其上，这样的结构较为脆弱，因此，如图6B所示，本实施例的隔绝槽58可设计在较为靠近外侧的部位。
图7A至图7C所示为本发明的第五实施例制造流程剖面示意图，本发明的发光二极管封装结构的制作方法中，可通过在隔绝槽内制作氧化层以形成加强结构。
首先说明如何制作此加强结构，开始利用曝光显影及反应性离子刻蚀(RIE)方式在绝缘硅基板60的第二硅基材63上做出以数组形式排列的数个隔绝槽65(如图7A所示)，然后，将绝缘硅基板60置入高温炉进行氧化反应，于隔绝槽65中成长作为加强之用的氧化层68，再移除隔绝槽65上多余的氧化层68，即完成具有氧化层68的隔绝槽65的加强结构(如图7B所示)，同时，可利用曝光显影方式与刻蚀方式在第一硅基材61形成凹槽反射座64，然后在绝缘硅基板60两面镀上金属导线66，最后，则将发光二极管芯片67装设于凹槽反射座64上，以打线接合方式连接至绝缘硅基板60上的金属导线66上(如图7C所示)。
如图7D所示，发光二极管芯片67亦可以芯片倒装焊封装方式结合于凹槽反射座64上并实现电连接。
此外，图8为本发明第六实施例的发光二极管封装结构，其凹槽反射座74内具有以芯片倒装焊封装方式配置的多个发光二极管芯片77，并利用在隔绝槽内先长出一层氧化层78，再制作一层导电层79，并搭配设置金属导线76，来电连接各个发光二极管芯片77；进而，可利用导电层79的设计，使发光二极管芯片77实现串联(如图9A所示)、并联(如图9B所示)或串并联混合的方式作结合。
如图10所示，本发明第七实施例的发光二极管封装结构，利用封装树脂88包覆发光二极管芯片87并填满整个凹槽反射座84，经加温使封装树脂88固化后形成凸透镜形状结构，而本发明的凹槽反射座84具有容易填胶的特性。
又如图11所示，为本发明的第八实施例，将封装树脂98成形为多个凸透镜的形状结合于凹槽反射座94，并可搭配多个通过导电层99与金属导线96串联的发光二极管芯片97，以提高发光二极管组件的整体亮度。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (28)

1.一种发光二极管封装结构的制作方法，包括以下步骤：
提供一绝缘硅基板，该绝缘硅基板由一第一硅基材与一第二硅基材及该第一硅基材与第二硅基材夹住的一绝缘层所构成；
分别刻蚀该第一硅基材与该第二硅基材形成一凹槽反射座与一隔绝槽，该隔绝槽将该绝缘硅基板分隔出正负电极的接触面；
在该绝缘硅基板形成多个金属导线；及
在该绝缘硅基板的该凹槽反射座上配置一发光二极管芯片，该发光二极管的正负电极通过该金属导线分别电连接到该绝缘硅基板的正负电极。
2.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构的制作方法，其特征在于，该第一硅基材为半导体。
3.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构的制作方法，其特征在于，该第二硅基材为半导体。
4.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构的制作方法，其特征在于，该绝缘硅基板包括N型或P型，阻值小于0.1Ω/cm的该第一硅基材与第二硅基材。
5.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构的制作方法，其特征在于，该金属导线的材料是银、金、铜、铝、铂、钯、铬或镍或其合金。
6.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构的制作方法，其特征在于，该绝缘硅基板是选自具备<100>结晶方向的该第一硅基材的绝缘硅，以刻蚀出具有倾斜面的该凹槽反射座。
7.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构的制作方法，其特征在于，该绝缘硅基板是利用干刻蚀方法或选自具备<110>结晶方向的该第一硅基材的绝缘硅，以刻蚀出具有垂直面的该凹槽反射座。
8.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构的制作方法，其特征在于，该配置该发光二极管芯片的步骤后，还包括一以封装树脂包覆并填满该凹槽反射座的步骤。
9.根据权利要求8所述的发光二极管封装结构的制作方法，其特征在于，该封装树脂形成多个凸透镜的形状。
10.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构的制作方法，其特征在于，该形成该隔绝槽的步骤，还包括在该隔绝槽内通过氧化处理该绝缘硅基板生成一氧化层而强化该隔绝槽的步骤。
11.根据权利要求10所述的发光二极管封装结构的制作方法，其特征在于，该隔绝槽有多个。
12.根据权利要求11所述的发光二极管封装结构的制作方法，其特征在于，该发光二极管芯片有多个。
13.根据权利要求12所述的发光二极管封装结构的制作方法，其特征在于，该生成该氧化层于该隔绝槽内的步骤，还包括在该隔绝槽内形成一导电层的步骤。
14.根据权利要求13所述的发光二极管封装结构的制作方法，其特征在于，该发光二极管芯片通过该导电层以串联、并联或串并联混合方式连接。
15.一种发光二极管封装结构，包括：
一绝缘硅基板，该绝缘硅基板由一第一硅基材、一第二硅基材及该第一硅基材和第二硅基材夹住的一绝缘层构成，该第一硅基材上设有一凹槽反射座，该凹槽反射座底部具有一隔绝槽，该凹槽反射座被该隔绝槽分隔出正负电极的接触面，该绝缘硅基板具有多个金属导线；及
一发光二极管芯片，位于该凹槽反射座上，该发光二极管芯片的正负电极通过该金属导线分别电连接到该绝缘硅基板的正负电极。
16.根据权利要求15所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该第一硅基材为半导体。
17.根据权利要求15所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该第二硅基材为半导体。
18.根据权利要求15所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该绝缘硅基板包括N型或P型，阻值小于0.1Ω/cm的该第一硅基材与第二硅基材。
19.根据权利要求15所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该金属导线的材料是银、金、铜、铝、铂、钯、铬或镍或其合金。
20.根据权利要求15所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该绝缘硅基板是选自具备<100>结晶方向的该第一硅基材的绝缘硅，以刻蚀出具有倾斜面的该凹槽反射座。
21.根据权利要求15所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该绝缘硅基板是利用干刻蚀方法或选自具备<110>结晶方向的该第一硅基材的绝缘硅，以刻蚀出具有垂直面的该凹槽反射座。
22.根据权利要求15所述的发光二极管封装结构，其特征在于，还包括包覆并填满该凹槽反射座的一封装树脂。
23.根据权利要求22所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该封装树脂形成多个凸透镜的形状。
24.根据权利要求15所述的发光二极管封装结构，其特征在于，还包括位于该隔绝槽内强化该隔绝槽的一氧化层。
25.根据权利要求24所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该隔绝槽有多个。
26.根据权利要求25所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该发光二极管芯片有多个。
27.根据权利要求26所述的发光二极管封装结构，其特征在于，还包括在该些隔绝槽的一导电线路。
28.根据权利要求27所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该发光二极管芯片通过该导电线路以串联、并联或串并联混合方式连接。
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