CN101030617A - 发光器件封装及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种发光器件封装及其制造方法。该发光器件封装包括：封装结构；在封装结构上形成的两个扩散层，使得两个扩散层彼此电气分开；和通过绝缘膜与该封装结构绝缘的第一和第二电极。该第一和第二电极分别电连接到两个扩散层。

Description

发光器件封装及其制造方法
本申请要求于2006年2月28日提交的韩国专利申请No.10-2006-0019562的权益，将其在此提及并全部并入作为参考。
技术领域
本发明涉及发光器件封装及其制造方法，且更为具体地说，涉及其中在发光器件封装中不设置齐纳二极管，且因此，发光器件封装能够用作薄表面安装器件(SMD)的发光器件封装及其制造方法。
背景技术
通常，对于比如发光二极管或激光二极管的发光器件，使用直接跃迁混合物半导体的III到IV族或II到VI族混合物半导体材料以发射包括红色光、绿色光、蓝色光的彩色光和紫外线，同时开发薄膜生长技术和器件材料。而且，对于发光器件，可以通过使用荧光材料和颜色的组合发射具有高效率的白色光。随着这种技术的进步，发光器件更多地应用于光传播仪器的发射模块，替代构成液晶显示器(LCD)的背光的冷阴极荧光灯(CCFL)的发光二极管背光，白色发光二极管照明器件，测量的车头灯，和信号灯以及显示器件。
在下文中，将参考附图概略的描述现有发光器件和现有发光器件封装的结构。
图1是示出了示出了在现有发光器件封装中安装的发光器件的结构的截面图。参考图1描述现有发光器件的结构。
如图1所示，现有发光二极管包括衬底10，缓冲层11，n半导体层12，有源层13，p半导体层14，透明电极15，n电极16和p电极17。具体地说，缓冲层11和n半导体层12顺序堆叠在衬底10上。在这时，将n半导体层12的一部分刻蚀到预定深度，且在n半导体层12的刻蚀的部分上形成n电极16。在n半导体层12的没有刻蚀的其余部分上顺序堆叠有源层13，p半导体层14和透明电极15。在透明电极15上形成p电极17。
当将来自外部电路的电压加到发光二极管的p电极17和n电极16之间时，空穴和电子分别通过p电极17和n电极16注入发光二极管。空穴和电子在有源层13中彼此复合。结果，将其余能量转换为光，将其通过透明电极15和衬底10放出到外部。将具有上述结构的发光二极管安装在半导体器件封装中，且之后通过预定处理改变为电子部件，且之后和其它电子部件一起附加到印刷电路板(PCB)。将半导体器件封装分类为插入型封装或表面安装型封装。
表面安装型封装高度集成，且结构为薄膜，且相比于插入型封装，能够实现系统集成封装。因此，主要以表面安装型封装的形式制造发光器件封装。
图2是示出了现有发光器件封装的结构的截面图。参考图2描述现有发光器件封装的结构。
如图2所示，在第一引线21的上表面上设置发光二极管30和齐纳二极管40。发光二极管30分别通过第一接合线52-1和52-2电连接第二引线22和齐纳二极管40。齐纳二极管40分别通过第二接合线54-1和54-2电连接发光二极管30和第一引线21。第一引线21，第二引线22，发光二极管30和齐纳二极管40由模制部件60屏蔽。
在具有上述结构的表面安装型发光器件封装中，发光二极管易于受静电或反向电压影响。为此原因，发光器件封装进一步包括用于旁路反向电流以弥补发光二极管的该弱点的旁路器件。齐纳二极管40主要用作旁路器件。如图2所示，齐纳二极管和发光二极管30并联电连接。具体地说，使用粘合树脂对齐纳二极管40进行芯片接合，且之后将发光二极管30的n电极和齐纳二极管40的p电极彼此并联连接。而且，发光二极管30的p电极和齐纳二极管40的n电极彼此并联连接。
可以pn结结构和pnp或(npn)结结构构造齐纳二极管(仅在反向发生齐纳断裂)。在pn结结构中，仅当电压是反向电压时发生齐纳断裂，且因此，旁路电流。另一方面，在pnp(或npn)结结构中，除了反向电压，即使当电压是正向电压时，也发生齐纳断裂，且因此旁路电流。因此，pnp(或npn)结结构可用于安全地保护发光二极管不受因为外部环境引起的过电压或静电产生的非正常电流的影响。具有pnp(或npn)结结构的齐纳二极管也被称为背靠背齐纳二极管。齐纳二极管的电极表现出相同的极性，且因此，齐纳二极管的优点在于可以无关于极性而将齐纳二极管和发光二极管30并联连接。
但是，现有的发光器件封装具有下面问题。
现有表面安装型发光器件封装包括金属引线。为此原因，需要设置保护器件，比如齐纳二极管所需的另外的空间。结果，增加了封装的总重量和大小。另外，需要分别单独执行用于设置器件的芯片接合处理和用于电连接器件的线接合处理。因此，使得制造发光器件封装的处理变得复杂和麻烦，且因此，增加了制造发光器件封装所需的成本和时间。
另外，难以通过注塑成型制造现有发光器件封装，且因此，限制了发光器件封装的最小化和薄成形。因此，现有发光器件封装不符合当前需要降低电子产品的重量和尺寸的趋势。
发明内容
因此，本发明涉及发光器件封装及其制造方法，其基本上避免了因为现有技术的限制和确定引起的一个或多个问题。
本发明的目的是提供一种发光器件封装及其制造方法，其中在通过使用体形微加工技术刻蚀硅衬底形成的安装沟槽中安装发光器件，由此在发光器件封装中实现齐纳二极管的防止发光器件受到静电和反向电压的损坏的功能。
本发明的另一目的是提供一种发光器件封装及其制造方法，其中至少一个扩散层并联电连接发光器件，由此不需要附加的保护器件，且因此，减少了发光器件封装的大小，特别是厚度，且制造方法中不包括安装保护器件的工艺。
本发明的其它优点、目的和特征将在随后的说明中部分地描述，经过以下检验或从本发明的实践中学习，上述优点、目的和特征对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。本发明的目的和优点可以如所附说明书及其权利要求书和附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为实现本发明的这些和其它的优点，以及根据本发明的目的，如这里具体地和广泛地描述的，一种发光器件封装包括：封装结构，在封装结构上形成的两个扩散层，使得两个扩散层彼此电气分开，以及通过绝缘膜使得与该封装结构绝缘的第一和第二电极，该第一和第二电极分别电连接到两个扩散层。
在本发明的另一方面中，发光器件封装包括封装结构，在封装结构上形成的扩散层，以及通过绝缘膜使得与该封装结构绝缘的第一和第二电极，该第一电极电连接到扩散层。
在本发明的又一方面中，一种制造发光器件封装的方法包括：在衬底的第一表面上形成至少一个扩散层，和形成第一和第二电极，以使得该第一和第二电极与衬底绝缘并与至少一个扩散层电连接。
应该理解本发明的前述一般描述和下面的具体描述都是示例性和说明性的，并且意在提供本发明如权利要求所述的进一步解释。
附图说明
包含附图用于进一步了解本发明，并且将其纳入本说明书中构成本说明书的一部分，这些附图示出了本发明的一个或多个实施例，并用于与本说明书一起对本发明的原理进行说明。在附图中：
图1是示意性示出了在现有发光器件封装中安装的发光器件的结构的截面图；
图2是示出了现有发光器件封装的结构的截面图；
图3是示出了根据本发明的发光器件封装的第一实施例的截面图；
图4是示出了根据本发明的发光器件封装的第二实施例的截面图；
图5A到5I是示出了根据本发明的发光器件封装制造方法的实施例的截面图。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的优选实施例，在附图中示出了其实例。在任何可能的地方，在整个附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部分。
根据本发明的发光器件封装的特征在于在衬底的下部形成扩散层使得扩散层和发光器件并联电连接，且在衬底的上部使用体形微加工技术形成安装沟槽。而且，根据本发明的发光器件封装的特征在于使用倒装芯片接合(flip-chip bond)方法将发光器件附加到衬底。
图3是示出了根据本发明的发光器件封装的第一实施例的截面图。在下文中，将参考图3具体描述根据本发明的发光器件封装的第一实施例。
如图3所示，根据该实施例的发光器件封装包括封装结构100，扩散层121和122，绝缘膜130，第一和第二电极141和142，发光器件300和模制部件450。在该实施例中，发光器件封装包括两个扩散层121和122。因此，在发光器件封装中实现了和具有背靠背或npn(pnp)结结构的齐纳二极管相同的功能。
封装结构100可由硅、陶瓷或塑料制成。封装结构100的特征在于在封装结构100的上部形成安装沟槽110，和在封装结构100的下部形成两个扩散层121和122。安装沟槽110的特征在于安装沟槽110在其下表面是平坦的，但是安装沟槽110在其侧表面倾斜。两个扩散层121和122彼此隔开。因为在封装结构100的下部形成两个扩散层121和122且其如上所述彼此隔开，在发光器件封装中实现了和背靠背齐纳二极管，也就是，具有npn或pnp结结构的齐纳二极管相同的功能。
为了实现上述功能，优选地其中形成扩散层121和122的封装结构的区域和和其中没有形成扩散层121和122的封装结构的其余区域具有不同电极性，且两个扩散层121和122具有相同极性。例如，当封装结构100的极性是n类型时，扩散层121和122必须为p类型。另一方面，当封装结构100的极性是p型时，扩散层121和122必须为n型。在上述背靠背齐纳二极管中，位于齐纳二极管相对侧的电极表现出相同极性。因此，可不顾当形成电路时(也就是，当连接齐纳二极管到发光器件时，这将在下面描述)输入的电源的极性而连接电极。
在封装结构100上形成绝缘膜130。特别的，除了两个扩散层121和122区域，在封装结构100的上和下表面形成绝缘膜130。还在封装结构100的整个侧表面形成绝缘膜130。提供绝缘膜130以防止其中没有形成扩散层121和122的封装结构100的其余区域与第一和第二电极141和142(将在下面描述)彼此电连接。在绝缘膜130上形成第一和第二电极141和142。第一电极141经由在封装结构100的一个侧面所形成的绝缘膜从扩散层121区域延伸到在安装沟槽110的下表面所形成的绝缘膜130的部分。类似于第一电极141，第二电极142经在封装结构100的另一侧所面形成的绝缘膜从扩散层122区域延伸到在安装沟槽110的下表面所形成的绝缘膜130的部分。第一电极141和第二电极142在封装结构100的顶部和底部彼此隔开预定距离，使得防止第一和第二电极141和142之间的电连接。
将发光器件300附加到安装沟槽110的下表面。特别的，使用焊料440将发光器件300倒装芯片接合在第一和第二电极141和142上。如上所述，在安装沟槽110的下表面区域在绝缘膜130上形成第一和第二电极141和142。发光器件300的一个电极经第一电极141电连接扩散层121。发光器件300的另一电极经第二电极142电连接扩散层122。就是说，使用扩散层121和122在封装结构100中形成与发光器件300电连接的保护电路，从而由该保护电路执行和齐纳二极管相同的功能。
形成模制部件450使得以模制部件450填充安装沟槽110，且模制部件450覆盖封装结构100的顶部和侧面。优选地，模制部件450由包括模制用途合成树脂粉末和荧光粉末的混合物制成。模制部件450用于保护发光器件300。
在根据本发明的具有上述结构的发光器件封装的第一实施例中，在封装结构100形成的安装沟槽110中安装发光器件300。因此，从发光器件300的有源层产生的光被有效地向前反射(在附图中向上)，且因此，改进了发光器件封装的发光效率。特别的，在安装沟槽110内表面形成的第一和第二电极141和142用作一种反射镜。而且，通过使用导电接合剂，比如焊料440进行倒装芯片接合处理，在第一和第二电极141和142上安装发光器件300，其中该第一和第二电极141和142在安装沟槽110的下表面区域形成在绝缘膜130上，且安装沟槽110形成在封装结构100的上部的中间区域中。因此，省略比如线接合处理的麻烦的处理。
图4是示出了根据本发明的发光器件封装的第二实施例的截面图。在下文中，将参考图4具体描述根据本发明的发光器件封装的第二实施例。
如图4所示，根据该实施例的发光器件封装包括封装结构100，扩散层121，绝缘膜130，第一和第二电极141和142，发光器件300和模制部件450。该实施例的特征在于发光器件封装包括单一扩散层121，且因此，在发光器件封装中实现和具有pn(np)结结构的齐纳二极管相同的功能。在发光器件封装的组件之间的连接和根据现有第一实施例的发光器件封装大体相同，除了没有在预定区域和扩散层121隔开地形成附加的扩散层。区域a电连接第二电极142。类似于如图3所做的描述，优选地扩散层121的电极性不同于其中没有形成扩散层121的封装结构100的其余区域的电极性。通过这个结构，在封装结构100中实现了和具有pn或者np结结构的齐纳二极管相同的功能。
根据具有上述结构的发光器件封装的第二实施例，在封装结构100形成具有和封装结构100的极性相反的极性的扩散层121，且因此，可以实现保护器件，比如齐纳二极管的功能，以保护电路和发光器件不受静电和反向电压的影响。结果，不需要提供这种保护器件，且因此，不需要容纳保护器件的空间。另外，省略了比如线接合的安装处理。因此，可以最小化发光器件封装，且可以减少制造发光器件封装所需的成本和时间。另外，根据该实施例的发光器件封装不包括任意引线，且因此，可以减小发光器件封装的厚度。
图5A到5I是示出了根据本发明的发光器件封装制造方法的实施例的截面图。在下文中，将参考图5A到5I具体描述根据本发明的发光器件封装制造方法的实施例。
首先，如图5A所示，在衬底500上形成掩模层410和420以形成通孔和安装沟槽。在除了其中形成安装沟槽的区域A和其中形成通孔的区域B1和B2之外的衬底500的其余区域上形成上掩模层410。在除了其中形成通孔的区域B3和B4之外的衬底500的其余区域上形成下掩模层420。但是，不需要使用具有上述形状的掩模层，且根据用于进行刻蚀的刻蚀方法或刻蚀材料使用具有和所示掩模层相反的形状的掩模层。衬底500可以是硅衬底。可通过体形微加工处理使用各向异性湿类型刻蚀方法刻蚀衬底500。
接下来，如图5B所示，通过衬底500形成一对通孔431和432。在通孔431和432之间的衬底的上部形成安装沟槽110，且之后除去掩模层410和420。当使用上述各向异性湿类型刻蚀方法执行刻蚀之后，将通孔431和432形成为如图5B所示的形状。特别的，通孔431和432从衬底顶部延伸到底部。通孔431和432从衬底顶部到中间倾斜。而且，通孔431和432从衬底底部到中心倾斜。形成安装沟槽110使得安装沟槽110的内表面向着安装沟槽110的中间倾斜。
图5A和5B示出了在衬底500提供一对通孔431和432以及安装沟槽110。但是，在发光器件封装的实际制造期间，可以以晶片为单位形成多个通孔和多个沟槽。
接下来，如图5C所示，半导体掺杂扩散到位于通孔431和432之间衬底500的下部的两个分开的区域C1和C2，使得分别在两个分开的区域C1和C2形成扩散层121和122。在这时，扩散层121和122具有和衬底500相对的电极性。通过半导体制造处理，比如高浓度离子注入和半导体掺杂扩散形成扩散层121和122。例如，当衬底500由p型硅制成时，注入高浓度n型掺杂以形成扩散层121和122。另一方面，当衬底500由n型硅制成时，注入高浓度p型掺杂以形成扩散层121和122。
在该实施例中，在衬底500的下部形成两个扩散层121和122，使得在发光器件封装中实现和背靠背齐纳二极管相同的功能。但是，还可以仅形成单一扩散层使得在发光器件封装中实现其中仅以反向发生齐纳击穿的pn或np齐纳二极管相同的功能。
接下来，如图5D所示，在衬底500上形成绝缘膜130。在这时，除了其中形成两个扩散层121和122的两个分开的区域C1和C2，在500的整个表面形成绝缘膜130。绝缘膜130用于防止在接下来的处理中形成的第一和第二电极与衬底500之间的电连接。
接下来，如图5E所示，形成第一电极141使得第一电极141经通孔431从其中形成扩散层121的位于衬底500下部的区域C1延伸到位于衬底500的上部的安装沟槽110的下表面的部分。而且，形成第二电极142使得第二电极142经通孔432从其中形成扩散层122的位于衬底500的下部的区域C2延伸到位于500的上部的安装沟槽110的下表面的部分。在这时，优选地第一电极141和第二电极142在安装沟槽110的下表面区域彼此分开预定距离。
接下来，如图5F所示，在安装沟槽110的下表面区域形成的第一和第二电极141和142上安装发光器件300。在这时，使用比如焊料440的导电接合剂，将发光器件300倒装芯片接合到在安装沟槽110的下表面区域形成的第一和第二电极141和142的顶部。特别的，发光器件300位于焊料440上，且将热和压力加到发光器件300。结果，焊料440融化，且因此，焊料440结合发光器件300。随着发光器件300的温度降低，焊料440硬化，由此在发光器件300和第一和第二电极141和142之间实现稳定的电和机械连接。
在该实施例中，通过倒装芯片接合安装发光器件300。但是，还可以通过线接合安装发光器件300。特别的，可使用导电线将发光器件300电连接到第一和第二电极141和142。
接下来，如图5G所示，将带200附加到衬底500底部。特别的，将带200附加到在衬底500形成的第一和第二电极141和142的下表面。带200用于防止将在接下来的转印模制处理中与电路板相结合的电极的下表面被作为绝缘材料的模制树脂污染，和防止发生其间的不完全，也就是，有缺陷的电连接。
接下来，如图5H所示，在衬底500上形成模制部件450，使得以模制部件450填充通孔431和432，且以模制部件450填充其中安装发光器件300的安装沟槽110。优选地，模制部件450由包括模制用途合成树脂粉末和荧光粉末的混合物制成。从发光器件300发射的光的波长由模制部件450改变，由此可以放出包括白色光的多种颜色的光。
最后，如图5I所示，沿着通孔431和432的中心线D和E垂直切割衬底500，以将在其中具有安装的发光器件，也就是，发光器件封装的区域封装结构1000和衬底500的其余部分分开。特别的，通过划片或切割处理将发光器件封装封装结构1000和衬底500的其余部分分开。
从上面描述可以看出，根据本发明的发光器件封装及其制造方法使用通过利用体形微加工技术进行硅衬底的各向异性刻蚀所加工的封装结构。因此，相比现有的由注塑成型制造的封装结构，本发明具有减小封装结构的大小，特别是厚度和重量的效果。另外，在其中安装发光器件的安装沟槽的侧表面形成具有预定倾斜和高反射性的电极。因此，改进了本发明的光放射效率。
而且，通过掺杂离子注入或扩散处理在发光器件封装中形成具有pn或pnp(npn)结构的保护电路，且保护电路和发光器件并联电连接。因此，防止了因为静电或反向电压对发光器件的损坏。另外，本发明不需要任何附加的齐纳二极管。因此，不需要安装齐纳二极管的空间，且因此，可以最小化发光器件封装。另外，仅执行使用倒装芯片接合而接合发光器件的处理。结果，简化了器件接合处理和线接合处理，且因此，减少了制造发光器件封装所需的成本和时间。
而且，根据本发明的发光器件封装及其制造方法不使用引线。因此，可以显著减小发光器件封装的厚度。
对于本领域普通技术人员来说很明显可以对本发明做出多种修改和变更。因此，本发明意在覆盖在所附权利要求及其等效物范围内提供的本发明的修改和变型。

Claims (19)

1.一种发光器件封装，包括：
封装结构；
在封装结构上形成的两个扩散层，使得两个扩散层彼此电隔离；和
第一和第二电极，其通过绝缘膜使得与该封装结构绝缘，该第一和第二电极分别电连接到两个扩散层。
2.如权利要求1所述的发光器件封装，其中，该封装结构由硅、陶瓷或塑料制成。
3.如权利要求1所述的发光器件封装，其中，该封装结构在其第一表面设置有具有倾斜侧表面的安装沟槽。
4.如权利要求1所述的发光器件封装，其中，该两个扩散层具有相同极性。
5.如权利要求4所述的发光器件封装，其中，该两个扩散层的极性不同于在其中不形成扩散层的封装结构的区域的极性。
6.如权利要求3所述的发光器件封装，进一步包括：
发光器件，其被设置在安装沟槽中，其中该发光器件与第一和第二电极电连接。
7.如权利要求6所述的发光器件封装，其中，该在安装沟槽上形成的第一和第二电极反射从发光器件发射的光。
8.如权利要求6所述的发光器件封装，其中，该发光器件利用焊料倒装芯片接合到安装沟槽。
9.如权利要求6所述的发光器件封装，其中，该发光器件与第一和第二电极并联连接。
10.如权利要求6所述的发光器件封装，进一步包括：
模制部件，其用于填充在该发光器件和该安装沟槽之间定义的空间以及用于密封该封装结构。
11.如权利要求10所述的发光器件封装，其中，该模制部件由包括合成树脂粉末和荧光粉末的混合物制成。
12.如权利要求1所述的发光器件封装，其中，该绝缘膜在除了其中形成两个扩散层的区域之外的该封装结构的整个表面形成。
13.一种发光器件封装，其包括：
封装结构，
在封装结构上形成的扩散层；和
第一和第二电极，其通过绝缘膜与该封装结构绝缘，
其中，该第一电极与该扩散层电连接。
14.如权利要求13所述的发光器件封装，其中，该第二电极与该封装结构电连接。
15.一种制造发光器件封装的方法，包括：
在衬底的第一表面上形成至少一个扩散层；和
形成第一和第二电极使得第一和第二电极与衬底绝缘并与至少一个扩散层电连接。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
在衬底的第二表面上应用掩模，将该衬底暴露于光，且选择性地刻蚀衬底以形成具有倾斜的侧表面的安装沟槽。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括：
通过焊料将发光器件倒装芯片接合到安装沟槽，使得该发光器件与该第一及第二电极电连接。
18.如权利要求15所述的方法，进一步包括：
以晶片为单位在衬底上形成多个发光器件；和
将该发光器件封装彼此隔开。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括：
通过体形微加工处理以湿类型刻蚀方式刻蚀该衬底，以形成通过基片的通孔，使得由该通孔彼此划分发光器件封装并在每个发光器件封装中形成安装沟槽。
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