CN101261982B - 发光二极管封装结构与其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管封装结构，包含有硅质载板、多个凹杯结构，位于硅质载板的上表面、多个导电图案，设置于硅质载板的上表面、多个发光二极管，分别设置于各凹杯结构内，以及多条导线，电性连接发光二极管与导电图案，且发光二极管通过导线与导电图案以串联方式电性连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有硅质载板的发光二极管封装结构及其制作方法，尤指一种具有高操作电压的发光二极管封装结构以及利用内置连线的技术制作上述发光二极管封装结构的方法。
背景技术
由于发光二极管(light emitting diode，LED)具有寿命长、体积小、高耐震性、发热度小及耗电量低等优点，故发光二极管已被广泛地应用于家电制品及各式仪器的指示灯或光源。而且近年来，更由于发光二极管朝向多色彩及高亮度化发展，因此其应用范围已拓展至各种携带式或阵列式大型电子产品中，例如汽车、通讯产业、交通号志以及户外多媒体彩色看板等。
请参考图1，图1为已知发光二极管封装结构示意图。如图1所示，已知发光二极管封装结构10包含有发光二极管12、粘着引脚14以及引脚16，其中粘着引脚14包含有杯型槽，且发光二极管12设置于此杯型槽中的粘着引脚14上。此外，发光二极管12的两电极通过导线18分别电连接到粘着引脚14与引脚16上，杯型槽被封胶材料20所填满，并且此封胶材料20将粘着引脚14与引脚16的上顶端部分皆包覆起来。
由于上述发光二极管封装结构的操作电压约为3.3V，与一般的电压规格相比皆小，例如：家用电压(110V)、车用电压(12V)与工业用电压(220V)必须外接直流电、变压器或一般的干电池才能运作。以12V的车用电压为例，单颗的发光二极管无法直接使用在12V的电压规格上，若为了在此电压规格下得以运作，必须将数个已封装完的发光二极管串联起来，使操作电压达到12V才能运作，但却造成串联组装后的体积过于庞大，并且光型上具有许多来自于发光二极管间的间隙所产生的暗点，因此为了缩小封装体积并且改善发光二极管无法直接运作于高电压规格，实为目前业界极力改善的一课题。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种具有高操作电压的发光二极管封装结构以及其制作方法，以方便一般电压规格所使用。
根据本发明的优选实施例，披露一种具有硅质载板的发光二极管封装结构，包含有硅质载板、多个凹杯结构，位于该硅质载板的上表面，各该相邻凹杯结构的边缘间距小于10微米、多个导电图案，设置于该硅质载板的上表面、多个发光二极管，分别设置于各该凹杯结构内，以及多条导线，电性连接这些发光二极管与这些导电图案，且这些发光二极管通过这些导线与这些导电图案以串联方式电性连接。
根据本发明的优选实施例，披露一种制作具有硅质载板的发光二极管结构的方法，其步骤包含有提供具有多个凹杯结构的硅质载板，各该相邻凹杯结构的边缘间距小于10微米，然后在该硅质载板上形成多个导电图案，再将多个发光二极管分别装设于各该凹杯结构之内，最后利用多条导线电性连接这些发光二极管与这些导电图案，且这些发光二极管通过这些导线与这些导电图案以串联方式电性连接。
本发明利用半导体工艺制作出具有凹杯结构以及导电图层的硅质载板，并配合固晶焊线技术，制作出具有高操作电压且光型近似单一发光二极管的发光二极管封装结构，以符合一般电压规格所使用。
附图说明
图1为已知发光二极管封装结构示意图。
图2为本发明一优选实施例的发光二极管封装结构俯视图。
图3为本发明一优选实施例的发光二极管封装结构剖面图。
图4为本发明另一优选实施例的发光二极管封装结构俯视图。
图5至图7为本发明制作具有硅质载板的发光二极管结构的方法示意图。
附图标记说明
10发光二极管结构 12发光二极管
14粘着引脚 16引脚
18导线 20封装材料
50发光二极管封装结构 52硅质载板
54凹杯结构 56导线图案
58发光二极管 60导线
62反射层 64透明绝缘层
66金属凸块 70发光二极管封装结构
72硅质载板 74凹杯结构
76导电图案 78发光二极管
80导线 100硅质载板
120凹杯结构 140反射层
160透明绝缘层 180金属凸块
200导线图案 220发光二极管
240导线
具体实施方式
请参考图2与图3，图2为本发明一优选实施例的发光二极管封装结构俯视图，图3为本发明一优选实施例的发光二极管封装结构剖面图。如图2所示，发光二极管封装结构50包含有硅质载板52、四个凹杯结构55、多个导电图案56、四个发光二极管58以及多条导线60。四个凹杯结构54位于硅质载板52的上表面，并且以阵列方式排列，其中各凹杯结构54具有倾斜的侧壁，并且各相邻凹杯结构54的边缘间距小于10微米。侧壁倾斜的角度与间距皆可依照需求来作调整。导电图案56设置于环绕着凹杯结构54外围的硅质载板52上，并且电性连接外部驱动电路或外部驱动电压(图未示)。各发光二极管58分别设置于各凹杯结构54内。导线60电性连接各发光二极管58与导电图案56，让外部驱动电压(图未示)得以透过导电图案56与导线60来驱动各发光二极管58。值得注意的是发光二极管58通过导线60与导电图案56以串联方式电性连接在一起。
此外，如图3所示，发光二极管封装结构50另包含有反射层62、透明绝缘层64与四个金属凸块66。反射层62与透明绝缘层64依序由下而上设置于凹杯结构54内的硅质载板52上，并且各金属凸块66分别设置于凹杯结构54内的透明绝缘层64上。反射层62的材料由金属或光学薄膜所构成，用以反射从发光二极管58侧边发射出的光线。另外，硅质载板52的材料包含有多晶硅、非晶硅或单晶硅，可为方形硅芯片或圆形硅芯片，且其中可包含有已制作完成的集成电路或无源元件(图未示)，而可与发光二极管58形成发光系统。并且硅质载板52还具有良好的导热能力，当发光二极管58发光时会产生热量，通过将发光二极管58接合在硅质载板52上可提供良好的散热环境。
在本实施例中，由于四个发光二极管58利用串联方式电性连接，因此发光二极管封装结构50的操作电压为四个发光二极管的操作电压的总合。一般来说，单一发光二极管的电压约为3.3伏特，四个发光二极管串联则需要约12伏特，而针对一般规格的车用电压(12伏特)来说，发光二极管封装结构50可直接外接车用电压即可运作。但本发明的凹杯结构54与发光二极管58的数量并不限于只有四个，因此串联后的操作电压并不限于只有12伏特，而可依照外接的电压规格，调整发光二极管的数量与导电图案的配置。因此本发明亦能直接运用于家用电压(110伏特)或工业用电压(220伏特)等高电压的电压规格。通过发光二极管封装结构50内部的导电图案56与导线60来作电性连接，改善了已知需要将四个已封装完的发光二极管串联才可直接外接车用电压的问题。另外，本实施例的凹杯结构54因具有倾斜侧壁，让发光二极管58侧边所发出的光线得以被反射向上，可提升发光二极管58的光利用率。并且凹杯结构54因相邻边缘之间距小于10微米，让相邻发光二极管58向上发射的光线具有短距离混光作用，使得发光二极管封装结构50所发出的光型如同一颗发光二极管所发出的光型一样。
请参考图4。图4为本发明另一优选实施例的发光二极管封装结构俯视图。为了简化说明，与上述相同的结构，将不在本实施例中详述，并且相同的元件将使用相同的名称。如图4所示，本实施例的发光二极管封装结构70包含有硅质载板72、四个凹杯结构74、多个导电图案76、四个发光二极管78分别设置于凹杯结构74内，以及多条导线80。与上述实施例的差异在于本实施例的导电图案76设置于各凹杯结构74之间的硅质载板72上，并且各导线80具有约略相同的方向。而导线80具有相同的方向，有助于焊线工艺时缩短焊线的时间，加快制造速度。本发明并不限于此导线图案，而可依照需求制作出不同的导线图案。
综而言之，本发明利用凹杯结构增加发光二极管的聚光性、利用高集成度的凹杯结构缩短混光距离以及利用具有导电图层的硅质载板建立内置连线以提供具有高操作电压且光型近似单一发光二极管的发光二极管封装结构，以利一般电压规格所使用。
请参考图5至图7。图5至图7为本发明一实施例制作具有硅质载板的发光二极管结构的方法示意图。如图5所示，首先，提供具有多个凹杯结构120的硅质载板100，然后在各凹杯结构120内的硅质载板100上形成反射层140，再于反射层140上形成透明绝缘层160。硅质载板100上的凹杯结构120可利用反应离子蚀刻(reactive ion etching，RIE)工艺、交替蚀刻法(BOSCH)的等离子体离子蚀刻工艺或使用氢氧化钾(KOH)溶液、氢氧化四甲基铵(TMAH)或乙二胺邻苯二酚(EDP)为蚀刻液的湿式蚀刻工艺来形成。反射层140与透明绝缘层160则可利用蒸镀、溅镀或化学沉积等方式形成。
如图6所示，接着在各凹杯结构120内的透明绝缘层140的表面形成多个金属凸块180，并且在环绕着凹杯结构120的外围的硅质载板100上形成多个导电图案200。金属凸块180与导电图案200可利用沉积或电镀等方法，并配合光刻蚀刻或剥离法(Lift off)形成，并且金属凸块180与导电图案200亦可于同一步骤中一起形成。
如图7所示，接着将多个发光二极管220分别装设于各凹杯结构120的内，然后利用多条导线240电性连接发光二极管220与导电图案200，并且发光二极管220通过导线240与导电图案200以串联方式电性连接。各发光二极管220可利用共晶粘接法或玻璃胶粘接法与各凹杯结构120底部的各金属凸块180接合，而导线240可利用超音波焊线接合方式连接发光二极管220与导电图案200。
综上所述，本发明利用半导体工艺制作出具有凹杯结构以及导电图层的硅质载板，并配合发光二极管封装技术，将数个发光二极管整合在一个发光二极管封装结构内，除了改善以往单颗发光二极管封装的形式外，还提供符合一般电压规格使用的发光二极管封装结构。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (14)
1.一种具有硅质载板的发光二极管封装结构，包含有：
硅质载板；
多个凹杯结构，位于该硅质载板的上表面，各该相邻凹杯结构的边缘间距小于10微米；
多个导电图案，设置于该硅质载板的上表面；
多个发光二极管，分别设置于各该凹杯结构内；以及
多条导线，电性连接这些发光二极管与这些导电图案，且这些发光二极管通过这些导线与这些导电图案以串联方式电性连接。
2.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，另包含有反射层与透明绝缘层，依序由下而上设置于这些凹杯结构内的该硅质载板上。
3.如权利要求2所述的发光二极管封装结构，另包含有多个金属凸块，设置于这些凹杯结构内的该透明绝缘层之上。
4.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中各该凹杯结构具有向外侧倾斜的侧壁。
5.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中这些导电图案环绕这些凹杯结构设置。
6.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中这些导电图案设置于各该凹杯结构之间的硅质载板上。
7.如权利要求6所述的发光二极管封装结构，其中这些导线具有约略相同方向。
8.一种制作具有硅质载板的发光二极管结构的方法，包含有：
提供具有多个凹杯结构的硅质载板，各该相邻凹杯结构的边缘间距小于10微米；
在该硅质载板上形成多个导电图案；
将多个发光二极管分别装设于各该凹杯结构之内；以及
利用多条导线电性连接这些发光二极管与这些导电图案，且这些发光二极管通过这些导线与这些导电图案以串联方式电性连接。
9.如权利要求8所述的方法，其中这些凹杯结构利用蚀刻工艺形成于该硅质载板的上表面。
10.如权利要求9所述的方法，其中该蚀刻工艺为反应离子蚀刻工艺、交替蚀刻法的等离子体离子蚀刻工艺或使用氢氧化钾溶液、氢氧化四甲基铵或乙二胺邻苯二酚为蚀刻液的湿式蚀刻工艺。
11.如权利要求8所述的方法，另包含有形成多个导电图案之前，先在各该凹杯结构内的该硅质载板上形成反射层与透明绝缘层的步骤。
12.如权利要求11所述的方法，另包含有在形成该反射层与该透明绝缘层之后，在这些凹杯结构内的该透明绝缘层的表面形成多个金属凸块的步骤。
13.如权利要求12所述的方法，其中各该发光二极管利用共晶粘接法与各该凹杯结构底部的各该金属凸块接合。
14.如权利要求12所述的方法，其中各该发光二极管利用玻璃胶粘接法与各该凹杯结构底部的各该金属凸块接合。
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