CN102005510B

CN102005510B - 发光二极管组件的制造方法

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Publication number: CN102005510B
Application number: CN2009101689082A
Authority: CN
Inventors: 吴建荣; 孙宗鼎
Original assignee: Edison Opto Corp
Current assignee: Edison Opto Corp
Priority date: 2009-09-02
Filing date: 2009-09-02
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2029-09-02
Also published as: CN102005510A

Abstract

一种发光二极管组件的制造方法，先在一基材层上被覆一反射层，在该反射层上被覆一发光层，并自发光层穿过反射层而朝向基材层延伸出一P型电极与一N型电极，借以形成一LED芯片结构；然后，利用一透光封装材料包覆LED芯片结构，使P型电极与N型电极外露于透光封装材料，借以形成LED芯片封装体；最后，将LED芯片封装体该P型电极与该N型电极电性连结于一电路基板，借以制作出LED组件。

Description

发光二极管组件的制造方法

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(Light Emitting Diode；LED)组件的制造方法，特别是指一种特殊的LED组件的制造方法，其是将LED芯片封装体直接电性连结于电路基板所制成。

背景技术

在日常生活中，为了能够在黑暗或阴暗的环境中辨识物体与方位，通常会需要使用发光组件来提供照明。在这些发光组件中，由于发光二极管具备使用寿命长、低功率消耗等优点，故在全球一片节能减碳的风潮中，逐渐独领风骚，成为主流的照明组件。

然而，除了在大范围的照明用途之外，由于发光二极管具备使用寿命长、低功率消耗等优点，所以亦常被组装成一发光二极管组件而运用于为电子装置提供背光或其它相关用途。在众多发光二极管组件中，由于在通过覆晶技术制作覆晶发光二极管(Light Emitting Diode；LED)封装结构时，可使LED覆晶结构直接连结于载体基板而不必打线，因此广为大众所运用。

在此前提下，以下将进一步结合图式针对现有利用覆晶LED封装结构制作LED组件的工艺加以说明。请参阅图1A至图1E，其是显示的LED组件的一系列制造过程。如图1A所示，在制作一覆晶LED封装结构100(标示于图1E)时，必须先制作出一LED覆晶结构1，此时，必须先制备一透光基材层11。

接着，必须形成一缓冲层(buffer layer)12、一N型电极包覆子层(N typeelectrode cladding sub-layer)13、一多重量子阱(multiple quantum well)14、一P型电极包覆子层(P type electrode cladding sub-layer)15、一透光导电膜16与一反射层17。

缓冲层12是叠合于透光基材层11；N型电极包覆子层13是叠合于缓冲层12；多重量子阱14是局部叠合于N型电极包覆子层13；P型电极包覆子层15是叠合于多重量子阱14；透光导电膜16是叠合于P型电极包覆子层15；反射层17是包覆多重量子阱14、P型电极包覆子层15与透光导电膜16。然后，必须自透光导电膜16延伸出一P型电极18，并自N型电极包覆子层13延伸出一N型电极19。同时，可在P型电极18与N型电极19分别镀上金(Gold；Au)、锡(Tin；Sn)或金-锡(Gold-Tin；Au-Sn)合金(未绘制)，至此则可制作出上述的LED覆晶结构1。

如图1B所示，接着，必须制备一载体基板2，载体基板2包含一基板本体21、一P型电极层22与一N型电极层23。基板本体21具有一上表面211、一下表面212、一第一侧边213与一第二侧边214。P型电极层22与N型电极层23分别设置并包覆第一侧边213与第二侧边214。

如图1C所示，在制备载体基板2后，必须在载体基板2的P型电极层22与N型电极层23分别设置一导电组件3与3a，较佳者，导电组件3与3a可为载体基板2上的镀金或镀银焊点。

如图1D所示，当导电组件3与3a为载体基板2上镀金或镀银焊点时，必须将上述的LED覆晶结构1倒置，利用一共晶工艺，将环境温度提升至一共晶温度，使镀金或镀银焊点中的金或银元素渗透到P型电极18与N型电极19上所镀的金(Gold；Au)、锡(Tin；Sn)或金-锡(Gold-Tin；Au-Sn)合金(未绘制)中，借以使LED覆晶结构1的P型电极18与N型电极19经由导电组件3与3a而分别电性连接于载体基板2的P型电极层22与N型电极层23。在实际应用上，导电组件3与3a亦可为载体基板2上所设置的金(Gold；Au)、锡(Tin；Sn)或金-锡(Gold-Tin；Au-Sn)合金；且P型电极18与N型电极19上可设置镀金或镀银焊点，借以进行上述的共晶工艺。除此之外，当导电组件3与3a为锡球或锡膏时，通过一回焊工艺，亦可使P型电极18与N型电极19亦可经由导电组件3与3a而分别电性连接于P型电极层22与N型电极层23。

如图1E所示，在将P型电极18与N型电极19分别电性连接于P型电极层22与N型电极层23后，必须将一透光封装材料4封装LED覆晶结构1、导电组件3与3a，待透光封装材料4固化后，便制作出上述的覆晶LED封装结构100。最后，再将覆晶LED封装结构100焊接于一电路基板(图未绘制)上，借以制作出一LED组件(图未绘制)。

凡是在所属技术领域中具有通常知识者皆能轻易理解，在以上所揭露的现有技术中，由于必需先将LED覆晶结构1的P型电极18与N型电极19分别电性连接于载体基板2的P型电极层22与N型电极层23，然后再灌入透光封装材料4封装LED覆晶结构1、导电组件3与3a；因此，必须同时进行将LED覆晶结构1的结合于载体基板2的焊接工艺，封装LED覆晶结构1以制作出覆晶LED封装结构100的封装工艺。然后，才能将已完成封装的覆晶LED封装结构100焊接于电路基板，借以制作出LED组件，实在非常不便。

此外，由于在灌入透光封装材料4时，必须在一模具内施加填充压力；因此，又容易造成透光封装材料4溢漏至载体基板2的问题；更有甚者，导电组件3与3a还会受到填充压力的挤压而增加导电组件3与3a的电性连接不良率。

发明内容

本发明所欲解决的技术问题与目的：

有鉴于现有技术所提供的LED组件的制造方法普遍存在必须接续进行共晶工艺与封装工艺才能制作出覆晶LED封装结构等繁琐工艺所带来的不便，封装时容易造成透光封装材料溢漏至载体基板的问题，以及增加导电组件的电性连接不良率等问题。缘此，本发明的主要目的在于提供一种LED组件的制作方法，其借由一封装工艺制作出LED芯片封装体，使LED芯片封装体具有外露的一P型电极与一N型电极，借以使所制作出LED芯片封装体可直接取代工艺繁琐的覆晶LED封装结构而设置于一电路基板。为此，可有效同时解决上述的种种问题。

本发明解决问题的技术手段：

本发明为解决现有技术的问题，所采用的技术手段是提供一种发光二极管(Light Emitting Diode；LED)封装组件的制造方法，该制造方法是先在一基材层上被覆一反射层，在该反射层上被覆一发光层，并自发光层穿过反射层而朝向基材层延伸出一P型电极与一N型电极，借以形成一LED芯片结构；然后，利用一透光封装材料包覆LED芯片结构，使P型电极与N型电极外露于透光封装材料，借以形成LED芯片封装体；最后，将LED芯片封装体的P型电极与N型电极电性连结于一电路基板，借以制作出LED组件。

在本发明较佳实施例中，LED芯片结构包含一基材层、一反射层、一透光导电子层(light-transmissible conductive sub-layer)、一P型电极包覆子层(Ptype electrode cladding sub-layer)、一透光多重量子阱(light-transmissiblemultiple quantum well)与一N型电极包覆子层(N type electrode claddingsub-layer)。反射层是被覆于基材层，透光导电子层是被覆于反射层，P型电极包覆子层是被覆于透光导电子层，透光多重量子阱是被覆于P型电极包覆子层，N型电极包覆子层是被覆于透光多重量子阱。其中，透光导电子层、P型电极包覆子层、透光多重量子阱与N型电极包覆子层可视为上述的发光层。

本发明对照现有技术的功效：

相较于现有利用覆晶LED封装结构制作LED组件的制造方法，由于在本发明例所揭露的LED组件的制造方法中，是直接进行封装工艺而制作出LED芯片封装体，并使LED芯片封装体具有外露的一P型电极与一N型电极；因此，所制作出的LED芯片封装体可直接取代工艺繁琐的覆晶LED封装结构而设置于一电路基板，借以制作出LED组件。显而易见地，借由上述LED组件的制造方法，可以大幅提升制作LED组件的便利性。

由于在本发明所揭露的LED组件的制造方法中，是直接进行封装工艺而制作出LED芯片封装体，在制作LED芯片封装体的过程中，完全不会使用到载体基板；因此，可以在进行封装工艺中，不仅不存在透光封装材料溢漏至载体基板的问题，而且也不存在因承受灌入透光封装材料时所施加的填充压力所造成的电性连接不良的问题，还可使LED芯片封装体的体积与LED芯片结构相近，亦即使LED芯片封装体的体积远小于现有覆晶LED封装结构的体积，借以提升电路基板配置LED芯片封装体的空间利用率。

综上所述，借由本发明所揭露的LED组件的制造方法，不仅可以提升制作LED组件的便利性，还可以提升制作LED组件质量，更可提升电路基板配置LED芯片封装体的空间利用率。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1A至图1E为显示现有的LED组件的一系列制造过程；

图2A为显示在本发明较佳实施例中，制作LED芯片结构的工艺；

图2B为显示在本发明较佳实施例中，封装LED芯片结构以制作出LED芯片封装体的工艺；

图2C为显示在本发明较佳实施例中，制备电路基板的工艺；以及

图2D为显示在本发明较佳实施例中，将LED芯片封装体设置并焊接于电路基板的工艺。

其中，附图标记

100 覆晶LED封装结构

1 LED覆晶结构

11 透光基材层

12 缓冲层

13 N型电极包覆子层

14 多重量子阱

15 P型电极包覆子层

16 透光导电膜

17 反射层

18 P型电极

19 N型电极

12 缓冲层

2 载体基板

21 基板本体

211 上表面

212 下表面

213 第一侧边

214 第二侧边

22 P型电极层

23 N型电极层

3、3a 导电组件

4 透光封装材料

200 LED芯片封装体

300 LED组件

5 LED芯片结构

51 基材层

52 反射层

53 透光导电子层

54 P型电极包覆子层

55 透光多重量子阱

56 N型电极包覆子层

57 绝缘膜

58 P型电极

59 N型电极

6 透光封装材料

7 电路基板

71 基材层

72 第一电路配置层

73 第二电路配置层

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

本发明所提供的发光二极管(Light Emitting Diode；LED)组件的制造方法可广泛运用于制作各种LED组件，而且相关的组合实施方式更是不胜枚举，故在此不再一一赘述，仅列举其中一个较佳实施例加以具体说明。

请参阅图2A至图2D，其为显示本发明较佳实施例所建议的LED组件的一系列工艺。在本实施例所揭露的重点在于先制作出一LED芯片封装体200(标示于图2B)，然候再制作LED组件300(标示于图2D)。如图2A所示，其为显示在本发明较佳实施例中，制作LED芯片结构的工艺。在制作LED芯片封装体200时，必须先制作出一LED芯片结构5，此时，必须先制备一基材层51。

接着，必须依序形成一反光层52、一透光导电子层(light-transmissibleconductive sub-layer)53、一P型电极包覆子层(P type electrode claddingsub-layer)54、一透光多重量子阱(light-transmissible multiple quantum well)55与一N型电极包覆子层(N type electrode cladding sub-layer)56。反射层52是被覆于基材层51，透光导电子层53是被覆于反射层52，P型电极包覆子层54是被覆于透光导电子层53，透光多重量子阱55是被覆于P型电极包覆子层54，N型电极包覆子层56是被覆于透光多重量子阱55。其中，透光导电子层53、P型电极包覆子层54、透光多重量子阱55与N型电极包覆子层56可视为一发光层50。

基材层51可由含有碳化硅(silicon carbide；基材层51可由含有碳化硅(silicon carbide；SiC)、氮化铝(aluminum oxide；Al₂O₃)、砷化镓(galliumarsenide；GaAs)、硅(silicon；Si)、蓝宝石(sapphire)、铜(copper；Cu)、钨铜合金(copper-tungsten alloy；Cu-W alloy)与磷化镓(gallium phosphide；GaP)中的至少一种材料的基板所组成。反射层52可由二氧化钛与二氧化硅(TiO₂/SiO₂)混合物、三氧化二铝与二氧化硅(Al₂O₃/SiO₂)混合物、或氮化硅与二氧化硅(Si₃N₄/SiO₂)混合物所组成。透光导电子层53可使用镍-金(Ni-Au)金属薄膜，并经高温(约500至550℃)退火而制成。

然后，必须利用蚀刻或钻孔等技术，自基材层51朝向发光层50分别开设一P型电极延伸槽(未标号)与一N型电极延伸槽(未标号)。P型电极延伸槽是开设至接触于P型电极包覆子层54。N型电极延伸槽则开设至接触于N型电极包覆子层56，并以一绝缘膜57加以隔绝。接着，必须使一P型电极58自P型电极包覆子层54经由P型电极延伸槽，依序穿过透光导电子层53、反射层52与基材层51而延伸外露；使一N型电极59自N型电极包覆子层56经由N型电极延伸槽，依序穿过透光多重量子阱55、P型电极包覆子层54、透光导电子层53、反射层52与基材层51而延伸外露，并且利用绝缘膜57与透光多重量子阱55以及P型电极包覆子层54、透光导电子层53、反射层52以及基材层51保持绝缘。至此，则可制作出上述的LED芯片结构5。

如图2B所示，其为显示在本发明较佳实施例中，封装LED芯片结构以制作出LED芯片封装体的工艺。在制作出LED芯片结构5后，可进行一封装工艺。在进行封装工艺时，必须利用一透光封装材料6包覆LED芯片结构5，使P型电极58与N型电极59保持外露于透光封装材料6，待透光封装材料6冷却固化后，则完成了LED芯片封装体200的制作。

如图2C所示，其为显示在本发明较佳实施例中，制备一电路基板的工艺。另外，在制作出LED组件300之前，还必须制备一电路基板7，电路基板7包含一基材层71、一第一电路配置层72与一第二电路配置层73。第一电路配置层72与第二电路配置层73分别设置于基材层71的两侧。第一电路配置层72与第二电路配置层73中的至少之一布设一LED驱动(或控制)电路，在本实施例中，是在第一电路配置层72布设LED驱动(或控制)电路。较佳者，电路基板7可为FR4(abbreviation for Flame Retardant 4)铜箔基板、印刷电路板或其它布设LED驱动(或控制)电路的电路基板。

如图2D所示，其为显示在本发明较佳实施例中，将LED芯片封装体设置并焊接于电路基板的工艺。在制备电路基板7后，可将LED芯片封装体200设置于基板7，使LED芯片封装体200中的P型电极58与N型电极59电性连接于第一电路配置层72所布设LED驱动(或控制)电路。较佳者，还可利用一焊接工艺使P型电极58与N型电极59电性连接于第一电路配置层72所布设LED驱动(或控制)电路。在完成焊接工艺后，即可制作出上述的LED组件300。较佳者，该焊接工艺利用融熔或半融熔的熔融或半融熔状态的焊锡球(图未绘制)或锡膏黏合于P型电极58与N型电极59，或黏合于第一电路配置层72所布设LED驱动(或控制)电路上的焊接脚(图未绘制)，并进行回焊与低温固化。

在阅读以上所揭露的技术后，相信举凡在所属技术领域中具有通常知识者皆能轻易理解，由于在本发明较佳实施例所揭露的LED组件300的制造方法中，是直接进行封装工艺而制作出LED芯片封装体200，并使LED芯片封装体200具有外露的P型电极58与N型电极59；因此，所制作出的LED芯片封装体200可直接取代现有工艺繁琐的覆晶LED封装结构100而电性连结于电路基板7，借以使制作出LED组件300。显而易见地，借由本发明所揭露的LED组件300的制造方法，可以大幅提升制作LED组件300的便利性。

由于在本发明所揭露的LED组件300的制造方法中，是直接进行封装工艺而制作出LED芯片封装体200，在制作LED芯片封装体200的过程中，完全不会使用到现有技术中的载体基板2；因此，可以在进行封装工艺中，不仅不存在透光封装材料6溢漏至载体基板2的问题，而且也不存在因承受灌入透光封装材料6时所施加的填充压力所造成的电性连接不良的问题，更可使LED芯片封装体200的体积与LED芯片结构5相近，亦即使LED芯片封装体200的体积远小于现有覆晶LED封装结构100的体积，借以提升电路基板7配置LED芯片封装体200的空间利用率。

综上所述，借由本发明所揭露的LED组件300的制造方法，不仅可以提升制作LED组件300的便利性，还可以提升制作LED组件300质量，更可提升电路基板7配置LED芯片封装体200的空间利用率。

当然，本发明还可有其它多种实施例，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

1.一种发光二极管组件的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：

(a)在一基材层上被覆一反射层，并在该反射层上被覆一发光层；

(b)自该发光层穿过该反射层而朝向该基材层延伸出一P型电极与一N型电极，借以形成一LED芯片结构；以及

(c)利用一透光封装材料包覆该LED芯片结构，使该P型电极与该N型电极外露于该透光封装材料而形成一LED芯片封装体；以及

(d)将该LED芯片封装体的该P型电极与该N型电极电性连结于一电路基板，借以制造出该发光二极管组件。

2.根据权利要求1所述的发光二极管组件的制造方法，其特征在于，在该步骤(a)中的该发光层包含：

一透光导电子层，被覆于该反射层；

一P型电极包覆子层，被覆于该透光导电子层；

一透光多重量子阱，被覆于该P型电极包覆子层；以及

一N型电极包覆子层，被覆于该透光多重量子阱。

3.根据权利要求2所述的发光二极管组件的制造方法，其特征在于，该P型电极是自该P型电极包覆子层依序穿过该透光导电子层、该反射层与该基材层而延伸出。

4.根据权利要求2所述的发光二极管组件的制造方法，其特征在于，该N型电极是自该N型电极包覆子层依序穿过该透光多重量子阱、该P型电极包覆子层、该透光导电子层、该反射层与该基材层而延伸出，并利用一绝缘膜与该透光多重量子阱以及该P型电极包覆子层保持绝缘。

5.根据权利要求2所述的发光二极管组件的制造方法，其特征在于，该透光导电子层是利用将一镍-金金属薄膜经500至550℃退火而制成。

6.根据权利要求1所述的发光二极管组件的制造方法，其特征在于，该反射层是由二氧化钛与二氧化硅混合物、三氧化二铝与二氧化硅混合物以及氮化硅与二氧化硅混合物中的一至少之一所组成。

7.根据权利要求1所述的发光二极管组件的制造方法，其特征在于，在该步骤(d)中，是利用一焊接工艺使该P型电极与该N型电极电性连接于该电路基板。

8.根据权利要求1所述的发光二极管组件的制造方法，其特征在于，该电路基板为一印刷电路板。

9.根据权利要求8所述的发光二极管组件的制造方法，其特征在于，该印刷电路板为一FR4铜箔基板。