CN102738356A - 发光二极管封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光二极管封装结构，包括基板、导热接点、多个电性接点、发光二极管芯片、多个焊线与透明材料，该基板具有相对的第一表面与第二表面，该第一表面定义有一置晶区，该置晶区周缘形成有嵌合部，该导热接点与多个电性接点设于该置晶区上，该发光二极管芯片接置于该导热接点上，并通过焊线电性连接至该电性接点，且该透明材料覆盖于该发光二极管芯片、电性接点、置晶区、嵌合部与焊线上。本发明的发光二极管封装结构能增加置晶区与透明材料之间的黏着力，以改善封装结构的可靠度。
Description
技术领域
本发明涉及一种封装结构，尤指一种发光二极管封装结构。
背景技术
近年来，由于发光二极管(light emitting diode，简称LED)具备使用寿命长、耗电量低、无须暖灯时间、与反应时间快速等优秀性能，所以发光二极管的应用产品与日俱增。而随着各种颜色的发光二极管的研发成功，更开启发光二极管的照明应用时代。在节能省碳的趋势持续上升的情况下，发光二极管的照明市场逐渐扩展，而逐渐取代传统冷阴极管、卤素灯或白炽灯泡等光源。
在发光二极管的照明应用产品的制作中，除了必要的发光二极管芯片工艺外，还必须经过封装工艺后才能加以应用。封装发光二极管芯片的目的主要在于保护发光二极管芯片免受外界环境影响、及提供发光二极管芯片易于对外使用的电性连接点。
请参见图1，其为现有发光二极管封装结构的剖视图。由图可知，该发光二极管封装结构主要是在硅基板10上形成有凹槽100及导通孔101，102，其中，该硅基板10具有相对的第一及第二表面10a，10b，该凹槽100的顶部开口位于该硅基板10的第一表面10a的侧，而该凹槽100底部是用以承载如发光二极管(LED)或雷射二极体(laser diode)等的发光二极管芯片11，而该导通孔101，102的顶部连通至该凹槽100的底部。此外，在该硅基板10的第一及第二表面10a，10b与环绕于该凹槽100四周的表面以及该导通孔101，102的侧壁表面上形成有第一层的氧化硅绝缘层12，然后在该氧化硅绝缘层12上形成由对光反射率高的材质(例如铝或银)所构成的反射层13，而在该反射层13上形成有第二层的氧化硅绝缘层14，最后在该氧化硅绝缘层14上形成有导电层15，最后，以焊线16电性连接该发光二极管芯片11与导电层15。
此外，于前述现有发光二极管封装结构的制法中，必须先准备一具有凹槽的硅基板，而第6531328B1号美国专利则提出一种具有凹槽的硅基板的制作方法，其先在<100>晶格取向的硅基板上涂布上一层光阻层，并利用光罩微影工艺以移除部分该光阻层而外露部分该硅基板，之后以蚀刻液蚀刻该硅基板，而形成具有凹槽的硅基板，该凹槽具有倾斜角为54.74度的侧壁。
然而，前述于硅基板中制作凹槽的方式一般是以湿式蚀刻工艺进行，而经由该湿式蚀刻工艺后，一般会蚀刻出一具倾斜角54.74度的侧壁的凹槽，这是因为硅晶格的化学晶格排列所导致，而如果想要蚀刻出其他角度的侧壁以达到较佳的发光反射效率或其他目的，则将会耗费更多工艺时间及化学溶液成本，且此类湿式蚀刻工艺须购置专用的湿式蚀刻设备及化学溶液，而增加许多生产成本。
鉴于前述现有技术的缺点，新一代的发光二极管封装结构的制造方式是利用一般半导体工艺技术来制造发光二极管安装座(LEDsubmount)，而无须制作凹槽，即直接将发光二极管芯片接置于硅晶片上，而电极垫及导热垫也直接制作在该硅晶片上，之后在该硅晶片上直接以透明材料模制(molding)成圆弧透镜(lens)结构(如图2所示)。因此，相较于前述现有技术，其主要优点为不须制作凹槽而大大降低生产成本，且工艺时间也大幅缩短；然而，其缺点为透镜单元与发光二极管安装座之间的黏合并非那么紧密，而造成透镜单元从硅晶片表面分离等可靠度不佳的问题。
如图3所示，后人又针对前述发光二极管封装结构的缺点进行改良，其利用干蚀刻(dry etching)或湿蚀刻(wet etching)技术以在发光二极管芯片固定处的外缘周围制作环形凹槽，而加大接触面积与嵌合深度，使透镜单元能紧密黏合至硅晶片表面，以解决前述发光二极管封装结构的问题，但是因为此制作方式须进行长时间的蚀刻工艺，因而生产成本也较为提高。
因此，如何避免上述现有技术中的种种问题，使发光二极管封装结构的透镜单元能确实固定在基板表面上，以增进产品良率，并能同时降低生产成本与工艺步骤，实已成为目前亟欲解决的课题。
发明内容
有鉴于上述现有技术的缺失，本发明的主要目的是提供一种能增加置晶区与透明材料之间的黏着力，以改善封装结构的可靠度的发光二极管封装结构。
本发明提供的发光二极管封装结构，包括：具有相对的第一表面与第二表面的基板，其中，该第一表面定义有一置晶区，且该置晶区周缘形成有嵌合部；具有相对的作动面与非作动面的至少一发光二极管芯片，接置于该置晶区上；以及覆盖于该发光二极管芯片、置晶区与嵌合部上的透明材料，以借由该置晶区周缘的嵌合部，以增加该置晶区周缘与透明材料的面积，进而增强基板与透明材料之间的介面黏着力，提升整体产品可靠度。
于一具体实施例中，该发光二极管封装结构还具有设于该置晶区上的导热接点与多个电性接点、以及设于该第二表面上的线路层与导热层，且该基板具有贯穿该第一表面与第二表面的导热通孔与多个导电通道，该导电通道电性连接该电性接点至该线路层，且该导热通孔连接该导热接点与该导热层；该发光二极管芯片的作动面上设有多个电极垫，该非作动面上设有导热垫，该发光二极管芯片借由该导热垫以接置于该导热接点上；此外，该发光二极管芯片通过多个焊线电性连接该电极垫与电性接点。
于本发明的另一发光二极管封装结构中，该发光二极管封装结构包括设于该置晶区上的第一电性接点与第二电性接点、以及设于该第二表面上的线路层，且该基板具有贯穿该第一表面与第二表面的导电通道，以电性连接该第一电性接点及第二电性接点至该线路层；该发光二极管芯片的作动面上设有第一电极垫，该非作动面上设有第二电极垫，该发光二极管芯片借由该第二电极垫接置于该第二电性接点上；此外，该发光二极管芯片通过多个焊线电性连接该第一电极垫与第一电性接点。
于又一具体实施例中，该发光二极管封装结构包括设于该置晶区上的多个电性接点、以及设于该第二表面上的线路层，且该基板具有贯穿该第一表面与第二表面的导电通道，以电性连接该电性接点和线路层；该发光二极管芯片的作动面上设有多个电极垫，以借由该电极垫接置于该电性接点上；此外，该发光二极管芯片通过多个焊线电性连接该第一电极垫与第一电性接点。又于此实例中，该置晶区上还可设有导热接点；于该作动面上还可设有导热垫，以覆晶接置于该导热接点上；于该基板中还可设有贯穿该第一表面与第二表面的导热通孔；以及于该第二表面上还可设有导热层且借由该导热通孔连接该导热接点与该导热层。
于前述的发光二极管封装结构中，该发光二极管芯片的作动面可包括高度不同的第一子作动面与第二子作动面，且该第一子作动面与第二子作动面上均具有该电极垫。
依上所述的发光二极管封装结构，该嵌合部可为一凹凸表面，如锯齿状表面，且该基板可为陶瓷基板或以含硅的基材或砷化镓基材所制成，该透明材料中还可具有至少一萤光体，该透明材料可选自由硅胶、环氧树脂及硅树脂所组群组中的其中一个，该透明材料的折射率可介于1.2至2.5之间。
于本发明的发光二极管封装结构中，部分该线路层还可嵌埋至该基板中。
由上述可知，相较于现有技术，本发明的发光二极管封装结构是以湿式蚀刻方式蚀刻基板的置晶区周缘，以使该置晶区周缘产生表面粗化的微结构，以增加该置晶区周缘与接着物的接触面积，进而让置晶区周缘与后续其上的透明材料之间的介面黏着力增强，且增加整体产品可靠度。
附图说明
图1为一种现有发光二极管封装结构的剖视图。
图2为另一种现有发光二极管封装结构的立体图。
图3为又一种现有发光二极管封装结构的剖视图。
图4A与图4B为本发明的发光二极管封装结构的第一实施例的剖视图，其中，图4B为图4A的另一实施例。
图5A与图5B为本发明的发光二极管封装结构的第二实施例的剖视图，其中，图5B图为图5A的另一实施例。
图6A与图6B为本发明的发光二极管封装结构的第三实施例的剖视图，其中，图6B为图6A的另一实施例。
主要元件符号说明
10 硅基板
100 凹槽
101，102 导通孔
10a，20a 第一表面
10b，20b 第二表面
11，22 发光二极管芯片
12，14 氧化硅绝缘层
13 反射层
15 导电层
16，23 焊线
20 基板
201 置晶区
2011 嵌合部
211 电性接点
211a 第一电性接点
211b 第二电性接点
212 导热接点
22a 作动面
223a 第一子作动面
223b 第二子作动面
22b 非作动面
221 电极垫
221a 第一电极垫
221b 第二电极垫
222 导热垫
241，241’ 线路层
242 导热层
251 导电通道
252 导热通孔
26 透明材料。
具体实施方式
以下借由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉本领域的技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如「上」、「相对」及「多个」等用语，也仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，也当视为本发明可实施的范畴。
第一实施例
请参阅图4A与图4B，其为本发明的发光二极管封装结构的第一实施例的剖视图，其中，图4B为图4A的另一实施例。
如图4A所示，本发明的发光二极管封装结构包括：基板20，具有相对的第一表面20a与第二表面20b，该第一表面20a定义有一置晶区201，该置晶区201周缘形成有具凹凸表面的嵌合部2011；导热接点212与多个电性接点211，设于该置晶区201上；至少一发光二极管芯片22，具有相对的作动面22a与非作动面22b，该作动面22a上设有多个电极垫221，该非作动面22b上设有导热垫222，该发光二极管芯片22借由该导热垫222接置于该导热接点212上，其中，也可为多个该发光二极管芯片22同时接置于置晶区201中，而不以本实施例的单个发光二极管芯片22为限；多个焊线23，用以将该电极垫221电性连接至该电性接点211；线路层241与导热层242，设于该第二表面20b上，且该基板20还具有贯穿该第一表面20a与第二表面20b的导热通孔252与多个导电通道251，以借由该导电通道251电性连接该电性接点211至该线路层241，该导热通孔252连接该导热接点212与该导热层242；以及如选自由硅胶(silicone gel)、硅树脂或环氧树脂(silicone resin)所组群组中的任意一种透明材料26，覆盖于该发光二极管芯片22、电性接点211、置晶区201、嵌合部2011与焊线23上。其中，前述导热接点212及导热垫222为发光二极管封装结构中用以使发光二极管芯片22散热用的导热结构。
于前述的发光二极管封装结构中，该嵌合部2011可为例如锯齿状表面的一凹凸表面，且该基板20可为陶瓷基板或以含硅的基材或砷化镓基材所制成者，该透明材料26可选自由硅胶(Silicone gel)、环氧树脂及硅树脂(Silicone resin)所组群组中的其中一个，且该透明材料的折射率介于1.2至2.5之间。该透明材料26中还可具有至少一萤光体，也就是该透明材料26中可掺混一种或多种萤光体于其中，搭配前述一个或多个接置于该置晶区201上的发光二极管芯片22来发出不同颜色的光，如红、蓝、绿、白或紫外光等。
要注意的是，本实施例也可不需设有该导热垫222，而仅以该导热接点212来接置发光二极管芯片22，以达到散热功能。
如图4B所示，其为图4A的另一实施例，其大致上相同于图4A，主要的不同处在于：该发光二极管芯片22的作动面22a包括高度不同的第一子作动面223a与第二子作动面223b，且该第一子作动面223a与第二子作动面223b上均具有该电极垫221，其中该实施例的两子作动面的电极分别为半导体芯片的P极及N极，其余特征均可由前一实施例类推而知，故不在此加以赘述。
第二实施例
请参阅图5A与图5B，其为本发明的发光二极管封装结构的第二实施例的剖视图，其中，图5B为图5A的另一实施例。
如图5A所示，本发明的发光二极管封装结构包括：基板20，具有相对的第一表面20a与第二表面20b，该第一表面20a定义有一置晶区201，该置晶区201周缘形成有凹凸表面的嵌合部2011；第一电性接点211a与第二电性接点211b，设于该置晶区201上；至少一发光二极管芯片22，具有相对的作动面22a与非作动面22b，该作动面22a上设有第一电极垫221a，该非作动面22b上设有第二电极垫221b，该发光二极管芯片22借由该第二电极垫221b接置于该第二电性接点211b上；焊线23，电性连接该第一电极垫221a与第一电性接点211a；线路层241，设于该第二表面20b上，且该基板20还具有贯穿该第一表面20a与第二表面20b的导电通道251，以由该导电通道251电性连接该第一电性接点211a及第二电性接点211b至该线路层241；以及透明材料26，覆盖于该发光二极管芯片22、第一电性接点211a、第二电性接点211b、置晶区201、嵌合部2011与焊线23上。
于前述的发光二极管封装结构中，该嵌合部2011是一凹凸表面，其可为锯齿状表面，且该基板20可为陶瓷基板或以含硅的基材或砷化镓基材所制成者，该透明材料26中还可具有至少一萤光体。
如图5B所示，其为图5A的另一实施例，其大致上相同于图5A，主要的不同处在于：部分该线路层241’还嵌埋至该基板20中，且其除了可借由孔径较宽的导电通道251进行导电之外，也可做为导热路径的使用，其余特征均可由前一实施例类推而知，故不在此加以赘述。第三实施例
请参阅图6A与图6B，其为本发明的发光二极管封装结构的第三实施例的剖视图，其中，图6B为图6A的另一实施例。
如图6A所示，本发明的发光二极管封装结构包括：基板20，具有相对的第一表面20a与第二表面20b，该第一表面20a定义有一置晶区201，并于该置晶区201周缘形成具凹凸表面的嵌合部2011；多个电性接点211，设于该置晶区201上；至少一发光二极管芯片22，具有相对的作动面22a与非作动面22b，该作动面22a上设有多个电极垫221，该发光二极管芯片22借由该电极垫221接置于该电性接点211上；线路层241，设于该第二表面20b上，且该基板20还具有贯穿该第一表面20a与第二表面20b的多个导电通道251，且该导电通道251电性连接该电性接点211和线路层241；以及透明材料26，覆盖于该发光二极管芯片22、电性接点211、置晶区201与嵌合部2011上。
此外，该置晶区201上还可设有导热接点212，该作动面22a上还可设有导热垫222，该基板20中还可设有贯穿该第一表面20a与第二表面20b的导热通孔252，该第二表面20b上还可设有导热层242，该导热垫222覆晶接置于该导热接点212上，且该导热通孔252连接该导热接点212与该导热层242。
于前述的发光二极管封装结构中，该嵌合部2011为凹凸表面，如锯齿状表面，且该基板20可为陶瓷基板或以含硅的基材或砷化镓基材所制成，该透明材料26中还可具有至少一萤光体。
要注意的是，本实施例也可不需设有该导热垫222，而仅以该导热接点212来接置发光二极管芯片22，以达到散热功能。
如图6B所示，其为图6A的另一实施例，其大致上相同于图6A，主要的不同处在于：该发光二极管芯片22的作动面22a包括高度不同的第一子作动面223a与第二子作动面223b，且该第一子作动面223a与第二子作动面223b上均具有该电极垫221，其中该实施例的两子作动面分别为半导体芯片的P极及N极，其余特征均可由前一实施例类推而知，故不在此加以赘述。
综上所述，由于本发明的发光二极管封装结构借由蚀刻液(例如氢氧化钾(KOH)添加异丙醇(IPA)的蚀刻液)来化学蚀刻基板的置晶区周缘，使该置晶区周缘产生表面粗化(surface texturing)的嵌合微结构，以增加该置晶区的接触面积(contact area)，进而让后续作为透镜的透明材料能够更牢固地黏合在该基板表面上，所以相较于现有技术，本发明的发光二极管封装结构能增加产品可靠度，其生产成本较低，且工艺步骤较简单。
上述实施例仅用以例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟习本领域的技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此本发明的权利保护范围，应如权利要求范围所列。
Claims (26)
1.一种发光二极管封装结构，包括：
基板，具有相对的第一表面与第二表面，其中，该第一表面定义有一置晶区，且该置晶区周缘形成有嵌合部；
多个电性接点，设于该置晶区上；
至少一发光二极管芯片，具有相对的作动面与非作动面，该作动面上设有多个电极垫，该发光二极管芯片借由该非作动面接置于该置晶区上；
多个焊线，电性连接该电极垫与电性接点；以及
透明材料，覆盖于该发光二极管芯片、电性接点、置晶区、嵌合部与焊线上。
2.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该非作动面与该置晶区之间还设有导热结构；该基板中还具有贯穿该第一表面与第二表面的导热通孔；以及该第二表面上还设有导热层，以由该导热通孔连接该导热结构与该导热层。
3.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该发光二极管芯片的作动面包括高度不同的第一子作动面与第二子作动面，且该第一子作动面与第二子作动面上均具有该电极垫。
4.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该嵌合部为一凹凸表面。
5.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该基板为陶瓷基板或以含硅的基材或砷化镓基材所制成。
6.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该透明材料是选自由硅胶、环氧树脂及硅树脂所组群组中的其中一个。
7.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该透明材料的折射率介于1.2至2.5之间。
8.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该基板还具有多个贯穿该第一表面与第二表面的导电通道，且还包括设于该第二表面上的线路层，以由该导电通道电性连接该电性接点至该线路层。
9.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该透明材料中还具有至少一萤光体。
10.一种发光二极管封装结构，包括：
基板，具有相对的第一表面与第二表面，其中，该第一表面定义有一置晶区，该置晶区周缘形成有嵌合部；
第一电性接点与第二电性接点，设于该置晶区上；
至少一发光二极管芯片，具有相对的作动面与非作动面，该作动面上设有第一电极垫，该非作动面上设有第二电极垫，且该发光二极管芯片借由该第二电极垫接置于该第二电性接点上；
焊线，电性连接该第一电极垫与电性接点；以及
透明材料，覆盖于该发光二极管芯片、第一电性接点、第二电性接点、置晶区、嵌合部与焊线上。
11.根据权利要求10所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该嵌合部为一凹凸表面。
12.根据权利要求10所述的发光二极管封装结构，其特征在于，部分该线路层还嵌埋至该基板中。
13.根据权利要求10所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该基板为陶瓷基板或以含硅的基材或砷化镓基材所制成。
14.根据权利要求10所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该透明材料是选自由硅胶、环氧树脂及硅树脂所组群组中的其中一个。
15.根据权利要求10所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该透明材料的折射率介于1.2至2.5之间。
16.根据权利要求10所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该基板还具有贯穿该第一表面与第二表面的导电通道，且还包括设于该第二表面上的线路层，以由该导电通道电性连接该第一电性接点及第二电性接点至该线路层。
17.根据权利要求10所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该透明材料中还具有至少一萤光体。
18.一种发光二极管封装结构，包括：
基板，具有相对的第一表面与第二表面，其中，该第一表面定义有一置晶区，并于该置晶区周缘形成嵌合部；
多个电性接点，设于该置晶区上；
至少一发光二极管芯片，具有相对的作动面与非作动面，该作动面上设有多个电极垫，且该发光二极管芯片借由该电极垫对应接置于该电性接点上；以及
透明材料，覆盖于该发光二极管芯片、电性接点、置晶区与嵌合部上。
19.根据权利要求18所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该作动面与该置晶区之间还设有导热结构；该基板中还设有贯穿该第一表面与第二表面的导热通孔；以及该第二表面上还设有导热层，以借由该导热通孔连接该导热结构与该导热层。
20.根据权利要求18所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该嵌合部为一凹凸表面。
21.根据权利要求18所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该发光二极管芯片的作动面包括高度不同的第一子作动面与第二子作动面，且该第一子作动面与第二子作动面上均具有该电极垫。
22.根据权利要求18所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该基板为陶瓷基板或以含硅的基材或砷化镓基材所制成。
23.根据权利要求18所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该透明材料是选自由硅胶、环氧树脂及硅树脂所组群组中的其中一个。
24.根据权利要求18所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该透明材料的折射率介于1.2至2.5之间。
25.根据权利要求18所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该基板还具有多个贯穿该第一表面与第二表面的导电通道，且还包括设于该第二表面上的线路层，以由该导电通道电性连接该电性接点和线路层。
26.根据权利要求18所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该透明材料中还具有至少一萤光体。
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