CN103165766A

CN103165766A - 覆晶发光二极管的封装制造方法

Info

Publication number: CN103165766A
Application number: CN2011104240208A
Authority: CN
Inventors: 李志峯
Original assignee: GALAXY PROJECT CO Ltd
Current assignee: GALAXY PROJECT CO Ltd
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2013-06-19

Abstract

本发明公开一种覆晶发光二极管的封装制造方法，包括以下步骤：提供具有非导电性钻石镀膜的封装基板；将锡合金形成于封装基板上的固晶位置；将发光二极管芯片放置于封装基板形成有锡合金的固晶位置上；使用单小区域的激光加热熔化锡合金，形成锡球层以与发光二极管芯片共晶固焊；将包含荧光粉的感光胶体涂布于发光二极管芯片的出光面上，形成均匀涂层；再进行曝光显影，以得到图案化的荧光粉涂层；及热固化定型感光胶体以得到确定图案的荧光层。

Description

覆晶发光二极管的封装制造方法

技术领域

本发明涉及覆晶发光二极管的封装制造方法，特别涉及一种具有高散热效率及高颜色均匀性的覆晶发光二极管的封装制造方法。

背景技术

LED(发光二极管)光源由于具有体积小、耗电量低、使用寿命长等特性，在可预见的未来，将可取代目前灯泡或日光灯源等照明设备或其他显示装置的发光源，而成为最重要的发光元件。然而，为提高发光源的整体亮度，势必要提高发光功率或增加LED装设的数目或密度，但如此设置将大幅增加LED光源的热量产生，若该热量无法尽速导出，将严重影响LED的发光效率及亮度，同时加速LED的劣化状况而减短使用寿命。

为了改善LED的散热效率，需要导热效率更佳的导散热结构。在材料的选择上，目前已有相关业者使用陶瓷基板或硅基板为基材，虽已获致不错的导散热效果，然而在高功率的LEDs应用上，尚有导散热不足的现象；又，传统的固晶工艺是采用银胶固晶，银胶是在环氧树脂中加入一定比例的银金属粉，使其具有导电性和导热性。银胶的热传系数约为20W/mK至25W/mK范围之间，适用于一般低功率LED的固晶工艺，然而在高功率LED中，则略嫌不足。由于当芯片通过高电流时，LED元件会产生高热，热必须快速传导到散热结构，不然将损坏LED元件，故需要较高热导系数的胶材。虽然在银胶中掺入较高比例的银粉可以提高银胶的导电与导热性，但却也同时下降环氧树脂的比例，造成固晶强度不足。

此外，现有制作白色光源的方式的一是以蓝光发光元件加上钇铝石榴石黄色荧光粉，利用蓝光激发黄色荧光粉产生黄光，同时也有部分蓝光放射出来，蓝光与黄光混合互补之后可形成白光。传统是以点胶方式将混胶的黄色荧光粉施加至蓝光发光元件上，但是点胶方式无法控制荧光粉层厚度，经混胶后会产生沉淀，以致于色温分散不均匀，无法集中、故易产生黄圈光晕。

因此，需要一种新的覆晶发光二极管的封装制造方法，使用较高导热、散热性的材料以提高LED封装的导热及散热能力，以及采用荧光粉敷型涂布方式以提高颜色的均匀性。

发明内容

本发明的一目的，在于提供一种覆晶发光二极管的封装制造方法，使用较高导热、散热性的材料用以提高LED封装的导热及散热能力及减少「互补式白光」的其他杂晕光产生。

本发明的另一目的，在于提供一种覆晶发光二极管的封装制造方法，采用荧光粉敷型涂布方式以提高颜色的均匀性。

为了达到上述的目的，本发明提供一种覆晶发光二极管(LED)的封装制造方法，包括以下步骤：提供具有非导电性钻石镀膜的封装基板；将锡合金形成于封装基板上的固晶位置；将LED芯片放置于封装基板形成有锡合金的固晶位置上；使用单小区域的激光加热熔化锡合金，形成锡球层以与LED芯片共晶固焊；将包含荧光粉的感光胶体涂布于LED芯片的出光面上，形成均匀涂层；再进行曝光显影以得到图案化的荧光粉涂层；及热固化定型感光胶体以得到确定图案的荧光层。

相较于现有使用氧化物或氮化物为绝缘层，本发明的发光二极管的封装基板，因其具有热传系数约为400W/mK的非导电性钻石镀膜而达到可快速导热及散热的功效。

与传统的银胶固晶相比，本发明因采用热传系数约为70W/mK以上的锡合金固晶，不仅具有更好的导热效果，能够舒缓高功率LED的散热瓶颈，且通过激光加热焊接方式能实现自动化批式生产模式，更适合工业化连续生产，提高生产效率，大大降低封装成本。

与传统的荧光粉点胶方式相比，本发明的荧光粉敷型涂布方式可提高颜色的均匀性。

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1本发明覆晶发光二极管的封装制造方法步骤流程图；及

图2a～图2g本发明覆晶发光二极管的封装制造方法步骤流程剖视图。

其中，附图标记

1载体 2非导电性钻石镀膜

3导电性镀膜 4表层非导电性钻石镀膜

5焊垫 6锡合金

50LED芯片 51第一电极

52第二电极 60荧光粉

62感光胶体 64固化的感光胶体

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而所附的附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

请参照图1，为本发明覆晶发光二极管的封装制造方法步骤流程图。如图1所示，本发明的制造方法主要包括封装基板工艺、固晶工艺及荧光粉层工艺三个工艺，详细步骤如下：步骤100，提供具有非导电性钻石镀膜的封装基板；步骤102，将锡合金形成于封装基板上的固晶位置；步骤104，将LED芯片放置于封装基板形成有锡合金的固晶位置上；步骤106，使用单小区域的激光加热熔化锡合金，形成锡球层以与LED芯片共晶固焊；步骤108，将包含荧光粉的感光胶体涂布于LED芯片的出光面上，形成均匀涂层；步骤110，进行曝光显影以得到图案化的荧光粉涂层；及步骤112热固化定型感光胶体以得到确定图案的荧光层。

首先进行封装基板工艺，如步骤100所示，请一并参考图2a与图2b，提供具有非导电性钻石镀膜的封装基板。如图2a所示，封装基板包含载体1及非导电性钻石镀膜2。载体1可为金属载体例如铜基板、铝基板或铜铝合金基板，或是非金属载体例如硅基板或陶瓷基板。非导电性钻石镀膜2是覆盖于载体1的一表面上。

一般封装基板是于载体1上设置氧化硅或氮化硅绝缘层用于绝缘及散热。然而，本发明人发现具有热导系数约为400W/mK的非导电性钻石镀膜2比氧化硅或氮化硅具有更明显优良的导散热能力，因此更适合用于高功率的LEDs上。非导电钻石镀膜2可以等离子加强式化学气相沉积(PECVD)工艺制作。

接着，如图2b所示，形成导电性镀膜3于非导电性钻石镀膜2的表面，并用以建构成一导电逻辑线路的布局。导电性镀膜3可为导电性钻石镀膜或导电性金属镀膜，而导电性金属镀膜例如为铜或铝或其合金。上述表层非导电性钻石镀膜4是设于导电性镀膜3的表面，作表面绝缘之用。形成多个焊垫5穿过表层非导电性钻石镀膜4而连接至导电性镀膜3，以作为导电性镀膜3对外的接点，亦即，作为导电性镀膜3所布设逻辑线路对外的接点。

接着进行固晶工艺，如步骤102所示，请一并参考图2c，将锡合金形成于封装基板上的固晶位置。锡合金6可以是金锡合金或金银锡合金。形成的方法可以是点胶法、水平涂布法，帘幕垂流法或浸浴涂布法。本实施例是将锡合金6形成在作为逻辑线路的导电性镀膜3不同层的焊垫5上。另外的实施例，也可将锡合金6形成在作为逻辑线路的导电性镀膜3同层的接点上。

步骤104，请一并参考图2d1或图2d2，进行粘晶，将LED芯片放置于封装基板形成有锡合金的固晶位置上。本实施例中，LED芯片50底面分别形成有第一电极51与第二电极52。形成第一电极51与第二电极52的方法可以利用物理气相沉积法或溅镀法形成钛、铜、铬、镍、银、钯、铝或金等金属层。本实施例是根据LED芯片50的第一电极51与第二电极52的大小选择适当尺寸的锡合金6形成在作为逻辑线路的导电性镀膜3不同层的焊垫5上。

步骤106，请再参考图2d1或图2d2，使用单小区域的激光加热熔化锡合金，形成锡球层以与LED芯片共晶固焊。本实施例中，如虚线箭头所示高功率的激光光束，能聚焦以施加热能至特定区域，特别适用于非常小的区域，激光光束的功率是65瓦以上。图2d1中虚线箭头是表示激光光束直接定位在焊垫5上，以便加热锡合金6，使LED芯片50的第一电极51、第二电极52与焊垫4、4经由锡合金6于共晶温度下达到共晶焊接。

图2d2中虚线箭头是表示激光光束定位在封装基板上靠近焊垫5的位置，例如激光光束距离焊垫5边缘位置100至200微米处，通过激光输出加热封装基板而传递热至锡合金6，使LED芯片50的第一电极51、第二电极52与焊垫4、4经由锡合金6于共晶温度下达到共晶焊接。

接着，进行荧光粉层工艺，如步骤108所示，请一并参考图2e，将包含荧光粉60的感光胶体62涂布于LED芯片的出光面上，形成涂层。感光胶体包含胶体与感光剂，胶体例如聚乙烯醇、聚乙烯醇肉桂酸酯、聚乙烯氧乙基肉桂酸酯或聚乙烯吡咯烷酮。感光剂可以是选自重铬酸盐、高锰酸盐及重氮化合物所组成的群组之一。包含荧光粉60的感光胶体62可还添加低熔点玻璃粉。适合涂布的方法例如低压喷涂法、帘幕垂流法、点胶法或印刷法。

步骤110，请一并参考图2f，进行曝光显影以得到图案化的荧光粉涂层。本实施例的曝光是采用UV光结合掩膜的曝光方式进行。经过显影剂显影后在LED芯片的出光面上得到图案化的荧光粉涂层。

接着，去除多余的感光胶体，将具有荧光粉图案化涂层的LED芯片放入离子轰击设备中，采用离子轰击减量法去除多余的感光胶体；或者，将具有荧光粉图案化涂层的LED芯片放入有显定影剂的设备中，于常温至100℃加热蚀刻一段时间用以去除多余的感光胶体。

接着，进行步骤112，请一并参考图2g，热固化定型感光胶体以得到确定图案的荧光层。将具有荧光粉图案化涂层的LED芯片放入加热炉中，热固化感光胶体62成固化的感光胶体64。

当感光胶体62还添加有低熔点玻璃粉时，将具有荧光粉图案化涂层的LED芯片放入加热炉中，加热至超过玻璃粉熔点的温度并保持一段时间，加热的同时也一并固化感光胶体62。通过玻璃粉熔融后再冷却的固化过程，加强荧光粉间与LED出光面间的结合度。

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

1.一种覆晶发光二极管的封装制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)提供具有非导电性钻石镀膜的一封装基板；

(b)将一锡合金形成于该封装基板上的一固晶位置；

(c)将一发光二极管芯片放置于该封装基板形成有该锡合金的该固晶位置上；

(d)使用激光加热熔化该锡合金，形成一锡球层以与该发光二极管芯片共晶固焊，该发光二极管芯片是以底面分别形成的一第一电极与一第二电极与该锡球层接触；

(e)将包含荧光粉的感光胶体涂布于该发光二极管芯片的出光面上，形成一涂层；

(f)进行曝光显影以得到图案化的该涂层；及

(g)固化定型感光胶体以得到确定图案的一荧光层。

2.根据权利要求1所述的覆晶发光二极管的封装制造方法，其特征在于，该步骤(a)中，封装基板包含一载体及形成在该载体上的一非导电性钻石镀膜，该载体为铜基板、铝基板或铜铝合金基板。

3.根据权利要求2所述的覆晶发光二极管的封装制造方法，其特征在于，该载体为硅基板或陶瓷基板。

4.根据权利要求1所述的覆晶发光二极管的封装制造方法，其特征在于，该步骤(a)中，还形成一导电性镀膜于该非导电性钻石镀膜的表面，并形成一表层非导电性钻石镀膜于该导电性镀膜的表面，且形成多个焊垫穿过该表层非导电性钻石镀膜而连接至该导电性镀膜。

5.根据权利要求1所述的覆晶发光二极管的封装制造方法，其特征在于，该步骤(b)中，锡合金形成于该固晶位置是为点胶法、帘幕垂流法、水平涂布法或浸浴涂布法。

6.根据权利要求1所述的覆晶发光二极管的封装制造方法，其特征在于，该步骤(d)中，激光加热所用的激光光束的功率为65瓦以上；激光加热所用的激光光束为定位在该固晶位置上，以便加热该锡合金或定位在该封装基板上靠近该固晶位置处，以便加热该锡合金。

7.根据权利要求1所述的覆晶发光二极管的封装制造方法，其特征在于，该步骤(d)中，激光加热所用的激光光束为定位在该封装基板上距离该固晶位置边缘100至200微米处。

8.根据权利要求1所述的覆晶发光二极管的封装制造方法，其特征在于，该步骤(e)中，该感光胶体包含一胶体与一感光剂，其中该胶体为聚乙烯醇、聚乙烯醇肉桂酸酯、聚乙烯氧乙基肉桂酸酯或聚乙烯吡咯烷酮；该感光剂为选自重铬酸盐、高锰酸盐及重氮化合物所组成的群组之一。

9.根据权利要求1所述的覆晶发光二极管的封装制造方法，其特征在于，该步骤(e)中，该涂布的方法为低压喷涂法、帘幕垂流法、点胶法或印刷法。

10.根据权利要求1所述的覆晶发光二极管的封装制造方法，其特征在于，该步骤(g)中，固化感光胶体是采用加热法；当该感光胶体还包含有一低熔点玻璃粉时，该步骤(g)还包括加热图案化的该涂层以达到熔化该低熔点玻璃粉及固化感光胶体。