200917524 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種發光二極體（Light_emitting Diode，LED)封裝結構及其製造方法，且特別是有關於一種 具有高散熱效能之發光二極體封裝結構及其製造方法。 【先前技術】 對於咼功率發光—極體元件而言，如何在其運轉期間迅 I.速散熱，以解決元件溫度快速上升、而影響之操作品質、甚 而燒毀元件的問題，為元件運用上相當重要的課題。目前， 一種改善發光二極體元件之散熱問題的方式係朝提升發光 二極體晶粒本身之散熱能力的方向著手’在此種方式中，係 利用晶片鍵合技術，先將原生之低導熱且不透光基板取下， 再以高散熱且透明之基板取代。 另一種改善發光二極體元件之散熱問題的方式係朝封 裝架構的方向著手。其中一種常見方法係以銲錫或高導熱樹 /月曰取代傳統之低導熱樹脂，來固定發光二極體晶粒於金屬基 f或金屬導熱架上。然而’銲錫或高導熱樹脂之熱傳導係數 遠小於金屬，而仍無法滿足高功率發光二極體元件之散熱需 ，另一種方法則係直接在發光二極體晶粒下製作金 導熱架，以取代一般利用低導熱樹脂、銲錫或高導 合發光：極體晶粒與金屬基板或金料熱架的 到金屬基板或金屬導熱架與封裝膠體之間無法達 心疋σ罪的接合效果’而相當容易引發封裝膠體剝離的 200917524 問題。 又一種方法則係直接以金屬核心印刷電路板（metai core PCB)來取代傳統之玻纖環氣印刷電路板（FR4 ，但 金屬核心印刷電路板中二金屬層之間的介電層的熱傳導率 不佳’因此對於發光二極體封裝結構之散熱能力的提升相當 有限。 因此，隨著市場對高功率發光二極體元件之需求的日益 Γ) 提南，虽需-種可製作出具有高散熱效能之發光二極體封裝 結構的技術。 【發明内容】 因此，=明之目的就是在提供_種發光二極體封裝結 二=1鑛技術直接在發光二極體晶粒底面形成金屬 在右， 土板之間並無黏著樹脂的 存在/可大㈣升發光二極體料結構之散熱性。 〇 之费1玄土甘 ’、 發光一極體封裝結構 之裏4方法，其在金屬基板之表面上 層與封裝膠體之間且有較Α π -曰，由於陶瓷 β&入^ 之接合力，因此可提高封穿膊舻 之接合可靠度’進而可增進發光二 體 定性。 T衰^構之良率與穩 根據本發明之上述目的， 構，至少包括··一仝屬A板. 發光二極體封裝結 隹屬基板，一金屬黏著 一陶竞層設於金屬黏著層上；至少基板上； 對之第一側與第二伽， X先一極體晶粒具有相 歲設於陶莞層之—表 才體曰曰粒之弟-倒 電極墊設於陶莞層之前述 200917524 Γ制至Λ—導線對應電性連接在至少1光二極體晶粒之 電極與至少一電極塾之間;以及-封裝耀 -包谈在至〉、一發光二極體晶粒、至少_導線、至 墊之至少一部分、以及陶究層之前述表面之至少一部八上 依：=明一較佳實施例’前述之陶究層之材料： 於由亂化鋁與氧化鋁所組成之一族群。 圮目 =發:之目的，提出一種發光二極體封裝結構之製 …’至>匕括.提供-暫時基板，其中暫時基板之—表 面上覆設有一高分子聚合物黏貼層；設置至少—發 晶粒於高分子聚合物黏貼層中，其中至 1體 具有相對之第-侧與第二側，且至少一發光晶粒 山# _ 知尤一極體之第二側 :…分子聚合物黏貼層中;形成一陶莞層覆蓋在至少一 先二極體晶粒與高分子聚合物黏貼層m吏至少一發光 之第一側嵌設在陶究層之一表面中;形成-金屬 -a设盍在陶瓷層上；電鍍一金屬基板於金屬黏著層上· 移除高分子聚合物黏貼層與暫時基板；言史置至少一電曰極墊 =陶竟層之前述表面；形成至少_導線電性連接在至少一發 :極體晶粒之第二側上之第一電極與至少—電極墊之 :、二以及形成—封裝膠體包覆在至少-發光二極體晶粒、至 導線、至少一電極墊之至少一部分、以及陶瓷層之前述 表面之至少一部分上。 驟至依知、本發明-較佳實施例’上述設置至少-電極墊之步 在=包括利用至少一黏著層，以對應將至少一電極塾黏設 陶究層之上述表面上。 根據本發明之另一目的，提出一種發光二極體封裝結構 200917524 之衣&方法，至少包括··提供一暫時基板，其中 -表面上覆設有-高分子聚合物黏貼層暫化基板之 極體晶粒與至少—電極塾於高分子聚合物黏：:、-發光二 .少一發光二極體晶粒與至少—電極塾均具有^上，其中至 與第二側，且至少—發光二極體之第二側與至少：之第-側 第二側均嵌設於高分子聚合物黏貼層中;形成〜一電極墊之 在至少-發光二極體晶粒、至少一電極墊Μ八：竞層覆蓋 貼層上，以使至少-發光二極體晶粒之第-側：：聚合物黏 塾之第-側嵌設在陶竞層之—表面中;形成一：：少-電極 蓋在陶£層上；電鐘—金屬基板於金屬黏著層上層覆 子聚合物黏貼層與暫時基板；形成至 ，移除-分 少-發光二極體晶粒之第二側上之第雷導广電性連接在至 W丄 < 弟一電極蛊、 第二側之間;以及形成-封裝谬體包覆在至少二：/ 極體晶粒、至少-導線、至少-電極塾之至少—部八 陶瓷層之表面之至少一部分上。 。卩刀、以及 係：::明一較佳實施例’上述之高分子聚合物黏貼層 【實施方式】 本發明揭露一種發光二極體封裝結構及其製 了使本發明之敘述更加詳盡與完 { ‘、、、 第1圖至第16圖之圖式。 了 >如、下列描述並配合 請參照第1圖至第8圖，其係給；> 竑办丨从 ^ , 日不依照本發明~較佳實 施例的一種發光二極體封裝結構 铋仫貫 Λ A η " 表程剖面圖，复φ沾笛 2Α圖係繪示—種發光二極體晶 /、、 I式的剖面示意圖，第2Β 200917524 久s示另種&光~極體晶粒型式的剖面示意圖，而第2C 圖則係繪示第2A圖與第2B圖之上視圖。在一示範實施例 中衣作發光一極體封裴結構時，先提供暫時基板丨00，並 於暫時基板100之表面1〇2上覆蓋一層具有黏性之高分子聚 口物黏貼層1 04 ’如第i圖所示。在一實施例中，高分子聚 合物黏貼層1 〇 4可A —擁；& _ J马雙面膠帶。接下來，提供一或多個發 光一極體a曰粒，例如第2A圖所示之水平導通型的發光二極
體BB粒106a、或者第2B圖所示之垂直導通型的發光二極體 晶粒106b，其中發光二極體晶粒l〇6a與發光二極體晶粒 1 〇6b为別具有相對之第一側丨丨與丄〇&、以及相對之第一 側110b與108b。並將發光二極體晶粒1〇6a或1〇的設置在 问分子聚合物黏貼層104中，而使發光二極體晶粒丨〇6a之 第一側1 0 8 a或發光一極體晶粒1 〇6 b之第二側1 〇 8 b嵌設 在高分子聚合物黏貼層1〇4令，並使發光二極體晶粒1〇6a 之第一側110a或發光二極體晶粒1〇6b之第一側u〇b暴露 出，如第2C圖之上視圖所示。如第2A圖所示之實施例， 水平導通型的發光二極體晶粒106a至少包括具有不同電性 之二電極112a與114a’例如一者為P型電極且另一者為N 型電極，其中此一電極與114a均同位於發光二極體晶 粒1 0 6 a之第二側1 0 8 a上，且這些電極11 2 a與11 4 a均埋設 在高分子聚合物黏貼層104之中。另一方面，如第2B圖所 示之實施例’垂直導通型的發光二極體晶粒1 06b至少包括 一電極11 2b ’其中此電極11 2b位於發光二極體晶粒丨〇6b 之弟一側1 0 8 b上’且電極11 2 b埋设在南分子聚合物黏貼声 104之中。在另一實施例中，垂直導通型的發光二極體晶粒 10 200917524 可包括具不同電性之二 體晶粒之相對二側，如第⑸圖：些電極分別位於發光二極 的第二側⑽與第—側11Gb圖所示之發光二極體晶粒嶋 来二極俨a # 。以下製程以水平導通型之發 光一冬體日日粒1 〇6a作為舉例說明。 者’利用例如沉積方式形成陶瓷層116覆蓋在發光二 極體W與高分子聚合物黏貼層1〇〜 ： 極體晶粒l〇6a之第一伽11Λ ^ a犬出於南分子聚合物黏貼層
⑽表面，因此當陶竞層116形成後，發光二極體晶粒_ 之側U〇a可嵌設在陶究層116與發光二極體晶粒1〇6a 接口的表面118中’如第3圖所示。在—實施例中，陶竟層 11 6之材料可選自於由氮化銘（A1N)與氧化銘⑷2〇3)所组^ 之一族群。由於陶究層116具有極佳之導熱性，因此陶竞層 116直接形成在發光二極體晶粒1〇6&之底面上，可將發光 二極體晶粒106a運轉時所產生之熱迅速傳導而出，而可快
速降低發光二極體晶粒I06a之操作溫度。 如第4圖所示’待陶瓷層n 6形成後，利用例如沉積方 式形成金屬黏著層120覆蓋在陶兗層116上，以利後續形成 之金屬基板122(請先參照第5圖）能順利成長且穩固接合於 陶兗層116之上。金屬黏者層120可包括依序堆疊在陶莞層 110上之鎳層、銀層與金層，亦即金屬黏著層12〇可包括— 鎳層/銀層/金層結構。 接著，利用例如電鍍方式形成金屬基板122覆蓋在金屬 黏著層120上，而形成如第5圖所示之結構。在一實施例中， 金屬基板122之材料可選自於由銅與銅合金所組成之一族 群。在另一實施例中，金屬基板122之材料可選自於由錄與 200917524 鎳合金所組·成之一族群。由於發光二極體晶粒1 〇6a之底面 係直接與導熱性佳之陶瓷層i i 6接合，而陶瓷層i丨6之底面 又依序接合有高導熱性之金屬黏著層12〇與金屬基板122 , 因此發光二極體晶粒1〇6a所產生之熱可經由陶瓷層丨16、 •金屬黏著層120與金屬基板122而迅速傳導出。 待金屬基板1 22形成後，可利用有機溶劑，例如丙酮， 來移除高分子聚合物黏貼層104，藉以使暫時基板100與發 〜光一極體晶粒1 〇6a及發光二極體晶粒106a所設的金屬基板 为開。高分子聚合物黏貼層i 〇4與暫時基板丨〇〇移除 後暴疼出發光二極體晶粒1 06a之第二側108a、設於第二 側1〇8a上之電極U2a與114a、以及陶瓷層lie之表面118, 如第6圖所示。 °月參照第7圖，由於發光二極體晶粒106a之二電極 -·' 11 4 a均位於發光二極體晶粒1 〇 6 &之第二側1 〇 8 a， j此提供二電極墊128，以分別對應電極112a與114a。在 + τ軏實施例中，這些電極墊1 28可透過黏著層1 3 〇而貼附 V/ 在陶杳溫 增116之暴露表面118上，其中黏著層13〇之材料可 “、、衣氣樹脂。在—實施例中，每個電極墊1 28至少包括 ±fe ® -h ^ 豐在陶究層116之表面118上之氧化鋁層124以及金 * 層 12ft , 可為 ，具中金屬層！26之材料可為金，而氧化鋁層124 接著藍寶石板，亦即電極墊128可為鍍有金之藍寶石板。 132 利用例如打線接合（Wire Bonding)方式形成二導線 發、Μ分別電性連接這些電極墊128之金屬層126與位於 , 極體晶粒1 06a之第二側1 〇8a上之對應電極112a及 i 14 a，错 7圖所示。在另一實施例中’當發光二極體晶粒 12 200917524 木用如第2B圖所示之垂直導通型發光二極體晶粒1 打’發光二極體晶粒106b所暴露出之第二側108b上僅設有 電極U2b，因此可僅在陶竟層116之暴露表面118上設置 一電極塾128即可’並形成-導線m來電性連接電極塾 ，U8之金屬層I26與發光二極體晶粒106b之第二側108b上 的電極112b。 然後，形成封裝膠體（Encapsulant)134完全包覆住發光 一二極體晶粒106a與導線132，並包覆住電極墊128之至少 ^ 邓刀以及陶瓷層116之暴露表面118之至少一部分上，而 完成發光二極體封裝結構136之製作，如第8圖所示。在一 實施例中，可利用點膠機（Dispenser)來對發光二極體晶粒 106a進行封膠動作。封裝膠體134之材料可例如為矽膠 (Silicone)或環氧樹脂。 。月 >,、、、第9圖至弟16圖，其係繪示依照本發明另一較 佳實施例的一種發光二極體封裝結構之製程剖面圖。在另一 示範實施例中，製作發光二極體封裝結構時，先提供暫時基 板200 ’並於暫時基板200之表面202上覆蓋一層具有黏性 之高分子聚合物黏貼層204,如第9圖所示。在一實施例中， 高分子聚合物黏貼層204可為一雙面膠帶。接下來，提供一 或多個發光二極體晶粒206 ’其中發光二極體晶粒2〇6係水 平導通型的發光二極體晶粒，然在其他實施例中，亦可提供 如第2B圖所示之垂直導通型的發光二極體晶粒} 〇6b。發光 二極體晶粒206具有相對之第一側2丨〇與208。接著，提供 二電極墊220 ’其中每個電極墊22〇具有相對之第一側238 與第二側236 ^再將發光二極體晶粒2〇6與電極墊22〇同時 13 200917524 設置在高分子聚合物黏貼層204中’而使發光二極體晶粒 206之第二側208、以及電極墊22〇之第二铡236嵌設在高 分子聚合物黏貼層2〇4中 > 並使發光二極體晶粒2〇6之第一 側210與電極墊220之第一側238暴露出’如第⑺圖所示。 在本示範實施例中，水平導通型的發光二極體晶粒206至少 包括具有不同電性之二電極212與214’例如一者為p型電 其中此一電極2 12與214均同位 極且另一者為N型電極， c 於發光二極體晶粒206之第二側208上，且這些電極212 與214均埋設在高分子聚合物黏貼層2〇4之中。因此，提供 二電極塾220,以分別對應於發光二極體晶糙2()6之電極川 _在另-實施例中’當發光二極體晶粒係採用如第20圖 :斤不之垂直導通型發光二極體晶粒106b時，發光二極體晶 ’、"〇讣所暴露出之第二側1〇8b上僅設有電極"孔，因此 可僅設置一電極墊220於高分子聚合物黏貼層—中即可。 t =實施例中，每個電極墊⑽至少包括依序堆疊在高 =合物黏貼層204上之金屬層218與氧 令金屬層川之材料可為金，而氧化铭層216可為一藍寶石 ::電：墊22。可為鍍有金之藍寶石板。當電極墊22。 厚 聚合物黏貼層204之中時，電極塾220之金屬 曰1"父佳係完全埋設在高分子聚合物黏貼層2〇4中。 極體式:崎層⑵覆蓋在發光二 高分子聚合物黏貼層204上。由：塾:2°之第-側咖、與 -側㈣與電極墊220之第，於發光二極體晶粒_之第 蟄220之第—側238均突出於高分子聚 14 200917524 黏貼層204表面，因此當陶瓷層222形成後，發光二極體晶 粒206之第一側210與電極墊22〇之第一側238的氧化鋁層 216可嵌設在陶瓷層222與發光二極體晶粒2〇6接合的表面 224中’如第11圖所示。在一實施例中’陶曼層如之材 、料可選自於由氮化鋁與氧化鋁所組成之一族群。由於陶瓷層 222具有極佳之導熱性，因此陶瓷層222直接形成在發光二 極體晶粒206之底面上，可將發光二極體晶粒2〇6運^時： ^產生之熱迅速導出，而可快速降低發光二極體晶粒206之操 《5作溫度。 ’、 如第12圖所示，待陶究層222形成後，利用例如沉積 方式形成金屬黏著層226覆蓋在陶瓷層222上，以利後續形 成之金屬基板228(請先參照第13圖所示）能順利成長且穩 固接合於陶竟層222之上。金屬黏著層226可包括依序堆疊 在陶瓷層222上之鎳層、銀層與金層，亦即金屬黏著層2二 可包括一鎳層/銀層/金層結構。 接著，利用例如電鍍方式形成金屬基板228覆蓋在金屬 黏著層226上’而形成如第13圖所示之結構。在一實施例 中’金屬基板228之材料可選自於由銅與銅合金所组成之— 族群。在另-實施例中’金屬基板228之材料可選自於由錄 與鎳合金所組成之一族群。由於發光二極體晶粒2〇6之底面 係直接與導熱性佳之陶究層222接合，而陶兗層222之底面 又依序接合有高導熱性之金屬黏著層226與金屬基板如， 因此發光二極體晶粒206所產生之熱可經由陶曼声η、 屬勒著層226與金屬基板228而快速導出。 曰 、 完成金屬基板228之成長後，可利用有機溶劑，例如丙 25 200917524 酮來私除尚分子聚合物黏貼層204，藉以使暫時基板2〇〇 與發光:極體晶粒2〇6及發光二極體晶粒2〇6所設的金屬基 板228刀開。焉分子聚合物黏貼層與暫時基板2⑼移除 後，暴露出發光二極體晶粒2〇6之第二側2〇8、設於發光二 極體晶粒2 0 6之第-相,| 9 〇 s ι_ + +上 卜 乐一側208上之電極212與214、電極墊220 之弟一側2 0 6的全凰思，1 〇 金屬層218、以及陶瓷層222之表面224， 如第1 4圖所示。 Ο 接著’利用例如打線接合方式形成二導'線23〇,以分別 電性連接這些電極墊22〇之金屬層218與位於發光二極體晶 粒=06之第—側2〇8上之對應電極212及，如第^圖
一 貝歹J中备發先二極體晶粒係採用如第2B 圖所示之垂直導通型發 r光一極體晶粒i〇6b時，發光二極體 晶粒106b所暴露屮夕笙_ λ 第一側1 〇8b上僅設有電極1 Kb，且 陶瓷層222之暴露表面224僅洲·右^ 1皇δ又有一電極塾2 2 0，因此可僅 形成一導線2 3 0來電性诖蛀f 电f運接電極墊220之第二側236上的金 屬層218與發来-搞躺曰， — 體日日粒l〇6b之第二側108b上的電極 112b 。 J % 仏 然後，可利用點膠機炎# /機果开/成封裝膠體232完全包覆住 光一極體晶粒206盘導綠〇 〇 η ”等綠230 ’並包覆住電極墊220之至少 一部分以及陶瓷層222之美 炙暴露表面224之至少一部分上，而 完成發光二極體封裝妹槿9 w 戒、，°構234之製作，如第16圖所示。封 裝膠體232之材料可你n & 1 、何卄了例如為矽膠或環氧樹脂。 由上述之示範實施例可心‘片 a « . ^ ^ ^ 本發明之實施例之一優點就 疋因為發光二極體封裝社 衣、，°構可利用電鍍技術直接在發光二 極體晶粒底面形成金屬基柘 — 蜀丞板，因此發光二極體晶粒與金屬基 16 200917524 之間並無黏著樹脂的存在，而可大幅提升發光 構之散熱性 '展 由上述示範實施例可知，本發明m點⑨是 光二極體封裝結構之製造方法係在金屬基板之表面上三 陶竟層’由於陶兔層與封裝膠體之間具有較大之接合力： 此可提南封裝膠體之接合可#度，進而可增進發光二極體 裝結構之良率與穩定性。 —雖然本發明已以—較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，㈣在此技術領域中具有通常知識者，在不脫 離本發明之精神和範圍内，t可作各種之更動與潤飾，因此 本發明之保護範圍當視後附〇請專㈣圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第】圖至第8圖係繪示依照本發明一較佳實施例的一種 發光二極體封裝結構之製程剖面圖，其中第2A圖係繪示一 種發光二極體晶粒型式的剖面示意圖，第2B係繪示另一種 淼光一極體晶粒型式的剖面示意圖，而第2C圖則係繪示第 2A圖與第2B圖之上視圖。 第9圖至第16圖係繪示依照本發明另—較佳實施例的 一種發光二極體封裝結構之製程剖面圖。 【主要元件符號說明】 100 :暫時基板 1〇2 :表面 1 〇4 :高分子聚合物黏貼層 106a .發光一極體晶粒1 〇6b :發光二極體晶粒 17 200917524 1
J 1 0 8 a :第二側 108b :第二側 1 10a :第一側 110b :第一側 1 12a :電極 112b :電極 1 14a :電極 116 ： 陶瓷層 1 18 :表面 120 ： 金屬黏著層 122 :金屬基板 124 ： 氧化鋁層 1 26 :金屬層 128 ： 電極塾 1 3 0 :黏著層 132 ： 導線 134 :封裝膠體 136 ： 發光二極體 200 :暫時基板 202 ： 表面 204 :高分子聚合物黏貼層 206 :發光二極體晶粒 208 ： 第二側 21 0 :第一側 212 ： 電極 2 1 4 :電極 216 ： 氧化鋁層 2 1 8 :金屬層 220 ： 電極墊 222 :陶瓷層 224 ： 表面 226 :金屬黏著層 228 ： 金屬基板 2 3 0 :導線 232 ： 封裝膠體 2 3 4 :發光二極體封裝結構 236 :第二側 23 8 ： 第一側 18