TW201431138A - 免封裝製程且免電路板式發光二極體裝置及其製造方法 - Google Patents

免封裝製程且免電路板式發光二極體裝置及其製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明係揭露一種免封裝製程且免電路板式發光二極體裝置及其製造方法，其係不需要任何半導體封裝用基板以及印刷電路板，主要係在發光二極體晶片上設有二個對外連接電線之電極及一個或多個晶片單元，，此二電極係利用電線直接電性連接至一直流電源或交流電源，以供直接導通發光。本發明可將元件組成與封裝製程與組裝製程簡化至最少，以確實達到有效降低成本以及提高元件可靠度與良率之功效者。

Description

免封裝製程且免電路板式發光二極體裝置及其製造方法
本發明係有關一種發光二極體(LED)裝置，特別是關於一種免封裝製程且無需電路板設計之發光二極體裝置及其製造方法。
發光二極體的發光原理是利用半導體固有特性，利用電流順向流入半導體的PN接面時便會發出光線。由於LED係具有高耐久性、壽命長、輕巧、耗電量低且不含水銀等有害物質等之優點，故可廣泛應用於照明設備產業中。
最早期之發光二極體封裝結構通常係具有一晶片安裝於一導線架上，並藉由一封裝膠體包覆晶片及部份導線架，使導線架之金屬引腳露出封裝膠體之外而作為對外接點；進一步在組裝成發光二極體陣列時，則將複數個發光二極體的封裝金屬引腳安裝至一印刷電路板之金屬連線上，以藉此使該等發光二極體相互電性連接。但此種封裝結構受限於發光二極體結構本身之封裝尺寸，導致體積無法限縮；且因每一發光二極體之散熱途徑僅能透過金屬引腳而已，散熱效果有限。
基於上述問題，遂有我國專利前案，專利證書號I281271，提出一種將未封裝LED晶片、無需透過封裝基板直接連接於印刷電路板之LED裝置及製作方法，如第1圖所示，此LED裝置係將未封裝之LED晶片10直接連結、導通、固定在印刷電路板12上，印刷電路板12上並預設有電路，且此印刷電路板12不包括半導體封裝用之基板，據此達成免封裝LED裝置。然而，即使無使用封裝基板，此前案仍然需要使用印刷電路板，所以需要印刷電路板的製造流程，也仍需要LED晶片對位固晶製程，只要有額外的電路板及額外的製程，則元件的可靠度及良率就會受到影響，亦仍需相對應之成本與製程時間。
有鑑於此，本發明提出一種無需利用封裝基板，也無需使用印刷電路板的發光二極體裝置及其製造方法，以解決存在於先前技術中之 該些缺失。
本發明之主要目的係在提供一種免封裝製程且免電路板式 發光二極體裝置及其製造方法，其係將發光二極體晶片上設有二可對外連接電線之電極及晶片單元，透過電線與電極的連接，直接電性連接至電源，以直接導通發光；不需要任何半導體封裝用基板以及印刷電路板，將元件組成與封裝製程與組裝製程簡化至最少，以確實達到有效降低成本以及提高元件可靠度及良率之多重功效。
本發明之另一目的係在提供一種免封裝製程且免電路板式 發光二極體裝置及其製造方法，其係直接在發光二極體晶片上設有二可對外連接電線之電極及設有串聯、並聯或串並聯之複數晶片單元，可依使用者需求來變化，以提供更大的使用彈性。
本發明之再一目的係在提供一種免封裝製程且免電路板式 發光二極體裝置及其製造方法，其係可直接安裝於散熱板上，以達最有效的散熱效果。
為達到上述之目的，本發明提出之免封裝製程之無電路板式 發光二極體裝置，包括至少一發光二極體晶片，其上設有二個可對外連接電線之電極及設有一個或多個晶片單元，透過電線與此電極連接，直接電性連接至一直流電源或交流電源，以供直接導通發光。
另一方面，本發明提出另一實施態樣，其係為免封裝製程且 免電路板式發光二極體裝置的製造方法，其係先準備有一發光二極體晶片，其中此發光二極體晶片上已具有二個可對外連接電線之電極且具有至少一晶片單元，透過電線與此二電極連接，直接電性連接至一直流電源或交流電源以供直接導通發光。
底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭 解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
10‧‧‧LED晶片
12‧‧‧印刷電路板
20‧‧‧發光二極體晶片
22‧‧‧晶片單元
221~227‧‧‧晶片單元
24、26‧‧‧可對外連接電線之電極
28、30‧‧‧電線
32‧‧‧電源
34‧‧‧發光二極體晶圓
36、38、40、42、44‧‧‧晶片單元串列
第1圖係為習知將未封裝LED晶片、無需透過封裝基板直接對位固 晶連接於印刷電路板，再透過電線與印刷電路板連接之LED裝置示 意圖。
第2圖係為本發明之一實施例的結構示意圖，發光二極體晶片上具 有二個可對外連接電線之電極與一晶片單元。
第3圖係為本發明之一實施例的結構示意圖，發光二極體晶片上具 有二個可對外連接電線之電極及複數串聯晶片單元之發光二極體晶 片的示意圖。
第4圖係為本發明之一實施例的結構示意圖，發光二極體晶片上具 有二個可對外連接電線之電極及複數串聯及並聯晶片單元之發光二極體晶圓的示意圖。
發光二極體晶片通常係在一氮化鎵(GaN)、藍寶石(sapphire)、磷化鎵(GaP)或砷化鎵(GaAs)等基板上形成具有PN接面之LED磊晶層，並在適當位置分別形成二電極，以提供LED磊晶層二端足夠的電位差，使LED磊晶層上的PN接面產生光源並向周圍射出。本發明係藉由此類發光二極體晶片，甚至是未切割的發光二極體晶圓，在其上透過光罩與製程形成製作二個可對外連接電線之電極與至少一晶片單元，將電線直接連接此二電極，供與電力，即可點亮。無需任何封裝製程、無需製作印刷電路板，也無需將晶片與印刷電路板對準連接的製程，即可達到直接導通發光之目的。
第2圖為本發明之一實施例的結構示意圖，如圖所示，本發 明之免封裝製程且免電路板式發光二極體裝置係包括至少一發光二極體晶片20，其係未經過任何封裝製程，在此發光二極體晶片20上設有至少一晶片單元22，且晶片單元22上透過光罩與製程形成設有二個可對外連接電線之電極24、26，此二電極24、26係直接利用二電線28、30電性連接至一電源32，以供電導通而發光。當然，晶片單元22上的電極24、26係可於製作發光二極體晶片之半導體製程中直接透過光罩，製作成型，亦可在形成發光二極體晶片之製程後再利用導電膠於預定電極區域點膠形成者，二者皆可達成，可依使用者需求而定。
另一方面，本發明在製作此發光二極體裝置之流程請同時參 閱第2圖所示，首先，提供一未封裝之發光二極體晶片20，其上具有至少 一晶片單元22且此晶片單元22上透過光罩與製程形成已設有二個可對外連接電線之電極24、26；然後，再將電源32之正負極分別利用電線電性連接至此二電極24、26，如此，即可完成此發光二極體裝置之製作。
再者，前述之發光二極體晶片除了僅具有一個晶片單元之 外，本發明更可透過光罩與製程形成具有複數個串聯、並聯或串並聯的晶片單元的設計。請參閱第3圖所示，在發光二極體晶片20上於半導體製程中透過光罩與製程形成已直接形成有複數個排列成陣列狀的晶片單元221~227，這些晶片單元221~227依序係以串聯方式連接一起，在此些晶片單元221~227之二端則分別設有二個可對外連接電線之電極24、26，亦即晶片單元221這端連接電極24，晶片單元227這端則連接電極26，電極24、26直接連接電線，再接至電源。此二可對外連接電線之電極，也是透過光罩與製程同時製作完成。
更甚者，發光二極體晶片更可直接為一個未切割的發光二極 體晶圓，請參閱第4圖所示，一未切割的發光二極體晶圓34上透過光罩與製程形成兩個可對外連接電線的電極24、26及有複數個排列成陣列狀的晶片單元22，在此範例中，這些晶片單元22中，每三個晶片單元22係以串聯方式連接在一起，以分別構成晶片單元串列36、38、40、42、44，而晶片單元串列36、38、40、42、44之間則互相並聯並連接至電極24、26；如此，當此二電極24、26係利用電線電性連接至電源，以供直接導通供電使晶片單元串列36、38、40、42、44直接發光。
其中，不管為上述任何一種發光二極體裝置，為了提高發光 二極體之散熱效果，本發明更可於發光二極體晶片或晶圓下表面直接安裝一散熱板，以有效達到高散熱效果。另外，本發明之發光二極體裝置亦可直接應用於照明燈具上，可直接裝設於燈座上，搭配燈罩與開關的設計，即可作為一個無需任何印刷電路板、無需任何封裝結構的照明燈具，應用甚廣。再者，為了提供不同顏色的發光源，亦可在晶片單元表面上直接噴塗或塗佈一層螢光層，抑或是直接黏接一螢光片，以提供不同顏色之發光源，進而使發光二極體裝置發出特定顏色之光源。
因此，本發明不需要任何半導體封裝用基板以及印刷電路 板，將元件組成與封裝製程簡化至最少，以確實達到有效降低成本以及提 高元件可靠度及良率之多重功效。再者，本發明之免封裝製程且免電路板式發光二極體裝置係直接在未封裝之發光二極體晶片上直接形成有可對外連接電線之電極及有串聯、並聯或串並聯之複數晶片單元，設計的數量與連接關係可依使用者需求來變化，實足以提供更大的使用彈性。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
20‧‧‧發光二極體晶片
22‧‧‧晶片單元
24、26‧‧‧可對外連接電線之電極
28、30‧‧‧電線
32‧‧‧電源

Claims (9)

  1. 一種免封裝製程且免電路板式發光二極體裝置，包括至少一發光二極體晶片，在該發光二極體晶片上透過光罩與製程，設有二個可直接對外連接電線之電極及至少一晶片單元，該二電極可連接電線係直接電性連接至一直流或交流電源，以供直接導通發光。
  2. 如請求項1所述之免封裝製程且免電路板式發光二極體裝置，其中該發光二極體上，透過光罩與製程，更直接設有複數個該晶片單元。
  3. 如請求項2所述之免封裝製程且免電路板式發光二極體裝置，其中該些晶片單元係透過光罩與製程，以串聯、並聯或串並聯方式形成電性連接。
  4. 如請求項1所述之免封裝製程且免電路板式發光二極體裝置，其中該發光二極體晶片更可為一未切割的發光二極體晶圓。
  5. 如請求項1所述之免封裝製程且免電路板式發光二極體裝置，其中該二個可直接對外連接電線之電極係於製作該發光二極體晶片之製程中直接透過光罩與製作形成，或是後續利用導電膠噴塗形成。
  6. 一種免封裝製程且免電路板式發光二極體裝置的製造方法，包括下列步驟：提供一發光二極體晶片，其上透過光罩與製程形成具有二個可直接對外連接電線之電極及至少一晶片單元；以及將一電源透過電線，電性連接至該二電極，以供直接導通發光。
  7. 如請求項6所述之免封裝製程且免電路板式發光二極體裝置的製造方法，其中該發光二極體上透過光罩與製程，更直接設有複數個該晶片單元，且該些晶片單元係透過光罩與製程以串聯、並聯或串並聯方式形成電性連接。
  8. 如請求項6所述之免封裝製程且免電路板式發光二極體裝置的製造方法，其中該二可對外連接電線之電極係於製作該發光二極體晶片之製程中直接透過光罩製作成型，或是後續利用導電膠點膠成型。
  9. 如請求項6所述之免封裝製程且免電路板式發光二極體裝置，其中該發光二極體晶片更可為一未切割的發光二極體晶圓。
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