TW201442301A - 無基台之發光二極體（ｌｅｄ）元件及其製造方法 - Google Patents

無基台之發光二極體（ｌｅｄ）元件及其製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明係關於發光裝置，其包括在其面上具有陽極觸點及陰極觸點之發光二極體(LED)晶片。焊料遮罩自該等觸點間之間隙延伸至該等觸點之一者或兩者上。LED晶片可安裝於無中間基台之印刷電路板上。本文亦闡述相關製造方法。

Description

無基台之發光二極體(LED)元件及其製造方法
本發明係關於發光裝置及總成及其製造方法，且更具體而言係關於發光二極體(LED)及其總成。
眾所周知，LED係在向其施加電壓時能夠生成光之固態照明組件。LED通常包括具有第一相對面及第二相對面之二極體區域，且其中包括n-型層、p-型層及p-n接面。陽極觸點歐姆接觸p-型層且陰極觸點歐姆接觸n-型層。二極體區域可以磊晶方式形成於基板(例如藍寶石、矽、碳化矽、砷化鎵、氮化鎵等生長基板)上，但已完成裝置可不包括基板。二極體區域可自(例如)基於碳化矽、氮化鎵、磷化鎵、氮化鋁及/或砷化鎵之材料及/或自基於有機半導體之材料製造。最後，由LED輻射之光可在可見或紫外(UV)區域內，且LED可納入諸如磷光體等波長轉換材料。
LED愈來愈多地用於照明/光照應用中，且目標係替代普遍存在之白熾燈泡。
根據本文所闡述各個實施例之發光裝置包括具有第一相對面及第二相對面及陽極觸點及陰極觸點之發光二極體(LED)晶片，該等觸點在第一面上彼此間隔開以界定其間之間隙，陽極觸點及陰極觸點具有遠離第一面之外面。焊料遮罩自該間隙延伸至陽極觸點之外面及/ 或陰極觸點之外面上。
在一些實施例中，陽極觸點及陰極觸點之外面大致共平面。另外，在一些實施例中，位於陽極觸點之外面及/或陰極觸點之外面上之焊料遮罩自LED晶片之第一面突出超出陽極觸點及陰極觸點之外面。另外，在其他實施例中，焊料遮罩使陽極觸點及陰極觸點之外面之至少一部分暴露以在藉由焊料遮罩暴露之陽極觸點及陰極觸點之外面之間界定第二間隙，該第二間隙寬於陽極觸點及陰極觸點間之間隙。在其他實施例中，陰極觸點寬於陽極觸點，且焊料遮罩自該間隙延伸至陰極觸點之外面上，但並不延伸至陽極觸點之外面上。在再其他實施例中，陽極觸點寬於陰極觸點。
在再其他實施例中，在藉由焊料遮罩暴露之各別陽極觸點及陰極觸點之外面上提供陽極觸點延伸部分及陰極觸點延伸部分。另外，在一些實施例中，陽極觸點延伸部分、陰極觸點延伸部分及焊料遮罩之外面大致共平面。
任一上文實施例亦可包括位於陽極觸點(或觸點延伸部分)之外面上之第一焊料層及位於陰極觸點(或觸點延伸部分)之外面上之第二焊料層，該等焊料層藉由延伸至陽極觸點(或觸點延伸部分)及/或陰極觸點(或觸點延伸部分)之外面上之焊料遮罩彼此間隔開。
另外，在任一上文實施例中，亦可在LED晶片之第二面上提供磷光體層。亦可在遠離第二面之磷光體層上及/或直接於該第二面上提供不含磷光體之透明層。在一些實施例中，磷光體層亦可在LED晶片在第一面與第二面間之側壁上延伸。在其他實施例中，磷光體層包含磷光體粒子，其非均勻分散於該磷光體層中。
根據本文所闡述之各個其他實施例之發光裝置包含包括具有第一相對基板面及第二相對基板面之基板及於第一基板面上之二極體區域之LED晶片。LED晶片經組態以使二極體區域電連接至印刷電路 板，從而使得二極體區域面對印刷電路板，而在二極體區域與印刷電路板之間無中間基台。另外，發光裝置可組合印刷電路板提供，其中二極體區域面對印刷電路板且連接至印刷電路板，而在二極體區域與印刷電路板之間無中間基台。
在一些實施例中，印刷電路板包括連接表面，且二極體區域與連接表面在一些實施例中間隔小於約200μm，在其他實施例中小於約150μm，且在再其他實施例中小於約100μm。另外，在一些實施例中，LED晶片進一步包含於遠離基板之二極體區域上之陽極觸點及於遠離基板之二極體區域上且與陽極觸點間隔開之陰極觸點，且印刷電路板包含陽極墊及陰極墊。在該等實施例中，發光裝置可進一步包含焊料層，其使陽極觸點與陽極墊直接連接且亦使陰極觸點與陰極墊直接連接。
發光裝置可根據本文所闡述之各種實施例藉由以下來製造：提供具有第一相對面及第二相對面及陽極觸點及陰極觸點之LED晶片，該等觸點在第一面上彼此間隔開以界定其間之間隙，及形成自間隙延伸至陽極觸點之外面及/或陰極觸點之外面上之焊料遮罩。在一些實施例中，將陽極觸點及陰極觸點之外面焊接至印刷電路板。在其他實施例中，將LED晶片放置於接收表面(例如帶)上，從而使得陽極觸點、陰極觸點及焊料遮罩之外面面對接收表面。磷光體層可形成於放置於接收表面上之LED晶片之第二面上，且不含磷光體之透明層可形成於磷光體層上。在一些實施例中，磷光體層包含磷光體粒子，其非均勻分散於該磷光體層中。然後可自上面具有磷光體層之LED晶片移除接收表面，且可將陽極觸點及陰極觸點之外面焊接至印刷電路板。
任一上文方法實施例可進一步包含在藉由焊料遮罩暴露之各別陽極觸點及陰極觸點之外面上形成陽極觸點延伸部分及陰極觸點延伸部分，及將陽極觸點及陰極觸點延伸部分之外面焊接至印刷電路板。
發光裝置可根據本文所闡述之其他實施例藉由以下來製造：提供包括具有第一相對基板面及第二相對基板面之基板及於第一基板面上之二極體區域之LED晶片，及將LED晶片放置於接收表面(例如帶)上，從而使得二極體區域面對接收表面，而在二極體區域與帶之間無中間基台。在於接收表面上之LED晶片上形成磷光體層，並自接收表面移除上面具有磷光體層之LED晶片。然後，將已自接收表面移除之LED晶片焊接至印刷電路板，從而使得二極體區域面對印刷電路板且連接至印刷電路板，而在二極體區域與印刷電路板之間無中間基台。另外，在移除LED晶片之前及/或之後，可在磷光體層上形成不含磷光體之透明層。在該等實施例中之任一者中，可在LED晶片上及超出LED晶片之接收表面上形成磷光體層及/或透明層。另外，磷光體層可包含磷光體粒子，其非均勻分散於該磷光體層中。
110‧‧‧透明基板
110a‧‧‧側壁
110b‧‧‧第二(外)面
110c‧‧‧第一(內)面
120‧‧‧發光二極體磊晶區域/二極體區域
130‧‧‧發光二極體晶片
130a‧‧‧第一相對面/第一面/單一面
130b‧‧‧第二相對面/第二面
140‧‧‧焊料遮罩
150‧‧‧磷光體層
150’‧‧‧磷光體層
156‧‧‧外透明層/透明層
156’‧‧‧透明聚矽氧毯覆層/透明層
160‧‧‧陽極觸點
160a‧‧‧外面/暴露表面
162‧‧‧陽極觸點延伸部分
170‧‧‧陰極觸點
170a‧‧‧外面/暴露表面
172‧‧‧陰極觸點延伸部分
180‧‧‧發光裝置
180’‧‧‧發光裝置
180”‧‧‧發光裝置
190‧‧‧印刷電路板
192‧‧‧陽極墊
192a‧‧‧連接表面
194‧‧‧第一焊料層/焊料層/焊料
196‧‧‧第二焊料層/焊料層/焊料
198‧‧‧陰極墊
198a‧‧‧連接表面
410‧‧‧帶
D‧‧‧距離
G1‧‧‧第一間隙
G2‧‧‧第二間隙
圖1A及圖1B係根據本文所闡述之各個實施例之包括焊料遮罩之發光裝置之剖面圖。
圖2A及圖2B係根據本文所闡述之各個實施例之包括焊料遮罩及觸點延伸部分之發光裝置之剖面圖。
圖3A及圖3B係根據本文所闡述之各個實施例之沒有焊料遮罩或觸點延伸部分之發光裝置之剖面圖。
圖4A至圖4G係根據本文所闡述之各個實施例發光裝置在其中間製造期間之剖面圖。
圖5A至圖5E係根據本文所闡述之各個其他實施例發光裝置在其中間製造期間之剖面圖。
圖6至圖10係根據本文所闡述之各個實施例之包括焊料遮罩之發光裝置之剖面圖。
現將參照顯示各實施例之附圖更全面地闡述本發明。然而，本發明可體現為許多不同形式，且不應被視為限於本文所闡明之實施例。相反，提供該等實施例以使得本揭示內容將透徹及完全，且將本發明之範圍全面傳達給熟習此項技術者。在附圖中，為清楚起見，可能會放大層及區域之大小及相對大小。通篇中相同編號指代相同組件。
應瞭解，當稱一組件(例如層、區域或基板)為於另一組件「上」時，其可直接位於另一組件上，或亦可存在中間組件。此外，本文可使用諸如「下方」或「上覆」等相對術語來闡述如圖中所圖解說明之一個層或區域與另一層或區域相對於基板或基礎層之關係。應瞭解，該等術語意欲涵蓋除圖中所繪示之定向外之裝置之不同定向。最後，術語「直接」意指不存在中間組件。本文所用術語「及/或」包括相關聯列示物項中之一或多者之任一及所有組合且可簡寫為「/」。
應瞭解，雖然在本文中可能使用第一、第二等術語來闡述各種組件、元件、區域、層及/或區段，但該等組件、元件、區域、層及/或區段不應受該等術語之限制。該等術語僅用於將一個組件、元件、區域、層或區段與另一區域、層或區段區分開。因此，可將下文論述之第一組件、元件、區域、層或區段稱為第二組件、元件、區域、層或區段，而不背離本發明之教示。
本文參照示意性圖解說明本發明之理想化實施例之剖面及/或其他圖解說明來闡述本發明之實施例。如此，預期會因(例如)製造技術及/或公差而產生與圖解說明之形狀之變化。因此，本發明之實施例不應被視為受限於本文所圖解說明之區域之具體形狀，而是欲包括因(例如)製造而引起之形狀偏差。例如，經圖解說明或闡述為矩形之區域通常將因正常製造公差而具有圓形或彎曲特徵。因此，除非本文另外界定，否則圖中所圖解說明之區域本質上係示意性的，且其形狀並 非意欲圖解說明裝置區域之精確形狀且並非意欲限制本發明之範圍。
除非本文另外定義，否則本文所用之所有術語(包括技術及科學術語)皆具有與熟習本發明所屬技術者通常所瞭解之相同含義。應進一步理解，應將術語(例如彼等於常用字典中所定義者)解釋為具有與其在相關技術及本說明書之背景中之含義一致之含義，且不應以理想化或過分形式化之意義來解釋，除非本文明確如此定義。
為易於瞭解本文說明，現將參照於基於碳化矽(SiC)之生長基板上之基於氮化鎵(GaN)之發光二極體來大致闡述一些實施例。然而，熟習此項技術者應瞭解，本發明之其他實施例可基於生長基板與磊晶層之各種不同組合。例如，組合可包括於GaP生長基板上之AlGaInP二極體；於GaAs生長基板上之InGaAs二極體；於GaAs生長基板上之AlGaAs二極體；於SiC或藍寶石(Al2O3)生長基板上之SiC二極體及/或於氮化鎵、矽、碳化矽、氮化鋁、藍寶石、氧化鋅及/或其他生長基板上之基於第III族氮化物之二極體。此外，在其他實施例中，生長基板可不存在於最終產品中。例如，可在形成發光二極體後移除生長基板，及/或可在移除生長基板後在發光二極體上提供接合基板。在一些實施例中，發光二極體可為由Cree公司，Durham,North Carolina製造並出售之基於氮化鎵之LED裝置。
本文所闡述之各個實施例可降低LED元件之成本、大小及/或複雜性，此乃因其消除LED晶片與上面安裝LED晶片之印刷電路板之間對基台或中間層之需要。LED裝置中通常使用基台來插入LED晶片及印刷電路板。基台可改變LED晶片之觸點組態以與印刷電路板之墊相容。亦可使用基台來支撐包圍LED晶片之磷光體層或囊封拱頂。基台亦可提供其他功能性。因此，基台可包括使用習用晶粒附接技術在上面安裝LED晶片之接收組件，從而使LED晶片與印刷電路板結合。基台之厚度通常為至少100μm，且在一些實施例中為至少150μm，且在 其他實施例中為至少200μm，且該基台通常包括跡線(例如於陶瓷面板上)及/或引線(例如於帶引線之塑膠晶片載體(PLCC)封裝中)。
本文所闡述之各個實施例可源於以下認識：可使用其他技術來改變觸點大小或間隔以提高與印刷電路板墊之相容性，及/或可使用其他技術來在LED晶片上提供磷光體層及/或拱頂或其他囊封層，而無需在LED晶片與印刷電路板之間提供單獨基台或中間層。例如，可將焊料遮罩施加至LED晶片之陽極及/或陰極觸點來增加陽極觸點與陰極觸點之間之有效間隙。另外，可將不包括基台之LED晶片放置於帶上，用磷光體層塗覆，且視情況亦用不含磷光體之透明層塗覆，自帶移除，且然後焊接至印刷電路板，而無需中間基台。亦可使用其他技術來提供根據本文所闡述之各個實施例之無基台之LED元件及其製造方法。
圖1A係根據本文所闡述之各個實施例之發光裝置之剖面圖。現在參照圖1A，發光裝置180包括發光二極體(LED)晶片130，該晶片分別具有第一相對面130a及第二相對面130b。LED晶片130包括二極體區域120，其在其中包括n-型層及p-型層。亦可在二極體區域120中提供其他層或區域，其可包括量子井、緩衝層等，其未必在本文中予以闡述。另外，n-型層及p-型層可彼此毗鄰以形成p-n接面或可彼此間隔開。一層或兩層可於二極體區域120之表面處，或可埋在二極體區域120內。二極體區域120在本文中亦可稱作「LED磊晶區域」，此乃因其通常係以磊晶方式形成於基板上。例如，基於第III族氮化物之LED磊晶區域120可形成於碳化矽生長基板上。在一些實施例中，生長基板可存在於最終產品中。在其他實施例中，可移除生長基板。在再其他實施例中，可提供不同於生長基板之另一基板，且可在移除生長基板後將該另一基板接合至LED磊晶區域。
亦如圖1A中所顯示，二極體區域120上提供透明基板110(例如透 明碳化矽生長基板或透明藍寶石生長基板)。如本文所使用，當照射在透明層或區域上之來自LED之輻射之至少50%射出穿過透明區域時，LED之層或區域應視為「透明」。透明基板110可包括側壁110a且亦可包括毗鄰二極體區域120之第一(內)面110c及遠離第一面110c之第二(外)面110b。在一些實施例中，第二面110b之面積小於第一面110c。另外，在一些實施例中，側壁110a可為梯形、斜面及/或多面，以便提供面積小於第一面110c之第二面110b。在其他實施例中，側壁110a係以傾斜角度自第二面110b延伸至第一面110c之傾斜側壁。在其他實施例中亦可提供非傾斜側壁及大致相等大小之面。
仍參照圖1A，陽極觸點160歐姆接觸p-型層且在LED晶片130之第一面130a上延伸。陰極觸點170歐姆接觸n-型層且亦在LED晶片130之第一面130a上延伸。陽極觸點及陰極觸點可分別直接歐姆接觸n-型層及p-型層，或可借助一或多個導電通孔及/或其他中間層歐姆接觸該等層。另外，如圖1A中所圖解說明，陽極觸點160與陰極觸點大致共平面，二者在第一面130a上延伸。亦如圖1A中所顯示，陽極觸點160及陰極觸點170在第一面130a上彼此間隔開，以界定該等觸點間之第一間隙G1。另外，陽極觸點160及陰極觸點170分別具有外面160a、170a，該等外面分別遠離LED晶片之第一面130a，且在一些實施例中該等外面可大致共平面。在一些實施例中，陽極觸點160及陰極觸點170之厚度可小於約10μm，且在其他實施例中其厚度可小於約5μm。
仍參照圖1A，焊料遮罩140自第一間隙G1延伸至陽極觸點之外面160a上及/或延伸至陰極觸點170之外面170a上。在圖1A中，陰極觸點170寬於陽極觸點160，且焊料遮罩140僅延伸至觸點170之外面170a上，但未延伸至陽極觸點160之外面160a上。在其他實施例中，不論陽極觸點160及陰極觸點170之相對寬度分別如何，焊料遮罩皆僅可如圖6中所圖解說明延伸至陽極觸點之外面160a上但未延伸至陰極觸點 170之外面170a上，或可如圖7中所圖解說明延伸至陽極觸點160之外面160a及陰極觸點170之外面170a上。
如圖1A中所顯示，於陽極觸點160之外面160a及/或陰極觸點170之外面170a上之焊料遮罩140自LED晶片130之第一面130a突出超出陽極觸點160及陰極觸點170之外面160a、170a。另外，亦如圖1A中所顯示，焊料遮罩140使陽極觸點160及陰極觸點170之外面160a、170a之至少一部分暴露，以在藉由焊料遮罩140暴露之陽極觸點160及陰極觸點170之外面160a、170a之間界定第二間隙G2。第二間隙G2寬於在陽極觸點160與陰極觸點170間之第一間隙G1。
焊料遮罩140可包含通常用於微電子製造中以使不期望焊料或焊接之電路之彼等部分物理及電絕緣之任一材料。焊料遮罩可包括熱固化之絲網印刷遮罩、乾膜及/或絲網施加或簾塗型液體可光成像焊料遮罩。在一些實施例中，焊料遮罩可包含習用光阻劑或焊料不可潤濕之任何其他材料。焊料遮罩140之厚度在一些實施例中可小於約30μm，其厚度在其他實施例中小於約5μm，且其厚度在再其他實施例中可為約1μm或更小。可使用寬範圍之厚度及材料，只要發生有效焊料遮蔽即可。
另外，在其他實施例中，焊料遮罩140實際上亦可包括任何非金屬塗層，例如二氧化矽及/或矽氮化物，其可藉由物理及/或化學沈積技術來沈積。在再其他實施例中，焊料遮罩140可係反射性的，以便將自二極體區域120射出之光學輻射反射回至二極體區域120中。該等反射層之實例包括介電鏡、白色反射層(例如氧化鈦填充層)及/或其他白色/反射層。
仍參照圖1A，在LED晶片130之第二面130b上提供磷光體層150。如圖1A中所顯示，磷光體層150亦可延伸至基板之側壁110a上、延伸至二極體區域120之側壁上、延伸至陽極觸點160之側壁上、延伸 至陰極觸點170之側壁上，及/或超出陽極觸點160及陰極觸點170。在一些實施例中，磷光體層150係保形磷光體層，其厚度在一些實施例中可小於約150μm，厚度在其他實施例中小於約100μm且厚度在再其他實施例中小於約50μm。應瞭解，術語「磷光體」在本文中用於表示任何波長轉換材料，且可根據各種組態提供。
可使用各種技術來施加磷光體層150，包括分配、絲網印刷、轉膜、噴霧、塗覆及/或其他技術。亦可施加磷光體預成型物。在一些實施例中，磷光體層150可包含其中具有磷光體粒子之聚矽氧及/或其他透明材料。亦應瞭解，圖1A中顯示之磷光體層150分別與陽極觸點160及陰極觸點170之外面160a、170a共平面。然而，磷光體層150未必與該等外面共平面。特定而言，其可自該等外面160a及170a凹進或可突出超出該等外面160a及170a。另外，圖1A圖解說明呈薄保形層形式之具有均勻磷光體粒子密度之磷光體層150。然而，如圖8中所顯示，可提供包含非均勻地分散於其中之磷光體粒子之磷光體層150’，且在一些實施例中，其可在磷光體層150’之外部表面處包括不含磷光體之區域。另外，磷光體層150’亦可經組態為保形層。
在一些實施例中，二極體區域120經組態以發射藍光，例如主波長為約450nm至460nm之光，且磷光體層150包含黃色磷光體，例如峰波長為約550nm之YAG：Ce磷光體。在其他實施例中，二極體區域120經組態以在其受到激發時發射藍光，且磷光體層150可包含黃色磷光體與紅色磷光體(例如基於CASN之磷光體)之混合物。在再其他實施例中，二極體區域120經組態以在其受到激發時發射藍光，且磷光體層150可包含黃色磷光體、紅色磷光體及綠色磷光體(例如LuAG：Ce磷光體粒子)之混合物。另外，可在混合物及/或個別層中使用該等色彩及/或其他色彩及/或磷光體類型之各種組合及子組合。在再其他實施例中，不使用磷光體層。例如，藍色、綠色、琥珀色、紅色等LED 無需使用磷光體。
仍參照圖1A，亦可提供包含(例如)其中沒有磷光體粒子之聚矽氧之外透明層156，以為發光裝置180提供主要光學器件。可使不含磷光體之透明層156成型以提供透鏡、拱頂及/或其他光學元件，從而使得其側部及/或頂部可相對於二極體區域傾斜。不含磷光體之透明層156亦可囊封LED晶片130之磷光體層150及/或發光表面。透明層156之厚度在一些實施例中可為至少1.5mm，其厚度在其他實施例中可為至少0.5mm，且在再其他實施例中可不存在厚度。因此，在其他實施例中，可在沒有磷光體層150之情況下使用透明層156’。例如，如圖9中所圖解說明，透明層156係直接位於LED晶片130之第二面130b上。在一些實施例中，可使用相對厚之透明層156’，如圖9中所圖解說明。在其他實施例中，可使用保形透明層。在再其他實施例中，可在圖8之包含非均勻地分散於其中之磷光體粒子之磷光體層150’上提供圖9之透明層156’。
圖1B係與印刷電路板190組合之圖1A之發光裝置180之剖面圖，其中二極體區域120面對印刷電路板190且連接至印刷電路板190，而在二極體區域120與印刷電路板190之間無中間基台或中間層。印刷電路板190可包括任何習用印刷電路板材料，其用於使用導電通路、軌道或信號跡線機械支撐及電連接電子元件。印刷電路板190可包含層壓板、覆銅層壓板、樹脂浸潤型B階段織物、銅箔、覆金屬印刷電路板及/或其他習用印刷電路板。在一些實施例中，印刷電路板190用於在其上表面安裝電子元件。印刷電路板190可包括於其上之多個發光裝置180，以及一或多個積體電路晶片電源、積體電路晶片LED控制器及/或其他離散及/或積體電路被動及/或主動微電子元件，例如於其上之表面安裝元件。
印刷電路板190可包括陽極墊192及陰極墊198。陽極墊192及陰 極墊198提供印刷電路板190之連接表面192a、198a。第一焊料層194使陽極觸點160之暴露表面160a電及機械連接且在一些實施例中直接連接至陽極墊192。第二焊料層196使陰極觸點170之暴露表面170a電及機械連接且在一些實施例中直接連接至陰極墊198。焊料層194、196可包含呈焊料凸塊、焊料膏及/或焊料預成型物形式之共晶金/錫焊料，且亦可包括其他焊料組合物，例如鉛/錫焊料、錫/銀/銅焊料(稱為「SAC」焊料)及/或其他焊料組態。在再其他實施例中，可使用(例如)熱壓接合及/或其他技術使陽極觸點160直接附接至陽極墊192，及使陰極觸點170直接附接至陰極墊198。
在圖1B之實施例中，LED晶片130經組態以使二極體區域120電連接至印刷電路板190，而在二極體區域120與印刷電路板190之間無中間基台。另外，在一些實施例中，二極體區域120可藉由距離D與連接表面192a、198a間隔開。由於連接表面192a、198a與二極體區域120之間不存在基台或中間層，故距離D在一些實施例中可小於約200μm，在其他實施例中可小於約150μm，且在再其他實施例中可小於約100μm。
現在將提供圖1A及圖1B之各種實施例之其他論述。特定而言，圖1A及圖1B之LED晶片130可對應於由Cree公司出售之DA3547、DA700及/或DA1000 LED晶片，且闡述於標題為「Direct Attach DA3547 TM LEDs」(數據表：CPR3EL Rev.A,2010)、「Direct Attach DA700 TM LEDs」(數據表：CPR3EU Rev.-,2011)及「Direct Attach DA1000 TM LEDs」(數據表：CPR3ES Rev.A,2010)之各別數據表中，該等之揭示內容如同完全闡明於本文中一般以全文引用方式併入本文中，只是LED晶片130不包括基台或中間層。LED晶片130亦可對應於闡述於頒予Emerson等人之標題為Gap Engineering for Flip-Chip Mounted Horizontal LEDs之於2012年8月2日公開之美國申請公開案第 2012/0193661號中之LED晶片，該案之揭示內容如同完全闡明於本文中一般以全文引用方式併入本文中，只是不包括基台或中間層。
在其他實施例中可使用其他LED組態。例如，圖10圖解說明LED晶片130，其包括具有與第一(內)面110c正交之基板側壁110a之基板110(例如碳化矽、藍寶石及/或其他基板)。陽極觸點160及陰極觸點170可具有與圖解說明於圖1A及圖1B中者不同之幾何形狀，只要陽極觸點160及陰極觸點170係位在LED晶片130之單一面130a上即可。在一些實施例中可提供如圖解說明於圖10中之磷光體層150，及/或在一些實施例中亦可提供透明層(未顯示)。焊料遮罩140可在LED晶片130之整個第一面130a上延伸，且可界定分別使陽極觸點160及陰極觸點170之至少一部分暴露之開口。焊料遮罩140可藉由上文所闡述之任何材料來體現，包括光阻劑、介電鏡、白色焊料遮罩、氧化鈦填充層及/或其他白色及/或反射層。
圖1A及圖1B之實施例可使用焊料遮罩140來提供大於由LED晶片130本身提供之第一間隙G1之第二間隙G2，而無需改變LED晶片130之設計，且無需基台或中間層。另外，陽極觸點160及陰極觸點170不必突出超出磷光體層150，只要使用足夠焊料194、196來接觸及潤濕觸點金屬即可。類似地，焊料遮罩140可突出超出陽極觸點160及陰極觸點170，只要使用足夠焊料來接觸及潤濕觸點金屬即可。發光裝置180可在印刷電路板上提供可利用表面安裝技術有效使用之LED元件，而無需基台或中間層。因而可提供較低成本、簡易製造及/或較高性能。
圖2A及2B係根據本文所闡述之各個其他實施例之發光裝置180’之剖面圖。圖2A及圖2B分別對應於圖1A及圖1B，只是圖2A及圖2B之發光裝置180’分別在藉由焊料遮罩140暴露之陽極觸點160及陰極觸點170之各別外面160a、170a上添設陽極觸點延伸部分162及陰極觸點延 伸部分172。因此，儘管圖1A及圖1B之發光裝置180之外表面不共平面，但可藉由分別添設陽極觸點延伸部分162及陰極觸點延伸部分172將外表面製成共平面，如圖2A及圖2B中所顯示。可藉由電鍍及/或其他技術製造陽極觸點延伸部分162及陰極觸點延伸部分172。另外，陽極觸點延伸部分162及陰極觸點延伸部分172之外表面不必與焊料遮罩140之外表面共平面，如圖2B中所圖解說明。
圖3A及圖3B係根據本文所闡述之再其他實施例之發光裝置180”之剖面圖。圖3A及圖3B對應於圖1A及圖1B，指示不使用焊料遮罩140。更特定而言，如圖3A及圖3B中所顯示，可使用第一間隙G1之大小、陽極觸點160及陰極觸點170之組態、焊料層194、196之組態、陽極墊192及陰極墊198之組態及/或其他組態來使二極體區域120電連接至印刷電路板190，從而使得二極體區域120面對印刷電路板190，而在二極體區域120與印刷電路板190之間無中間基台。因此，藉由適當設計陽極觸點160及陰極觸點170之幾何形狀及/或組態、陽極墊192及陰極墊198之幾何形狀及/或組態及/或焊料層194、196之幾何形狀、組態及/或組成，可使二極體區域120電及機械連接至印刷電路板190，而在該二極體區域與該印刷電路板之間無中間基台。因而可提供無基台之LED元件。
圖4A至圖4G係根據本文所闡述之各個實施例之在其中間製造期間之發光裝置之剖面圖。圖4A至圖4G圖解說明根據圖1A、圖1B、圖2A及圖2B之LED裝置之製造，如現在將闡述。
參照圖4A，提供具有第一相對面130a及第二相對面130b及陽極觸點160及陰極觸點170之LED晶片130，該等觸點在第一面130a上彼此間隔開以界定其間之第一間隙G1。陽極觸點160及陰極觸點170之外面160a、170a遠離第一面130a。
然後，參照圖4B，形成焊料遮罩140，其自第一間隙G1延伸至陽 極觸點160之外面160a及/或陰極觸點170之外面170a上。焊料遮罩140可藉由以下來製造：毯覆式塗覆或沈積焊料遮罩材料(例如習用焊料遮罩材料、光阻劑或其他介電材料)，且然後圖案化此材料，如圖4B中所顯示。亦可使用焊料遮罩預成型物。焊料遮罩140可在裝配期間減少及/或防止相對於印刷電路板之放置錯誤。
現在參照圖4C，若期望，可分別添設陽極觸點延伸部分162及陰極觸點延伸部分172，如圖2A中所圖解說明。在其他實施例中，例如如圖1A中所顯示，不包括該等陽極觸點延伸部分162及陰極觸點延伸部分172，且圖4D至圖4G中將不顯示該等延伸部分。
現在參照圖4D，然後對複數個LED晶片130進行分類並將其放置於接收表面(例如帶410)上，從而使得陽極觸點(或延伸部分)、陰極觸點(或延伸部分)及焊料遮罩面對帶410。可在將LED晶片130分級或分類之後放置於帶410上。可進行分類以消除有缺陷或超出規格的晶片及/或提供基於光輸出之「分級」。
參照圖4E，然後視情況在LED晶片130之第二面130b上毯覆式形成磷光體層150’。如圖4E中所顯示，可藉由在LED晶片130之暴露表面上及其間之帶410上毯覆式塗覆或沈積其中包括磷光體粒子之聚矽氧層來形成保形磷光體層。磷光體層150’可使用許多技術(包括壓製預澆鑄板)來形成。可藉由真空袋及/或其他技術實施壓製。在其他實施例中，可在LED晶片130上形成磷光體層150’，之後將其放置於帶410上。
然後，參照圖4F，視情況藉由(例如)分配及/或使用另一預澆鑄板添加透明聚矽氧毯覆層156’。在其他實施例中，可使用一個步驟形成磷光體層150’及透明層156’。例如，可在LED晶片130及帶410上毯覆式塗覆其中包括磷光體粒子之液體聚矽氧塗層，且可使磷光體粒子在重力作用下沉降，以使毗鄰LED晶片130之磷光體粒子之濃度較 高，且遠離LED晶片130之磷光體粒子濃度較低或無磷光體粒子。在其他實施例中，然而，如圖4E及圖4F中所顯示實施兩個單獨操作，此可在層中降低應力。在再其他操作中，可省略磷光體層150’及/或透明層156’。
現在參照圖4G，然後(例如)使用滾壓刀將發光裝置180單粒化，且然後拉伸帶410以使帶410上之單粒化裝置分離。帶410可用於將LED分配給在印刷電路板上實施安裝之客戶。然後將發光裝置焊接至印刷電路板，如圖1B及/或圖2B中所圖解說明。在一些實施例中，圖4G之發光裝置180可直接自帶410焊接至印刷電路板190上，如圖1B或圖2B中所顯示。特定而言，可無需對裝置180再次分類，此乃因磷光體帶澆鑄件或其他接收表面可十分準確及/或已經預分級。另一選擇為，可自接收表面(例如帶410)移除發光裝置180，對其進行分類且然後將其施加至另一帶或其他臨時轉移表面，之後將其焊接至印刷電路板190上。
圖5A至圖5E係根據本文所闡述之各個其他實施例在中間製造期間之發光裝置之剖面，從而提供圖3A及圖3B之裝置。特定而言，參照圖5A，如結合圖4A所闡述提供LED晶片130。然而，與圖4B及圖4C相反，未形成焊料遮罩及觸點延伸部分。
參照圖5B，如結合圖4D所闡述在接收表面(例如帶410)上安裝複數個LED晶片130。在圖5C中，如結合圖4E所闡述視情況施加磷光體層150’。在圖5D中，如結合圖4F所闡述視情況施加不含磷光體之透明層156’。在圖5E中，如結合圖4G所闡述實施單粒化及帶拉伸。然後如結合圖3B所闡述將該等裝置放置於印刷電路板上。應注意，並非需要LED表面共平面，此乃因焊料可厚至足以潤濕觸點表面。
本文已結合上文闡述及附圖揭示了許多不同的實施例。應瞭解，逐字闡述及圖解說明該等實施例之每個組合及子組合將係過度重 複及混亂的。因此，本說明書(包括附圖)應被視為構成本文所闡述之實施例以及製作及使用該等實施例之方式及製程之所有組合及子組合之完全書面闡述，且應支持對任一該組合或子組合之主張。
在附圖及說明書中，已揭示了本發明之實施例，且儘管採用特定術語，但其僅係在一般及闡述意義上使用且並非出於限制目的，本發明之範圍係闡明於以下申請專利範圍中。
110‧‧‧透明基板
110a‧‧‧側壁
110b‧‧‧第二(外)面
110c‧‧‧第一(內)面
120‧‧‧二極體區域
130‧‧‧發光二極體晶片
130a‧‧‧第一相對面/第一面
130b‧‧‧第二相對面/第二面
140‧‧‧焊料遮罩
150‧‧‧磷光體層
156‧‧‧外透明層/透明層
160‧‧‧陽極觸點
160a‧‧‧外面
170‧‧‧陰極觸點
170a‧‧‧外面
180‧‧‧發光裝置
G1‧‧‧第一間隙
G2‧‧‧第二間隙

Claims (45)

  1. 一種發光裝置，其包含：發光二極體(LED)晶片，其具有第一相對面及第二相對面；陽極觸點及陰極觸點，其在該第一面上彼此間隔開以界定其間之間隙，該等陽極觸點及陰極觸點具有遠離該第一面之外面；及自該間隙延伸至該陽極觸點之該外面及/或該陰極觸點之該外面之層。
  2. 如請求項1之發光裝置，其中該等陽極觸點及陰極觸點之該等外面係共平面。
  3. 如請求項1之發光裝置，其中位於該陽極觸點之該外面及/或該陰極觸點之該外面上之該層自該LED晶片之該第一面突出超出該等陽極觸點及陰極觸點之該等外面。
  4. 如請求項1至3中任一項之發光裝置，其中該間隙係第一間隙，且其中該層使該等陽極觸點及陰極觸點之該等外面之至少一部分暴露，以界定藉由該層暴露之該等陽極觸點及陰極觸點之該等外面間之第二間隙，且該第二間隙寬於該等陽極觸點與陰極觸點間之該第一間隙。
  5. 如請求項4之發光裝置，其進一步包含位於藉由該層暴露之該等陽極觸點及陰極觸點之該等各別外面上之陽極觸點延伸部分及陰極觸點延伸部分。
  6. 如請求項5之發光裝置，其中該陽極觸點延伸部分、該陰極觸點延伸部分及該層之外面係共平面。
  7. 如請求項1至3中任一項之發光裝置，其進一步包含位於該陽極觸點之該外面上之第一焊料層及位於該陰極觸點之該外面上之 第二焊料層，該等焊料層係藉由延伸至該陽極觸點及/或該陰極觸點之該外面上之該層彼此間隔開。
  8. 如請求項5之發光裝置，其進一步包含位於該陽極觸點延伸部分之外面上之第一焊料層及位於該陰極觸點延伸部分之外面上之第二焊料層。
  9. 如請求項1至3中任一項之發光裝置，其中該陰極觸點係寬於該陽極觸點，且其中該層自該間隙延伸至該陰極觸點之該外面上，但未延伸至該陽極觸點之該外面上。
  10. 如請求項1至3中任一項之發光裝置，其進一步包含位於該LED晶片之該第二面上之磷光體層。
  11. 如請求項10之發光裝置，其進一步包含位在該磷光體層上且遠離該LED晶片之該第二面之不含磷光體之透明層。
  12. 如請求項10之發光裝置，其中該磷光體層包含非均勻地分散於其中之磷光體粒子。
  13. 如請求項10之發光裝置，其中該磷光體層亦位於該LED晶片在該等第一面與第二面間之側壁上。
  14. 如請求項1至3中任一項之發光裝置，其進一步包含位於該LED晶片之該第二面上之透明層。
  15. 如請求項1至3中任一項之發光裝置，其進一步包含位於該等陽極觸點及陰極觸點之該等外面及該層上之接收表面。
  16. 如請求項5之發光裝置，其進一步包含位於該等陽極觸點延伸部分及陰極觸點延伸部分之該等外面及該層上之接收表面。
  17. 如請求項1至3中任一項之發光裝置，其中該層包含焊料遮罩、絕緣材料及/或反射材料。
  18. 一種製造發光裝置之方法，其包含：提供發光二極體(LED)晶片，該晶片具有第一相對面及第二相 對面及陽極觸點及陰極觸點，該等觸點在該第一面上彼此間隔開以界定其間之間隙，該等陽極觸點及陰極觸點具有遠離該第一面之外面；及形成自該間隙延伸至該陽極觸點之該外面及/或該陰極觸點之該外面上之層。
  19. 如請求項18之方法，其進一步包含：將該等陽極觸點及陰極觸點之該等外面焊接至印刷電路板。
  20. 如請求項18之方法，其進一步包含：將該LED晶片放置於接收表面上，從而使得該陽極觸點、該陰極觸點及該層之該等外面毗鄰該接收表面。
  21. 如請求項20之方法，其進一步包含：在放置於該接收表面上之該LED晶片之該第二面上形成磷光體層。
  22. 如請求項21之方法，其進一步包含：在該磷光體層上形成不含磷光體之透明層。
  23. 如請求項21之方法，其中該磷光體層包含非均勻地分散於其中之磷光體粒子。
  24. 如請求項21之方法，其進一步包含：自上面具有該磷光體層之該LED晶片移除該接收表面。
  25. 如請求項24之方法，其進一步包含：將該等陽極觸點及陰極觸點之該等外面焊接至印刷電路板。
  26. 如請求項18至25中任一項之方法，其中該等陽極觸點及陰極觸點之該等外面係共平面。
  27. 如請求項18至25中任一項之方法，其進一步包含：在藉由該層暴露之該等陽極觸點及陰極觸點之該等各別外面上形成陽極觸點延伸部分及陰極觸點延伸部分。
  28. 如請求項27之方法，其進一步包含：將該等陽極觸點延伸部分及陰極觸點延伸部分之外面焊接至印刷電路板。
  29. 如請求項18至25中任一項之方法，其中該層包含焊料遮罩、絕緣材料及/或反射材料。
  30. 一種發光裝置，其包含：發光二極體(LED)晶片，該晶片包括具有第一相對基板面及第二相對基板面之基板及於該第一基板面上之二極體區域；其中該LED晶片係經組態以使該二極體區域電連接至印刷電路板，從而使得該二極體區域面對該印刷電路板，且在該二極體區域與該印刷電路板之間無中間基台。
  31. 如請求項30之發光裝置，其與該印刷電路板組合，其中該二極體區域面對該印刷電路板且連接至該印刷電路板，且在該二極體區域與該印刷電路板之間無中間基台。
  32. 如請求項31之發光裝置，其中該印刷電路板包括連接表面，且其中該二極體區域與該連接表面間隔小於約200μm。
  33. 如請求項31之發光裝置，其中該印刷電路板包括連接表面，且其中該二極體區域與該連接表面間隔小於約150μm。
  34. 如請求項31之發光裝置，其中該印刷電路板包括連接表面，且其中該二極體區域與該連接表面間隔小於約100μm。
  35. 如請求項30至34中任一項之發光裝置：其中該LED晶片進一步包含於遠離該基板之該二極體區域上之陽極觸點及於遠離該基板之該二極體區域上且與該陽極觸點間隔開之陰極觸點。
  36. 如請求項30至34中任一項之發光裝置：其中該LED晶片進一步包含於遠離該基板之該二極體區域上之 陽極觸點及於遠離該基板之該二極體區域上且與該陽極觸點間隔開之陰極觸點；其中該印刷電路板包含陽極墊及陰極墊；且其中該發光裝置進一步包含焊料層，該焊料層使該陽極觸點直接連接至該陽極墊且亦使該陰極觸點直接連接至該陰極墊。
  37. 如請求項30至34中任一項之發光裝置，其進一步包含位於該第二基板面上之磷光體層。
  38. 如請求項37之發光裝置，其進一步包含位於該磷光體層上且遠離該第二基板面之不含磷光體之透明層。
  39. 如請求項37之發光裝置，其中該磷光體層包含非均勻地分散於其中之磷光體粒子。
  40. 如請求項37之發光裝置，其中該磷光體層亦位於該基板在該等第一基板面與第二基板面間之側壁上。
  41. 如請求項30至34中任一項之發光裝置，其進一步包含位於該LED晶片之該第二面上之透明層。
  42. 一種製造發光裝置之方法，其包含：提供發光二極體(LED)晶片，該晶片包括具有第一相對基板面及第二相對基板面之基板及於該第一基板面上之二極體區域；將該LED晶片放置於接收表面上，從而使得該二極體區域面對該接收表面，且該二極體區域與該接收表面之間無中間基台；在位於該接收表面上之該LED晶片上形成磷光體層；自該接收表面移除上面具有該磷光體層之該LED晶片；及將已自該接收表面移除之該LED晶片焊接至印刷電路板，從而使得該二極體區域面對該印刷電路板且連接至該印刷電路板，且該二極體區域與該印刷電路板之間無中間基台。
  43. 如請求項42之方法，其進一步包含： 在該磷光體層上形成不含磷光體之透明層。
  44. 如請求項42或43之方法，其中該於位於該接收表面上之該LED晶片上形成磷光體層包含：在該LED晶片上及超出該LED晶片之該接收表面上形成磷光體層。
  45. 如請求項42或43之方法，其中該磷光體層包含非均勻地分散於其中之磷光體粒子。
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