TW201731127A - 紫外光發光二極體封裝方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種紫外光發光二極體的封裝方法，包含以下步驟：(S1)提供一承載片，該承載片連接有正負二個電極；(S2)固定一紫外光晶片於承載片上，電性連接電極；(S3)覆蓋透明熱固型含矽氧溶液於紫外光晶片；以及(S4)進行熱固化製程。

Description

紫外光發光二極體封裝方法
本發明是有關於一種發光二極體的封裝方法，尤其是關於一種紫外光發光二極體的封裝方法。
發光二極體(light emitting diode，LED)是一種能發光的半導體電子元件，並且具有節能、省電、高效率、反應時間快、壽命週期時間長、且不含汞、具有環保效益等優點，近年已被普遍應用於照明。一般LED封裝不僅要求能夠保護LED晶片，而且還要透光等材料上的特殊要求、封裝方法與結構。
一般封裝技術中，利用不透明圖案化基底，承載LED晶片(chip)與電極，藉由金屬導線將LED晶片與電極電性連接後，在不透明基底與晶片上，以透明材料覆蓋整個晶片、金屬導線、與不透明基底，固化後形成完成封裝。由於封裝必須使用透明材料，以利光線的射出，因此材料選擇有限。目前習知技術選用環氧樹脂或含苯環之純矽氧烷等高分子透明材料來進行封裝，但卻遇到許多材質老化等問題。
環氧樹脂具有低成本、易加工及封裝後保護性佳等優點，因此被廣泛應用於LED封裝，但環氧樹脂的熱安定性不足，並且硬化後材料特性硬力過大，因此並不適用於高 功率LED晶片之封裝。而純矽氧烷材料雖具有佳的光熱安定性、易加工、封裝後保護性佳等優點，但卻無法使用在短波段光源的封裝，如一般紫外光(波長小於420nm)，更尤其是波段365nm以下之LED封裝。由於純矽氧烷材料所含之苯環在短波長光源的照射下容易導製材料老化、裂解，造成脆裂等劣化狀況，失去對LED晶片的保護特性，導致LED晶片在還能使用的狀況下，卻因為封裝結構保護性不佳，而造成LED晶片的受損，進而縮短LED元件的使用壽命。
因此如何改善針對紫外光晶片的封裝結構，避免材料劣化進而造成保護性下降等問題，成為本發明所探討的課題。
本發明提供一種紫外光發光二極體的封裝方法，包含以下步驟：(S1)提供一承載片，該承載片連接有正負二電極；(S2)固定一紫外光晶片於承載片上，電性連接二個電極；(S3)覆蓋透明熱固型含矽氧溶液於紫外光晶片；以及(S4)進行熱固化製程。
在本發明的較佳實施例中，上述之透明熱固型含矽氧溶液係為旋塗式玻璃(Spin-on glass，SOG)。
在本發明的較佳實施例中，上述之步驟(S3)包含以下步驟：(S3A)將透明熱固型含矽氧溶液注膠於承載片上，覆蓋紫外光晶片；(S3B)旋轉承載片，使透明熱固型含矽氧溶液平鋪於承載片，並完整覆蓋承載片、紫外光晶片與電極；以及(S3C)於300~600℃環境下進行該熱固化製程，以乾燥透明熱固型含矽氧溶液。
在本發明的較佳實施例中，上述之部分電極上覆 蓋有絕緣層。
在本發明的較佳實施例中，上述之步驟(S3)包含以下步驟：(S3A’)將透明熱固型含矽氧溶液注膠於承載片上，覆蓋紫外光晶片；(S3B’)旋轉承載片，使透明熱固型含矽氧溶液完整覆蓋紫外光晶片以及未被絕緣層覆蓋之部分電極；以及(S3C’)於300~600℃環境下進行熱固化製程，以乾燥透明熱固型含矽氧溶液。
在本發明的較佳實施例中，上述之紫外光晶片包含晶片電極，晶片電極與電極直接接觸以電性連接電極。
在本發明的較佳實施例中，上述之紫外光晶片係以一金屬導線與電極電性連接。
在本發明的較佳實施例中，上述之步驟(S3)包含以下步驟：(S3A”)將透明熱固型含矽氧溶液注膠於承載片上，覆蓋紫外光晶片；(S3B”)壓模使透明熱固型含矽氧溶液平鋪於承載片，並完整覆蓋承載片、紫外光晶片與電極；以及(S3C”)於300~600℃環境下進行熱固化製程，以乾燥透明熱固型含矽氧溶液。
在本發明的較佳實施例中，上述之電極上設有一凹杯結構，環繞紫外光晶片。
在本發明的較佳實施例中，上述之凹杯結構之上表面與內側表面覆蓋有一絕緣層。
在本發明的較佳實施例中，上述之步驟(S3)包含以下步驟：(S3a)將透明熱固型含矽氧溶液注膠於承載片上，形成一弧面體覆蓋紫外光晶片與該凹杯結構；以及(S3b)於300~600℃環境下進行熱固化製程，以乾燥弧面體。
在本發明的較佳實施例中，上述之步驟(S3)包含以下步驟：(S3a’)將透明熱固型含矽氧溶液注膠於承載片上，覆蓋紫外光晶片與該支架；(S3b’)旋轉承載片，使透明熱固型 含矽氧溶液平鋪於承載片，並完整覆蓋承載片、紫外光晶片、電極與支架；以及(S3c’)於300~600℃環境下進行熱固化製程，以乾燥透明熱固型含矽氧溶液。
在本發明的較佳實施例中，上述之步驟(S3)包含以下步驟：(S3a”)將透明熱固型含矽氧溶液注膠於承載片上，覆蓋該紫外光晶片；(S3b”)壓模使該透明熱固型含矽氧溶液平鋪於承載片，並完整覆蓋承載片、紫外光晶片、電極與支架；以及(S3c”)於300~600℃環境下進行熱固化製程，以乾燥透明熱固型含矽氧溶液。
在本發明的較佳實施例中，上述之熱固化製程係於300~600℃環境下進行。
因此本發明能提供之發光二極體的封裝方法，可以適用於市場上所有常見波長之LED晶片封裝，尤其對於波段365nm以下之UV LED晶片的封裝，能解決習知製程產品容易產生劣化的問題，達到更佳且更長期的保護，進而延長UV LED的使用壽命。
1‧‧‧承載片
2‧‧‧電極
3‧‧‧絕緣層
4‧‧‧紫外光晶片
5‧‧‧透明熱固型含矽氧溶液
5’‧‧‧耐UV矽氧保護結構
6‧‧‧金屬導線
7‧‧‧凹杯結構
S1-S4‧‧‧步驟
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：圖1係依據本發明提供之紫外光發光二極體的封裝方法步驟流程示意圖；圖2A-2E係依據本發明之一實施例所繪製，一製程步驟之結構側視示意圖；圖3係依據本發明之一實施例所繪製之封裝結構側視示意圖； 圖4係依據本發明之一實施例所繪製，正裝晶片之封裝結構側視示意圖；圖5A-5D係依據本發明之一具有凹杯結構之實施例所繪製，一製程步驟之結構側視示意圖；圖6係依據本發明之一實施例所繪製之封裝結構側視示意圖；以及圖7係依據本發明之一實施例所繪製，正裝晶片之封裝結構側視示意圖。
本發明是在提供一種紫外光發光二極體(UV LED)的封裝方法，用以解決習知的封裝方法下所導致的劣化狀況，以改善對UV LED長期使用後的保護性，尤其是針對波長365nm以下之UV LED，能有效延長UV LED使用壽命之功效。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文以實施例配合所附圖式，做詳細說明。
為提供清楚說明，在此針對下述內容之部分名詞進行定義。說明書中，使用「~」來表是的數值範圍是指包含「~」前後所記載的數值分別作為上限值與下限值；另外說明書中「溶液」在沒有其他限制條件的情況下係指液態溶液，並且依據一般化學定義，溶液包含溶質與溶劑兩部分，溶質可以為氣體、液體或固體，但溶劑必為液體。
如圖1所示為依據本發明提供之紫外光發光二極體的封裝方法，步驟(S1)提供承載片，該承載片連接有正負二個電極；步驟(S2)固定紫外光晶片於承載片上，電性連接電極；步驟(S3)覆蓋透明熱固型含矽氧溶液於該紫外光晶片；以及步驟(S4)進行熱固化製程。於本發明之一實施例中，熱固型含矽氧溶液使用旋塗 式玻璃(Spin-on glass，SOG)材料與適合之溶劑，如乙醇、酮類或/及酯類，形成均勻溶液。於本發明不同實施例中，步驟(S3)中的覆蓋方式可以是注膠(dispensing)，並選擇性配合旋轉塗佈(spin)或模造(molding)之步驟來提高覆蓋的均勻性與平整度。
依據上述方法，以下提供本發明不同實施例以利說明，但並非用以限制本發明。本發明提供之封裝方式適用需要金屬導線的正裝晶片、不需金屬導線的覆晶封裝晶片(flip chip)、有凹杯結構(cavity)、無凹杯結構等各種類型之結構。
圖2A-2E所示為依據本發明之一實施例所繪製，不同製程步驟之結構側視圖。如圖2A所示，提供承載片1，承載片1連接有電極2，並且僅保留部分電極2外露，以用於與後續步驟中的晶片做電性連接，其餘部分以絕緣層3覆蓋，以保護並絕緣。本實施例中使用之承載片1為一般不透明基板。接著如圖2B所示，固定紫外光晶片4於承載片1上，並且電性連接電極2，其紫外光晶片4放出之光波波段小於或等於365nm。本實施例中使用沒有晶片凹杯結構的封裝結構，並且使用不需要金屬導線的覆晶晶片，如圖2B所示，紫外光晶片4具有晶片電極(未繪示出)，並利用與電極2直接接觸的方式以電性連接紫外光晶片4與電極2，其中電極2與晶片4之間可以利用金屬共晶(Eutectic bonding)或是焊錫(Soldering)的方式進行結合。接著將透明熱固型含矽氧溶液注膠於承載片1上，覆蓋紫外光晶片4，其中透明熱固型含矽氧溶液使用矽氧烷溶解於乙醇之液態SOG溶液。此時由於注膠方式可能會造成透明熱固型含矽氧溶液集中於承載片1上的中央處(可覆蓋多個紫外光晶片4，圖2C僅為示意之用)，如圖2C所示，因此此實施例中接著利用旋轉方式，使透明熱固型含矽氧溶液平鋪於承載片1上，並完整覆蓋承載片1、紫外光晶片4與電極2，如圖2D所示。之後於300~600℃環境下進行熱固化製程，以乾燥透明熱固型含矽氧溶液，形成如圖2E所示之耐UV矽氧保護結構5’。
於本發明一些實施例中，使用同上述說明之方法進行封裝，但由於注膠時所使用的透明熱固型含矽氧溶液量較少，因此形成如圖3所示之封裝結構，透明熱固型含矽氧溶液順應性地覆蓋於紫外光晶片4與暴露之部分電極2。值得注意的是，透明熱固型含矽氧溶液的量至少要使固化後之耐UV矽氧保護結構5’能完整覆蓋紫外光晶片4與暴露之部分電極2，以達到所需之保護效果。
於本發明其他實施例中，使用類似上述針對圖2A-2E說明之封裝方法，但不以旋轉方式來使透明熱固型含矽氧溶液，而以模造方式進行施壓，使透明熱固型含矽氧溶液5平鋪於承載片1上，並完整覆蓋承載片1、紫外光晶片4與電極，其結構剖面圖同圖2A-2E，因此並未額外繪製。但值得注意的是，以模造方式進行必須注膠足夠量透明熱固型含矽氧溶液。另外，於本發明一些實施例中，熱固化製程之溫度範圍可進一步控制在300~600℃之間。
於本發明其他實施例中，使用正裝晶片之結構，並配合同上述說明之方法進行封裝，其封裝結構如圖4所示，其中紫外光晶片4透過金屬導線6來與電極2電性連接。在使用正裝晶片結構的實施例中，透明熱固型含矽氧溶液5須完整覆蓋承載片1、紫外光晶片4、電極2與金屬導線6，以達到所需之保護效果。
圖5A-5D所示為依據本發明之另一實施例所繪製，不同製程步驟之結構側視圖，為易於了解與簡化說明之考量，相同功能之元件標號延用前述實施例之標號。如圖5A所示，提供承載片1，承載片1連接有電極2。電極2上設有凹杯結構7，使部分電極2被凹杯結構7覆蓋，並保留部分電極2外露，以用於與後續步驟中與紫外光晶片4做電性連接，其中凹杯結構7之材質為陶瓷，並且形狀為環形，用以保護紫外光晶片4。接著如圖5B 所示，使紫外光晶片4置於承載片1上、凹杯結構7中，使凹杯結構7環繞紫外光晶片4，並且使紫外光晶片4電性連接電極2。而絕緣層3可選擇性覆蓋於凹杯結構7上以增強保護，於本實施例中絕緣層3完整覆蓋凹杯結構7之上表面與內側表面，但本發明並不以此為限。於本發明其他實施例中，可以不使用絕緣層3、絕緣層3僅覆蓋凹杯結構7上表面，或是絕緣層3完整覆蓋凹杯結構7；又於本發明一些實施例中，絕緣層3可以選擇性加入反光材料，以達到更佳之出光效果。
本實施例中使用有晶片凹杯結構7的封裝結構，並且使用不需要金屬導線的覆晶晶片，如圖5B所示。本實施例使用的紫外光晶片4具有晶片電極(未繪示出)，並利用與電極2直接接觸的方式以電性連接紫外光晶片4與電極2。接著將透明熱固型含矽氧溶液注膠於承載片1上，覆蓋紫外光晶片4。與前述沒有凹杯結構7的實施例不同的是，前述實施例由於沒有凹杯結構7，因此注膠時會集中在整個承載片1的中央處或是某幾處，之後使用旋轉或模造的方式進行平均化；而由於本實施例中以具有凹杯結構7所形成的分別的獨立凹槽(cavity)之結構進行封裝，因此注膠會針對每個紫外光晶片4個別注入，形成如圖3C所示之透明熱固型含矽氧溶液5，形成弧面體覆蓋紫外光晶片4與凹杯結構7，並且每個紫外光晶片4上方形成有個別對應的弧面體透明熱固型含矽氧溶液5。之後於300~600℃環境下進行熱固化製程，以乾燥透明熱固型含矽氧溶液，形成如圖5D所示之耐UV矽氧保護結構5’。
於本發明一些實施例中，使用類似上述說明之方法進行封裝，但於注膠形成圖5C所示之弧面體透明熱固型含矽氧溶液5後，先進行旋轉塗佈，使透明熱固型含矽氧溶液5能平鋪於承載片1上，並完整覆蓋承載片1、紫外光晶片4、電極2、凹杯結構7與絕緣層3，之後才進行熱固化製程，形成如圖6所示之耐UV矽氧保護結構5’。
於本發明其他實施例中，同樣使用類似上述說明圖5A-5C之方法進行封裝，但於注膠形成圖5C所示之弧面體透明熱固型含矽氧溶液5後，利用模造方式施壓使透明熱固型含矽氧溶液5能平鋪於承載片1上，並完整覆蓋承載片1、紫外光晶片4、電極2、凹杯結構7與絕緣層3，之後才進行熱固化製程，同樣可形成同圖6所示之耐UV矽氧保護結構5’。此實施例雖然方法不同，但形成之結構與圖6相同，因此不再額外繪製，僅延用圖6所示之結構做示意之用。
於本發明其他實施例中，使用正裝晶片之結構，並配合同上述說明之方法，使用具有凹杯結構7之結構進行封裝，其封裝結構如圖7所示，其中紫外光晶片4之一晶片電極透過至少一條金屬導線6來與電極2電性連接，同時紫外光晶片4之另一晶片電極直接與另一電極2接觸以電性導通。在使用正裝晶片結構的實施例中，透明熱固型含矽氧溶液5須完整覆蓋承載片1、紫外光晶片4、電極2與金屬導線6，以達到所需之保護效果。
本發明提供上述實施例僅用以說明，並非限制本發明。本發明提供的封裝方法可以適用於市場上所有常見波長之LED晶片封裝，尤其對於波段365nm以下之UV LED晶片的封裝，能解決習知製程產品容易產生劣化的問題，達到更佳的且更長期的保護，進而延長UV LED的使用壽命。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。任何該領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S1~S4‧‧‧步驟

Claims (14)

  1. 一種紫外光發光二極體的封裝方法，包含以下步驟：(S1)提供一承載片，該承載片上連接有一電極；(S2)固定一紫外光晶片於該承載片上，電性連接該電極；(S3)覆蓋一透明熱固型含矽氧溶液於該紫外光晶片；以及(S4)進行一熱固化製程。
  2. 如專利請求項1所述之紫外光發光二極體的封裝方法，其中該透明熱固型含矽氧溶液係為旋塗式玻璃(Spin-on glass，SOG)。
  3. 如專利請求項1所述之紫外光發光二極體的封裝方法，其中該步驟(S3)包含以下步驟：(S3A)將該透明熱固型含矽氧溶液注膠於該承載片上，覆蓋該紫外光晶片；(S3B)旋轉該承載片，使該透明熱固型含矽氧溶液平鋪於該承載片，並完整覆蓋該承載片、該紫外光晶片與該電極；以及(S3C)於300~600℃環境下進行該熱固化製程，以乾燥該透明熱固型含矽氧溶液。
  4. 如專利請求項1所述之紫外光發光二極體的封裝方法，其中該部分該電極上覆蓋有一絕緣層。
  5. 如專利請求項4所述之紫外光發光二極體的封裝方法，其中該步驟(S3)包 含以下步驟：(S3A’)將該透明熱固型含矽氧溶液注膠於該承載片上，覆蓋該紫外光晶片；(S3B’)旋轉該承載片，使該透明熱固型含矽氧溶液完整覆蓋該紫外光晶片以及未被該絕緣層覆蓋之部分該電極；以及(S3C’)於300~600℃環境下進行該熱固化製程，以乾燥該透明熱固型含矽氧溶液。
  6. 如專利請求項5所述之紫外光發光二極體的封裝方法，其中該紫外光晶片包含一晶片電極，該晶片電極與該電極直接接觸以電性連接該電極。
  7. 如專利請求項1所述之紫外光發光二極體的封裝方法，其中該紫外光晶片係以一金屬導線與該電極電性連接。
  8. 如專利請求項1所述之紫外光發光二極體的封裝方法，其中該步驟(S3)包含以下步驟：(S3A”)將該透明熱固型含矽氧溶液注膠於該承載片上，覆蓋該紫外光晶片；(S3B”)壓模使該透明熱固型含矽氧溶液平鋪於該承載片，並完整覆蓋該承載片、該紫外光晶片與該電極；以及(S3C”)於300~600℃環境下進行該熱固化製程，以乾燥該透明熱固型含矽氧溶液。
  9. 如專利請求項1所述之紫外光發光二極體的封裝方法，其中該電極上設有 一凹杯結構，環繞該紫外光晶片。
  10. 如專利請求項9所述之紫外光發光二極體的封裝方法，其中該凹杯結構之一上表面與一內側表面覆蓋有一絕緣層。
  11. 如專利請求項9所述之紫外光發光二極體的封裝方法，其中該步驟(S3)包含以下步驟：(S3a)將該透明熱固型含矽氧溶液注膠於該承載片上，形成一弧面體覆蓋該紫外光晶片與該凹杯結構；以及(S3b)於300~600℃環境下進行該熱固化製程，以乾燥該弧面體。
  12. 如專利請求項9所述之紫外光發光二極體的封裝方法，其中該步驟(S3)包含以下步驟：(S3a’)將該透明熱固型含矽氧溶液注膠於該承載片上，覆蓋該紫外光晶片與該支架；(S3b’)旋轉該承載片，使該透明熱固型含矽氧溶液平鋪於該承載片，並完整覆蓋該承載片、該紫外光晶片、該電極與該支架；以及(S3c’)於300~600℃環境下進行該熱固化製程，以乾燥該透明熱固型含矽氧溶液。
  13. 如專利請求項9所述之紫外光發光二極體的封裝方法，其中該步驟(S3)包含以下步驟：(S3a”)將該透明熱固型含矽氧溶液注膠於該承載片上，覆蓋該紫外光晶片； (S3b”)壓模使該透明熱固型含矽氧溶液平鋪於該承載片，並完整覆蓋該承載片、該紫外光晶片、該電極與該支架；以及(S3c”)於300~600℃環境下進行該熱固化製程，以乾燥該透明熱固型含矽氧溶液。
  14. 如專利請求項1所述之紫外光發光二極體的封裝方法，其中該熱固化製程係於300~600℃環境下進行。
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