TWI362762B - High brighthess led with protective function of electrostatic damage - Google Patents

Description

1-362762 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關一種發生靜電（ESD)時，對 • InGaN,GaN系的發光二極體晶片（Chip)產生保護作 - 用的一項技術。更具體而言，是指在鍍銀的導線的防 靜電（ESD)衝擊保護元件用於焊墊（Die PAD )底面， 塗上焊錫膏（Cream Solder)固定住防靜電（ESD)衝 φ 擊保護元件{半導體變阻器（Varistor)或稽納二極體 (Zener-Diode)}後，用白色熱硬化樹脂（Ti〇2)製作傳 遞模塑（Transfer Mold)形式的反光面（Reflect〇r)，在 該反光面内部的發光二極體焊墊（Die PAD )上面， 將InGaN,GaN系的發光二極體晶片（Chip)粘貼上 去，並打上導線，然後用透光性環氧樹脂進行封裝， 再通過切割（Sawing)和成型（Forming)程序，形成 單個對防靜電（ESD)衝擊有較強承受力的具有防靜電 (ESD)保護功能的南免度發光二極體。 【先前技術】 以往的防靜電（ESD)衝擊保護用發光二極體的結 構，如圖la,lb所示。其中， 圖la者係：由熱可塑性材料（92 )構成的表面具有 反光面的發射杯（9)所形成的導線架（Lead Frame) 5 1-362762 二極體製造程序中導致變色、可靠性下降等問題。由 於不耐熱的特點，必須局限在只使用低溫也可進行粘 貼的銀漿（Ag)來粘貼發光二極體晶片（Chip) ( 10)或 稽納二極體晶片（Zener Diode Chip) (Z)，不僅降低程 序生產能力，還會引發增加正向電壓（VF-Forward Voltage)的問題。 此外，還有在熱可塑性材料的成型模具表面所具 有的反射杯（91 )部位填充透光性環氧樹脂（15 )時， 使發光二極體元件的導線（Gold Wire)斷裂導致電極 斷落的問題。 【發明内容】 本發明旨在解決以往InGaN, GaN系的發光二極 體元件所具有對靜電（ESD)衝擊非常脆弱的各項問 題，其發生數千伏靜電（ESD)衝擊時，不僅對InGaN, GaN系的晶片（10 )產生直接影響，從而大幅度降 低由於靜電（ESD)衝擊所產生的不良率，而且不是用 銀漿（Ag)環氧樹脂（Epoxy)枯貼InGaN, GaN系的 發光二極體晶片（Chip)，而是用高溫共融結合 (Eutectic Bonding)的方法進行作業，不僅提高生產 能力，還能降低正向電壓（Forward Voltage-Vf)，不 干擾發光二極體晶片（Chip)所發射的光，從而生產出 8 1-362762 可提高發光二極體亮度的具有防靜電（ESD)衝擊保護 功能的高亮度發光二極體。 本發明的另一目的在於，因不給發光二極體晶片 (Chip)熱應力（Stress)，所以能夠生產出不具有因高 溫所導致的問題，並且具有防靜電（ESD)衝擊保護功 能的高亮度發光二極體。 為達到這一目的，LED光半導體元件，在鍍銀的 一批導線架的焊塾上，用焊錫膏（Cream Solder)枯貼 防靜電（ESD)衝擊保護元件{半導體變阻器（Varistor) 或稽納二極體（Zener Diode)}後，將Ti〇2系白色熱硬 化樹脂以傳遞模塑（Transfer Mold)方式封裝，在表面 製作具有反光面（Reflector)的反射杯（91 )，在該表 面的具有反光面（Reflector)的反射杯（91 )内部的發 光二極體焊墊（Die Pad)粘貼InGaN,GaN系的發光二 極體晶片（Chip)，並打上導線，然後用透光性環氧樹 脂封裝表面具有反光面（Reflector)的反射杯（91)内 部，再通過切割（Sawing)和成型（Forming)程序形 成單個發光二極體。 【實施方式】 參照下列附圖，對本發明的光半導體元件進行說 明。圖2a,2b,2c,2d為根據本發明實施案例，粘貼防 靜電（ESD)衝擊保護元件{半導體變阻器（Varistor)或 9 1-362762 稽納二極體（Zener-Diode)}，可減少靜電（ESD)衝擊 所引起的不良的發光二極體的内部結構和表示其極 性的圖式以及電路圖。 如圖2所示’本發明安裝抗靜電衝擊保護元件的 InGaN，GaN系發光二極體的結構，為-對正極支腳 (Anode Lead)(5)和負極支腳（Cathode Lead)(4)所組 成的導線架（1)、上述負極、正極支腳（4)(5)的 上側，為由白色熱硬化樹脂（9)製成的表面具有反 光面（Reflector)(91)的反射杯（91)、其Ti〇2系白色 熱硬化樹脂（9 )内部為抗靜電（ESD)衝擊保護元件（7 ) {半導體變阻器（Varistor)或稽納二極體 (Zener-Diode)}、負極支腳焊墊（Die Pad)杯（3)内 所粘貼的GaN，InGaN系晶片（Chip)(l〇)、能夠將上 述正極、負極支腳（5)(4)和發光二極體晶片（1〇) 通電的通電導線（10)、由上述Ti〇2系白色熱硬化樹 脂（9 )而製成的表面具有反光面（Reflect〇r)(91)的反 射杯内部以透光性環氧樹脂（15 )封裝而組成β 圖3a,3b,3c為圖示本發明的實施方案之一的發 光二極體的内部結構和其極性的圖式及電路圖。 如圖所示’本發明的InGaN, GaN系發光二極體 的結構如下：一對正極支腳（An〇de Lead)(5)和負極 支腳（Cathode Lead)(4)所組成的導線架（1 )、上述負 極、正極支腳（4 ) ( 5 )的上側由Ti〇2系白色熱硬化 1362762 樹脂（9)製成的表面具有反光面（Reflect〇r)(91)的反 射杯（91 )、其Ti〇2系白色熱硬化樹脂（9 )内部後 面為抗靜電（ESD)衝擊保護元件（7) {半導體變阻器 (Varistor)或稽納二極體（zener_Diode)}、負極支腳谭 墊（Die Pad)杯（3)内所粘貼的GaN, InGaN系的兩 個晶片（Chip)(l〇)、能夠將上述正極、負極支腳（5) (4)和發光二極體晶片（1〇)通電的通電導線（n )、 由上述Ti〇2系白色熱硬化樹脂（9)所製成的表面具 有反光面（Reflector)(91)的反射杯内部以透光性環氧 樹脂（15 )封裝而組成。 圖4a,4b,4c,4d為圖不本發明又一實施案例的發 光一極體的内部結構和其極性的圖式及電路圖。 如圖所示，本發明的InGaN, GaN系發光二極體 的結構如下：一對正極支腳（Anode Lead)(5)和負極 支腳（Cathode Lead)(4)所組成的導線架（1)、上述負 極、正極支腳（4 ) ( 5 )的上側由Ti02系白色熱硬化 樹脂（9)製成的反光面（Reflector)(91)、其Ti〇2系 白色熱硬化樹脂（9)製成的表面具有反光面 (Reflector)的反射杯（91)内部的為了抗靜電（Esc^ 衝擊保5蔓元件（7 ){半導體變阻器（Varistor)或稽納 二極體（Zener-Diode)}、負極導線架（Lea(i prame)⑷ 部分的焊墊（Die Pad)杯（3 )内所粘貼的GaN, InGaN 系晶片（Chip) (10)、能夠將上述正極、負極支腳（5 ) 11 1362762 (4)和發光二極體晶片（10).通電的通電導線（ii)、 由上述Ti〇2系白色熱硬化樹脂（9 )所製成的表面具 有反光面（Reflector)的反射杯（91 )内部所魅貼的 GaN, InGaN糸晶片（Chip )(10)上面塗覆變頻螢光粉 (12)、上述變頻營光粉（12)上面為空氣層（μ)、 位於上述TiCh系白色熱硬化樹脂（9 )所製成的表面 具有反光面（Reflector)的反射杯（91)上側則為si〇2 玻璃（Glass)(13)保護層》 鲁 圖5a,5b,5c,5d為圖示本發明另一實施案例的發 光一極體的内部結構和其極性的圖式及電路圖^ 該項内容如圖所示，與圖4的記述内容相同，只 不過疋顯示GaN, InGaN系發光二極體晶片 (Chip)(l〇)和抗靜電（ESD)衝擊保護元件（？）由多列 (1-4列組成）組成的結構而已。 圖6，7，8是關於實施本發明的實施方案和另一 • 只粑案例以及又一實施案例時的重要程序上的原材 料和輔料的圖式。 由多列排列成的焊墊部分（3 )和通孔（2 )以及 »· 粘貼抗靜電（ESD)衝擊保護元件（7)的焊墊（Pad)部 (71)所組成。 圖7為關於實施本發明的第一程序的示意圖，由 多列排列的焊墊部分⑺和通孔⑵以及枯貼抗靜 电（ESD)衝擊保護元件⑺的焊塾（pad)部（71)、在 12 1362762 該焊墊（Pad)部（71)所塗抹的焊錫膏（Cream S〇lder)(8)和該焊錫膏（Cream Solder)(8)部位所抽貼 的抗靜電（ESD)衝擊保護元件（7)所組成。 圖8為關於實施本發明的第二程序的示意圖，由 多列排列的焊墊部分（3)和通孔（2)以及枯貼抗靜 電（ESD)衝擊保遵元件（7 )的煤塾（Pad)部（71)、在 該焊墊（Pad)部（71)所塗抹的焊錫膏（Cream S〇lder)(8)和該焊錫膏（Cream Solder)(8)部位所枯貼 的抗靜電（ESD)衝擊保護元件（7 )、半導體導線架部 分所封裝的Ti〇2系白色熱硬化樹脂（9 )所組成。 以上述結構所構成的本發明的對抗靜電（ESD)衝 擊具有保護功能的高亮度發光二極體形成與InGaN, GaN系的發光二極體晶片（1〇 )的極性相反的抗靜 電（ESD)衝擊保護元件（7) {半導體變阻器（varist〇r) 或稽納二極體（Zener-Diode)}的電極，在發生數千伏 靜電時，設計成不會對InGaN, GaN系的晶片（7) (Chip)直接產生衝擊，而是將靜電疏導到抗靜電（ESD) 衝擊保護元件（7 ){半導體變阻器（Varistor)或稽納 二極體（Zener-Diode)}，因發光二極體元件不通靜 電，所以能大幅降低因產生靜電引起的不良率。 將該抗靜電（ESD)衝擊保護元件（7) {半導體變 阻器（Varistor)或稽納二極體（Zener-Diode)}與非白 色熱塑性成型材料的Ti〇2系白色熱硬化樹脂（9 ) 一 13 1.362762 同使用；不用銀漿（Ag)樹脂（Epoxy)轴貼InGaN, GaN系的發光二極體晶片（10 ) (Chip)，以高溫共融 結合（Eutectic Bonding)的方法進行作業，從而可提 高生產能力，並降低正向電壓（Forward Voltage-Vf)。 另外，在該Ti〇2系熱硬化樹脂（9 )内部粘貼抗 靜電（ESD)衝擊保護元件（7){半導體變阻器（Varistor) 或精納二極體（Zener-Diode)}，可不干擾發光二極體 晶片（Chip)所發射的光，因此可提高發光二極體的亮 度。 此外，不用透光性環氧樹脂填充而用Ti02系白 色熱硬化樹脂（9)而製成的表面所具有的反光面 (Reflector)的反射杯（91)内部，而是在Ti〇2系白 色熱硬化樹脂（9)的上側，用枯合劑钻貼Si〇2玻 璃（Glass)(13)，因不給發光二極體晶片（Chip)熱應力 (Stress)，所以可生產出不具有因高溫而出現問題的 發光二極體元件。 工業上之可利用性： 本發明不對InGaN, GaN系的晶片（Chip)產生直 接性影響，能夠有效降低因產生靜電而導致的不良 率，將抗靜電（ESD)衝擊保護元件（7) {半導體變阻 器（Varistor)或精納二極體（Zener-Diode)}與非白色 熱塑性成型材料的Ti〇2系白色熱硬化樹脂共同使 用，以共融結合（Eutectic Bonding)的方法進行作 14 1-362762 業，從而提高生產能力，並降低正向電壓（Forward Voltage-Vf)。不僅如此，還在Ti〇2系白色熱硬化樹 脂内部粘貼抗靜電（ESD)衝擊保護元件{半導體變阻 器（Varistor)或稽納二極體（Zener-Diode)}，由此不干 擾從發光二極體晶片（Chip)發射出來的光，從而提高 發光二極體的亮度，並在具有反光面（Reflector)的反 射杯内粘貼抗靜電二極體，由此解決粘貼InGaN, GaN系的晶片時，晶片結合和打導線作業上的難題， 從而獲得大幅提高生產能力的效果。 此外，將用Ti〇2系白色熱硬化樹脂而製成的表 面所具有的反光面（Reflector)的反射杯内部，在Ti〇2 系白色熱硬化樹脂的上側，用粘合劑粘貼Si〇2玻璃 (Glass)，因不給發光二極體晶片（Chip)熱應力 (Stress)，所以可生產出不具有因高溫而出現問題的 發光二極體元件。

15 1*362762 【圖式簡單說明】 圖la為以在稽納發光二極體晶片（zenei· Diode Chip)向光源LED晶片的水準方向粘貼的發光二極體 的結構中間部位縱斷面圖； 圖11?為以往稽納發光二極體晶片（Zener Diode Chip)向光源LED晶片（Chip )垂直方向粘貼的發光 二極體的結構中間部位縱斷面圖； 圖2為本發明的將防靜電（esd)衝擊保護元件 {半導體變阻器（Varistor)或稽納二極體 (Zener-Diode)}插入導線架上部（與發光二極體晶片 在同一平面上）的發光二極體結構圖，其中 (a )為部分斷面平面圖，（b)為部分斷面正面 圖，（c)為部分斷面側面圖，（（1)為電路圖； 圖3為本發明的另一種實施方案，是將防靜電 (ESD)衝擊保護元件丨半導體變阻器（Varist〇r)或稽納 一極體（Zener-Diode)}插入導線架下部（與發光二極 體晶片的相反方向）的發光二極體的結構圖，其中 (a)為部分斷面平面圖，（1>)為部分斷面正面 圖，（c)為電路圖； 圖4為本發明又一種實施方案的發光二極體結 構圖，其中 (a)為部分斷面平面圖，（1))為部分斷面正面 圖，（c)為部分斷面側面圖，（（i)為電路圖； 16 1362762 圖5為本發明另一種實施方案 構圖，其申 ' 的發光二極體結 (a)為部分斷面平面圖， 圖’（c )為部分斷面側面圖，（ 圖6’ 7’ 8為表示實施本發 圖及中間部位正面圖。 (b)為部分斷面正面 d)為電路圖； 明時部分程序的平面

5 :正極支腳 :導線

【圖式中元件名稱與符號對照】 4 : 負極支腳 2 : 稽納二極體晶片 10 :晶片 92 :熱可塑性材料 9 : 白色熱硬化樹脂 2 : 通孔 91 :反射杯 12 :變頻螢光粉 13 • Si〇2 玻璃（Glass) 14 8 : 空氣層 71 : 焊錫膏（Cream Solder) 15 :透光性環氧樹脂 1 :導線架 3 :焊墊部分 7 :元件 15 :環氧樹脂 焊塾（Pad)部 17

Claims (1)

1.362762 十、申請專利範圍： 1、一種具有防靜電保護功能的高亮度發光二極 體，包括：一對正極支腳（Anode Lead)(5)和負極 支腳（Cathode Lead)(4)所組成的導線架（工），於 上述負極、正極支腳（4) (5)的上側，以將發 光二極體的光朝一個方向發射，在其表面具有反 光面（Reflector)的反射杯（91)，在反射杯（91) 内側（負極、正極支腳在同一平面上）插入抗靜 電（ESD)衝擊保護元件，在負極支腳（Cath〇de Lead Frame)部位的悍墊（Die Pad)杯（3)部分，粘 貼有GaN，InGaN系晶片（1〇)，為了將上述正 極、負極支腳（5 ) ( 4 )和發光二極體晶片（1〇 ) 連接起來的導電線（11)、以及填充於表面具有 反光面的反射杯（91 )内側的透光性環氧樹脂 (15)； 其中所述表面具有反光面（Reflector)的反射杯 (91 )以Ti〇2系白色熱硬化樹脂（9 )用傳遞模 塑（Transfer Mold)方法而製成，在封裝之前，向 發光二極體的光放射的方向，在具有反光面 (Reflector)的反射杯（91 )的壁面所處的位置， 用焊錫膏（Cream Solder)(8)枯貼一個以上的抗 靜電（ESD)衝擊保護元件，在其上面傳遞封震 Ti〇2系白色熱硬化樹脂（9 )，並通過切割 (Trimming)和成型（Forming)程序，形成單個 18 1-362762 發光二極體者。 2、=專:，第1項所述之具有防靜電保護 力月匕的问壳度發光二極體，其中發光二極體晶片 (Chlp)(i〇)和抗靜電（ESD)衝擊保護元件排成多 列，表面具有反光面（Reflect〇r)的反射杯（9ι) 也由多列組成為特點。 3、 如申請專利範圍第i制述之具有防靜電保護 功能的南亮度發光二極體，其中以白色Ti〇2系 熱硬化樹脂（9 )製成的表面具有反光面 (Reflector)的反射杯（91)内部後側，裝有一個 以上的抗靜電（ESD)衝擊保護元件為特徵者。 4、 如申請專利範圍第2項或2項或3項所述之 〃有防4电保濩功能的高亮度發光二極體，其中 其係以變阻器（Varistor)作為抗靜電（ES 保護元件者。 5、 如申請專利範圍第：項或2項或3項所述之 具有防靜電保護功能的高亮度發光二極體，其中 其係以稽納二極體（Zener Di〇de)作為抗靜電 (ESD)衝擊保護元件者。 6、 如申請專利範圍第α項或2項或3項所述之 具有防靜電保護功能的高亮度發光二極體，其中 所述熱硬化樹脂（Ti〇2)(9)内部所粘貼的以队 InGaN系晶片（10)上形成的變頻螢光粉（12)、該 19 1-362762 變頻螢光粉（12 )形成空氣層、在所述熱硬化樹 脂（Ti〇2)(9)所製成的表面具有反光面（Reflect〇r) 的反射杯（91 )的上側粘貼Si02玻璃（Glass)( 13 ) 為特點者。 7、 如申請專利範圍第1項或2項或3項所述之 具有防靜電保護功能的高亮度發光二極體，其中 由多列所述發光二極體晶片（Chip)(10)和抗靜電 (ESD)衝擊元件（7 )組成的具有反光面（Reflector) 的反射杯（91 )為多列排列者。 8、 如申請專利範圍第α項或2項或3項所述之 具有防靜電保護功能的高亮度發光二極體，其中 所述表面具有反光面（Reflect〇r)的反射杯（91)， 使用塑膠成型材質，在一個塑膠平板，把若干個 發光二極體晶片（Chip)(1〇)分別排列在不同的焊 墊（Die Pad)者。

20