TWI397197B - 發光二極體封裝結構及其製造方法 - Google Patents

Description

發光二極體封裝結構及其製造方法

本發明涉及一種半導體發光元件，特別涉及一種發光二極體的封裝結構及其製造方法。

作為一種新興的光源，發光二極體憑藉其發光效率高、體積小、重量輕、環保等優點，已被廣泛地應用到當前的各個領域當中，大有取代傳統光源的趨勢。

發光二極體是一種單向導通的電子元件，當經過發光二極體的電流為正向導通時，可使發光二極體發光。當電流反向時，發光二極體不能導通，並且若電流過大，有可能擊穿發光二極體，使發光二極體不能再正常工作。因此業界多有設置一穩壓二極體與發光二極體並聯，若有異常的反向電流或靜電產生時，過高的反向電流可經由該穩壓二極體進行放電，從而保護發光二極體不受到破壞。目前業界採用打線外置固定的方式，將穩壓二極體與發光二極體並聯。然而，這種外置並聯的穩壓二極體不但使發光二極體封裝的結構複雜、體積增大，而且不能保證兩者的電連接的穩定性，這對於發光二極體的後端使用都是不利因素。因此，業者對此問題多有關注。

有鑒於此，有必要提供一種利於產業應用的發光二極體封裝結構及其製造 方法。

一種發光二極體封裝結構，包括絕緣基板、發光二極體晶片及二電極層，該絕緣基板的一面上設有凹槽，該發光二極體晶片設置於該凹槽中，二電極層置於絕緣基板的所述一面上並分別與發光二極體晶片電性連接，該凹槽底部設有與二電極層電性連接並與發光二極體晶片並聯的基納二極體。

一種發光二極體封裝結構的製造方法，其步驟包括：提供一絕緣基板，該絕緣基板上設有一凹槽；在凹槽底部設置一基納二極體；提供二電極層，該二電極層設置在絕緣基板上，並且該二電極層分別與基納二極體電性連接；提供一發光二極體晶片，該發光二極體晶片設置在凹槽內與二電極層電性連接，並與基納二極體並聯。

與習知技術相比，本發明發光二極體封裝結構將基納二極體設置在絕緣基板內，與發光二極體封裝構造一體化，可減少物料與人力成本。同時，內置的基納二極體由於不需要外部打線與電極層形成電性連接，不僅提高基納二極體與電極層的電性連接的穩定性，還可降低發光二極體的封裝結構的複雜度。

100、200‧‧‧絕緣基板

102、202‧‧‧第一表面

103、203‧‧‧凹槽

104、204‧‧‧第二表面

105、205‧‧‧通孔

110、210‧‧‧發光二極體晶片

112、114‧‧‧電極

120、220‧‧‧基納二極體

122、222‧‧‧第一電性摻雜層

124、224‧‧‧第二電性摻雜層

132、134、232、234‧‧‧電極層

150、250‧‧‧導電柱

圖1為本發明第一實施例的發光二極體封裝結構的剖視示意圖。

圖2為本發明第二實施例的發光二極體封裝結構的剖視示意圖。

圖3為本發明第三實施例的發光二極體封裝結構的剖視示意圖。

第一實施例

請參閱圖1，本發明第一實施例中的發光二極體封裝結構包括一絕緣基板100，一發光二極體晶片110，一基納二極體120及二電極層132、134。該 基納二極體120設置在絕緣基板100內並與二電極層132、134電性連接。該發光二極體晶片110設置在絕緣基板100上並與二電極層132、134電性連接，同時與基納二極體120並聯。當二電極層132、134與外部電源連接時，該發光二極體晶片110正向導通後可發光。基納二極體120的極性與發光二極體晶片110的極性相反，因此若有異常的反向電流或靜電產生時，過高的反向電流可經由該基納二極體120進行放電，從而保護發光二極體晶片110不被擊穿。

具體的，該絕緣基板100具有一第一表面102及與第一表面102相對的第二表面104。在第一表面102上形成有一凹槽103。絕緣基板100可由如下材料中的一種或多種製成：矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、氧化鋅(ZnO)及磷化銦(InP)。

該基納二極體120可由磊晶摻雜、擴散摻雜或者離子佈植(Ion-Implantation)的方式形成在絕緣基板100的凹槽103底部。該基納二極體120包括一第一電性摻雜層122和一第二電性摻雜層124，第一電性摻雜層122設置在第二電性摻雜層124之上。本實施例中，第一電性摻雜層122為P型摻雜層，第二電性摻雜層124為N型摻雜層，可以理解地，在不同實施例中，該二電性摻雜層122、124的形態可以互換，即第一電性摻雜層122亦可以是N型摻雜層。

電極層132的一端與第一電性摻雜層122電性連接，且貼設在凹槽103的側壁(未標示)及絕緣基板100的第一表面102上。進一步的，該電極層132可彎折延伸至絕緣基板100的第二表面104，使電極層132的另一端貼設在該第二表面104上。另一電極層134的一端與第二電性摻雜層124電性連接，且貼設在凹槽103的側壁(未標示)及絕緣基板100的第一表面102上。與電極層132類似，該另一電極層134也可以彎折延伸至絕緣基板100的第 二表面104，使其另一端貼設在該第二表面104上。該二電極層132、134的末端延伸至絕緣基板100的第二表面104上，可方便該發光二極體封裝結構直接與外部電源連接，形成表面黏貼形態(SMD)。

發光二極體晶片110具有兩個電極112、114，本實施例中發光二極體晶片110以覆晶的形式設置在絕緣基板100的凹槽103內，且電極112與電極層132電性連接，電極114與電極層134電性連接。

本發明發光二極體封裝結構將基納二極體120設置在絕緣基板100內，與發光二極體晶片110封裝構造一體化，可減少物料與人力成本。同時，內置的基納二極體120由於不需要外部打線與電極層132、134形成電性連接，不僅提高基納二極體120與電極層132、134的電性連接的穩定性，還可降低發光二極體的封裝結構的複雜度。

另外，由上述可知，由於絕緣基板100的非導電性，該發光二極體封裝結構可直接形成表面黏貼形態，相對導電基板而言，無需在基板上再增加一層絕緣材料，從而省時省工。

第二實施例

基於絕緣基板100的非導電性，還可在絕緣基板100內設置導電柱，增加導電路徑。

具體的，請參閱圖2，本發明第二實施例的發光二極體封裝結構在絕緣基板100上設置貫穿第一表面102與第二表面104的複數通孔105，通孔105內填充金屬材料形成導電柱150，導電柱150的上端與電極層132、134設置在第一表面102上的部分電性連接，導電柱150的下端與電極層132、134設置在第二表面104上的部分電性連接。導電柱150在絕緣基板100內的排列可有多種樣式，例如可呈矩陣排列，也可呈兩列排列，或者還可呈無規則排列 ，導電柱150的數量也可視具體需求而變化。

導電柱150的設置不但可提供附加的導電路徑，避免因外側電極層剝落斷裂而產生斷路，進而提高可靠性，還可以作為散熱途徑，提高發光二極體的散熱性能，延長使用壽命。

第三實施例

請參閱圖3，本發明第三實施例的發光二極體封裝結構與第二實施例中的結構相似，也包括一絕緣基板200，一發光二極體晶片210，一基納二極體220及二電極層232、234。該基納二極體220包括設置在絕緣基板200內的一第一電性摻雜層222和一第二電性摻雜層224，該第一電性摻雜層222與電極層232電性連接，第二電性摻雜層224與電極層234電性連接。該發光二極體晶片210設置在絕緣基板200上並與二電極層232、234電性連接，同時與基納二極體220並聯。絕緣基板200內設有貫穿其第一表面202、第二表面204的通孔205，通孔205內形成導電柱250。本實施例中的發光二極體封裝結構與上一實施例中的相比，不同之處在於第一電性摻雜層222被第二電性摻雜層224包覆於其中。因此在絕緣基板200上延伸設置有一絕緣層260，該絕緣層260置於第二電性摻雜層224與電極層232之間。電極層232可藉由該絕緣層260與第二電性摻雜層224電性隔絕，從而保證基納二極體220與二電極層232、234的連接極性。

下面以本發明的第一實施例的發光二極體封裝結構為例，說明該發光二極體封裝結構的製造過程。

第一步驟，提供一絕緣基板100，該絕緣基板100可由如下半導體材料中的一種或多種製成：矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、氧化鋅(ZnO)及磷化銦(InP)。絕緣基板100具有一第一表面102和與第一表面102相對的第二表 面104。利用黃光、微影蝕刻等技術在第二表面104上形成一凹槽103。

第二步驟，在凹槽103底部以磊晶摻雜或者離子佈植的方式形成第一電性摻雜層122與第二電性摻雜層124，從而在凹槽103內形成一基納二極體120。

第三步驟，將電極層132設置在絕緣基板100的第一表面102上，使電極層132與第一電性摻雜層122電性連接，與第二電性摻雜層124電性隔絕，並使電極層132延伸至絕緣基板100的第二表面104上。將電極層134設置在絕緣基板100的第一表面102上，使電極層134與第二電性摻雜層124電性連接，並使電極層134延伸至絕緣基板100的第二表面104上。

最後將發光二極體晶片110以覆晶的形式與二電極層132、134電性連接，並與基納二極體120並聯。

第二實施例中的通孔105、導電柱150可在第一步驟時形成。具體的，在絕緣基板100上形成貫穿第一、第二表面102、104的複數通孔105。在絕緣基板100的通孔105內填充導電金屬材料，形成導電柱150。金屬材料可為金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鈦(Ti)或者這些金屬的合金。

第三實施例中的絕緣層260可在第二步驟時形成基納二極體220後形成。具體的，在凹槽203底部上延伸形成一絕緣層260，該絕緣層260覆蓋部分第二電性摻雜層224。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100‧‧‧絕緣基板

102‧‧‧第一表面

103‧‧‧凹槽

104‧‧‧第二表面

110‧‧‧發光二極體晶片

112、114‧‧‧電極

120‧‧‧基納二極體

122‧‧‧第一電性摻雜層

124‧‧‧第二電性摻雜層

132、134‧‧‧電極層

Claims (10)

1. 一種發光二極體封裝結構，包括：一絕緣基板，具有第一表面以及相對於第一表面之第二表面；一凹槽，自該絕緣基板之第一表面向第二表面的方向內凹形成；二電極層由該凹槽底部兩端延伸至絕緣基板之第二表面；及一發光二極體晶片位於該凹槽內並且與該二電極層電性連接，其改良在於：該凹槽內還設有與二電極層電性連接並與發光二極體晶片並聯的基納二極體，且該絕緣基板收容該發光二極體與該基納二極體於其內部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中所述基納二極體包括設置在凹槽底部的第一電性摻雜層、第二電性摻雜層，該第一、第二電性摻雜層由磊晶摻雜、擴散摻雜或者離子佈植方式製作而成，二電極層分別與第一、第二電性摻雜層中的其中之一電性連接。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體封裝結構，其中所述絕緣基板上延伸設置有一絕緣層，與第一電性摻雜層電性連接的一電極層藉由該絕緣層與第二電性摻雜層電性隔絕。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中所述絕緣基板的材料包括矽、砷化鎵、氧化鋅及磷化銦的其中之一。
5. 如申請專利範圍第1-4項中任意一項所述之發光二極體封裝結構，其中所述絕緣基板上設有貫穿絕緣基板的複數通孔，通孔內設有導電柱，導電柱與電極層電性連接。
6. 一種發光二極體封裝結構的製造方法，步驟包括：提供一絕緣基板，該絕緣基板上設有一自基板表面內凹的凹槽；在凹槽內設置一基納二極體； 提供二電極層，該二電極層設置在絕緣基板上，並且該二電極層分別與基納二極體電性連接；提供一發光二極體晶片，該發光二極體晶片設置在凹槽內與二電極層電性連接，並與基納二極體並聯。
7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體封裝結構的製造方法，其中所述基納二極體包括以磊晶摻雜、擴散摻雜或者離子佈植的方式形成的一第一電性摻雜層及一第二電性摻雜層，且第一、第二電性摻雜層分別與二電極層的其中之一電性連接。
8. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體封裝結構的製造方法，還包括在絕緣基板上設置一絕緣層，與第一電性摻雜層電性連接的一電極層藉由該絕緣層與第二電性摻雜層電性隔絕。
9. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體封裝結構的製造方法，還包括在絕緣基板上開設複數通孔，在通孔內設置導電柱，使導電柱與電極層電性連接。
10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體封裝結構的製造方法，其中該導電柱的材料至少包含下列金屬材料之一：金、銀、銅、鎳、鋁以及鈦，或是前述金屬的合金。