TWI406435B - 發光二極體製造方法 - Google Patents

Description

發光二極體製造方法

本發明涉及一種二極體製造方法，特別是指一種發光二極體的製造方法。

發光二極體憑藉其高光效、低能耗、無污染等優點，已被應用於越來越多的場合之中，大有取代傳統光源的趨勢。

發光二極體通常會使用一層透明的封裝體來保護晶片，防止其受到外界環境的干擾。不同的類型發光二極體其封裝體所使用的材料也不盡相同，其中較為普遍的是環氧樹脂。環氧樹脂雖然成本較低，但易受到溫度影響而致老化變黃，影響發光二極體的出光，因此有業者採用玻璃代替環氧樹脂製造封裝體。對於使用玻璃封裝體的發光二極體而言，通常的辦法是通過黏膠將玻璃封裝體黏結於半導體基板上來實現封裝體與基板之間的固定。然而，由於玻璃與基板為異質結構，在高溫下容易造成二者間應力變化的不匹配，同時，黏膠在高溫下亦容易發生變質，從而導致封裝體發生損壞或從半導體基板上脫落。

本發明旨在提供一種結構穩定的發光二極體的製造方法。

一種製造發光二極體的方法，包括步驟：1)提供一半導體基板，該基板具有至少二引腳；2)將一發光二極體晶片固定於半導體基板上，使發光二極體晶片與二引腳電性連接；3)將一玻璃封裝體置於半導體基板上並覆蓋住發光二極體晶片；4)共燒玻璃封裝體與半導體基板以將二者彼此固定；5)將封裝完成的半導體基板切割為多個發光二級管。

與習知技術相比，本發明的發光二極體使用共燒實現玻璃封裝體與半導體基板之間的固定，可有效地避免傳統技術中由於採用黏膠結合而導致玻璃封裝體與半導體基板之間連接不穩固的缺陷。並且，通過共燒結合可使玻璃封裝體更加堅固，有利於保護被其覆蓋的發光二極體晶片。

10、10a‧‧‧基板

12‧‧‧凹槽

14a‧‧‧開孔

20、20a‧‧‧發光二極體晶片

30‧‧‧引腳

32、32a‧‧‧固線部

34‧‧‧導通部

36‧‧‧接觸部

40、40a‧‧‧封裝體

42、42a‧‧‧覆蓋層

44、44a‧‧‧卡掣結構

46a‧‧‧凹槽

50‧‧‧凸塊

60、62‧‧‧封膠

70‧‧‧螢光粉

圖1示出了製造本發明第一實施例的發光二極體的第一個步驟。

圖2示出了製造本發明第一實施例的發光二極體的第二個步驟。

圖3示出了製造本發明第一實施例的發光二極體的第三個步驟。

圖4示出了製造本發明第一實施例的發光二極體的第四個步 驟。

圖5示出了製造本發明第一實施例的發光二極體的第五個步驟。

圖6示出了製造完成的本發明第一實施例的發光二極體的剖面圖。

圖7示出了製造本發明第二實施例的發光二極體的一個步驟。

圖8示出了製造本發明第三實施例的發光二極體的一個步驟。

圖9示出了製造本發明第四實施例的發光二極體的一個步驟。

圖10示出了製造本發明第五實施例的發光二極體的一個步驟。

請參閱圖6，示出了本發明第一實施例的發光二極體。該發光二極體包括一開設一凹槽12的基板10、一固定於凹槽12內的發光二極體晶片20、二貫穿基板10的引腳30及一固定於基板10上並覆蓋凹槽12的封裝體40。該基板10由半導體材料製成，如矽或者含有氧化鋁或氮化鋁的陶瓷。凹槽12呈碗狀開設於基板10頂面，以收容發光二極體晶片20。二引腳30彼此隔開，以防止二者直接導通而造成短路。每一引腳30由金屬或其他導電材料(如氧化銦錫或氧化鋅)所製成，其包括暴露 於凹槽12底部的一固線部32、暴露於基板10底面的一接觸部36及一連接該固線部32及接觸部36的導通部34。固線部32平行於接觸部36且垂直於導通部34。於本發明一實施例中，位於基板10底部的接觸部36的面積大於位於凹槽12底部的固線部32的面積，以方便連接到外部的電路結構上。發光二極體晶片20由可發出特定顏色光線的半導體材料所製成，如可發出紅光的GaAsP，可發出黃光的InGaAlP，可發出藍光的GaN，可發出綠光的GaP等等。優選地，本發明中採用可發藍光的GaN作為發光二極體晶片20的材料，配合螢光粉70(如圖7)以達到最終合成白光的效果。發光二極體晶片20採用倒裝的方式固定於二引腳30上，其中發光二極體晶片20的每一電極(未示出)通過凸塊(bump)50固定於相應引腳30的固線部32，以完成發光二極體晶片20與引腳30之間的電氣連接。該封裝體40由包含氧化矽(SiO2)或矽酸鈉(Na2O.SiO2)的玻璃材質所製成，其包括一覆蓋層42及一卡掣結構44。該覆蓋層42貼合於基板10頂面而將發光二極體晶片20密封於凹槽12內。該卡掣結構44的形狀及尺寸與凹槽12頂部的形狀及尺寸相當，其恰好收容於凹槽12的頂部內而將封裝體40定位於基板10上。

請一併參閱圖1-5，本發明還公開一種製造該發光二極體的方法，包括如下步驟：1)首先提供一半導體基板10，該半導體基板10具有多個分離的凹槽12及多個引腳30，其中每一凹槽12內設有至少二引 腳30；2)將多個發光二極體晶片20分別一一固定於基板10的多個凹槽12內，並使每一發光二極體晶片20與相應的二引腳30電連接；3)提供一玻璃封裝體40，該玻璃封裝體40具有一覆蓋層42及多個卡掣結構44，將該玻璃封裝體40置於半導體基板10表面，使其各卡掣結構44嵌入各凹槽12內；4)共燒(co-firing)玻璃封裝體40及半導體基板10使二者緊密結合；5)切割半導體基板10，將其分成多個獨立的發光二極體。

在步驟1)中，凹槽12可採用鑽孔(drilling)、鐳射(laser)或蝕刻(etching)等方式在半導體基板10上形成，引腳30則可採用諸如蒸鍍(vapor deposition)、電鍍(electroplating)、濺鍍(sputtering deposition)以及電子束(E-gun)等方式形成於半導體基板10上。

在步驟2)中，發光二極體晶片20可通過黏膠(未示出)以正裝的方式固定於凹槽12底部，再通過二金線(未示出)連接至二引腳30，也可通過共晶的方式直接固定於引腳30表面然後再通過金線或焊錫與引腳30電連接，或者是如圖1-6般以倒裝的方式通過凸塊50固定於二引腳30上。

在步驟3)中，玻璃封裝體40的覆蓋層42與卡掣結構44可通過 鑄模或切割的方式形成，或者通過共燒的方式相互結合為一體，其中通過共燒結合的卡掣結構44及覆蓋層42可採用如圖1-6般不同的材料製成。

在步驟4)中，共燒的溫度優選為300~500攝氏度。此外，為進一步降低共燒所需的溫度，可在步驟3)中在玻璃封裝體40與半導體基板10之間塗覆一層液化玻璃(未示出)，以促進二者的結合。並且，為保護凹槽12內的發光二極體晶片20，還可在凹槽12內注入惰性氣體，以防止發光二極體晶片20由於外界污染或濕氣的侵入而發生故障或者損壞。

在步驟5)中，半導體基板10切割方式可根據具體情況進行選擇，如機械切割或鐳射切割等等。

另外，為進一步保護發光二極體晶片20，還可在步驟3)之前如圖7所示般在發光二極體晶片20的周圍點上一圈透明的封膠60，用以防止發光二極體晶片20在玻璃封裝體40及半導體基板10共燒時無法承受高溫而致損壞。該圈封膠60的厚度可控制在一較小的數值範圍內，以避免過度填充凹槽12而對後續玻璃封裝體40的卡掣結構44與凹槽12的配合造成干擾。該封膠60可選自矽膠(silicone)、環氧樹脂(epoxy)、聚碳酸酯(polycarbonate)等透明材料所製成。

此外，包圍發光二極體晶片20的封膠60內還可摻雜螢光粉70，以對發光二極體晶片20的出光顏色進行調節。螢光粉70可採用石榴石(garnet)結構的化合物、氮化物、硫化物、氮氧 化物或矽酸鹽(silicate)等適合的材料製成，以將發光二極體晶片20的初始光轉換為不同波長的光線，以形成多波段的混光。

當然，上述螢光粉70也可摻入玻璃封裝體40內，也可如圖8所示般通過封膠62固定於玻璃封裝體40的外表面，或者是卡掣結構44的內表面(圖未示出)，同樣能起到改變出光顏色的效果。

可以理解地，上述發光二極體的結構可做相應變換，而並不局限於前述揭露的形狀。如圖9所示，半導體基板10可變化為未形成凹槽12的平板狀結構，發光二極體晶片20a轉而改為直接暴露在半導體基板10a頂面。為保護發光二極體晶片20a，玻璃封裝體40a底面形成有多個凹槽46a。當玻璃封裝體40通過共燒結合於半導體基板10a頂面時，發光二極體晶片20a就被收容在凹槽46a內，從而達到與外界環境隔絕的效果。

此外，如圖10所示，為方便玻璃封裝體40a與半導體基板10a間的定位，玻璃封裝體40a的底部也可形成多個柱狀的卡掣結構44a，半導體基板10a上則開設多個與卡掣結構44a尺寸相當的開孔14a。通過卡掣結構44a與開孔14a的配合，玻璃封裝體40a的覆蓋層42a可精確地定位於半導體基板10a上，從而簡化發光二極體的製造流程。同時，卡掣結構44a嵌入開孔14a內還可增強玻璃封裝體40a與半導體基板10a之間的結合穩定性，使二者之間的結合更加穩固。卡掣結構44a可 以是與覆蓋層42a一體成型，也可以如圖10所示通過其他方式固定於覆蓋層42a底部。

上述多個發光二極體是通過切割一整塊封裝好的半導體基板10、10a所形成的，此種在同一半導體基板10、10a上同時大面積封裝好多個發光二極體然後再進行切割的工藝可大幅度地減少製造所花費的時間，更有利於工業上的大規模量產。當然，也可先將半導體基板10、10a切割為多個獨立的小基板，然後再逐個進行固晶、封裝等後續流程，此種工藝也同樣可獲得與前述製造工藝相同的發光二極體，僅流程略顯複雜。

由於採用共燒來固定玻璃封裝體40、40a與半導體基板10、10a，二者之間的結合可十分穩固，從而避免傳統技術中由於使用黏膠而導致玻璃封裝體40、40a損壞或脫落的問題。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

10‧‧‧基板

12‧‧‧凹槽

20‧‧‧發光二極體晶片

30‧‧‧引腳

32‧‧‧固線部

34‧‧‧導通部

36‧‧‧接觸部

40‧‧‧封裝體

42‧‧‧覆蓋層

44‧‧‧卡掣結構

50‧‧‧凸塊

Claims (9)

1. 一種發光二極體的製造方法，包括步驟：1)提供一半導體基板，該半導體基板具有至少二引腳；2)在該半導體基板上固定至少一發光二極體晶片，並使該至少一發光二極體晶片與該至少二引腳電連接；3)提供一玻璃封裝體，其置於半導體基板上並覆蓋該至少一發光二極體晶片，其中該玻璃封裝體包括至少一卡掣結構，該至少一卡掣結構嵌入該半導體基板內；4)共燒玻璃封裝體與半導體基板而將二者固定；5)將封裝完成的半導體基板切割為多個發光二極體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體製造方法，其中在步驟3)中還包括在玻璃封裝體與半導體基板之間塗覆一層液化玻璃。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體製造方法，其中在步驟2)與步驟3)之間還包括在至少一發光二極體晶片周圍形成一層封膠，該封膠內摻雜有螢光粉。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體製造方法，其中該玻璃封裝體內部或表面設有螢光粉。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體製造方法，其中步驟4)在300~500攝氏度範圍內進行。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體製造方法，其中還包括至少一凹槽，該至少一發光二極體晶片收容於該至少一 凹槽內。
7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體製造方法，其中該至少一凹槽內填充有惰性氣體。
8. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體製造方法，其中該至少一凹槽開設於玻璃封裝體上，半導體基板上開設供至少一卡掣結構嵌入的至少一開孔。
9. 如申請專利範圍第1-5任一項所述之發光二極體製造方法，其中每一引腳包括一暴露於半導體基板底面的接觸部、一與該至少一發光二極體晶片電連接的固線部及一連接該接觸部與該固線部的導通部。