TWI435484B - 發光二極體封裝結構 - Google Patents

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Description

發光二極體封裝結構
本發明係有關於一種封裝結構，尤指一種發光二極體封裝結構。
近年來，由於發光二極體(light emitting diode，簡稱LED)具備使用壽命長、耗電量低、無須暖燈時間、與反應時間快速等優秀性能，所以發光二極體的應用產品與日俱增。而隨著各種顏色之發光二極體的研發成功，更開啟發光二極體的照明應用時代。在節能省碳的趨勢持續上升的情況下，發光二極體的照明市場逐漸擴展，而逐漸取代傳統冷陰極管、鹵素燈或白熾燈泡等光源。
在發光二極體的照明應用產品的製作中，除了必要的發光二極體晶片製程外，還必須經過封裝製程後才能加以應用。封裝發光二極體晶片的目的主要在於保護發光二極體晶片免受外界環境影響、及提供發光二極體晶片易於對外使用的電性連接點。
請參見第1圖，其係為習知發光二極體封裝結構之剖視圖。由圖可知，該發光二極體封裝結構主要是在矽基板10上形成有凹槽100及導通孔101,102，其中，該矽基板10具有相對之第一及第二表面10a,10b，該凹槽100的頂部開口位於該矽基板10之第一表面10a之側，而該凹槽100底部係用以承載如發光二極體(LED)或雷射二極體(laser diode)等的發光二極體晶片11，而該導通孔101,102的頂部連通至該凹槽100的底部。此外，在該矽基板10的第一及第二表面10a,10b與環繞於該凹槽100四周的表面以及該導通孔101,102的側壁表面上形成有第一層的氧化矽絕緣層12，然後在該氧化矽絕緣層12上形成由對光反射率高的材質(例如鋁或銀)所構成的反射層13，而在該反射層13上形成有第二層的氧化矽絕緣層14，最後在該氧化矽絕緣層14上形成有導電層15，最後，以銲線16電性連接該發光二極體晶片11與導電層15。
此外，於前述習知發光二極體封裝結構的製法中，必須先準備一具有凹槽的矽基板，而第6531328B1號美國專利則提出一種具有凹槽的矽基板的製作方法，其係先在〈100〉晶格方向之矽基板上塗佈上一層光阻層，並利用光罩微影製程以移除部分該光阻層而外露部分該矽基板，之後以蝕刻液蝕刻該矽基板，而形成具有凹槽的矽基板，該凹槽具有傾斜角為54.74度之側壁。
然而，前述於矽基板中製作凹槽之方式一般係以溼式蝕刻製程進行，而經由該濕式蝕刻製程後，一般會蝕刻出一具傾斜角54.74度之側壁的凹槽，這是因為矽晶格之化學晶格排列所導致，而如果想要蝕刻出其他角度的側壁以達到較佳之發光反射效率或其他目的，則將會耗費更多製程時間及化學溶液成本，且此類濕式蝕刻製程須購置專用之溼式蝕刻設備及化學溶液，而增加許多生產成本。
鑑於前述習知技術之缺點，新一代之發光二極體封裝結構之製造方式係利用一般半導體製程技術來製造發光二極體安裝座(LED submount)，而無須製作凹槽，即直接將發光二極體晶片接置於矽晶圓上，而電極墊及導熱墊也直接製作在該矽晶圓上，之後在該矽晶圓上直接以透明材料模製(molding)成圓弧透鏡(lens)結構(如第2圖所示)。因此，相較於前述習知技術，其主要優點為不須製作凹槽而大大降低生產成本，且製程時間亦大幅縮短；惟，其缺點為透鏡單元與發光二極體安裝座之間的黏合並非那麼緊密，而造成透鏡單元從矽晶圓表面分離等可靠度不佳的問題。
如第3圖所示，後人又針對前述發光二極體封裝結構之缺點進行改良，其係利用乾蝕刻(dry etching)或濕蝕刻(wet etching)技術以在發光二極體晶片固定處之外緣周圍製作環形凹槽，而加大接觸面積與嵌合深度，使透鏡單元能緊密黏合至矽晶圓表面，以解決前述發光二極體封裝結構之問題，但是因為此製作方式須進行長時間的蝕刻製程，因而生產成本亦較為提高。
因此，如何避免上述習知技術中之種種問題，使發光二極體封裝結構的透鏡單元能確實固定在基板表面上，以增進產品良率，並能同時降低生產成本與製程步驟，實已成為目前亟欲解決的課題。
有鑒於上述習知技術之缺失，本發明提供一種發光二極體封裝結構，係包括：具有相對之第一表面與第二表面之基板，其中，該第一表面定義有一置晶區，且該置晶區周緣形成有嵌合部；具有相對之作動面與非作動面之至少一發光二極體晶片，係接置於該置晶區上；以及覆蓋於該發光二極體晶片、置晶區與嵌合部上之透明材料，俾藉由該置晶區周緣的嵌合部，以增加該置晶區周緣與透明材料的面積，進而增強基板與透明材料之間的介面黏著力，提升整體產品可靠度。
於一具體實施例中，該發光二極體封裝結構復具有設於該置晶區上之導熱接點與複數電性接點、以及設於該第二表面上之線路層與導熱層，且該基板具有貫穿該第一表面與第二表面之導熱通孔與複數導電通道，該導電通道電性連接該電性接點至該線路層，且該導熱通孔連接該導熱接點與該導熱層；該發光二極體晶片之作動面上設有複數電極墊，該非作動面上設有導熱墊，該發光二極體晶片係藉由該導熱墊以接置於該導熱接點上；此外，該發光二極體晶片係透過複數銲線電性連接該電極墊與電性接點。
於本發明之另一發光二極體封裝結構中，該發光二極體封裝結構包括設於該置晶區上之第一電性接點與第二電性接點、以及設於該第二表面上之線路層，且該基板具有貫穿該第一表面與第二表面之導電通道，以電性連接該第一電性接點及第二電性接點至該線路層；該發光二極體晶片之作動面上設有第一電極墊，該非作動面上設有第二電極墊，該發光二極體晶片係藉由該第二電極墊接置於該第二電性接點上；此外，該發光二極體晶片係透過複數銲線電性連接該第一電極墊與第一電性接點。
於又一態樣中，該發光二極體封裝結構包括設於該置晶區上之複數電性接點、以及設於該第二表面上之線路層，且該基板具有貫穿該第一表面與第二表面之導電通道，以電性連接該電性接點和線路層；該發光二極體晶片之作動面上設有複數電極墊，以藉由該電極墊接置於該電性接點上；此外，該發光二極體晶片係透過複數銲線電性連接該第一電極墊與第一電性接點。又於此實例中，該置晶區上復可設有導熱接點；於該作動面上復可設有導熱墊，以覆晶接置於該導熱接點上；於該基板中復可設有貫穿該第一表面與第二表面的導熱通孔；以及於該第二表面上復可設有導熱層且藉由該導熱通孔連接該導熱接點與該導熱層。
於前述之發光二極體封裝結構中，該發光二極體晶片之作動面係可包括高度不同的第一子作動面與第二子作動面，且該第一子作動面與第二子作動面上均具有該電極墊。
依上所述之發光二極體封裝結構，該嵌合部可為一凹凸表面，如鋸齒狀表面，且該基板可為陶瓷基板或以含矽之基材或砷化鎵基材所製成者，該透明材料中復可具有至少一螢光體，該透明材料可選自由矽膠、環氧樹脂及矽樹脂所組群組之其中一者，該透明材料之折射率可介於1.2至2.5之間。
於本發明之發光二極體封裝結構中，部分該線路層復可嵌埋至該基板中。
由上述可知，相較於習知技術，本發明之發光二極體封裝結構係以濕式蝕刻方式蝕刻基板的置晶區周緣，俾使該置晶區周緣產生表面粗化的微結構，以增加該置晶區周緣與接著物的接觸面積，進而讓置晶區周緣與後續其上的透明材料之間的介面黏著力增強，且增加整體產品可靠度。
以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。
須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「上」、「相對」及「複數」等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。
第一實施例
請參閱第4A與4B圖，係本發明之發光二極體封裝結構的第一實施例之剖視圖，其中，第4B圖係第4A圖之另一實施態樣。
如第4A圖所示，本發明之發光二極體封裝結構係包括：基板20，係具有相對之第一表面20a與第二表面20b，該第一表面20a定義有一置晶區201，該置晶區201周緣係形成有具凹凸表面之嵌合部2011；導熱接點212與複數電性接點211，係設於該置晶區201上；至少一發光二極體晶片22，係具有相對之作動面22a與非作動面22b，該作動面22a上設有複數電極墊221，該非作動面22b上設有導熱墊222，該發光二極體晶片22係藉由該導熱墊222接置於該導熱接點212上，其中，亦可為複數個該發光二極體晶片22同時接置於置晶區201中，而不以本實施例之單個發光二極體晶片22為限；複數銲線23，係用以將該電極墊221電性連接至該電性接點211；線路層241與導熱層242，係設於該第二表面20b上，且該基板20復具有貫穿該第一表面20a與第二表面20b之導熱通孔252與複數導電通道251，以藉由該導電通道251電性連接該電性接點211至該線路層241，該導熱通孔252連接該導熱接點212與該導熱層242；以及如選自由矽膠(silicone gel)、矽樹脂或環氧樹脂(silicone resin)所組群組之其中一者之透明材料26，係覆蓋於該發光二極體晶片22、電性接點211、置晶區201、嵌合部2011與銲線23上。其中，前述導熱接點212及導熱墊222係為發光二極體封裝結構中用以使發光二極體晶片22散熱用之導熱結構。
於前述之發光二極體封裝結構中，該嵌合部2011可為例如鋸齒狀表面的一凹凸表面，且該基板20可為陶瓷基板或以含矽之基材或砷化鎵基材所製成者，該透明材料26可選自由矽膠(Silicone gel)、環氧樹脂及矽樹脂(Silicone resin)所組群組之其中一者，且該透明材料之折射率係介於1.2至2.5之間。該透明材料26中復可具有至少一螢光體，意即該透明材料26中可摻混一種或多種螢光體於其中，搭配前述一個或多個接置於該置晶區201上之發光二極體晶片22來發出不同顏色的光，如紅、藍、綠、白或紫外光等。
要注意的是，本實施例亦可不需設有該導熱墊222，而僅以該導熱接點212來接置發光二極體晶片22，以達到散熱功能。
如第4B圖所示，係第4A圖之另一實施態樣，其大致上相同於第4A圖，主要的不同處在於：該發光二極體晶片22之作動面22a係包括高度不同的第一子作動面223a與第二子作動面223b，且該第一子作動面223a與第二子作動面223b上均具有該電極墊221，其中該實施例之兩子作動面之電極係分別為半導體晶片之P極及N極，其餘特徵均可由前一實施態樣類推而知，故不在此加以贅述。
第二實施例
請參閱第5A與5B圖，係本發明之發光二極體封裝結構的第二實施例之剖視圖，其中，第5B圖係第5A圖之另一實施態樣。
如第5A圖所示，本發明之發光二極體封裝結構係包括：基板20，係具有相對之第一表面20a與第二表面20b，該第一表面20a定義有一置晶區201，該置晶區201周緣形成有凹凸表面之嵌合部2011；第一電性接點211a與第二電性接點211b，係設於該置晶區201上；至少一發光二極體晶片22，係具有相對之作動面22a與非作動面22b，該作動面22a上設有第一電極墊221a，該非作動面22b上設有第二電極墊221b，該發光二極體晶片22係藉由該第二電極墊221b接置於該第二電性接點211b上；銲線23，電性連接該第一電極墊221a與第一電性接點211a；線路層241，係設於該第二表面20b上，且該基板20復具有貫穿該第一表面20a與第二表面20b之導電通道251，以由該導電通道251電性連接該第一電性接點211a及第二電性接點211b至該線路層241；以及透明材料26，係覆蓋於該發光二極體晶片22、第一電性接點211a、第二電性接點211b、置晶區201、嵌合部2011與銲線23上。
於前述之發光二極體封裝結構中，該嵌合部2011係一凹凸表面，其可為鋸齒狀表面，且該基板20可為陶瓷基板或以含矽之基材或砷化鎵基材所製成者，該透明材料26中復可具有至少一螢光體。
如第5B圖所示，係第5A圖之另一實施態樣，其大致上相同於第5A圖，主要的不同處在於：部分該線路層241’復嵌埋至該基板20中，且其除了可藉由孔徑較寬之導電通道251進行導電之外，亦可做為導熱路徑之用，其餘特徵均可由前一實施態樣類推而知，故不在此加以贅述。
第三實施例
請參閱第6A與6B圖，係本發明之發光二極體封裝結構的第三實施例之剖視圖，其中，第6B圖係第6A圖之另一實施態樣。
如第6A圖所示，本發明之發光二極體封裝結構係包括：基板20，係具有相對之第一表面20a與第二表面20b，該第一表面20a定義有一置晶區201，並於該置晶區201周緣形成具凹凸表面之嵌合部2011；複數電性接點211，係設於該置晶區201上；至少一發光二極體晶片22，係具有相對之作動面22a與非作動面22b，該作動面22a上設有複數電極墊221，該發光二極體晶片22係藉由該電極墊221接置於該電性接點211上；線路層241，係設於該第二表面20b上，且該基板20復具有貫穿該第一表面20a與第二表面20b之複數導電通道251，且該導電通道251電性連接該電性接點211和線路層241；以及透明材料26，係覆蓋於該發光二極體晶片22、電性接點211、置晶區201與嵌合部2011上。
此外，該置晶區201上復可設有導熱接點212，該作動面22a上復可設有導熱墊222，該基板20中復可設有貫穿該第一表面20a與第二表面20b的導熱通孔252，該第二表面20b上復可設有導熱層242，該導熱墊222係覆晶接置於該導熱接點212上，且該導熱通孔252連接該導熱接點212與該導熱層242。
於前述之發光二極體封裝結構中，該嵌合部2011係為凹凸表面，如鋸齒狀表面，且該基板20可為陶瓷基板或以含矽之基材或砷化鎵基材所製成者，該透明材料26中復可具有至少一螢光體。
要注意的是，本實施例亦可不需設有該導熱墊222，而僅以該導熱接點212來接置發光二極體晶片22，以達到散熱功能。
如第6B圖所示，係第6A圖之另一實施態樣，其大致上相同於第6A圖，主要的不同處在於：該發光二極體晶片22之作動面22a係包括高度不同的第一子作動面223a與第二子作動面223b，且該第一子作動面223a與第二子作動面223b上均具有該電極墊221，其中該實施例之兩子作動面係分別為半導體晶片之P極及N極，其餘特徵均可由前一實施態樣類推而知，故不在此加以贅述。
綜上所述，由於本發明之發光二極體封裝結構係藉由蝕刻液(例如氫氧化鉀(KOH)添加異丙醇(IPA)之蝕刻液)來化學蝕刻基板的置晶區周緣，使該置晶區周緣產生表面粗化(surface texturing)的嵌合微結構，以增加該置晶區的接觸面積(contact area)，進而讓後續作為透鏡的透明材料能夠更牢固地黏合在該基板表面上，所以相較於習知技術，本發明之發光二極體封裝結構能增加產品可靠度，其生產成本較低，且製程步驟較簡單。
上述實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
10．．．矽基板
100．．．凹槽
101,102．．．導通孔
10a,20a．．．第一表面
10b,20b．．．第二表面
11,22．．．發光二極體晶片
12,14．．．氧化矽絕緣層
13．．．反射層
15．．．導電層
16,23．．．銲線
20．．．基板
201．．．置晶區
2011．．．嵌合部
211．．．電性接點
211a．．．第一電性接點
211b．．．第二電性接點
212．．．導熱接點
22a．．．作動面
223a．．．第一子作動面
223b．．．第二子作動面
22b．．．非作動面
221．．．電極墊
221a．．．第一電極墊
221b．．．第二電極墊
222．．．導熱墊
241,241’．．．線路層
242．．．導熱層
251．．．導電通道
252．．．導熱通孔
26．．．透明材料
第1圖係一種習知發光二極體封裝結構之剖視圖；
第2圖係另一種習知發光二極體封裝結構之立體圖；
第3圖係又一種習知發光二極體封裝結構之剖視圖；
第4A與4B圖係本發明之發光二極體封裝結構的第一實施例之剖視圖，其中，第4B圖係第4A圖之另一實施態樣；
第5A與5B圖係本發明之發光二極體封裝結構的第二實施例之剖視圖，其中，第5B圖係第5A圖之另一實施態樣；以及
第6A與6B圖係本發明之發光二極體封裝結構的第三實施例之剖視圖，其中，第6B圖係第6A圖之另一實施態樣。
20．．．基板
20a．．．第一表面
20b．．．第二表面
201．．．置晶區
2011．．．嵌合部
211．．．電性接點
212．．．導熱接點
22．．．發光二極體晶片
22a．．．作動面
22b．．．非作動面
221．．．電極墊
222．．．導熱墊
23．．．銲線
241．．．線路層
242．．．導熱層
251．．．導電通道
252．．．導熱通孔
26．．．透明材料

Claims (26)

  1. 一種發光二極體封裝結構，係包括：基板，係具有相對之第一表面與第二表面，其中，該第一表面定義有一置晶區，且該置晶區周緣形成有嵌合部；複數電性接點，係設於該置晶區上；至少一發光二極體晶片，係具有相對之作動面與非作動面，該作動面上設有複數電極墊，該發光二極體晶片係藉由該非作動面接置於該置晶區上；複數銲線，係電性連接該電極墊與電性接點；以及透明材料，係覆蓋於該發光二極體晶片、電性接點、置晶區、嵌合部與銲線上。
  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，該非作動面與該置晶區之間復設有導熱結構；該基板中復具有貫穿該第一表面與第二表面的導熱通孔；以及該第二表面上復設有導熱層，以由該導熱通孔連接該導熱結構與該導熱層。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中，該發光二極體晶片之作動面係包括高度不同的第一子作動面與第二子作動面，且該第一子作動面與第二子作動面上均具有該電極墊。
  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，該嵌合部係一凹凸表面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中，該基板為陶瓷基板或以含矽之基材或砷化鎵基材所製成者。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中，該透明材料係選自由矽膠、環氧樹脂及矽樹脂所組群組之其中一者。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中，該透明材料之折射率係介於1.2至2.5之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中，該基板復具有複數貫穿該第一表面與第二表面之導電通道，且復包括設於該第二表面上之線路層，以由該導電通道電性連接該電性接點至該線路層。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中，該透明材料中復具有至少一螢光體。
  10. 一種發光二極體封裝結構，係包括：基板，係具有相對之第一表面與第二表面，其中，該第一表面定義有一置晶區，該置晶區周緣形成有嵌合部；第一電性接點與第二電性接點，係設於該置晶區上；至少一發光二極體晶片，係具有相對之作動面與非作動面，該作動面上設有第一電極墊，該非作動面上設有第二電極墊，且該發光二極體晶片係藉由該第二電極墊接置於該第二電性接點上；銲線，係電性連接該第一電極墊與電性接點；以及透明材料，係覆蓋於該發光二極體晶片、第一電性接點、第二電性接點、置晶區、嵌合部與銲線上。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體封裝結構，其中，該嵌合部係一凹凸表面。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體封裝結構，其中，部分該線路層復嵌埋至該基板中。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體封裝結構，其中，該基板為陶瓷基板或以含矽之基材或砷化鎵基材所製成者。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體封裝結構，其中，該透明材料係選自由矽膠、環氧樹脂及矽樹脂所組群組之其中一者。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體封裝結構，其中，該透明材料之折射率係介於1.2至2.5之間。
  16. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體封裝結構，其中，該基板復具有貫穿該第一表面與第二表面之導電通道，且復包括設於該第二表面上之線路層，以由該導電通道電性連接該第一電性接點及第二電性接點至該線路層。
  17. 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體封裝結構，其中，該透明材料中復具有至少一螢光體。
  18. 一種發光二極體封裝結構，係包括：基板，係具有相對之第一表面與第二表面，其中，該第一表面定義有一置晶區，並於該置晶區周緣形成嵌合部；複數電性接點，係設於該置晶區上；至少一發光二極體晶片，係具有相對之作動面與非作動面，該作動面上設有複數電極墊，且該發光二極體晶片係藉由該電極墊對應接置於該電性接點上；以及透明材料，係覆蓋於該發光二極體晶片、電性接點、置晶區與嵌合部上。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之發光二極體封裝結構，其中，該作動面與該置晶區之間復設有導熱結構；該基板中復設有貫穿該第一表面與第二表面的導熱通孔；以及該第二表面上復設有導熱層，以藉由該導熱通孔連接該導熱結構與該導熱層。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之發光二極體封裝結構，其中，該嵌合部係一凹凸表面。
  21. 如申請專利範圍第18項所述之發光二極體封裝結構，其中，該發光二極體晶片之作動面係包括高度不同的第一子作動面與第二子作動面，且該第一子作動面與第二子作動面上均具有該電極墊。
  22. 如申請專利範圍第18項所述之發光二極體封裝結構，其中，該基板為陶瓷基板或以含矽之基材或砷化鎵基材所製成者。
  23. 如申請專利範圍第18項所述之發光二極體封裝結構，其中，該透明材料係選自由矽膠、環氧樹脂及矽樹脂所組群組之其中一者。
  24. 如申請專利範圍第18項所述之發光二極體封裝結構，其中，該透明材料之折射率係介於1.2至2.5之間。
  25. 如申請專利範圍第18項所述之發光二極體封裝結構，其中，該基板復具有複數貫穿該第一表面與第二表面之導電通道，且復包括設於該第二表面上之線路層，以由該導電通道電性連接該電性接點和線路層。
  26. 如申請專利範圍第18項所述之發光二極體封裝結構，其中，該透明材料中復具有至少一螢光體。
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