TWI509843B

TWI509843B - 發光二極體的封裝結構

Info

Publication number: TWI509843B
Application number: TW102138322A
Authority: TW
Inventors: Chung Cheng Lin; Chuan Fa Lin
Original assignee: Opto Tech Corp
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2015-11-21
Also published as: TW201517317A

Description

發光二極體的封裝結構

本發明係有關於一種封裝結構，且特別是有關於一種發光二極體的無機封裝結構(inorganic package structure)。

請參照第1圖，其所繪示為習知發光二極體之封裝結構。該發光二極體之封裝結構10揭露於台灣專利公告號M365448，其包括一基板11、一發光晶片12、一螢光玻璃13及一封裝體14。

基板11表面設有電極，該發光晶片12固設於該基板11上，該發光晶片12與該電極透過導線作電性連接。再者，螢光玻璃13固設於該發光晶片12上，且該螢光玻璃13係由螢光材質及玻璃材質混合燒結成一體。再者，該發光晶片12與該螢光玻璃13透過一封裝體14封設於該基板11，該封裝體14為環氧樹脂(Epoxy)或矽樹脂(silicone)。

基本上，環氧樹脂以及矽樹脂皆屬於有機的高分子材質封裝體14。當該發光晶片12發光時，其產生的高溫會造成封裝體14劣化或者變黃現象(或稱黃化)，進而影響該發光晶片12的發光效率及其壽命。

請參照第2圖，其所繪示為習知另一種發光二極體之玻離封裝裝置。該發光二極體之玻璃封裝裝置揭露於台灣專利公告號I320226，其為一種玻璃封裝之發光二極體，用以防止樹脂封裝劣化變黃現象。其中，該玻璃封裝之發光二極體包括一導線架23、一發光元件22、一玻璃燈泡外殼罩24、螢光塗佈層25。

發光元件22固設於導線架23上，玻璃燈泡外殼罩24內側表面設置螢光塗佈層25，並且玻璃燈泡外殼罩24更包覆發光元件22，而包覆空間中有一惰性氣體空間或者是真空空間。如此，該發光二極體之玻璃封裝裝置中並未使用機材質的封裝體。

請參照第3A圖至3C圖，其所繪示為習知另一種發光二極體之封裝製程，其揭露於台灣專利公告號I407598。如第3A圖所示，基板35上有反射杯36，為一體成形之結構。而基板35上形成一電路結構30，使得發光二極體晶片41電性連接於一電路結構30。再者，將基板35預進行封裝之表面朝向填充有液態玻璃51的模具52，模具52上的凹陷50內凸設有一台階53，液態玻璃51填充在凹陷50內並覆蓋台階53。

如第3B圖所示，將基板35向下移動使得反射杯36浸入液態玻璃51直到反射杯36的頂部被台階53頂住，用以避免發光二極體晶片41以及一電路結構30接觸到液態玻璃50造成破壞。

如第3C圖所示，當液態玻璃51固化形成固態的玻璃封裝層54後，將玻璃封裝層54與模具52分離，並完成此封裝過程。再者，在封裝的過程可以在氮氣55環境下進行，使得玻璃封裝層54與基板35之間的空間填充氮氣55，以防止水氣進入造成發光二極體晶片41壽命減少。當然，氮氣55也可以用其他惰性氣體來取代。

請參照第4圖，其所繪示為習知另一種發光二極體之封裝結構，其揭露於台灣專利公告號I406435。如第4圖所示，該發光二極體具有凹槽76的基板78，固定於凹槽76中凸塊77上的發光二極體晶片68，二個貫穿基板78的引腳60，以及固定於基板78上覆蓋凹槽76的封裝體70。再者，封裝體70包括一覆蓋層72以及一卡摯結構74。覆蓋層42貼合於基板78頂面而將發光二極體晶片20密封於凹槽76內，卡摯結構74的形狀與尺寸與凹槽76頂部的形狀與尺寸相當，其恰好收容於凹槽76頂部內而將封裝體70定位於基板78上。

而提出異於上述方式的發光二極體的封裝結構及其相關方法，即為本發明最主要之目的。

本發明提出一種發光二極體的封裝結構，包括：一基板，該基板具有一凹陷結構，且該凹陷結構底部具有一電路結構；一第一發光二極體晶粒，固定於該基板的該凹陷結構底部，並且電性連接至該電路結構；一玻璃上蓋；以及一共晶層，位於該玻璃上蓋與基板的凹陷結構頂部之間，用以將該玻璃上蓋固定於基板的凹陷結構頂部。

本發明提出一種發光二極體的封裝結構，包括：一基板，該基板表面具有一電路結構；一第一發光二極體晶粒，固定於該基板的表面，並且電性連接至該電路結構；一玻璃上蓋，該玻璃上蓋具有一凹陷結構；以及一共晶層，位於該玻璃上蓋的該凹陷結構頂部與該基板之間，用以將該玻璃上蓋的該凹陷結構頂部固定於該基板。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

10‧‧‧發光二極體之封裝結構

11‧‧‧基板

12‧‧‧發光晶片

13‧‧‧螢光玻璃

14‧‧‧封裝體

22‧‧‧發光元件

23‧‧‧導線架

24‧‧‧玻璃燈泡外殼罩

25‧‧‧螢光塗佈層

30‧‧‧電路結構

35‧‧‧基板

36‧‧‧反射杯

41‧‧‧發光二極體晶片

50‧‧‧凹陷

51‧‧‧液態玻璃

52‧‧‧模具

53‧‧‧台階

54‧‧‧玻璃封裝層

55‧‧‧氮氣

60‧‧‧引腳

68‧‧‧發光二極體晶片

70‧‧‧封裝體

72‧‧‧覆蓋層

74‧‧‧卡摯結構

76‧‧‧凹槽

77‧‧‧凸塊

78‧‧‧基板

512、612‧‧‧玻璃上蓋

514、614‧‧‧發光二極體晶粒

518、526、528、536、544、546、547、554、556‧‧‧共晶層

566、567、576、616、621、622、631‧‧‧共晶層

520、530、620、630‧‧‧基板

522、524、532、534、548、549、558、559‧‧‧金屬引腳

568、569、578、579、623、624、633、634‧‧‧金屬引腳

538、557、577、632‧‧‧金屬導線

541、551、561、571‧‧‧基板底部

542、552、562、572‧‧‧基板側部

第1圖所繪示為習知發光二極體之封裝結構。

第2圖所繪示為習知另一種發光二極體之玻離封裝裝置。

第3A圖至3C圖所繪示為習知另一種發光二極體之封裝製程。

第4圖所繪示為習知另一種發光二極體之封裝結構。

第5A圖至第5F圖所繪示為本發明習發光二極體之封裝結構第一實施例至第六實施例。

第6A圖至第6B圖所繪示為本發明習發光二極體之封裝結構第七實施例至第八實施例。

本發明係為一種發光二極體的無機封裝結構，利用共晶結合(eutectic bonding)的方式來作為玻璃與基板之間的黏合，以完成不含任何有機材質的封裝體。再者，本發明之封裝結構適合運用於發光二極體晶粒(LED die)的焊線(wire bond)封裝以及覆晶(flip chip)封裝。本發明的詳細實施例以及說明如下。

[第一實施例]

請參照第5A圖，其所繪示為本發明封裝結構的第一實施例。該封裝結構中，基板520上具有一凹陷結構(cavity)，用以放置發光二極體晶粒514。而基板520上更包括貫穿基板520的二個金屬引腳522、524形成一電路結構於凹陷結構底部，且二個電路引腳522、524未互相接觸。再者，發光二極體晶粒514的二個電極係利用共晶結合的方式形成共晶層(eutectic layer)526、528固定於基板520的二個金屬引腳522、524上。再者，玻璃上蓋512利用共晶結合的方式形成共晶層518固定於基板520的凹陷結構頂部。

根據本發明的實施例，玻璃上蓋512可以為參雜螢光粉玻璃上蓋，並且玻璃上蓋512與基板520之間的空間可為真空空間，或者充滿氮氣或者惰性氣體或者空氣的空間。而基板的材質可為陶瓷或者半導體或者表面鍍上絕緣層(例如SiO₂ )的金屬。

一般來說，共晶結合時需要加熱低熔點的一第一金屬材質至熔化狀態，經由擴散(diffusion)或焊接(fusion)的方式黏合於第二金屬材質。當第一金屬材質固化後即完成共晶層。

以共晶層518為例，可於玻璃上蓋512表面鍍上一第一金屬，該第一金屬可為金錫(Au/Sn)，其金與錫的比例約為80%與20%，其熔點約為282℃；再者，於基板520凹陷結構頂部鍍上一第二金屬，該第二金屬料可為金(Au)。將玻璃上蓋512上的第一金屬接觸於基板520凹陷結構頂部的第二金屬後，加熱至第一金屬之熔點並固化後即完成共晶層518。

除了上述的方式之外，本發明也可以將第一金屬形成於基板520凹陷結構頂部，將第二金屬形成於玻璃上蓋512，利用相同的方式來形成共晶層518。或者，本發明也可以在基板520凹陷結構頂部以及玻璃上蓋512分別形成相同材質的第一金屬，利用相同的加熱方式來形成共晶層518。再者，本發明並未限定於第一金屬的材料，在此領域的技術人員也可以利用焊錫(solder)來做為第一金屬的材料來完成共晶層518。

[第二實施例]

請參照第5B圖，其所繪示為本發明封裝結構的第二實施例。該封裝結構中，基板530上具有一凹陷結構，用以放置發光二極體晶粒514。而基板530上更包括貫穿基板530的二個金屬引腳532、534形成一電路結構於凹陷結構底部，且二個電路引腳532、534未互相接觸。再者，發光二極體晶粒514的下電極係利用共晶結合的方式形成共晶層536固定於基板530的第一金屬引腳532上，而發光二極體晶粒514的上電極係利用金屬連線(wire bonding)的方式形成金屬導線538電性連接至第二金屬引腳534。再者，玻璃上蓋512利用共晶結合的方式形成共晶層518固定於基板530的凹陷結構頂部。

根據本發明的實施例，玻璃上蓋512可以為參雜螢光粉玻璃上蓋，並且玻璃上蓋512與基板530之間的空間可為真空空間，或者充滿氮氣或者惰性氣體或者空氣的空間。而基板的材質可為陶瓷或者半導體或者表面鍍上絕緣層(例如SiO₂ )的金屬。

[第三實施例]

請參照第5C圖，其所繪示為本發明封裝結構的第三實施例。該封裝結構中，基板係由一底部541與一側部542、建構而成，且側部542為一封閉結構並且與底部541形成一凹陷結構。其中，二個金屬引腳548、549貫穿底部541形成一電路結構，且二個電路引腳548、549未互相接觸。再者，側部542係利用共晶結合的方式形成共晶層544固定於底部541表面上。

發光二極體晶粒514的二個電極係利用共晶結合的方式形成共晶層546、547固定於二個金屬引腳548、549上。再者，玻璃上蓋512利用共晶結合的方式形成共晶層518固定於基板的凹陷結構頂部。

根據本發明的實施例，玻璃上蓋512可以為參雜螢光粉玻璃上蓋，並且玻璃上蓋512與基板之間的空間可為真空空間，或者充滿氮氣或者惰性氣體或者空氣的空間。而基板中，底部541與側部542的材質可為陶瓷或者半導體或者表面鍍上絕緣層(例如SiO₂ )的金屬。

[第四實施例]

請參照第5D圖，其所繪示為本發明封裝結構的第四實施例。該封裝結構中，基板係由一底部551與一側部552、建構而成，且側部552為一封閉結構並且與底部551形成一凹陷結構。其中，二個金屬引腳558、559貫穿底部551形成一電路結構，且二個電路引腳558、559未互相接觸。再者，側部552係利用共晶結合的方式形成共晶層554固定於底部551表面上。

發光二極體晶粒514的下電極係利用共晶結合的方式形成共晶層556固定於第一金屬引腳558上，而發光二極體晶粒514的上電極係利用金屬連線的方式形成金屬導線557電性連接至第二金屬引腳559。再者，玻璃上蓋512利用共晶結合的方式形成共晶層518固定於基板的凹陷結構頂部。

根據本發明的實施例，玻璃上蓋512可以為參雜螢光粉玻璃上蓋，並且玻璃上蓋512與基板之間的空間可為真空空間，或者充滿氮氣或者惰性氣體或者空氣的空間。而基板的材質可為陶瓷或者半導體或者表面鍍上絕緣層(例如SiO₂ )的金屬。

[第五實施例]

請參照第5E圖，其所繪示為本發明封裝結構的第五實施例。該封裝結構中，基板係由一底部561與一側部562、建構而成，且側部562為一封閉結構並且與底部561並形成一凹陷結構。其中，二個金屬引腳568、569覆蓋於底部561表面並形成一電路結構，且二個電路引腳568、569未互相接觸。再者，側部562係利用陶磁共燒(cofired ceramic)的方式固定於底部561。

發光二極體晶粒514的二個電極係利用共晶結合的方式形成共晶層566、567固定於二個金屬引腳568、569上。再者，玻璃上蓋512利用共晶結合的方式形成共晶層518固定於基板的凹陷結構頂部。

根據本發明的實施例，玻璃上蓋512可以為參雜螢光粉玻璃上蓋，並且玻璃上蓋512與基板之間的空間可為真空空間，或者充滿氮氣或者惰性氣體或者空氣的空間。而基板中，底部561與側部的材質可為陶瓷。

[第六實施例]

請參照第5F圖，其所繪示為本發明封裝結構的第六實施例。該封裝結構中，基板係由一底部571與一側部572建構而成，且側部572為一封閉結構並且與底部571形成一凹陷結構。其中，二個金屬引腳578、579覆蓋於底部571表面並形成一電路結構，且二個電路引腳578、579未互相接觸。再者，側部572係利用陶磁共燒(cofired ceramic)的方式固定於底部571。

發光二極體晶粒514的下電極係利用共晶結合的方式形成共晶層576固定於第一金屬引腳578上，而發光二極體晶粒514的上電極係利用金屬連線的方式形成金屬導線577電性連接至第二金屬引腳579。再者，玻璃上蓋512利用共晶結合的方式形成共晶層518固定於基板的凹陷結構頂部。

根據本發明的實施例，玻璃上蓋512可以為參雜螢光粉玻璃上蓋，並且玻璃上蓋512與基板之間的空間可為真空空間，或者充滿氮氣或者惰性氣體的空間。而基板中，底部571與側部572材質為陶瓷。

[第七實施例]

請參照第6A圖，其所繪示為本發明封裝結構的第七實施例。該封裝結構中，基板620上包括貫穿基板620的二個金屬引腳623、624形成一電路結構，且二個電路引腳623、624未互相接觸。再者，發光二極體晶粒614的二個電極係利用共晶結合的方式形成共晶層621、622固定於基板620的二個金屬引腳623、624上。

再者，玻璃上蓋612包括一凹陷結構，且凹陷結構的頂部利用共晶結合的方式形成共晶層616覆蓋且固定於基板620。

根據本發明的實施例，玻璃上蓋612可以為參雜螢光粉玻璃上蓋，並且玻璃上蓋612與基板620之間的空間可為真空空間，或者充滿氮氣或者惰性氣體或者空氣的空間。基板620材質可為鍍上一絕緣層的金屬、陶瓷或者半導體。

[第八實施例]

請參照第6B圖，其所繪示為本發明封裝結構的第八實施例。該封裝結構中，基板630上包括貫穿基板630的二個金屬引腳633、634形成一電路結構，且二個電路引腳633、634未互相接觸。再者，發光二極體晶粒614的下電極係利用共晶結合的方式形成共晶層631固定於第一金屬引腳633上，而發光二極體晶粒614的上電極係利用金屬連線的方式形成金屬導線632電性連接至第二金屬引腳634。

根據本發明的實施例，玻璃上蓋612可以為參雜螢光粉玻璃上蓋，並且玻璃上蓋612與基板630之間的空間可為真空空間，或者充滿氮氣或者惰性氣體或者空氣的空間。基板630材質可為鍍上一絕緣層的金屬、陶瓷或者半導體。

當然，除了上述八個實施例之外，本發明的封裝結構也可以再稍微修改。例如，將第七實施例以及第八實施例中具有凹陷結構的玻璃上蓋運用於第一實施例至第六實施例的基板而形成發光二極體的封裝結構。亦即，具有凹陷結構的玻璃上蓋利用共晶結合的方式形成共晶層並固定於基板的凹陷結構頂部。因此，基板上的凹陷結構以及玻璃上蓋的凹陷結構形成放置發光二極體晶粒的空間。

再者，本發明並不限定發光二極體晶粒的數目，例如將複數個發光二極體晶粒固定於電路結構上，配置於放置發光二極體晶粒的空間中。亦即，假設複數個發光二極體晶粒皆發出相同的顏色，則該些發光二極體晶粒的第一電極全部連接至第一金屬引腳，該些發光二極體晶粒的第二電極全部連接至第二金屬引腳。或者，假設複數個發光二極體晶粒發出不同的顏色，則該些發光二極體晶粒的電極皆需要連接至各別對應的多個金屬引腳。

由以上的說明可知，本發明封裝結構之優點在於，利用共晶結合的方式來作為玻璃與基板之間的黏合。而運用上述的封裝方式，將使得本發明的封裝結構中並未包含任何有機材質的封裝體。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。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。

512‧‧‧玻璃上蓋

514‧‧‧發光二極體晶粒

518、526、528‧‧‧共晶層

520‧‧‧基板

522、524‧‧‧金屬引腳

Claims

一種發光二極體的封裝結構，包括：一基板，該基板具有一第一凹陷結構，且該第一凹陷結構底部具有一電路結構；一第一發光二極體晶粒，固定於該基板的該第一凹陷結構底部，並且電性連接至該電路結構；一玻璃上蓋；以及一第一共晶層，位於該玻璃上蓋與基板的第一凹陷結構頂部之間，用以將該玻璃上蓋固定於基板的第一凹陷結構頂部；其中，該基板係由一底部與一側部經由共晶結合或者陶瓷共燒而相互結合，且該側部為一封閉結構並且與該底部形成該第一凹陷結構。
如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該電路結構包括二個金屬引腳，並且運用一共晶結合的方式將該第一發光二極體晶粒的二個電極利用一第二共晶層與一第三共晶層分別電性連接至該二個金屬引腳。
如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該電路結構包括一第一金屬引腳與一第二金屬引腳，且運用一共晶結合的方式將該第一發光二極體晶粒的一第一電極利用一第二共晶層電性連接至該第一金屬引腳，並利用一金屬連線方式將該第一發光二極體晶粒的一第二電極利用一金屬導線電性連接至該第二金屬引腳。
如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該基板包括一底部與一側部，利用一第二共晶層或者一共燒方式將該側部固定於該底部上，並形成該第一凹陷結構。
如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該玻璃上蓋係為參雜螢光粉的玻璃上蓋。
如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該基板與該玻璃上蓋之間的空間為一真空空間、或者充滿氮氣、空氣、或者惰性氣體的空間。
如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中更包括一第二發光二極體晶粒，固定於該基板的該第一凹陷結構底部，並且電性連接至該電路結構。
如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該玻璃上蓋具有一第二凹陷結構，且該第一共晶層位於該第二凹陷結構頂部與該第一凹陷結構頂部之間，用以將該玻璃上蓋固定於基板的第一凹陷結構頂部。