TWI568015B - 包含直接接附至導線架之ｌｅｄ晶粒的發光二極體元件及其製造方法 - Google Patents

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Description

包含直接接附至導線架之LED晶粒的發光二極體元件及其製造方法
本文中所描述之各種實施例係關於發光裝置及其組裝及製造方法，且更特定言之，本文中所描述之各種實施例係關於發光二極體(LED)、其組裝及製造方法。
眾所周知，LED係能夠在將電壓施加至其之後產生光之固態發光器件。LED大體上包含具有第一及第二對置表面之二極體區域，且包含該二極體區域內之一n型層、一p型層及一p-n接面。一陽極接點歐姆地接觸該p型層且一陰極接點歐姆地接觸該n型層。可在一基板(諸如一藍寶石、矽、碳化矽、砷化鎵、氮化鎵等等之生長基板)上磊晶地形成該二極體區域，但完成裝置可不包含一基板。該二極體區域可(例如)由基於碳化矽、氮化鎵、磷化鎵、氮化鋁及/或砷化鎵之材料及/或基於有機半導體之材料製造。最後，由該LED輻射之光可在可見或紫外(UV)區中，且該LED可併入波長轉換材料(諸如磷光體)。
一LED元件提供與其他電子元件一起安裝於一板(諸如一金屬芯印刷電路板(MCPCB)、可撓性電路板及/或其他印刷電路板)上(例如，使用表面安裝技術(SMT))之一封裝LED晶粒。一LED元件大體上包含一LED晶粒及其他封裝器件。
SMT係一種用於產生電子電路之方法，其中將元件直接安裝或放 置至電路板之表面上。可將所製造之一電子裝置稱為一表面安裝裝置(SMD)。一SMT元件通常小於其通孔對應體。亦可提供更簡單且更快速之自動化組裝、以及其他潛在優點。因而，SMT越來越多地用於電子元件組裝。
SMD通常使用導線架作為SMD封裝之部分。一導線架係一封裝內之一金屬結構，其將信號自晶粒載送至外部。該封裝內之晶粒通常膠合至該導線架且接線使用引線接合技術來將晶粒接點接附至該導線架之導線。接著，可在一塑膠殼體中模製該導線架，且切斷該導線架之外部，藉此使導線分離。可藉由自銅或銅合金之一平板移除材料，藉由蝕刻、沖壓及/或其他技術而製造該導線架本身。
導線架現亦用於低成本、高密度之SMD LED元件。在此等LED元件中，導線架包含一金屬陽極墊、一金屬陰極墊及該金屬陽極墊及該金屬陰極墊上之一塑膠杯，該塑膠杯界定該塑膠杯中之該金屬陽極墊之一暴露部分及該金屬陰極墊之一暴露部分。該塑膠杯之至少一些部分可為透明的、半透明的、不透明的及/或反射的，且該塑膠杯可由塑膠(諸如環氧樹脂模製化合物(EMC)及/或聚矽氧)形成。一LED晶粒膠合至導線架，且該LED晶粒之陽極接點及/或陰極接點引線接合至導線架墊。接著，該杯可填充有囊封劑，該囊封劑之至少一些部分可為透明的、半透明的及/或反射的。該囊封劑可包含其內之波長轉換材料(諸如磷光體)。
LED越來越多地用於發光/照明應用，其目標係提供普遍存在之白熾燈之一替換物。製造LED晶粒之成本可歸因於微電子製造技術之發展而不斷降低。因而，LED晶粒之封裝會承擔LED元件之越來越大成本。
根據本文中所描述之各種實施例之一發光二極體(LED)元件包含 一導線架及一LED晶粒，該LED晶粒在無引線接合之情況下電連接至該導線架。在一些實施例中，該導線架包括一塑膠杯，且該LED晶粒位於該塑膠杯中且在該塑膠杯中電連接至該導線架。在一些實施例中，該LED晶粒之陽極接點及陰極接點使用一焊料層來直接接附至該導線架。
更明確言之，根據本文中所描述之各種實施例之一LED元件包含一導線架，其包括一金屬陽極墊、一金屬陰極墊及該金屬陽極墊及該金屬陰極墊上之一塑膠杯，該塑膠杯界定該塑膠杯中之該金屬陽極墊之一暴露部分及該金屬陰極墊之一暴露部分。該LED元件亦包含一LED晶粒，其包括第一及第二對置表面及其之該第一表面上之一陽極接點及一陰極接點，該陽極接點及該陰極接點包含遠離該LED晶粒之外表面。該LED晶粒安置於該塑膠杯中，使得該陽極接點之該外表面與該金屬陽極墊之該暴露部分緊密間隔開且該陰極接點之該外表面與該金屬陰極墊之該暴露部分緊密間隔開。該LED元件亦包含一晶粒接附層，其在該陽極接點之該外表面與該金屬陽極墊之該暴露部分之間及在該陰極接點之該外表面與該金屬陰極墊之該暴露部分之間延伸。該晶粒接附層將該陽極接點之該外表面直接電連接至該金屬陽極墊之該暴露部分且將該陰極接點之該外表面直接電連接至該金屬陰極墊之該暴露部分。
在一些實施例中，該塑膠杯包括聚矽氧且該陽極墊及該陰極墊之該等暴露部分不共面。
根據本文中所描述之一些實施例，該金屬陽極墊、該金屬陰極墊及/或該塑膠杯經組態以促進由該晶粒接附層將該陽極接點之該外表面直接電連接至該金屬陽極墊之該暴露部分及將該陰極接點之該外表面直接電連接至該金屬陰極墊之該暴露部分。明確言之，在一些實施例中，該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之相鄰端界定其間之一間隙， 其中該塑膠杯在該間隙中延伸且亦延伸超過該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之非相鄰端達一距離。該距離大於該間隙。在一些實施例中，該距離比該間隙大至少10%。在其他實施例中，該距離比該間隙大至少30%。
其他實施例可藉由將該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之相鄰端組態成具有不同寬度而組態該金屬陽極墊、該金屬陰極墊及/或該塑膠杯以促進將該LED直接電連接至該導線架。在其他實施例中，該塑膠杯在該金屬陽極墊及/或該金屬陰極墊之相對表面上延伸。在其他實施例中，該導線架進一步包括在該塑膠杯外部將該金屬陽極墊機械地連接至該金屬陰極墊之一金屬連線。該金屬連線可經組態以(例如)在元件單粒化期間自該金屬陽極墊及/或該金屬陰極墊剪切。該金屬連線亦可包括一易熔金屬。
在其他實施例中，該金屬陽極墊及該金屬陰極墊包含彎曲對向表面。在一些實施例中，該等彎曲對向表面包括複數個線段，其等形成其等之間的斜角及/或直角。在其他實施例中，該金屬陽極墊包含延伸朝向該金屬陰極墊之一金屬指狀物且該金屬陰極墊包含延伸朝向該金屬陽極墊之一金屬指狀物。
上文所描述之一些實施例(其包含對向表面，該等對向表面包括複數個線段，其等形成其等之間的斜角及/或直角)可用於在該塑膠杯中安裝一個以上LED晶粒。例如，在一些實施例中，該LED晶粒係一第一LED晶粒，其安置於該塑膠杯中，使得該陽極接點之該外表面與相鄰於該等線段之一第一者之該金屬陽極墊緊密間隔開且該陰極接點之該外表面與相鄰於該等線段之該第一者之該金屬陰極墊緊密間隔開。該LED元件進一步包括一第二LED晶粒，其亦包括第一及第二對置表面及其之該第一表面上之一陽極接點及一陰極接點，該陽極接點及該陰極接點包含遠離該第二LED晶粒之外表面。該第二LED晶粒亦 安置於該塑膠杯中，使得該陽極接點之該外表面與相鄰於該等線段之一第二者之該金屬陽極墊緊密間隔開且該陰極接點之該外表面與相鄰於該等線段之該第二者之該金屬陰極墊緊密間隔開。
在該等金屬墊之其他組態中，該金屬陽極墊或該金屬陰極墊之一者包含三個邊緣且該金屬陰極墊或該金屬陽極墊之另一者相鄰於該三個邊緣而延伸。在其他實施例中，該金屬陽極墊或該金屬陰極墊之一者包含四個邊緣且該金屬陰極墊或該金屬陽極墊之另一者相鄰於該四個邊緣而延伸。
上文所描述之各種實施例組態該金屬陽極墊、該金屬陰極墊及/或該塑膠杯以促進將該LED晶粒直接接附至該導線架。在其他實施例中，該晶粒接附層本身經組態以促進由該晶粒接附層將該陽極接點之該外表面直接電連接至該金屬陽極墊之該暴露部分及將該陰極接點之該外表面直接電連接至該金屬陰極墊之該暴露部分。明確言之，在一些實施例中，該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之該等暴露部分藉由一高度差而偏離共面性，且該晶粒接附層厚於該高度差。在其他實施例中，該晶粒接附層亦可厚於3微米。在其他實施例中，該晶粒接附層在與該金屬陽極墊之該暴露部分緊密間隔開之該陽極接點之該外表面之間的厚度不同於其在與該金屬陰極墊之該暴露部分緊密間隔開之該陰極接點之該外表面之間的厚度。
其他實施例可組態該晶粒接附層之組合物以促進直接電連接。明確言之，在一些實施例中，該晶粒接附層包括金(Au)、鎳(Ni)及錫(Sn)。在其他實施例中，0<Au wt%<10，10Ni wt%60，且40Sn wt%90。在其他實施例中，0.8Au wt%4.5，19Ni wt%41，且55Sn wt%80。
在其他實施例中，該塑膠杯包括聚矽氧且該晶粒接附材料具有低於該聚矽氧之一分解溫度之一熔融溫度。在其他實施例中，該晶粒 接附材料具有低於260℃之一熔融溫度。而且，在其他實施例中，該晶粒接附材料具有一熔融溫度且具有高於該熔融溫度之一再熔融溫度。在一些實施例中，該熔融溫度低於260℃且該再熔融溫度高於260℃。
應瞭解，可使組態本文中所描述之該金屬陽極墊、該金屬陰極墊、該塑膠杯及/或該晶粒接附層之各種實施例以各種組合或子組合一起使用，其取決於包含以下各者之諸多因數：與該LED晶粒相關之因數、與該導線架相關之因數、與該整體LED元件相關之因數及/或該LED元件意欲用於其之應用。在一實例中，由一LED封裝提供之偏離共面性可指示使用該金屬陽極墊、該金屬陰極墊、該塑膠杯及/或該晶粒接附層之上文所描述組態之何者。
上文所描述之各種實施例已描述LED元件。然而，本文中所描述之其他實施例可提供一導線架本身或一LED本身。
明確言之，根據本文中所描述之各種實施例之一導線架可包含：一金屬陽極墊及一金屬陰極墊；及一塑膠杯，其位於該金屬陽極墊及該金屬陰極墊上，該塑膠杯界定該塑膠杯中之該金屬陽極墊之一暴露部分及該金屬陰極墊之一暴露部分。該金屬陽極墊、該金屬陰極墊及/或該塑膠杯經組態以促進將一發光二極體(LED)晶粒之各自陽極接點及陰極接點直接分別焊接至該金屬陽極墊之該暴露部分及該金屬陰極墊之該暴露部分。可根據本文中所描述之實施例之任何者及全部而組態該金屬陽極墊、該金屬陰極墊及/或該塑膠杯。
類似地，根據本文中所描述之各種實施例之一LED可包含：一LED晶粒，其包括第一及第二對置表面及其之該第一表面上之一陽極接點及一陰極接點，該陽極接點及該陰極接點包含遠離該LED晶粒之外表面；及一晶粒接附層，其位於該陽極接點及該陰極接點之該等外表面上。該晶粒接附層經組態以促進將該晶粒接附層直接接附至一導 線架之金屬陽極墊及金屬陰極墊。可根據本文中所描述之實施例之任何者及全部而組態該晶粒接附層以促進直接接附。
亦可根據本文中所描述之各種實施例而提供製造一LED元件之方法。此等方法可包括：提供一導線架，該導線架包括一金屬陽極墊、一金屬陰極墊及該金屬陽極墊及該金屬陰極墊上之一塑膠杯，該塑膠杯界定該塑膠杯中之該金屬陽極墊之一暴露部分及該金屬陰極墊之一暴露部分；及提供一LED晶粒(其包括第一及第二對置表面、其之該第一表面上之一陽極接點及一陰極接點)及一晶粒接附層(其位於遠離該LED晶粒之該陽極接點及該陰極接點之外表面上)。將該LED晶粒放置於該杯中，使得該晶粒接附層直接位於該金屬陽極墊之該暴露部分及該金屬陰極墊之該暴露部分上。接著，該晶粒接附層經熔融使得該晶粒接附層將該陽極接點之該外表面直接電連接至該金屬陽極墊之該暴露部分且將該陰極接點之該外表面直接電連接至該金屬陰極墊之該暴露部分。可根據本文中所描述之實施例之任何者及全部而組態該導線架及/或該晶粒接附層。
100‧‧‧發光二極體(LED)晶粒
110‧‧‧二極體區域
110a‧‧‧第一表面
110b‧‧‧第二表面
112‧‧‧n型層
114‧‧‧p型層
120‧‧‧基板
120a‧‧‧側壁
120b‧‧‧外表面/第二表面
120c‧‧‧內表面
160‧‧‧陽極接點
160o‧‧‧外表面
162‧‧‧導電通孔
170‧‧‧陰極接點
170o‧‧‧外表面
172‧‧‧導電通孔
180‧‧‧晶粒接附層
180'‧‧‧晶粒接附層
200‧‧‧發光二極體(LED)元件
210‧‧‧導線架
220‧‧‧金屬陽極墊
220a‧‧‧相鄰端/對向表面/對向線段
220e‧‧‧暴露部分
220f‧‧‧金屬指狀物
220n‧‧‧非相鄰端
230‧‧‧金屬陰極墊
230'‧‧‧金屬陰極墊
230"‧‧‧金屬陰極墊
230a‧‧‧相鄰端/對向表面/對向線段
230e‧‧‧暴露部分
230f‧‧‧金屬指狀物
230n‧‧‧非相鄰端
240‧‧‧塑膠杯
240B‧‧‧塑膠杯底
240W‧‧‧塑膠杯壁
250‧‧‧囊封劑
810‧‧‧金屬連線
910‧‧‧突耳
1010‧‧‧易熔金屬部分/易熔連線
1410‧‧‧突耳
2310‧‧‧區塊
2320‧‧‧區塊
2330‧‧‧區塊
2340‧‧‧區塊
2350‧‧‧區塊
2360‧‧‧區塊
2410‧‧‧線
D‧‧‧距離
D1‧‧‧距離
D2‧‧‧距離
G‧‧‧間隙
H‧‧‧高度差
L‧‧‧間隙之長度
T‧‧‧厚度
T1‧‧‧厚度
T2‧‧‧厚度
圖1係根據本文中所描述之各種實施例之一LED晶粒之一橫截面圖。
圖2A係根據本文中所描述之各種實施例之一LED元件(其包含直接接附至一導線架之一LED晶粒)之一橫截面圖。
圖2B係圖2A之LED元件之一俯視圖。
圖3係根據本文中所描述之各種其他實施例之一LED元件(其包含直接接附至一導線架之一LED晶粒)之一橫截面圖。
圖4係根據本文中所描述之其他實施例之一LED元件(其包含直接接附至一導線架之一LED晶粒)之一橫截面圖。
圖5至圖11係根據本文中所描述之各種實施例之一導線架之仰視 圖。
圖12及圖13A至圖13B(圖13A及圖13B在本文中可統稱為圖13)係根據本文中所描述之各種實施例之一LED導線架(其上具有一或多個LED晶粒)之俯視圖。
圖14係根據本文中所描述之各種其他實施例之一導線架之一仰視圖。
圖15係根據本文中所描述之各種其他實施例之一LED導線架(其上具有一或多個LED晶粒)之一俯視圖。
圖16係根據本文中所描述之其他實施例之一導線架之一仰視圖。
圖17A至圖17C(其等在本文中可統稱為圖17)係根據本文中所描述之其他實施例之一LED導線架(其上具有一或多個LED晶粒)之俯視圖。
圖18係根據本文中所描述之其他實施例之一LED元件(其包含直接接附至一導線架之一LED晶粒)之一橫截面圖。
圖19係根據本文中所描述之各種實施例之一LED晶粒之一橫截面圖。
圖20係一習知LED晶粒之一橫截面圖。
圖21係根據本文中所描述之各種實施例之一LED晶粒之一橫截面圖。
圖22係繪示熔融及再熔融期間之根據本文中所描述之各種實施例之晶粒接附材料之效能的一相圖。
圖23係根據本文中所描述之各種實施例之可經執行以製造LED元件之操作之一流程圖。
圖24繪示根據本文中所描述之各種實施例之可用於製造複數個LED元件之一導線架結構。
現將參考隨附圖式來更完全地描述本發明之各種實施例。然而，本發明可以諸多不同形式體現，且不應被解釋為受限於本文中所闡述之實施例。確切而言，此等實施例經提供使得本發明將為徹底且完全的，且將對熟習此項技術者完全傳達本發明之範疇。在圖式中，為清晰起見，可放大層及區域之大小及相對大小。相同元件符號係指全部圖式中之相同器件。
應瞭解，當一器件(諸如一層、區域或基板)被指為「位於另一器件上」時，其可直接位於該另一器件上，或可存在介入器件。此外，相對術語(諸如「下方」或「上覆」)在本文中可用於描述一層或區域與另一層或區域相對於一基板或基底層之一關係，如圖中所繪示。應瞭解，此等術語除涵蓋圖中所描繪之定向之外，亦意欲涵蓋裝置之不同定向。術語「直接地」意謂：不存在介入器件。如本文中所使用，術語「及/或」包含相關聯列項之一或多者之任何及全部組合且可簡寫為「/」。
本文中所使用之術語僅出於描述特定實施例之目的且不意欲限制其他實施例。如本文中所使用，除非內文另外清楚指示，否則單數形式「一」及「該」意欲亦包含複數形式。應進一步瞭解，本文中所使用之術語「包括」、「包含」及/或「具有」(及其等之變形)特指存在所陳述之特徵、步驟、操作、器件及/或元件，但不排除存在或添加一或多個其他特徵、步驟、操作、器件、元件及/或其等之群組。
應瞭解，雖然術語「第一」、「第二」等等在本文中可用於描述各種器件、元件、區域、層及/或區段，但此等器件、元件、區域、層及/或區段不應受此等術語限制。此等用語僅用於區分一器件、元件、區域、層或區段與另一區域、層或區段。因此，在不背離本發明之教示之情況下，可將下文將討論之一第一器件、元件、區域、層或 區段稱為一第二器件、元件、區域、層或區段。
本文中參考示意性地繪示理想化實施例之橫截面圖及/或其他說明圖來描述各種實施例。因而，將預期由(例如)製造技術及/或容限所致之說明圖之形狀之變動。因此，此等實施例不應被解釋為受限於本文中所繪示之區域之特定形狀，而是應包含由(例如)製造導致之形狀偏差。例如，歸因於正常製造容限，繪示或描述為一矩形之一區域通常將具有修圓或曲形特徵。因此，除非本文中另外界定，否則圖中所繪示之區域係示意性的且其形狀不意欲繪示一裝置之一區域之精確形狀且不意欲限制本發明之範疇。
除非本文中另外界定，否則本文中所使用之全部術語(其包含科技術語)具有相同於本發明所屬技術之一般者通常所理解之含義的含義。應進一步瞭解，術語(諸如通用詞典中所界定之術語)應被解譯為具有與其在相關技術及本說明之內文中之含義一致之一含義且除非本文中明確界定，否則不會被解譯為一理想化或過分正式意義。
為便於理解本文中之描述，現將大體上參考基於碳化矽(SiC)之生長基板上之基於氮化鎵(GaN)之發光二極體來描述一些實施例。然而，熟習此項技術者應瞭解，本發明之其他實施例可基於生長基板及磊晶層之各種不同組合。例如，組合可包含GaP生長基板上之AlGaInP二極體；GaAs生長基板上之InGaAs二極體；GaAs生長基板上之AlGaAs二極體；SiC或藍寶石(Al2O3)生長基板上之SiC二極體及/或氮化鎵、碳化矽、氮化鋁、藍寶石、氧化鋅及/或其他生長基板上之一基於III族氮化物之二極體。而且，在其他實施例中，一生長基板可不存在於完成產品中。例如，可在形成發光二極體之後移除生長基板，及/或可在移除生長基板之後在發光二極體上提供一接合基板。在一些實施例中，發光二極體可為由Durham,North Carolina之Cree公司製造及銷售之基於氮化鎵之LED裝置。
引言
本文中所描述之各種實施例可提供一種LED元件，其包括：一SMD導線架；及一LED，其在無引線接合之情況下電連接至該SMD導線架。更明確言之，該LED之接點之一或兩者使用一晶粒接附層(諸如焊料)來直接接附至該SMD導線架。
本文中所描述之各種實施例可起因於以下認知：使用導線架技術之SMD LED具有非常低成本之潛在優點。然而，在此之前，LED晶粒接點之至少一者及在諸多情況中LED晶粒接點之兩者使用一或多個接線來連接至SMD導線架。接線可補償平坦度之偏離及低成本SMD導線架之高度機械撓曲。此平坦度偏離及機械撓曲僅因較低成本塑膠(諸如聚矽氧)用於導線架杯而增大。
然而，本文中所描述之各種實施例已認識到，SMD LED導線架之金屬陽極墊、金屬陰極墊及/或塑膠杯之組態、及/或晶粒接附材料之組態可經改變以便允許消除SMD LED元件中之引線接合且允許使用一晶粒接附層(諸如焊料)來將LED晶粒之陽極接點及陰極接點兩者直接分別接附至導線架之金屬陽極墊及金屬陰極墊。直接晶粒接附可比引線接合更廉價且更穩固且亦可允許更緊湊之SMD元件。
下文將描述用於組態金屬陽極墊、金屬陰極墊、塑膠杯及/或晶粒接附層之諸多技術以促進在無引線接合之情況下將一LED晶粒直接接附至一SMD導線架。然而，吾人已突破性地認識到，一LED晶粒可在無引線接合之情況下電連接至SMD導線架，熟習此項技術者可設想諸多其他組態。
圖1係根據本文中所描述之各種實施例之一發光二極體(LED)晶粒(亦稱為一LED晶片)之一橫截面圖。參考圖1，LED晶粒100包含二極體區域110，其分別具有對置之第一表面110a及第二表面110b且其內包含一n型層112及一p型層114。可提供其他層或區域，其可包含本 文中無需描述之量子井、緩衝層等等。一陽極接點160歐姆地接觸p型層114且在第一表面110a上延伸。陽極接點160可直接歐姆地接觸p型層114，或可藉由一或多個導電通孔162及/或其他中間層而歐姆地接觸p型層114。一陰極接點170歐姆地接觸n型層112且亦在第一表面110a上延伸。陰極接點170可直接歐姆地接觸n型層112，或可藉由一或多個導電通孔172及/或其他中間層而歐姆地接觸n型層112。如圖1中所繪示，兩者均在第一表面110a上延伸之陽極接點160及陰極接點170係共面的，但其等無需為共面的。二極體區域110在本文中亦可稱為一「LED磊晶區域」，此係因為其通常磊晶地形成於一基板120上。例如，一基於III族氮化物之LED磊晶區域110可形成於碳化矽生長基板上。在一些實施例中，該生長基板可存在於完成產品中。在其他實施例中，可移除該生長基板。在其他實施例中，可提供不同於該生長基板之另一基板。
亦如圖1中所展示，一晶粒接附層180亦提供於陽極接點160之外表面及陰極接點170之外表面上。如下文將詳細描述，晶粒接附層180可經組態以促進將LED晶粒直接接附至一SMD導線架。
亦如圖1中所展示，一透明基板120(諸如一透明碳化矽生長基板)包含於二極體區域110之第二表面110b上。透明基板120包含一側壁120a且亦可包含相鄰於二極體區域110之第二表面110b之一內表面120c及遠離內表面120c之一外表面120b。外表面120b可具有小於內表面120c之面積。在一些實施例中，側壁120a可為階梯式的、經斜切及/或刻面化以便提供具有小於內表面120c之面積之外表面120b。在其他實施例中，如圖1中所展示，側壁係依一傾斜角且在一些實施例中依一鈍角自外表面120b延伸朝向內表面120c之一傾斜側壁120a。在其他實施例中，側壁120a可與該等表面正交。而且，LED晶粒100可在其之至少一些外表面上包含一層，該層包括發光材料，諸如磷光體。 該層可在外表面120b、側壁120a及/或二極體區域110之側上延伸，且可與該層在其上延伸之表面等形及/或不等形。其他光學及/或保護層亦可提供於LED晶粒上。
如上文結合圖1所描述般組態之LED晶粒100可稱為「水平」或「橫向」LED，此係因為其之陽極接點及陰極接點兩者提供於LED晶粒之一單一表面上。水平LED可與其中陽極接點及陰極接點提供於LED之相對表面上之垂直LED形成對比。
讓與本申請案之受讓人之以下各者(其等之全文以宛如全文闡述引用的方式併入本文中)中詳細描述可根據本文中所描述之實施例之任何者而使用之水平LED之各種其他組態：Donofrio等人之題為「Semiconductor Light Emitting Diodes Having Reflective Structures and Methods of Fabricating Same」之美國專利第8,368,100號；Bergmann等人之題為「Light Emitting Diodes Including Integrated Backside Reflector and Die Attach」之美國專利申請公開案2011/0031502；Donofrio等人之題為「Horizontal Light Emitting Diodes Including Phosphor Particles」之美國專利申請公開案2012/0193660；及Donofrio等人之題為「Reflective Mounting Substrates for Flip-Chip Mounted Horizontal LEDs」之美國專利申請公開案2012/0193662。
水平LED之其他組態可由「直接接附(Direct Attach)」LED晶片體現，該等「直接接附」LED晶片由本申請案之受讓人之Cree公司市售且在(例如)題為「Direct Attach DA2432TM LEDs」(資料表：CPR3FM Rev.-，2011)、「Direct Attach DA1000TM LEDs」(資料表：CPR3ES Rev.A，2010)及「Direct Attach DA3547TM LEDs」(資料表：CPR3EL Rev.D，2010-2012)之資料表中加以描述，該等資料表之全文以宛如全文闡述引用的方式併入本文中。
為簡化以下圖式，不會繪示LED晶粒100之內部結構。確切而言，以下圖將示意性地繪示LED晶粒100，但將繪示陽極接點160、陰極接點170及晶粒接附層180。因為可根據本文中所描述之各種實施例而修改晶粒接附層，所以其會被標記為180'。LED晶粒100包括第一及第二對置表面，其中該第一對置表面係二極體區域之第一表面110a，且當不存在基板時，該第二表面係二極體區域之第二表面110b，或當存在一基板120時，該第二表面係基板120之外表面120b。陽極接點160及陰極接點170位於第一表面110a上。
而且，在本文中所描述之各種實施例中，全部LED晶粒100可經繪示為具有相同大小且大體上呈矩形或正方形。然而，LED晶粒100可具有其他形狀，且無需全部為相同大小或相同類型之LED晶粒。而且，陽極接點160及陰極接點170分別全部經繪示為大小不同。然而，在其他實施例中，各種LED之陽極接點及/或陰極接點可具有相同大小、形狀及/或厚度，及/或各種LED之陽極接點及/或陰極接點無需彼此大小、形狀及/或厚度相同。LED晶粒100可發射不同色彩之光且可在其上包含一發光層，諸如磷光體層。例如，在一些實施例中，可提供白色(例如藍色位移黃色)LED晶粒及紅色LED晶粒之一組合。而且，可基於LED元件之要求而提供任何數目之多個LED晶粒100。
直接接附SMD LED元件
圖2A係根據本文中所描述之各種實施例之一LED元件之一橫截面圖，且圖2B係該LED元件之一俯視圖。參考圖2A及圖2B，LED元件200包括一導線架210，其本身包含一金屬陽極墊220、一金屬陰極墊230及金屬陽極墊220及金屬陰極墊230上之一塑膠杯240，塑膠杯240界定塑膠杯240中之金屬陽極墊220之一暴露部分220e及金屬陰極墊230之一暴露部分230e。LED元件200亦包含一LED晶粒100，其分別包括對置之第一表面110a及第二表面120b及其之第一表面110a上之 一陽極接點160及一陰極接點170。陽極接點160及陰極接點170分別包含遠離LED晶粒100之外表面160o、170o。LED晶粒100安置於塑膠杯240中，使得陽極接點160之外表面160o與金屬陽極墊220之暴露部分220e緊密間隔開且陰極接點170之外表面170o與金屬陰極墊230之暴露部分230e緊密間隔開。
LED元件200亦包含一晶粒接附層180'，其在陽極接點160之外表面160o與金屬陽極墊220之暴露部分220e之間延伸，且亦在陰極接點170之外表面170o與金屬陰極墊230之暴露部分230e之間延伸。而且，晶粒接附層180'將陽極接點160之外表面160o直接電連接至金屬陽極墊220之暴露部分220e，且亦將陰極接點170之外表面170o直接電連接至金屬陰極墊230之暴露部分230e。
金屬陽極墊220及金屬陰極墊230可為一較大金屬導線架(其在元件製造之後被單粒化)之部分，如下文將詳細描述。該金屬導線架結構可包括銅、銅合金及/或其他導電金屬之一圖案化平板。亦應瞭解，雖然金屬陽極墊220及金屬陰極墊230經展示為一單一層，但亦可提供多層墊。例如，一反射塗層可提供於暴露部分220e、230e之全部或部分上及/或提供於面向LED晶粒100之金屬陽極墊220及金屬陰極墊230之表面之其他部分上以增強由LED發射之任何光(其直接或間接照射金屬陽極墊220及/或金屬陰極墊230之表面)之反射率。而且，雖然金屬陽極墊220及金屬陰極墊230經繪示為延伸超過塑膠杯240，但其等無需如此。最後，應瞭解，金屬陽極墊220及金屬陰極墊230可具有相同大小、形狀及/或厚度，或可為不同大小、形狀及/或厚度。
塑膠杯240可包括一塑膠。如本文中所使用，「塑膠」係可模製之各種合成或半合成有機固體之任何者。塑膠通常為具有高分子質量之有機聚合物，但其通常含有其他物質。在一些實施例中，塑膠杯240可包括聚鄰苯二甲醯胺(PPA)，其係聚醯胺(尼龍)族之一熱塑性合 成樹脂，且具有290℃至305℃之間的一相對較高熔點。在其他實施例中，塑膠杯240可包括聚對苯二甲酸伸環己基二亞甲基酯(PCT)，其係亦可具有290℃至305℃之間的一熔點之一熱塑性聚酯。在其他實施例中，塑膠杯240可包括一環氧樹脂模製化合物(EMC)，其係可具有270℃至280℃之間的一熔點之可撓性環氧樹脂。而且，當今及未來塑膠杯240可包括具有各種組合物且可具有350℃之一分解溫度之聚矽氧。聚矽氧係包含矽以及碳、氫、氧及/或其他元素之聚合物。如熟習此項技術者所瞭解，一些聚矽氧實際上不可熔融。確切而言，可(例如)藉由炭化、排氣等等而分解聚矽氧。此分解可開始於350℃處，但此分解溫度可取決於所使用之聚矽氧而變動。其他聚矽氧可在相同溫度處分解及熔融。其他聚矽氧可具有高於該分解溫度之一熔融溫度。可使用其他塑膠材料。
而且，塑膠杯240之至少一些部分可為透明的、半透明的及/或不透明的。塑膠杯240亦無需為建構均勻的，使得其可包含透明、半透明或不透明之各種部分及並非透明、半透明或不透明之其他部分。亦可將額外材料添加於塑膠杯中以(例如)增強其反射能力，提供光學散射，及/或提供波長轉換。亦應瞭解，可在LED晶粒接附之後，而非如本文中所描述般在LED晶粒接附之前，將塑膠杯240分別模製於金屬陽極墊220及金屬陰極墊230上。
塑膠杯240可包括一塑膠杯壁240W，其位於金屬陽極墊220及金屬陰極墊230上且延伸遠離金屬陽極墊220及金屬陰極墊230以在其內界定其中安置LED晶粒100之一空腔或凹口。塑膠杯壁240W可具有均勻厚度或可變厚度(如圖2A中所繪示)，且可在其內包含各種突出部、凸起或凹口。一杯底240B可大體上在金屬陽極墊220及金屬陰極墊230之方向上延伸，且亦可在金屬陽極墊220及/或金屬陰極墊230之任一表面上延伸。杯底240B之外邊緣可比杯壁240W之外邊緣寬及/或 窄，或可與其一致。而且，杯底240B之外邊緣可具有不同於杯壁240W之外邊緣之一形狀。
晶粒接附層180'可包括一基於鉛或無鉛之焊料。而且，根據本文中所描述之各種實施例，亦可使用包括金(Au)、鎳(Ni)及錫(Sn)之三元焊料。亦可提供此焊料之四元(或其他)變體，如下文將詳細描述。可使用沈積及/或其他習知技術來製造晶粒接附層180'。
最後，圖2A亦繪示塑膠杯240之內部中且在一些實施例中填充塑膠杯240之內部之一囊封劑250。在一些實施例中，囊封劑250亦可包含聚矽氧，其可為相同於及/或不同於塑膠杯240之組合物的組合物。囊封劑250可為均質或非均質組合物，且可在其內包含可均勻或非均勻地分佈於其內之光學材料，諸如折射率匹配、散射、反射及/或波長轉換材料，諸如磷光體。囊封劑250之外表面可與塑膠杯240之外表面齊平，如圖2A中所繪示。然而，在其他實施例中，囊封劑之外表面可相對於杯240之外表面而凹陷或拱凸。而且，各種光學特徵(諸如微距透鏡及/或微透鏡)可提供於囊封劑250之外表面中及/或囊封劑250之外表面上。
圖2A及圖2B亦可被視作繪示根據本文中所描述之各種實施例之一LED元件，其包括一SMD導線架210及一LED晶粒100，LED晶粒100在無引線接合之情況下電連接至SMD導線架210。在一些實施例中，SMD導線架210包括一塑膠杯240且LED晶粒100位於塑膠杯240中且在塑膠杯240中電連接至SMD導線架210。在一些實施例中，LED晶粒100(例如)使用晶粒接附層180'來焊接至SMD導線架210。
圖2A及圖2B亦繪示根據本文中所描述之各種實施例之一表面安裝裝置導線架。表面安裝裝置導線架210包括一金屬陽極墊220及一金屬陰極墊230。一塑膠杯240提供於金屬陽極墊220及金屬陰極墊230上，塑膠杯240界定金屬陽極墊220之一暴露部分220e及金屬陰極墊 230之一暴露部分230e。金屬陽極墊220、金屬陰極墊230及/或塑膠杯240經組態以促進將一LED晶粒100之陽極接點160及陰極接點170分別直接焊料接附至金屬陽極墊220之暴露部分220e及金屬陰極墊230之暴露部分230e。在一些實施例中，塑膠杯240不包含於導線架210中。
圖2A及圖2B亦繪示包括一LED晶粒100之一表面安裝裝置LED，LED晶粒100分別具有對置之第一表面110a及第二表面120b及其之第一表面110a上之一陽極接點160及一陰極接點170。陽極接點160及陰極接點170分別包含遠離LED晶粒100之外表面160o、170o。一晶粒接附層180'提供於陽極接點160之外表面160o及陰極接點170之外表面170o上。晶粒接附層180'經組態以促進將晶粒接附層180'分別直接接附至一SMD導線架210之陽極墊220及陰極墊230。
在圖2A中，塑膠杯240僅位於金屬陽極墊220之暴露表面220e及金屬陰極墊230之暴露表面230e上。然而，如圖3中所繪示，塑膠杯底240B亦可在與暴露表面220e、230e相對之金屬陽極墊220及金屬陰極墊230之表面上延伸。而且，如圖4中所展示，塑膠杯底240B可以一連續方式在與金屬陽極墊220之暴露表面220e及金屬陰極墊230之暴露表面230e相對之金屬陽極墊220及金屬陰極墊230之表面上延伸。而且，在一些實施例中，金屬陽極墊220及金屬陰極墊230可圍繞塑膠杯底240B彎曲以對LED元件200提供外部接觸。可根據本文中所描述之各種實施例而提供導線架210之諸多其他變體。例如，一導線架210之一些實施例可不包含一塑膠杯240。
根據現將詳細描述之各種實施例，金屬陽極墊220、金屬陰極墊230、塑膠杯240及/或晶粒接附材料180'可經組態以促進由晶粒接附層180'將陽極接點160之外表面160o直接電連接至金屬陽極墊220之暴露部分220e及將陰極接點170之外表面170o直接電連接至金屬陰極墊230之暴露部分230e。現將描述各種結構及組成組態。應瞭解，可以組合 或各種子組合變動此等組態以自效能及/或可靠性之觀點達成一所要LED元件良率。所選擇之金屬陽極墊220、金屬陰極墊230、塑膠杯240及/或晶粒接附層180'之組態之個別態樣將取決於所使用之特定LED晶粒100及/或導線架210及/或所期望之特定成本、可靠性及/或效能。然而，藉由根據本文中所描述之各種實施例及/或可由熟習此項技術者開發之其他組態而組態金屬陽極墊220、金屬陰極墊230、塑膠杯240及/或晶粒接附材料180'，可達成在無引線接合之情況下將一LED晶粒100直接接附至一表面安裝導線架210。
一般而言，導線架可提供常用於LED元件中之陶瓷基台之低成本替代物。而且，導線架具有良好導熱性，此係因為封裝底板可幾乎全部為金屬。換言之，LED晶粒接合至金屬，金屬繼而焊接至一板以便提供低熱阻。導線架可在SMD封裝線上運行，該等SMD封裝線因較便宜工具而趨向於更便宜且更快折舊。但作為一實例，導線架可無需一機械鋸來使個別元件單粒化，而是可使用比習知陶瓷封裝便宜之一沖孔技術(其具有更低資本投資及更低消耗成本)。
然而，不幸的是，當導線架由PPA、PCT或EMC製成時，其會具有比陶瓷差之可靠性。SMD導線架亦會比陶瓷更不平坦，其使接附LED晶粒成為一挑戰。當達到習知金錫共熔焊料之回焊溫度時，導線架亦一般係溫度不穩定的，使得在回焊之後，封裝會趨向於變暗。基於聚矽氧之導線架之新近進展可提供更佳可靠性且可承受一更高回焊溫度。然而，基於聚矽氧之導線架趨向於易損壞及可撓。因而，雖然金屬陽極墊及金屬陰極墊可為大體上共面的，但其等並非完全共面的，而是一般不平坦的以足以允許直接晶粒接附一LED晶粒之陽極接點及陰極接點兩者。
現將描述之各種實施例可允許組態金屬陽極墊220、金屬陰極墊230、塑膠杯240及/或晶粒接附材料180'以便允許一導線架210，且特 定言之，一基於聚矽氧之導線架210與一直接接附LED晶粒100一起工作以對高容量、低成本且可靠之LED元件提供一路徑。
在以下段落中，將首先描述金屬陽極墊220、金屬陰極墊230及塑膠杯240之各種組態。接著，將描述晶粒接附層180'之各種組態。
組態金屬陽極墊、金屬陰極墊及/或塑膠杯
現將描述各種實施例，其可組態導線架210之金屬陽極墊220、金屬陰極墊230及/或塑膠杯240以促進由晶粒接附層180'將陽極接點160之外表面160o直接電連接至金屬陽極墊220之暴露部分220e及將陰極接點170之外表面170o直接電連接至金屬陰極墊230之暴露部分230e。一般而言，可藉由以下操作根據本文中所描述之各種實施例而組態金屬陽極墊220、金屬陰極墊230及/或塑膠杯240：(a)增加杯底相對於金屬陽極墊與金屬陰極墊之間的一間隙之一延伸；(b)提供金屬陽極墊與金屬陰極墊之間的暫時連線；及/或(c)提供金屬陽極墊與金屬陰極墊之間的彎曲對向表面。此等組態之各者可經設計以減小陽極墊及陰極墊之平面性之偏離。現將詳細描述此等組態之各者。
(a)增加杯底相對於金屬陽極墊與金屬陰極墊之間的一間隙之一延伸
根據現將描述之各種實施例，金屬陽極墊及金屬陰極墊之相鄰端界定其間之一間隙。塑膠杯在該間隙中延伸且亦延伸超過金屬陽極墊及金屬陰極墊之非相鄰端達一距離。該距離大於該間隙。塑膠杯可經組態以在形成塑膠杯之模製程序期間在該間隙中延伸且超過該等非相鄰端。
更明確言之，圖5係圖2A及圖2B之一導線架210之一簡化仰視圖。如圖5中所繪示，金屬陽極墊220及金屬陰極墊230之相鄰端220a、230a分別界定其間之一間隙G。而且，塑膠杯240之杯底240B在間隙G中延伸。塑膠杯240之杯底240B亦分別延伸超過陽極墊220及 陰極墊230之非相鄰端220n、230n達一距離D。根據本文中所描述之各種實施例，距離D大於間隙G。
習知地，距離D經最小化以減小LED元件之總大小且允許每導線架及每樹脂負載之更多元件以藉此允許達成更低成本。然而，根據本文中所描述之各種實施例，距離D經組態以大於間隙G。在其他實施例中，亦可提供厚於間隙G之一較厚杯壁240W。
在不希望受任何操作理論限制之情況下，吾人已發現：可藉由提供一較大距離D及/或一較厚杯壁240W而增加圖5中所展示之導線架210之剛性及/或減小陽極墊220及陰極墊230之相鄰端220a、230a之平面性之一偏離。如上文所描述，在一些實施例中，距離D大於間隙G。在其他實施例中，距離D比間隙G大至少10%。在其他實施例中，距離D比間隙G大至少30%。因此，圖5之實施例增大延伸距離D與間隙G之間的比率。此比率增大可提供一更剛性架構，歸因於整體結構剛性增加，其可允許導線架材料上之晶粒接附具有一更高成功率。即使當可撓性聚矽氧用於杯240，情況亦相同。
亦應瞭解，圖5之各種實施例可導致LED元件之熱效能略微降低，此係因為金屬陽極墊220及金屬陰極墊230佔據元件之總寬度之一較小百分比。熱效能之此略微降低不會呈現一過度缺點，此係因為導線架之熱效能且尤其是晶粒接附至導線架而非引線接合至導線架之LED晶粒之熱效能可足以確保良好熱效能。
在一特定實例中，間隙G可具有100微米至200微米之間的一寬度，且距離D在一些實施例中可大於220微米，在其他實施例中大於300微米，且在其他實施例中大於400微米。在一些實施例中，距離D不超過1,000微米。在其他實施例中，當熱效能比機械剛性更受關注時，可使距離D小於間隙G，如圖6中所繪示。
亦應瞭解，在整個LED元件200中，距離D無需總大於或小於間 隙G。確切而言，此關係可僅存在於一些非相鄰端220n、230n上，或可僅存在於非相鄰端220n、230n之部分上。換言之，間隙G在其延伸區上可具有非均勻寬度，且距離D在其延伸區上無需均勻。而且，與金屬陽極墊220之非相鄰端220n之各相鄰者之距離D及/或與金屬陰極墊230之非相鄰端230n之各相鄰者之距離D無需相同。
圖7繪示其他實施例，其中可在一單一元件中提供距離D與間隙G之不同比率以允許更佳熱性質以及更高封裝剛性或穩定性之潛在益處。例如，在圖7中，可提供金屬陽極墊220之距離D1相對於間隙G及金屬陰極墊230之距離D2相對於間隙G之兩個不同比率。
結合圖7所描述之各種實施例可起因於以下認知：金屬墊之一者(諸如金屬陰極墊230)可大於金屬墊之另一者(諸如金屬陽極墊220)，其可對此較大金屬陰極墊230提供較佳熱效能。相比而言，另一金屬墊(諸如金屬陽極墊220)之熱效能可為較不重要的，使得其寬度可經減小以便為了穩定性而提供一較大距離D1。應瞭解，在以上描述中，可顛倒金屬陽極墊220及金屬陰極墊230之角色。
因此，圖7繪示本文中所描述之各種實施例，其中金屬陽極墊220及金屬陰極墊230之各自相鄰端220a及230a具有不同寬度。亦應瞭解，在一些實施例中，在一單一塑膠杯內提供多個LED晶粒。在此等實施例中，可對該塑膠杯中之該多個LED晶粒之至少一些提供不同間隙及不同距離。
亦可藉由自杯底240B使用塑膠材料選擇性地覆蓋金屬陽極墊220及/或金屬陰極墊230之部分而達成金屬陽極墊220及金屬陰極墊230之各自相鄰端220a及230a之不同寬度。因此，在一些實施例中，杯底240B可在金屬陽極墊220及/或金屬陰極墊230之對置表面之一或兩者上形成一隆脊。此隆脊亦可至少部分夾緊金屬陽極墊220及/或金屬陰極墊230，且藉此減小平面性之偏離。例如，如圖3及/或圖4中所繪 示，塑膠杯底240B可在金屬陽極墊220及/或金屬陰極墊230之相對表面上延伸。此可在該(等)墊上提供一隆脊且可進一步夾緊該(等)墊以增加共面性。而且，藉由允許塑膠杯230之杯底240B在金屬陽極墊220及/或金屬陰極墊230之外表面上延伸，導線架封裝設計者可定製設計LED元件之背面外觀及功能性。
圖5至圖7之各種實施例可藉由修改杯底及/或杯壁厚度與導線架之背面上之金屬墊之間的間隙之間的寬度比率而增加與直接接附LED晶粒一起使用之導線架式封裝之穩定性及其他有益物理性質(諸如導熱性)。厚度與間隙之間的比率之一增大可導致一更剛性導線架以允許導線架材料上之晶粒接附具有一更高成功率(歸因於整體結構剛性之一增加)。厚度與間隙之間的一較低比率可導致具有較佳熱參數之一更可撓封裝(歸因於封裝之底部上之增加熱質量)。習知地，封裝具有窄杯壁及導線架封裝之背面上之主要金屬墊。
(b)提供金屬陽極墊與金屬陰極墊之間的暫時連線
根據本文中所描述之各種其他實施例，可藉由提供在塑膠杯外部將金屬陽極墊機械地連接至金屬陰極墊之暫時連線而增加金屬陽極墊及金屬陰極墊之平面性以便在無引線接合之情況下促進晶粒接附。此等暫時連線可增加晶粒接附期間之金屬陽極墊及金屬陰極墊之結構剛性。可在晶粒接附之後於個別元件之單粒化期間及/或於個別元件之單粒化之後切斷暫時連線。
更明確言之，參考圖8，一導線架210可包含一或多個金屬連線810，其等在塑膠杯底240B外部將金屬陽極墊220機械地連接至金屬陰極墊230。可提供金屬連線810作為用於製造大量LED元件之最初導線架結構之部分。金屬連線810僅為暫時的，此係因為若其保留於完成產品中，則其將使LED短路。因此，在使個別LED元件與最初導線架結構分離之單粒化期間，金屬連線810可與將個別陽極金屬墊220及 陰極金屬墊230鏈接至最初導線架結構之任何其他暫時連線一起被切斷。替代地，可在單粒化之前或在單粒化之後切斷金屬連線810。應瞭解，可提供更少或更多連線810且可提供連線之各種組態。例如，雖然圖8中繪示U形連線810，但可提供其他形狀。
圖9繪示單粒化之後之圖8之LED元件。應注意，為清楚起見，圖中未繪示LED。已移除塑膠杯240外部之連線810之部分，但突耳910保留。此等突耳910可提供一指示：根據本文中所描述之各種實施例，在LED元件之製造期間使用一連線810來提供較高穩定性。
據此，圖8及圖9繪示本文中所描述之各種實施例，其中杯外連線或接腳可用於增加用於直接接附LED晶粒元件之導線架式封裝之封裝穩定性及剛性。習知地，金屬陽極接觸墊及金屬陰極接觸墊本質上可浮動，其中其等之邊緣囊封於杯材料中。與此形成鮮明對比地，圖8之實施例在封裝邊緣外部提供金屬連線或接腳。此等連線可有助於將墊鎖定至相同高度(即，增加平面性)且增加封裝剛性。如圖9中所展示，在封裝單粒化時，該等連接連線或接腳可經剪切以產生一完成封裝。該剪切亦可切斷金屬陽極墊及金屬陰極墊至導線架之剩餘者之間接連接。
圖10繪示其他實施例，其中金屬連線810包含一易熔金屬部分1010。例如，可使用具有低於塑膠杯之一分解溫度之一熔點之任何金屬合金或純金屬。此可允許藉由將連線810局部加熱至高於易熔部分1010之熔點而進行快速剪切。可使用雷射加熱及/或其他局部加熱技術。若選擇適當易熔材料，則亦可使用整體加熱。亦應瞭解，易熔材料可延伸至全部連線810，延伸至塑膠杯240外部之全部連線810，及/或可僅對應於足以使連線斷開之塑膠杯240外部之金屬連線810之一小部分。在其他實施例中，易熔連線1010可位於杯內部，只要其可藉由一雷射及/或其他技術而熔融。因此，杯材料可在杯內部圍繞一易熔 金屬連線模製，使得可使用一雷射及/或其他技術來熔融連線。
亦應瞭解，可根據本文中所描述之各種實施例而變動(若干)金屬連線之組態及位置。例如，與圖8至圖10中所繪示之情況相比，連線810之臂可彼此更靠近且可更靠近於金屬陽極墊220與金屬陰極墊230之間的間隙，以便分別增加金屬陽極接點220及金屬陰極接點230之相鄰端220a、230a之結構剛性。而且，可在封裝邊緣處剪切(若干)連線810(使無額外金屬暴露於導線架封裝外部，如圖9中所繪示)及/或在封裝外部剪切(若干)連線810(使暴露於封裝外部之金屬用作接點、散熱片及/或其他目的，如(例如)圖10中所繪示)。
(c)提供金屬陽極墊與金屬陰極墊之間的彎曲對向表面
上文已結合圖5至圖10而描述之各種實施例分別繪示金屬陽極墊220及金屬陰極墊230之各自相鄰端220a、230a之間的一間隙G，其在沿相鄰端220a、230a之一直線上延伸。換言之，圖中繪示金屬陽極墊220及金屬陰極墊230之各自筆直對向表面220a、230a。根據現將描述之各種實施例，可提供彎曲對向表面。該等彎曲對向表面可包含平滑彎曲部分及/或分段部分。該等彎曲對向表面可提供沿間隙之杯材料之一較大長度且可藉此提供比使間隙中之杯材料之長度最小化之筆直對向表面強之結構剛性。在一些實施例中，該等彎曲對向表面包括複數個線段，其等形成其等之間的斜角及/或直角。該等角之頂點可為尖銳的及/或經修圓的。在其他實施例中，該等彎曲對向表面可僅包含無任何尖角之平滑彎曲部分。
明確言之，參考圖11，圖中展示一金屬陽極接觸墊220及一金屬陰極接觸墊230。如圖11中所展示，接觸墊220及230呈聯鎖指狀物之形式，其可增加利用直接接附LED晶粒之導線架封裝之穩定性及晶粒接附面積。明確言之，金屬陽極墊220包含延伸朝向金屬陰極墊230之一金屬指狀物220f，且金屬陰極墊230包含延伸朝向金屬陽極墊220之 一金屬指狀物230f。
因此，如圖11中所展示，間隙G並非呈直線的，而是呈曲線的且包含三個單獨正交線段。因此，間隙G之總長度L長於一直線間隙之總長度。金屬陽極墊220及金屬陰極墊230之各自相鄰端220a及230a之相鄰者之間的較長距離L及細長間隙中之塑膠杯材料之較大量可增加導線架封裝之穩定性，使得金屬陽極接點220及金屬陰極接點230更平坦。換言之，金屬陽極墊220及金屬陰極墊230之彎曲對向表面220a、230a可增加導線架之穩定性及/或陽極墊220及陰極墊230之各自平面性。
圖12繪示由圖11之導線架製造之一LED元件，其中在具有彎曲對向表面之導線架上安裝一單一LED晶粒100。如圖中所展示，LED晶粒100安置於杯240中，使得陽極接點(為清楚起見，圖中未繪示)之外表面與相鄰於線段之一第一者(中間或水平對向表面220a)之金屬陽極墊220緊密間隔開，且陰極接點(為清楚起見，圖中未繪示)之外表面與相鄰於線段230a之第一者(中間或水平對向表面230a)之金屬陰極墊230緊密間隔開。LED晶粒之陽極接點及陰極接點可經適當定大小及塑形以接附至彎曲配合表面。在一些實施例中，LED晶粒之陽極接點及陰極接點亦可在其間具有對應於導線架中之彎曲對向表面的彎曲對向表面，使得一單一LED晶粒可跨越多個線段。圖12亦可被視作繪示一LED元件，其中金屬陽極墊或金屬陰極墊之一者包含三個邊緣，且金屬陰極墊或金屬陽極墊之另一者相鄰於該三個邊緣而延伸。
圖13A繪示圖12之多晶粒實施例，其中使用多個LED晶粒100，多個LED晶粒100之一各自者跨越彎曲對向表面中之一各自線段。在圖13A之實施例中，如同圖12，彎曲對向表面可對封裝提供增加穩定性。而且，LED晶粒之每段配置可允許比跨越筆直對向表面之多個LED晶粒之情況更進一步使LED晶粒100彼此間隔開。該等組態可為 對稱的(如圖13A中所繪示)，或可為不對稱的(其中使用不同晶粒及/或晶粒間隔及/或使用不對稱曲線或線段)。
圖13B繪示其他實施例，其中金屬陽極墊220及金屬陰極墊230兩者包含五個對向線段220a、230a。此外，一各自LED晶粒跨越彎曲對向表面中之一各自線段。
在上文所繪示之全部實施例中，各LED元件中提供一單一金屬陽極墊220及一單一金屬陰極墊230。在其他實施例中，可提供多個金屬陽極墊及/或多個金屬陰極墊。例如，圖14繪示聯鎖導線架墊之額外實施例。在此等實施例中，提供一單一金屬陽極墊220及兩個金屬陰極墊230'及230"。金屬陽極墊220上之突耳1410經提供使得金屬陽極墊220可在製造期間接附至導線架之其他器件。然而，在其他實施例中，無需突耳1410，且金屬陽極墊220可由間隙G完全包圍以提供一浮島金屬陽極墊。中央金屬陽極墊220因對向表面220a、230a之間的大量重疊而穩定，其在間隙G中提供杯材料之一延伸長度。
圖15繪示其上具有四個LED晶粒100之圖14之導線架。此元件可提供兩個平行串之各兩個LED晶粒。亦可提供各種其他組態。該等組態可相對於晶粒及/或墊而對稱或不對稱。應瞭解，可由圖14及圖15之實施例提供LED佈線之各種組態，其取決於LED晶粒100之陽極接點及陰極接點在圖14及圖15之導線架上之放置。例如，在圖15之一些實施例中，四個LED晶粒100之陽極接點可晶粒接附至金屬陽極墊220，此等LED晶粒之兩者之陰極可晶粒接附至第一金屬陰極墊230'且剩餘兩個LED晶粒之陰極接點可晶粒接附至第二金屬陰極墊230"。在其他實施例中，LED晶粒之兩者之陽極接點及剩餘兩個LED晶粒之陰極接點晶粒接附至圖15之墊220，且前兩個LED晶粒之陽極接點晶粒接附至圖15之墊230'且剩餘兩個LED晶粒之陰極接點晶粒接附至圖15之墊230"，以提供兩個反向平行串之各兩個LED晶粒。在此等實施例 中，三個金屬墊220、230'及230"可不提供元件之一陽極或一陰極，但仍可提供元件之外部連接。據此，取決於LED之佈線，術語「陽極」及「陰極」可不應用於墊220、230'及230"。
圖16繪示另一導線架配置，其中僅提供一單一突耳1410來支撐金屬陽極墊220，且一單一金屬陰極墊230幾乎完全包圍其四個側上之金屬陽極墊。圖17A繪示使用圖16之導線架之一LED元件，該LED元件包含其上之並聯電連接之四個LED晶粒100。據此，圖17A繪示各種實施例，其中金屬陽極墊或金屬陰極墊之一者包含四個邊緣，且金屬陰極墊或金屬陽極墊之另一者相鄰於該四個邊緣而延伸。應瞭解，在其他實施例中，亦可包含四個以上邊緣。因此，金屬陽極墊及/或金屬陰極墊可呈五邊形、六邊形、八邊形等等。亦應瞭解，更多或更少LED晶粒可包含於一LED元件中且可串聯及/或並聯連接。LED晶粒100無需彼此相同，且無需對稱放置。例如，LED晶粒100之一或多者可為一藍色位移黃色LED晶粒，而LED晶粒之一或多者可為一紅色LED晶粒。圖17B繪示另一組態。相較於圖17A而延伸陽極接觸墊220以代替一突耳1410。
圖17C繪示其他實施例，其中金屬陽極墊220及金屬陰極墊230各包含五個對向線段220a、230a，且其中使用五個LED 100，五個LED 100之一各自者位於一對各自對向線段上。
總言之，圖5至圖17繪示各種實施例，其中金屬陽極墊220、金屬陰極墊230及/或塑膠杯240經組態以促進由晶粒接附層180'將陽極接點160之外表面160o直接電連接至金屬陽極墊220之暴露部分220e及將陰極接點170之外表面170o直接電連接至金屬陰極墊230之暴露部分230e。雖然已藉由(a)增加杯底相對於間隙之延伸；(b)提供暫時連線；及(c)提供彎曲對向表面而獨立地呈現上文所描述之各種實施例，但亦可以各種組合或子組合提供此等實施例。例如，增加距離 (a)可與暫時連線(b)組合及/或可與彎曲對向表面(c)組合。替代地，暫時連線(b)可與增加延伸(a)及/或彎曲表面(c)組合。而且，彎曲表面(c)可與增加延伸(a)及/或暫時連線(b)組合。最後，增加延伸(a)、暫時連線(b)及彎曲對向表面(c)可全部提供於一LED元件中。藉此，此等組合之任何者可促進將一LED晶粒直接接附至一導線架。
晶粒接附層組態
現將描述之各種實施例組態晶粒接附層本身以促進由晶粒接附層將陽極接點之外表面直接電連接至金屬陽極墊之暴露部分及將陰極接點之外表面直接電連接至金屬陰極墊之暴露部分。在現將描述之實施例中，可藉由(a)組態晶粒接附層之厚度及/或藉由(b)組態晶粒接附層之組合物而組態晶粒接附層。此等組態之任一者或兩者可促進將一LED晶粒直接晶粒接附至一導線架。而且，此等組態之任一者或兩者可與上文結合金屬墊及/或塑膠杯所描述之三個組態之一或多者之任何組合而組合。
(a)組態晶粒接附層之厚度
如上文所描述，歸因於導線架封裝之可撓性，金屬陽極墊220及金屬陰極墊230偏離共面性。因此，如圖18中所展示，金屬陽極墊220及金屬陰極墊230之各自相鄰端220a、230a之間可存在一高度差H。習知地，具有3微米或更小之一厚度之晶粒接附層一般用於將一LED晶粒晶粒接附至一陶瓷或其他非可撓性基板。
現將描述之各種實施例可起因於以下認知：一習知晶粒接附厚度可能不足以允許依高元件良率橫跨此等不平坦表面而晶粒接附一LED晶粒。與此形成鮮明對比地，本文中所描述及如圖18中所繪示之各種實施例提供厚於金屬陽極墊220與金屬陰極墊230之間的高度差H之一晶粒接附層180'。明確言之，參考圖18，金屬陽極墊220及金屬陰極墊230之各自暴露部分220e及230e偏離共面性達一高度差H。在一 些實施例中，在金屬陽極墊220及金屬陰極墊230之各自相鄰端220a、230a處量測H。在其他實施例中，可在金屬墊上之其他位置處量測平面性之偏離H。
如圖18中所繪示，晶粒接附層180'具有厚於高度差H之一厚度T。因此，T>H。在其他實施例中，如圖19中所繪示，T亦厚於3微米。因此，在圖19中，晶粒接附層180'具有大於高度差H(其如圖18中所繪示且亦大於3微米)之一厚度T。
在一特定實例中，可能難以依高程序良率橫跨具有一4微米高度差H之兩個浮動金屬墊220、230而接合其上具有一3微米晶粒接附層180之一LED晶粒100。LED晶粒可經傾斜及/或晶粒接附會在隨後製造或使用期間失效。與此形成鮮明對比地，當將晶粒接附層180'之厚度T增加至大於高度差H時，可在晶粒接附期間提供高程序良率。其他實驗已發現兩個墊之間的一5微米高度差，使得可使用至少5微米之一晶粒接附厚度。
圖20繪示用於晶粒接附至一陶瓷或其他非可撓性基台之一習知LED晶粒。如圖20中所展示，習知晶粒接附層180之厚度T小於3微米。
圖21繪示其他實施例，其中晶粒接附層180'在陽極接點160之外表面160o上之厚度不同於其在陰極接點170之外表面170o上之厚度。圖21之實施例可起因於以下認知：在一些導線架中，圖18中所繪示之高度差H在不同元件中通常係一致的。例如，如圖18中所繪示，較小金屬陽極墊220可相對於較大金屬陰極墊230而一致地向上彎曲。若情況如此，則可使陽極接點160上之晶粒接附層180'之厚度不同於陰極接點170上之晶粒接附層180'之厚度。因此，如圖21中所繪示，在圖18之組態中，當金屬陽極墊220高於金屬陰極墊230時，陰極接點170上之晶粒接附層180'可具有大於陽極接點160上之晶粒接附層180'之厚度T1的一厚度T2。換言之，T2>T1。而且，在一些實施例中，厚度之 間的差值可對應於高度差H，即，T2-T1=H。在其他實施例中，T1亦可為至少3微米厚。
據此，圖18至圖19及圖21之實施例可藉由提供至少與此高度差H一樣厚之一晶粒接附層而至少部分補償導線架之金屬陽極墊220及金屬陰極墊230之各自相鄰端220a、230a之間的高度差H。晶粒接附層180'可包含以下各者之比率：AuSn(金-錫)、NiSn(鎳-錫)及/或Au、Ni、Sn、Sb、As、Ta、Co、Mn及/或其他3d、4d、5d或f區過渡金屬之其他共熔或非共熔混合物。而且，晶粒接附材料之厚度無需均勻地橫跨LED晶粒。陽極與陰極之間的晶粒接附厚度亦可不同以適應導線架上之接合位置之不同相對高度。因此，可提供較厚及/或不對稱晶粒接附層。
(b)晶粒接附組合物
上文所描述之各種實施例變動晶粒接附層之厚度，但可使用一習知二元晶粒接附層。現將描述之各種實施例使用包括金(Au)、鎳(Ni)及錫(Sn)之三元焊料。此三元晶粒接附組合物可被單獨使用，可與上文所描述之晶粒接附厚度一起使用，及/或可與上文所描述之金屬陽極墊、金屬陰極墊及/或塑膠杯之組態之任何者或全部一起使用。應瞭解，術語「三元」亦包含晶粒接附層中之金屬之四元及更高元組合。可提供共熔或非共熔組合。
可根據本文中所描述之各種實施例而提供Au、Ni及Sn之各種重量百分比(wt%)範圍，如下表中所繪示： 應注意，在上表中，全部範圍以重量百分比(wt%)表達，且在焊料之 一特定組合物中，全部wt%需要總計達100wt%(除非亦包含其他材料)。
根據本文中所描述之各種實施例之三元焊料組合物可具有至少兩個所要性質以促進直接晶粒接附至導線架。此等兩個性質係指低熔融溫度及不同熔融及再熔融溫度。
就熔融溫度而言，上表中所描述之三元晶粒接附材料具有250℃至260℃之間的一最初熔融溫度。與此形成鮮明對比地，習知地用於LED工業中之Au-Sn焊料具有282℃之一熔點。250℃至260℃之此熔融溫度小於聚矽氧之分解溫度(例如350℃)。
而且，根據本文中所描述之各種實施例之三元焊料組合物具有高於最初熔融溫度(亦簡稱為「熔融溫度」)之一再熔融溫度。明確言之，三元焊料組合物可直至至少400℃才再熔融，且在一些實施例中於至少485℃處再熔融。與此形成鮮明對比地，習知Au-Sn焊料將在循環之後於其熔點282℃處再次再熔融。
因此，根據本文中所描述之各種實施例之焊料組合物可在一低溫處提供一最初熔融時間間隔，但可在凝固之後形成一顯著更高溫度之相，其使焊料組合物能夠在用於將一LED元件接附至一板之典型無鉛回焊程序期間存活(即，不再熔融)。據此，根據本文中所描述之各種實施例之三元焊料可達成低熔融溫度(低於260℃)，其允許易於熔融之導線架(諸如聚矽氧導線架)中之晶粒接附。而且，組合物不會在再次暴露於典型無鉛回焊曲線時再熔融，其可確保電及熱接觸之完整性。據此，晶粒接附材料不會在經受將完成元件接附至一板時再熔融。此時之再熔融會損及接合完整性且可導致失效。
圖22係繪示熔融及再熔融期間之根據本文中所描述之各種實施例之三元Au Ni Sn焊料組合物之性質的一相圖。如圖22中所展示，最初熔融發生於250℃至260℃之間。然而，隨後再熔融發生與大於 400℃之溫度處。
在已知曉上文所描述之晶粒接附材料之所要特性之後，熟習此項技術者可設想亦可提供此等特性之四元修改及/或額外三元焊料。
製造
圖23係根據本文中所描述之各種實施例之可經執行以製造LED元件之操作之一流程圖。參考圖23，在區塊2310中，提供一導線架結構。圖24中繪示可根據本文中所描述之各種實施例而使用之一導線架結構。一個別導線架包括一金屬陽極墊、一金屬陰極墊及該金屬陽極墊及該金屬陰極墊上之一塑膠杯，該塑膠杯界定該金屬陽極墊之一暴露部分及該金屬陰極墊之一暴露部分。可根據上文所描述之實施例之任何者而組態該金屬陽極墊、該金屬陰極墊及/或該塑膠杯。可提供該導線架結構作為一陣列之個別導線架，使得多個元件可一起被製造。
在區塊2320中，提供LED晶粒。如上文所描述，各LED晶粒包括第一及第二對置表面、其之該第一表面上之一陽極接點及一陰極接點、及遠離該LED晶粒之該陽極接點及該陰極接點之外表面上之一晶粒接附層。可根據上文所描述之實施例之任何者而組態該晶粒接附層。
應瞭解，可由一導線架製造者執行區塊2310之操作且可由一LED晶粒製造者提供區塊2320中之操作。此等製造者可為使用相同或不同製造設備之相同或不同實體。一般而言，LED晶粒製造比導線架製造更高技術。
在區塊2330中，執行晶粒接附。明確言之，如上文所描述，將LED晶粒放置於杯中，使得晶粒接附層直接位於金屬陽極墊之暴露部分及金屬陰極墊之暴露部分上。接著，晶粒接附層經熔融使得晶粒接附層將陽極接點之外表面直接電連接至金屬陽極墊之暴露部分且將陰 極接點之外表面直接電連接至金屬陰極墊之暴露部分。可在區塊2340中執行囊封。接著，在區塊2350中，使LED元件單粒化，例如，沿圖24之線2410使用沖孔。接著，在區塊2360中，將經單粒化之LED元件安裝於一板上。
結論
本文中所描述之各種實施例可藉由根據本文中所描述之各種實施例組態一金屬陽極墊、一金屬陰極墊、一塑膠杯及/或一晶粒接附材料而將一LED晶粒直接晶粒接附至一導線架。可以各種組合及子組合使用此等實施例以允許低成本導線架與直接接附LED晶粒一起使用。
本文中所描述之各種實施例亦可包含一層(亦稱為一磷光體層)，其包括發光材料。在一些實施例中，該磷光體層係一等形磷光體層，其在一些實施例中可小於150微米厚，在其他實施例中小於100微米厚，且在其他實施例中小於50微米厚。應瞭解，術語「磷光體」在本文中用於表示任何波長轉換材料，且可根據各種組態而提供。該磷光體層亦可為任何類型之一或若干功能層，諸如經安置以影響發射光之性質(例如色彩、強度及/或方向)之任何層。
可使用各種技術來施加磷光體層，其包含點膠、絲網印刷、膜轉印、噴塗、塗佈及/或其他技術。亦可施加磷光體預成形物。在一些實施例中，磷光體層可包括其中具有磷光體顆粒之聚矽氧及/其他透明材料。亦應瞭解，磷光體層可與LED晶粒之外表面共面。然而，磷光體層之外部分或邊緣部分無需與此等外表面共面。明確言之，磷光體層可自外表面凹入或可突出超過陽極接點及陰極接點。
磷光體層可為具有均勻磷光體顆粒密度之一薄等形層。然而，可提供一磷光體層，其包括不均勻地散佈於其內之磷光體顆粒，且在一些實施例中，可在該磷光體層之外表面處包含一無磷光體區域。而 且，該磷光體層亦可經組態為一等形層。
磷光體層或任何波長轉換層將自LED晶粒發射之光之一部分轉換成一不同波長(此項技術中已知之一程序)。此程序之一實例係將來自光發射器(諸如一LED晶粒)之藍色發射光之一部分轉換成黃光。釔鋁石榴石(YAG)係可使用之一常見磷光體之一實例。
在一些實施例中，磷光體顆粒包括諸多不同組合物及磷光體材料之單獨者或組合。在一實施例中，單晶磷光體可包括釔鋁石榴石(YAG，其具有化學式Y3Al5O12)。YAG基質可與其他化合物組合以達成所要發射波長。在其中單晶磷光體吸收藍光且重新發射黃光之一實施例中，單晶磷光體可包括YAG：Ce。此實施例尤其適用於發射藍光及黃光之一白光組合之光發射器。一全範圍之寬廣黃色光譜發射可使用由基於(Gd,Y)3(Al,Ga)5O12：Ce晶系(其包含Y3Al5O12：Ce(YAG))之磷光體製成之轉換顆粒。可用於白色發射LED晶片之其他黃色磷光體包含：Tb3-xRexO12：Ce(TAG)；RE=Y、Gd、La、Lu；及/或Sr2-x-yBaxCaySiO4：Eu。
在其他實施例中，其他化合物可與一YAG基質一起使用以吸收及重新發射不同波長之光。例如，一YAG：Nb單晶磷光體可經提供以吸收藍光且重新發射紅光。第一磷光體及第二磷光體亦可經組合以用於較高CRI之白光(即，暖白光)(其中上述黃色磷光體與紅色磷光體組合)。可使用包含以下各者之各種紅色磷光體：SrxCa1-xS：Eu,Y；Y=鹵化物；CaSiAlN3：Eu；或Sr2-yCaySiO4：Eu。
其他磷光體可用於藉由將全部光轉換成一特定色彩而產生飽和 色發射。例如，以下磷光體可用於產生極好飽和光：SrGa2S4：Eu；Sr2-yBaySiO4：Eu；或SrSi2O2N2：Eu。
以下列出可用作轉換顆粒之一些額外適合磷光體，但可使用其他磷光體。各磷光體展現藍色及/或UV發射光譜中之激發，提供一所要峰值發射，具有高效光轉換：
黃色/綠色
(Sr,Ca,Ba)(Al,Ga)2S4：Eu2+
Ba2(Mg,Zn)Si2O7：Eu2+
Gd0.46Sr0.31Al1.23OxF1.38：Eu2+ 0.6
(Ba1-x-ySrxCay)SiO4：Eu
Ba2SiO4=Eu2+
紅色
Lu2O3=Eu3+
(Sr2-xLax)(Cei_xEux)O4
Sr2C1-xEuxO4
SrTiO3：Pr3+,GA3+
CaAlSiN3IEu2+
Sr2Si5N8=Eu2+
在一些實施例中，包括發光材料及/或囊封劑之層亦可提供一功能層，其包括一光散射層，該光散射層包括一黏合劑材料(如上文所討論)及光散射顆粒(例如氧化鈦顆粒)。在其他實施例中，該層包括用於變更該功能層之折射率之材料。在一些實施例中，該功能層包括本文中所描述之功能層之類型之一或多者之一組合(例如一波長轉換層及一散射或折射率變更層)。
在一些實施例中，LED晶粒經組態以發射藍光(例如具有450奈米至460奈米之一主波長之光)，且磷光體層包括具有550奈米之一峰值波長之黃色磷光體，諸如YAG：Ce磷光體。在其他實施例中，LED晶粒經組態以在其通電之後發射藍光，且磷光體層可包括黃色磷光體及紅色磷光體之一混合物，諸如基於CASN之磷光體。在其他實施例中，LED晶粒經組態以在其通電之後發射藍光，且磷光體層可包括黃色磷光體、紅色磷光體及綠色磷光體之一混合物，諸如LuAG：Ce磷光體顆粒。而且，此等及/或其他色彩及/或類型之磷光體之各種組合及子組合可用於混合物及/或單獨層中。在其他實施例中，不使用一磷光體層。例如，一藍色、綠色、琥珀色、紅色等等LED無需使用磷光體。在使用一磷光體之實施例中，可有益地提供一均勻塗層來提供更均勻發射。
囊封劑(其在本文中亦可稱為「光學耦合材料」)可包括其內無磷光體顆粒之聚矽氧，且可對發光裝置提供一初級光學器件。無磷光體之光學耦合材料可經塑形以提供一透鏡、圓頂及/或其他光學元件，使得其側及/或頂部可傾斜於二極體區域。無磷光體之光學耦合材料亦可囊封LED晶粒之磷光體層及/或發光表面。光學耦合層在一些實施例中可為至少1.5毫米厚，在其他實施例中至少0.5毫米厚，且在其他實施例中至少0.01毫米厚，且在其他實施例中可不存在。因此，在其他實施例中，一光學耦合材料層可不與一磷光體層一起使用。例如，光學耦合材料可直接位於LED晶粒之第二表面上。在一些實施例中，可使用一相對較厚透明層。在其他實施例中，可使用一等形透明層。在其他實施例中，透明層可提供於一磷光體層(其包括不均勻地散佈於其內之磷光體顆粒)上。裝置可進一步包含一額外囊封劑或透鏡，其可為聚矽氧或玻璃。其他實施例可不包含此額外透鏡。
本文中已結合以上描述及圖式而揭示諸多不同實施例。應瞭 解，逐字地描述及繪示此等實施例之每一組合及子組合將會過度重複且易混淆。據此，包含圖式之本說明書應被解釋為構成本文中所描述之實施例之全部組合及子組合、及其製造及使用之方式及程序之一完整書面描述，且將支援任何此組合或子組合之主張。
在圖式及說明書中，已揭示本發明之實施例，且雖然採用特定術語，但其僅在一般及描述意義上加以使用且並非為了限制，以下申請專利範圍中闡述本發明之範疇。
100‧‧‧發光二極體(LED)晶粒
110a‧‧‧第一表面
120b‧‧‧外表面/第二表面
160‧‧‧陽極接點
160o‧‧‧外表面
170‧‧‧陰極接點
170o‧‧‧外表面
180'‧‧‧晶粒接附層/晶粒接附材料
200‧‧‧發光二極體(LED)元件
210‧‧‧導線架
220‧‧‧金屬陽極墊
220e‧‧‧暴露部分
230‧‧‧金屬陰極墊
230e‧‧‧暴露部分
240‧‧‧塑膠杯
240B‧‧‧塑膠杯底
240W‧‧‧塑膠杯壁
250‧‧‧囊封劑

Claims (54)

  1. 一種發光二極體(LED)元件，其包括：一導線架，其包括一金屬陽極墊、一金屬陰極墊及該金屬陽極墊及該金屬陰極墊上之一塑膠杯，該塑膠杯界定該塑膠杯中之該金屬陽極墊之一暴露部分及該金屬陰極墊之一暴露部分，該塑膠杯包含一塑膠杯壁、一塑膠杯底、及一塑膠杯開口，該塑膠杯壁位於該金屬陽極墊及該金屬陰極墊上且延伸遠離(extending away from)該金屬陽極墊及該金屬陰極墊，該塑膠杯底鄰近該金屬陽極墊及該金屬陰極墊且在該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之一方向延伸，該塑膠杯開口係遠離(remote from)該塑膠杯底；一LED晶粒，其包括第一及第二對置表面及其之該第一表面上之一陽極接點及一陰極接點，該陽極接點及該陰極接點包含遠離該LED晶粒之外表面，該LED晶粒安置於該塑膠杯中，使得該陽極接點之該外表面鄰近該塑膠杯底且與該金屬陽極墊之該暴露部分間隔開，且該陰極接點之該外表面鄰近該塑膠杯底且與該金屬陰極墊之該暴露部分間隔開；及一晶粒接附層，其在該陽極接點之該外表面與該金屬陽極墊之該暴露部分之間及在該陰極接點之該外表面與該金屬陰極墊之該暴露部分之間延伸且將該陽極接點之該外表面直接電連接至該金屬陽極墊之該暴露部分且將該陰極接點之該外表面直接電連接至該金屬陰極墊之該暴露部分。
  2. 如請求項1之LED元件，其中該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之該等暴露部分不共面。
  3. 如請求項1之LED元件，其中該塑膠杯包括聚矽氧。
  4. 如請求項1之LED元件，其中該金屬陽極墊、該金屬陰極墊及/或該塑膠杯經組態以促進由該晶粒接附層將該陽極接點之該外表面直接電連接至該金屬陽極墊之該暴露部分及將該陰極接點之該外表面直接電連接至該金屬陰極墊之該暴露部分。
  5. 如請求項4之LED元件，其中該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之相鄰端界定其間之一間隙，其中該塑膠杯在該間隙中延伸且亦延伸超過該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之非相鄰端達一距離，且其中該距離大於該間隙。
  6. 如請求項5之LED元件，其中該距離比該間隙大至少10%。
  7. 如請求項4之LED元件，其中該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之相鄰端具有不同寬度。
  8. 如請求項4之LED元件，其中該塑膠杯在該金屬陽極墊及/或該金屬陰極墊之相對表面上延伸。
  9. 如請求項4之LED元件，其中該導線架進一步包括在該塑膠杯外部將該金屬陽極墊機械地連接至該金屬陰極墊之一金屬連線。
  10. 如請求項9之LED元件，其中該金屬連線經組態以自該金屬陽極墊及/或該金屬陰極墊剪切。
  11. 如請求項9之LED元件，其中該金屬連線包括一易熔金屬。
  12. 如請求項4之LED元件，其中該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之相鄰端包含彎曲對向表面。
  13. 如請求項12之LED元件，其中該等彎曲對向表面包括複數個線段，該複數個線段形成其等之間的斜角及/或直角。
  14. 如請求項13之LED元件，其中該LED晶粒係一第一LED晶粒，該第一LED晶粒安置於該塑膠杯中，使得該陽極接點之該外表面鄰近該塑膠杯底且與相鄰於該等線段之一第一者之該金屬陽極墊間隔開，且該陰極接點之該外表面鄰近該塑膠杯底且與相鄰於 該等線段之該第一者之該金屬陰極墊間隔開；該LED元件進一步包括一第二LED晶粒，其亦包括第一及第二對置表面及其之該第一表面上之一陽極接點及一陰極接點，該陽極接點及該陰極接點包含遠離該第二LED晶粒之外表面，該第二LED晶粒安置於該塑膠杯中，使得該陽極接點之該外表面鄰近該塑膠杯底且與相鄰於該等線段之一第二者之該金屬陽極墊間隔開，且該陰極接點之該外表面鄰近該塑膠杯底且與相鄰於該等線段之該第二者之該金屬陰極墊間隔開。
  15. 如請求項4之LED元件，其中該金屬陽極墊包含延伸朝向該金屬陰極墊之一金屬指狀物，且其中該金屬陰極墊包含延伸朝向該金屬陽極墊之一金屬指狀物。
  16. 如請求項4之LED元件，其中該金屬陽極墊或該金屬陰極墊之一者包含三個邊緣且該金屬陰極墊或該金屬陽極墊之另一者相鄰於該三個邊緣而延伸。
  17. 如請求項4之LED元件，其中該金屬陽極墊或該金屬陰極墊之一者包含四個邊緣且該金屬陰極墊或該金屬陽極墊之另一者相鄰於該四個邊緣而延伸。
  18. 如請求項1之LED元件，其中該晶粒接附層經組態以促進由該晶粒接附層將該陽極接點之該外表面直接電連接至該金屬陽極墊之該暴露部分及將該陰極接點之該外表面直接電連接至該金屬陰極墊之該暴露部分。
  19. 如請求項18之LED元件：其中該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之該等暴露部分偏離共面性達一高度差；及其中該晶粒接附層厚於該高度差。
  20. 如請求項19之LED元件，其中該晶粒接附層亦厚於3微米。
  21. 如請求項18之LED元件，其中該晶粒接附層與該金屬陽極墊之該暴露部分間隔開之該陽極接點之該外表面之間的厚度不同於該晶粒接附層與該金屬陰極墊之該暴露部分間隔開之該陰極接點之該外表面之間的厚度。
  22. 如請求項18之LED元件，其中該晶粒接附層包括一焊料，該焊料包括金(Au)、鎳(Ni)及錫(Sn)。
  23. 如請求項22之LED元件，其中0<Au wt%10，10Ni wt%60，且40Sn wt%90。
  24. 如請求項23之LED元件，其中0.8Au wt%4.5，19Ni wt%41，且55Sn wt%80。
  25. 如請求項18之LED元件，其中該塑膠杯包括聚矽氧，且其中該晶粒接附層具有低於該聚矽氧之一分解溫度之一熔融溫度。
  26. 如請求項18之LED元件，其中該晶粒接附層具有低於260℃之一熔融溫度。
  27. 如請求項18之LED元件，其中該晶粒接附層具有一熔融溫度且具有高於該熔融溫度之一再熔融溫度。
  28. 如請求項27之LED元件，其中該熔融溫度低於260℃且該再熔融溫度高於260℃。
  29. 一種導線架，其包括：一金屬陽極墊及一金屬陰極墊；一塑膠杯，其位於該金屬陽極墊及該金屬陰極墊上，該塑膠杯界定該塑膠杯中之該金屬陽極墊之一暴露部分及該金屬陰極墊之一暴露部分，該塑膠杯包含一塑膠杯壁、一塑膠杯底、及一塑膠杯開口，該塑膠杯壁位於該金屬陽極墊及該金屬陰極墊上且延伸遠離(extending away from)該金屬陽極墊及該金屬陰極墊，該塑膠杯底鄰近該金屬陽極墊及該金屬陰極墊且在該金屬 陽極墊及該金屬陰極墊之一方向延伸，該塑膠杯開口係遠離(remote from)該塑膠杯底；該金屬陽極墊、該金屬陰極墊及/或該塑膠杯經組態以促進將一發光二極體(LED)晶粒之各自陽極接點及陰極接點分別直接焊料連接至該金屬陽極墊之該暴露部分及該金屬陰極墊之該暴露部分。
  30. 如請求項29之導線架，其中該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之該等暴露部分不共面。
  31. 如請求項29之導線架，其中該塑膠杯包括聚矽氧。
  32. 如請求項29之導線架，其中該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之相鄰端界定其間之一間隙，其中該塑膠杯在該間隙中延伸且亦延伸超過該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之非相鄰端達一距離，且其中該距離大於該間隙。
  33. 如請求項32之導線架，其中該距離比該間隙大至少10%。
  34. 如請求項29之導線架，其中該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之相鄰端具有不同寬度。
  35. 如請求項29之導線架，其中該塑膠杯在該金屬陽極墊及/或該金屬陰極墊之相對表面上延伸。
  36. 如請求項29之導線架，其中該導線架進一步包括在該塑膠杯外部將該金屬陽極墊機械地連接至該金屬陰極墊之一金屬連線。
  37. 如請求項36之導線架，其中該金屬連線經組態以自該金屬陽極墊及/或該金屬陰極墊剪切。
  38. 如請求項36之導線架，其中該金屬連線包括一易熔金屬。
  39. 如請求項29之導線架，其中該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之相鄰端包含彎曲對向表面。
  40. 如請求項39之導線架，其中該等彎曲對向表面包括複數個線 段，該複數個線段形成其等之間的斜角及/或直角。
  41. 如請求項29之導線架，其中該金屬陽極墊包含延伸朝向該金屬陰極墊之一金屬指狀物，且其中該金屬陰極墊包含延伸朝向該金屬陽極墊之一金屬指狀物。
  42. 如請求項29之導線架，其中該金屬陽極墊或該金屬陰極墊之一者包含三個邊緣且該金屬陰極墊或該金屬陽極墊之另一者相鄰於該三個邊緣而延伸。
  43. 如請求項29之導線架，其中該金屬陽極墊或該金屬陰極墊之一者包含四個邊緣且該金屬陰極墊或該金屬陽極墊之另一者相鄰於該四個邊緣而延伸。
  44. 一種發光二極體(LED)，其包括：一LED晶粒，其包括對置的第一及第二表面及其之該第一表面上之一陽極接點及一陰極接點，該陽極接點及該陰極接點包含遠離(remote from)該LED晶粒之外表面；及一晶粒接附層，其位於該陽極接點及該陰極接點之該等外表面上，該晶粒接附層經組態以促進將該晶粒接附層直接接附至一導線架之金屬陽極墊及金屬陰極墊，其中該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之暴露部分偏離共面性達一高度差；且其中該晶粒接附層厚於該高度差。
  45. 如請求項44之LED，其中該晶粒接附層亦厚於3微米。
  46. 一種發光二極體(LED)，其包括：一LED晶粒，其包括對置的第一及第二表面及其之該第一表面上之一陽極接點及一陰極接點，該陽極接點及該陰極接點包含遠離(remote from)該LED晶粒之外表面；及一晶粒接附層，其位於該陽極接點及該陰極接點之該等外表 面上，該晶粒接附層經組態以促進將該晶粒接附層直接接附至一導線架之金屬陽極墊及金屬陰極墊，其中該晶粒接附層在該陽極接點之該外表面上之厚度不同於其在該陰極接點之該外表面上之厚度。
  47. 一種發光二極體(LED)，其包括：一LED晶粒，其包括對置的第一及第二表面及其之該第一表面上之一陽極接點及一陰極接點，該陽極接點及該陰極接點包含遠離(remote from)該LED晶粒之外表面；及一晶粒接附層，其位於該陽極接點及該陰極接點之該等外表面上，該晶粒接附層經組態以促進將該晶粒接附層直接接附至一導線架之金屬陽極墊及金屬陰極墊，其中該晶粒接附層包括一焊料，該焊料包括金(Au)、鎳(Ni)及錫(Sn)。
  48. 如請求項47之LED，其中0<Au wt%10，10Ni wt%60，且40Sn wt%90。
  49. 如請求項48之LED，其中0.8Au wt%4.5，19Ni wt%41，且55Sn wt%80。
  50. 一種發光二極體(LED)，其包括：一LED晶粒，其包括對置的第一及第二表面及其之該第一表面上之一陽極接點及一陰極接點，該陽極接點及該陰極接點包含遠離(remote from)該LED晶粒之外表面；及一晶粒接附層，其位於該陽極接點及該陰極接點之該等外表面上，該晶粒接附層經組態以促進將該晶粒接附層直接接附至一導線架之金屬陽極墊及金屬陰極墊，其中該導線架包括聚矽氧，且其中該晶粒接附層具有低於該聚矽氧之一分解溫度之一熔融溫度。
  51. 一種發光二極體(LED)，其包括：一LED晶粒，其包括對置的第一及第二表面及其之該第一表面上之一陽極接點及一陰極接點，該陽極接點及該陰極接點包含遠離(remote from)該LED晶粒之外表面；及一晶粒接附層，其位於該陽極接點及該陰極接點之該等外表面上，該晶粒接附層經組態以促進將該晶粒接附層直接接附至一導線架之金屬陽極墊及金屬陰極墊，其中該晶粒接附層具有低於260℃之一熔融溫度。
  52. 一種發光二極體(LED)，其包括：一LED晶粒，其包括對置的第一及第二表面及其之該第一表面上之一陽極接點及一陰極接點，該陽極接點及該陰極接點包含遠離(remote from)該LED晶粒之外表面；及一晶粒接附層，其位於該陽極接點及該陰極接點之該等外表面上，該晶粒接附層經組態以促進將該晶粒接附層直接接附至一導線架之金屬陽極墊及金屬陰極墊，其中該晶粒接附層具有一熔融溫度且具有高於該熔融溫度之一再熔融溫度。
  53. 如請求項52之LED，其中該熔融溫度低於260℃且該再熔融溫度高於260℃。
  54. 一種製造一LED元件之方法，其包括：提供一導線架，該導線架包括一金屬陽極墊、一金屬陰極墊及該金屬陽極墊及該金屬陰極墊上之一塑膠杯，該塑膠杯界定該塑膠杯中之該金屬陽極墊之一暴露部分及該金屬陰極墊之一暴露部分，該塑膠杯包含一塑膠杯壁、一塑膠杯底、及一塑膠杯開口，該塑膠杯壁位於該金屬陽極墊及該金屬陰極墊上且延伸遠離(extending away from)該金屬陽極墊及該金屬陰極墊，該 塑膠杯底鄰近該金屬陽極墊及該金屬陰極墊且在該金屬陽極墊及該金屬陰極墊之一方向延伸，該塑膠杯開口係遠離(remote from)該塑膠杯底；提供一LED晶粒，該LED晶粒包括第一及第二對置表面、其之該第一表面上之一陽極接點及一陰極接點、及遠離該LED晶粒之該陽極接點及該陰極接點之外表面上之一晶粒接附層；將該LED晶粒放置於該杯中，使得該晶粒接附層直接位於該金屬陽極墊之該暴露部分及該金屬陰極墊之該暴露部分上；及使該晶粒接附層熔融，使得該晶粒接附層將該陽極接點之該外表面直接電連接至該金屬陽極墊之該暴露部分且將該陰極接點之該外表面直接電連接至該金屬陰極墊之該暴露部分。
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