TWI594460B - 具有整合光學元件的led封裝及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種發光二極體(light-emitting diode,LED)裝置,且特別是有關於一種整合光束成形(beam shaping)之光學元件(諸如透鏡與/或反射鏡)的LED陣列及其製造方法。
LED奠基於半導體二極體。當二極體是順向偏壓(forward biased)(打開)時,電子能夠與電洞重新結合,並且以光的形式釋放能量。這種效應叫作電致發光(electroluminescence),並且光的顏色由半導體的能隙(energy gap)所決定。LED具有許多勝過傳統光源的優點,包括耗能更低、壽命更長、更堅固耐用、尺寸更小以及切換更快速。LED的應用非常多樣化,例如,可用來取代一般照明與自動照明環境下的傳統光源。LED的精巧尺寸讓許多文字與影像的展示裝置與感應器得以發展,同時,其高切換速率在通訊技術上也是很有用的。
隨著新的應用不斷被發展,對更有效率的製造與封裝技術的需求正持續成長中。還有,對更具效率之終端產品的需求也一樣。
在一實施例中,提供一種同時在多個LED上整合多個光學元件(optical element)的方法。LED具有一發光正面。該方法包括將封膠材料(encapsulation material)分配給封裝基板上的多個LED。此方法也包括同時成形(shaping)多個LED上的封膠材料,並且固化(cure)封膠材料,以便在陣列中的多個LED的正面形成封膠(encapsulation)。
在另一實施例中,提供一種在封裝基板上形成LED晶粒(die)陣列的方法。此方法包括提供基板,其中基板在其正面上包括一圖案化(patterned)金屬接點(metal contact)陣列。金屬接點與在基板中形成的控制邏輯(control logic)達成電性通信(electrical communication)。此方法也包括在基板上裝置多個預製的(pre-fabricated)且單體化的(singulated)LED晶粒,並且以金屬接點電性連接(electrically connect)LED晶粒。
在另一實施例中,一種製造LED的方法包括將多個預製的且單體化的LED晶粒裝置在封裝基板上,以形成裝置在基板上的LED陣列,並且將一模製的(molded)微反射鏡(micro-mirror reflector)陣列層壓(laminate)到裝置在基板上的LED陣列。
在一實施例中,在普通封裝基板上形成的LED晶粒陣列包括在普通封裝基板的正面上形成金屬接點,其中該些金屬接點電性連接到在基板的正面與背面之一所形成的導線(lead)。LED晶粒陣列被裝置在基板的正面,每一個LED晶粒皆與基板上至少一金屬接點電性接觸(electrically contact)。還包括一封膠陣列,其中每一個封膠均包覆(encapsulate)裝置在基板上的一個或多個LED晶粒。
在另一實施例中,在普通封裝基板上形成的LED晶粒陣列包括在普通封裝基板之正面形成的金屬接點,其中金屬接點電性連接到在基板的正面與背面之一所形成的導線。LED晶粒陣列被裝置在基板的正面,每一個LED晶粒皆與基板上的至少一金屬接點電性接觸。層壓的微反射鏡陣列圍繞LED,其中陣列裡的每一個微反射鏡皆圍繞裝置在基板與微反射鏡上的一個或多個LED晶粒。在一實施例中,微反射鏡包括平滑曲面。
在另一實施例中,具有發光正面的封膠LED(encapsulated LED)包括裝置在封裝基板上的LED。封裝基板包括多個導電接點以及多個電導線,導電接點電性連接LED,電導線電性連接導電接點,其中導電接點透過於基板中形成的導電跡線(trace)與電導線電性通信。LED也具有在LED正面的成形封膠(molded encapsulation),成形封膠包覆LED並且有一部分封裝基板圍繞LED。
在另一實施例中,提供一種封裝多個LED的方法。一種模製材料(molding material)被分配到壓印工具(stamping tool)上。模製材料被壓印及固化以形成一透鏡陣列。透鏡陣列對準(aligned)並且接合(bonded)到裝置在封裝基板上的LED晶粒陣列。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下。
LED封裝能夠受益於光學強化(optical enhancement),例如,以透鏡與/或反射鏡依照想要的方式引導LED發出的光線。然而,以整合光學元件的方式封裝LED會是很昂貴的。另外,LED封裝中的熱處理可能很有用,因為LED的穩定性與輸出會受限於環境或作業溫度。特別是,對高功率或高亮度的LED(像是消耗功率超過1瓦特的LED)來說,提供良好的散熱機制以有效散熱是很重要的。在此所描述的方法與架構可為LED提供整批封裝(bulk packaging)的技術,並且能夠透過相同的封裝基板提供電性互連(electrical interconnection)與熱量消散(thermal dissipation)的機制。這樣的熱量消散可幫助LED保持相對低溫,以維持亮度並且延長LED的運作壽命。另外,執行LED封膠、運用透鏡、運用反射鏡與/或依晶圓層級整批電性連接至導線等步驟當中的一個或多個均能夠為LED封裝帶來個別的好處。
圖1是繪示製造具有整合光學元件之LED的方法流程圖。在步驟10中,LED在製造基板(fabrication substrate)(例如,半導體或填充聚合物)上製造。在步驟20中,製造基板上的LED可以被單體化(singulated)成個別的LED或者較小的陣列,取決於實際應用的需要。
接著,在步驟30中,單體化LED以陣列的形式被裝置到封裝基板上。LED的間距取決於最終產品是否為封裝的陣列或者個別的單體化LED封裝,但無論如何,都應該適用以整合光學元件(參照後述步驟50的討論)。另外,步驟30可利用(例如)取放技術(pick-and-place)或其他自動化組裝程序來完成。
封裝基板可具有高導熱性。在LED以陣列的形式被配置於封裝基板之前,封裝基板可包含預製的金屬導線及其他電性內連線(electrical interconnection)。例如,封裝基板可於其正面包括金屬或導電接點墊片(contact pad),以便與LED電性連接。金屬或導電接點墊片也可與導線形成電性通信,例如,以穿孔(via)連接在背面的柱狀凸塊(stud bump)或焊料凸塊(solder bump),或者以表面跡線(surface trace)連接正面接點(frontside contact)。接點墊片可佈線於封裝基板的正面,以便在隨後的單體化處理之後形成與導線架(lead frame)的電性接觸(參照圖12A-13F)。例如,透過打線接合(wirebonding)、熱音波凸塊接合(thermal sonic bump bonding)或者焊料凸塊接合(solder bump bonding)。這類穿孔、跡線與接點可利用已知的半導體或印刷電路板(PCB)的金屬化技術輕易被製造。雖然封裝基板針對消耗功率一瓦以上的高功率或高亮度LED可具備高導熱性,但這對所有的LED封裝應用來說還不是至關重要的。在一實施例中,基礎封裝基板的高導熱性結合基礎封裝基板的低導電性,有利於提供從LED電極到接點墊片的分離金屬互連,並且適用於任何更複雜的積體電路。前述實施例的示例性基板材料(高導熱性與低導電性)包括諸如矽(Si)、氧化鈹(BeO)、與氮化鋁(AlN)的半導體材料。其他基板材料可包括(例如)導熱性陶瓷或者利用可固化導熱性聚合物而形成的模製基板(molded substrate)。然而,金屬基板也可以,在具有金屬或半導體基板的實施例中,基板可被鈍化(passivated),以便在基板上佈線,提供與LED晶粒上的LED電極之間的電性接觸。然而必須瞭解的是,取決於實際的應用,並非所有的實施例均使用具有高導熱性的基板。例如,在許多應用中,樹脂基的雙順丁烯二酸醯亞胺-三氮雜苯(Bismaleimide-Triazine,BT)基板材料或者具有銅內連線(copper interconnect)的玻璃環氧樹脂FR-4(glass epoxy FR-4)基板材料可具備足以消散熱量的導熱性。另外,由Pyralux與/或Kapton聚醯亞胺疊層(laminates)或膜─可由美國北卡羅來納州的Research Triangle Park的DuPont Electronic & Communication Technologies公司取得─製成的軟性電路(flexible circuit)在某些應用中也可具備足以消散熱量的導熱性。
在一些實施例中,因為封裝基板可為半導體晶圓,該封裝基板亦可被預製成包含複雜的電路,像是控制邏輯,包括CMOS邏輯。封裝基板也可包括與回饋電路(feedback circuitry)溝通的光電二極體電路(photodiode circuitry),以控制LED。
在步驟30之後或期間,步驟40在裝置或放置於封裝基板上的LED與基板上的接點墊片之間形成電性連接。電性接觸的選項包括打線接合(wiring bonding)、熱音波凸塊接合(thermosonic bump bonding)、焊料凸塊接合、異方性導電填料(anisotropic conductive filler,ACF)技術與/或將導電與/或導熱環氧樹脂或膠黏劑在LED的正極與/或負極與基板的接點墊片之間。因此,步驟40中的電性連接與步驟30中的裝置LED可局部或完全重疊。一旦LED陣列在封裝基板上形成,最後產生的基板可被稱作裝置LED的封裝基板(LED-mounted packaging substrate)。
雖然圖1的步驟10到40顯示在製造基板上製造LED、後續的LED單體化以及裝置到封裝基板的過程,然而必須瞭解的是,在一些實施例中,光學器件(optics)或光學元件(optical element)的批次整合(如後述)可於製造基板上的整合LED陣列上被執行,而不需要分離的封裝基板以及中間的單體化處理(步驟20)。
步驟50將封裝基板上形成的LED陣列與光學器件或光學元件作整合。因為多個LED能夠同時被封裝在晶圓基板上,包括光學元件與電性內連線的整合,這個程序可被稱作"晶圓級"封裝。簡單來說,就現有製造工具的使用而言,封裝基板能夠具有傳統的矽晶圓尺寸(例如,100毫米、200毫米、300毫米以及將來的450毫米直徑的晶圓)。然而,這裡所描述的程序與結構及其伴隨的優點並不局限於使用晶圓。相同的概念也能夠被應用在多個LED以陣列的形式裝置在上面的試片(coupon)或矩形平板(rectangular panel),因此該流程(不管對晶圓或其他形式)可被概括稱作"陣列"封裝。
在一實施例中,如圖6所示,裝置在封裝基板上的LED陣列或多個LED被層壓到微反射鏡陣列。在一些實施例中,微反射鏡可透過圖5所示的步驟而產生。圖5繪示壓印工具的使用,在一些實施例中,壓印工具可依圖2所繪示的方式被製造。在層壓之後,LED可如圖6或圖7所示地那樣被封膠。在另一實施例中,如圖7所示,裝置在封裝基板上的LED陣列可被封膠,而不具有微鏡面陣列,如圖7的步驟710到740所示。
在具有與不具有微反射鏡的實施例中的封膠提供LED位在LED正面的透鏡表面,亦即,在封裝LED的發光正面上。然而必須瞭解的是,在某些實施例中,在LED正面的封膠材料的表面可以是平的,而不具有聚光或散光的功能。在這樣的實施例中,封膠提供平坦的"窗戶"給LED,而非被設計來像透鏡一樣地整形光束。此封膠材料也可以是凹面或凸面的,以便提供折射性質並且作用為這裡所描述的透鏡。另外,此封膠材料亦可配製成含有光散射粒子(light scattering particle),以便作用為散光器(diffuser),幫助隨機化(randomize)發射自LED的光圖案(light pattern)。這對某些應用而言可能會很有用。
在一些實施例中,微鏡面與/或透鏡的輪廓(profile)特意地整型發射光,例如,透過捕捉及重導來自各個方向的光線並且聚焦成較狹窄的光束,因此可被稱作"光學元件"。微鏡面與/或透鏡的輪廓可將來自LED的光線集中在前面或者朝前的方向。因此,在步驟50中,在封裝基板上裝置成陣列的LED與排成陣列的光學元件被整合成一個陣列。然而必須瞭解的是,並非整個LED陣列裡的所有LED都必須整合相同的光學元件。換言之,在一些實施例中,微反射鏡陣列501裡的反射鏡可以彼此不相同。同樣地,由壓印工具形成的陣列裡的各個LED透鏡輪廓(如圖6與圖7所示)也可以彼此不相同。
雖然圖6與圖7所繪示的實施例顯示每一個LED均個別地被封膠,但在其他實施例中,多個LED也可以被組織在一起,並且一同被封膠,且/或由被納為同一群的微反射鏡所圍繞。
封裝基板上的LED與光學元件一旦被整合,封裝基板就可以被分割,形成個別的LED或者由封裝LED所組成的次陣列(sub-array)。如步驟60所示,封裝基板可被分割,以形成單體化的獨立LED。另外,如步驟70所示,封裝基板可被切割,以形成由多個LED組成的次陣列。從封裝基板上分割(dice)或單體化(singulate)LED陣列所得到的最終產出陣列可在一個封膠(encapsulation)中包含多個LED,或由單一微反射鏡殼體(housing)所圍繞,或者可包含由個別封膠的LED所構成的最終產出陣列與/或個別被微反射鏡殼體所圍繞的LED。在一些實施例中,得到想要的最終產出陣列之後,進一步的封裝可接著被執行。
圖2說明製造壓印工具的實施例,該壓印工具用以製造像是圖6的微反射鏡微陣列551的一種微鏡面陣列。在步驟210中,陣列原版(array master)211是透過(例如)在金屬板上進行金剛石切削(diamond turning)程序而製成。然而,陣列原版211可使用諸多製造程序當中的一個或多個而形成,像是逐步重複(step and repeat)、分配程序(processes of dispensing)、模製與固化(molding and curing)或其他複製類型的程序(replication type process)。在一些實施例中,整個陣列原版211可同時被加工。或者,逐步重複加工程序或分配(dispense)程序、壓印(stamp)及模製(mold)程序可被用來形成陣列原版。為進行光學元件的精密加工,有些程序和設備可由(例如)丹麥的Kaleido Technology公司所提供。逐步重複的原版程序與設備可由德國的Suss Microtech、日本的AJI Co. Ltd.與奧地利的EV Group公司所提供。
為形成壓印工具241,在一實施例中,陣列原版211可利用(例如)鎳電鍍程序(Ni electroplating process)來複製,如步驟220所示。另外,在另一實施例中,原版211可利用軟印複製程序(soft stamp replication process)來複製。這形成陣列原版211的反樣式(inverse pattern)221。鎳電鑄程序(Ni electroforming process)可涉及藉由濺鍍程序(sputter process)放置種子層(seed layer),然後形成厚層的電鍍鎳。在一些實施例中,其他金屬亦可被使用。在另一實施例中,複製可包括軟印複製,其中液態聚合物,像是聚二甲基矽膠(poly dimethyl siloxane,PDMS),可被分配在陣列原版211上,然後在以紫外線光源(UV source)進行固化之前擠壓成想要的厚度。在步驟230中,反樣式221從陣列原版211被脫開。之後,在步驟240中,透過移除反樣式221的不平坦背表面242,而形成壓印工具241。這可透過將工具的背表面加工磨平來完成(例如,在以金屬複製次原版(sub-master)的情況下)。在軟印複製中,液態聚合物可被分配在平板上,如此一來,背面移除的步驟即可省去。另外,其他合適的方法也可被使用。依此方式製造的壓印工具241能夠被用來形成鏡面陣列(參見圖5及其所附敘述)。
請參照圖3,壓印工具241也能夠用來建立反模具(inverse mold)或者封膠材壓印器(encapsulant stamper)331,封膠材壓印器331可被用來形成透鏡陣列(參見圖6與圖7及其所附敘述)。
請再參照圖3,如步驟310所示,製造封膠材壓印器331的程序可從(例如)根據圖2程序所製造的壓印工具241開始。壓印工具241可被倒置,電鍍的、倒轉的模具311可透過用以形成壓印工具241的類似技術來完成。如步驟320所示,倒轉的模具311接著可從壓印工具241脫開。最後,如步驟330所示,複製所得的模具311的背表面可被磨平或切割,以形成封膠材壓印器331。
根據圖2或圖3之程序所製造的工具對於這裡所描述的封裝程序是很有用的。上述程序可被看作"晶圓級"封裝;然而,必須注意的是,封裝晶圓或基板不必是製造LED所用的相同基板。在這裡所說明的實施例中,LED在製造基板(fabrication substrate)(未繪示)上根據標準的LED製造技術被製造及分割,然後再被裝置到另外的封裝基板(packaging substrate)上。
現在,請參照圖4,如步驟410所示,封裝基板401可利用金屬或導電墊片在正面形成金屬化,以利後續的單體化LED的裝置。金屬或導電墊片可包括晶粒墊片(die pad)402以及接點墊片403,晶粒墊片402也可用來提供與LED背面電極(backside electrode)的電性接觸,接點墊片403也可用來提供與LED正面電極(front side electrode)的電性接觸。然而必須瞭解的是,在一些案例中,LED的電性接觸可在同一面形成。在這樣的架構中,LED可被翻轉並以凸塊接觸封裝基板上的對應墊片。封裝基板401可額外包括電氣佈線(routing)或跡線(trace)、通往背面接點的穿孔(via)或者嵌入式整合邏輯電路與/或為後續焊料凸塊連接或導線架連接而準備的墊片等等。
封裝基板401也可包括整合邏輯電路,整合邏輯電路將用以控制、提供回饋訊息給裝置在封裝基板401上的LED,或是與之互動。該邏輯電路可被整合到圖案化金屬接點或墊片402與403的周遭。該邏輯電路可包括(例如)整合光電二極體的回饋電路。在一些實施例中,封裝基板是大的,例如200毫米、300毫米、450毫米或更大。在一些實施例中,封裝基板與形成LED晶粒的基板不同。在一些實施例中,封裝基板與形成LED晶粒的基板可具有非常不同的熱學、電學與/或機械性質。金屬化與任何整合電路可直接在封裝基板401上被形成,或者利用已知的半導體製造技術裝置在封裝基板401上。此外,預製的積體電路也可裝置在封裝基板上與LED相鄰處。這些元件可用來(例如)計時、信號調節(signal conditioning)以及進行強度回饋與控制。
如步驟420所示,封裝基板401被填上LED晶粒405。在一些實施例中,晶圓(wafer)上的LED晶粒405的間隔可以是從數百微米到幾毫米之間的範圍。例如,晶圓上的LED晶粒405的間距,從一個晶粒的中心到下一個晶粒的中心,可以從大約100微米到大約1毫米。在一些消耗功率超過1瓦特的高功率LED的實施例中,LED的間距可以從大約250微米到大約2毫米。在一些低功率LED的實施例中,LED的間距可以從大約25微米到大約100微米。上述間距取決於被封裝之LED的類型以及實際的應用。在這裡所說明的實施例中,LED晶粒405的背面電極被連接到墊片402。LED晶粒405可透過焊接(soldering)、凸塊連接(bumping)、熱音波接合(thermosonic bonding)或者以導電與/或導熱環氧樹脂膠黏劑黏附在LED晶粒405的負極或正極上。一個或多個LED電極也可被打線接合到基板上的接點墊片403,如步驟430所示。最後產生的基板可被稱作裝置LED的封裝基板(LED-mounted packaging substrate)435。
請參照圖5,形成於圖2的壓印工具241能夠被用來製造微反射鏡陣列551。如圖5的步驟510所示,壓印工241能夠搭配平坦的壓印板(stamping plate)511來壓印(stamp)及模製(mold)聚合物模製材料(polymer molding material)512。如步驟520所示,模製材料可透過紫外線和/或熱程序來固化。雖然被繪示於頂部,然而必須瞭解的是,此壓印工具241亦可置於底部,並且壓印板511也可以位在壓印工具241之上。例如,在一些實施例中,聚合物模製材料512可被分配到倒置的壓印工具241上,而且壓印板511可往下壓到壓印工具241上,然後進行固化。
如步驟530所示,壓印工具241與壓印板511接著可被分離,以便得到模製陣列(molded array)531。邊緣切削(edge trimming)程序,例如使用雷射,可用來清理模製陣列531的邊緣。在一些實施例中,製造者可能會想要將模製陣列531安排成圓形,以利之後與封裝基板435(可能也是晶圓形式)對準。
如步驟540所示,取決於實際應用,製造者可能會想要在模製陣列531的背面進行研磨及整平,以便形成或擴大孔洞541。開口或孔洞541的尺寸將取決於將與模製陣列531(很快就要變成微反射鏡陣列551)整合的LED晶粒的大小。因此,在一些實施例中,可能會想要從模製陣列531的背面移除模製材料。之後,如步驟550所示,模製陣列531被金屬化,例如,透過濺鍍(sputtering)或蒸鍍(evaporation)程序來提供反射性表面,而形成微反射鏡陣列551。雖然微反射鏡陣列551裡的微反射鏡被繪示成具有平滑、圓形或類似圓錐剖面的形狀,然而必須瞭解的是,在一些實施例中,微反射鏡陣列551可選擇性地包括琢磨的、矩形的或者六角形的形狀,取決於想要的光束成形性質以及特定應用的成本限制。
請參照圖6,預製的微反射鏡陣列551接著可與封裝基板435層壓(laminate)成一片。如步驟610所示,微反射鏡陣列551可被對準,並且利用標準的晶圓接合(wafer bonding)程序被層壓到裝置LED的封裝基板435,以形成整合微反射鏡的LED陣列601。對準微反射鏡陣列551包括將微反射鏡陣列551中形成的孔洞541的陣列對準封裝基板435的LED陣列。例如,膠黏劑(adhesive)能夠被透過網版印刷(screen printing)、噴墨分配(ink jet dispense)、標準分配(standard dispense)或者其他這類的離散式塗佈方式,塗佈在微反射鏡陣列551的底部,或者封裝基板435的上表面。膠黏劑的固化可透過紫外線或熱固化來完成。
在步驟620中,封膠材料605(例如,聚合物)可透過分配程序(dispense process)被塗佈。有許多封膠材料是熟知此技藝者都知道的,包括聚甲基丙烯酸酯(poly(methyl methacrylate),PMMA)、環狀烯烴類聚合物樹脂(cyclo olefin polymer resin)、陶瓷聚合物填充複合材料(composite filled ceramic polymer)以及複合陶瓷聚合物(composite ceramic polymer)。其他封膠材料亦可使用。封膠材料能夠被塗佈於所繪示的每一個孔洞或者佈滿整個鏡面陣列。過量的材料可透過基板邊緣處的收集溝槽(catch groove)而得到控制。封膠材壓印器608對準成形鏡面以及LED陣列,並且可被構造成具有平坦的壓印表面(未繪示)或者具有透鏡輪廓(如繪示),以利光束成形及聚焦LED所發射的光線。封膠材壓印器608可用來同時在多個LED上塑形封膠材料。如先前所述,根據實際的應用,封膠材料可具有各種形狀或輪廓,以便按照適當方式整型(shape)或聚焦(focus)光線。例如,凸透鏡可幫助聚焦光線,而凹透鏡可分散光線。繞射結構(diffractive structure)也可被運用,並且假如想要的話,也可在封膠材料中添加散射物質(scattering material),以提供特定的散射性質,幫助讓光線隨機化。封膠材壓印器608可利用本說明書其他地方所描述的類似技術來形成,例如,圖3的封膠材壓印器331。步驟620也包括底部接合夾盤(bonding chuck)609的使用,夾盤被設置以利爾後的紫外線或熱固化程序。在步驟630中,LED封膠與/或透鏡材料605透過紫外線與/或熱固化程序被固化,其中夾盤609與/或壓印器608能夠加熱聚合物與/或傳導紫外線輻射。透過固化封膠材料,封膠在裝置於封裝基板435上的LED上形成。
在步驟640中,封膠材壓印器608從底部接合夾盤609脫開,並且整合微反射鏡的封膠LED晶圓(encapsulated LED wafer)641被移開。封膠LED晶圓641得自於將微反射鏡陣列551接合到裝置LED的封裝基板435。在一些實施例中,如步驟650所示,封膠LED晶圓641的背面可具有焊料凸塊。或者,焊料鍍錫(solder tinning)或焊料凸塊程序可被應用於封裝基板435的背面,並且封裝基板435已經整合通往背面的導電路徑或穿孔。在LED封裝的熱音波接合的情況下,柱狀凸塊(stud bump)可被用作背面接點。之後,如步驟660所示,封膠LED晶圓641可被分割或單體化(例如,衝壓(punching)或切割(sawing))成個別的封膠LED 661,其中每一個封膠LED 661均具有整合微反射鏡。或者,基板亦可被分割而形成由多個封膠LED組成的次(較小)陣列663。在一些實施例中,封膠LED晶圓641也可以不分割,甚至可以跟其他陣列接合而形成更大的LED陣列。雖然多個封膠LED所組成的次陣列663被繪示成每個LED均具有分離的封膠與微鏡面,然而必須瞭解的是,在一些實施例中,多個LED可被包覆在單一封膠內且/或由單一微鏡面所圍繞。
在一些實施例中,最後產生的具有整合微反射鏡的LED陣列可透過簡單將玻璃板接合到具有整合微反射鏡的LED陣列(像是步驟610中的陣列601)上而形成。在這樣的實施例中,代替步驟620所示的封膠材料的塗佈以及使用的封膠材壓印器,玻璃板可被接合到微反射鏡陣列551的上表面。該玻璃板可具有面對LED的內表面以及背對LED的外表面。在一些接合玻璃板的實施例中,沒有封膠材料填滿微鏡面裡的空洞。反之,光束成形是由這些微鏡面所完成的。另外,接合的玻璃板亦可用來密封及保護LED。
請參照圖7,沒有微鏡面的封膠可利用類似圖6所討論的技術來完成。例如,如步驟710所示,封膠材料705可透過分配程序被塗佈到裝置LED的封裝基板435上。封膠材壓印器331被對準LED陣列,並且可被建構成具有平坦的上表面(未繪示)或者具有透鏡輪廓(如繪示),以幫助光束成形及聚焦LED所發射的光線。封膠材壓印器331可利用圖3所描述的類似技術而形成。必須瞭解的是,在一些實施例中,封膠材料705可先塗佈於倒置的封膠材壓印器331中。在這樣的實施例中,裝置LED的封裝基板435可倒過來壓到封膠材壓印器331的上面。不管利用何種方式,當封膠材壓印器331被貼附到裝置LED的封裝基板435時,封膠材料705(也可稱作"透鏡聚合物")被模製成形,因而在封裝基板435上的LED陣列中的每一個LED周圍形成聚焦(focusing)或準直(collimating)透鏡/封膠。過量的封膠材料705可透過在裝置LED的封裝基板435的邊緣處的收集溝槽而得到控制。製造者可能會想要在真空環境中執行步驟710的壓印與封膠成形,以防止氣泡產生。
在步驟720中,封膠材料705的固化是透過紫外線與/或熱固化程序而完成的。透過固化封膠材料,封膠在裝置LED的封裝基板435上被形成。在固化之後,封膠材壓印器331從裝置LED的封裝基板435上被移除,如步驟730所示。這釋出了封膠LED晶圓735。在此,如同在壓印器從固化的封膠或模製材料脫開的其他實施例中,製造者可能會想要施加脫模劑(mold release agent)或抗沾粘劑(anti-sticking material)到壓印器,確保脫模程序乾淨且可靠。
在一些實施例中,接下來的步驟可完成封裝程序。例如,如步驟740所示,背面的焊料凸塊或柱狀凸塊或電鍍凸塊的設置可於單體化之前被完成,以便從封膠LED晶圓735的背面形成電性連接。在一些實施例中,這允許在單體化之後進行表面接合(surface mounting),例如,裝置到印刷電路板(PCB)。同樣地,如步驟750所示,封膠LED晶圓735可被分割及單體化成個別的封膠LED 751,或者較小的LED次陣列752,取決於實際應用所需。在一些實施例中,封膠LED晶圓735不被分割,甚至可以跟其他陣列接合而形成更大的封裝LED陣列。同樣地,雖然由多個封膠LED所組成的次陣列752被繪示成每一個LED均具有分離的封膠,然而必須瞭解的是,在一些實施例中,多個LED可被包覆在單一封膠內。
圖8與圖9繪示整合光學元件之個體LED的二個實施例。圖8的實施例說明整合圖6之反射鏡殼體的個別晶圓級封裝LED 661。圖9的實施例說明整合圖7之透鏡的個別晶圓級封裝LED 751。LED 651與LED 751可被包覆在以晶圓級程序製造的封膠805或透鏡聚合物中,如圖6與圖7及其相關揭露所述。封膠805可形成將LED發出的光線聚焦在前方的透鏡輪廓。例如,成形封膠805可在LED前方形成集中透鏡(concentrator lens)輪廓。雖然任何類型的LED均可使用;在所述實施例中,兩種類型的封膠LED 651和751皆包含具有頂面接點806與底面接點807的LED 405。頂面接點806可透過打線接合808連接到封裝基板435的正面上的接點墊片403,而底面接點807可透過焊料或其他導電膠黏劑連接到晶粒墊片402。熟知此技藝者將理解,依其他安排方式,LED可於同一面上具有正極與負極接點,這有助於覆晶裝置(flip-chip mounting)以及與具有接點朝下之LED的連接,或者為具有接點朝上之LED打線接合兩個電極。
如前所述,雖然圖8與圖9中的一個封膠內只有單一的LED 405被繪示,然而,多個LED亦可容納在單一封膠內。在一些實施例中,單一的LED 405被裝置在封裝基板435的材料正面,欲呈現高導熱性與低導電性,例如Si、BeO、AlN或者熱傳導聚合物(thermally conductive polymer)。或者,在其他實施例中,封裝基板435的材料可具有低導熱性,並且可被裝置到散熱裝置(heat sink)上。然後,低導熱性基板可被製作得很薄,好讓足夠的熱量流到散熱裝置。封裝基板可包括金屬化(接點墊片、跡線、穿孔插塞(via plug)等)以形成對LED的電性連接。接點可以跟封裝基板435的正面或背面上所形成的柱狀凸塊或焊料凸塊801形成電性通信。然而必須瞭解的是,電性連接亦可利用導線架來完成,而不是透過背面的焊料凸塊801,相關實施例將在後面作更仔細的描述,請參考圖10以及圖12A到圖13F。封裝基板435也可包含與LED 405互動或者控制LED 405的控制邏輯電路。封裝基板也可包括能夠從LED 405接收光線的光電二極體,其中光電二極體被連接到回饋電路,以提供LED 405的回饋控制。
如圖8所示,在一些實施例中,與LED 405相整合的微反射鏡802或微反射鏡殼體803包括平滑曲面,以收集或聚焦來自LED的光線。微反射鏡802的反射塗層可由厚度範圍從幾微米到50微米的金屬所形成。典型的反射塗層厚度是在以微米計的範圍。假如(例如)形狀較為複雜或者表面比較粗糙,可使用更厚的塗層,以便得到更好的覆蓋性。在圖8與圖9所揭露的實施例中,封膠LED 405可包括大約2毫米到10毫米高的封膠。然而,封膠和反射鏡的尺寸將取決於LED的大小。LED本身的尺寸一般可能是大約500微米寬,但根據實際應用可以是從50微米寬到幾毫米寬的範圍。LED的高度一般可能是200微米到300微米高;但它也可以從20微米變化到幾毫米的範圍。
另外,由於晶圓級的封裝與分割,圖8與圖9的封裝均顯示封裝材料與封裝基板的側壁表面齊平。例如,圖8的封裝LED 661具有模製的聚合物反射鏡殼體803,其側壁與封裝基板435的側壁齊平。同樣地,圖9的封裝LED 751具有成形的封膠材料(molded encapsulant)805,其一部份具有與封裝基板435之側壁齊平的側壁。雖然並非所有實施例均包括齊平的聚合物805/殼體803與封裝基板435的側壁(請參照(例如)圖12D及其所附說明),但這樣的架構可表明晶圓級封裝以單一切割程序分割最終封裝裝置的本質。在其他實施例中,封裝可包括接合微反射鏡802的玻璃板以及模製的聚合物反射鏡殼體803,而不包括任何封膠材料。
在圖6與圖7的實施例中,LED 405被裝置到封裝基板401。在一些實施例中,封裝基板401可被塑形,且成形的封裝基板可被用來接合LED晶粒以及用於後續的晶圓級封膠與/或整合光學元件。晶圓級或多陣列LED封裝被繪示在圖10與圖11中,其中封裝基板是透過模製而成形的。
圖10說明使用壓印的或模製的封裝基板進行晶圓級LED封裝的實施例。如步驟1010所示,首先,將模製材料(molding material)1011分配到模製夾盤(molding chuck)1012上。然後,基板壓印器(substrate stamper)1013可接近於模製夾盤1012上,將模製材料1011塑形成所需的形狀。基板壓印器1013可透過與製造封裝材壓印器331或608類似的技術而形成。雖然圖10繪示模製材料1011被分配在模製夾盤1012上,然而必須瞭解的是,模製材料可改為分配到倒置的基板壓印器1013上,並且模製夾盤1012可倒過來壓在倒置的基板壓印器1013上,以塑形模製材料1011。如步驟1020所示,在紫外線與/或熱固化之後,基板壓印器1013與模製夾盤1012可被移除,以釋出成形封裝基板(shaped packaging substrate)1021。接著,成形封裝基板1021可進一步被處理,以便包括電佈線(electrical routing)、為LED準備的接點墊片以及為後續焊料凸塊連接與/或導線架連接而準備的接點墊片等,亦可利用這裡所討論的方式來產生金屬化的成形封裝基板(metallized shaped packaging substrate)1023。
熟知此技藝者很容易理解可透過商業方式取得具導熱性且電性絕緣的充填聚合物。合適用以製造成形封裝基板1021的模製材料包括可紫外線固化或可熱固化的樹脂,亦包括為提升強度與熱學性質而添加微粒子的材料。
在封裝基板1023中形成的凹井(well)1022可根據實際應用所需而被塑形。例如,在一些實施例中,凹井1022可以被塑形成將LED朝後及朝旁發射的光線捕捉住並且向前反射。如圖10所繪示,基板上的凹井1022可具有朝外開口的喇叭狀側壁,或者可以是平滑曲面,類似圖5中的微反射鏡陣列551。對凹井被塑形來反射光線的實施例而言,成形封裝基板1021也可在加工成金屬化的成形封裝基板1023的同時塗佈一層反射塗層。在反射塗層為金屬的實施例中,封裝基板1021可透過以反射性金屬電鍍或濺鍍的方式來塗佈反射性的金屬塗層。在這樣的實施例中,塗佈最好被圖案化,以便電性絕緣任何整合在具有平滑曲率之模製封裝基板1021中或上的電性接點與/或線路。熟知此技藝者均瞭解將金屬圖案化的有效方法。然而必須瞭解的是,後續的步驟同樣可利用未塗佈的、不具有反射塗層的成形封裝基板1021來完成,並且,重新導引朝後或朝旁發射的光線的一些效用可藉由基板的聚合物而獲得(甚至沒有增加反射塗層)。
同圖4的討論,如步驟1030所示,成形封裝基板1023可填上LED晶粒1031,這些LED晶粒是從製造基板上分割而來的。焊接、熱音波接合與/或打線接合或其他技術可用來將在LED 1031的正極與負極與利用金屬化的成形封裝基板1023上的適當接點墊片形成電性接觸。在金屬化的成形封裝基板1023被填上電性連接的LED之後,最後產生的裝置LED的成形封裝基板可再進行後續的封膠處理。
圖10中的步驟1040、1050與1060與圖6的步驟相類似。如圖10的步驟1040所示,封膠材料1005可被分配在裝置LED的成形封裝基板1032上。封膠材壓印器1041對準LED陣列。封膠材壓印器1041可使用與圖7之封膠材壓印器331相關的類似技術來形成。然而必須瞭解的是,在一些實施例中,封膠材料1005可被施加於倒置的封膠材壓印器1041。封膠材壓印器1041被施加在裝置LED的成形封裝基板1032上。封膠材料1005藉由紫外線與/或熱固化程序來固化。透過固化封膠材料,封膠在裝置LED的成形封裝基板1032上的LED陣列或多個LED上形成。在固化之後,封膠材壓印器1041從裝置LED的成形封裝基板1032上移除,如步驟1050所示。這釋出封膠LED陣列1051。
在一些實施例中,後續的封裝步驟可能需要用到。例如,背面焊料凸塊接合可被執行,以便從陣列裡的LED背面形成電性連接。同樣地,如步驟1060所示,封膠LED晶圓635可被分割及單體化成個別的封膠LED 1061或較小的LED陣列(未繪示),取決於實際的應用。如圖9的實施例所示,封膠材料的某部分具有與封裝基板齊平的側壁。儘管如此,其他後續步驟可能也需要用到。例如,個別的封膠LED 1061可被填入並且電性連接到導線架1071,形成導線接點,以便之後可整合到其他裝置與/或PCB等,這樣會在衝孔或切割的單體化處理之後產生具有導線的LED封裝1081。必須瞭解的是,前述實施例也能夠使用導線架代替焊料凸塊,並且表面跡線也能夠被運用在封裝基板上,代替經由穿孔穿過基板的內連線。
圖11說明使用類似圖10所示之成形封裝基板的程序。因此,圖11的步驟1110到步驟1160對應到圖10的步驟1010到步驟1060。然而,圖11與圖10的實施例之間有一個差別是圖11的模製夾盤1112具有突出部(protrusion)1113,以便在成形封裝基板1121中形成穿孔1122。在步驟1130中,穿孔1122在金屬化期間已經被填入導電插塞(conductive plug)1131,產生了金屬化成形封裝基板1123。LED晶粒1031被裝置及電性連接到導電插塞1131,以產生裝置LED的封裝基板1132。步驟1140與1150如圖10的對應步驟所描述。在步驟1160的單體化之後,封膠LED 1161包含導電插塞1131,以便電性連接到位在封膠內的LED晶粒的背面。焊料凸塊或其他適當技術可用來針對各種應用為封膠LED 1161進行表面裝置(surface mounting)。這裡所繪示的實施例顯示位在封裝底面的電鍍墊片(plated pad)1162,不論有無凸塊或者單體化前後,均可形成電性連接。單體化能夠產生個別的封膠LED 1161或者由多個封膠LED所構成的次陣列。如圖9的實施例所示,封膠材料的某部分可具有與封裝基板齊平的側壁。
圖12A到12D的實施例說明在封膠LED 1251中的LED 1205的正極和負極上佈線以連接到導線架1241。導線架1241可被連接到佈線在封裝基板435的表面上的電性接點(electrical contact)。這些概念也能夠被應用到前述實施例中的金屬化的成形封裝基板1023/1032(圖10)以及整合微反射鏡的封裝基板(參照圖13A到13E,如後述)。
圖12B顯示封裝基板435上的封膠1211的位置。圖12C顯示封裝基板435上的LED晶粒1205的位置以及電性佈線或跡線1207,從位在封裝中心的LED晶粒1205(或者裝置LED前的晶粒墊片)延伸到位在個別封裝之角落的導線架接點墊片1221。圖12D顯示將封膠1211所組成的陣列與裝置LED的封裝基板435上的LED晶粒1205、跡線1207與接點墊片1221重疊在一起的結果。如圖所示,接點墊片1221可延伸到封膠1211之外,因此導線架導線1241可接觸到位在角落的墊片1221。
圖13A到13F的實施例說明LED封裝1351和1352的導線架連接的佈線與接點,其中LED封裝1351和1352整合了在類似圖5裡的模製陣列(molded array)1303中所形成的反射鏡1302。圖13B顯示模製陣列1303及其反射性金屬塗層1302的圖案。圖13C顯示LED晶粒1305(或者裝置LED前的晶粒墊片)的位置,以及在封裝基板435上的電性佈線或跡線1307,跡線1307從位在每一個封裝中心的LED晶粒1305延伸到位在角落的導線架接點墊片1321。如圖13C所示,跡線1307可包括在封裝基板435的正面所形成的金屬接點。該些金屬接點可包括靠近LED晶粒1305的分離接點,以提供對LED之正極和負極的電性接觸。例如,該正極和該負極當中的一個可直接被焊接到一個金屬接點,而該正極和該負極當中的另一個可被打線連接到另一個金屬接點。這些金屬接點可電性連接到接點墊片1321上。雖然這裡繪示的是封裝基板435的正面,接點墊片1321也可在封裝基板的背面形成。例如,接點墊片1321可以是柱狀凸塊或焊料凸塊。圖13D顯示圖13B與圖13C兩個圖案的重疊。
間隙(gap)1330被整合到陣列1303的成形或模製程序裡。間隙1330的位置與大小對應到在裝置LED的封裝基板435中形成的墊片區域(pad area)1322,如圖13C所示。請參照圖13D,間隙1330留空間給墊片區域1322。因此,當微反射鏡陣列1303被層壓到裝置LED的封裝基板435時,接點墊片1331被暴露出來,如圖13D所示。圖13E顯示封膠單體化之後的陣列,導線架上的配置情況以及在接點墊片1321與導線架的導線之間形成接點。接著,導線可從導線架切開,釋出具有導線1353的封膠LED 1352。
雖未詳細說明,任何熟知此技藝者均可瞭解整合反射鏡1302可被圖案化,以作為LED封裝1351之內連接的跡線。此外,雖然圖13A到13F說明具有整合反射鏡1302之LED封裝1351與1352的導線架連接的佈線與接點,然而必須瞭解的是,類似的佈線與接點可應用在不具有微鏡面陣列或整合反射鏡的封膠LED。在這樣的實施例中,把LED包覆起來的成形封膠可以包覆圍繞LED的一部分封裝基板,但可能不會包覆提供電導線連接導線架的接點墊片1321,或者為封膠LED提供電性連接的其他機制。
圖14A說明具有整合凹凸透鏡之LED的晶圓級封裝。這裡所描述的LED封裝可利用類似本說明書其他地方討論到的方法來完成。如步驟1410所示,透鏡聚合物(lens polymer)1413可被分配到凹凸透鏡凸面壓印器(meniscus lens convex stamper)1412(如繪示)或者凹凸透鏡凹面壓印器(meniscus lens concave stamper)1411。凹外表面壓印器1411與凸內表面壓印器1412的原版(master)與複製物(copy)可利用前面所討論的類似技術來製造,特別是圖2與圖3所揭露的內容。接著,壓印器1411與1412可彼此壓在一起,以便模製出透鏡聚合物1413。如步驟1420所示,透鏡聚合物1413被固化,並且壓印器1411和1412被分離,以釋出凹凸透鏡陣列1421。凹凸透鏡陣列1421可相互連接以形成薄片或"晶圓片"。雖然圖13A所示的特定剖面是分離的,然而必須瞭解的是,假如個別的凹凸透鏡保持連接或者藉由聚合物材料相互連接,陣列1321裡的透鏡可形成單一薄片。如步驟1430所示,凹凸透鏡陣列可利用本說明書其他地方所討論的類似技術對準及接合到裝置LED的封裝基板435。如步驟1440所示,最後產生的整合凹凸透鏡且裝置LED的晶圓1441,在進行整合凹凸透鏡1451以及形成接點(例如,在晶圓1441的背面形成焊料凸塊801)的晶圓級整合之後,可進行個別的整合LED 1442的單體化。
圖14B的實施例說明了具有整合凹凸透鏡1451的封裝LED 1442。封裝LED 1442可在晶圓級的程序中整合透鏡1451,如圖14A所示。整合的LED 1442可包含具有頂面接點806與底面接點807的LED 405。頂面接點806可透過打線接合連接到封裝基板435的正面的接點墊片403,而底面接點807可經由焊料或其他導電膠黏劑連接到晶粒墊片402。整合的LED封裝1442也可以在背面包含焊料凸塊801,然而必須瞭解的是,在其他實施例中,電性連接可透過安裝在正面或背面的導線來達成。在整合LED 1442裡,整合LED 405的凹凸透鏡1451包括兩個透鏡表面,一個是外透鏡表面1452,另一個是內透鏡表面1453。更且,外透鏡表面1452與內透鏡表面1453可具有不同曲率,以形成想要的不同透鏡性質。在透鏡1451下的LED 405可另外封膠或者不另外封膠,亦即,凹凸透鏡1351裡的內部空間1454可包括氣體(例如,空氣)或真空,或者以液態或固態物質充填。
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,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾。例如,在此所描述的方法亦可應用在LED之晶圓級封裝以外的情境。又例如,具有及不具有微反射鏡的封膠LED的各種特徵已經被討論過,且此類特徵可輕易被應用到整合凹凸透鏡或其他光學元件的LED。同樣地,這裡所描述的各種電性連接方式(例如,透過背面連接的焊球(solder ball)─相對於使用導線架與頂面接點)亦可輕易被應用到有關晶圓級封膠、使用透鏡與/或使用微鏡面薄層的各種實施例。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。
211...陣列原版
221...反樣式
241...壓印工具
242...不平坦背表面
311...模具
331...封膠材壓印器
401...封裝基板
402...晶粒墊片
403...接點墊片
405...LED晶粒
435...裝置LED的封裝基板
511...壓印板
512...聚合物模製材料
531...模製陣列
541...孔洞
551...微反射鏡陣列
601...整合微反射鏡的LED陣列
605...封膠材料
608...封膠材壓印器
609...接合夾盤
641...封膠LED晶圓
661...個別的封膠LED
663...多個封膠LED所組成的次陣列
705...封膠材料
735...封膠LED晶圓
751...個別的封膠LED
752...多個封膠LED所組成的次陣列
801...焊料凸塊
802...微反射鏡
803...微反射鏡殼體
805...封膠
806...頂面接點
807...底面接點
808...打線接合
1005...封膠材料
1011...模製材料
1012...模製夾盤
1013...基板壓印器
1021...成形封裝基板
1022...凹井
1023...封裝基板
1031...LED晶粒
1032...裝置LED的成形封裝基板
1041...封膠材壓印器
1051...封膠LED陣列
1061...個別的封膠LED
1071...導線架
1081...具有導線的LED封裝
1112...模製夾盤
1113...突出部
1121...成形封裝基板
1122...穿孔
1123...金屬化的成形封裝基板
1131...導電插塞
1132...裝置LED的封裝基板
1161...封膠LED
1162...電鍍墊片
1205...LED
1207...跡線
1211...封膠
1221‧‧‧接點墊片
1241‧‧‧導線架導線
1251‧‧‧封膠LED
1302‧‧‧反射鏡
1303‧‧‧模製陣列
1305‧‧‧LED晶粒
1307‧‧‧跡線
1311‧‧‧封膠
1321‧‧‧接點墊片
1322‧‧‧墊片區域
1330‧‧‧間隙
1351‧‧‧LED封裝
1352‧‧‧LED封裝
1353‧‧‧導線
1411‧‧‧凹凸透鏡凹面壓印器
1412‧‧‧凹凸透鏡凸面壓印器
1413‧‧‧透鏡聚合物
1421‧‧‧凹凸透鏡陣列
1441‧‧‧整合凹凸透鏡且裝置LED的晶圓
1442‧‧‧整合的LED
1451‧‧‧凹凸透鏡
1452‧‧‧外透鏡表面
1453‧‧‧內透鏡表面
1454‧‧‧內部空間
10,20,30,40,50,60,70與90‧‧‧製造具有整合光學元件的單一LED或LED陣列的各個步驟
圖1是根據本發明實施例所繪示的製造具有整合光學元件之單一LED或LED陣列的方法流程圖。
圖2是根據本發明一實施例所繪示的一系列剖面示意圖,說明如何製造能用以壓印及塑形模製材料以形成微反射鏡陣列的壓印工具。
圖3是根據本發明另一實施例所繪示的一系列剖面示意圖,說明如何製造能用以壓印及塑形模製材料以形成封膠或透鏡結構的壓印工具。
圖4是根據本發明另一實施例所繪示的一系列剖面示意圖,說明如何裝置分開被製造且單體化的LED以便在基板上形成LED陣列,以符合大批封裝的目的。
圖5是根據本發明另一實施例所繪示的一系列剖面示意圖,說明如何使用類似圖2中所形成的壓印工具以製造微反射鏡陣列。
圖6是根據本發明另一實施例所繪示的一系列剖面示意圖,說明如何整合類似圖5的微反射鏡陣列與類似圖4的LED陣列。
圖7是根據本發明另一實施例所繪示的一系列剖面示意圖,說明如何使用類似圖3的壓印工具形成透鏡陣列並且將透鏡陣列直接整合到類似圖4的LED陣列。
圖8是根據本發明一實施例所繪示的剖面示意圖,說明具有整合反射鏡殼體的封膠LED。
圖9是根據本發明另一實施例所繪示的具有整合透鏡的封膠LED陣列或是封裝LED陣列的剖面示意圖。
圖10是根據本發明另一實施例所繪示的一系列剖面示意圖,說明如何製造用以裝置LED晶粒的模製基板,接著裝置並且單體化封膠LED。
圖11是根據本發明另一實施例所繪示的一系列剖面示意圖,說明如何製造具有背面穿孔的模製基板,接著裝置並且單體化封膠LED。
圖12A是根據本發明一實施例所繪示的剖面示意圖,說明利用基於導線架的封裝及互連程序所形成的封膠LED陣列。
圖12B-12D是針對基於導線架的封裝程序所繪示的上視圖,顯示封膠圖案、下方的跡線圖案以及兩者的重疊。
圖13A是整合反射鏡LED封裝陣列的剖視圖,並且顯示二種整合可選擇之導線架的單體化LED。
圖13B-13D是針對基於導線架的互連方式所繪示的上視圖,顯示反射鏡圖案、下方的跡線圖案以及兩者的重疊。
圖13E繪示多個整合反射鏡的單體化LED封裝,其中整合反射鏡在導線架單體化之前被裝置在導線架上。
圖13F是整合反射鏡、透鏡與導線架的單體化LED封裝的平面圖與剖視圖。
圖14A是根據本發明另一實施例所繪示的一系列剖面示意圖,說明如何製造凹凸透鏡類型的透鏡陣列,並將此陣列層壓到LED封裝基板上。
圖14B是根據圖14A之實施例所繪示的具有凹凸透鏡的單體化LED封裝的剖面示意圖。
10,20,30,40,50,60,70與90...製造具有整合光學元件的單一LED或LED陣列的各個步驟
Claims (55)
- 一種同時在多個發光二極體(LED)上整合多個光學元件的方法,該些LED具有一正面,該方法包括:將多個LED裝置於一封裝基板上;裝置後,將一封膠材料分配到在該封裝基板上的該些LED上,且所分配的該封膠材料具有面向該些LED之一後表面及與該後表面相反之一正表面;同時塑形該些LED上的該封膠材料之該正表面;固化該封膠材料,以在該些LED前面形成多個封膠;以及在固化該封膠材料之前先整合該些LED與一模製的微反射鏡陣列。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中塑形該些LED上的該封膠材料的步驟包括以一壓印工具壓印該封膠材料,以及從該封膠材料脫開該壓印工具。
- 如申請專利範圍第2項所述之方法,其中該壓印工具是透過在一經由金剛石切削所得之原版上形成一金屬而製成。
- 如申請專利範圍第2項所述之方法,其中塑形該些LED上的該封膠材料的步驟包括在各該LED前面形成一透鏡輪廓。
- 如申請專利範圍第4項所述之方法,其中該些LED中的一部分的該些透鏡輪廓不同於該些LED中的另一部分的該些透鏡輪廓。
- 如申請專利範圍第4項所述之方法,其中該些透鏡輪廓被塑形成將來自該些LED的光線聚集在一前方。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,更包括分割該封裝基板,以形成多個個別的封膠LED。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,更包括分割該封裝基板,以形成由多個封膠LED所組成的一較小陣列。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中整合該些LED與該微反射鏡陣列的步驟包括將各該LED以該微反射鏡陣列中的一微反射鏡圍繞。
- 如申請專利範圍第9項所述之方法,更包括以一壓印工具壓印一模製材料,並且在整合該些LED與該模製的微反射鏡陣列之前固化該模製材料。
- 如申請專利範圍第10項所述之方法,更包括金屬化該模製的微反射鏡陣列。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該封膠材料包括聚甲基丙烯酸酯、環狀烯烴類聚合物樹脂、陶瓷聚合物填充複合材料與複合陶瓷聚合物當中的一個。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,更包括先製造該些LED以及單體化該些LED,再將該些LED裝置在該封裝基板上。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該封裝基板包括矽、氧化鈹、氮化鋁、導熱陶瓷與導熱聚合物當中的一個或多個。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,更包括 先以一壓印工具壓印一模製材料,並且固化該模製材料,而形成該封裝基板,再安置該些LED於該封裝基板上。
- 如申請專利範圍第15項所述之方法,其中形成該封裝基板的步驟包括在該封裝基板中形成多個背面穿孔。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,更包括以一反射性金屬電鍍或濺鍍該封裝基板,並且圖案化該金屬。
- 如申請專利範圍第1項所述之方法,更包括以一金屬電鍍或濺鍍該封裝基板,並且圖案化該金屬。
- 一種在一封裝基板上形成一LED晶粒陣列的方法,該方法包括:由一導熱性且電性絕緣的聚合物材料提供該封裝基板,其中該封裝基板在一正面包括一由多個圖案化金屬接點所組成的陣列,其中該些圖案化金屬接點電性連接到在該封裝基板的該正面與一背面之一所形成的導線;將多個預製的且單體化的LED晶粒裝置在該封裝基板上;將一封膠材料配置在該些LED晶粒上以包覆該封裝基板上的該些LED晶粒;將該封膠材料塑形,以同時在該些LED晶粒前面形成多個成形之透鏡輪廓;以及電性連接該LED晶粒與該些圖案化金屬接點。
- 一種具有在一封裝基板上形成一LED晶粒陣列的晶圓級封裝的方法,該方法包括:提供該封裝基板作為一晶圓的一部分,其中該封裝基 板在一正面包括一由多個圖案化金屬接點所組成的陣列,該些圖案化金屬接點與該晶圓中所形成的一控制邏輯電性通信;將多個預製且單體化的LED晶粒裝置在該晶圓上;將一封膠材料配置在該些LED晶粒上以包覆該晶圓上的該些LED晶粒;將該封膠材料塑形,以同時在該些LED晶粒前面形成多個成形之透鏡輪廓;以及將該些LED晶粒電性連接該些圖案化金屬接點,其中將該些LED晶粒電性連接該些圖案化金屬接點的步驟包括以一導電接合材料進行連接。
- 如申請專利範圍第20項所述之方法,其中該導電接合材料包括焊料與/或導電環氧樹酯當中的一個。
- 一種具有在一封裝基板上形成一LED晶粒陣列的晶圓級封裝的方法,該方法包括:提供該封裝基板作為一晶圓的一部分,其中該封裝基板在一正面包括一由多個圖案化金屬接點所組成的陣列,其中該些圖案化金屬接點與該晶圓中所形成的一控制邏輯電性通信;將多個預製且單體化的LED晶粒裝置在該晶圓上;將一封膠材料配置在該些LED晶粒上以包覆該晶圓上的該些LED晶粒;將該封膠材料塑形,以同時在該些LED晶粒前面形成多個成形之透鏡輪廓;以及 將該些LED晶粒電性接觸該些圖案化金屬接點,其中將該些LED晶粒電性接觸該些圖案化金屬接點的步驟包括打線接合。
- 如申請專利範圍第19、20與22項中任一項所述之方法,更包括先以一壓印工具壓印一模製材料,並且固化該模製材料,而形成該封裝基板,再安置該些LED於該封裝基板上。
- 如申請專利範圍第23項所述之方法,其中形成該封裝基板的步驟包括形成多個凹井以及位於該些凹井內之具有一反射塗層的多個塗層表面,且其中將該些LED晶粒裝置的步驟包括將該些LED晶粒放置於該些凹井內。
- 如申請專利範圍第24項所述之方法,其中該些凹井具有曲面的側壁表面。
- 如申請專利範圍第19、20與22項中任一項所述之方法,其中該封裝基板上的該些LED晶粒之間的間隔大約在100微米與1毫米之間。
- 如申請專利範圍第19、20與22項中任一項所述之方法,其中配置含該些透鏡輪廓之該封膠材料的方法包括將該封膠材料分配到該LED晶粒陣列,並且固化該封膠材料,以在該些LED晶粒前面形成多個封膠。
- 如申請專利範圍第27項所述之方法,其中單一個封膠形成在一個以上的該些LED晶粒的前面。
- 一種製造LED的方法,該方法包括:將多個預製的且單體化的LED晶粒裝置在一封裝基 板上,以形成一裝置在基板上的LED陣列,其中將該些LED晶粒裝置在該封裝基板的步驟包含將該些LED晶粒電性連接該封裝基板上之該些圖案化金屬接點;以及將一模製的微反射鏡陣列層壓到安置在該封裝基板上之該裝置在基板上的LED陣列上。
- 如申請專利範圍第29項所述之方法,更包括以一壓印工具壓印一模製材料,並且固化該模製材料,而形成該模製的微反射鏡陣列。
- 如申請專利範圍第30項所述之方法,更包括金屬化該模製的微反射鏡陣列。
- 如申請專利範圍第30項所述之方法,其中形成該模製的微反射鏡陣列的步驟包括形成一孔洞陣列。
- 如申請專利範圍第32項所述之方法,更包括將該孔洞陣列對準該裝置在基板上的LED陣列中的該些LED。
- 如申請專利範圍第29項所述之方法,更包括將一玻璃板接合到該陣列的一上表面,其中該玻璃板的一正面相對於該封裝基板。
- 一種在一普通封裝基板上形成的LED晶粒陣列,包括:多個金屬接點,形成在該普通封裝基板的一正面上,其中該些金屬接點電性連接到該普通封裝基板的該正面與一背面的其中一個上所形成的多個導線;該LED晶粒陣列裝置在該普通封裝基板的該正面上,該LED晶粒陣列的各LED晶粒電性連接到該普通封 裝基板上的至少一個金屬接點;以及一封膠陣列,其中各該封膠包覆裝置在該普通封裝基板上的一個或多個LED晶粒。
- 如申請專利範圍第35項所述之LED晶粒陣列,其中各該封膠包覆單一LED。
- 如申請專利範圍第36項所述之LED晶粒陣列,其中各該封膠形成一透鏡輪廓,該透鏡輪廓被塑形成將來自該些LED的光線聚集在一前方。
- 如申請專利範圍第35項所述之LED晶粒陣列,其中該些導線包括多個柱狀凸塊與多個焊料凸塊的其中之一。
- 如申請專利範圍第35項所述之LED晶粒陣列,其中各該LED晶粒打線接合到該普通封裝基板上的該些金屬接點當中的至少一個。
- 一種在一普通封裝基板上形成的LED晶粒陣列,包括:多個金屬接點,形成在該普通封裝基板的一正面上,其中該些金屬接點電性連接到該普通封裝基板的該正面與一背面的其中一個上所形成的多個導線;多個LED晶粒裝置在該普通封裝基板的該正面上的,各該LED晶粒電性接觸於該普通封裝基板上的該些金屬接點當中的至少一個;以及一層壓的微反射鏡陣列,圍繞該些LED,其中該微反射鏡陣列裡的各該微反射鏡圍繞裝置在該普通封裝基板以 及該微反射鏡上的一個或多個LED晶粒,其中各該微反射鏡包括一平滑曲面。
- 如申請專利範圍第40項所述之LED晶粒陣列,其中該微反射鏡層列裡的各該微反射鏡圍繞單一個LED。
- 如申請專利範圍第40項所述之LED晶粒陣列,其中該些導線包括多個柱狀凸塊與多個焊料凸塊的其中之一。
- 如申請專利範圍第40項所述之LED晶粒陣列,其中該LED晶粒打線接合到該普通封裝基板上的該些金屬接點當中的至少一個。
- 一種具有一發光正面的封膠LED,包括:一LED,裝置在一封裝基板上,該封裝基板包括多個導電接點以及多個電導線,其中該些導電接點電性連接至該LED,並且該些電導線電性連接至該些導電接點,其中該些導電接點透過在該封裝基板中形成的多個電跡線與該些電導線形成電性通信;以及一成形封膠,位於該LED前面,該成形封膠包覆該LED,並且該封裝基板的一部分圍繞該LED。
- 如申請專利範圍第44項所述之具有一發光正面的封膠LED,其中該成形封膠在該LED前面形成一集中透鏡輪廓。
- 如申請專利範圍第44項所述之具有一發光正面的封膠LED,更包括一圍繞該成形封膠材料的層壓微反射鏡殼體。
- 如申請專利範圍第46項所述之具有一發光正面的封膠LED,其中該整合微反射鏡係被金屬化的。
- 如申請專利範圍第44項所述之具有一發光正面的封膠LED,其中該封裝基板是一導熱封裝基板,其材料是選自於由矽、氧化鈹、氮化鋁、導熱陶瓷與導熱聚合物所組成之族群中的一種材料。
- 如申請專利範圍第44項所述之具有一發光正面的封膠LED,其中該封裝基板為低導熱性並且被安裝到一散熱裝置上。
- 如申請專利範圍第44項所述之具有一發光正面的封膠LED,其中該封裝基板包括一模製基板。
- 如申請專利範圍第44項所述之具有一發光正面的封膠LED,其中該些導線包括多個柱狀凸塊與多個焊料凸塊的其中之一。
- 如申請專利範圍第44項所述之具有一發光正面的封膠LED,其中該封裝基板包括與該LED互動的一邏輯電路。
- 如申請專利範圍第52項所述之具有一發光正面的封膠LED,其中該邏輯電路陣列包括一整合一光電二極體的回饋電路。
- 一種封裝多個LED的方法,包括:分配一模製材料到一壓印工具;壓印並固化該模製材料,以形成一透鏡陣列;以及將該透鏡陣列對準並接合到一安裝到一封裝基板上的 LED晶粒陣列。
- 如申請專利範圍第54項所述之方法,其中該透鏡陣列包括多個連接的凹凸透鏡。
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