TWI610469B - 覆晶式發光二極體及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明關於一種覆晶式發光二極體及其製造方法。覆晶式發光二極體包括具有正極和負極的發光二極體晶片、第一金屬片、第二金屬片、封裝材料、導電部及絕緣層。發光二極體晶片、第一金屬片及第二金屬片被封裝於封裝材料內，且發光二極體晶片的正極與負極、第一金屬片及第二金屬片彼此絕緣且各具有從封裝材料的表面暴露出來的表面。導電部設置來在正極與負極之間保持絕緣的狀態下，使第一和第二金屬片分別與正極和負極電性連接。絕緣層設置在封裝材料的表面上，以覆蓋導電部及暴露於封裝材料的表面之正極、負極、第一及第二金屬片。

Description

覆晶式發光二極體及其製造方法

本發明係關於一種覆晶式發光二極體及其製造方法，特別是關於一種結構簡單且可降低熱所造成的影響的覆晶式發光二極體及其製造方法。

在現有技術中，由於發光二極體(LED)相較於傳統光源(如：白熾燈等)具有較高的發光效率和較低的能源損耗，其已被廣泛地使用來作為光源。在實際應用上，由發光二極體作為光源的發光裝置通常是由以串聯或並聯的方式被組裝於同一基板上的複數個發光二極體所形成。然而，在此複數個發光二極體產生光的同時，大量的熱將會伴隨著產生，特別是當複數個發光二極體以高密度被組裝在同一基板上時，若熱聚積在基板上而無法被有效地被發散出去，將會造成不良的影響，例如，基板的變形、發光二極體晶片的脫落或發光輸出效率衰減等。

目前已知有被稱作覆晶(flip-chip)的發光二極體結構。此種覆晶式發光二極體結構主要是將發光二極體晶片的正極和負極設置在其面向電路基板的表面，並透 過焊接的方式使發光二極體晶片的正極和負極分別與電路基板接觸。在這種結構中，發光二極體晶片發光所產生的熱將透過其正極和負極經由焊料、導線銅箔、絕緣油墨、金屬或陶瓷的基板本體所形成的導熱路徑，傳導並發散出去。然而，此種導熱路徑當中所具備的熱阻為較高的，無法達到最佳的散熱效果。此外，由於上述的這種結構中包含了許多元件，其結構上的複雜性使得其製造成本亦難以減少。

除此之外，習知的覆晶式發光二極體結構一般是採取堆疊式的結構，將發光二極體晶片堆疊於由焊料、導線銅箔、絕緣油墨、金屬或陶瓷的基板本體所形成的電路基板上，由於相互接觸的發光二極體晶片與焊料、焊料與導線銅箔...等之間的熱膨脹係數係為彼此不同的，當來自發光二極體晶片因發光而產生的熱被傳遞通過此堆疊式的結構時，夾在堆疊式結構中間位置處的元件需同時承受熱膨脹係數與其不同之位於其上下位置處的元件因熱膨脹所造成的變形的拉扯，進而容易產生形變而導致發生毀損、脫落等的情形。

有鑑於此，申請人苦思研究並研發出了一種嶄新的覆晶式發光二極體，其不但具有結構簡單的優點，且還可同時減少由發光二極體晶片因發光所產生的熱對結構所造成的不利影響。

為了解決上述的問題，本發明之目的在於提供一種結構簡單且可降低熱所造成的影響之覆晶式發光二極體及其製造方法。

根據本發明的第一態樣係提供一種覆晶式發光二極體，其包括具有正極和負極的發光二極體晶片、第一金屬片、第二金屬片、封裝材料、導電部及絕緣層。發光二極體晶片、第一金屬片及第二金屬片被封裝於封裝材料內，且發光二極體晶片的正極與負極、第一金屬片及第二金屬片彼此絕緣且各具有從封裝材料的一表面暴露出來的表面。導電部設置來在發光二極體的正極與負極之間保持絕緣的狀態下，使第一和第二金屬片分別與正極和負極電性連接。絕緣層設置在封裝材料的表面上，以覆蓋導電部及暴露於封裝材料的表面之正極、負極、第一及第二金屬片的表面。

根據本發明的第二態樣係提供一種製造覆晶式發光二極體的方法，該方法包括：提供具有通孔的金屬片；設置發光二極體晶片於金屬片的通孔中，發光二極體晶片的正極和負極未與金屬片接觸；以封裝材料封裝金屬片及發光二極體，其中，金屬片的表面及該發光二極體的正極和負極的表面從封裝材料的表面暴露出來；蝕刻金屬片，以形成電路圖案，電路圖案包括相互絕緣的第一部分與第二部分；形成導電部，以在發光二極體晶片的正極與負極保持絕緣的狀態下使發光二極體晶片的正極與電路圖案的第一部分電性連接、並使發光二極體晶片的負極與電 路圖案的第二部分電性連接；以及於封裝材料的表面上形成絕緣層，以覆蓋導電部及從封裝材料的表面暴露出來的金屬片的表面及發光二極體的正極和負極的表面。

關於本發明更詳細之說明與優點，請參照以下的實施方式及圖式。

1‧‧‧覆晶式發光二極體

10‧‧‧發光二極體晶片

11‧‧‧正極

12‧‧‧負極

20、20’‧‧‧金屬片

200‧‧‧通孔

21‧‧‧第一金屬片

22‧‧‧第二金屬片

30‧‧‧封裝材料

31‧‧‧凹部

300‧‧‧表面

40‧‧‧導電部

50‧‧‧絕緣層

70‧‧‧感光膠層

700‧‧‧開口

90‧‧‧遮罩

900‧‧‧圖案化開口

圖1為顯示根據本發明的實施例之覆晶式發光二極體的剖面示意圖；圖2A為顯示根據本發明的實施例之製造覆晶式發光二極體的方法中所使用的金屬片的俯視示意圖；圖2B為沿著圖2A的線II-II所截取的剖面示意圖；圖3A及3B為顯示，在根據本發明的實施例之製造覆晶式發光二極體的方法中，將發光二極體晶片設置於金屬片的通孔中的狀態的視圖；圖4為顯示，在根據本發明的實施例之製造覆晶式發光二極體的方法中，以封裝材料封裝金屬片及發光二極體晶片的狀態的剖面示意圖；圖5為顯示，在根據本發明的實施例之製造覆晶式發光二極體的方法中，設置感光膠層於封裝材料的表面的狀態的剖面示意圖；圖6A及6B為顯示，在根據本發明的實施例之製造覆晶式發光二極體的方法中，將遮罩設置於感光膠層之背 對封裝材料的表面側的狀態的視圖；圖7A及7B為顯示，在根據本發明的實施例之製造覆晶式發光二極體的方法中，在感光膠層中形成對應於遮罩的圖案化開口的開口的狀態的視圖；圖8A及8B為顯示，在根據本發明的實施例之製造覆晶式發光二極體的方法中，電路圖案藉由蝕刻金屬片而形成的狀態的視圖，其中，感光膠層已被移除；圖9為顯示，在根據本發明的實施例之製造覆晶式發光二極體的方法中，形成導電部的狀態的剖面示意圖；以及圖10為顯示，在根據本發明的實施例之製造覆晶式發光二極體的方法中，形成絕緣層的狀態的剖面示意圖。

圖1顯示根據本發明的實施例的覆晶式發光二極體。如圖1所示，覆晶式發光二極體1包括具有正極11和負極12的發光二極體晶片10、第一金屬片21、第二金屬片22、封裝材料30、導電部40及絕緣層50。

進一步言之，發光二極體晶片10、第一金屬片21及第二金屬片21被封裝於封裝材料30內，且發光二極體晶片10的正極11與負極12、第一金屬片21及第二金屬片22為彼此電性絕緣。正極11、負極12、第一金屬片21及第二金屬片22各自具有從封裝材料30的一表面300暴露出來的表面。導電部40設置來在發光二極體 10的正極11與負極12之間保持絕緣的狀態下，使第一金屬片21和第二金屬片22分別與發光二極體10的正極11和負極12電性連接。絕緣層50設置在封裝材料30的表面300上，以覆蓋導電部40及暴露於封裝材料30的表面300之正極11、負極12、第一金屬片21及第二金屬片22的表面。

較佳地，如圖1中清楚可見地，從封裝材料30的表面300暴露出來的發光二極體晶片10的正極11與負極12、第一金屬片21及第二金屬片22之各自的表面均與封裝材料30的表面300齊平。如此一來，將有利於後續對此表面所進行的加工處理，例如，在此齊平的表面上形成導電部40等等。

根據本發明的實施例之導電部40較佳地係為導電膠(例如，銀膠)、焊料等，且其藉由網印、點膠等的方式被形成來使發光二極體晶片10的正極11和負極12分別與第一金屬片21和第二金屬片22電性連接。

在本發明的實施例中，絕緣層50較佳地可為導熱絕緣層，其配置來傳導由發光二極體晶片10在發光時所產生的熱。在這種情況下，額外的散熱機構，例如，散熱板，可被附接到導熱絕緣層外，以進一步地使被傳導到導熱絕緣層的熱能夠更佳地發散出去。或者，除了導熱與絕緣的功能之外，導熱絕緣層亦可能選擇使用能夠進一步提供散熱功能的材料所製成。

另一方面，雖然在本實施例中，發光二極體 晶片10被顯示成其發光面(例如，與正極、負極所設置之表面相反的表面)是完全地被封裝材料30所覆蓋(封裝)，然而，為了因應不同應用上的需求，發光二極體晶片10的發光面亦可被設置為從封裝材料30暴露出來，亦即，封裝材料30可能以發光二極體晶片10的發光面暴露於外的方式來封裝發光二極體晶片10。

除此之外，雖然圖式中未明確地示出，但事實上，在根據本發明的實施例的封裝材料中，除了發光二極體晶片、第一金屬片及第二金屬片之外，還可能封裝有配置來與發光二極體晶片協同地運作的其它電子元件，例如，限流電阻...等。

從本發明的實施例之上述覆晶式發光二極體1所具備的各種特徵看來，由於本發明之覆晶式發光二極體1係將作為電路圖案的第一金屬片21及第二金屬片22直接地設置在封裝材料30中並藉由導電部40電性連接，而不需依賴傳統的電路基板來提供電路圖案，其結構相對於傳統使用電路基板的覆晶式發光二極體更為簡單及容易製作(製程將於稍後說明)。故，在這樣的情況下，僅僅藉由改變所使用的金屬片的特性即可輕易地改變覆晶式發光二極體所能應用的層面，而不需添加其它的結構。舉例而言，若使用可撓性金屬材料來作為第一金屬片21及第二金屬片22的材料，將能夠使得本發明之覆晶式發光二極體1具有可撓性，進而可被應用在需要具有可撓性的燈條上。另一方面，若使用不具有可撓性的金屬材料來作為第 一金屬片21及第二金屬片22的材料，所形成之不具可撓性的覆晶式發光二極體則可因其底表面(絕緣層50的外表面)的平整性而適合被應用於像是投射燈等之燈具構造中。

綜上所述，由於根據本發明實施例之覆晶式發光二極體係將作為電路圖案的第一金屬片與第二金屬片和發光二極體晶片相對於導電部設置在相同的側(封裝材料側)上，並藉由導電部將發光二極體晶片的正極和負極分別與第一金屬片及第二金屬片電性連接(亦可稱為橋接式連接)，相較於傳統堆疊式連接的覆晶式發光二極體，根據本發明實施例之覆晶式發光二極體可有效地降低或避免因發光二極體的正/負極、導電部及第一/第二金屬片之間的熱膨脹係數的不同而造成的變形、脫落等問題。

除此之外，藉由覆蓋在導熱部外的導熱絕緣層，當由發光二極體晶片所產生的熱經由電極(正或負極)被傳遞到導電部時，此熱能夠被導熱絕緣層從導電部往外傳導或發散出去，減少此熱對於金屬片(第一金屬片或第二金屬片)所造成的不利影響。

接下來，將參閱圖2A至圖10說明根據本發明的實施例之製造覆晶式發光二極體的方法。

如圖2A及2B所示，在根據本發明的實施例之製造覆晶式發光二極體的方法中，首先係提供具有通孔200的金屬片20。此通孔200可能是藉由沖壓、蝕刻或任何已知的切割方式而預先被形成在金屬片20當中，且通 孔20的尺寸為經過設計以配置來匹配將要被設置在其中的發光二極體晶片10(參見圖3A及3B)的尺寸。

接著，如圖3A及3B所示，將發光二極體晶片10設置於金屬片20的通孔200中，且在此狀態下，發光二極體晶片10的正極11和負極12不會與金屬片20接觸。

參見圖4，在發光二極體晶片10已被設置於金屬片20的通孔200中的狀態下，以封裝材料30對金屬片20及發光二極體晶片10進行封裝，使得金屬片20與發光二極體晶片10大致地被封裝於封裝材料30中。注意，在此狀態下，金屬片20的表面及發光二極體10的正極11和負極12的表面係從封裝材料30的表面300中以與封裝材料30的表面300齊平的方式暴露出來。

接著將說明在金屬片20中形成電路圖案的步驟。

首先，如圖5所示，將感光膠層70設置在封裝材料30的表面300，此感光膠層70係覆蓋從封裝材料30的表面300中暴露出來的金屬片20的表面及發光二極體10的正極11和負極12的表面。在設置感光膠層70後，如圖6A及6B所示，將具有圖案化開口900的遮罩部90設置在感光膠層70之背對封裝材料30的表面側，以透過遮罩90的圖案化開口900對感光膠層70進行感光顯影蝕刻。對感光膠層70進行蝕刻的結果係使得感光膠層70中形成了對應於圖案化開口900的開口700，如圖 7A及7B所示。接下來，透過感光膠層70的開口700，可進一步地對感光膠層70下方所覆蓋的金屬片20進行蝕刻。最後，如圖8A所示，金屬片20在蝕刻後將會變成為所需的電路圖案20’，此電路圖案20’至少包括相互絕緣的第一部分與第二部分(例如，位在單一個發光二極體晶片10的正極側及負極側處之第一部分及第二部分，其係相當於最後所形成的覆晶式發光二極體1之第一金屬片21及第二金屬片22，如圖1所示)。注意，在蝕刻金屬片20以形成電路圖案20’的過程中，由於原本佔據封裝材料30中的位置之部份的金屬片20因為蝕刻而被去除，在蝕刻金屬片20以形成電路圖案20’的同時，凹部31會形成在封裝材料30中之對應於金屬片20被蝕刻的位置處(即，除了電路圖案20’以外的位置處)。此外，在蝕刻出電路圖案20’之後，感光膠層70將會藉由習知的方式被從封裝材料30上移除。

接著，在形成金屬片20中的電路圖案之後，如圖9所示，導電部40將被形成為使得發光二極體晶片10的正極11與電路圖案20’的第一部分電性連接、以及使得發光二極體晶片10的負極12與電路圖案20’的第二部分電性連接。具體而言，在此步驟中，較佳地可使用網印、點膠等方式來形成作為導電部40的導電膠、焊料等。

最後，如圖10所示，使絕緣層50形成於封裝材料30的表面300上，並覆蓋導電部40及從封裝材料 30的表面300暴露出來的金屬片(電路圖案20’)的表面及發光二極體10的正極11和負極12的表面。同時，絕緣層50還會進一步地延伸到因蝕刻金屬片20所形成之封裝材料30的凹部31(如圖8A所示)當中。

由此，依據不同的需求，再經由後續的切割等的習知製程，將可製造出如本案圖1所示之覆晶式發光二極體1。

藉由本發明的實施例之製造覆晶式發光二極體的方法所製造出來的覆晶式發光二極體亦同樣具備如本案上述之覆晶式發光二極體的有益技術效果。

此外，申請人要特別說明的是，雖然本實施例中說明了，在將發光二極體晶片放置到金屬片的通孔中並將其封裝之後，才藉由蝕刻形成金屬片的電路圖案的例子，然而，本發明不限於此。詳而言之，亦可以在發光二極體晶片上未被放置到金屬片的通孔中之前，同樣藉由蝕刻的方式(例如，藉由感光膠層、遮罩等的蝕刻方式)，先在金屬片中同時形成具有電路圖案及用於設置發光二極體晶片的通孔。在此情況下，僅需再將發光二極體晶片設置於通孔中、使用封裝膠將金屬片與發光二極體晶片封裝、並接著形成導電部與絕緣層，即可製造出如同本發明實施例之覆晶式發光二極體。

至此，雖然已描述具體的實施例，但這些實施例僅以範例的方式被呈現，且並非意圖限制本發明的範圍。事實上，在此所描述的這些實施例在不偏離本發明的 精神之下，可以各種其他的形式、或不同的組合方式被實施。隨附的申請專利範圍及其均等物係意圖用於涵蓋會落入本發明的範圍及精神內的各種形式、組合或修改。

1‧‧‧覆晶式發光二極體

10‧‧‧發光二極體晶片

11‧‧‧正極

12‧‧‧負極

21‧‧‧第一金屬片

22‧‧‧第二金屬片

30‧‧‧封裝材料

300‧‧‧表面

40‧‧‧導電部

50‧‧‧絕緣層

Claims (22)

1. 一種覆晶式發光二極體，包括：發光二極體晶片，具有正極和負極；第一金屬片；第二金屬片；封裝材料，配置來將該發光二極體晶片、該第一金屬片及該第二金屬片封裝於其內，其中，該發光二極體晶片的該正極與該負極、該第一金屬片及該第二金屬片係彼此絕緣且分別具有從該封裝材料的一表面暴露出來的表面；導電部，配置來在該發光二極體晶片的該正極與該負極之間保持絕緣的狀態下，使該第一金屬片與該發光二極體晶片的該正極電性連接、並使該第二金屬片與該發光二極體晶片的該負極電性連接；以及絕緣層，設置在該封裝材料的該表面上，以覆蓋該導電部以及暴露於該封裝材料的該表面之該發光二極體晶片的該正極與該負極、該第一金屬片及該第二金屬片的該等表面。
2. 如申請專利範圍第1項之覆晶式發光二極體，其中，該發光二極體晶片的該正極與該負極、該第一金屬片及該第二金屬片之分別從該封裝材料的該表面暴露出來的該等表面係與該封裝材料的該表面齊平。
3. 如申請專利範圍第1項之覆晶式發光二極體，其中，該絕緣層為導熱絕緣層，配置來傳導由該發光二極體晶片所產生的熱。
4. 如申請專利範圍第3項之覆晶式發光二極體，還包括散熱板，該散熱板接觸該導熱絕緣層，以使從該導熱絕緣板所傳導來的熱發散。
5. 如申請專利範圍第3項之覆晶式發光二極體，其中，該導熱絕緣層還配置來發散由該發光二極體晶片所產生的熱。
6. 如申請專利範圍第1項之覆晶式發光二極體，其中，該發光二極體晶片具有發光面，該發光面配置為從該封裝材料暴露出來。
7. 如申請專利範圍第1項之覆晶式發光二極體，其中，該第一金屬片與該第二金屬片形成該覆晶式發光二極體中的電路圖案。
8. 如申請專利範圍第1項之覆晶式發光二極體，其中，該第一金屬片及該第二金屬片為可撓金屬片。
9. 如申請專利範圍第1項之覆晶式發光二極體，其中，該導電部為藉由網印或點膠的方式而被形成的導電膠或焊料。
10. 如申請專利範圍第1項之覆晶式發光二極體，還包括用於與該發光二極體晶片一起運作的電子元件。
11. 一種製造覆晶式發光二極體的方法，該方法包括以下的步驟：提供具有通孔的金屬片；設置發光二極體晶片於該金屬片的該通孔中，且該發光二極體晶片的正極和負極未與該金屬片接觸； 以封裝材料封裝該金屬片及該發光二極體，其中，該金屬片及該發光二極體的該正極和該負極各具有從該封裝材料的表面暴露出來的表面；蝕刻該金屬片，以形成電路圖案，該電路圖案至少具有相互絕緣的第一部分及第二部分；形成導電部，以在該發光二極體晶片的該正極與該負極保持絕緣的狀態下，使該發光二極體晶片的該正極與該電路圖案的該第一部分電性連接、並使該發光二極體晶片的該負極與該電路圖案的該第二部分電性連接；以及於該封裝材料的該表面上設置絕緣層，以覆蓋該導電部及從該封裝材料的該表面暴露出來的該金屬片的該表面及該發光二極體的該正極和該負極的該等表面。
12. 如申請專利範圍第11項之製造覆晶式發光二極體的方法，其中，蝕刻該金屬片的該步驟包括：設置感光膠層於該封裝材料的該表面，以覆蓋該金屬片的該表面及該發光二極體的該正極和該負極的該等表面；在該感光膠層之背對該封裝材料的表面側上設置具有圖案化開口的遮罩部；透過該遮罩的該圖案化開口蝕刻該感光膠層，以在該感光膠層中形成對應於該圖案化開口的開口；透過該感光膠層中的該開口蝕刻該金屬片，以形成該電路圖案；以及從該封裝材料的該表面移除該感光膠層；並且 其中，在蝕刻該金屬片的步驟中，凹部係形成該封裝材料中之對應於該金屬片被蝕刻的位置處，且該絕緣層還延伸到該凹部中。
13. 一種製造覆晶式發光二極體的方法，該方法包括以下的步驟：提供具有通孔及電路圖案的金屬片，該電路圖案至少具有相互絕緣的第一部分及第二部分；設置發光二極體晶片於該金屬片的該通孔中，且該發光二極體晶片的正極和負極未與該金屬片接觸；以封裝材料封裝該金屬片及該發光二極體，其中，該金屬片及該發光二極體的該正極和該負極各具有從該封裝材料的表面暴露出來的表面；形成導電部，以在該發光二極體晶片的該正極與該負極保持絕緣的狀態下，使該發光二極體晶片的該正極與該電路圖案的該第一部分電性連接、並使該發光二極體晶片的該負極與該電路圖案的該第二部分電性連接；以及於該封裝材料的該表面上設置絕緣層，以覆蓋該導電部及從該封裝材料的該表面暴露出來的該金屬片的該表面及該發光二極體的該正極和該負極的該等表面。
14. 如申請專利範圍第13項之製造覆晶式發光二極體的方法，其中，該金屬片藉由蝕刻來形成該通孔及該電路圖案。
15. 如申請專利範圍第11或13項之製造覆晶式發光二極體的方法，其中，從該封裝材料的該表面暴露出來之 該金屬片的該表面及該發光二極體的該正極和該負極的該等表面係與該封裝材料的該表面齊平。
16. 如申請專利範圍第11或13項之製造覆晶式發光二極體的方法，其中，該絕緣層為導熱絕緣層，配置來傳導由該發光二極體晶片所產生的熱。
17. 如申請專利範圍第16項之製造覆晶式發光二極體的方法，還包括提供與該導熱絕緣層接觸的散熱板，以使從該導熱絕緣層所傳導來的熱發散。
18. 如申請專利範圍第16項之製造覆晶式發光二極體的方法，其中，該導熱絕緣層還配置來發散由該發光二極體晶片所產生的熱。
19. 如申請專利範圍第11或13項之製造覆晶式發光二極體的方法，其中，該發光二極體晶片具有發光面，該發光面配置為從該封裝材料暴露出來。
20. 如申請專利範圍第11或13項之製造覆晶式發光二極體的方法，其中，該金屬片為可撓金屬片。
21. 如申請專利範圍第11或13項之製造覆晶式發光二極體的方法，其中，該導電部係藉由網印或點膠的方式而被形成。
22. 如申請專利範圍第11或13項之製造覆晶式發光二極體的方法，其中，該封裝材料中還封裝有用於與該發光二極體晶片一起運作的電子元件。