TWI638788B - 包含利用玻璃漿料的顏色轉換原材料的發光二極體晶片尺寸封裝件及其製備方法 - Google Patents
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Abstract
本發明公開發光二極體封裝件及其製備方法，利用低熔點及高熔點玻璃漿料的顏色轉換原材料來防止因熱引起的變色。本發明發光二極體封裝件包括：發光二極體晶片；電極，分別形成於第一導電型氮化物半導體層及第二導電型氮化物半導體層；及表面層，覆蓋於上述發光二極體晶片的側面及上部面，上述表面層由螢光體在玻璃中分散，上述發光二極體晶片包括：基板；及依次形成於上述基板上的第一導電型氮化物半導體層、活性層及第二導電型氮化物半導體層，上述基板位於上述發光二極體晶片上部，各氮化物半導體層位於上述基板的下部的倒裝晶片形狀。
Description
本發明關於利用玻璃漿料的發光二極體(LED，Light Emitting Diode)封裝件及其製備方法，更詳細地關於倒裝晶片(Flip Chip)方式的發光二極體晶片所適用的封裝件。並且，本發明關於用於製備可維持顏色均勻度的發光二極體封裝件的方法。
半導體發光元件作為可實現小型化，且發出顏色鮮明的光的元件，積極地利用為各種顯示裝置的光源。
然而，現有的發光元件因高熱能或光能引起構成的材料發生裂化，尤其在粘結劑樹脂與螢光體相混合使用的情況下，隨著發光元件的發熱量的增加，具有粘結劑樹脂裂化及變色的問題。並且，當使發光二極體晶片與電路基板的上部相接合之後，塗敷粘結劑樹脂來製備發光二極體封裝件的情況下，因散熱性能不好的結構，具有產生熱量的問題，並且電阻可提高很多。
因此，在長時間使用上述發光元件的情況下，光效率降低，發光元件的封裝件壽命減少。
作為與本發明相關的先前技術，具有大韓民國授權專利公報第10-0646093號(1996.11.14.公告)，在上述文獻中公開有發光元件的封裝件。
本發明的目的在於，為了提高高溫可靠性、維持顏色的均勻度，提供適用顏色轉換原材料的發光二極體封裝件。
本發明的另一目的在於，提供用於製備可提高可操作性及光轉換效率的發光二極體封裝件的方法。
為了實現上述一目的的本發明的發光二極體封裝件的特徵在於，包括：發光二極體晶片，上述發光二極體晶片包括基板、依次形成於上述基板上的第一導電型氮化物半導體層、活性層及第二導電型氮化物半導體層以及分別形成於上述第一導電型氮化物半導體層及第二導電型氮化物半導體層的電極，上述發光二極體晶片呈上述基板位於晶片的上部且各氮化物半導體層位於上述基板的下部的倒裝晶片形態；以及表面層，用於覆蓋上述發光二極體晶片的側面及上部面，上述表面層由螢光體在玻璃中分散而成。
用於實現上述一目的的本發明的玻璃的特徵在於，低熔點的玻璃漿料進行熔融來使熔融的低熔點玻璃填入於高熔點玻璃漿料之間而成的。
用於實現上述另一目的的本發明的發光二極體封裝件的製備方法的特徵在於，包括：步驟(a)，對低熔點及高熔點玻璃漿料與螢光體進行混合，來形成玻璃生片；步驟(b)，對上述玻璃生片進行燒結來形
成燒結體；步驟(c)，在上述燒結體中形成槽；以及步驟(d)，以插入的方式將倒裝晶片形態的發光二極體晶片與上述槽相結合，上述燒結是在上述低熔點玻璃漿料的軟化溫度以上至低於上述高熔點玻璃漿料的軟化溫度下進行的。
此時，在上述步驟(c)中可利用掩膜(mask)，以噴砂(sand blasting)或酸刻蝕(acid etching)的方法進行。
本發明的發光二極體封裝件具有如下效果：使用低熔點及高熔點玻璃漿料，從而可在燒結步驟中控制玻璃的急速的收縮，並將翹起的產生最小化。並且，使用利用玻璃漿料的顏色轉換原材料，來可實現優秀的耐熱性，且可防止因熱引起的變色，並且通過使用螢光體，來可維持顏色的均勻度。
同時，具有如下效果：使用流延成型(tape casting)法、噴砂、酸刻蝕方法，從而提高可操作性，通過製備倒裝晶片形態的發光二極體封裝件，可使出光面增大。
10a、10b‧‧‧電極
20‧‧‧發光二極體晶片
30‧‧‧表面層
S110‧‧‧形成玻璃生片的步驟
S120‧‧‧形成燒結體的步驟
S130‧‧‧形成槽的步驟
S140‧‧‧發光二極體晶片的接合步驟
第一圖為表示根據本發明實施例形成的槽的步驟S130的剖視圖；第二圖為表示根據本發明另一實施例形成的槽的步驟的圖；第三圖為根據本發明的實施例的發光二極體封裝件的剖視圖；以及第四圖為表示用於製備根據本發明實施例的發光二極體封裝件的方法流程圖。
與圖式一同參照如下所述本發明的實施例的優點及特徵更加明確。然而，本發明並不限於以下公開的實施例，並且以互不相同的方式實現，本實施例僅僅使本發明的公開更加完整，本發明由發明的申請專利範圍的範疇來進行定義。
在本說明書中，在記載為一個層位於另一膜或基板的“上”的情況下，上述一個層可直接存在於上述另一膜或基板的上方，也可在它們之間介入另一第三膜。在圖式中，為了說明書的明確性，層及區域的厚度及大小以放大的方式示出。因此，並不限於本發明的附圖中圖式的相對大小或間隔。在說明書全文中，對於相同的結構要素標注相同的圖式標記。
以下，參照附圖，詳細地說明根據本發明較佳實施例的利用玻璃漿料的顏色轉換原材料的發光二極體封裝件的適用及其製備方法如下。
參照第二圖，發光二極體封裝件包括發光二極體晶片20、由螢光體在玻璃漿料分散而成的表面層30及電極10a、10b。
上述發光二極體晶片20包括基板；以及依次形成於上述基板上的第一導電型氮化物半導體層、活性層及第二導電型氮化物半導體層，上述發光二極體晶片20的上述基板位於發光二極體晶片的上部且各氮化物半導體層位於上述基板的下部的倒裝晶片形態。上述倒裝晶片形狀可提供省略引線接合工序，可使出光面的面積增大的效果，尤其在本發明的發光二極體封裝件中提供可增大發光二極體晶片和表面層之間的接合面積的優點。
發光二極體晶片20可直接利用普通的發光器件晶片的結構
要素，發光二極體晶片20包括：基板；以及依次形成於基板上的第一導電型氮化物半導體層(以n型氮化物半導體層(n-GaN)為主)、活性層、第二導電型氮化物半導體層(以p型氮化物半導體層(p-GaN)為主)。發光二極體晶片20的橫截面的形狀可呈四邊形或圓形等，但不限於此。上述基板可利用藍寶石(Al2O3)等的基板。
在上述發光二極體晶片20的下部漏出的第一導電型氮化物半導體層及第二導電型氮化物半導體層的各表面中具有電極10a、10b。較佳地，上述電極10a、10b由鉻(Cr)、鎳(Ni)、金(Au)等的層疊金屬墊形成，可借助透明粘結劑來粘結於發光二極體晶片的表面。
表面層30用於覆蓋上述發光二極體晶片20的外部表面，且可覆蓋至表面的側面。較佳地，上述表面層30的厚度為0.05mm至1mm。在上述厚度小於0.05mm的情況下，因厚度薄而存在破損的危險，在厚度大於1mm的情況下，光轉換效率有可能降低。
並且，參照第一圖及第二圖，上述表面層30可形成1個槽，但為了提高玻璃的強度，能夠間隔形成2個以上的槽。更佳地，通過形成3個槽使表面層的面積增大，以提高強度。當槽的數量為2個以上時，可切割表面層使各表面層與發光二極體晶片相接合。如第二圖所示，在槽的數量為3個的表面層不進行切割而使用的情況下，可與表面層的各槽接合3個發光二極體晶片。
上述表面層30由螢光體在玻璃中分散而成。上述玻璃為低熔點的玻璃漿料進行熔融來使熔融的低熔點玻璃填入於高熔點玻璃漿料之間而成的。低熔點玻璃漿料在燒結過程中被熔融而成為玻璃狀態，高熔點玻
璃漿料在燒結過程中不被熔融而以玻璃漿料的狀態殘留。這種玻璃形態借助依然保持高熔點玻璃漿料的形狀，可將因玻璃迅速收縮而引起的翹起現象最小化，可防止彎曲現象(curling)。並且，可更加提高玻璃的強度。
低熔點玻璃漿料的燒結操作的溫度為約500℃~800℃，可包含含有鹼土族氧化物(MgO、CrO、BaO)的玻璃成分，但不限與此。
較佳地，上述高熔點玻璃漿料可使用燒結作業的溫度為約800℃以上的玻璃，更具體地，可包含作為硼矽酸鹽的硼矽酸鹽(borosilicate)類成分。上述硼矽酸鹽類成分可適用於高熔點，具有強度及耐久性優秀的優點，可將鈣鋁硼矽酸鹽(calcium aluminum borosilicate)、鈣鈉硼矽酸鹽(calcium sodium borosilicate)等單獨使用或混合兩種以上來使用。
較佳地，相對於玻璃漿料的總體積百分比，上述高熔點玻璃漿料的含量為50%至90%。在高熔點玻璃漿料的含量小於50%的情況下，高熔點玻璃漿料的含量相對地低於低熔點玻璃漿料的含量，因此由低熔點玻璃漿料來確定玻璃的特性。即，在燒結步驟中，低熔點玻璃漿料一邊進行熔融，一邊因玻璃迅速的收縮有可能產生引起彎曲現象及翹起現象。相反地，在高熔點玻璃漿料的含量大於90%的情況下，有可能基於低熔點玻璃漿料的緻密化不足。
上述螢光體可利用釔鋁石榴石(YAG，yttrium aluminum garnet)類、鋱鋁石榴石(TAG，terbium aluminum garnet)類、矽酸鹽(silicate)類、氧化物(Oxide)類，氮化物(nitride)類及磺化物(Sulfonated)類等。釔鋁石榴石類螢光體可使對於溫度的穩定性及亮度提高，可摻雜釹(Nd)、銪(Eu)等的稀土類元素來使用。鋱鋁石榴石類螢光體可使用摻雜有鈰(Ce)
的Tb3Al5O12。矽酸鹽類作為一種或一種以上的金屬氧化物與二氧化矽(SiO2)相結合而成的化學物，可使用矽酸鈣(calcium silicate)及矽酸鎂(magnesium silicate)等。作為熱穩定性優秀的氧化物類螢光體可使用氧化鋅(zinc oxide)等。作為氮化物類螢光體，可使用摻雜有銪的CaSiN2等，相對地呈紅色，並且對於顏色再現性及溫度的穩定性高。因此，因熱引起螢光體變色的概率低，從而具有發光二極體封裝件的不合格品產生率低的優點。作為硫化物類螢光體，可使用摻雜有銪的硫化鍶(SrS)等。
相對於100體積百分比的漿料，上述螢光體能夠以大致5至5體積百分比進行混合，但並不一定限於此，可考慮顏色轉換程度、顏色座標、顏色溫度、顯色指數(CRI，color rendering index)等來調節其含量。根據從發光二極體晶片20發射的光的波長，選擇上述螢光體的種類，從而可使發光二極體封裝件實現白色光。例如，從發光二極體晶片發射藍色光，在螢光體為黃色的情況下，黃色螢光體可由藍色光激發而發射黃色光，上述發射的藍色光色與上述激發的黃色光進行混色，從而發光二極體封裝件可提供白色光。
上述表面層30不僅覆蓋發光二極體晶片20的上部面，還覆蓋側面，因此可防止光的色度發生變化的色斑現象，並且可維持均勻的色度。並且，隨著形成於表面層的槽的數量為兩個以上，表面層的面積增加，從而玻璃的強度提高。
第三圖為表示根據本發明實施例的製備發光二極體封裝件的方法的流程圖。
首先，為對低熔點及高熔點玻璃漿料與螢光體進行混合來形
成玻璃生片的步驟S110。
玻璃生片利用包含低熔點及高熔點玻璃漿料、粘結劑及溶劑的漿料，通過流延成型法製備而成。流延成型法為將漿料注入於容器設備中，利用刮片(doctor blade)加工成規定的厚度之後，進行乾燥來製備玻璃生片(green sheet)的方法。利用玻璃生片在燒結前狀態下進行加工，因此可實現精密加工，與在完成燒結的玻璃狀態下進行磨削、切割等方法相比，具有可提高生產率，且將加工損失最小化的優點。
相對於100體積百分比的漿料，上述漿料製備成60%~90%的低熔點及高熔點玻璃漿料、5%~20%的粘結劑及5%~20%的溶劑，但不限與此。
對於低熔點及高熔點玻璃漿料的說明可以與如前所述的上述發光二極體封裝件的說明相同。較佳地，粘結劑使用揮發性優秀的聚乙烯醇縮丁醛(PVB，Polyvinyl Butyral)及丙烯酸粘結劑。溶劑起到調節粘結劑的粘度的作用，可將醇類溶劑、酮類溶劑等單獨使用或混合兩種以上來使用。溶劑在上述乾燥過程中揮發而被去除。
在步驟S110之後，還可包括層疊上述玻璃生片的步驟。
考慮到所製備的顏色轉換原材料的厚度，可形成一個上述形成的玻璃生片或將上述玻璃生片以相同的寬度進行切割並層疊，但不局限與此。此後，上述層疊的薄片可進行壓接，經壓接的薄片縮小為大致15%以下的厚度，完成燒結之後，形成一個單體(monolithic)。此時，單體為向寬度方向收縮大致15%~25%，且向厚度方向收縮為大致10%以下的形態。
其次，為在高於上述低熔點玻璃漿料的軟化溫度至低於上述
高熔點玻璃漿料的軟化溫度下進行燒結的步驟S120。
進行燒結時，由於高熔點玻璃漿料的形狀保持原狀，因此可控制玻璃迅速收縮，且將翹起現象最小化。當進行燒結時，低熔點玻璃漿料可進行熔融並借助緻密化來填滿氣孔。由此，無法用肉眼看見高熔點玻璃漿料，從而可呈現玻璃的透明性。
在燒結溫度為低於上述低熔點玻璃漿料的軟化溫度的情況下，隨著因燒結體的緻密性不足而使氣孔率增加，可引起玻璃的強度及透射率的降低。相反地，在燒結溫度為上述高熔點玻璃漿料的軟化溫度以上的情況下，可產生螢光體粉末裂化或玻璃的翹起現象。
上述玻璃燒結溫度可以為大致500℃至800℃。進行燒結的時間可以為大致10至100分鐘，但不限於此。
在將上述燒結體在玻璃漿料的軟化點以上的溫度中進行熱處理的情況下，是在不失去玻璃漿料的透明性，並確保強度及形狀的狀態，因此有利於如下所述的槽的形成。
其次，為在上述燒結體中形成槽的步驟S130。
上述燒結體可通過利用掩膜進行噴砂(sand blasting)或酸刻蝕(acid etching)。參照第一圖，可在因上述掩膜而漏出的燒結體的表面形成槽。
噴砂及酸刻蝕為進行表面處理的加工方法。在噴砂的情況下具有噴射沙子、氧化鋁(aluminum oxide)、碳化矽等陶瓷粉末等來刮取表面層，從而使燒結體的表面順滑的特徵，在酸刻蝕的情況下通過去除燒結體表面中的多餘的部分，來可取得所需的形狀。
考慮到發光二極體晶片的大小，較佳地，燒結體由可覆蓋發光二極體晶片的外部表面的大小和可保護發光二極體晶片的厚度形成。
上述槽可形成1個，然而為了提高由玻璃形成的表面層的強度，較佳地，形成2個以上。槽越多，就表面層的面積越增大，因此可更加提高強度。更佳地，如第二圖所示，能夠以規定間隔形成3個以上的槽。在上述槽的數量為2個以上的情況下，切割槽與槽之間的突出部分，分別作為1個表面層來使用，然而可無需切割工序，使用其本身來還使發光二極體晶片接合於多個槽中。
其次，為將上述發光二極體晶片插入於上述槽中來進行結合的步驟S140。
步驟S140為如下步驟：上述槽與包括基板及在基板上依次形成的第一導電型氮化物半導體層、活性層及第二導電型氮化物半導體層的發光二極體晶片20相接合，並且漏出於上述發光二極體晶片20的上部的基板首先插入於上述槽中來進行接合。
接著，漏出於上述發光二極體晶片20的下部的n型氮化物半導體層及p型氮化物半導體層分別插入於上述槽中來進行接合。通過上述槽與發光二極體晶片20相接合的步驟，發光二極體晶片的外部表面能夠利用包含玻璃漿料及螢光體的表面層30進行覆蓋。較佳地，上述表面層30具有可保護發光二極體晶片20的0.05mm~1mm的厚度。上述接合可僅利用非導電性粘結劑(NCA，Non-conductive Adhesive)來僅以物理性接觸方式就可以進行接合，還可通過強行扣入接合來以機械性接觸的方式進行接合。上述強行扣入結合為上述發光二極體晶片插入於槽中而進行滑動。上述槽的
形狀具有大於發光二極體晶片的形態，具有離上述槽的入口越遠，就槽的寬度越窄的形態。
本發明利用流延成型法、噴砂及酸刻蝕，從而可提高可操作性。並且，進行燒結之後形成槽，因此可製備所需的厚度及形態的表面層，並且在上述表面層中使用低熔點及高熔點玻璃漿料，因此可提高高溫可靠性。
並且，製備倒裝晶片形態的發光二極體封裝件，從而具有光面增大的效果，可省略引線接合工序等的追加性的連接結構。
像這樣，對包含利用玻璃漿料的顏色轉換原材料的發光二極體晶片尺寸封裝件及其製備方法來具體地觀察其具體的實施例如下。
1.表面層的製備
實施例1
對70體積百分比的由包含20體積百分比的鹼土族氧化物的低熔點玻璃漿料和包含70體積百分比的硼矽酸鹽類成分的高熔點玻璃漿料混合而成的玻璃漿料、10體積百分比的螢光體粉末(Y3(Al、Gd)5O12：Ce2+)、10體積百分比的作為粘結劑的聚乙烯醇縮丁醛、10體積百分比的作為溶劑的醇進行混合來製備了漿料。通過流延成型法形成玻璃生片之後，將上述玻璃生片在約800℃溫度下進行燒結來形成了燒結體。為了在上述燒結體的表面形成槽，利用掩膜來進行噴射沙子的噴砂之後，製備了厚度為1mm的表面層。
實施例2
除了低熔點玻璃漿料的含量為50%、高熔點玻璃漿料的含量
為50%之外，以與實施例1相同的條件製備了表面層。
實施例3
除了低熔點玻璃漿料的含量為10%、高熔點玻璃漿料的含量為90%，之外，以與實施例1相同的條件製備了表面層。
實施例4
除了表面層的厚度為0.05mm的情況之外，以與實施例1相同的條件製備了表面層。
實施例5
除了在表面層形成3個槽的情況之外，以與實施例1相同的條件製備了表面層。
比較例1
除了未使用高熔點玻璃漿料之外，以與實施例1相同的條件製備了表面層。
比較例2
除了高熔點玻璃漿料的含量為10%、低熔點玻璃漿料含量為90%之外，以與實施例1相同的條件製備了表面層。
比較例3
除了高熔點玻璃漿料的含量為30%、低熔點玻璃漿料的含量為70%之外，以與實施例1相同的條件製備了表面層。
比較例4
除了表面層的厚度為3mm的條件之外，以與實施例相同的條件製備了表面層。
2.物性評價方法及其結果
利用透射率裝置，對準備好的試片測定了450nm的透射率。
利用積分球透射率裝置，對準備好的試片在440nm(安裝的藍光晶片(blue chip)中發射白色光的波長範圍)的波長下測定了光效值。
在實施例1~實施例5的情況下，燒結為50~90體積百分比的高熔點玻璃漿料的含量之後，玻璃化形成得好，且無翹起現象，測定出了相對優秀的透射率及光效率。
相反地，比較例1由於未添加高熔點玻璃漿料，因此在燒結過程中產生了翹起現象，且透射率不好。比較例2~比較例3的情況為為從高熔點玻璃漿料的含量小於30體積百分比的情況來看，可知產生翹起現象，且玻璃化形成得不好。在比較例4中因表面層的厚度過厚而光效率相對低。
以上，參照附圖說明瞭本發明的實施例，然而本發明並不限於上述實施例，能夠以互不相同的形態來製備，本發明所屬技術領域的普通技術人員應該可以理解在不變更其技術思想或必要特徵的情況下，能夠以其他具體方式實施本發明。因此，應理解為以上記述的實施例在所有方面是例示性的，而非限定。
Claims (8)
- 一種發光二極體封裝件，其中，包括：發光二極體晶片，上述發光二極體晶片包括基板、依次形成於上述基板上的第一導電型氮化物半導體層、活性層及第二導電型氮化物半導體層以及分別形成於上述第一導電型氮化物半導體層及第二導電型氮化物半導體層的電極，上述發光二極體晶片呈上述基板位於晶片的上部且各氮化物半導體層位於上述基板的下部的倒裝晶片形態；以及表面層，用於覆蓋上述發光二極體晶片的側面及上部面，上述表面層內形成一槽，且上述表面層為一燒結體，該燒結體由螢光體在玻璃中分散而成；上述玻璃具有低熔點玻璃漿料與高熔點玻璃漿料，相對於玻璃漿料的總體積百分比，上述高熔點玻璃漿料的含量為50%~90%；上述表面層的厚度為0.05毫米~1毫米。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝件，其中，上述表面層以規定間隔形成兩個以上的槽。
- 一種玻璃，其中，依據申請專利範圍第1項至第2項中任一項之玻璃為低熔點的玻璃漿料進行熔融來使熔融的低熔點玻璃填入於高熔點玻璃漿料之間而成的。
- 一種發光二極體封裝件的製備方法，其中，包括：步驟(a)，對低熔點玻璃漿料及高熔點玻璃漿料與螢光體進行混合來形成玻璃生片；步驟(b)，對上述玻璃生片進行燒結來形成燒結體； 步驟(c)，在上述燒結體中形成槽；以及步驟(d)，以插入的方式將倒裝晶片形態的發光二極體晶片與上述槽相結合；其中，步驟(a)中，相對於玻璃漿料的總體積百分比，上述高熔點玻璃漿料的含量為50%~90%；上述燒結是在上述低熔點玻璃漿料的軟化溫度以上至低於上述高熔點玻璃漿料的軟化溫度下進行的；以及在其中形成有上述槽的燒結體具有一厚度為0.05毫米~1毫米。
- 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體封裝件的製備方法，其中，在上述步驟(c)中利用掩膜(mask)，以噴砂(sand blasting)或酸刻蝕(acid etching)的方法進行。
- 如請求項4之發光二極體封裝件的製備方法，其中，上述玻璃生片通過進行流延成型(tape casting)法來形成。
- 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體封裝件的製備方法，其中，在進行上述步驟(b)之前，還包括層疊上述玻璃生片的步驟。
- 如申請專利範圍第4項所述之發光二極體封裝件的製備方法，其中，上述步驟(c)的槽以規定間隔形成2個以上。
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