具有豎立式發光二極體的封裝結構及其製造方法

2023-07-17 17:29:31 2

專利名稱：具有豎立式發光二極體的封裝結構及其製造方法
技術領域：
本發明主要涉及一種發光二極體的封裝結構，更特別地涉及將 發光二極體豎立以形成發光二極體縱向封裝的結構。
背景技術：
發光二極體(Light emitting diode， LED)是一種可以將電能直接 轉換為光能的發光元件，由於不需經由將電能轉換成熱能的熱熾發 光過程。因此也稱為冷發光元件。發光二極體除了具有高發光效率 之夕卜，也是一種農史小的固態光源(solid state illuminator),可製成半導 體晶片形式，具有半導體p-n結面結構。在該p-n結面的兩端施加 電壓以在通入電流之後，隨即產生電子與電洞向該p-n結面流動， 並結合而釋方丈出光子。
就發光二極體的亮度方面而言， 一般認為現階段的發光二極 管，其技術上已經具備冷陰極燈管一半左右的效率，甚至其發光效 率可以與冷陰才及燈管並駕齊驅，發光二才及管的發光效率主凌-與以下 兩種因素有關 一為半導體晶片本身的發光效率，另一個為將半導 體晶片封裝完成之後的光提取率。關於半導體晶片發光效率的主要 發展方向為電致發光材料的研發、以及提高半導體晶片結晶性的 研究，以增加半導體晶片內部的量子效率。
對於發光二極體封裝結構的光提取率而言，由於半導體晶片所 產生的光線大部分都因界面全反射而回到半導體晶片內部，因此全
9反射的光線大部分因界面全反射而回到半導體晶片內部，全反射的 光線則蜂皮發光層本身和電極、基板吸收。因此，外部對半導體晶片 的光提取率遠低於半導體晶片內部的量子效率。
有鑑於此，雖然發光二才及管已具有能源成本遠低於傳統的白熱 燈或螢光燈的好處，並且具有尺寸輕巧的優點，這些是傳統光源所 不及的優點，但是如何更進一步地提高發光二才及管或其封裝結構的 光提取率，以使發光二極體的半導體晶片內部的量子效率達到更高 的使用效率，為當前技術的首要發展目標。

發明內容
鑑於以上的問題，本發明的主要目的在於提供一種具有豎立式 發光二極體的封裝結構，使得發光二極體被電極遮蔽的部分減少， 因此可以達到4交高的發光效率。
本發明的另 一 目的在於提供一種光源裝置的封裝結構。
本發明的另一目的在於提供一種發光二極體的封裝方法，由於 本發明的近似三明治結構的發光二極體是被豎起來封裝的，因此可 以4吏發光二才及管的發光面尋皮電才及遮蔽的地方減少，由此可增力口光才是 取率。
本發明的另 一 目的在於提供的透明載板可以與發光二極體同 時進行製造，可縮短發光二極體封裝的時間。
本發明的再一目的在於提供的載板與發光二極體電連接後，可 才艮據客戶需求進行切割，可在不增加製造時間的情形下，完成客制 化的需求。本發明的又一目的在於提供一個由多個發光二極體所形成的 背光模塊，以作為液晶顯示裝置的直下式背光源。
根據本發明的一個方面，提供了一種具有豎立式發光二極體的
封裝結構，包括載板，其具有第一表面和第二表面，載板上配置
有多個貫穿第一表面和第二表面的孔洞，且每一該孔洞由導電材泮牛
填滿；具有發光功能的半導體層的兩側邊上配置有N電極和P電極 的發光二極體；第一透明載板，其上配置金屬層，該金屬層與發光 二極體的N電極和載板的第一表面上的導電材料電連接；第二透明 載板，其上配置金屬層，金屬層與該發光二極體的P電極和載板的 第一表面上的另一導電材料電連接；以及多個電連接元件，其與載 板的第二表面上的多個導電材料電連接。
為使本發明上述內容能更明顯易懂，下文特舉優選實施例，並 結合所附附圖，作詳細i兌明如下。


圖1為一種發光二極體結構的剖面示意圖2為一種電連衝妻載一反的局部剖面示意圖3A為根據本發明所披露的透明載板以及配置於載板上的金 屬層的上一見示意圖3B為圖3A的剖面示意圖4A為根據本發明所披露的形成近似三明治封裝結構的剖面 示意圖；圖4B為圖4A的經過切割後的單一近似三明治發光二才及管的 剖面示意圖5A為根據本發明所披露的載板上視示意圖5B為圖5A的剖面示意圖6A為根據本發明所披露的近似三明治發光二極體與載板電 連4妻的剖面示意圖6B為圖6A完成電連4妻it/f牛後的剖面示意圖7為根據本發明所披露的單一近似三明治發光二極體與聚光 罩結構的剖面示意圖；以及
圖8為根據本發明所披露的多個近似三明治發光二極體與聚光 罩結構的剖面示意圖。
具體實施例方式
本發明所披露的是一種發光二極體封裝元件，該發光二極體封 裝元件可以產生摔史高的發光亮度以及具有較佳的發光效率，而且工 藝比已知技術中封裝的方式更為簡單，因此可以比已知技術節省工 藝成本。其中圖1至圖8為本發明所披露的發光二極體封裝元件的 各步驟和結構的示意圖。
參照圖1,其表示一種發光二極體(LED)的結構剖視圖，發 光二才及管20具有基*反201、形成在基^反201之上的磊晶堆棧結構層 203、形成在磊晶堆棧結構層203之上的透明導電層205、形成在透 明導電層205之上的電極207以及i殳置在基板201的下方的電極 209。在此要強調，本發明披露了一種LED的封裝結構，因此並不限定LED為發紅光、綠光、藍光、白光或其它顏色的光，只要是 符合圖1所示的LED結構，均為本發明的保護範圍。此外，為了 提高發光二極體20的光4是取率，在電極207和電極209上可以選 才奪性地配置有開口，以便使發光二極體20的光能夠射出，增加發 光亮度。
接著，參照圖2,其為本發明發光二極體封裝所使用的載板10。 如圖2所示，載板10具有上表面和下表面，並且有多個貫穿上表 面和下表面的孔洞12分布於其中，這些孔洞12可以使用微鑽孔方 式來形成。然後，使用電鍍工藝在每一貫穿孔洞12附近形成電鍍 層121/122，然後，再將載4反10過錫爐，4吏得每一貫穿孔洞12中 均填滿焊錫。在此要強調，本發明的電鍍層121/122在貫穿孔洞12 的位於載糹反10上表面和下表面的兩側邊上形成一延長的部分，其 中位於載々反10上表面的延長電4度層121可作為發光二才及管的反射 層；而位於載才反10下表面的延長電鍍層122除了可作為多個發光 二極體封裝時的電連接之外，其還可以作為散熱鰭片連接的接口 。 由於上述載板10的形成過程與一4i的電路板製造過程類似，因此 其詳細的過程不再詳細敘述。
接著，參照圖3A和圖3B，其為本發明的用於封裝發光二極體 所使用的透明載板的上視圖及其相應的剖視圖。首先參照圖3A, 透明載板30/32上配置多個獨立且大小相同的金屬層，其形成方式 包括先將金屬層形成在透明載板30/32上；然後塗布光阻層於金 屬層之上並經過光罩曝光及顯影后，以蝕刻方式除去部分的金屬 層；接著，除去光阻層之後，即可在透明載板30/32上形成多個大 小相同且相互獨立的金屬層300。此外，金屬層300的尺寸為略大 於發光二極體晶片20。
jt匕夕卜，上述在-透明載板30/32形成金屬層300的方式也可以包 括先將光阻層塗布在透明載板30/32上，然後經過光罩曝光和顯
13影后，在光阻層上形成凹槽或溝渠，再將金屬材料填入凹槽或溝渠 中，最後再將光阻除去後，即可在透明載板30/32上形成多個大小
相同且相互獨立的金屬層300。在此要說明的是，每一金屬層300 上可以選3奪性地配置有開口 302,以Y更與發光二才及管晶片20的電^f及 207和電極209上的開口相應。此外，本發明上述的金屬材料的形 成方式可以是蒸鏡(evaporating process)或是濺鏡(sputtering process ),而在本發明的優選實施例中，其使用電鍍(plating )方式 來形成。
接著，參照圖4A,其為本發明的形成近似三明治結構的發光 二^l管的堆棧結構。首先，將已完成半導體工藝並已切割成一顆顆 晶粒的發光二4及管晶片20,通過傳遞工具，例如一種取j改裝置(pick and place ),而將每顆發光二才及管20上的電才及209通過導電膠(圖中 未示出)貼附至透明載板32上的金屬層300之上，並使發光二極體 20上的電極209與透明載板32上的金屬層300形成電連接；而在 本實施例中，導電膠為一種錫膏。接著，經過一個適當的對準工藝 (alignment),將透明載板30貼附至每顆發光二極體20上的另一 端電極207上，同樣地，也通過導電膠(例如錫膏)使發光二極 管20上的另 一端電極207與透明載板30上的金屬層300形成電連 4妻，如圖4A所示。
由於透明載板30/32上的金屬層300大於發光二極體20的電極 207/209,因此，沿著圖4A中的切割線101進行切割時，會除去部 分透明載一反30/32上的金屬層300;因此，在完成透明載才反30/32 的切割後，可以形成多個近似三明治結構的發光二極體20,且每一 顆近似三明治結構的發光二才及管20的兩側邊上，均有曝露的金屬 層300，如圖4B所示。
才妻著，參照圖5A圖和圖5B，其表示一種具有圖2結構的載板 的上^見和剖面示意圖。如圖5A所示，載一反10具有第一表面和第^一表面，其上配置有多個成對且貫穿第一表面和第二表面的孔洞12, 且每一孔洞12由導電材^牛(例如焊錫)填滿，以形成電連4妄點 110，並且每一孔洞12的位於第一表面和第二表面兩端上，均有延 長電鍍層121/122。接著，將每一顆近似三明治結構的發光二極體 20的金屬層300的暴露端，以導電膠(例如錫膏)電連接至載板 IO上的成對電連接點110，如圖6A所示。很明顯地，圖6A中的每 一顆近似三明治結構的發光二一及管20在糹皮豎起來後再與載+反10上 的電連接點電連接。然後，在載板10的第二表面上的電連接點上 形成多個電連接元件40,例如金屬凸塊(solder bump)或金屬引線 (lead)，如圖6B所示。
當電連4妻元件40與電源連4姿時，發光二才及管20會產生光線， 其光源可穿透左右兩側的透明載斧反30/32而達到發光的目的。由於 本發明的近似三明治結構的發光二極體20是一皮豎起來封裝的，因 此可以^吏發光二才及管20的發光面一皮電4及遮蔽的地方減少，由此可 增加光4是if又率。
接下來，在進行切割(sawing)前，本發明的封裝過程，可以根 據4吏用者的需求，將近似三明治結構的發光二極體20切割成各自 獨立的封裝體；當然，也可以切割成由多個近似三明治結構的發光 二極體20所組成的封裝體，此時，載板10上的電連接點也要配合 進行必要的連接，以使多個近似三明治結構的發光二極體20能夠 均勻的發光，但此連接方式並非本發明的特徵，因此不再詳述。此 外，要強調的是，在本發明的實施例中，由於發光二極體20的主 體部分已被透明載板30/32封裝成近似三明治的結構，因此，當近 似三明治結構的發光二極體20糹皮切割後，其可以不需要再用其它 的樹脂材料來保護，就能達到發光的功能。
然而，為了〗吏近似三明治結構的發光二才及管20能夠發出高亮 度的光，在本發明的優選實施例中，選4奪在近似三明治結構的發光二才及管20外再加上聚光罩50,且在聚光罩50內側的部分配置反射 層(圖中未示出)，以便配合載板10的第一表面的延長電鍍層121 來形成優選的光反射路徑，以增加發光效率。要說明的是，在本發 明進行加入聚光罩50的步驟，可以如傳統發光二極體的製造方式， 即先將每一顆發光二極體切割成獨立個體後，再逐一加上聚光罩， 而加上聚光罩的方式可以4吏用月交著方式來黏合，也可以使用固定件 來嵌合，本發明並不加以限制；同時，本發明對於聚光罩50的材 質也並未限制，例如塑料材#+。此外，在本發明的實施例中，可 以在完成圖6B的結構後，就先進行聚光罩50的黏合或嵌合，使得 每一個近似三明治結構的發光二極體2(M皮聚光罩50所包覆，如圖 7所示。4艮明顯i也，此方式可以避免近似、三明治結構的發光二才及管 20 一皮汙染，同時也能通過聚光罩50內側的部分配置反射層(圖中 未示出)，並配合載板10的第一表面的延長電鍍層121來形成較佳 的光反射i 各徑，以增加發光效率。
當聚光罩50以黏合或嵌合的方式將每一個近似三明治結構的 發光二極體20包覆後，其中圖7示出了一種單顆近似三明治結構 的發光二極體20的封裝結構；而圖8示出了一種多顆近似三明治 結構的發光二極體20的封裝結構。最後，根據切割線101的位置 進行切割，就可完成本發明的本封裝結構。在此要說明的是，聚光 罩50可以製成半J求形，如圖7和圖8所示；然而，聚光罩50也可 以製成其它的幾何形狀，特別是在封裝多個近似三明治結構的發光 二;f及管20以作為照明光源或背光光源時，其也可製成平面式的結 構。
很明顯地，當本發明圖8所示的封裝結構與電源裝置連接時， 其可形成一種直下式的背光模塊，因此當本發明的背光模塊與液晶 面板(圖中未示出)連接時，即可作為液晶顯示裝置、液晶電—見或 3C產品顯示屏的背光才莫塊。此時，可以選拷^吏用平面型的聚光罩
1650來降低背光模塊的厚度。此外，當圖8所示的封裝結構中的多個
近似三明治結構的發光二極體20由至少一個紅光發光二極體、至
少一個糹錄光發光二才及管以及至少一個藍光發光二才及管組成時，其可 形成一個照明光源。
雖然本發明以前述的優選實施例4皮露如上，然而其並非用以限 定本發明，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明的精 神和範圍的情況下，應當可作一些更改和z修飾，因此本發明的保護 範圍應當以隨後所附的;f又利要求所限定的為準。
主要組件符號說明
10 載板
110 電i妄4妄點只寸
121 上表面延長電4度層
20 發光二極體晶粒
203 磊晶堆棧結構
207 上電極
30/32 透明栽板
302 金屬層開口
50 聚光罩
101 切割線
12 貫穿孔洞
122 下表面延長電l度層
201 基板
205 透明導電層
209 下電層
300 金屬層
40 電連4妻元件
權利要求
1. 一種發光二極體的封裝結構，包括載板，其具有第一表面和第二表面，其上配置有多個貫穿所述第一表面和所述第二表面的孔洞，並且每一所述孔洞由導電材料填滿；發光二極體，其具有發光功能的半導體層的兩側邊上配置有N電極和P電極；第一透明載板，其上配置金屬層，所述金屬層與所述發光二極體的N電極和所述載板的第一表面上的導電材料電連接；第二透明載板，其上配置金屬層，所述金屬層與所述發光二極體的P電極和所述載板的第一表面上的另一導電材料電連接；以及多個電連接元件，其與所述載板的所述第二表面上的所述導電材料電連接。
2. —種發光二極體的封裝結構，包括-.載板，其具有第一表面和第二表面，其上配置有多個貫 穿所述第 一表面和所述第二表面的孔洞，並且每一所述孔洞由 導電材料填滿；發光二極體，其具有發光功能的半導體層的兩側邊上配 置有N電才及禾口 P電才及；第一透明載板，其上配置金屬層，所述金屬層與所述光 二極體的N電極和所述載板的第 一表面上的導電材料電連接；第二透明載板，其上配置金屬層，所述金屬層與所述光 二極體的P電極和所述載板的第一表面上的另一導電材料電連接；多個電連接元件，其與所述載板的所述第二表面上的所 述導電材津+電連衝姿；以及聚光罩，用以包覆所述載才反的第一表面、所述發光二招^ 管、所述第一透明載板以及所述第二透明載板。
3. —種光源裝置的封裝結構，包括載板，其具有第一表面和第二表面，其上配置有多個成 對且貫穿所述第 一表面和所述第二表面的孔洞，並且每一所述 孑L洞由導電才才泮十i真滿；多個發光二極體，與所述載板上的多個成對的導電材料 電連糹妄；以及多個電連4妄元件，其與所述載—反的所述第二表面上的所 述導電材料電連接；其中每一 所述發光二極體的結構包括N電才及和P電極，其配置在具有發光功能的半導體 層的兩側邊上；第一透明載板，其上配置金屬層，所述金屬層與所述 發光二極體的N電極和所述載板的第一表面上的導電材 料電連接；以及第二透明載板，其上配置金屬層，所述金屬層與所述 發光二極體的P電極和所述載板的第一表面上的導電材 料電連接。
4. 根據權利要求3所述的封裝結構，其中，所述多個發光二極體由紅光發光二極體、綠光發光二極體以及藍光發光二極體組成。
5. —種光源裝置的封裝結構，包括載板，其具有第一表面和第二表面，其上配置有多個成 對且貫穿所述第一表面和所述第二表面的孔洞，並且每一所述 孑L洞由導電材^1"填滿；多個發光二極體，與所述載板上的多個成對的導電材料 電連接；多個電連4妄元件，其與所述載一反的所述第二表面上的所 述導電材並+電連4妻；以及聚光罩，用以包覆所述載才反的第一表面、所述發光二^L 管、所述第一透明載板以及所述第二透明載板；其中每一所述發光二極體的結構包括N電才及和P電才及，其配置在具有發光功能的半導體 層的兩側邊上；第一透明載板，其上配置金屬層，所述金屬層與所述 發光二極體的N電極和所述載板的第一表面上的導電材 泮+電連4妄；以及第二透明載板，其上配置金屬層，所述金屬層與所述 發光二極體的P電極和所述載板的第一表面上的導電材 料電連接。
6. 根據權利要求5所述的封裝結構，其中，所述載板的所述第一 表面和所述第二表面的孔洞的周圍附近均配置有所述導電材 衝牛的延長部分。
7. —種背光模塊，至少由平面光源裝置以及電源裝置組成，其特徵在於所述平面光源裝置的結構包括載板，其具有第一表面和第二表面，其上配置有多個 成對且貫穿所述第一表面和所述第二表面的孔洞，並且每 一所述孔洞由導電材剩-;真滿；多個發光二極體，與所述載板上的多個成對的導電材 料電連接；多個電連4妻元件，與所述載;^反的所述第二表面上的所 述導電材坤牛電連^妄；以及聚光罩，用以包覆所述載板的第一表面、所述發光二 極管、所述第一透明載板以及所述第二透明載板；其中每一所述發光二極體的結構包括N電才及和P電4及，其配置在具有發光功能的半 導體層的兩側邊上；第一透明載板，其上配置金屬層，所述金屬層與 所述發光二極體的N電極和所述載板的第一表面上 的導電材料電連接；以及第二透明載板，其上配置金屬層，所述金屬層與 所述發光二極體的P電極和所述載糹反的第一表面上 的導電材料電連接。
8. —種直下式液晶顯示裝置，至少由液晶面4反、控制裝置以及背 光才莫塊組成，而所述背光才莫塊至少由平面光源裝置以及電源裝 置組成，其中，所述背光模塊的特徵在於所述平面光源裝置的結構包括載板，其具有第一表面和第二表面，其上配置有多 個成對且貫穿所述第一表面和所述第二表面的孔洞，並 且每一所述孔洞由導電材料填滿；多個發光二極體，與所述載板上的多個成對的導電材料電連接；多個電連接元件，與所述載板的所述第二表面上的 所述導電材料電連接；以及聚光罩，用以包覆所述載板的第一表面、所述發光 二極體、所述第一透明載一反以及所述第二透明載板；其 中每一所述發光二極體的結構包括N電才及和P電4及，其配置在具有發光功能的半 導體層的兩側邊上；第一透明載^f反，其上配置金屬層，所述金屬層 與所述發光二極體的N電極和所述載板的第一表面 上的導電材料電連4妄；以及第二透明載板，其上配置金屬層，所述金屬層 與所述發光二才及管的P電4及和所述載才反的第一表面 上的導電材料電連接。
9. 一種發光二極體的封裝方法，包括提供第一透明載板，其上配置多個獨立且大小相同的金 屬層；提供多個發光二極體，每一所述發光二極體的具有發光 功能的半導體層的兩側邊上配置有N電#及和P電才及；貼附所述發光二4及管，將所述多個發光二極體上的所述N 電極側逐一貼附並電連接至所述第一透明載板的每一所述金屬層上；提供第二透明載板，其上配置多個獨立且大小相同的金 屬層，每一所述金屬層與所述第 一透明載板的每一所述金屬層 相對應；貼附所述第二透明載板，將所述第二透明載板上的每一 所述^r屬層貼附並電連接至每一所述發光二極體的所述P電 極側，以便形成一種發光二極體配置於所述第一透明載板與所 述第二透明載澤反之間的近似三明治結構；以及切割所述近似三明治結構，以形成多個獨立且具有所述 近似三明治結構的發光二極體，其中每一所述具有近似三明治 結構的發光二極體的至少 一 個端面上曝露所述第 一 透明載板 與所述第二透明載板上的部分金屬層。
10.一種發光二極體的封裝方法，包括提供第一透明載板，其上配置多個獨立且大小相同的金 屬層；提供多個發光二極體，每一所述發光二極體的具有發光 功能的半導體層的兩側邊上配置有N電一及和P電才及；貝佔附所述發光二極體，將所述多個發光二極體上的所述N 電極側逐一貼附並電連接至所述第一透明載板的每一所述金 屬層上；提供第二透明載板，其上配置多個獨立且大小相同的金 屬層，每一所述金屬層與所述第 一透明載板的每一所述金屬層 相對應；貼附所述第二透明栽板，將所述第二透明載才反上的每一 所述金屬層貼附並電連接至每一所述發光二極體的所述P電 極側，以便形成一種發光二才及管配置於所述第 一透明載糹反與所述第二透明載—反之間的近似三明治結構；切割所述近似三明治結構，以形成多個獨立且具有所述 近似三明治結構的發光二才及管，其中每一所述具有近似三明治 結構的發光二極體的至少一個端面上曝露所述第一透明載板 與所述第二透明載板上的部分金屬層；提供載板，其具有第一表面和第二表面，其上配置有多 個成對且貫穿所述第一表面和所述第二表面的孔洞，並且每一 所述孔洞由導電材料填滿；貝佔附所述近似三明治結構的發光二極體，將每一所述近 似三明治結構的發光二極體的所述第 一透明載板與所述第二 透明載板上曝露的部分金屬層貼附並電連接至每一成對的導 電材料上；形成多個電連4姿元件，每一所述電連4妻元件電連衝妻至所 述載板的所述第二表面上的所述導電材料；以及切割所述載板，以形成多個具有近似三明治結構的發光 二極體的封裝結構。
全文摘要
本發明披露了一種具有豎立式發光二極體的封裝結構，包括載板，其具有第一表面和第二表面，載板上配置有多個貫穿第一表面和第二表面的孔洞，且每一孔洞由導電材料填滿；具有發光功能的半導體層的兩側邊上配置有N電極和P電極的發光二極體；第一透明載板，其上配置金屬層，該金屬層與發光二極體的N電極和載板的第一表面上的導電材料電連接；第二透明載板，其上配置金屬層，金屬層與發光二極體的P電極和載板的第一表面上的導電材料電連接；以及多個電連接元件，與載板的第二表面上的多個導電材料電連接。本發明提供的豎立式發光二極體的封裝結構，使得發光二極體被電極遮蔽的部分減少，因此可以達到較高的發光效率。
文檔編號H01L23/48GK101425554SQ20071016437
公開日2009年5月6日 申請日期2007年10月30日 優先權日2007年10月30日
發明者葉秀慧 申請人:葉秀慧