覆晶式發光二極體封裝結構及其封裝方法
2023-07-07 01:11:36
專利名稱：覆晶式發光二極體封裝結構及其封裝方法
技術領域：
本發明是關於一種發光二極體(Light Emitting Diode，LED)的封裝結構，尤其是關於一種具有高散熱效率的覆晶式LED封裝結構及其封裝方法。
背景技術：
LED光源由於具有體積小、耗電量低、使用壽命長等特性，在可預見的未來，將可取代目前燈泡或日光燈源等照明設備或其他顯示裝置的發光源，而成為最重要的發光元件。然而，為提高發光源的整體亮度，勢必要提高發光功率或增加LED裝設的數目或密度，但如此設置將大幅增加LED光源的產熱量，若該些熱量無法儘快導出，將嚴重影響LED的發光亮度，同時加速LED的劣化狀況而縮短使用壽命。
為改善LED的散熱效率，現有的如圖1所示的LED封裝結構。該現有技術中，LED 10是通過共晶(eutectic)結合方式形成一共晶層30而和鋁基板20相接合。鋁基板20表面預定區域內分別形成一絕緣層21，該絕緣層21表面再形成一焊墊22，各焊墊22分別與第一電極11以及第二電極12以導接線23電性連接。前述方式雖然可通過共晶層30將LED 10所產生的熱量通過傳導方式，透過鋁基板20傳出來從而增加散熱效率，但因藍寶石層13的阻礙，致使散熱效果不理想，且在該種封裝方式中，第一電極11與第二電極12皆位於LED 10發光層的上方，將遮蔽部分的出射光，對於LED 10的發光面積有相當程度的縮減，而影響其發光效率。
因此，為避免前述缺失，即產生如圖2所示以覆晶(flip chip)接合方式進行封裝的技術。其中，LED 10在倒置後與印刷電路板40相接合。印刷電路板40在表面預定位置分別設有一焊墊41，焊墊41和印刷電路板40中的導接線42電性連接。LED 10接合時，通過金屬凸塊43分別將第一電極11與第二電極12與焊墊41相連接。以此封裝方式雖然可改善前述光遮蔽所產生發光效率減少的缺點，但LED 10所產生的熱量卻僅可透過金屬凸塊43傳導至印刷電路板40，一方面傳導的接觸面積小，另一方面印刷電路板40的導熱率有限，而且無法使LED 10整體散熱效率能夠有效地改善，因而仍存有前述LED劣化與因受高溫而使光度縮減的缺點。
發明內容
為了改善現有LED封裝時發光效率的不足，同時提升LED的散熱效率，本發明將提供一種以覆晶技術將LED以共晶方式與導熱基板相結合的封裝結構與封裝方法，使LED發光部分不受局限，而能維持最佳的發光效率，並且同時能將所產生的熱量以較大的接觸面積和熱傳導效率，傳導至高導熱係數的導熱基板上，不僅能大幅提高LED的散熱效能，使LED避免處於高溫之下，從而增加LED的使用壽命，而且能進一步提高LED的發光亮度。
本發明覆晶式發光二極體封裝結構，包括一導熱基板，該導熱基板表面在一預定區域內形成一絕緣層，該絕緣層表面形成一焊墊；以及一LED，該LED以覆晶方式接合在該導熱基板上，該LED包括有一第一電極與一第二電極，該第一電極與該導熱基板間共晶結合有一共晶層從而電性連接，而該第二電極與該焊墊電性連接。共晶層可以先在該導熱基板上該第一電極相對應處鍍上一鍍金層後，再與該第一電極加熱共晶而形成；其亦可在該導熱基板上該第一電極相對應處與該第一電極間夾設一金片，再加熱共晶而形成。其中，該導熱基板可以是一鋁(Al)板、銅(Cu)板、氮化鋁(AlN)或其他高導熱係數的金屬或介質層，但並不僅限於此。
本發明的封裝結構，LED發光層所發散的光線不會受到電極的遮蔽，所以有較佳的發光效率。且其所產生的熱能可以通過較大接觸面積的共晶層直接導出，而不需要和現有技術那樣透過導熱係數較差的藍寶石層傳遞，所以能迅速將熱能傳導至高導熱係數的導熱基板上，使LED溫度能夠儘快降低，因而使得LED不但能夠維持較佳的發光效率，而且有最佳的導熱散熱效率。
以下將配合圖式進一步說明本發明的實施方式，下述所列舉的實施例是用來闡明本發明，而不是用來限定本發明的範圍，任何熟悉本技術領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出一些變化或者潤飾，因此本發明的保護範圍應當以權利要求的保護範圍為準。
圖1是現有LED封裝結構的示意圖。
圖2是現有覆晶式LED封裝結構的示意圖。
圖3是本發明實施例的示意圖。
圖4是本發明封裝方法實施例的示意圖。
圖5是本發明另一封裝方法實施例的示意圖。
具體實施例方式
參見圖3，該圖是本發明實施例的示意圖。本發明覆晶式發光二極體封裝結構，包括一LED 50與一導熱基板60，該LED 50是以覆晶方式封裝於導熱基板60上。
LED 50，其包括一第一電極51與一第二電極52，第一電極51與第二電極52位於LED 50表面的同側。電極可利用物理蒸鍍(Physical VaporDeposition，PVD)方式鍍上鈦(Ti)、鋁或金(Au)等金屬層，再經金屬融合而製成。在一般氮化鎵(GaN)LED晶粒上，第一電極51可與P型氮化鎵(P-GaN)層電性連接而成為P型電極，而第二電極52則可與N型氮化鎵(n+GaN)層電性連接而成為N型電極，電極設置的方式在此僅為示範說明用，並不限於該上述方式。此外，為配合本發明覆晶接合方式，第一電極51在蒸鍍形成時可擴大其面積並配合厚度的調整，使在將來共晶接合時，第一電極51與第二電極52能夠緊密接合在導熱基板60上，並同時有較大的接觸面積。通過第一電極51以及第二電極52與電流導通後，就可以在LED 50內產生亮光。
導熱基板60，是一高導熱係數的鋁板(231W/m×K)、銅板(385W/m×K)或氮化鋁(320W/m×K)板，但並不僅限於此，其導熱係數在室溫下可達100W/m×K以上者為較佳。在本發明覆晶結合方式中，導熱基板60除具導熱散熱功能外，還必須能夠導電，故該導熱基板60也需要導電性好的材料，前述數種材料中以鋁板、銅板為較佳。導熱基板60與LED 50接合前，先在導熱基板60表面上與第二電極52相對應的預定定義區域內形成一絕緣層61。絕緣層61可利用二氧化矽(SiO2)或氮化矽(Si3N4)以化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)沉積在導熱基板60表面，而沉積所利用的材料和方式並不僅限於前面所屬的材料和方式。隨後，再在絕緣層61表面形成一金屬材料的焊墊62，作為與第二電極52電性連接的介質層。由於第一電極51已與具有導電性的導熱基板60電性連接，所以不需要進行打線，而第二電極52則可通過與焊墊62的電性連接，打線於焊墊62上，而形成電流導通的狀態。
LED50以覆晶方式接合在導熱基板60時，第二電極52可與焊墊62電性連接，而第一電極51則與導熱基板60相對應表面間同時共晶接合一共晶層63。因此，LED 50所產生的高熱可通過第一電極51並透過共晶層63直接傳導到具有高導熱係數的導熱基板60上，迅速將熱量加以散逸，而能夠使LED50維持適當的溫度。和現有技術相比，利用覆晶方式封裝除了可以使LED 50有較大發光面積外，最重要的是可將LED 50發光層所產生的熱量直接由更為接近的共晶層63導出，而無需和現有技術那樣透過導熱係數較差的藍寶石層53，所以能明顯提升其導熱性。另一方面，透過大面積共晶層的接觸傳導，也能增加導熱速率，而大幅改善現有技術中利用金屬凸塊導熱速率不足的缺點。
共晶層30形成的方式請參閱圖4和圖5。共晶接合前可先在導熱基板60上該第一電極51相對應處鍍上有一鍍金層631，再與該第一電極51在適當溫度處理下進行共晶接合。此外，其也可以在導熱基板60上該第一電極51相對應處與該第一電極51之間夾設一金片632(請參閱圖5)，再在適當溫度處理下進行共晶接合。當第一電極51具銅金屬層時，則可形成一銅/金或銅/金/鋁的共晶層63。共晶接合所使用的金屬與方法，並不限於前述的金屬和方法，但以導熱係數較高的金屬為佳。
權利要求
1.一種覆晶式發光二極體封裝結構，其特徵在於包括一導熱基板，該導熱基板表面在一預定區域內形成一絕緣層，該絕緣層表面形成一焊墊；以及一LED，該LED以覆晶方式接合在該導熱基板上，該LED包括有一第一電極與一第二電極，該第一電極與該導熱基板間共晶結合有一共晶層從而電性連接，而該第二電極則與該焊墊電性連接。
2.如權利要求1所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其特徵在於，所述導熱基板是一鋁板。
3.如權利要求1所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其特徵在於，所述導熱基板是一銅板。
4.如權利要求1、2或3所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其特徵在於，所述絕緣層是一二氧化矽層。
5.如權利要求1所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其特徵在於，所述共晶層是銅/金共晶。
6.如權利要求1所述的覆晶式發光二極體封裝結構，其特徵在於，所述共晶層是銅/金/鋁共晶。
7.一種覆晶式發光二極體封裝方法，其特徵在於包括下列步驟(1)提供一導熱基板；(2)在該導熱基板表面一預定區域內形成一絕緣層，並在該絕緣層表面形成一焊墊；(3)提供一LED，該LED包括一第一電極與一第二電極；以及(4)將該LED以覆晶方式進行接合，結合時在該第一電極與該導熱基板間共晶接合一共晶層從而電性連接，並同時使該第二電極與該焊墊電性連接。
8.如權利要求7所述的覆晶式發光二極體封裝方法，其特徵在於，所述該導熱基板是一鋁板。
9.如權利要求7或8所述的覆晶式發光二極體封裝方法，其特徵在於，所述共晶層是先在該導熱基板上該第一電極相對應處鍍上一鍍金層，再與該第一電極加熱共晶而形成。
10.如權利要求7或8所述的覆晶式發光二極體封裝方法，其特徵在於，所述共晶層是在該導熱基板上該第一電極相對應處與該第一電極間夾設一金片，再加熱共晶而形成。
全文摘要
本發明公開了一種具有高散熱效率的覆晶式LED封裝結構及其封裝方法。本發明的覆晶式發光二極體封裝結構，將一LED以覆晶技術配合共晶接合方式封裝在一導熱基板上，該結構包括一導熱基板，該導熱基板表面在一預定區域內形成有一絕緣層，該絕緣層表面形成有一焊墊；以及一LED，該LED以覆晶方式接合在該導熱基板上，該LED包括有一第一電極與一第二電極，該第一電極與該導熱基板間共晶結合有一共晶層從而電性連接，而該第二電極則與該焊墊電性連接。
文檔編號H01L21/02GK101030613SQ20061005839
公開日2007年9月5日 申請日期2006年3月3日 優先權日2006年3月3日
發明者董經文 申請人:廣鎵光電股份有限公司