专利名称：发光二极管的封装结构与封装制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光源结构及其制作方法，且特别是涉及一种发光二极管的封装结 构以及封装制作工艺。
背景技术：
发光二极管(Light Emitting Diode,LED)由于具有高亮度、反应速度快、体积小、 污染低、高可靠度、适合量产等优点，因此发光二极管在照明领域或是消费性电子产品的开 发应用也将越来越多，目前已将发光二极管广泛地应用在大型看板、交通号志灯、手机、扫 描器、传真机的光源以及照明装置等。基于上述可知，发光二极管的发光效率以及亮度需 求将会越来越受到重视，是故高亮度发光二极管的研究开发将是固态照明应用上的重要课 题。发光二极管已经在某些应用领域中取代荧光灯与白炽灯，而作为例如需求高速反 应的扫描器灯源、投影装置的灯源、液晶显示器的背光源或前光源，汽车仪表板上的照明灯 源，交通号志的灯源以及一般照明装置的灯源等等。相较于传统灯管，发光二极管具有例如 体积较小、使用寿命较长、驱动电压/电流较低、结构强度较高、无汞污染以及高发光效率 (节能)等显著优势。图1为一种传统的白光发光二极管封装结构的剖视图。如图1所示，在此传统的发 光二极管封装结构100中，发光二极管芯片110接合至载具120的一凹陷122的底面122a。 由发光二极管芯片110发出的部分光线152会被分布在树脂140内的荧光粒子130转换， 而输出白光154。然而，由于在树脂140内由发光二极管芯片110出射的光对应于不同的出 射角(如9 1、9 2)，其光路径(如LI、L2)的长度不同，因而会产生色差现象(chromatic aberration)，如颜色偏黄(yellowish)等问题。如此一来，白光发光二极管封装结构100 的出光效果会变差，而输出光的颜色也不均勻。另外，现有也提出一种发光二极管封装结构，其具有采用晶片级制作工艺形成的 荧光涂布层。此荧光涂布层共形并全面覆盖发光二极管芯片以及载具，以输出均勻的白光。 然而，由于此种荧光涂布层需要进行晶片级的涂布来形成，因而制作成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光二极管封装结构，其可提供均勻的输出光，且具 有高输出光效率以及低制作成本。本发明另提供一种发光二极管封装结构，其具有混杂荧光粒子的薄层封装胶体， 用于改善输出光品质。本发明更提供一种制作上述发光二极管封装结构的封装制作工艺。在本发明的一实施例中，发光二极管封装结构包括一载具、一发光二极管芯片、一 第一封胶、至少一焊线、多个荧光粒子以及一第二封胶。发光二极管芯片配置于载具上，且 发光二极管芯片具有至少一电极。第一封胶配置于载具上并且覆盖发光二极管芯片。第一封胶具有至少一预先形成的开孔，用以暴露出所述电极的至少一部分。焊线经由所述预先 形成的开孔而电连接于电极与载具之间。荧光粒子分布于第一封胶之内。第二封胶配置于 载具上并且包封发光二极管芯片、第一封胶以及焊线。在本发明的一实施例中，发光二极管封装制作工艺包括下列步骤。首先，配置多个 发光二极管芯片于一基板上，其中每一发光二极管芯片具有至少一电极。接着，分别形成至 少一牺牲凸块于每一发光二极管芯片的电极上。然后，形成一第一封胶于基板上，以覆盖 发光二极管芯片以及每一发光二极管芯片上的牺牲凸块，其中第一封胶内混合多个荧光粒 子。接着，从第一封胶的一顶侧薄化第一封胶，以暴露每一发光二极管芯片上的至少一牺牲 凸块的一顶部。蚀刻每一发光二极管芯片上的牺牲凸块，以在第一封胶内形成对应于牺牲 凸块位置上的开孔。开孔暴露每一发光二极管芯片的电极的至少一部分。接着，进行一单 体化步骤，以分离发光二极管芯片，并得到多个发光二极管单元。然后，接合所述多个发光 二极管单元中的一个至一载具，并且通过通过开孔的至少一焊线将发光二极管单元的发光 二极管芯片的电极电连接至载具。之后，形成一第二封胶于载具上，以包封发光二极管单元 以及至少一焊线。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图 作详细说明如下。
图1为一种传统的白光发光二极管封装结构的剖视图2为依据本发明的一实施例的一种发光二极管封装结构的剖视图3为依据本发明的另一实施例的一种发光二极管封装结构的剖视图4为依据本发明的又一实施例的一种发光二极管封装结构的剖视图5为依据本发明的一实施例的一种用以制作图2-图4所示的发光二极管封装
结构的封装制作工艺的流程图6A-图6H依序为图5的发光二极管封装制作工艺的剖视图7A-图7H依序为本发明的另--实施例的发光二极管封装制作工艺的剖视图8A-图8H依序为本发明的另--实施例的发光二极管封装制作工艺的剖视图。
主要元件符号说明
100 发光二极管封装结构110发光二极管芯片
120 载具122载具的凹陷
122a:凹陷的底面130荧光粒子
140 树脂152光线
154 白光e 1.、9 2:出射角
L1、L2 光路径210 载具
200 发光二极管封装结构210a 载具的顶面
212:载具的凹陷220发光二极管芯片
220a:发光二极管芯片的顶面222第一电极
220b:发光二极管芯片的底面224第二电极
230a 第一封胶的顶面230第一封胶
230b 第一封胶的底面240 焊线244 第二焊线260 第二封胶300 发光二极管封装结构400 发光二极管封装结构602 发光二极管单元610b 基板的侧面622:第一电极630:牺牲凸块640 第一封胶640b 第一封胶的侧面650 荧光粒子664 第二焊线680 衬层690 载具
具体实施例方式图2为依据本发明的一实施例的一种发光二极管封装结构的剖视图。如图2所 示，发光二极管封装结构200包括载具210、发光二极管芯片220、第一封胶230、至少一焊 线240、多个荧光粒子250及第二封胶260。在本实施例中，载具210例如是预封型的金属 导线架，其具有凹陷212。在其他实施例中，载具210还可以是一般后封型(post-molded) 的金属导线架或线路基板，如陶瓷基板。然而，本发明并不限制载具210的型态。发光二极管芯片220配置于载具210上。发光二极管芯片220可通过例如打线技 术(wire bonding technique)而接合并电连接至载具210。实际上，发光二极管芯片220 具有至少一电极，发光二极管芯片220与载具210之间的连接方式取决于发光二极管芯片 220的电极的数量与配置。举例而言，如本实施例的图2所示，发光二极管芯片220具有第 一电极222以及第二电极224 (或甚至更多电极)共同设置于发光二极管芯片220的顶面 220a上，且第一电极222以及第二电极224分别通过第一焊线242以及第二焊线244而电 连接至载具210。然而，在另一实施例中(未绘示)，发光二极管芯片可具有一顶电极，其 通过一焊线电连接至载具210 ；以及，一底电极，附着并电连接至载具210。第一封胶230配置于载具210上并且覆盖发光二极管芯片220。更具体而言，第一 封胶230具有预先形成的开孔232，用以暴露出第一电极222的至少一部分以及第二电极 224的至少一部分。由于开孔232是被预先形成于第一封胶230中，因此第一焊线242以及 第二焊线244可分别通过各自对应的预先形成的开孔232而电连接于第一电极222与载具 210之间以及第二电极224与载具210之间。如图2所示，第一封胶230的顶面230a可以具有图案或是表面形貌的变化，以增 强发光二极管封装结构200的光萃取效率(光萃取效率)。第一封胶230的材质可以是 透明聚合物(transparent polymer)或是半透明聚合物(translucent polymer)，例如软
232 第一封胶的开孔 242 第一焊线 250 荧光粒子 260a 第二封胶的顶面 360 封胶 410 载具 610 基板
620 发光二极管芯片 624 第二电极 632 牺牲凸块的顶部 640a 第一封胶的底面 642 第一封胶的开孔 662 第一焊线 670 第二封胶 680a 衬层的底面胶(soft gel)、弹性物质(elastomer)或是树脂(resin)，其中树脂可为环氧树脂(印oxy resin)、娃胶(silicone)或是环氧-娃胶混合树月旨(epoxy-silicone hybrid resin)。 此外，第一封胶230可以掺杂有机填充物(organic filler)或无机填充物(inorganic filler)。在此，第一封胶230内的填充物的材料可以选自二氧化硅(Si02)、二氧化钛 (Ti02)、氧化铝(A1203)、氧化钇(Y203)、碳黑(carbon black)，烧结钻石粉末(sintered diamond powder)、石棉(asbestos)、玻璃(glass)及其组合所组成的族群其中之一。荧光粒子250分布于第一封胶230内。掺有荧光粒子250的第一封胶230覆盖发 光二极管芯片220，使得发光二极管芯片230射出的光线(如蓝光)可以被荧光粒子250转 换为不同颜色的光线(如绿光、黄光或红光)。然后，不同颜色的光线被混合以产生白光。 在本实施例中，除了第一电极222被暴露的部分、第二电极224被暴露的部分以及发光二极 管芯片220面向载具210的底面220b以外，第一封胶230覆盖发光二极管芯片220的其余 区域。此外，发光二极管芯片220的底面220b会与第一封胶230的底面230b共平面.荧光粒子250的材质可以是热致发光材料(thermal-luminescent material)或 是电致发光材料(electro-luminescent material)。更具体而言，荧光粒子250的材质可 以选自(YGdTb)3(AlGa)5012:Ce、(SrBaCaMg)2Si04:Eu、(Sr，Ba，CaMg)3Si05:Eu、CaAlSiN3:Eu、 CaSc04:Ce、Ca10(P04)FC1: SbMn、M5(PCM) 3C1:Eu、BaBg2Al16027:Eu、Ba、Mg2Al16027:Eu、Mn、 3. 5Mg0 .0. 5MgF2 Ge02:Mn、Y202S:Eu、Mg6As2011:Mn、Sr4Al14025:Eu、(Zn，Cd) S:Cu、SrAl204:Eu、 Ca10 (P04) 6ClBr:Mn、Eu、Zn2Ge04:Mn、Gd202S:Eu、La202S:Eu 及其组合所组成的族群中的一个。 其中，M为选自锶(Sr)、钙(Ca)、钡(Ba)、镁(Mg)或其组合所组成的族群中的一种碱土金属 (alkali earth metal)0第二封胶260配置于载具210上，并且包封发光二极管芯片220、第一封胶230、第 一焊线242以及第二焊线244。在此，第二封胶260的材质可以是透明聚合物(transparent polymer)或是半透明聚合物(translucentpolymer)，例如软胶(soft gel)、弹性物质 (elastomer)或是树脂(resin)，其中树脂可为环氧树脂(印oxy resin)、硅胶(silicone) 或是环氧-硅胶混合树脂(印oxy-silicone hybrid resin) 0此外，第二封胶260可以掺杂 有机填充物(organicfiller)或无机填充物(inorganic filler)。在此，第一封胶230内的 填充物的材料可以选自二氧化硅(Si02)、二氧化钛(Ti02)、氧化铝(A1203)、氧化钇(Y203)、 碳黑(carbon black)，烧结钻石粉末(sintered diamond powder)、石棉(asbestos)、玻璃 (glass)及其组合所组成的族群其中之一。本实施例是采用预封型金属导线架作为载具210来形成发光二极管封装结构 200，可被称为塑胶引脚芯片载具(plastic leaded chip carrier,PLCC)封装结构。其中， 载具210的凹陷212填充有第二封胶260，第二封胶260的顶面260a会与载具210用以环 绕凹陷212的顶面210a共平面。然而，本发明的其他实施例更可采用不同形状的封胶或是不同型态的载具，来形 成不同型态的发光二极管封装结构。图3为依据本发明的另一实施例的一种发光二极管封 装结构的剖视图。如图3所示，封胶360实质上为一凸形透镜的形状，以增强发光二极管封 装结构300的光萃取效率。图4为依据本发明的又一实施例的一种发光二极管封装结构的 剖视图。如图4所示，发光二极管封装结构400采用陶瓷基板作为载具410。本发明更提出制作前述发光二极管封装结构的封装制作工艺。图5为依据本发明的一实施例的一种用以制作前述图2-图4所示的发光二极管封装结构的封装制作工艺的 流程图。图6A-图6H依序为图5的发光二极管封装制作工艺的剖视图。图5与图6A-图6H 所示的封装制作工艺为晶片级的制作工艺，用以形成多个发光二极管单元，并将发光二极 管单元与载具进行封装，以形成如前述实施例所示的发光二极管封装结构200、300或400。首先，如图6A所示，在步骤S1中，提供基板610，并且配置多个发光二极管芯片 620于基板610上。每一发光二极管芯片620具有至少一电极，例如第一电极622以及第二 电极624。在此，基板610的材质可为酸溶性(acid-soluble)金属，如金、钯(palladium)、 铜、铝、铁等，或是选自铜、铝、锡、铁及其组合所组成的族群的一的金属合金。然后，如图6B所示，在步骤S2中，多个牺牲凸块630被形成于每一发光二极管芯 片620的第一电极622以及第二电极624上。每一牺牲凸块630可以由一或多个打线凸块 或是焊球凸块所组成。牺牲凸块630的材质可为酸溶性金属，如金、钯(palladium)、铜、铝、 铁等，或是选自铜、铝、铁、镍、铅及其组合所组成的族群的一的金属合金。接着，如图6C所示，在步骤S3中，第一封胶640被形成于基板610上，以覆盖发光 二极管芯片620及其上的牺牲凸块630。第一封胶640内掺有多个荧光粒子650。此外，第 一封胶640可采点胶、印刷或是灌模等方式形成。之后，如图6D所示，在步骤S4中，由第一封胶640的顶侧来薄化第一封胶640，以 露出每一牺牲凸块630的顶部632。第一封胶640可通过研磨(grinding)、化学蚀刻或是 切片(slicing)等方式来被薄化。在此步骤中，第一封胶640的厚度可以被精确地控制，以 得到薄层的第一封胶640，而有助于提升出光品质。然后，如图6E所示，在步骤S5中，牺牲凸块630被蚀刻，以在第一封胶640内留下 多个开孔642。所述多个开孔642分别暴露出每一发光二极管芯片620的第一电极622或 第二电极624的至少一部分。此外，基板610也可在步骤5中被移除，其中移除基板610的 方法包括蚀刻、机械去除或研磨。举例而言，当牺牲凸块630以及基板610皆为酸溶性材质， 则基板610可与牺牲凸块630同时通过酸蚀刻来移除。接着，如图6F所示，在S6中，进行单体化步骤，以分离多个发光二极管芯片620并 得到多个发光二极管单元602。具体而言，可通过刀具(未绘示)切割相邻的两发光二极管 芯片620之间的第一封胶640。之后，如图6G所示，在步骤S7中，发光二极管单元602被接合至载具690，并且进 行打线接合制作工艺，以将发光二极管单元602的发光二极管芯片620接合至载具690。具 体而言，发光二极管芯片620的第一电极622以及第二电极624可分别通过通过开孔642 的第一焊线662以及第二焊线664而被电连接至载具690。然后，如图6H所示，在步骤S8中，第二封胶670被形成于载具690上，以包封发光 二极管单元602、第一焊线662以及第二焊线664。第二封胶670可采点胶、印刷或是灌模 等方式形成。举例而言，第二封胶670可以是采用点胶或印刷方式形成如图2A所示的第二 封胶260，或是采用灌模方式形成如图3所示的凸形透镜形状的封胶360。本实施例所采用的预封型金属导线架可具有凹陷，其内填入聚邻苯二甲诜胺 (polyphthalamide, PPA)，环氧丰对月旨封胶(epoxy molding compound, EMC)或液晶聚合物 (liquid crystal polymer，LCP)，以作为反射物。因此，可减低光发散(light dispersion) 并提升出光强度。
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图7A-图7H依序为本发明的另一实施例的发光二极管封装制作工艺的剖视图。本 实施例的封装制作工艺与前述图6A-图6H所绘示的实施例类似，除了 本实施例在配置发 光二极管芯片620于基板610之前，先在基板610上形成多个衬层680 (步骤SO)。因此，如 图7A所示，发光二极管芯片620与基板610之间是被衬层680隔开的。此外，如图7E所示， 因为衬层680被形成于发光二极管芯片620与基板610之间，因此衬层680的底面680a会 与后续形成的第一封胶640的底面640a共平面。在本实施例中，衬层680可以是金层，以使 得后续形成的发光二极管单元602可以采用共晶接合技术(eutectic bonding technique) 被贴附至载具690上。图8A-图8H依序为本发明的另一实施例的发光二极管封装制作工艺的剖视图。本 实施例的封装制作工艺与前述图6A-图6H所绘示的实施例类似，除了 本实施例的步骤S5 并未移除基板610。因此，图8F所示的单一发光二极管芯片620是在步骤S6 (单体化步骤) 中，对基板610以及第一封胶640同时切割所得到的。此外，如图8G所示，发光二极管单元 602被接合至载具690时，两者之间会隔着基板610。另外，如图8F所示，由于基板610在 步骤S5中被保留下来，因此在经过步骤S6(单体化步骤之后，第一封胶640的侧面640b在 垂直方向上会与基板610的侧面610b共平面。综上所述，本发明是在封装层级的制作工艺中形成掺有荧光粒子的封胶，且封胶 具有预先形成的开孔，以供电连接发光二极管芯片至载具之用。通过均勻分布在封胶内的 荧光粒子，可以得到均勻的出光以及达到高发光效率。此外，由于掺有荧光粒子的封胶是在 封装层级的制作工艺中形成，以覆盖发光二极管芯片但不需覆盖整个载具，因此可以降低 发光二极管封装结构的制作成本。另外，由于掺有荧光粒子的封胶内预先形成供发光二极 管芯片电连接至载具的开孔，因此封胶的厚度可以被精确地控制，并且通过薄化封胶的动 作来得到薄层的掺有荧光粒子的封胶，而有助于提升出光品质。虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术 领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明 的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。
权利要求
1.一种发光二极管封装结构，包括 载具；发光二极管芯片，配置于该载具上，且该发光二极管芯片具有至少一电极； 第一封胶，配置于该载具上并且覆盖该发光二极管芯片，该第一封胶具有至少一预先 形成的开孔，用以暴露出该至少一电极的至少一部分；至少一焊线，经由该至少一预先形成的开孔而电连接于该至少一电极与该载具之间； 多个荧光粒子，分布于该第一封胶之内；以及第二封胶，配置于该载具上并且包封该发光二极管芯片、该第一封胶以及该至少一焊线。
2.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中该第一封胶覆盖除了该至少一电极 被暴露的该部分以及该发光二极管芯片面向该载具的一底面以外的该发光二极管芯片的 其余部分。
3.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，该发光二极管芯片的一底面与该第一封 胶的一底面共平面。
4.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，还包括一基板，配置于该发光二极管芯 片与该载具之间，其中该第一封胶的一侧面与该基板的一侧面共平面。
5.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，还包括一衬层，配置于该发光二极管芯 片与该载具之间，其中该衬层的一底面与该第一封胶的一底面共平面。
6.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中该载具具有一凹陷，用以容置该发 光二极管芯片以及该第一封胶。
7.如权利要求6所述的发光二极管封装结构，其中该第二封胶填入该凹陷内，且该第 二封胶的一顶面与该载具的环绕该凹陷的一顶面共平面。
8.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，该第二封胶的外型实质上为一凸形透镜。
9.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中该发光二极管芯片具有一第一电极 以及一第二电极，共同设置于该发光二极管芯片的一顶面上，且该第一电极以及该第二电 极分别经由一第一焊线以及一第二焊线电连接至该载具。
10.一种发光二极管封装制作工艺，包括配置多个发光二极管芯片在一基板上，其中每一发光二极管芯片具有至少一电极； 分别形成至少一牺牲凸块于每一发光二极管芯片的该至少一电极上； 形成一第一封胶于该基板上，以覆盖该些发光二极管芯片以及每一发光二极管芯片上 的该至少一牺牲凸块，其中该第一封胶内混合多个荧光粒子；从该第一封胶的一顶侧来薄化该第一封胶，以暴露每一发光二极管芯片上的该至少一 牺牲凸块的一顶部；蚀刻每一发光二极管芯片上的该至少一牺牲凸块，以在该第一封胶内形成一开孔，该 开孔暴露每一发光二极管芯片的该至少一电极的至少一部分；进行一单体化步骤，以分离该些发光二极管芯片，并得到多个发光二极管单元； 接合该些发光二极管单元其中之一至一载具，并且通过通过该开孔的至少一焊线电连 接该发光二极管单元的该发光二极管芯片的该至少一电极至该载具；以及形成一第二封胶于该载具上，以包封该发光二极管单元以及该至少一焊线。
11.如权利要求10所述的发光二极管封装制作工艺，在该单体化步骤之前并且在形成 该第一封胶之后，该基板是与每一发光二极管芯片上的该至少一牺牲凸块一起经由蚀刻而 被移除。
12.如权利要求10所述的发光二极管封装制作工艺，还包括形成一衬层于每一发光 二极管芯片与该基板之间。
13.如权利要求10所述的发光二极管封装制作工艺，其中该发光二极管单元是隔着该 基板而被接合至该载具上。
14.如权利要求10所述的发光二极管封装制作工艺，其中该第一封胶或该第二封胶中 的至少一个是采点胶、印刷或是灌模方式形成。
全文摘要
本发明公开一种发光二极管的封装结构与封装制作工艺。该发光二极管封装结构包括一载具、一发光二极管芯片、一第一封胶、至少一焊线、多个荧光粒子以及一第二封胶。发光二极管芯片配置于载具上，且发光二极管芯片具有至少一电极。第一封胶配置于载具上并且覆盖发光二极管芯片。第一封胶具有至少一预先形成的开孔，用以暴露出所述电极的至少一部分。焊线经由所述预先形成的开孔而电连接于电极与载具之间。荧光粒子分布于第一封胶之内。第二封胶配置于载具上并且包封发光二极管芯片、第一封胶以及焊线。
文档编号H01L33/52GK102005529SQ201010506989
公开日2011年4月6日 申请日期2010年10月13日 优先权日2010年5月11日
发明者朴隆植, 李善九, 李贤一, 郑铉洙 申请人:日月光半导体制造股份有限公司