改良的发光二极管封装结构与方法
【专利摘要】本发明公开一种改良的发光二极管封装结构与方法，尤其是一种应用与现有技术不同甚或相反的封装流程进行制造，且跳脱了传统的金线接合程序的封装方法与结构。该方法包括以下步骤：(A)提供一具有高透明度的透明基板；(B)形成一光电半导体芯片于该透明基板的一面，该光电半导体芯片具有一出光面与至少二电极，其中，该光电半导体芯片发出的光线通过该透明基板而射出；(C)形成一绝缘层于该透明基板，以部分覆盖该二电极、该光电半导体芯片与该透明基板；及(D)分离地形成至少二金属布线部于该二电极上面，且该二金属布线部分别与该二电极电连接。
【专利说明】
改良的发光二极管封装结构与方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种改良的发光二极管封装方法与结构，尤其是涉及一种应用与现有技术不同甚或相反的封装流程进行制造，且跳脱了传统的金线接合程序的封装方法与结构。
【背景技术】
[0002]发光二极管(light emitting d1de, LED)是一种能发光的半导体电子元件，并且具有节能、省电、高效率、反应时间快、寿命周期时间长、且不含汞、具有环保效益等优点，近年已被普遍应用于照明。一般LED封装不仅要求能够保护LED芯片，而且还要透光等材料上的特殊要求、封装方法与结构。
[0003]一般封装技术中，利用不透明图案化基底，承载LED芯片(chip)与电极，通过金属导线将LED芯片与电极电连接后，在不透明基底与芯片上，以透明材料覆盖整个芯片、金属导线、与不透明基底，固化后形成完成封装。由于封装必须使用透明材料，以利光线的射出，同时具有透镜的功能，无法使用散热效果较佳的不透明金属材料，因此LED芯片的散热必须通过不透明图案化基底来进行。但现有技术中，不透明图案化基底一般使用环氧塑封料(epoxy molding compound)或氧化招(Al2O3)等非金属材料制成，导致被包在基底与封装材料层中间的LED芯片散热效果不佳。同时由于金属导线位于封装材料中，封装材料的热胀冷缩也可能导致金属导线的断裂或是位移，造成接触不良等问题。
[0004]图6A与图6B为依据现有的封装方法产生的两种结构，两者的不同仅在于隔绝体结构的有无以及透明材料固化后形成的封装材料层形状的不同。
[0005]如图6A所示，不透明图案化基底111上已具有电极112、LED管芯113、金属导线114，为了能让透明封装层材料能完整地填充于不透明图案化基底111上方，包含电极112、LED管芯113与金属导线114的空间中，支架115形成于不透明图案化基底111上且环绕LED管芯113，于是形成空间以填装透明封装层材料，其固化后形成透明封装层116完成封装。但由此产生的结构，不仅如同前述的问题外，因为支架115必须高于LED管芯113方能使透明封装层材料覆盖LED管芯113，以达到透镜与保护的功效，同时也必须高于金属导线114方能对其结构进行保护，导致封装后尺寸大小有一定的限制。
[0006]又如图6B所示，不透明图案化基底121上已具有电极122、LED芯片123、金属导线124，并模塑成型(molding)以形成圆弧型的透明封装层126，能避免形成支架的成本与工时，同时透明封装层126的圆弧型结构更能用以调整光线射出的角度。但由此产生的结构，还是难以避免产生如同前述LED芯片散热效果不佳、金属导线的断裂或是位移以及接触不良等问题外，在透明封装层126必须完整包覆LED芯片123与金属导线123，同时需要依据所欲的光线射出的角度来形成足够的弧度等的上述情况下，封装后尺寸大小还是难以避免地无法再做进一步的限缩。
[0007]配合科技的进步，除了产品品质与稳定度之外，同时追求轻、薄、短、小的趋势下，如何解决上述问题以提高产品品质、稳定度，同时缩小封装尺寸，便是本发明所要探讨的课题。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种改良的发光二极管封装方法，其以与现有技术不同甚或相反的封装流程进行制造，且跳脱了传统的金线接合程序(Gold Wire BondingProcesses)，以避免现有技术产生的金属导线的断裂或是位移、接触不良、封装后的体积较大、额外的金线成本与复杂的生产程序导致较高的生产成本等问题。
[0009]本发明的再一目的提供一种改良的发光二极管封装结构，其不需要现有技术中所具备的基材，而以一透明基材取代，该透明基材直接具有载体的功效，且因为透明，所以也具有封装后的透镜功效，更因为是以玻璃为光的传输介质，其透光率较现有的硅胶胶水或环氧树脂胶于固化后的透光率为高；再者，本发明的结构没有现有技术的金属导线，不会有金属导线断裂等的问题，所以本发明的品质较稳定。
[0010]为达上述目的，本发明提供的一种改良的发光二极管封装结构，包括:一透明基板；一光电半导体芯片，具有一出光面与至少二电极，该二电极形成于该光电半导体芯片与该透明基板相邻的一面的一相对面，该出光面位于光电半导体芯片与透明基板相邻的该面；一绝缘层，形成于该透明基板上，部分覆盖该二电极、该光电半导体芯片与该透明基板；及至少二金属布线部，分离地形成于该二电极上面，且分别与该二电极电连接；其中，该光电半导体芯片发出的光线通过该透明基板而射出。
[0011]本发明还提供一种改良的发光二极管封装方法，包括以下步骤:(A)提供一具有高透明度的透明基板；(B)形成一光电半导体芯片于该透明基板的一面，该光电半导体芯片具有一出光面与至少二电极，该二电极形成于该光电半导体芯片与该透明基板相邻的一面的一相对面，该出光面位于光电半导体芯片与透明基板相邻的该面，其中，该光电半导体芯片发出的光线通过该透明基板而射出；(C)形成一绝缘层于该透明基板，以部分覆盖该二电极、该光电半导体芯片与该透明基板；及(D)分离地形成至少二金属布线部于该二电极上面，且该二金属布线部分别与该二电极电连接。
【附图说明】
[0012]图1为本发明的改良的发光二极管封装方法流程图；
[0013]图2为本发明的改良的发光二极管封装结构图；
[0014]图3A-图3G为本发明的改良的发光二极管封装方法步骤对应结构示意图；
[0015]图4A-图4C与5A-图5C为本发明不同实施态样的结构示意图 '及
[0016]图6A-图6B为现有技术的二封装结构侧视图。
[0017]符号说明
[0018]21:透明基板
[0019]21t:表面
[0020]22:光电半导体芯片
[0021]22b:出光面
[0022]23:隔绝体结构
[0023]24:绝缘层
[0024]25:光刻制作工艺
[0025]26:金属层
[0026]26a:金属布线部
[0027]111、121:不透明图案化基底
[0028]112、122:电极
[0029]113、123:管芯
[0030]114、124:金属导线
[0031]115:支架
[0032]116、126:透明封装层
[0033]211:透明长立方体
[0034]212:透明梯形立方体
[0035]213:透明圆弧面体
[0036]221、222:电极
[0037]261、262:分隔区
【具体实施方式】
[0038]本发明是在提供一种改良的发光二极管封装方法与结构，以缩小体积、加速生产、增加良率与使用后的产品品质稳定。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文以实施例配合所附的附图，做详细说明。
[0039]请同时参考图1与图2，为本发明的改良的发光二极管封装方法流程图与本发明的改良的发光二极管封装结构图。如图所示，改良的发光二极管封装方法包括以下步骤:
(SI)提供一具有高透明度的透明基板21，其中，该透明基板21以玻璃制成，且可以为一长立方体、一梯形立方体、或一弧面立方体，以修改该光电半导体芯片22射出的光线的辐射角度；(S2)形成一光电半导体芯片22于该透明基板21的一面，该光电半导体芯片22可以为一发光二极管芯片，且具有一出光面22b与二电极221，222，该二电极221，222形成于该光电半导体芯片22与该透明基板21相邻的一面的一相对面，该出光面22b位于光电半导体芯片22与透明基板21相邻的该面，其中，该光电半导体芯片22发出的光线通过该透明基板21而射出；(S3)于该透明基板21上形成一隔绝体结构23，以围绕该光电半导体芯片22，其中，该隔绝体结构23可以下列任一种方式设置于该透明基材上:印刷(Printing)、点胶(Dispensing)与光刻(Lithography) ； (S4)形成一绝缘层24于该透明基板21，以部分覆盖该二电极221，222、该光电半导体芯片22与该透明基板21 ;及(S5)分离地形成至少二金属布线部26a于该二电极221，222上面，且该二金属布线部26a分别与该二电极221，222电连接。
[0040]以上所述的方法与结构为本发明的一第一方法实施例与利用该第一方法实施例所产生的第一结构实施例。然而，步骤(S3)也可以省略，以产生一不具有隔绝体结构23的改良的发光二极管封装结构，因此而形成一第二方法实施例与利用该第二方法实施例所产生的一第二结构实施例。
[0041]以下将以更详细的【附图说明】本发明的技术内容。请参考图3A-图3G，为本发明的改良的发光二极管封装方法步骤对应结构示意图。首先如图3A所示，提供具有高透明度的透明基板21，其制成材料可以是透明玻璃、透明硅胶、环氧树脂、聚硅氧树脂、聚酰亚胺、石英材料、或是其他适合的透明材质，虽然图2A所示的剖面形状为长方形，但可以依据射出光线角度的需要进行调整，如侧剖面还可以多个重复的梯形、多个重复的半球型、多个重复的弧形等，整体形状更可依需求做调整或是结合。接着如图3B所示，在透明基板21的表面21t上，至少二可发光的光电半导体芯片22置于其上，使光电半导体芯片22的出光面22b与透明基板21的表面21t相邻，并且光电半导体芯片22分别具有正负电极221与222，且位于光电半导体芯片22的表面22t上。如图3B所示，电极221与222位于光电半导体芯片22与透明基板21相邻面的相对面22t上。光电半导体芯片22可以是一般发光二极管(LED)管芯(Die) ο
[0042]其后，如图3C-1所示，选择性形成隔绝体结构23于透明基板21的表面21t上，为第一结构实施例，该隔绝体结构23包围并环绕于光电半导体芯片22之间，再形成绝缘层24于透明基板21的表面21t上、填充于隔绝体结构23与光电半导体芯片22之间，隔绝体结构23与绝缘层24于透明基板21的表面21t上的高度，约略与光电半导体芯片22 (包含电极221与222)于透明基板21的表面21t上的高度相同，或约略高于光电半导体芯片22 (包含电极221与222)于透明基板21的表面21t上的高度，亦即绝缘层24至少会覆盖透明基板21的表面21t与光电半导体芯片22的与表面21t垂直的侧面。隔绝体结构23除了可以对光电半导体芯片22进行保护之外，依情况还可做为反射层之用，用以收集管芯侧面、界面发出的光，向期望的方向角反射或折射。虽然图3C-1所示的隔绝体结构23剖面为长方形，但可依需要做形状上的变化，如梯形等，其材料与可以透明基板21不同，可为透明或非透明材质，包含玻璃材料、硅胶、聚脂类材料、氧化物、氮化物等，制作工艺可包含旋转涂布、微景多、印刷(printing)、化学气相沉积(CVD)、光刻(lithography)等。而绝缘层24的材料可以是光致抗蚀剂材质、聚脂类、氧化物、金属氧化物、氮化物等，形成方式可以是经由干膜压膜(laminat1n)、点胶制作工艺(dispensing)、喷射(spraying)、涂布(coating)等制作工艺形成。或是如图3C-2，直接形成绝缘层24，即第二结构实施例，该绝缘层24与光电半导体芯片22相邻并覆盖透明基板21的表面21t。为了方便说明，以图3C-2所示，直接形成绝缘层24，且覆盖电极221、222、光电半导体芯片22与透明基材21的实施例为例做后续制作工艺说明。
[0043]隔绝体结构23的形成除了上述说明的方法外，还可以是透明基板21的一部分，如与透明基板21 —体成形，由此产生的制作工艺中结构剖面图也会如同图3C-1所示，隔绝体结构23的材质也会与透明基板21相同，且不需再进行隔绝体结构23的形成。
[0044]如图3D所示，对原来的绝缘层24进行光刻制作工艺(lithography) 25，而产生图案化绝缘层24a，使电极221与222暴露于图案化绝缘层24a外，相对应于图3D的俯视结构如图3D(a)所示，图3D(a)中仅绘出透明基板21上的两个光电半导体芯片22做为示意说明之用。之后形成金属层26，如图3E所示，覆盖于光电半导体芯片22与图案化绝缘层24a上、透明基板21表面21t上，并且与所有光电半导体芯片22的正负电极221与222电连接。接着图案化金属层26，使金属层26形成分离的至少二金属图案(未绘制于图中)，且每一金属图案仅与一个电极电连接，做为后续布线制作工艺的晶种层。之后进行电镀(plating)，以增厚图案化的金属层26形成金属布线部26a，如图3F所示。图3F(a)所示为相对应于图3F的结构俯视图，金属布线部26a彼此分离地位于不同电极221与222上，形成分隔区261，同时于相邻的不同光电半导体芯片22之间形成分隔区262。
[0045]最后如图3G所示，沿分隔区262进行切割，以分开不同光电半导体芯片22，完成封装。
[0046]依据本发明提供的上述封装制作工艺步骤所产生的封装结构，至少包含透明基板21，位于透明基板21的表面21t上且具有正负电极221与222的光电半导体芯片24，位于透明基板21的表面21t上且环绕并包覆光电半导体芯片24侧面的图案化绝缘层24a，以及位于正负电极221与222上、互相分离的两金属布线部26a形成于正负电极211与222远离透明基板21 —侧的表面上。
[0047]并且依据本发明提供的上述封装制作工艺，透明基板21的事前的图案化处理并非必需，与现有技术中必须使用图案化的基底111或121相比，节省工时与成本。当然依据光线所欲射出的方向角的不同，本发明也可以对透明基板21进行封装制作工艺前的图案化处理，例如图案化透明基板21，以使其被切割后形成剖面为梯形、弧形、半圆形等，整体形状为梯形立方体、弧面体、半球体等，可依据实际需求做变化，不同于现有制作工艺中的两种固定图案。图4A-图4C以及图5A-图5C为依据本发明提供的上述封装制作工艺方法，配合不同需求所产生的不同实施态样，如所欲射出的光线其辐射角与视场角以及隔绝体结构的有无及/或形状。图4A-图4C的实施态样都不具有隔绝体结构，即第二结构实施例衍生的实施态样；而图5A-图5C的实施态样都具有剖面为长方形的隔绝体结构23，即第一结构实施例衍生的实施态样。其中，图4A与图5A所示的实施态样中，前述的透明基板21并未进行图案化制作工艺，因此切割后形成的封装结构都具有透明长方体211，以修改该光电半导体芯片射出的光线其辐射角的视场角；图4B与图5B所示的实施态样中，透明基板21都已进行图案化制作工艺，使切割后形成的封装结构都具有透明梯形立方体212，以修改该光电半导体芯片射出的光线其辐射角的视场角；而图4C与图5C所示的实施态样中，透明基板21都已进行图案化制作工艺，使切割后形成的封装结构都具有透明圆弧面体213，以修改该光电半导体芯片射出的光线其辐射角的视场角。上述的实施态样与图示仅为说明之用，并非用以限制本发明，透明基板21的形状、隔绝体结构的有无及/或形状可以依据实际需求做最适化调整。
[0048]依据本发明提供的上述封装制作工艺与结构，透明基板21除了用于承载光电半导体芯片22，还同时具有透镜的功用，与现有技术中，基底与透镜必须分开不同，能调整光电半导体芯片22射出的光线的方向的同时，不必增加产品的厚度与尺寸，节省成本与工时，且相较于现有技术能减小封装结构的尺寸。而封装芯片运作时所产生的热能，也能通过与光电半导体芯片22的金属布线部26a来进行散热，解决现有技术中，散热效果不佳的问题。并且由于本发明的金属布线部26a直接与电极221、222电连接，不需额外的金属导线，除了能节省物质成本外，更能同时避免金属导线的断裂或是位移导致接触不良、产品品质不稳等冋题，提尚广品良率，并加速生广。
[0049]虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明。任何该领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰。因此本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。
【主权项】
1.一种改良的发光二极管封装结构，包括: 透明基板； 光电半导体芯片，具有一出光面与至少二电极，该至少二电极形成于该光电半导体芯片与该透明基板相邻的一面的一相对面，该出光面位于光电半导体芯片与透明基板相邻的该面； 绝缘层，形成于该透明基板上，部分覆盖该至少二电极、该光电半导体芯片与该透明基板；及 至少二金属布线部，分离地形成于该至少二电极上面，且分别与该至少二电极电连接; 其中，该光电半导体芯片发出的光线通过该透明基板而射出。2.如权利要求1所述的改良的发光二极管封装结构，其中，该透明基板以玻璃制成。3.如权利要求1所述的改良的发光二极管封装结构，其中，该透明基板为一长立方体，以修改该光电半导体芯片射出的光线的辐射角度。4.如权利要求1所述的改良的发光二极管封装结构，其中，该透明基板为一梯形立方体，以修改该光电半导体芯片射出的光线的辐射角度。5.如权利要求1所述的改良的发光二极管封装结构，其中，该透明基板为一弧面立方体，以修改该光电半导体芯片射出的光线的辐射角度。6.如权利要求1所述的改良的发光二极管封装结构，还具有一隔绝体结构，该隔绝体结构形成于该绝缘层之外，以围绕该光电半导体芯片。7.如权利要求6所述的改良的发光二极管封装结构，具有一透明基板，且该透明基板为一长立方体，以修改该光电半导体芯片射出的光线的辐射角度。8.如权利要求6所述的改良的发光二极管封装结构，具有一透明基板，该透明基板为一梯形立方体，以修改该光电半导体芯片射出的光线的辐射角度。9.如权利要求6所述的改良的发光二极管封装结构，具有一透明基板，该透明基板为一弧面立方体，以修改该光电半导体芯片射出的光线的辐射角度。10.如权利要求6所述的改良的发光二极管封装结构，其中，该隔绝体结构可以下列任一种方式设置于该透明基板上:印刷(Printing)、点胶(Dispensing)与光刻(Lithography)011.一种改良的发光二极管封装方法，包括以下步骤: (A)提供一具有高透明度的透明基板； (B)形成一光电半导体芯片于该透明基板的一面，该光电半导体芯片具有一出光面与至少二电极，该二电极形成于该光电半导体芯片与该透明基板相邻的一面的一相对面，该出光面位于光电半导体芯片与透明基板相邻的该面，其中，该光电半导体芯片发出的光线通过该透明基板而射出； (C)形成一绝缘层于该透明基板，以部分覆盖该二电极、该光电半导体芯片与该透明基板；及 (D)分离地形成至少二金属布线部于该二电极上面，且该二金属布线部分别与该二电极电连接。12.如权利要求11所述的改良的发光二极管封装方法，其中，该透明基板以玻璃制成。13.如权利要求11所述的改良的发光二极管封装方法，步骤(B)之后还包括以下步骤: 在该透明基板上形成一隔绝体结构，以围绕该光电半导体芯片。14.如权利要求13所述的改良的发光二极管封装方法，其中，该隔绝体结构可以下列任一种方式设置于该透明基材上:印刷(Printing)、点胶(Dispensing)与光刻(Lithography)0
【文档编号】H01L33/58GK105990491SQ201510056067
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月3日
【发明人】钱文正, 吴上义
【申请人】联京光电股份有限公司