专利名称：发光二极管封装的固晶材料与方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管的封装，特别涉及有关于发光二极管封装时 固晶的接着材料及固晶的方法。
背景技术：
图la 图ld所示为现有的发光二极管封装所涉及的几个主要步骤。图中 所示为中国台湾发明专利申请号94140253号的封装结构。其中，底座100 包含基座102、电极104、以及隔离电极104与基座102的绝缘物106，而以 一体成型的方式形成。基座102与电极104都是由高导电性与高导热性的金 属材料所构成。绝缘物106则是由树脂或类似的绝缘材料所构成。
首先，如图la所示，在基座102的上表面涂布一层适当范围的接着材 料108。接着，如图lb所示，将发光二极管晶粒150固着在基座102的接着 材料108上而完成固晶的步骤。接下来，如图lc所示，将发光二极管晶粒 150的正负电极(未图标)用导线120和不同的电极104连接，而完成打线 的步骤。在上述结构中，为了使发光二极管晶粒150所发出的光线集中朝上 与朝外，本封装结构还包含一个反射板110,以适当的接着剂160与底座100 黏连，其内部具有一适当口径且上下贯通的通孔，以将发光二极管晶粒150 暴露出来并包围其周缘。反射板110是以高反射率的金属材质(例如铝)构 成，或是由树脂或类似的绝缘材质构成但于通孔壁面施以白涂装、或涂布有 高反射率的薄膜(例如镀银)。因此发光二极管晶粒150所发出的光线得经 由反射板110的通孔内壁的反射而向上、向夕卜射出。最后，如第图ld所示， 在反射板110的通孔内填充透光性填充物130，以封固与保护发光二极管晶 粒150、导线120等组件。透光性填充物130—般是由硅胶或环氧树脂或类 似的透明材料所构成的。
其中，固晶所用的接着材料108多数是使用环氧树酯类的材料，其优点 是使用方法简单，但其缺点就是易受到发光二极管晶粒150所产生高温而劣化、或是受到发光二极管晶粒150所发出光线的伤害。当接着材料108劣化 时，首先接着材料108的接着力明显下降，很容易造成发光二极管晶粒150 与基座102之间有间隙或无法紧密接合；此外，接着材料108的导电性会明 显下降，相对的消耗功率就会升高。这些都会造成整个封装结构的热散不良， 最后导致发光二极管晶粒150的故障。若接着材料108采用锡膏或合金来提 供固着与导通，这虽然没有材料劣化及导电性明显下降的问题，但是金属熔 接所需温度偏高，且设备复杂昂贵。
发明内容
因此，本发明的主要目的在提供发光二极管封装过程中固晶阶段所用的 接着材料以及固晶的方法，以解决前述现有的接着材料在散热与制造过程上 的不尽理想之处。
本发明的目的在于提供一种发光二极管封装过程的固晶材料，适用于封 装结构为采用金属材质基座的发光二极管，该固晶材料设置于一发光二极管 晶粒与该金属材质基座之间，且以一共晶制造过程完成将该发光二极管晶粒 固着于该金属材质基座上，该共晶接着材料可以是无铅的Sn、In、InSn、InAg、 BiSn、 SnAg、 SnSb、 SnAgSb、 SnAgCu、 AuSn、 AuGe、 AuSi等材料、或是 有铅的PbAg、 BiPb、 SnPbCd、 SnPbBi、 SnPbAg、 SnPbln、 SnPb、 SnPbSb、 Pbln、 PblnAg、 Pb等材料。
本发明适用于所有封装结构中、承载晶粒的基座是以金属作为材料的发 光二极管。本发明还提供一种固晶方法，主要是利用基板的金属材质而采用 共晶接合。该固晶方法至少包含下列步骤封装结构的金属基座的上表面首 先涂布一层适当范围的共晶接着材料；接着，将发光二极管晶粒设置于基座 的共晶接着材料上；完成的成品再经由热板、烤箱或隧道炉提供适当温度而 完成共晶接合。
本发明中，所述在金属基座的上表面首先涂布一层适当范围的共晶接着 材料的步骤中，还可以进一步涂布一助焊材料。
本发明还提供一种固晶方法，主要是利用基板的金属材质而采用共晶接 合。该固晶方法至少包含下列步骤在一发光二极管晶粒与该基座的接合面 涂布一共晶材料;将该发光二极管晶粒设置于该基座上；以及提供适当温度以完成共晶接合。其中，所述在一发光二极管晶粒与该基座的接合面涂布一 共晶材料的步骤中，还可以进一步涂布一助焊材料。
本发明的有益效果在于，本发明所采用的固晶方法主要是利用基板的金 属材质而采用共晶接合。共晶接合主要是基于二种材料合金的熔点会低于这 两种材料各自的熔点，因此可以较低的温度进行接合，从而避免了现有固晶 方式中接着材料易受到高温而劣化，导电性明显下降，以及金属的大膨胀系 数使得封装过程中接着的优良率降低的缺点。
图la 图ld为现有的发光二极管封装所涉及的几个主要步骤的示意图。
图2a所示为本发明的封装结构一第一实施例的侧视剖面图。
图2b所示为本发明的封装结构一第二实施例的侧视剖面图。
图2c所示为本发明的封装结构一第三实施例的侧视剖面图。
其中，附图标记说明如下
IOO底座
102基座
104电极
106绝缘物
108接着材料
IIO反射板
120导线
130透光性填充物
150二极管晶粒
160接着剂
200共晶接着材料
202共晶接触材料
具体实施例方式
本发明是有关于发光二极管封装过程中固晶阶段所用的接着材料以及 固晶的方法。本发明适用于所有封装结构中、承载晶粒的基座是以金属为材质的发光
二极管，如图la 图ld所示的中国台湾发明专利申请号94140253号的封装 结构。
如图所示，此封装结构至少包含底座100、反射板110、发光二极管晶 粒150、多条导线120、以及透光性填充物130。底座100是由金属基座102、 多个电极104、与绝缘物106所一体成型构成而具有一扁平的形状。散热座 102与电极104都是由高导电性与高导热性的金属材料所构成。绝缘物106 则是由树脂或类似的绝缘材料所构成。此结构仅为适用的可能封装结构之 一，其它以金属材质作为基座的发光二极管，均为本发明所得适用的环境。
封装结构中釆用金属材质的基座的最大优点就是具有极佳的散热性，因 此用于封装高亮度、高功率的发光二极管时特别具有实效。但是在采用现有 的接着方式将发光二极管晶粒固定在金属基座上时，除了接着材料有前述劣 化的缺点外，金属的大膨胀系数，也会使得封装过程中接着的优良率降低， 因此需要不同于传统的固晶方法。
本发明所采用的固晶方法主要是利用基板的金属材质而采用共晶接合。 共晶接合主要是基于二种材料合金的熔点会低于这两种材料各自的熔点，因 此可以较低的温度进行接合。比如说，金常用于接合二个硅芯片，金与硅的 共晶温度约363°C,重量比例是97.11%的金与2.9%的硅。因此在硅芯片的 接合面溅镀一层金，再施予适当的温度即可将二个硅芯片接合在一起。共晶 是一种常用于将二片以上的晶圆永久接合在一起的技术，另外亦有先前技术 是以共晶方法接合晶粒与陶瓷基板，但尚未有在发光二极管封装过程中，采 用共晶方法接合发光二极管晶粒与金属基座的。
图2a所示为本发明一第一实施例的示意图。如图所示，基座102的上 表面首先涂布一层适当范围的共晶接着材料200。接着，将发光二极管晶粒 150设置于基座102的共晶接着材料200上。图2a所示的成品再经由热板、 烤箱或隧道炉提供适当温度而完成共晶接合。共晶接着材料200可以是无铅 的Sn、 In、 InSn、 InAg、 BiSn、 SnAg、 SnSb、 SnAgSb、 SnAgCu、 AuSn、 AuGe、 AuSi等材料、或是有铅的PbAg、 BiPb、 SnPbCd、 SnPbBi、 SnPbAg、 SnPbln、 SnPb、 SnPbSb、 Pbln、 PblnAg、 Pb等材料。
在前述的实施例里，除了使用的共晶接着材料外，还可以辅以适当的助焊材料。以下是一些可能的助焊材料-
由60.0~75.0%的Bi及40.0~25.0%的In所组成。 由40.0 60.0%的In及60.0 40.0%的Sn所组成。 由50.0~65.0%的Bi及50.0~35.0%的Sn所组成。 由90.0~99.0%的In及10.0~1.0%的Ag所组成。
由45.0~55.0%的Sn、 40.0 25.0。/o铅(Pb)、及15.0~25.0%的Ag所组成。 由75.0~85.0%的In、 10.0~20.0%的Pb、及1.0 15.0%的Ag所组成。 由40.0~45.0%的Sn、 40.0~45.0%的Pb、及10.0~15.0%的Bi所组成。 由100%的铟所组成。
由55.0~70.0%的Sn、 40.0~25.0%的Pb、及1.0~5.0%的Ag所组成。 由30.0~45.0%的Sn、 30.0~45.0%的Pb、及10.0~35.0%的In所组成。 由60.0 80.0%的Sn、及40.0~20.0%的Pb所组成。 由45.0~55.0%的Bi、 30.0~25.0%的Pb、 20.0~10.0%的Sn及10.0~15.0% 的的Sb所组成。
由85.0 99.0%的In及15.0 1.0%的Ag所组成。
由90.0~99.0%的Sn及10.0~1.0%的Au所组成。
由90.0 99.0°/0的Sn、 5.0~1.0%的Ag及1.0~0.5°/0的Cu所组成。
由90.0~99.0%的Sn及10.0~1.0%的Ag所组成。
由90.0~99.0%的Sn及10.0~1.0%的Sb所组成。
由70.0~85.0%的Pb及30.0~15.0%的In所组成。
由25.0~15.0%的Sn、及75.0~85.0%的Au所组成。
由85.0~95.0%的Pb、 10.0 1.0。/o的Sn、及5.0 1.0%的Ag所组成。
由90.0~99.0%的Sn、及10.0~1.0%的Ge所组成。
由80.0~99.0%的Au、及20.0-1.0%的Ge所组成。
由90.0~99.0%的Au、及10.0~1.0%的Si所组成。
由90.0~99.0%的Pb、及10.0~1.0%的Ag所组成。
图2b所示为本发明一第二实施例的示意图。如图所示，发光二极管晶 粒150与基座102的接合面首先涂布一层共晶接触材料202 (请注意，和共 晶接着材料200不同)。接着，直接将发光二极管晶粒150设置于基座102 上。图2b所示的成品再经由热板、烤箱或隧道炉提供适当温度而完成共晶接合。共晶接触材料202可以是Sn、 In、 InSn、 InAg、 BiSn、 SnAg、 SnSb、 SnAgSb、 SnAgCu、 AuSn、 AuGe、 AuSi、 PbAg、 BiPb、 SnPbCd、 SnPbBi、 SnPbAg、 SnPbln、 SnPb、 SnPbSb、 Pbln、 PblnAg、 Pb等材料。
图2c所示为本发明一第三实施例的示意图。如图所示，共晶接触材料 202是先涂布在基座102上的适当范围内。接着，再将发光二极管晶粒150 设置于基座102的共晶接触材料202上。图2c所示的成品再经由热板、烤 箱或隧道炉提供适当温度而完成共晶接合。
在前述的第二、三实施例里，除了使用共晶接触材料202外，还可以辅 以前述的助焊材料。
本发明可以批次的方式在包含多个底座的金属基板上一起进行前述固 晶的动作(包含经由热板、烤箱或隧道炉的回焊)，完成后再予以切割分离。 也可以先将个别的底座切割分离，然后针对个别底座分别施作前述固晶的动 作(包含经由热板、烤箱或隧道炉的回焊)。为了避免金属基座的热胀冷縮 受温度冲击而影响共晶的效果，后者是优良率比较高的作法。
通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与 精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。 相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具等同性的安排于本发明所欲申请 的权利要求的范围内。
权利要求
1.一种发光二极管封装过程的固晶材料，适用于封装结构采用一金属材质基座的发光二极管，该固晶材料设置于一发光二极管晶粒与该金属材质基座之间，且以一共晶制造过程完成该发光二极管晶粒固着于该金属材质基座上，其特征在于，该固晶材料为下列材料之一无铅的Sn、In、InSn、InAg、BiSn、SnAg、SnSb、SnAgSb、SnAgCu、AuSn、AuGe、AuSi；以及有铅的PbAg、BiPb、SnPbCd、SnPbBi、SnPbAg、SnPbIn、SnPb、SnPbSb、PbIn、PbInAg、Pb。
全文摘要
本发明公开一种发光二极管封装的固晶材料与方法，固晶方法主要是利用基板的金属材质而采用共晶接合。该方法包含以下步骤在封装结构的金属基座的上表面首先涂布一层适当范围的共晶接着材料；接着，将发光二极管晶粒设置于基座的共晶接着材料上；完成的成品再经由热板、烤箱或隧道炉提供适当温度而完成共晶接合。本发明可以解决现有的接着材料在散热与制造过程上的不尽理想之处。
文档编号H01L33/00GK101308893SQ20071010751
公开日2008年11月19日 申请日期2007年5月17日 优先权日2007年5月17日
发明者杨智皓, 林彩雪, 纪孟男, 赵恒德 申请人:研晶光电股份有限公司