专利名称：陶瓷基板型发光二极管的封装结构及其制程的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种发光二极管的封装结构及其制造方法，特别是关于一种陶瓷基 板型发光二极管的封装结构及其制程。
背景技术：
发光二极管(Light Emitting Diode,LED)自发明以来，便逐渐的被应用至各个领 域，至今已在日常生活中扮演相当重要的角色。在过去因为发光二极管的亮度不足，所以大 多用在指示信号灯上。随着发光二极管技术的进步与芯片制造技术的进步，发光二极管的 用途也更加的多样化。而随着发光二极管亮度的增加，其热度也跟着增加，因此为了让高功 率发光二极管的芯片完全发挥其发光效能，发光二极管封装技术的散热功能与发光效率便 变得相当的重要。尤其对于Mmil以上的芯片来说，发光二极管封装技术的散热能力便成 为封装是否能成功的重要因素。而发光二极管的封装方式分成许多种类，陶瓷基板型为其 中相当普遍的一种。一般的陶瓷基板型发光二极管是将发光二极管设置于陶瓷基板上以加强发光二 极管的散热作用。此例中，陶瓷基板具有凹陷，而发光二极管设置于此凹陷中。此外，传统 陶瓷基板型发光二极管的封装方式，大多是利用还氧树脂(Epoxy Resin)与金属粉末(银) 的混和物(大约2 3)，作为芯片与电极层间的接着剂，这类的接着剂是利用还氧树脂高温 硬化的特性来固定芯片，并借由所加入的银粉，以达到导电与导热的目的。但这类型的发光 二极管封装方式并不适用于高流明(High luminance)的传统陶瓷基板型的发光二极管封 装。因为这类的接着剂并非是良好的热及电的导体，无法有效的将芯片所产生的热导出。传统陶瓷基板型发光二极管的结构封装方式之一如下将芯片利用还氧树脂 (Epoxy Resin)与金属粉末(一般来说是银)的混和物(其比例通常为2 3)所形成的接 着剂粘附在电极层上，这类接着剂是利用还氧树脂高温硬化的特性来固定芯片，并借由所 加入的银粉达到导电与导热的目的。然而这类型的发光二极管封装方式并不适用于高亮度 发光二极管，主要是因为此类接着剂并非是良好的热导体，无法有效的将芯片所产生的热 导出。而且，接着剂因材质属性的问题，会使芯片与电极层有较大的距离，且接着剂的分子 间空隙较大，不仅固着力较差，无法忍受较大的推力与拉力，且会造成导电率不佳，而造成 发光效能的降低。而且，因为接着剂通常为非透明，也造成发光率的降低。为了克服散热的问题，也有业界人士采用覆晶(Flip-Chip)封装方式或是高温合 金共熔(Flux Eutetic)方式，但覆晶封装方式投资的设备金额相当高昂且散热效果也不 佳，而高温合金共熔封装方式，为了让芯片上的焊垫层与金属镀层达到合金共熔，必须将芯 片暴露在280度以上的高温，会对芯片造成直接的伤害，或者造成良品率不佳以及使用寿 命的降低。因此，如何形成厚膜基板则为目前产业亟欲解决的问题。
发明内容
有鉴于上述的背景技术中的缺点，本发明的主要目的在于提供一种借由真空扩散融合程序以形成具有高厚度厚膜的陶瓷复合基板，以达到最好的散热效果的陶瓷基板型发 光二极管的封装结构及其制程。为达到上述目的，本发明提供一种陶瓷基板型发光二极管的封装结构及其形成方 法，此封装结构包含有陶瓷基板，其上下表面上各自具有金属层；至少一个穿透陶瓷基板的 孔洞，该孔洞形成于陶瓷基板的至少一个特定位置上，并充填金属材料于此孔洞内；电路导 电区，该电路导电区是位于陶瓷基板的上表面，其中，电路导电区在孔洞位置上显露陶瓷基 板的表层；发光二极管，该发光二极管是形成于电路导电区于孔洞位置处，并与电路导电区 相互电耦合，且发光二极管的热源是与孔洞的金属材相互结合；及作为散热区的金属表层， 该金属表层形成于陶瓷基板的下表面，且金属表层与孔洞的金属材相互融合并传导发光二 极管所产生的热能。上述的陶瓷基板型发光二极管的封装结构的形成方法是先进行钻孔程序以便在 陶瓷基板的特定位置上穿透形成孔洞，然后进行充填程序以在孔洞内形成金属填充材，之 后进行金属镀膜程序以在陶瓷基板的表面上形成金属镀层，然后进行组装程序以便于将上 金属板与下金属板分别置于陶瓷基板的相对两表面的金属镀层上，并形成组装陶瓷基板。 其后，借由内置真空系统、加温系统、冷却系统的密闭腔体进行真空扩散融合程序，并借由 加压系统将金属素材(铜、铝与镀层陶瓷)上下挟持以叠合固定，然后将设备腔体抽真空， 并升温于一定温度及真空度时，在加压系统的石墨治具上方施以压力，以便于这些金属素 材进行真空扩散融合程序，最后冷却至常温，即形成陶瓷复合基板，并使得孔洞内的金属填 充材与上金属板及下金属板融合成一体。接着，进行蚀刻程序以在陶瓷复合基板的表面上 的上金属板上形成电路区，且于孔洞位置上蚀刻至陶瓷基板的表层为止。最后进行封装程 序以在陶瓷复合基板的孔洞位置的表层上封装发光二极管芯片，并将发光二极管芯片热源 区直接封装于基板孔内的铜板上，以原陶瓷材料做绝缘将陶瓷复合基板分为两个区域，使 基板上方为电路导电区，下方为位于下金属板的散热区。借由本发明中的真空扩散融合程序，可形成具有高厚度厚膜的陶瓷复合基板，然 后借由此陶瓷复合基板封装发光二极管于其中，可以达到最好的散热效果。
图IA至图IE为本发明的陶瓷基板型发光二极管的封装制程示意图；图2为本发明的陶瓷基板型发光二极管的封装制程流程示意图；图3为本发明的陶瓷基板型发光二极管的封装结构示意图。附图标记说明100陶瓷基板
105特定位置
110孔洞
120金属填充材
130金属镀层
140a上金属板
140b下金属板
150组装陶瓷基板
160密闭腔体
165加压系统
170陶瓷复合基板
170a电路导电区
170b散热区
180发光二极管芯片
210钻孔程序
220充填程序
230金属镀膜程序
240组装程序
250真空扩散融合程序
260蚀刻程序
270封装程序
300陶瓷基板型发光二
310陶瓷基板
320孔洞
330a电路导电区
330b金属表层
340发光二极管
具体实施例方式本发明在此所探讨的方向为一种陶瓷基板型发光二极管的封装制程。为了能彻底 地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的结构及其元件。显然地，本发明的施行并未限 定于发光二极管的技术工作者所熟知的特殊细节。另一方面，众所周知的结构及其元件并 未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下， 然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其它的实施例中，且本发明的保 护范围不受限定，其保护范围以前述的权利要求书为准。现列举本发明的一个较佳实施例，参考图IA与图2所示，本发明提供一种陶瓷基 板型发光二极管的封装制程，其制程如下首先提供陶瓷基板100以进行钻孔程序210，以 便在陶瓷基板100的特定位置105上穿透形成孔洞110，然后进行充填程序220，以在孔洞 110内形成金属填充材120。然后，进行金属镀膜程序230，以在陶瓷基板100的表面上形成 金属镀层130，此金属镀膜程序230更包含有电镀步骤或溅镀步骤，且金属镀层130的材料 更包含铜或铝，如图IB所示。参考图IC与图2所示，进行组装程序240以便于将上金属板140a与下金属板140b 分别置于陶瓷基板100的上下表面的金属镀层130上，并形成组装陶瓷基板150。接着，将 组装陶瓷基板150置于内置真空系统、加温系统、冷却系统的密闭腔体160的加压系统165 上，并借由加压系统165的石墨治具将组装陶瓷基板150上下挟持以叠合固定，然后将设备 腔体抽真空，并升温于一定温度及真空度时，在加压系统165的石墨治具上方施以压力，以 便于对组装陶瓷基板150进行真空扩散融合程序250，最后冷却至常温，即形成陶瓷复合基板170，并使得孔洞110内的金属填充材120与上下金属板140a/140b融合成一体，如图ID 所示。参考图IE与图2所示，进行蚀刻程序沈0，以在陶瓷复合基板170的上金属板140a 上形成电路导电区170a，且于特定位置上(即孔洞110位置上)蚀刻至陶瓷基板100的表 层为止。然后，进行封装程序270，以在陶瓷复合基板170的特定位置105的陶瓷基板100 的表层上封装发光二极管芯片180，并借由原陶瓷材料做绝缘将陶瓷复合基板170分为两 区域，以形成上金属板140a为电路导电区170a，下金属板140b为散热区170b。本发明提供一种陶瓷基板型发光二极管的封装结构，参考图3所示，陶瓷基板型 发光二极管的封装结构300包含陶瓷基板310 ；至少一个穿透该陶瓷基板310的孔洞320， 该孔洞320形成于该陶瓷基板310的至少一个特定位置上，且该孔洞320填充金属材；电路 导电区330a，该电路导电区330a位于该陶瓷基板310的上表面，其中，该电路导电区330a 在该特定位置上显露该陶瓷基板310的表层；发光二极管340，该发光二极管340是形成于 该电路导电区330a在该特定位置中，并与该电路导电区330a相互电耦合，且该发光二极管 340的热源是与该孔洞320的金属材相互结合；与作为散热区的金属表层330b，该金属表层 330b形成于该陶瓷基板310的下表面，且该金属表层330b与该孔洞320的金属材相互融合 以传导该发光二极管340所产生的热能。显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。因此需要在 其附加的权利要求项的范围内加以理解，除了上述详细的描述外，本发明还可以广泛地在 其它的实施例中施行。上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的保护范 围；凡是其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在前述权 利要求范围内。
权利要求
1.一种陶瓷基板型发光二极管的封装制程，其特征在于，该陶瓷基板型发光二极管的 封装制程包含进行钻孔程序以便在陶瓷基板上穿透形成孔洞； 进行充填程序以在所述孔洞内形成金属填充材； 进行金属镀膜程序以在所述陶瓷基板的表面上形成金属镀层； 进行组装程序以便于将上金属板与下金属板分别置于所述陶瓷基板的上下表面的所 述金属镀层上，并形成组装陶瓷基板；进行真空扩散融合程序以形成陶瓷复合基板，且所述孔洞内的金属填充材与所述上金 属板以及所述下金属板融合成一体；进行蚀刻程序以在所述陶瓷复合基板的上金属板上形成电路导电区，且于所述孔洞位 置上蚀刻至所述陶瓷基板的表层为止；与进行封装程序以在所述陶瓷复合基板的所述孔洞位置的表层上封装发光二极管芯片， 并借由原陶瓷材料做绝缘将所述陶瓷复合基板分为所述电路导电区与位于所述下金属板 的散热区。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基板型发光二极管的封装制程，其特征在于，所述金属 镀膜程序更包含电镀步骤。
3.根据权利要求1所述的陶瓷基板型发光二极管的封装制程，其特征在于，所述金属 镀膜程序更包含溅镀步骤。
4.根据权利要求1所述的陶瓷基板型发光二极管的封装制程，其特征在于所述金属镀 膜更包含有铜或铝。
5.根据权利要求1所述的陶瓷基板型发光二极管的封装制程，其特征在于，所述真空 扩散融合程序是在密闭腔体内进行。
6.根据权利要求5所述的陶瓷基板型发光二极管的封装制程，其特征在于，所述密闭 腔体更包含真空系统、加温系统、冷却系统与加压系统。
7.根据权利要求6所述的陶瓷基板型发光二极管的封装制程，其特征在于，所述加压 系统更包含有便于上下挟持并叠合固定所述组装陶瓷基板的石墨治具。
8.—种陶瓷基板型发光二极管的封装结构，其特征在于，该陶瓷基板型发光二极管的 封装结构包含陶瓷基板；至少一个穿透所述陶瓷基板的孔洞，且所述孔洞内填充金属材； 电路导电区，该电路导电区是位于所述陶瓷基板的上表面，其中，所述电路导电区在所 述孔洞位置上显露所述陶瓷基板的表层；发光二极管，该发光二极管是形成于所述电路导电区于所述孔洞位置处，并与所述电 路导电区相互电耦合，且所述发光二极管的热源是与所述孔洞的金属材相互结合；与作为散热区的金属表层，该金属表层形成于所述陶瓷基板的下表面，且所述金属表层 与所述孔洞的金属材相互融合并传导所述发光二极管所产生的热能。
全文摘要
本发明公开了一种陶瓷基板型发光二极管的封装结构及其制程，该制程包含有钻孔程序、充填程序、金属镀膜程序、组装程序、真空扩散融合程序、蚀刻程序及封装程序，借由真空扩散融合程序封装陶瓷基板型发光二极管，此陶瓷基板型发光二极管的封装结构可同时具有电路导电区与散热区，可达到最好的散热效果。
文档编号H01L33/64GK102064263SQ20091022430
公开日2011年5月18日 申请日期2009年11月17日 优先权日2009年11月17日
发明者蔡东宝 申请人:皓亮企业有限公司