专利名称：光二极管封装结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光二极管封装结构，尤其涉及应用于一光二极管晶粒上的一种光二极管封装结构。
背景技术：
发光二极管(Light Emitting Diode以下简称LED)是一种可直接将电能转化为 可见光和辐射能的发光器件，其发光的原理是在半导体内正负极两个端子施加电压，当电 流通过，使电子与空穴相结合时，剩余能量便以光的形式释放，依其使用的材料的不同，其 能阶高低使光子能量产生不同波长的光，因此，发光二极管(LED)通常具有工作电压低、耗 电量小、发光效率高、发光响应时间极短、光色纯、结构牢固、抗冲击、耐振动、性能稳定可 靠、重量轻体积小以及成本低等一系列特性，发光二极管的发展可说是突飞猛进，现已能大 量生产整个可见光谱段各种颜色的高亮度、高性能产品。而发光二极管(LED)在业界的生 产过程主要可分为上游是发光二极管(LED)衬底芯片及衬底生产，中游的产业为发光二极 管(LED)芯片设计及制造生产，下游则为发光二极管(LED)封装与测试，其中发光二极管 (LED)的封装是影响发光二极管(LED)成品是否精良的重要关键技术。发光二极管封装结构是将单颗或多颗发光二极管(LED)固定于支架或基板之上， 并通过打线或共晶等方式让发光二极管(LED)的正负电极与支架或基板上的电极相连接， 并使用点胶或是压模的方式将发光二极管(LED)以环氧树脂或硅胶加以封装。请参见图1， 其为公知的具有透镜结构的发光二极管封装结构示意图。从图中我们可以清楚地看出，该 发光二极管封装结构1包含有一封装基座10与一透镜结构11，其中该封装基座10具有一 承载空间12用来承载一发光二极管晶粒100，而该透镜结构11通过一黏合胶13(例如硅 氧烷树脂(Silicone)或是环氧树脂(Epoxy))来与该封装基座10的出光面101进行接合 固定。然而，公知的具有透镜结构的发光二极管封装结构1在该透镜结构11与该封装基座 10进行接合时，时常会发生该透镜结构11无法准确的对准该封装基座10的出光面101的 中心点(如图中三角形符号所标示处)，而造成该透镜结构11与该封装基座10之间有偏移 的情况发生，或是在接合的过程中，该黏合胶13因施力不均导致该透镜结构11与封装基座 10产生倾斜的情况。如图2a_图2c，其为该透镜结构11与该封装基座10进行接合后产生偏移或倾斜 示意图。如图2a和图2b所示，当该透镜结构11与该封装基座10接合的过程中，如图2a所 示，该透镜结构11无法准确的对准该封装结构10的出光面101的中心点时(三角形符号 所标示处)，如图2b所示，便会产生该透镜结构11相对于该封装结构10的出光面101产生 单向(X方向)或双向(X方向与Y方向)的线性偏移。如图2c所示，当在接合的过程中， 因为施力不均而造成该接合胶13变形，进而导致该透镜结构11相对于该封装基座10的出 光面101产生一偏斜倾角。上述的该透镜结构11与封装基座10在接合过程中所产生接合 不良的情况，皆会产生该发光二极管晶粒100与该透镜结构11相对位置偏移过大，造成发 光效率下降与光型的改变。此外，在该透镜结构11与该封装基座10接合后，会有以下的情况产生，如图2d所示的俯视图，我们可以清楚看出，倘若该透镜结构11为内切于该封装基 座10四边的内切圆，则该透镜结构11无法将该封装基座10全部涵盖到(如图所示该封装 基座的四个角露出于该封装基座10之外)，因而浪费了该封装基座10的面积；另外一种情 况如图2e所示的俯视图，为了能使该透镜结构11完全的将该封装基座10涵盖，因而加大 了该透镜结构11的面积，但如此又会有部分的该透镜结构11超出该封装基座10外，而浪 费了该透镜结构11的面积。上述两种情况皆会造成制作成本的提高。而为了改善上述透镜结构与封装基座间相对位移所造成对准固定 以及浪费制作 成本的问题，因而开发出可以与许多的光学组件结合成形的一种微透镜光学系统(Micro lens optical system)。如图3a 图3e所示，先以光阻热回流法(Reflow process)制作 球面透镜200 (如图3a所示)；随后将一高分子材料201浇铸(Cast)在图3a中的球面透 镜上(如图3b所示)；固化后得到一个高分子材料模具202 (图3c)；再以旋涂的方式，将制 作微透镜阵列203的材料涂布在图3c中所得到的高分子材料模具202上(如图3d所示)； 最后再进行一脱膜程序后，便可得到具有弹性的微透镜阵列203。经由上述的微透镜阵列 203制作程序说明后，我们可以清楚地看出，公知的微透镜阵列203是必须额外通过一系列 铸膜成形工艺制作完成后，再将此微透镜阵列203的个别单颗微透镜结构与单个发光二极 管的封装基座进行接合，形成如图1所示的封装架构，虽然此微透镜阵列203能有效改善透 镜结构与封装基座间相对位移所造成的对准及固定的问题，但如此繁复的工艺势必也会造 成制作成本的提高，因此，如何针对上述缺陷进行改进，为本发明的最主要的目的。
发明内容
针对现有技术的缺陷，为本发明的目的在于提供一种光二极管封装结构，应用于 一光二极管晶粒上，该封装结构包含一基板，其具有一第一表面；一承载空间，其顶部开 口位于该基板的该第一表面，其底部用以承载该光二极管晶粒；以及一光学材料层，其形成 于该承载空间中且覆盖于该光二极管晶粒上并具有一微透镜阵列结构，其中该微透镜阵列 结构位于该光二极管晶粒的上方，用以透射该光二极管晶粒所发出的光线，同时通过微透 镜的外形以及阵列的排列方式，可以有效的提升出光效率及改变光型。根据上述构想，本发明所述的光二极管封装结构，其中该基板为一(100)晶格方 向、一 (110)晶格方向或一(111)晶格方向的硅半导体基板。根据上述构想，本发明所述的光二极管封装结构，其中该基板为一氧化铝或一氮 化铝材料的陶瓷基板。根据上述构想，本发明所述的光二极管封装结构，其中该基板为以一铝金属或一 铜金属所制成的一金属基板。根据上述构想，本发明所述的光二极管封装结构，其中该承载空间由多个斜面环 绕而成，且所述多个斜面与该承载空间底部夹角小于90度。根据上述构想，本发明所述的光二极管封装结构，其中该承载空间的形状为一锥
型、一正立方型、一矩型、一半椭圆型或一半圆锥型。根据上述构想，本发明所述的光二极管封装结构，还包含一导通孔，其底部开口位 于该基板所具有的一第二表面，该导通孔的顶部连通于该承载空间的底部。根据上述构想，本发明所述的光二极管封装结构，其中该光学材料层与该微透镜阵列结构为具有一定透光率的一热固型或一热塑型的光学胶体。根据上述构想，本发明所述的光二极管封装结构，其中该光学材料层为具有一定透光率的一热固型或一热塑型的光学胶体，而该微透镜阵列结构为一光敏材料、一热固型 材料或一热塑型材料。根据上述构想，本发明所述的光二极管封装结构，其中该微透镜阵列结构通过一 模仁压合于该光学材料层上或另外以一干模成形后贴合于该基板的该第一表面与该光学 材料层上来完成。根据上述构想，本发明所述的光二极管封装结构，其中该微透镜阵列结构由多个 微透镜结构所构成，而该等微透镜结构可为圆弧弯曲向上的一半球形三维微结构或两轴向 长度不等的一半椭圆形三维微结构。根据上述构想，本发明所述的光二极管封装结构，其中所述多个微透镜结构可为 圆弧弯曲向下的一半球形三维微结构或两轴向长度不等的一半椭圆形三维微结构。根据上述构想，本发明所述的光二极管封装结构，其中所述多个微透镜结构可为 一三面体锥型结构或一四面体锥型结构。根据上述构想，本发明所述的光二极管封装结构，其中该微透镜阵列结构位于该 基板的该第一表面上或位于该承载空间内。根据上述构想，本发明所述的光二极管封装结构，其所应用的该光二极管晶粒为
一发光二极管或一激光二极管。本发明的有益效果在于，既能有效改善透镜结构与封装基座间相对位移所造成的 对准及固定的问题，也不至工艺繁复与成本提高。
图1，其为公知的具有透镜结构的发光二极管封装结构示意图。图2a 图2e，其为该透镜结构与该封装基座进行接合后产生偏移或倾斜以及造 成封装基座面积浪费示意图。图3a 图3e，其为一微透镜阵列制作方法流程示意图。图4，其为本发明光二极管封装结构的第一较佳实施例示意图。图5a 图5c，其为本发明在第一较佳实施例中所述的光二极管封装基座结构中 所包含的微透镜阵列结构制作方法的流程示意图。图6a 图6b，其为本发明光二极管封装结构的第二较佳实施例示意图。图7a 图7d，其为该微透镜阵列结构中所包含多个微透镜结构不同形状的实施 例示意图。其中，附图标记说明如下发光二极管封装结构1 封装基座10透镜结构11承载空间12黏合胶13发光二极管晶粒100出光面101球面透镜200高分子材料201高分子材料模具202 微透镜阵列203
发光二极管晶粒200光二极管封装结构3基板30承载空间31导通孔32、33光学材料层34微透镜阵列结构35第一表面301第二表面302斜面306微透镜模仁3016光二极管晶粒300基板40承载空间41导通孔42、43光学材料层44微透镜阵列结构45第一表面401第二表面402斜面406微透镜模仁4016光二极管晶粒400半椭圆形的微透镜结构50圆弧弯曲向下半圆形的微透镜结构60圆弧弯曲向下半椭圆形的微透镜结构70锥形的微透镜结构80
具体实施例方式请参见图4，其为本发明为改进现有光二极管封装结构产生的缺陷所开发出的一光二极管封装结构的第一较佳实施例示意图，而本发明所述的该封装结构应用于一发光二 极管(LED)或一激光二极管(Laser Diode)的光二极管晶粒300的封装过程中。从图中我 们可以清楚看出，本发明所述的光二极管封装结构3包含有具有一第一表面301与一第二 表面302的一基板30、一承载空间31、一导通孔32、33、一光学材料层34以及一微透镜阵 列结构35，其中该基板30为一(100)晶格方向、一 (110)晶格方向或一(111)晶格方向的 硅半导体基板，此类半导体基板可提供高导热性的散热，另外该基板30的材质也可以利用 一氧化铝或一氮化铝材料所制成的陶瓷基板或是利用一铝金属、一铜金属所制成的一金属 基板，同样也可以提供高导热性的散热；该承载空间31主要由多个斜面306环绕而成，其顶 部开口位于该基板30的该第一表面301 —侧，该承载空间31的底部主要用于承载该光二 极管晶粒300 ；该导通孔32的底部开口位于该基板30的该第二表面302 —侧，且该导通孔 32,33的顶部连通于该承载空间31的底部，而本发明所述的光二极管封装结构最主要的技 术手段便是该承载空间31中具有该光学材料层34，其覆盖于该光二极管晶粒300上，且该 光学材料层34上连接有该微透镜阵列结构35，该微透镜阵列结构35位于该光二极管晶粒 300的上方，主要用以透射该光二极管晶粒300所发出的光线，同时通过单一微透镜的外形 以及阵列的排列方式，可以有效的提升出光效率及改变光型。以下再针对本发明所述的光 二极管封装结构进行详细的描述。承上述的技术说明，通常位于该基板30的该第一表面301与该第二表面302上的 该承载空间31与该导通孔32、33是经由对该基板30的该第一表面301与该第二表面302 进行蚀刻的方式来完成，依照该基板30的晶格特性分别于该第一表面301与该第二表面 302上形成底部与斜面306间的夹角小于90度的该承载空间31与该导通孔32、33，而由多个斜面306所环绕而成的该承载空间，其形状可为一锥型、一正立方型、一矩型、一半椭圆型或一半圆锥型。而该光学材料层34为具有一定透光率的一热固型(如硅胶、环氧树脂) 或一热塑型(如高玻璃转移温度的聚酯系...)的光学胶体，该微透镜阵列结构35为一光 敏材料(如光阻)、一热固型材料或一热塑型材料。请参见图5a 图5(c)，其为本发明在第一较佳实施例中所述的光二极管封装基 座结构3中所包含的微透镜阵列结构35制作方法的流程示意图。从图中我们可以清楚看 出，该微透镜结构35主要是通过一模仁压合成形工艺来完成，其步骤流程从图5a 图5c 中可以清楚看出，首先如图5a所示，我们在原先的该光学材料层34上涂布另一光学材料层 350 (此光学材料层350我们可以利用硅胶来制成)；如图5b所示，将一微透镜模仁3016压 合于光学材料层350上；如图5c所示，移除该微透镜模仁3016，进而于光学材料层350上 形成该微透镜阵列结构35。除此之外，该微透镜阵列结构35也可以另外以干模的形式加以 成形后直接贴合于该基板30的该第一表面301上。请参见图6a与图6b，其为本发明为改进公知光二极管封装结构产生的缺陷所开 发出的一光二极管封装结构的第二较佳实施例示意图。从图6a中我们可以清楚看出，本发 明所述的光二极管封装结构4包含有具有一第一表面401与一第二表面402的一基板40、 一承载空间41、一导通孔42、43、一光学材料层44，在本实施例中所述的光二极管封装结构 4与第一较佳实施例不同的地方在于，我们仅在该承载空间41中形成该光学材料层44，不 用再另外于该光学材料层44上形成另一光学材料层来制作微透镜阵列结构，也就是在本 实施例中的微透镜阵列结构45是与该光学材料层44 一体成形的，其制作的方法如图6b所 示，将一微透镜模仁4016直接压合于尚未凝固的该光学材料层44上，然后在移除该微透镜 模仁4016后便可于该光学材料层44上形成如图6a中所示的微透镜阵列结构45。而本较 佳实施例有部分技术手段与第一较佳实施例相同，故在此就不予赘述。上述在第一较佳实施例与第二较佳实施例中所述的该微透镜模仁3016、4016我 们主要以一体积膨胀法、一热熔式、一表面张力或一热挤压法进行制作，再通过一翻模工艺 来完成该微透镜模仁3016、4016。另外，在上述不同实施方式的制作流程步骤中，我们可以清楚看出，该光学材料层 34,44的厚度决定了该微透镜阵列结构35、45的形成位置，例如在图4中，该微透镜阵列结 构35的形成位置位于该基板30的该第一表面301上，而在图6a中，该微透镜阵列结构45 的形成位置则是位于该承载空间31中，然而，上述的实施方式仅为本发明所提的较佳实施 例，该光学材料层34、44也可沿着该光二极管晶粒300、400的四周涂布均勻厚度即可，并不 一定需要将该光学材料层34、44填满该承载空间31、41。再请参见图7a 图7d，其为该微透镜阵列结构35、45不同形状的实施例示意图。 在上述的第一较佳实施例与第二较佳实施例的说明中，该微透镜阵列结构35、45中所包含 多个微透镜结构，我们均以一半球形三维结构为例来进行说明，然而，本发明所述的微透镜 阵列结构所包含的所述多个微透镜结构除了可以该半球形三维微结构的外，还可以如图7a 所示的两轴向长度不等的半椭圆形三维微结构50、如图7b所示的圆弧弯曲向下的半球形 三维微结构60、如图7c所示的圆弧弯曲向下的两轴向长度不等的半椭圆形三维微结构70、 如图7d所示的一三面体或四面体的锥型结构80。综合以上不同的实施例说明，我们可以清楚了解到，通过本发明所述的技术手段所完成的光二极管结构，确实解决了公知封装结构上所产生的缺陷，进而实现本发明的最 主要的目的。本领域技术人员应当意识到在不脱离本发明所附的权利要求所揭示的本发明 的范围和精神的情况下所作的更动与润饰，均属本发明的权 利要求的保护范围之内。
权利要求
一种光二极管封装结构，应用于一光二极管晶粒上，该封装结构包含一基板，其具有一第一表面；一承载空间，其顶部开口位于该基板的的该第一表面，其底部用以承载该光二极管晶粒；以及一光学材料层，其形成于该承载空间中且覆盖于该光二极管晶粒上并具有一微透镜阵列结构，其中该微透镜阵列结构位于该光二极管晶粒的的上方，用以透射该光二极管晶粒所发出的的光线及定义光型。
2.如权利要求1所述的的光二极管封装结构，其特征在于，该基板为一(100)晶格方 向、一 (110)晶格方向或一(111)晶格方向的的硅半导体基板或以一氧化铝或一氮化铝材 料的的陶瓷基板或以一铝金属或一铜金属所制成的的一金属基板。
3.如权利要求1所述的的光二极管封装结构，其特征在于，该承载空间由多个斜面环 绕而成，且所述多个斜面与该承载空间底部夹角小于90度，且该承载空间的的形状为一锥 型、一正立方型、一矩型、一半椭圆型或一半圆锥型。
4.如权利要求1所述的的光二极管封装结构，其特征在于，该光二极管封装结构还包 含一导通孔，其底部开口位于该基板所具有的的一第二表面，该导通孔的的顶部连通于该 承载空间的的底部。
5.如权利要求1所述的的光二极管封装结构，其特征在于，该光学材料层与该微透镜 阵列结构为具有一定透光率的的一热固型或一热塑型的的光学胶体。
6.如权利要求1所述的的光二极管封装结构，其特征在于，该光学材料层为具有一定 透光率的的一热固型或一热塑型的的光学胶体，而该微透镜阵列结构为一光敏材料、一热 固型材料或一热塑型材料。
7.如权利要求1所述的的光二极管封装基座结构，其特征在于，该微透镜阵列结构通 过一模仁压合于该光学材料层上或另外以一干模成形后贴合于该基板的的该第一表面与 该光学材料层上来制成。
8.如权利要求1所述的的光二极管封装基座结构，其特征在于，该微透镜阵列结构由 多个微透镜结构所构成，而所述多个微透镜结构为圆弧弯曲向上的的一半球形三维微结构 或圆弧弯曲向上的的两轴向长度不等的的一半椭圆形三维微结构或为圆弧弯曲向下的的 一半球形三维微结构或圆弧弯曲向下的的两轴向长度不等的的一半椭圆形三维微结构或 为一三面体锥型微结构或一四面体锥型微结构。
9.如权利要求1所述的的光二极管封装结构，其特征在于，该微透镜阵列结构位于该 基板的的该第一表面上或位于该承载空间内。
10.如权利要求1所述的的光二极管封装结构，其特征在于，其所应用的的该光二极管 晶粒为一发光二极管或一激光二极管。
全文摘要
本发明公开了一种光二极管封装结构，应用于一光二极管晶粒上，该封装结构包含一基板，其具有一第一表面；一承载空间，其顶部开口位于该基板的该第一表面，其底部用以承载该光二极管晶粒；以及一光学材料层，其覆盖于该光二极管晶粒上并具有一微透镜阵列结构，其中该微透镜阵列结构位于该光二极管晶粒的上方，用以透射该光二极管晶粒所发出的光线及定义光型。本发明既能有效改善透镜结构与封装基座间相对位移所造成的对准及固定的问题，也不至工艺繁复与成本提高。
文档编号H01S5/022GK101814572SQ201010130279
公开日2010年8月25日 申请日期2010年3月5日 优先权日2010年3月5日
发明者张君铭, 赖腾宪, 邹庆福, 郑静琦, 陈志明, 陈正清, 黄正翰 申请人:矽畿科技股份有限公司