专利名称：发光二极管的封装结构及封装方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管的封装结构及封装方法，尤其是涉及一种具非打线连结方式的发光二极管的封装结构及封装方法。
背景技术：
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)封装的目的是为了确保LED芯片正确地做电连接，机械性地保护LED芯片减低其受到机械、热、潮湿及其他种种的外来冲击。 LED现行封装形式包含多种样式，根据不同的应用场合、不同的外形尺寸、散热方案和发光效果等，而有多样化的封装形式。目前，LED按封装形式分类主要有Lamp-LED、TOP-LED、 Side-LED、SMD-LED,High-Power-LED、Flip Chip-LED 等。其中，SMD-LED (表面粘着LED)其将芯片先行固定到细小基板上，再进行打线的动作，接着进行胶体封装，最后再将该封装后的LED焊设于印刷电路板上，完成SMD-LED的光源结构及制作工艺。SMD-LED具有可进行回流焊制作工艺的特性，并解决了亮度、视角、平整度、可靠性、一致性等问题。然而，在高功率操作下的LED，元件的散热问题关系到元件特性与寿命，是值得重视与加以改善的，若是封装结构无法有效地使热排出，便会不断地累积在元件内部，使LED 操作时的接点温度上升，导致发光效率降低及发光波长变短，寿命也会随之减少。而解决的方法不外乎从LED芯片本身着手，提升LED芯片的发光效率，以减少热能的产生，使LED点亮时的接点温度下降。另一方面也可由封装结构的设计着手，选用高散热系数的封装材料， 以降低整体结构的热阻抗，也可以有效地降低接点温度，使LED元件维持预期的高可靠度、 长寿命等特性。在SMD-LED中，一般封装体热的传导系数较低，致使未能及时将热散出，累积在元件中的热对元件的特性、寿命及可靠度都会产生不良的影响。其次，LED晶粒与封装体两者热系数不一致，致使元件稳定性与寿命受到影响。另外，封装树脂的玻璃转移温度(Tg)温度过低(约120°C )，当SMD-LED元件过高温炉时其温度达250°C 300°C，容易造成结构上缺陷。在电性连结部分，传统封装制作工艺以打线方式(wire bonding)连结发光二极管与基板或导线架。请参阅图1，其为传统发光二极管的封装结构示意图，包含基板10、绝缘层11、金属层12、LED晶粒13及封胶15，其中LED晶粒13通过金属导线14与基板电极 16电性连结。此种打线键合制作工艺是利用热压合、超音波楔合或以超音波辅助的热压合方式，把直径约25 μ m的金线或铝线的两端分别连结到芯片及基板或导线架上。其中以超音波辅助的热压合方式，只须升温至约摄氏150度，单一接点的接合时间也只要20毫秒，是 LED封装业者最常使用的方法，但常见的失效现象为晶粒电极上打线的附着力不足以及打线断裂等问题，使得元件可靠度下降。有鉴于此，如何发展一种发光二极管的封装结构及封装方法，以解决现有技术的缺失，实为相关技术领域者目前所迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种发光二极管的封装结构及封装方法，其利用非打线方式进行电性连结，以避免传统打线方式可能遭遇的附着力不足或打线断裂的问题，以进
一步提升元件可靠度。为达上述目的，本发明提供一种发光二极管的封装结构，其包含一承载基板，其具有一上表面、一下表面及至少一第一贯穿结构；至少一第一电性传导结构，其形成于该第一贯穿结构中及该承载基板的部分该上表面及部分该下表面；一发光二极管，其设置于该承载基板上方；一绝缘层，其形成于该承载基板上方及该发光二极管两侧，且具有至少一第二贯穿结构，该第二贯穿结构对应该第一电性传导结构；至少一第二电性传导结构，其形成于该第二贯穿结构中及部分该绝缘层上，并连接该发光二极管的一电极，使该发光二极管及该承载基板的该上下表面通过该第一电性传导结构及该第二电性传导结构达到电性连结；以及一光穿透结构，其形成于该发光二极管及该第二电性传导结构上方。为达上述目的，本发明的提供一种发光二极管的封装方法，其包含下列步骤提供一承载基板，该承载基板具有一上表面及一下表面，并在该承载基板上形成至少一第一贯穿结构；形成至少一第一电性传导结构于该第一贯穿结构中及该承载基板的部分该上表面及该下表面上，以电性连结该承载基板的该上表面及该下表面；设置一发光二极管于该承载基板上方；形成一绝缘层于该承载基板上方及该发光二极管两侧，并在该绝缘层中形成至少一第二贯穿结构，该第二贯穿结构对应该第一电性传导结构；形成至少一第二电性传导结构于该第二贯穿结构中及部分该绝缘层上，且该第二电性传导结构连接该发光二极管的一电极，以电性连结该发光二极管及该承载基板的该上表面；以及形成一光穿透结构于该发光二极管及该第二电性传导结构上方。为达上述目的，本发明又提供一种发光二极管的封装结构，其包含一承载基板， 其具有一上表面及一下表面，且该承载基板上形成有至少一第一贯穿结构及一凹槽结构； 至少一第一电性传导结构，其形成于该第一贯穿结构中及该承载基板的部分该上表面及部分该下表面；一发光二极管，其设置于该承载基板的该凹槽结构中；一绝缘层，其形成于该承载基板及该发光二极管上方，且具有至少二第二贯穿结构，该第二贯穿结构对应该发光二极管的一电极及该第一电性传导结构而设置；至少一第二电性传导结构，其形成于该第二贯穿结构中及部分该绝缘层上，并连接该发光二极管的该电极及该第一电性传导结构， 使该发光二极管及该承载基板的该上下表面通过该第一电性传导结构及该第二电性传导结构达到电性连结；以及一光穿透结构，其形成于该发光二极管及该第二电性传导结构上方。为达上述目的，本发明再提供一种发光二极管的封装方法，其包含下列步骤提供一承载基板，该承载基板具有一上表面及一下表面，并在该承载基板上形成至少一第一贯穿结构及一凹槽结构；形成至少一第一电性传导结构于该第一贯穿结构中及该承载基板的部分该上表面及部分该下表面上，以电性连结该承载基板的该上表面及该下表面；设置一发光二极管于该承载基板的该凹槽结构中；形成一绝缘层于该承载基板及该发光二极管上方，并在该绝缘层中形成至少二第二贯穿结构，该第二贯穿结构对应该发光二极管的一电极及该第一电性传导结构而设置；形成至少一第二电性传导结构于该第二贯穿结构中及部v分该绝缘层上，以电性连结该发光二极管的该电极及该第一电性传导结构；以及形成一光 穿透结构于该发光二极管及该第二电性传导结构上方。
图1为传统发光二极管的封装结构示意图。图2A-图2S为显示本发明第一较佳实施例的发光二极管的封装方法的流程结构 示意图。图3A-图加为以毛细注入或真空吸引方式形成绝缘层的示意图。图4为以模版印刷方式形成绝缘层的示意图。图5为显示图2S的一变化实施例。图6为显示图2S的另ー变化实施例图7A-图7S为显示本发明第二较佳实施例的发光二极管的封装方法的流程结构 示意图。图8A-图8G为显示本发明第三较佳实施例的发光二极管的封装方法的流程结构 示意图。图9为显示图8G的一变化实施例。图10为显示图8G的另ー变化实施例。主要元件符号说明10:基板11 绝缘层12 金属层13 :LED晶粒14 金属导线15 封胶16 基板电极20 承载基板201 上表面202 下表面21 蚀刻阻挡层21’ 绝缘层22 光致抗蚀剂层23 光致抗蚀剂层24:第一贯穿结构25:第一电性传导结构251 金属底层沈发光二极管洸1、洸2:电极27 绝缘层27，绝缘材质28 光致抗蚀剂层29J91J92 第二贯穿结构 30 第二电性传导结构31 光转换层32 光穿透结构33:凹槽结构40:板件50 模版51 橡胶滚轴
具体实施例方式体现本发明特征与优点的ー些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的 是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明 及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。请參阅图2A-图2S，其为显示本发明第一较佳实施例的发光二极管的封装方法的流程结构示意图。如图2A所示，首先，提供一承载基板20，其具有上表面201及下表面202，其中，该承载基板20较佳为一硅芯片(silicon wafer)，且经热处理后，硅芯片的上表面201及下表面202将分别形成二氧化硅氧化层，其作为一蚀刻阻挡层21 (如图2B所示)。相较于传统的金属支架(lead frame)表面，硅芯片具有较佳的平坦性， 可进行共晶接合(Eutectic Bonding)制作工艺，此外，硅芯片也具有较高的热传导系数 (Thermal Conductivity)、与光电半导体较为接近的热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion)、较高的熔点、以及较低的机械应力。此外，承载基板20除可为硅芯片之外，也可为陶瓷基板(ceramic)、蓝宝石(sapphire)基板、金属基板、玻璃基板或塑胶基板。又，蚀刻阻挡层21不限于二氧化硅氧化层，也可由氮化硅、光致抗蚀剂、金属、聚合物(polymer)或苯并环丁烯 (Benzocyclobutene, BCB)等材料所形成。接着，在承载基板20的上表面201形成一光致抗蚀剂层22，且光致抗蚀剂层22经黄光光刻技术定义出一图案(如图2C所示)，之后移除未被光致抗蚀剂层22覆盖的蚀刻阻挡层21，形成如图2D所示的结构，其中，蚀刻阻挡层21可通过湿式蚀刻(wet etching)、干式烛亥Ij (dry etching)、激光钻孑L (laser drilling)或机械钻孑L (mechanical drilling) 等方式来移除。其后，将光致抗蚀剂层22去除，并在承载基板20上形成至少一凹槽结构 (如图2E所示)，其中，承载基板20可以氢氧化钾(KOH)为蚀刻液进行湿式蚀刻以形成凹槽结构，但不以此为限，也可通过干式蚀刻、激光钻孔或机械钻孔等方式来形成凹槽结构。随后再次进行热处理，以在前述凹槽结构表面形成一蚀刻阻挡层21(如图2F所示)，可为二氧化硅氧化层。当然，该蚀刻阻挡层21也可由氮化硅、光致抗蚀剂、金属、聚合物或苯并环丁烯等材料所形成。又，在另一实施例中，此步骤也可省略。之后，在承载基板20的上下表面分别形成光致抗蚀剂层23，且光致抗蚀剂层23经黄光光刻技术定义出一图案(如图2G所示)。接着，移除未被光致抗蚀剂层23覆盖的蚀刻阻挡层21，以形成如图2H所示的结构，其中，蚀刻阻挡层21可通过湿式蚀刻、干式蚀刻、激光钻孔或机械钻孔等方式来移除。其后，将光致抗蚀剂层23去除，并对承载基板20进行蚀刻或钻孔，以形成至少一第一贯穿结构24 (如图21所示)，其中，第一贯穿结构M可通过湿式蚀刻、干式蚀刻、激光钻孔或机械钻孔等方式来形成。当然，第一贯穿结构M也可通过一次性穿孔的方式来形成，而无须如图2E至图21所示分两阶段来对承载基板20进行穿孔。随后，可再次进行热处理，以在第一贯穿结构M表面形成一绝缘层21’ (如图I 所示)，例如二氧化硅氧化层，以作为。在一些实施例中，当前述蚀刻阻挡层21非为二氧化硅或氮化硅所构成时，可先将蚀刻阻挡层21去除(如图2J所示)后，再在承载基板20及第一贯穿结构M表面形成绝缘层21’(如图I所示)，其中，该绝缘层21’可由二氧化硅、 氮化硅、光致抗蚀剂、聚合物或苯并环丁烯等材料所构成。接着如图2L所示，在该第一贯穿结构M中形成一第一电性传导结构25，且该第一电性传导结构25也形成于承载基板20的部分上表面201上及部分下表面202上，其中， 该第一电性传导结构25更包含后续用作固晶用的金属底层251。该第一电性传导结构25 由导电材质所形成，例如但不限于金属，用以电性连结承载基板20的上表面201及下表面 202，其中，该第一电性传导结构可通过物理蒸镀(Physical Vapor D印osition，PVD)、电铸 (plating)或网印(stencil printing)方式来形成，但不以此为限。
之后进行固晶(die bond)步骤，亦即将一发光二极管沈晶粒设置并固定于承载基板20的金属底层251上(如图2M所示)，其中，该发光二极管沈具有电极沈1、沈2，且发光二极管26的发射波长范围为200-800纳米，而发光二极管沈的晶粒数量可为一颗或多颗的组合。在一实施例中，发光二极管26以共晶接合(Eutectic Bonding)进行固晶，以提供较佳的接合强度，但不以此为限，例如发光二极管26也可通过银胶、锡膏、聚合物或硅胶(Silicone)进行固晶。接着，在承载基板20上方形成一绝缘层27，该绝缘层27相对形成于发光二极管 26的两侧，且具有平坦的表面以及与发光二极管沈大体上相同的高度(如图2N所示)，并使发光二极管26的电极261、262裸露，换言之，绝缘层27与发光二极管沈大致形成共平面的结构，其中，该绝缘层27较佳是由聚合物或硅胶所构成，但不以此为限，例如也可由二氧化硅、光致抗蚀剂、苯并环丁烯或环氧树脂(Epoxy)所构成。在一些实施例中，该绝缘层 27可由毛细注入、真空吸引或模版印刷方式来形成(详细制作工艺将说明于后)，但不以此为限。随后，在绝缘层27上方形成一光致抗蚀剂层观，且光致抗蚀剂层观经黄光光刻技术定义出一图案(如图20所示)，之后以湿式蚀刻、干式蚀刻、激光钻孔或机械钻孔等方式在绝缘层27开孔，并将光致抗蚀剂层观移除，以形成至少一第二贯穿结构29(如图2P所示)，其中，第二贯穿结构四对应第一电性传导结构25而设置。接着如图叫所示，在该第二贯穿结构四中形成一第二电性传导结构30，且该第二电性传导结构30也形成于部分的绝缘层27上，其从第二贯穿结构四往发光二极管沈方向延伸，并与发光二极管沈的电极261、262连接。该第二电性传导结构30由导电材质所形成，例如但不限于金属，用以电性连结发光二极管沈的电极沈1、262及承载基板20的上表面201，其中，该第二电性传导结构30可通过物理蒸镀、电铸或网印方式来形成，但不以此为限。 之后，在该发光二极管沈的表面形成一光转换层31 (如图2R所示)，其可用以调变发光波长，进行混光，其中，光转换层31可为荧光粉涂层，也可为半导体量子井或量子点结构层，且光转换层31可通过点胶或喷涂或bonding或压模制作工艺来形成。最后，在该发光二极管26及该第二电性传导结构30上方形成一光穿透结构32(如图2S所示)，其可为一图形化封装体，用以包覆并保护发光二极管26晶粒，避免水气与外力侵入、增加亮度及改变光形。在一实施例中，光穿透结构32为封装硅胶体，但不以此为限，例如也可由聚合物、环氧树脂、二氧化硅或玻璃所组成。另一方面，光穿透结构32的形状可为半球状、柱状或其他形状，而光穿透结构32的表面可为曲面、平面或凹面。光穿透结构32可通过模塑(molding)方式或点胶方式来形成，其中，模塑方式可采用硅胶、聚合物、环氧树脂、二氧化硅或玻璃作为光穿透结构32的材料，而点胶方式可采用硅胶、聚合物、环氧树脂或玻璃作为光穿透结构32的材料。又，在形成光穿透结构32前， 也可在发光二极管的封装结构外围先形成一阻挡层，再进行模塑或点胶制作工艺以于阻挡墙之间形成光穿透结构32。此外，在另一些实施例中，该光转换层31除形成于发光二极管沈表面外，也可形成于光穿透结构32表面或形成于光穿透结构32中。举例来说，可将荧光粉混入光穿透结构32的材料中，以与光穿透结构32 —同形成于发光二极管的封装结构中。
因此，通过前述制作工艺，本发明提供了一发光二极管的封装结构，其主要包含承载基板20、第一电性传导结构25、发光二极管沈、绝缘层27、第二电性传导结构30及光穿透结构32 (如图2S所示)，其中，承载基板20具有第一贯穿结构24 (如图I所示)，第一电性传导结构25形成于第一贯穿结构M中，发光二极管沈设置该承载基板20上方，绝缘层27形成于承载基板20上方及发光二极管沈两侧，且具有第二贯穿结构29(如图2P所示)，第二贯穿结构四对应第一电性传导结构25而设置，第二电性传导结构30形成于第二贯穿结构四中及部分绝缘层27上，并连接发光二极管沈的电极沈1、沈2，使发光二极管 26及承载基板20的上下表面通过第一电性传导结构25及第二电性传导结构30达到电性连结，而光穿透结构32则形成于发光二极管沈及第二电性传导结构30上方，以包覆并保护发光二极管26。根据本发明的一较佳实施例，承载基板20较佳为一硅芯片，相较于传统的金属支架或电路板等封装基材，硅芯片具有较佳的平坦性，可增进固晶强度，且具有较佳的散热效果及耐高温等优点。而在电性连结部分，发光二极管26的电极261、262与承载基板20上表面之间以叠层技术(Overlay Technique)进行电连接，其首先由以毛细注入、真空吸引或模版印刷方式平坦化涂布绝缘层27于发光二极管沈两侧，并在绝缘层27中形成第二贯穿结构四，再以物理蒸镀、电铸或网印方式于第二贯穿结构四及绝缘层27表面形成第二电性传导结构30，达到电性连结。相较于传统的打线连结方式(wire bonding)，此种非打线连结方式(wireless interconnection)具有较厚的电性传导层厚度及较佳的可靠度，也能承受较高的机械应力，避免了传统打线方式常见的潜在风险，例如附着力不足与可靠度降低等现象引起的元件失效效应。再者，由于第二电性传导结构30并非贴附于发光二极管沈的侧壁，因此不会阻挡光线的射出而影响光线取出效率。请参阅图3A-图3B，其进一步说明电性连结制作工艺。在发光二极管沈完成固晶之后(如图2M所示的结构)，可在发光二极管沈上形成一板件40，并以毛细注入 (capillary injection)或真空吸引方式将聚合物或硅胶等绝缘材质27’填入板件40与承载基板20之间的空间(如图3A所示)，直到绝缘材质27’填满板件40与承载基板20之间的空间而形成绝缘层27(如图;3B所示)，之后再将板件40移除，即形成图2N所示的结构。 通过此方法，可平坦化涂布绝缘层27于发光二极管沈两侧，使得第二电性传导结构30能形成于绝缘层27的表面，并与发光二极管沈的电极261、262连接，达到电性连结。此外，除前述以毛细注入或真空吸引方式形成绝缘层27之外，也可利用模版印刷 (stencil printing)方式来达成。请参阅图4，其为模版印刷方式的示意图，其中承载基板的细部结构省略绘示。如图4所示，在发光二极管沈完成固晶之后，可将模版50设置在发光二极管沈的两侧，其中该模版50具有与发光二极管沈大体上相同的高度。接着，在承载基板20上加入绝缘材质27’，例如聚合物或硅胶，再以橡胶滚轴(squeegee) 51将绝缘材质27’填入发光二极管沈与模版50之间的空间，由此形成具有平坦表面的绝缘层27，之后再将模版50移除，即形成图2N所示的结构。同样地，通过此方法，可平坦化涂布绝缘层27 于发光二极管26两侧，使得第二电性传导结构30能形成于绝缘层27的表面，并与发光二极管26的电极261、262连接，达到电性连结。此外，本发明提供的发光二极管封装方法所形成的发光二极管元件所占面积较小，且搭配半导体制作工艺，具有批次量产的优势。前述形成绝缘层的方法，也可应用于批次量产制作工艺，例如图4即显示模版印刷方式可同时形成多个发光二极管元件的绝缘层。同样地，后续的电性连结制作也采半导体制作工艺来进行，由于无须如传统打线方式以机械式逐一做连结，故可避免传统打线方式常见的附着力不足与可靠度降低等缺点。请参阅图5，其为显示图2S的一变化实施例，其中，在图5所示的发光二极管封装结构中，光转换层31在固晶后便接着形成于发光二极管沈的芯片表面及芯片周围，之后再形成绝缘层27、第二电性传导结构30及光穿透结构32。请参阅图6，其为显示图2S的另一变化实施例，其中，在图6所示的发光二极管封装结构中，发光二极管26为一垂直式发光二极管，故其上表面只有一电极沈1，另一电极 (未显示)则在下表面，因此在形成第一电性传导结构25时，发光二极管沈一侧的第一电性传导结构25延伸至发光二极管沈底部，直接与发光二极管沈下表面的电极电性连结， 而发光二极管26上表面的电极261则同样与第二电性传导结构30电性连结。请参阅图7A-图7S，其为显示本发明第二较佳实施例的发光二极管的封装方法的流程结构示意图，而所形成的发光二极管封装结构如图7S所示。图7A-图7S所示的封装方法大体上与图2A-图2S相仿，主要差异在于承载基板20上更形成一凹槽结构33(如图 7E所示)，且发光二极管沈晶粒设置并固定于该凹槽结构33中(如图7M所示)，其他步骤则与图2A-图2S相同，因此不再赘述。另外，第一电性传导结构25可选择性形成于凹槽结构33的部分表面(如图7L所示)或仅形成于第一贯穿结构M以及第一贯穿结构M与凹槽结构33中间的承载基板20上。因此，通过前述制作工艺，本发明更提供了一发光二极管的封装结构，其主要包含承载基板20、第一电性传导结构25、发光二极管沈、绝缘层27、第二电性传导结构30及光穿透结构32 (如图7S所示)，其中，承载基板20具有第一贯穿结构24 (如图7K所示)，第一电性传导结构25形成于第一贯穿结构M中，发光二极管沈设置该承载基板20的凹槽结构33中，绝缘层27形成于承载基板20上方及发光二极管沈两侧，且具有第二贯穿结构 29(如图7P所示)，第二贯穿结构四对应第一电性传导结构25而设置，第二电性传导结构 30形成于第二贯穿结构四中及部分绝缘层27上，并连接发光二极管沈的电极沈1、沈2， 使发光二极管26及承载基板20的上下表面通过第一电性传导结构25及第二电性传导结构30达到电性连结，而光穿透结构32则形成于发光二极管沈及第二电性传导结构30上方，以包覆并保护发光二极管26。在此实施例中，承载基板20较佳为一硅芯片，相较于传统的金属支架或电路板等封装基材，硅芯片具有较佳的平坦性，可增进固晶强度，且具有较佳的散热效果及耐高温等优点。而在电性连结部分，发光二极管沈的电极沈1、沈2与承载基板20上表面之间以叠层技术(Overlay Technique)进行电连接，其首先以毛细注入、真空吸引或模版印刷方式平坦化涂布绝缘层27于发光二极管沈两侧，并在绝缘层27中形成第二贯穿结构四，再以物理蒸镀、电铸或网印方式于第二贯穿结构四及绝缘层27表面形成第二电性传导结构30， 达到电性连结。相较于传统的打线连结方式，此种非打线连结方式具有较厚的电性传导层厚度及较佳的可靠度，也能承受较高的机械应力，避免了传统打线方式常见的潜在风险，例如附着力不足与可靠度降低等现象引起的元件失效效应。再者，由于第二电性传导结构30 并非贴附于发光二极管26的侧壁，因此不会阻挡光线的射出而影响光线取出效率。此外， 发光二极管26设置于承载基板20的凹槽结构33中，将有助于光线反射，使发光二极管沈
11的发光效率提升。另外，图7S所示的发光二极管封装结构也可如同图5，具有光转换层31形成位置及步骤不同的变化实施例，或是如同图6采用垂直式的发光二极管。当然，本发明并不限于上述实施态样，例如承载基板20除图2A-图2S所示的平面结构及图7A-图7S所示具单一凹槽结构外，也可具有由斜面、凹槽与凸面所形成的单一或多个凹槽结构，作为设置发光二极管之用。请参阅图8A-图8G，其为显示本发明第三较佳实施例的发光二极管的封装方法的流程结构示意图，而所形成的发光二极管封装结构如图8G所示。图8A为显示承载基板20 上已形成凹槽结构33及第一贯穿结构M的示意图，其相当于图7K所示的结构，且形成方式与图7A-图7J相同，因此省略绘示并不再赘述。但图8A的凹槽结构33的深度较深，其可在后续程序中容置整个发光二极管沈于其中。接着，如图8B所示，在承载基板20及第一贯穿结构M的表面形成一第一电性传导结构25及固晶用的金属底层251，其中该第一电性传导结构25形成于第一贯穿结构M 的表面以及承载基板20的部分上表面201上及部分下表面202上，且该第一电性传导结构 25由导电材质所形成，例如但不限于金属，用以电性连结承载基板20的上表面201及下表面202。前述第一电性传导结构25的形成方式可通过电镀、化镀、电子枪蒸镀(E-gim)或是溅镀(Sputter)方式于承载基板20及第一贯穿结构M的表面沈积一层金属薄膜后，再形成一光致抗蚀剂层于其上，并利用黄光光刻制作工艺定义出图形，以通过湿式蚀刻或干式蚀刻方式将不要的金属去除，即可形成如图8B所示的第一电性传导结构25。当然，第一电性传导结构25的形成方式不限于上述，例如，也可先形成一光致抗蚀剂层于承载基板20上，并利用黄光光刻制作工艺定义出图形，接着利用电镀、化镀、 电子枪蒸镀或是溅镀方式在光致抗蚀剂层上沉积一层金属薄膜后，再将光致抗蚀剂去除 (lift-off)，此时在光致抗蚀剂层上的金属即可因光致抗蚀剂层被去除而剥离，即可形成如图8B所示的第一电性传导结构25。在一些实施例中，该第一电性传导结构25也可如图7L所示为填充于整个第一贯穿结构M中，其同样可达到电性连结承载基板20的上表面201及下表面202的目的。之后进行固晶步骤，亦即将一发光二极管沈晶粒设置并固定于承载基板20上的凹槽结构33中(如图8C所示)，其中，该发光二极管沈具有电极沈1、沈2，且发光二极管 26的发射波长范围为200-800纳米，而发光二极管沈的晶粒数量可为一颗或多颗的组合。 在一实施例中，发光二极管26以共晶接合(Eutectic Bonding)进行固晶，以提供较佳的接合强度，但不以此为限，也可通过银胶、锡膏、聚合物或硅胶进行固晶。随后，在该发光二极管沈的表面及周围形成一光转换层31 (如图8D所示)，其可用以调变发光波长，进行混光，其中，光转换层31可为荧光粉涂层，也可为半导体量子井或量子点结构层，且光转换层31可通过点胶或喷涂制作工艺来形成。接着，在承载基板20及发光二极管沈上方形成一绝缘层27，并在绝缘层27上对应发光二极管26的电极沈1、沈2以及第一电性传导结构25的位置开孔，以形成第二贯穿结构四1、四2(如图8E所示)。该绝缘层27较佳是以干膜(dry film)技术所形成，该绝缘层可为一干膜(dry film)，未形成于该凹槽结构中及该发光二极管的侧壁，其可由二氧化硅、光致抗蚀剂、聚合物、硅胶、苯并环丁烯或环氧树脂所构成。而第二贯穿结构291、292可由半导体黄光制作工艺以及湿式蚀刻、干式蚀刻、激光钻孔或机械钻孔等方式来形成。另外，发光二极管26与凹槽结构33之间可选择填满或不填满前述绝缘材质。之后，在第二贯穿结构四1、四2中及部分绝缘层27上形成第二电性传导结构30， 分别连接发光二极管沈的电极沈1、沈2与第一电性传导结构25 (如图8F所示)。该第二电性传导结构30是由导电材质所形成，例如但不限于金属，用以电性连结发光二极管沈的电极261、262及承载基板20的上表面201，其中，该第二电性传导结构30可通过电子枪蒸镀(E-gim)或是溅镀(Sputter)技术，并配合掩模(shield mask)来形成如图8F所示的第二电性传导结构30。当然，第二电性传导结构30的形成方式不限于上述，例如，也可先形成一光致抗蚀剂层于绝缘层27上，并利用黄光光刻制作工艺定义出图形，接着利用电镀、化镀、电子枪蒸镀或是溅镀方式进行金属沈积，再将光致抗蚀剂层去除，以形成如图8F所示的第二电性传导结构30。最后，在该发光二极管沈及该第二电性传导结构30上方形成一光穿透结构 32 (如图8G所示)，其可为一图形化封装体，用以包覆并保护发光二极管沈晶粒，避免水气与外力侵入、增加亮度及改变光形。在一实施例中，光穿透结构32为封装硅胶体，但不以此为限，例如也可由聚合物、环氧树脂、二氧化硅或玻璃所组成。另一方面，光穿透结构32的形状可为半球状或柱状，而光穿透结构32的表面可为曲面、平面或凹面。光穿透结构32可通过模塑(molding)方式或点胶方式来形成，其中，模塑方式可采用硅胶、聚合物、环氧树脂、二氧化硅或玻璃作为光穿透结构32的材料，而点胶方式可采用硅胶、聚合物、环氧树脂或玻璃作为光穿透结构32的材料。又，在形成光穿透结构32前， 也可在发光二极管的封装结构外围先形成一阻挡层，再进行模塑或点胶制作工艺以于阻挡墙之间形成光穿透结构32。此外，在另一些实施例中，该光转换层31除形成于发光二极管沈表面及周围外， 也可形成于光穿透结构32表面或形成于光穿透结构32中。举例来说，可将荧光粉混入光穿透结构32的材料中，以与光穿透结构32 —同形成于发光二极管的封装结构中。因此，通过前述制作工艺，本发明提供了一发光二极管的封装结构，其主要包含承载基板20、第一电性传导结构25、发光二极管沈、绝缘层27、第二电性传导结构30及光穿透结构32 (如图8G所示)，其中，承载基板20具有第一贯穿结构24 (如图8A所示)，第一电性传导结构25形成于第一贯穿结构M的表面以及承载基板20的部分上表面201上及部分下表面202上，发光二极管沈设置该承载基板20的凹槽结构33中，绝缘层27形成于承载基板20及发光二极管沈上方，且具有第二贯穿结构四1、四2(如图8E所示)，其对应发光二极管26的电极沈1、沈2以及第一电性传导结构25的位置，以分别连接发光二极管 26的电极261、262与第一电性传导结构25。因此，发光二极管沈及承载基板20的上下表面通过第一电性传导结构25及第二电性传导结构30达到电性连结，而光穿透结构32则形成于发光二极管26及第二电性传导结构30上方，以包覆并保护发光二极管26。同样地，在图8A-图8G所示实施例中，发光二极管沈的电极沈1、262与承载基板 20上表面之间以叠层技术(Overlay Technique)进行电连接，其由干膜技术平坦化涂布绝缘层27于承载基板20及发光二极管沈的上方，并在绝缘层27中形成第二贯穿结构29， 再在第二贯穿结构四中形成第二电性传导结构30，以电性连结发光二极管沈的电极沈1、262及承载基板20的上表面。相较于传统的打线连结方式(wire bonding)，此种非打线连结方式(wireless interconnection)具有较厚的电性传导层厚度及较佳的可靠度，也能承受较高的机械应力，避免了传统打线方式常见的潜在风险，例如附着力不足与可靠度降低等现象引起的元件失效效应。再者，由于第二电性传导结构30并非贴附于发光二极管沈的侧壁，因此不会阻挡光线的射出而影响光线取出效率。当然，图8G所示的发光二极管封装结构也可如同图6采用垂直式的发光二极管。此外，在图8G所示的发光二极管封装结构中，由于第一电性传导结构25并非填充于整个第一贯穿结构M中，故第一贯穿结构M可作为切割预留线(dicing line)，亦即在利用半导体制作工艺批次化形成发光二极管封装结构之后，可在第一贯穿结构M处进行切割，以得到单一的发光二极管封装结构单元。因此，此实施例中的第一贯穿结构M具有作为切割预留及电连接的双重功能。请参阅图9，其为显示图8G的一变化实施例，其中，在图9所示的发光二极管封装结构中，绝缘层27更形成于凹槽结构33中，亦即发光二极管沈与凹槽结构33之间也可填满绝缘材质。请参阅图10，其为显示图8G的另一变化实施例，其中，在图10所示的发光二极管封装结构中，当第二电性传导结构30形成之后，绝缘层27即被进一步移除，其中，绝缘层27 可通过干式蚀刻(例如以氧气、氮气或氩气作为蚀刻媒介的等离子体蚀刻)或湿式蚀刻方式移除。之后再形成光穿透结构32于该发光二极管沈及该第二电性传导结构30上方。综上所述，本发明提供的发光二极管封装结构及封装方法主要以叠层技术 (Overlay Technique)达成发光二极管与承载基板上表面间的电连接，此种非打线连结方式具有较厚的电性传导层厚度及较佳的可靠度，可避免传统打线方式常见如附着力不足与可靠度降低等缺点。另外，本发明的承载基板较佳为硅芯片，相较于传统的金属支架或电路板等封装基材，硅芯片具有较佳的平坦性，可增进固晶强度，且具有较佳的散热效果及耐高温等优点。再者，本发明提供的发光二极管封装方法所形成的发光二极管元件所占面积较小，且搭配半导体制作工艺，具有批次量产的优势。由于上述优点为现有技术所不及者，故本发明的发光二极管的封装结构及封装方法极具产业价值，爰依法提出申请。本发明得由熟悉此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然而皆不脱如附权利要求所欲保护者。
权利要求
1.一种发光二极管的封装结构，其包含承载基板，其具有上表面、下表面及至少一第一贯穿结构；至少一第一电性传导结构，其形成于该第一贯穿结构中及该承载基板的部分该上表面及部分该下表面；发光二极管，其设置于该承载基板上方；绝缘层，其形成于该承载基板上方及该发光二极管两侧，且具有至少一第二贯穿结构， 该第二贯穿结构对应该第一电性传导结构而设置；以及至少一第二电性传导结构，其形成于该第二贯穿结构中及部分该绝缘层上，并连接该发光二极管的一电极，使该发光二极管及该承载基板的该上、下表面通过该第一电性传导结构及该第二电性传导结构达到电性连结。
2.如权利要求1所述的发光二极管的封装结构，其中该承载基板包含凹槽结构，且该发光二极管设置于该凹槽结构中。
3.如权利要求1所述的发光二极管的封装结构，其中该绝缘层与该发光二极管大致形成共平面的结构。
4.一种发光二极管的封装结构，其包含承载基板，其具有上表面及下表面，且该承载基板上形成有至少一第一贯穿结构及凹槽结构；至少一第一电性传导结构，其形成于该第一贯穿结构中及该承载基板的部分该上表面及部分该下表面；发光二极管，其设置于该承载基板的该凹槽结构中；绝缘层，其形成于该承载基板及该发光二极管上方，且具有至少二第二贯穿结构，各该第二贯穿结构对应该发光二极管的一电极及该第一电性传导结构而设置；以及至少一第二电性传导结构，其形成于该第二贯穿结构中及部分该绝缘层上，并连接该发光二极管的该电极及该第一电性传导结构，使该发光二极管及该承载基板的该上下表面通过该第一电性传导结构及该第二电性传导结构达到电性连结。
5.如权利要求4所述的发光二极管的封装结构，其中该绝缘层为一干膜(dryfilm), 该绝缘层未形成于该凹槽结构中及该发光二极管的侧壁。
6.如权利要求4所述的发光二极管的封装结构，其中该绝缘层还形成于该凹槽结构中。
7.如权利要求4所述的发光二极管的封装结构，其中该第一贯穿结构作为切割预留线。
8.如权利要求1或4所述的发光二极管的封装结构，还包含一光转换层，其形成于该发光二极管的表面或形成于该发光二极管的表面及周围。
9.如权利要求1或4所述的发光二极管的封装结构，还包含光转换层，其形成于该光穿透结构表面或形成于该光穿透结构中。
10.如权利要求1或4所述的发光二极管的封装结构，还包括光穿透结构，其形成于该发光二极管及该第二电性传导结构上方。
11.如权利要求10所述的发光二极管的封装结构，其中该光穿透结构由硅胶、聚合物、 环氧树脂、二氧化硅或玻璃所构成。
12.如权利要求1或4所述的发光二极管的封装结构，其中该承载基板为硅芯片、陶瓷基板、蓝宝石基板、金属基板、玻璃基板或塑胶基板。
13.如权利要求1或4所述的发光二极管的封装结构，其中该绝缘层由二氧化硅、聚合物、硅胶、光致抗蚀剂、苯并环丁烯或环氧树脂所构成。
14.一种发光二极管的封装方法，其包含下列步骤 提供一承载基板，该承载基板具有一上表面及一下表面； 形成至少一第一贯穿结构于该承载基板上；形成至少一第一电性传导结构于该第一贯穿结构中及该承载基板的部分该上表面及该下表面上，以电性连结该承载基板的该上表面及该下表面； 设置一发光二极管于该承载基板上方；形成一绝缘层于该承载基板上方及该发光二极管两侧，并在该绝缘层中形成至少一第二贯穿结构，该第二贯穿结构对应该第一电性传导结构而设置；以及形成至少一第二电性传导结构于该第二贯穿结构中及部分该绝缘层上，且该第二电性传导结构连接该发光二极管的一电极，以电性连结该发光二极管及该承载基板的该上表
15.如权利要求14所述的发光二极管的封装方法，还包含一步骤形成一凹槽结构于该承载基板上的步骤，且该发光二极管设置于该凹槽结构中。
16.如权利要求14所述的发光二极管的封装方法，其中该绝缘层与该发光二极管大致形成共平面的结构。
17.如权利要求14所述的发光二极管的封装方法，其中该绝缘层以毛细注入、真空吸引或模版印刷方式所形成的平坦化结构。
18.一种发光二极管的封装方法，其包含下列步骤 提供一承载基板，该承载基板具有一上表面及一下表面； 形成至少一第一贯穿结构及一凹槽结构于该承载基板上；形成至少一第一电性传导结构于该第一贯穿结构中及该承载基板的部分该上表面及部分该下表面上，以电性连结该承载基板的该上表面及该下表面； 设置一发光二极管于该承载基板的该凹槽结构中；形成一绝缘层于该承载基板及该发光二极管上方，并在该绝缘层中形成至少二第二贯穿结构，该第二贯穿结构对应该发光二极管的一电极及该第一电性传导结构而设置；以及形成至少一第二电性传导结构于该第二贯穿结构中及部分该绝缘层上，以电性连结该发光二极管的该电极及该第一电性传导结构。
19.如权利要求18所述的发光二极管的封装方法，其中该第一电性传导结构以一薄膜形式形成于该第一贯穿结构的表面。
20.如权利要求18所述的发光二极管的封装方法，其中该绝缘层以干膜(dryfilm)技术所形成，该绝缘层为一干膜(dry film)，该绝缘层未形成于该凹槽结构中及该发光二极管的侧壁。
21.如权利要求18所述的发光二极管的封装方法，其中该绝缘层还形成于该凹槽结构中。
22.如权利要求18所述的发光二极管的封装方法，还包含一步骤移除该绝缘层。
23.如权利要求14或18所述的发光二极管的封装方法，其中该发光二极管通过共晶接合、银胶、锡膏、聚合物或硅胶固定于该承载基板上。
24.如权利要求14或18所述的发光二极管的封装方法，还包含一步骤形成一光穿透结构于该发光二极管及该第二电性传导结构上方。
25.如权利要求14或18所述的发光二极管的封装方法，还包含一步骤形成一光转换层于该光穿透结构的表面或该光穿透结构中。
26.如权利要求14或18所述的发光二极管的封装方法，还包含一步骤形成一光转换层于该发光二极管的表面或形成于该发光二极管的表面及周围。
全文摘要
本发明公开一种发光二极管的封装结构及封装方法，该封装结构包含承载基板，具有上下表面及第一贯穿结构；第一电性传导结构，形成于第一贯穿结构中及承载基板的部分上及下表面；发光二极管，设置于承载基板上方；绝缘层，形成于承载基板上方及发光二极管两侧，且具有第二贯穿结构，其对应第一电性传导结构；第二电性传导结构，形成于第二贯穿结构中及部分绝缘层上，并连接发光二极管的电极，使发光二极管及承载基板的上下表面通过第一电性传导结构及第二电性传导结构达到电性连结；以及光穿透结构，形成于发光二极管及第二电性传导结构上方。
文档编号H01L33/62GK102386318SQ20101027344
公开日2012年3月21日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者林立凡, 谢恊伸, 陈世鹏, 陈朝旻, 陈煌坤 申请人:台达电子工业股份有限公司