專利名稱：具有硅質載板的發光二極管陣列封裝結構與其制作方法
技術領域：
本發明關于 一種具有硅質載板的發光二極管陣列封裝結構與其制作方 法，尤指一種利用微機電工藝或半導體工藝所制作的具有凹杯結構的硅質載 板的發光二極管陣列封裝結構與其制作方法。
背景技術：
由于發光二極管(light emitting diode, LED)具有壽命長、體積小、高耐震 性、發熱度小及耗電量低等優點，故發光二極管已被廣泛地應用于家電制品 及各式儀器的指示燈或光源。而且近年來，更由于發光二極管朝向多色彩及 高亮度化發展，因此其應用范圍已拓展至各種攜帶式或大型電子產品中，用 以作為顯示器的背光源、燈具、警示號志以及戶外多媒體彩色看板等，成為 兼具省電和環保概念的新照明光源。請參考圖1，圖1為現有發光二極管陣列封裝結構示意圖。現有發光二 極管陣列封裝結構10包含有一平面的基板20與多個發光二極管30設置于 基板20上，其中基板20為印刷電路板或導電支架。由于陣列排列的發光二 極管30體積較小，現有發光二極管陣列封裝結構10的光型因為發光二極管 30本身具有側向的散光，導致光型中有暗區的產生，均勻混光距離50因此 較長，但又因封裝組裝機臺在固晶的定位間距有精度的限制，使發光二極管 30的間距40大于100微米，因此無法應用于液晶顯示器等需要高解析度發 光源的產品。近來，為了減少側向散光以改善光型，使用較大尺寸的發光二極管或凹 杯做集光來改善光型為常見的作法，但機械加工有其極限，故凹杯雖可集光 卻無法改善其組裝體積。此外，請參考圖2，圖2為現有發光二極管的尺寸 與側壁散光比的關系圖。較大尺寸的發光二極管雖然發光的亮度較小尺寸的 發光二極管為高，且側向散光相對總體發光的比值較小尺寸的發光二極管 小，如圖2所示，但由于大尺寸的發光二極管的出光面面積過大，會造成過 多的光波在薄膜內進行全反射而降低發光效率。另外，面積較大的發光二極管管芯的成本較高，而目前雖有使用側壁極薄的薄型氮化鎵(Thin GaN)技術 以降低側壁出光，但價格比一般發光二極管卻高出許多。因此為了達到高亮度的照明，提升發光二極管的光利用率，并且降低封 裝結構與工藝的成本，已成為發光二極管陣列封裝的重要課題。發明內容本發明的目的是提供一種具有硅質載板的發光二極管陣列封裝結構與 其制造方法，以提升發光二極管陣列的光利用率，并且降低制造成本。本發明提供一種具有硅質載板的發光二極管陣列封裝結構，其包含有一 硅質載板，該硅質載板的上表面具有多個凹杯結構； 一反射層，設置于該硅 質載板上； 一透明絕緣層，設置于該反射層上； 一導電圖層，設置于該透明 絕緣層上；以及多個發光二極管，各該發光二極管分別設置于各該凹杯結構 內的該導電圖層上。本發明另提供一種制作具有硅質載板的發光二極管陣列封裝結構的方 法，首先，提供一晶片，利用一蝕刻工藝于該晶片上形成多個凹杯結構，然 后形成一反射層于該晶片的上表面，接著形成一透明絕緣層于該反射層上， 再于該透明絕緣層上形成一導電圖層以及將多個發光二極管管芯分別與各 該凹杯結構內的該導電圖層接合。本發明利用半導體工藝或微機電工藝等方式于晶片上制作出具有陣列 式且高密集度的凹杯結構，使得制作出的發光二極管封裝結構具有高積集 度、高開孔率、光型均勻、混光距離短與高發光效率的特性。
圖1為現有發光二極管陣列封裝結構示意圖；圖2為沒有使用凹杯結構的發光二極管陣列封裝結構的尺寸與側壁散光 比的關系圖；圖3為本發明的具有硅質載板的發光二極管陣列封裝結構剖面示意圖； 圖4為沒有使用凹杯結構的發光二極管陣列封裝結構的尺寸與開孔率的 關系圖；圖5為具有300微米深度凹杯結構的發光二極管陣列封裝結構的尺寸與 開孔率的關系圖；圖6至圖9為本發明一較佳實施例制作一發光二極管陣列封裝結構的方 法示意圖。主要元件符號說明10發光二極管封裝結構20基板30發光二極管40發光二極管的間距50均勻混光距離100發光二極管封裝結構110硅質載板120凹杯結構130反射層140透明絕緣層150導電圖層160發光二極管170均勻混光距離180相鄰凹杯結構邊緣的間距200晶片210凹杯結構220反射層230透明絕緣層240導電圖層250發光二極管具體實施方式
圖3為本發明的具有硅質載板的發光二極管陣列封裝結構剖面示意圖。 發光二極管陣列封裝結構100包含有一硅質載板110，其上表面具有多個凹 杯結構120; —反射層130,設置于硅質載板110上并覆蓋于各凹杯結構120 的表面； 一透明絕緣層140,設置于反射層130上； 一導電圖層150，設置 于透明絕緣層140上；以及多個發光二極管160,設置于凹杯結構120內的 導電圖層150上。其中，各凹杯結構120具有傾斜的側壁，此側壁的功用是 用來反射發光二極管160的側向散光，讓側向散光得以向上發光，若欲使發 光二極管陣列封裝結構100具有特定的發光效果皆可利用調整凹杯結構120 的凹陷深度、凹陷寬度、側壁形狀與傾斜角度來控制，并且各凹杯結構120 的上視圖形可為方型或其它幾何圖形。此外，硅質載板IIO上各凹杯結構120 的組合可為一維或二維的陣列排列，其相鄰凹杯結構120邊緣的間距180皆 小于約10微米(micrometer)。硅質載板110的材料包含有多晶硅、非晶硅或單晶硅，可為方形硅晶片 或圓形硅晶片，且其中可包含有已制作完成的集成電路或被動元件(圖未示), 而可與發光二極管160形成發光系統。另外，硅質載板IIO還具有良好的導 熱能力，當發光二極管160發光時會產生熱量，藉由將發光二極管160接合在硅質栽板110上可提供良好的散熱環境。但由于硅質載板110并非為一良好的反射材質，因此為了讓凹杯結構120具有反射能力，設置一反射層130 于硅質載板110的上表面，讓凹杯結構120的側壁反射從發光二極管160的 側壁所發出的光線，使光線向上射出，而且反射層130的材質需為金屬或光 學鍍膜等良好的光反射性材質。導電圖層150為發光二極管160與外部電路 (圖未示)的電連接的媒介，并且導電圖層150為金屬所構成可用來接合各凹 杯結構120與各發光二極管160。發光二極管160除了其頂面發光之外，其側壁也會有散光，本發明的發 光二極管陣列封裝結構100即利用凹杯結構120將側向散光作有效的利用， 使側向散光改變光路徑轉而向上，因此單一凹杯結構120的發光面積可近似 于凹杯結構120的開口。此外，各相鄰凹杯結構120邊緣的間距180為小于 約10微米的距離，可讓相鄰的發光二極管160互相混光，混光主要是利用 發光二極管160所發出的光線具有一散射角，使得發光二極管160所發出散 射角較大的光線會與相鄰的發光二極管160所發出的光線能夠互相混合，加 上有效利用后的側向發光，使發光二極管陣列封裝結構IOO的發光光型近似 一與陣列約略相同大小的發光二極管管芯的發光光型，并且縮短了均勻混光 距離170，因此可充分避免相鄰的發光二極管160間因側向散光無法取出所 產生的暗區。因此本發明的發光二極管陣列封裝結構IOO將多數的面積較小 的發光二極管160排列在一起，并利用凹杯結構120有效擷取側向散光以增 加總體發光效率，并降低成本。另外，本發明的發光二極管陣列封裝結構100另具有高開孔率(fill factor) 的優點。開孔率的定義為發光二極管上表面面積與封裝載板面積的比例，由 于固晶的定位間距有精度的限制，使發光二極管的間距約略大于IOO微米， 在現有沒有使用凹杯結構的情況下，以600微米大的發光二極管管芯計算其 封裝后的開孔率，則其開孔率小于75%，若以較大管芯組成的矩陣則開孔率 可提升，但較大管芯的發光二極管發光效率較差；另外，在現有沒有使用凹 杯結構的封裝結構，縮小間距雖也可提升開孔率，但會影響側向散光的利用， 造成光型不均勻。以下將比較沒有使用凹杯結構的開孔率與具有凹杯結構的 開孔率的差異。請參考圖4與圖5，圖4為沒有使用凹杯結構的發光二極管 陣列封裝結構的尺寸與開孔率的關系圖，圖5為具有300微米深度凹杯結構 的發光二極管陣列封裝結構的尺寸與開孔率的關系圖。以9密爾(mil)大的發光二極管管芯為例，其開孔率在沒有使用凹杯結構時為47.93%，如圖4所 示，但在深度300微米的凹杯結構時則增加為97.01%,如圖5所示。另外 由圖4與圖5中亦可看出不管發光二極管管芯多大，具有凹杯結構的開孔率 皆大于沒有使用凹杯結構的開孔率。開孔率的提升不只縮小了封裝體積，還 可增加相鄰發光二極管的混光，因而提升光型的均勻度。因此，本發明的發 光二極管陣列封裝結構藉由高積集度與高開孔率的陣列凹杯結構的硅質載 板而具有光型均勻與混光距離短的特性，更可在大面積發光時降低成本。請參考圖6至圖9,圖6至圖9為本發明一較佳實施例制作一發光二極 管陣列封裝結構的方法示意圖。如圖6所示，首先提供一晶片200,并利用 半導體光刻技術于晶片200上形成一遮罩圖案(圖未示)，且遮罩圖案上包含 有相鄰距離小于10微米的開口 ，作為定義凹杯結構210的開口。接著再進 行一蝕刻工藝于晶片200上制作出多個具有斜邊的陣列凹杯結構210,其中 蝕刻工藝可使用反應離子蝕刻(RIE)技術或交替蝕刻法(BOSCH)的等離子體 離子蝕刻技術的千式蝕刻工藝或使用氫氧化鉀(KOH)溶液、氫氧化四曱基銨 (TMAH)或乙二胺鄰苯二酚(EDP)為蝕刻液的濕式蝕刻工藝，用來將晶片200 蝕刻出具有傾斜側邊的凹杯結構210。凹杯結構210的制作可藉由選擇不同 的蝕刻方式與控制工藝參數等方式，以調整凹陷深度、凹陷寬度、側壁形狀 與傾斜角度等，進而獲致所需要的光學效果。如圖7所示，于凹杯結構210上進行濺鍍、蒸鍍或化學沉積等工藝鍍上 一層可反射光線的金屬或光學鍍膜的反射層220，再于反射層220上，進行 濺鍍、蒸鍍或化學沉積等工藝鍍上一層絕緣的透光膜做為透明絕緣層230。 如圖8所示，接著，利用沉積或電鍍等方法，并配合光刻蝕刻或舉離法(Lift off)于透明絕緣層230上形成一導電圖層240。如圖9所示，進行覆晶(Flip Chip) 接合工藝將多個發光二極管250的電極(圖未示)上沉積錫鉛球，然后將晶片 翻轉、加熱，使錫鉛球軟化再分別與各凹杯結構210底部的導電圖層240接 合，使發光二極管250能藉由導電圖層240與外部電路電連接，即完成發光 二極管陣列封裝結構。另外，發光二極管250與導電圖層240的接合方式另 可藉由玻璃膠黏結法將發光二極管250黏結于導電圖層240上，再利用超聲 波焊線接合將發光二極管250的電極透過導線(圖未示)電連接于導電圖層 240上，亦完成之。總而言之，本發明利用半導體工藝或微機電工藝于晶片上制作出具有陣列式且高密集度的凹杯結構，并將發光二極管設置于凹杯結構上，使發光二 極管封裝結構具有高積集度、高開孔率、光型均勻、混光距離短與高發光效 率的特性，相較于大面積的發光二極管管芯，更可降低成本。以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求所做的均等變 化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
權利要求
1. 一種具有硅質載板的發光二極管陣列封裝結構，其包含有硅質載板，該硅質載板的上表面具有多個凹杯結構；反射層，設置于該硅質載板上；透明絕緣層，設置于該反射層上；導電圖層，設置于該透明絕緣層上；以及多個發光二極管，各該發光二極管分別設置于各該凹杯結構內的該導電圖層上。
2. 如權利要求1所述的發光二極管陣列封裝結構，其中各該凹杯結構的 上視圖形為幾何圖形。
3. 如權利要求1所述的發光二極管陣列封裝結構，其中所述凹杯結構呈 陣列方式排列。
4. 如權利要求1所述的發光二極管陣列封裝結構，其中所述凹杯結構具 有傾斜的側壁。
5. 如權利要求1所述的發光二極管陣列封裝結構，其中相鄰的各該凹杯 結構的邊緣的間距小于IO微米。
6. 如權利要求1所述的發光二極管陣列封裝結構，其中該反射層為金屬。
7. 如權利要求1所述的發光二極管陣列封裝結構，其中該反射層為光學鍍膜。
8. —種制作具有硅質載板的發光二極管陣列封裝結構的方法，其包含有提供晶片，利用蝕刻工藝于該晶片上形成多個具有傾斜側壁的凹杯結構；依序形成反射層與透明絕緣層于該晶片的上表面； 形成導電圖層于該透明絕緣層上；以及將多個發光二極管管芯分別與各該凹杯結構內的該導電圖層接合。
9. 如權利要求8所述的方法，其中該蝕刻工藝包含有使用反應離子蝕刻技術。
10. 如權利要求8所述的方法，其中該蝕刻工藝包含有使用交替蝕刻法的等離子體離子蝕刻技術。
11. 如權利要求8所述的方法， 液為蝕刻液的濕式蝕刻工藝。
12. 如權利要求8所述的方法,基銨為蝕刻液的濕式蝕刻工藝。
13. 如權利要求8所述的方法, 二酚為蝕刻液的濕式蝕刻工藝。
14. 如權利要求8所述的方法, 積等方式形成于該晶片上。
15. 如權利要求8所述的方法， 學沉積等方式形成于該晶片上。
16. 如權利要求8所述的方法, 明絕緣層上。
17. 如權利要求8所述的方法， 于該透明絕緣層上。
18. 如權利要求8所述的方法, 與該導電圖層接合。
19. 如權利要求8所述的方法， 與該導電圖層接合。其中該蝕刻工藝包含有使用氫氧化鉀溶 其中該蝕刻工藝包含有使用氫氧化四曱 其中該蝕刻工藝包含有使用乙二胺鄰苯 其中該反射層利用濺鍍、蒸鍍或化學沉 其中該透明絕緣層利用濺鍍、蒸鍍或化 其中該導電圖層利用舉離法形成于該透 其中該導電圖層利用光刻蝕刻工藝形成 其中發光二極管管芯利用覆晶接合方式 其中發光二極管管芯利用玻璃膠翻結法
全文摘要
一種具有硅質載板的發光二極管陣列封裝結構，包含有硅質載板，該硅質載板的上表面具有多個凹杯結構；反射層，設置于該硅質載板上；透明絕緣層，設置于該反射層上；導電圖層，設置于該透明絕緣層上；以及多個發光二極管，各該發光二極管分別設置于各該凹杯結構內的該導電圖層上。
文檔編號H01L25/00GK101246880SQ20071008493
公開日2008年8月20日 申請日期2007年2月16日 優先權日2007年2月16日
發明者張宏達, 林弘毅 申請人:探微科技股份有限公司