專利名稱：發光二極管裝置及其制造方法
技術領域：
本發明涉及發光二極管裝置，且特別涉及具有良好的透鏡附著性能的一種發光二
極管裝置及其制造方法。
背景技術：
發光二極管裝置為具有眾多優點的一種固態光源，其可穩定發出高亮度的光線， 因而適用于如顯示器、交通信號燈以及指示燈等方面的應用。 發光二極管裝置通常包括電性結合于支撐結構上的發光二極管芯片，而此發光二 極管芯片可具有位于其一側的n型接觸端點以及位于此發光二極管芯片上的一對稱側的p 型接觸端點。上述n型接觸端與p型接觸端點也可形成于發光二極管芯片的同一側。
發光二極管裝置內的發光二極管芯片通常可發出如朗伯圖樣(Lambertian pattern)的光線。在發光二極管裝置內的發光二極管芯片上通常會形成有一透鏡，以窄 化發光二極管所發出的光線或用以形成側向發光圖樣。常見的用于表面黏著型發光二極 管(surface mounted LED)裝置常的透鏡例如為模塑形成的塑膠透鏡(molded plastic lens)，其同樣連結于發光二極管芯片所連結的封裝物之上。 請參照圖l，其顯示了頒布給Basin等人的美國第7，344，902號專利中所揭示的一 種公知的發光二極管裝置。 如圖l所示，發光二極管裝置包括了連結于支撐結構12上的四個發光二極管芯片 IO，支撐結構12例如為具有金屬導線在其上的陶瓷材質或硅材質的基板、金屬散熱片、印 刷電路板或其他適當的結構。在各發光二極管芯片10之上則形成有一模塑透鏡22，該模塑 透鏡22覆蓋發光二極管芯片10。 圖2為顯示了一種公知的發光二極管裝置的示意圖，該發光二極管裝置內的支撐 結構12上形成有由多個發光二極管芯片(未圖示)所組成的陣列，在這些發光二極管芯片 之上分別形成有一模塑透鏡22。在此，形成如圖2所示的發光二極管裝置時所應用的模具 具有對應的凹口陣列，以形成這些模塑透鏡22。當支撐結構12為陶瓷或硅材質的封裝基板 時，可通過切割或斷裂支撐結構12的方式使其上的各發光二極管芯片IO(及其下方的芯片 部分)獨立成為個別的發光二極管裝置。或者，支撐結構12可經過分割或切片等程序而形 成為包括數個發光二極管的組群，或者該支撐結構12可直接使用而不經過切割或切片的 處理。 在此，模塑透鏡22不僅可改善發光二極管芯片10的光提取(lightextraction) 性能，還可折射光線而形成為適當的光型。模塑透鏡22還包覆了發光二極管芯片10，以保 護發光二極管芯片10免于受到污染物的損害并可增加其機械強度，并保護該發光二極管 芯片10內的絲焊(wire bond)結構。 然而，由于如圖1與圖2所示的支撐結構12通常具有大體平坦的表面，而包覆發 光二極管芯片10的模塑透鏡22與支撐結構12之間的附著狀態主要通過如凡得瓦力(Van der Waals force)的物理力所形成。因此，由于用于將模塑透鏡22附著于位于其下方的支撐結構12的物理力連結狀態并不夠強，因此當模塑透鏡22上受到外力F的作用時，該模 塑透鏡22可能會從支撐結構12上脫落，這種模塑透鏡22與其下方的支撐基板之間的不良 附著狀態可能會影響發光二極管裝置的可靠度。此外，介于模塑透鏡22與其下方支撐基板 12之間的界面50可能會提供環境水氣的一滲透路徑，也會影響所得到的發光二極管裝置 的可靠度。 因此，需要一種新型的發光二極管裝置，以改善上述公知的問題。
發明內容
有鑒于此，本發明提供了一種發光二極管裝置及其制造方法，以解決上述公知的問題。
依據一實施例，本發明提供了一種發光二極管裝置，包括 —支撐結構，該支撐結構上連結有至少一發光二極管芯片；一凹口，形成于該支撐 結構的一部分內且位于該發光二極管芯片的一側；以及一透鏡，形成于該支撐結構之上，以 包覆該發光二極管芯片與該凹口 ，其中該透鏡具有形成于該支撐結構內的該凹口內的一突 出部。 依據另一實施例，本發明提供了一種發光二極管裝置的制造方法，該制造方法包 括如下步驟 提供一支撐結構，其上連結有至少一發光二極管芯片；在該發光二極管芯片的一 側的該支撐結構的一部分內形成一凹口 ；以及在該支撐結構之上形成一透鏡，以包覆該發 光二極管芯片與該凹口 ，其中該透鏡具有形成于該凹口內的一突出部。
圖1為顯示了一種公知的發光二極管裝置的剖面圖； 圖2為顯示了一種公知的發光二極管裝置的示意圖； 圖3 圖5為顯示了依據本發明一實施例的發光二極管裝置的制造方法的一系列 剖面圖； 圖6為顯示了依據本發明另一實施例的發光二極管裝置的制造方法的剖面圖； 圖7與圖8為分別顯示了依據本發明的多個實施例的發光二極管裝置的一系列剖 面圖；以及 圖9 圖11為分別顯示了依據本發明的多個實施例的發光二極管裝置的一系列 俯視圖。 其中，附圖標記說明如下 10 發光二極管芯片 12 支撐結構 22 模塑透鏡 50 模塑透鏡與其支撐基板之間的界面 100 支撐結構 100' 封裝基板 102 發光二極管芯片 104 支撐結構內的凹口 106 模具 107 模具內的凹口 108 液態透鏡材料 110 透鏡
112 修正型模具 118 膠狀透鏡材料 122 p型金屬接觸物 126 主動發光層 130 n型金屬接觸物 134 p型金屬接觸物 151 焊線
114、116 穿孔 120 p型接觸層
124 p型膜層 128 n型膜層
150 透鏡與封裝基板之間的界面 152 焊線
132 n型金屬接觸物 F 施加于模塑透鏡上的外力 0 凹口距封裝基板或支撐基板頂面的深度 T 凹口距封裝基板或支撐基板的外部側的距離
具體實施例方式
本發明的實施例將配合下文以及圖3 圖11等附圖加以解說。請參照圖3 圖 5 ，其顯示了依據本發明 一實施例的發光二極管裝置的制造方法。 圖3顯示了在一支撐結構100上連結有四個發光二極管芯片102的實施狀態。支 撐結構100例如為封裝基板(即具有金屬焊墊的陶瓷基板或硅基板)、金屬散熱片、印刷電 路板或其他類型的支撐基板。在本實施例中，支撐結構ioo為具有形成于其上的金屬焊墊 的硅封裝基板。如圖3所示，在支撐結構100內形成有多個凹口 104，而這些凹口 104分別 鄰近于各發光二極管芯片102的一對應的側邊。根據支撐結構100的材料，這些凹口 104 可通過如蝕刻、激光切割或機械切割方式而形成于該支撐結構100內。這些凹口與位于支 撐結構100上的發光二極管芯片102之間則相互分隔。 請參照圖4，接下來提供一模具106，其內形成有數個凹口 107，而這些凹口 107具 有與隨后形成并覆蓋各發光二極管芯片102上透鏡的形狀相同的形狀。模具106可由如金 屬材料制成，或由如塑膠之類的高分子材料制成，且所述材料可為透光或不透光的材料。在 模具106上可選擇地形成與模具106的形狀相同的、極薄的抗粘結層(未圖示)，以避免后 續模塑形成的透鏡黏著在模具106之上。接著將模具106的凹口 107朝向上方并在模具106 的這些凹口 107內填入可熱固化或可光固化的液態透鏡材料108。此液態透鏡材料108可 為適合的透光材料，例如硅樹脂(silicone)、環氧樹脂或上述材料的混合物。優選地，可采 用硅樹脂與環氧樹脂的混合物以得到較為匹配的熱擴散系數。硅樹脂與環氧樹脂具有足夠 高的折射率(大于1. 4)，因而其作為透鏡材料可大幅改善如AlInGaN或AlInGaP之類的發 光二極管芯片的光提取效率。 在本實施例中，接下來支撐結構100與模具106的具有凹口 107的一側相互朝向 對方而擠壓，以進而使得各發光二極管芯片102埋設于液態透鏡材料108內，且此時液態透 鏡材料108也受到擠壓。此時，液態透鏡材料108也填入于支撐結構100內的凹口 104內。 接著可通過加熱模具106至15(TC或其他適當溫度的方式而固化其內的液態透鏡材料108， 或者也可利用如紫外光之類的適當光源照射模具106 —預定時間，以固化此液態透鏡材料 108。 如圖5所示，在分離支撐結構100與模具106 (未圖示)后，各發光二極管芯片102 之上被一透鏡iio所覆蓋。透鏡110可依實際需求而具有任何尺寸與形狀，并不限于如5所示，由于透鏡110還具有進入支撐結構100內的數個突出部，因此 有助于改善各透鏡110與支撐結構100之間的附著關系。 如圖5所示的發光二極管裝置可具有如圖2所示的俯視狀態，其中支撐結構100 上可形成有由數個發光二極管芯片102所組成的陣列物，而這些發光二極管芯片102則分 別被一透鏡110所覆蓋。在本實施例中，模具(未圖示)具有對應于此陣列物的凹口陣列 物(未圖示)。而當支撐結構100為陶瓷或硅材質的封裝基板時，支撐結構100上的各發光 二極管芯片(以及其下方的封裝基板部分)可通過如切割或分割而形成各單獨的發光二極
管裝置。或者，支撐結構ioo可經由分割或切片方式而形成了包括數個發光二極管的組群，
或者該支撐結構IOO可直接使用而不經過切割或切片的處理。這些透鏡IIO不僅改善了發 光二極管芯片的光提取性能，且可折射光線而形成期望的光型，且這些透鏡110也包覆了 發光二極管芯片，以保護其免于受到污染物影響、從而改善了機械強度以及保護了形成于 這些透鏡內的導電連結物。 圖6顯示了與圖5所示的方法類似的另一發光二極管裝置的制造方法。在本實施 例中，采用修正型模具112并搭配點膠法以形成透鏡IIO，在修正型模具112內具有與覆蓋 各發光二極管芯片102的透鏡的期望形狀相同的數個凹口 107。在各凹口 107內則分別形 成有一對穿孔114與116。修正型模具112則可置放于如圖3所示結構之上，而穿孔114與 116則可分別形成于凹口 107的對應的側邊上。穿孔114與116的其中之一作為在凹口 107 內填入膠狀透鏡材料的一入口通道，而另一穿孔則將連結于一真空系統(未圖示)并作為 一提取通道(suction channel)。如此，膠狀透鏡材料118便可填入修正型模具112的各凹 口 107內，且接下來通過如圖4所討論方法固化后，進而形成分別覆蓋于各發光二極管芯片 102上的透鏡110。 圖7為部分地顯示了形成于采用如陶瓷或硅的適當材料的封裝基板100'上的一 覆晶(flip-chip)發光二極管芯片102的放大圖。在一實施例中，封裝基板100'可作為如 圖3-圖6內所示的支撐基板100的一部分，且通過如切割之類的方式而形成如圖5所示的 發光二極管裝置。如圖7所示，發光二極管芯片102具有位于底部的p型接觸層120、 p型 金屬接觸物122、 p型膜層124、有源發光層126、 n型膜層128、以及接觸n型膜層128的n 型金屬接觸物130。位于封裝基板100'上的金屬焊墊(未圖示)可直接地連結于p型金 屬接觸物122與n型金屬接觸物130。而通過如圖3-圖6所示的方法所形成的透鏡110在 這里則包覆了 LED芯片102，且透鏡110具有數個填入到封裝基板100'內的凹口 104的突 出物部分。 如圖7所示的發光二極管芯片102也可采用非覆晶方式，而采用焊線152以將該 發光二極管芯片102的n膜層與p膜層分別與位于封裝基板100'上的焊墊(未圖示)連 接，而透鏡110可包覆焊線。圖8為顯示了依據另一實施例的發光二極管裝置的放大圖，其 中具有以非覆晶封裝形態設置的發光二極管芯片102，而該發光二極管芯片102具有通過 焊線151連結于封裝基板100'的一 n型金屬接觸物132、以及通過焊線152連結于另一金 屬焊墊的p型金屬接觸物134。如圖8所示，透鏡100在這里包覆了發光二極管芯片102， 且透鏡100具有數個填入到封裝基板100'內的凹口 104的突出物部分。
如圖7與圖8所示，由于透鏡110具有埋設于其下方的封裝基板100'的數個突出 部，因此有助于改善透鏡110與其下方的封裝基板100'之間的附著關系。此外，介于透鏡
6110與其下方的封裝基板100'之間的界面150處的滲透路徑也可被這些突出部所截斷，進
而避免了可能的水氣滲透的情形且有助于改善發光二極管裝置的可靠度。 在一實施例中，上述凹口 104通常具有距封裝基板100'的頂面或支撐基板IOO
的頂面約100 300微米的深度0，以及具有距封裝基板100'或支撐基板100的外部側約
500 1000微米的一距離T。 圖9-圖11為分別顯示了依據不同實施例的發光二極管裝置的俯視狀態的一系列示意圖。請參照圖9，在封裝基板100'或支撐結構100上可定義形成有數個區域。在一實施例中，這些凹口 104采用連續溝槽的形式而形成于支撐結構100內。如圖9所示，該連續溝槽可環繞發光二極管芯片102的所有側邊，以改善透鏡110與支撐結構100或封裝基板100'之間的附著效果。另外，凹口 104也可采用數個相分隔的非連續溝槽的形式設置。如圖10所示，這些非連續溝槽104分別沿著發光二極管芯片102的一側邊，以改善透鏡110與支撐結構100或封裝基板100'之間的附著效果。 在圖11中，顯示了在發光二極管裝置內設置有數個發光二極管芯片的陣列物的一實施例，此陣列物同樣被凹口 104所環繞。在本實施例中，凹口 104繪示為以連續溝槽形式設置的一凹口，但其并非用以限定本發明，其設置型式也可如圖io所示地設置為數個相分隔的非連續溝槽104的形式。另外，圖11中所示的數個發光二極管芯片102可利用如圖7與圖8所示的技術方案而分別電性連結于支撐基板100或封裝基板100'。
雖然本發明已以優選實施例披露如上，然而其并非用以限定本發明，本領域技術人員在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，應能夠對本發明作出各種的更改與修飾，因此本發明的保護范圍應視如附的權利要求書所界定的范圍為準。
權利要求
一種發光二極管裝置，包括一支撐結構，該支撐結構上連結有至少一發光二極管芯片；一凹口，形成于該支撐結構的一部分內且位于該發光二極管芯片的一側；以及一透鏡，形成于該支撐結構之上，以包覆該發光二極管芯片與該凹口，其中該透鏡具有形成于該支撐結構內的該凹口內的一突出部。
2. 如權利要求1所述的發光二極管裝置，其中從上方觀察，該凹口為環繞該發光二極管芯片的一連續溝槽。
3. 如權利要求l所述的發光二極管裝置，其中從上方觀察，該凹口為相互分隔的多個溝槽，所述多個溝槽分別沿著該發光二極管芯片的一側。
4. 如權利要求1所述的發光二極管裝置，其中該支撐結構為一封裝基板、一金屬散熱片或一印刷電路板。
5. —種發光二極管裝置的制造方法，該制造方法包括如下步驟提供一支撐結構，其上連結有至少一發光二極管芯片；在該發光二極管芯片的一側的該支撐結構的一部分內形成一凹口 ；以及在該支撐結構之上形成一透鏡，以包覆該發光二極管芯片與該凹口，其中該透鏡具有形成于該凹口內的一突出部。
6. 如權利要求5所述的發光二極管裝置的制造方法，其中在該支撐結構之上形成該透鏡的步驟包括在該支撐結構上設置一模具，該模具包括與該透鏡形狀相匹配的一凹口 ；在該模具的該凹口內填入一透鏡材料；將該凹口內填入了該透鏡材料的該模具朝向該支撐結構擠壓；以及固化該透鏡材料并移除該模具，以在該支撐結構上形成包覆該發光二極管芯片且填入該支撐結構內的該凹口的該透鏡，該透鏡包括位于該支撐結構的該凹口內的該突出部。
7. 如權利要求5所述的發光二極管裝置的制造方法，其中該支撐結構內的該凹口是通過蝕刻、激光切割或機械切割過程所形成。
8. 如權利要求5所述的發光二極管裝置的制造方法，其中該支撐結構為一封裝基板、一金屬散熱片或一印刷電路板。
9. 如權利要求6所述的發光二極管裝置的制造方法，其中該模具包括金屬材料或高分子材料。
10. 如權利要求9所述的發光二極管裝置的制造方法，其中所述高分子材料為塑膠材料。
11. 如權利要求5所述的發光二極管裝置的制造方法，其中從上方觀察，該凹口為環繞該發光二極管芯片的一連續溝槽。
12. 如權利要求5所述的發光二極管裝置的制造方法，其中從上方觀察，該凹口為相互分隔的多個溝槽，所述多個溝槽分別沿著該發光二極管芯片的一側。
13. 如權利要求6所述的發光二極管裝置的制造方法，其中該模具內形成有一對穿孔，而該透鏡材料通過點膠方式經由所述穿孔而填入該凹口內。
全文摘要
一種發光二極管裝置及其制造方法，該發光二極管裝置包括一支撐結構，該支撐結構上連結有至少一發光二極管芯片；一凹口，形成于該支撐結構的一部分內且位于該發光二極管芯片的一側；以及一透鏡，形成于該支撐結構之上，以包覆該發光二極管芯片與該凹口，其中該透鏡具有形成于該支撐結構內的該凹口內的一突出部。根據本發明的發光二極管裝置能夠避免可能的水氣滲透的情況，并有助于改善發光二極管裝置的可靠度。
文檔編號H01L33/00GK101740599SQ20091000817
公開日2010年6月16日 申請日期2009年3月9日 優先權日2008年11月25日
發明者林孜翰, 郭武政 申請人:采鈺科技股份有限公司