專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)與其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明有關(guān)一種發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，特別是有關(guān)一種能提高光萃取效率的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)為一種固態(tài)半導(dǎo)體裝置，其基材的折射率約為2.3或接近2.3的數(shù)值，一般發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)為使用具有大約2.5的折射率的發(fā)光二極管芯片(LED Chip)，以引線壓焊(Wire bond)或倒裝片(Flip chip)方式將P極、N極與基材連結(jié)，再覆以折射率約為1.58的透明材質(zhì)的封裝樹(shù)脂。此種發(fā)光二極管芯片的封裝結(jié)構(gòu)因基材的折射率(約2.5)與封裝的透明樹(shù)脂(約1.58)的折射率差異太大，而使光萃取效率約為5％，大部分的光線停留在芯片內(nèi)部造成損耗以及產(chǎn)生的熱量將會(huì)降低發(fā)光二極管的性能。
一些現(xiàn)有技術(shù)為改善上述問(wèn)題，是將發(fā)光二極管芯片的表面進(jìn)行各種規(guī)則或不規(guī)則的微結(jié)構(gòu)形式的粗化，以破壞全反射的損耗，然而此種方法由于不易控制其表面粗化的形式，故各個(gè)發(fā)光二極管芯片的效率及品質(zhì)差異甚大。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要發(fā)展一種改良的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)與方法，以實(shí)質(zhì)消除發(fā)光二極管的光萃取效率過(guò)低的問(wèn)題。
本發(fā)明一方面提供一種發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，通過(guò)使用具有單層或多層結(jié)構(gòu)的等離子體化學(xué)氣相沉積層，以實(shí)質(zhì)減少光線在發(fā)光二極管芯片內(nèi)的全反射，因而解決發(fā)光二極管的光萃取效率過(guò)低的問(wèn)題。
本發(fā)明另一方面提供一種發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，通過(guò)利用等離子體化學(xué)氣相沉積法，制做出具有單層或多層等離子體化學(xué)氣相沉積層的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，以增加發(fā)光二極管的光萃取效率，這樣可大幅提高發(fā)光二極管的性能。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案，本發(fā)明的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)至少包含基板，基板具有多個(gè)接點(diǎn)；發(fā)光二極管，其設(shè)置于基板上，發(fā)光二極管電性連接至這些接點(diǎn)；等離子體化學(xué)氣相沉積層，設(shè)置于發(fā)光二極管上，等離子體化學(xué)氣相沉積層的折射率是小于發(fā)光二極管的折射率；以及透光材料層，設(shè)置于等離子體化學(xué)氣相沉積層上，透光材料層的折射率是小于等離子體化學(xué)氣相沉積層的折射率。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案，本發(fā)明的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)至少包含基板，基板具有多個(gè)接點(diǎn)；多個(gè)發(fā)光二極管芯片，其設(shè)置于基板上，這些發(fā)光二極管芯片電性連接至接點(diǎn)；等離子體化學(xué)氣相沉積層，其設(shè)置于發(fā)光二極管芯片上，等離子體化學(xué)氣相沉積層的折射率是小于這些發(fā)光二極管芯片的折射率；以及透光材料層，其設(shè)置于等離子體化學(xué)氣相沉積層上，其中透光材料層的折射率是小于等離子體化學(xué)氣相沉積層的折射率。
依照本發(fā)明，上述的等離子體化學(xué)氣相沉積層的材質(zhì)例如是具有大約1.7至2.6的折射率的過(guò)渡金屬元素氧化物。
依照本發(fā)明，上述的等離子體化學(xué)氣相沉積層的材質(zhì)例如是二氧化鈦(TiO2)、五氧化二鉭(Ta2O5)、二氧化鋯(ZrO2)或五氧化二鈮(Nb2O5)。
應(yīng)用上述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)與其制造方法，由于是利用等離子體化學(xué)氣相沉積法，在發(fā)光二極管的芯片上披覆折射率漸減的單層或多層等離子體化學(xué)氣相沉積層，使其全反射損失降低，以提高發(fā)光二極管的光萃取效率。所以本發(fā)明與其它現(xiàn)有結(jié)構(gòu)與制造方法相比，本發(fā)明所用的封裝結(jié)構(gòu)與制造方法不僅相對(duì)簡(jiǎn)單有效，且等離子體化學(xué)氣相沉積法還可準(zhǔn)確控制披覆在發(fā)光二極管芯片上的折射率漸減的單層或多層等離子體化學(xué)氣相沉積層。


為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下面特舉一較佳實(shí)施例，并配合所附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖1A至圖1C是本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)制作的流程剖面示意圖；以及圖2A至圖2E是本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)制作的流程剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參照?qǐng)D1A至圖1C，其是本發(fā)明的一較佳實(shí)施例的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)制作的流程剖面示意圖。首先，如圖1A所示，提供發(fā)光二極管芯片120，其折射率是介于2.3與4之間。在本實(shí)施例中，是采用氮化鎵(GaN)發(fā)光元件，其折射率為2.5。將發(fā)光二極管芯片120上的陽(yáng)極電極與陰極電極(未圖示)利用倒裝片的方式，是通過(guò)金屬凸塊110電性連接至具有多個(gè)接點(diǎn)的基板，例如電路板100；另一種選擇是，也可利用引線壓焊的方式將發(fā)光二極管芯片120電性連接至電路板100上。接著，如圖1B所示，共形地(conformally)形成等離子體化學(xué)氣相沉積層130于發(fā)光二極管芯片120上，其中等離子體化學(xué)氣相沉積層130的折射率是小于發(fā)光二極管芯片120的折射率。此等離子體化學(xué)氣相沉積層130為單層結(jié)構(gòu)，其厚度是大于20nm，且等離子體化學(xué)氣相沉積層130的折射率是介于1.7與2.6之間。在本實(shí)施例中，此等離子體化學(xué)氣相沉積層130的折射率為2.1。此外，等離子體化學(xué)氣相沉積層130是以等離子體化學(xué)氣相沉積法制成，且其材質(zhì)為過(guò)渡金屬元素氧化物，至少包含二氧化鈦(TiO2)、五氧化二鉭(Ta2O5)、二氧化鋯(ZrO2)以及五氧化二鈮(Nd2O5)等。此等離子體化學(xué)氣相沉積法是一種準(zhǔn)確的表面沉積工藝，其能沉積幾埃()至幾微米(μm)厚度的等離子體化學(xué)氣相沉積層130至發(fā)光二極管芯片120上。在等離子體化學(xué)氣相沉積法中，是使具有高折射率的先驅(qū)物質(zhì)的單體聚合于發(fā)光二極管芯片120的表面上，此單體是通過(guò)等離子體活化成氣體的復(fù)合物，其是由電子、離子、氣體原子、自由原子團(tuán)與激態(tài)的分子所組成，在這種狀態(tài)下稱(chēng)之為等離子體態(tài)。等離子體態(tài)產(chǎn)生高反應(yīng)性的自由原子團(tuán)，其能均勻地?cái)U(kuò)散與沉積于發(fā)光二極管芯片120的表面上，當(dāng)發(fā)光二極管芯片120暴露于等離子體時(shí)，高折射率的前驅(qū)物質(zhì)與混合的反應(yīng)性氣體反應(yīng)且形成自由原子團(tuán)，這些自由原子團(tuán)會(huì)結(jié)合并形成高折射率薄膜于發(fā)光二極管芯片120的表面上。此薄膜本質(zhì)上為均勻、可承受高溫的高度交鏈與非結(jié)晶形態(tài)，且此薄膜的每一層的厚度與折射率能加以計(jì)算與控制。最后，如圖1C所示，形成透光材料層140于等離子體化學(xué)氣相沉積層130之上，以形成發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其中透光材料層140的折射率是小于等離子體化學(xué)氣相沉積層130的折射率。此透光材料層140的折射率是介于1.4與1.7之間，且此材質(zhì)可為紫外光硬化型樹(shù)脂(UV curable heat-resistant resin)、硅樹(shù)脂(Silicone)或環(huán)氧樹(shù)脂(Epoxy)。在本實(shí)施例中，此透光材料層140的折射率是為1.58。根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，發(fā)光二極管芯片120與等離子體化學(xué)氣相沉積層130的折射率的差值為0.4，等離子體化學(xué)氣相沉積層130與透光材料層140的折射率的差值為0.5。因?yàn)榘l(fā)光二極管芯片120與透光材料層140的折射率的差異是能通過(guò)加入等離子體化學(xué)氣相沉積層130來(lái)降低，所以本發(fā)明的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)的光萃取效率可達(dá)到約為11％，此光萃取效率是大于現(xiàn)有的不具有等離子體化學(xué)氣相沉積層130的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)的光萃取效率(約為5％)的兩倍以上。本發(fā)明的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)是通過(guò)加入等離子體化學(xué)氣相沉積層130于發(fā)光二極管芯片120與透光材料層140之間，由于等離子體化學(xué)氣相沉積層130的折射率是介于發(fā)光二極管芯片120與透光材料層140的折射率之間，這樣可避免發(fā)光二極管芯片120的折射率與封裝的透光材料層140的折射率差異太大所造成的光萃取效率過(guò)低的問(wèn)題。
請(qǐng)參照?qǐng)D2A至圖2E，其是本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)制作的流程剖面示意圖。首先，如圖2A所示，提供發(fā)光二極管芯片220，其折射率是介于2.3與4之間。在本實(shí)施例中，是采用砷化鎵發(fā)光元件，其折射率是為3.6。將發(fā)光二極管芯片220上的陽(yáng)極電極與陰極電極(未圖示)利用倒裝片的方式，通過(guò)金屬凸塊210電性連接至電路板200上，另一種選擇是，也可利用引線壓焊的方式將發(fā)光二極管芯片220電性連接至電路板200上。接著，形成具多層結(jié)構(gòu)的等離子體化學(xué)氣相沉積層，首先如圖2B所示，共形地形成第一折射率層230于發(fā)光二極管芯片220上，其中第一折射率層230的折射率是小于發(fā)光二極管芯片220的折射率。在本實(shí)施例中，此第一折射率層230的折射率是介于2.1與2.6之間，且厚度是大于20nm。此外，第一折射率層230是以等離子體化學(xué)氣相沉積法制成，且其材質(zhì)為過(guò)渡金屬元素氧化物，至少包含二氧化鈦、五氧化二鉭、二氧化鋯以及五氧化二鈮等。之后，如圖2C所示，共形地形成第二折射率層232于第一折射率層230上，其中第二折射率層232的折射率是小于第一折射率層230的折射率。在本實(shí)施例中，此第二折射率層232的折射率是介于1.7與2.1之間，且厚度是大于20nm。此外，第二折射率層232是以等離子體化學(xué)氣相沉積法制成，且其材質(zhì)為過(guò)渡金屬元素氧化物，至少包含二氧化鈦、五氧化二鉭、二氧化鋯以及五氧化二鈮等。接著，如圖2D所示，共形地形成第三折射率層234于第二折射率層232上，其中第三折射率層234的折射率是小于第二折射率層232的折射率。在本實(shí)施例中，此第三折射率層234的折射率是為1.8或1.7，且厚度是大于20nm。此外，第三折射率層234是以等離子體化學(xué)氣相沉積法制成，且其材質(zhì)為過(guò)渡金屬元素氧化物，至少包含二氧化鈦、五氧化二鉭、二氧化鋯以及五氧化二鈮等。最后，如圖2E所示，形成透光材料層240于第三折射率層234之上，以形成發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其中透光材料層240的折射率是小于第三折射率層234的折射率。在本實(shí)施例中，此透光材料層240的折射率是介于1.4與1.7之間，且其材質(zhì)為紫外光硬化型樹(shù)脂、硅樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂。值得一提的是，第二折射率層232與第一折射率層230的折射率的差值是介于0.2與0.6之間；第三折射率層234與第二折射率層232的折射率的差值是介于0.1與0.4之間。此外，由于此第一折射率層230、第二折射率層232與第三折射率層234是皆通過(guò)等離子體化學(xué)氣相沉積法制成且其材質(zhì)與厚度是類(lèi)似相近，因此在本實(shí)施例中，將第一折射率層230、第二折射率層232與第三折射率層234共同視為一具有漸變折射率(gradient-index)的等離子體化學(xué)氣相沉積層，且其折射率是自發(fā)光二極管芯片220至透光材料層240的方向漸減。本發(fā)明的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)是通過(guò)加入具有漸變折射率的等離子體化學(xué)氣相沉積層于發(fā)光二極管芯片220與透光材料層240之間，這樣可避免發(fā)光二極管芯片220的折射率與封裝的透光材料層240的折射率差異太大所造成的光萃取效率過(guò)低的問(wèn)題。另外，具有漸變折射率的等離子體化學(xué)氣相沉積層由于是利用等離子體化學(xué)氣相沉積法制成，所以可直接在同一工作環(huán)境下進(jìn)行不同折射率的等離子體化學(xué)氣相沉積層的沉積，而且化學(xué)氣相沉積法還可準(zhǔn)確控制等離子體化學(xué)氣相沉積層的成分與厚度。故本發(fā)明的制造方法不但可簡(jiǎn)化等離子體化學(xué)氣相沉積層的沉積工藝的復(fù)雜度，還可達(dá)到較佳的等離子體化學(xué)氣相沉積層的制作效果。
值得一提的是，發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)制作的流程除了可以是將具有多個(gè)發(fā)光二極管芯片的晶片先切割成個(gè)別分離的芯片后，接著進(jìn)行引線壓焊或倒裝片等方式的電性連接至基板，之后再利用等離子體化學(xué)氣相法來(lái)沉積等離子體化學(xué)氣相沉積層于發(fā)光二極管芯片上以及披覆透明材料層于等離子體化學(xué)氣相沉積層上，也可以是直接將整個(gè)具有多個(gè)發(fā)光二極管芯片的晶片先進(jìn)行引線壓焊或倒裝片的電性連接后，再進(jìn)行等離子體化學(xué)氣相沉積等離子體化學(xué)氣相沉積層于晶片上以及披覆透明材料層于發(fā)光二極管芯片上，之后才將晶片切割成個(gè)別分離的芯片或是不對(duì)晶片進(jìn)行切割。同樣地，也可以將不同顏色的發(fā)光二極管芯片，例如紅色、綠色與藍(lán)色三種原色的發(fā)光二極管芯片，先進(jìn)行組合以形成發(fā)光二極管芯片組，之后才進(jìn)行引線壓焊或倒裝片等方式的電性連接至基板，再進(jìn)行等離子體化學(xué)氣相沉積等離子體化學(xué)氣相沉積層于發(fā)光二極管芯片組上以及披覆透明材料層于等離子體化學(xué)氣相沉積層上。
簡(jiǎn)言之，本發(fā)明的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其特征是在于先在發(fā)光二極管上披覆折射率漸減的單層或多層的等離子體化學(xué)氣相沉積層，之后再披覆透明材料層于等離子體化學(xué)氣相沉積層上，以使其全反射損失降低，以提高發(fā)光二極管的光萃取效率。所以本發(fā)明與其它現(xiàn)有結(jié)構(gòu)與制造方法相比，本發(fā)明所用的封裝結(jié)構(gòu)與制造方法不僅簡(jiǎn)單有效，且等離子體化學(xué)氣相沉積法還可準(zhǔn)確控制披覆在發(fā)光二極管芯片上的單層或多層等離子體化學(xué)氣相沉積層的厚度與組成。
雖然本發(fā)明已以數(shù)個(gè)較佳實(shí)施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本技術(shù)的人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種等同的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的本申請(qǐng)權(quán)利要求范圍所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，至少包含一基板，該基板具有多個(gè)接點(diǎn)；至少一發(fā)光二極管，設(shè)置于該基板上，該至少一發(fā)光二極管電性連接至這些接點(diǎn)；一等離子體化學(xué)氣相沉積層，設(shè)置于該至少一發(fā)光二極管上，該等離子體化學(xué)氣相沉積層的折射率是小于該至少一發(fā)光二極管的折射率；以及一透光材料層，其設(shè)置于該等離子體化學(xué)氣相沉積層上，該透光材料層的折射率是小于該等離子體化學(xué)氣相沉積層的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于該至少一發(fā)光二極管為單一發(fā)光二極管芯片或具有多個(gè)發(fā)光二極管芯片的單一晶片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于該多個(gè)發(fā)光二極管芯片至少包含紅色、綠色與藍(lán)色三種原色的發(fā)光二極管芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于該等離子體化學(xué)氣相沉積層的材質(zhì)為過(guò)渡金屬元素氧化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于該等離子體化學(xué)氣相沉積層為單層結(jié)構(gòu)，其折射率是介于1.7與2.6之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于該等離子體化學(xué)氣相沉積層的厚度是大于20nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于該等離子體化學(xué)氣相沉積層具有漸變折射率，且該漸變折射率是自該至少一發(fā)光二極管至該透光材料層的方向漸減。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于該具有漸變折射率的等離子體化學(xué)氣相沉積層為多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)至少包含一第一折射率層，其設(shè)置于該至少一發(fā)光二極管上，該第一折射率層的折射率是小于該至少一發(fā)光二極管的折射率；以及一第二折射率層，其設(shè)置于該第一折射率層上，該第二折射率層的折射率是小于該第一折射率層的折射率。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于該第一折射率層的折射率是介于2.1與2.6之間，該第二折射率層與該第一折射率層的折射率的差值是介于0.2與0.6之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于還至少包含一第三折射率層，其設(shè)置于該第二折射率層上，該第三折射率層的折射率是小于該第二折射率層的折射率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于該第三折射率層與該第二折射率層的折射率的差值是介于0.1與0.4之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于該透光材料層的折射率是介于1.4與1.7之間。
13.一種發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，至少包含提供一基板，該基板具有多個(gè)接點(diǎn)；安裝一至少一發(fā)光二極管于該基板上，該至少一發(fā)光二極管電性連接至這些接點(diǎn)；以等離子體化學(xué)氣相沉積法共形地形成一等離子體化學(xué)氣相沉積層于該至少一發(fā)光二極管上，該等離子體化學(xué)氣相沉積層的折射率是小于該至少一發(fā)光二極管的折射率；以及形成一透光材料層于該等離子體化學(xué)氣相沉積層上，該透光材料層的折射率是小于該等離子體化學(xué)氣相沉積層的折射率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于該至少一發(fā)光二極管為單一發(fā)光二極管芯片或具有多個(gè)發(fā)光二極管芯片的單一晶片。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于該等離子體化學(xué)氣相沉積層為單層結(jié)構(gòu)，其折射率是介于1.7與2.6之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于該等離子體化學(xué)氣相沉積層具有漸變折射率，且該漸變折射率是自該至少一發(fā)光二極管至該透光材料層的方向漸減。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于該等離子體化學(xué)氣相沉積層為多層結(jié)構(gòu)，該形成該等離子體化學(xué)氣相沉積層的步驟至少包含形成一第一折射率層于至少一該發(fā)光二極管之上，該第一折射率層的折射率是小于該至少一發(fā)光二極管的折射率；以及形成一第二折射率層該第一折射率層之上，該第二折射率層的折射率是小于該第一折射率層的折射率。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于還至少包含形成一第三折射率層于該第二折射率漸變層之上，該第三折射率層的折射率是小于該第二折射率層的折射率。
全文摘要
一種發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)，至少包含基板、發(fā)光二極管、等離子體化學(xué)氣相沉積層以及透光材料層，其中基板具有多個(gè)接點(diǎn)；發(fā)光二極管設(shè)置于基板上且電性連接至這些接點(diǎn)；等離子體化學(xué)氣相沉積層設(shè)置于發(fā)光二極管上，且等離子體化學(xué)氣相沉積層的折射率是小于發(fā)光二極管的折射率；透光材料層設(shè)置于等離子體化學(xué)氣相沉積層上，且透光材料層的折射率是小于等離子體化學(xué)氣相沉積層的折射率。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101047221SQ20071008962
公開(kāi)日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2007年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日
發(fā)明者胡振宇, 蔡升穎, 王親民 申請(qǐng)人:奇菱科技股份有限公司