专利名称：具有竖立式发光二极管的封装结构及其制造方法
技术领域：
本发明主要涉及一种发光二极管的封装结构，更特别地涉及将 发光二极管竖立以形成发光二极管纵向封装的结构。
背景技术：
发光二极管(Light emitting diode， LED)是一种可以将电能直接 转换为光能的发光元件，由于不需经由将电能转换成热能的热炽发 光过程。因此也称为冷发光元件。发光二极管除了具有高发光效率 之夕卜，也是一种农史小的固态光源(solid state illuminator),可制成半导 体芯片形式，具有半导体p-n结面结构。在该p-n结面的两端施加 电压以在通入电流之后，随即产生电子与电洞向该p-n结面流动， 并结合而释方丈出光子。
就发光二极管的亮度方面而言， 一般认为现阶段的发光二极 管，其技术上已经具备冷阴极灯管一半左右的效率，甚至其发光效 率可以与冷阴才及灯管并驾齐驱，发光二才及管的发光效率主凌-与以下 两种因素有关 一为半导体芯片本身的发光效率，另一个为将半导 体芯片封装完成之后的光提取率。关于半导体芯片发光效率的主要 发展方向为电致发光材料的研发、以及提高半导体芯片结晶性的 研究，以增加半导体芯片内部的量子效率。
对于发光二极管封装结构的光提取率而言，由于半导体芯片所 产生的光线大部分都因界面全反射而回到半导体芯片内部，因此全
9反射的光线大部分因界面全反射而回到半导体芯片内部，全反射的 光线则蜂皮发光层本身和电极、基板吸收。因此，外部对半导体芯片 的光提取率远低于半导体芯片内部的量子效率。
有鉴于此，虽然发光二才及管已具有能源成本远低于传统的白热 灯或荧光灯的好处，并且具有尺寸轻巧的优点，这些是传统光源所 不及的优点，但是如何更进一步地提高发光二才及管或其封装结构的 光提取率，以使发光二极管的半导体芯片内部的量子效率达到更高 的使用效率，为当前技术的首要发展目标。
发明内容
鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于提供一种具有竖立式 发光二极管的封装结构，使得发光二极管被电极遮蔽的部分减少， 因此可以达到4交高的发光效率。
本发明的另 一 目的在于提供一种光源装置的封装结构。
本发明的另一目的在于提供一种发光二极管的封装方法，由于 本发明的近似三明治结构的发光二极管是被竖起来封装的，因此可 以4吏发光二才及管的发光面寻皮电才及遮蔽的地方减少，由此可增力口光才是 取率。
本发明的另 一 目的在于提供的透明载板可以与发光二极管同 时进行制造，可缩短发光二极管封装的时间。
本发明的再一目的在于提供的载板与发光二极管电连接后，可 才艮据客户需求进行切割，可在不增加制造时间的情形下，完成客制 化的需求。本发明的又一目的在于提供一个由多个发光二极管所形成的 背光模块，以作为液晶显示装置的直下式背光源。
根据本发明的一个方面，提供了一种具有竖立式发光二极管的
封装结构，包括载板，其具有第一表面和第二表面，载板上配置
有多个贯穿第一表面和第二表面的孔洞，且每一该孔洞由导电材泮牛
填满；具有发光功能的半导体层的两侧边上配置有N电极和P电极 的发光二极管；第一透明载板，其上配置金属层，该金属层与发光 二极管的N电极和载板的第一表面上的导电材料电连接；第二透明 载板，其上配置金属层，金属层与该发光二极管的P电极和载板的 第一表面上的另一导电材料电连接；以及多个电连接元件，其与载 板的第二表面上的多个导电材料电连接。
为使本发明上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并 结合所附附图，作详细i兌明如下。
图1为一种发光二极管结构的剖面示意图2为一种电连冲妻载一反的局部剖面示意图3A为根据本发明所披露的透明载板以及配置于载板上的金 属层的上一见示意图3B为图3A的剖面示意图4A为根据本发明所披露的形成近似三明治封装结构的剖面 示意图；图4B为图4A的经过切割后的单一近似三明治发光二才及管的 剖面示意图5A为根据本发明所披露的载板上视示意图5B为图5A的剖面示意图6A为根据本发明所披露的近似三明治发光二极管与载板电 连4妻的剖面示意图6B为图6A完成电连4妻it/f牛后的剖面示意图7为根据本发明所披露的单一近似三明治发光二极管与聚光 罩结构的剖面示意图；以及
图8为根据本发明所披露的多个近似三明治发光二极管与聚光 罩结构的剖面示意图。
具体实施例方式
本发明所披露的是一种发光二极管封装元件，该发光二极管封 装元件可以产生摔史高的发光亮度以及具有较佳的发光效率，而且工 艺比已知技术中封装的方式更为简单，因此可以比已知技术节省工 艺成本。其中图1至图8为本发明所披露的发光二极管封装元件的 各步骤和结构的示意图。
参照图1,其表示一种发光二极管(LED)的结构剖视图，发 光二才及管20具有基*反201、形成在基^反201之上的磊晶堆栈结构层 203、形成在磊晶堆栈结构层203之上的透明导电层205、形成在透 明导电层205之上的电极207以及i殳置在基板201的下方的电极 209。在此要强调，本发明披露了一种LED的封装结构，因此并不限定LED为发红光、绿光、蓝光、白光或其它颜色的光，只要是 符合图1所示的LED结构，均为本发明的保护范围。此外，为了 提高发光二极管20的光4是取率，在电极207和电极209上可以选 才奪性地配置有开口，以便使发光二极管20的光能够射出，增加发 光亮度。
接着，参照图2,其为本发明发光二极管封装所使用的载板10。 如图2所示，载板10具有上表面和下表面，并且有多个贯穿上表 面和下表面的孔洞12分布于其中，这些孔洞12可以使用微钻孔方 式来形成。然后，使用电镀工艺在每一贯穿孔洞12附近形成电镀 层121/122，然后，再将载4反10过锡炉，4吏得每一贯穿孔洞12中 均填满焊锡。在此要强调，本发明的电镀层121/122在贯穿孔洞12 的位于载纟反10上表面和下表面的两侧边上形成一延长的部分，其 中位于载々反10上表面的延长电4度层121可作为发光二才及管的反射 层；而位于载才反10下表面的延长电镀层122除了可作为多个发光 二极管封装时的电连接之外，其还可以作为散热鳍片连接的接口 。 由于上述载板10的形成过程与一4i的电路板制造过程类似，因此 其详细的过程不再详细叙述。
接着，参照图3A和图3B，其为本发明的用于封装发光二极管 所使用的透明载板的上视图及其相应的剖视图。首先参照图3A, 透明载板30/32上配置多个独立且大小相同的金属层，其形成方式 包括先将金属层形成在透明载板30/32上；然后涂布光阻层于金 属层之上并经过光罩曝光及显影后，以蚀刻方式除去部分的金属 层；接着，除去光阻层之后，即可在透明载板30/32上形成多个大 小相同且相互独立的金属层300。此外，金属层300的尺寸为略大 于发光二极管芯片20。
jt匕夕卜，上述在-透明载板30/32形成金属层300的方式也可以包 括先将光阻层涂布在透明载板30/32上，然后经过光罩曝光和显
13影后，在光阻层上形成凹槽或沟渠，再将金属材料填入凹槽或沟渠 中，最后再将光阻除去后，即可在透明载板30/32上形成多个大小
相同且相互独立的金属层300。在此要说明的是，每一金属层300 上可以选3奪性地配置有开口 302,以Y更与发光二才及管芯片20的电^f及 207和电极209上的开口相应。此外，本发明上述的金属材料的形 成方式可以是蒸镜(evaporating process)或是溅镜(sputtering process ),而在本发明的优选实施例中，其使用电镀(plating )方式 来形成。
接着，参照图4A,其为本发明的形成近似三明治结构的发光 二^l管的堆栈结构。首先，将已完成半导体工艺并已切割成一颗颗 晶粒的发光二4及管芯片20,通过传递工具，例如一种取j改装置(pick and place ),而将每颗发光二才及管20上的电才及209通过导电胶(图中 未示出)贴附至透明载板32上的金属层300之上，并使发光二极管 20上的电极209与透明载板32上的金属层300形成电连接；而在 本实施例中，导电胶为一种锡膏。接着，经过一个适当的对准工艺 (alignment),将透明载板30贴附至每颗发光二极管20上的另一 端电极207上，同样地，也通过导电胶(例如锡膏)使发光二极 管20上的另 一端电极207与透明载板30上的金属层300形成电连 4妻，如图4A所示。
由于透明载板30/32上的金属层300大于发光二极管20的电极 207/209,因此，沿着图4A中的切割线101进行切割时，会除去部 分透明载一反30/32上的金属层300;因此，在完成透明载才反30/32 的切割后，可以形成多个近似三明治结构的发光二极管20,且每一 颗近似三明治结构的发光二才及管20的两侧边上，均有曝露的金属 层300，如图4B所示。
才妻着，参照图5A图和图5B，其表示一种具有图2结构的载板 的上^见和剖面示意图。如图5A所示，载一反10具有第一表面和第^一表面，其上配置有多个成对且贯穿第一表面和第二表面的孔洞12, 且每一孔洞12由导电材^牛(例如焊锡)填满，以形成电连4妄点 110，并且每一孔洞12的位于第一表面和第二表面两端上，均有延 长电镀层121/122。接着，将每一颗近似三明治结构的发光二极管 20的金属层300的暴露端，以导电胶(例如锡膏)电连接至载板 IO上的成对电连接点110，如图6A所示。很明显地，图6A中的每 一颗近似三明治结构的发光二一及管20在纟皮竖起来后再与载+反10上 的电连接点电连接。然后，在载板10的第二表面上的电连接点上 形成多个电连接元件40,例如金属凸块(solder bump)或金属引线 (lead)，如图6B所示。
当电连4妻元件40与电源连4姿时，发光二才及管20会产生光线， 其光源可穿透左右两侧的透明载斧反30/32而达到发光的目的。由于 本发明的近似三明治结构的发光二极管20是一皮竖起来封装的，因 此可以^吏发光二才及管20的发光面一皮电4及遮蔽的地方减少，由此可 增加光4是if又率。
接下来，在进行切割(sawing)前，本发明的封装过程，可以根 据4吏用者的需求，将近似三明治结构的发光二极管20切割成各自 独立的封装体；当然，也可以切割成由多个近似三明治结构的发光 二极管20所组成的封装体，此时，载板10上的电连接点也要配合 进行必要的连接，以使多个近似三明治结构的发光二极管20能够 均匀的发光，但此连接方式并非本发明的特征，因此不再详述。此 外，要强调的是，在本发明的实施例中，由于发光二极管20的主 体部分已被透明载板30/32封装成近似三明治的结构，因此，当近 似三明治结构的发光二极管20纟皮切割后，其可以不需要再用其它 的树脂材料来保护，就能达到发光的功能。
然而，为了〗吏近似三明治结构的发光二才及管20能够发出高亮 度的光，在本发明的优选实施例中，选4奪在近似三明治结构的发光二才及管20外再加上聚光罩50,且在聚光罩50内侧的部分配置反射 层(图中未示出)，以便配合载板10的第一表面的延长电镀层121 来形成优选的光反射路径，以增加发光效率。要说明的是，在本发 明进行加入聚光罩50的步骤，可以如传统发光二极管的制造方式， 即先将每一颗发光二极管切割成独立个体后，再逐一加上聚光罩， 而加上聚光罩的方式可以4吏用月交着方式来黏合，也可以使用固定件 来嵌合，本发明并不加以限制；同时，本发明对于聚光罩50的材 质也并未限制，例如塑料材#+。此外，在本发明的实施例中，可 以在完成图6B的结构后，就先进行聚光罩50的黏合或嵌合，使得 每一个近似三明治结构的发光二极管2(M皮聚光罩50所包覆，如图 7所示。4艮明显i也，此方式可以避免近似、三明治结构的发光二才及管 20 一皮污染，同时也能通过聚光罩50内侧的部分配置反射层(图中 未示出)，并配合载板10的第一表面的延长电镀层121来形成较佳 的光反射i 各径，以增加发光效率。
当聚光罩50以黏合或嵌合的方式将每一个近似三明治结构的 发光二极管20包覆后，其中图7示出了一种单颗近似三明治结构 的发光二极管20的封装结构；而图8示出了一种多颗近似三明治 结构的发光二极管20的封装结构。最后，根据切割线101的位置 进行切割，就可完成本发明的本封装结构。在此要说明的是，聚光 罩50可以制成半J求形，如图7和图8所示；然而，聚光罩50也可 以制成其它的几何形状，特别是在封装多个近似三明治结构的发光 二;f及管20以作为照明光源或背光光源时，其也可制成平面式的结 构。
很明显地，当本发明图8所示的封装结构与电源装置连接时， 其可形成一种直下式的背光模块，因此当本发明的背光模块与液晶 面板(图中未示出)连接时，即可作为液晶显示装置、液晶电—见或 3C产品显示屏的背光才莫块。此时，可以选拷^吏用平面型的聚光罩
1650来降低背光模块的厚度。此外，当图8所示的封装结构中的多个
近似三明治结构的发光二极管20由至少一个红光发光二极管、至
少一个纟录光发光二才及管以及至少一个蓝光发光二才及管组成时，其可 形成一个照明光源。
虽然本发明以前述的优选实施例4皮露如上，然而其并非用以限 定本发明，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精 神和范围的情况下，应当可作一些更改和z修饰，因此本发明的保护 范围应当以随后所附的;f又利要求所限定的为准。
主要组件符号说明
10 载板
110 电i妄4妄点只寸
121 上表面延长电4度层
20 发光二极管晶粒
203 磊晶堆栈结构
207 上电极
30/32 透明栽板
302 金属层开口
50 聚光罩
101 切割线
12 贯穿孔洞
122 下表面延长电l度层
201 基板
205 透明导电层
209 下电层
300 金属层
40 电连4妻元件
权利要求
1. 一种发光二极管的封装结构，包括载板，其具有第一表面和第二表面，其上配置有多个贯穿所述第一表面和所述第二表面的孔洞，并且每一所述孔洞由导电材料填满；发光二极管，其具有发光功能的半导体层的两侧边上配置有N电极和P电极；第一透明载板，其上配置金属层，所述金属层与所述发光二极管的N电极和所述载板的第一表面上的导电材料电连接；第二透明载板，其上配置金属层，所述金属层与所述发光二极管的P电极和所述载板的第一表面上的另一导电材料电连接；以及多个电连接元件，其与所述载板的所述第二表面上的所述导电材料电连接。
2. —种发光二极管的封装结构，包括-.载板，其具有第一表面和第二表面，其上配置有多个贯 穿所述第 一表面和所述第二表面的孔洞，并且每一所述孔洞由 导电材料填满；发光二极管，其具有发光功能的半导体层的两侧边上配 置有N电才及禾口 P电才及；第一透明载板，其上配置金属层，所述金属层与所述光 二极管的N电极和所述载板的第 一表面上的导电材料电连接；第二透明载板，其上配置金属层，所述金属层与所述光 二极管的P电极和所述载板的第一表面上的另一导电材料电连接；多个电连接元件，其与所述载板的所述第二表面上的所 述导电材津+电连冲姿；以及聚光罩，用以包覆所述载才反的第一表面、所述发光二招^ 管、所述第一透明载板以及所述第二透明载板。
3. —种光源装置的封装结构，包括载板，其具有第一表面和第二表面，其上配置有多个成 对且贯穿所述第 一表面和所述第二表面的孔洞，并且每一所述 孑L洞由导电才才泮十i真满；多个发光二极管，与所述载板上的多个成对的导电材料 电连纟妄；以及多个电连4妄元件，其与所述载—反的所述第二表面上的所 述导电材料电连接；其中每一 所述发光二极管的结构包括N电才及和P电极，其配置在具有发光功能的半导体 层的两侧边上；第一透明载板，其上配置金属层，所述金属层与所述 发光二极管的N电极和所述载板的第一表面上的导电材 料电连接；以及第二透明载板，其上配置金属层，所述金属层与所述 发光二极管的P电极和所述载板的第一表面上的导电材 料电连接。
4. 根据权利要求3所述的封装结构，其中，所述多个发光二极管由红光发光二极管、绿光发光二极管以及蓝光发光二极管组成。
5. —种光源装置的封装结构，包括载板，其具有第一表面和第二表面，其上配置有多个成 对且贯穿所述第一表面和所述第二表面的孔洞，并且每一所述 孑L洞由导电材^1"填满；多个发光二极管，与所述载板上的多个成对的导电材料 电连接；多个电连4妄元件，其与所述载一反的所述第二表面上的所 述导电材并+电连4妻；以及聚光罩，用以包覆所述载才反的第一表面、所述发光二^L 管、所述第一透明载板以及所述第二透明载板；其中每一所述发光二极管的结构包括N电才及和P电才及，其配置在具有发光功能的半导体 层的两侧边上；第一透明载板，其上配置金属层，所述金属层与所述 发光二极管的N电极和所述载板的第一表面上的导电材 泮+电连4妄；以及第二透明载板，其上配置金属层，所述金属层与所述 发光二极管的P电极和所述载板的第一表面上的导电材 料电连接。
6. 根据权利要求5所述的封装结构，其中，所述载板的所述第一 表面和所述第二表面的孔洞的周围附近均配置有所述导电材 冲牛的延长部分。
7. —种背光模块，至少由平面光源装置以及电源装置组成，其特征在于所述平面光源装置的结构包括载板，其具有第一表面和第二表面，其上配置有多个 成对且贯穿所述第一表面和所述第二表面的孔洞，并且每 一所述孔洞由导电材剩-;真满；多个发光二极管，与所述载板上的多个成对的导电材 料电连接；多个电连4妻元件，与所述载;^反的所述第二表面上的所 述导电材坤牛电连^妄；以及聚光罩，用以包覆所述载板的第一表面、所述发光二 极管、所述第一透明载板以及所述第二透明载板；其中每一所述发光二极管的结构包括N电才及和P电4及，其配置在具有发光功能的半 导体层的两侧边上；第一透明载板，其上配置金属层，所述金属层与 所述发光二极管的N电极和所述载板的第一表面上 的导电材料电连接；以及第二透明载板，其上配置金属层，所述金属层与 所述发光二极管的P电极和所述载纟反的第一表面上 的导电材料电连接。
8. —种直下式液晶显示装置，至少由液晶面4反、控制装置以及背 光才莫块组成，而所述背光才莫块至少由平面光源装置以及电源装 置组成，其中，所述背光模块的特征在于所述平面光源装置的结构包括载板，其具有第一表面和第二表面，其上配置有多 个成对且贯穿所述第一表面和所述第二表面的孔洞，并 且每一所述孔洞由导电材料填满；多个发光二极管，与所述载板上的多个成对的导电材料电连接；多个电连接元件，与所述载板的所述第二表面上的 所述导电材料电连接；以及聚光罩，用以包覆所述载板的第一表面、所述发光 二极管、所述第一透明载一反以及所述第二透明载板；其 中每一所述发光二极管的结构包括N电才及和P电4及，其配置在具有发光功能的半 导体层的两侧边上；第一透明载^f反，其上配置金属层，所述金属层 与所述发光二极管的N电极和所述载板的第一表面 上的导电材料电连4妄；以及第二透明载板，其上配置金属层，所述金属层 与所述发光二才及管的P电4及和所述载才反的第一表面 上的导电材料电连接。
9. 一种发光二极管的封装方法，包括提供第一透明载板，其上配置多个独立且大小相同的金 属层；提供多个发光二极管，每一所述发光二极管的具有发光 功能的半导体层的两侧边上配置有N电#及和P电才及；贴附所述发光二4及管，将所述多个发光二极管上的所述N 电极侧逐一贴附并电连接至所述第一透明载板的每一所述金属层上；提供第二透明载板，其上配置多个独立且大小相同的金 属层，每一所述金属层与所述第 一透明载板的每一所述金属层 相对应；贴附所述第二透明载板，将所述第二透明载板上的每一 所述^r属层贴附并电连接至每一所述发光二极管的所述P电 极侧，以便形成一种发光二极管配置于所述第一透明载板与所 述第二透明载泽反之间的近似三明治结构；以及切割所述近似三明治结构，以形成多个独立且具有所述 近似三明治结构的发光二极管，其中每一所述具有近似三明治 结构的发光二极管的至少 一 个端面上曝露所述第 一 透明载板 与所述第二透明载板上的部分金属层。
10.一种发光二极管的封装方法，包括提供第一透明载板，其上配置多个独立且大小相同的金 属层；提供多个发光二极管，每一所述发光二极管的具有发光 功能的半导体层的两侧边上配置有N电一及和P电才及；贝占附所述发光二极管，将所述多个发光二极管上的所述N 电极侧逐一贴附并电连接至所述第一透明载板的每一所述金 属层上；提供第二透明载板，其上配置多个独立且大小相同的金 属层，每一所述金属层与所述第 一透明载板的每一所述金属层 相对应；贴附所述第二透明栽板，将所述第二透明载才反上的每一 所述金属层贴附并电连接至每一所述发光二极管的所述P电 极侧，以便形成一种发光二才及管配置于所述第 一透明载纟反与所述第二透明载—反之间的近似三明治结构；切割所述近似三明治结构，以形成多个独立且具有所述 近似三明治结构的发光二才及管，其中每一所述具有近似三明治 结构的发光二极管的至少一个端面上曝露所述第一透明载板 与所述第二透明载板上的部分金属层；提供载板，其具有第一表面和第二表面，其上配置有多 个成对且贯穿所述第一表面和所述第二表面的孔洞，并且每一 所述孔洞由导电材料填满；贝占附所述近似三明治结构的发光二极管，将每一所述近 似三明治结构的发光二极管的所述第 一透明载板与所述第二 透明载板上曝露的部分金属层贴附并电连接至每一成对的导 电材料上；形成多个电连4姿元件，每一所述电连4妻元件电连冲妻至所 述载板的所述第二表面上的所述导电材料；以及切割所述载板，以形成多个具有近似三明治结构的发光 二极管的封装结构。
全文摘要
本发明披露了一种具有竖立式发光二极管的封装结构，包括载板，其具有第一表面和第二表面，载板上配置有多个贯穿第一表面和第二表面的孔洞，且每一孔洞由导电材料填满；具有发光功能的半导体层的两侧边上配置有N电极和P电极的发光二极管；第一透明载板，其上配置金属层，该金属层与发光二极管的N电极和载板的第一表面上的导电材料电连接；第二透明载板，其上配置金属层，金属层与发光二极管的P电极和载板的第一表面上的导电材料电连接；以及多个电连接元件，与载板的第二表面上的多个导电材料电连接。本发明提供的竖立式发光二极管的封装结构，使得发光二极管被电极遮蔽的部分减少，因此可以达到较高的发光效率。
文档编号H01L23/48GK101425554SQ20071016437
公开日2009年5月6日 申请日期2007年10月30日 优先权日2007年10月30日
发明者叶秀慧 申请人:叶秀慧