JP2010166031A - Ｌｅｄパッケージ構造体とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ（発光ダイオード）パッケージ構造体を提供する。
【解決手段】本パッケージ構造体は基部と、ＬＥＤチップと、ゲル阻止構造体と、燐光体層とを備える。ＬＥＤチップは該基部上に配置され、該基部に電気的に接続される。ＬＥＤチップは基板と該基板上に形成された半導体層とを備える。該ゲル阻止構造体は該ＬＥＤチップの該基板上に配置され、該半導体層を囲う。該ゲル阻止構造体と該基板と該半導体層とによって画定された空間内に燐光体層が充填される。本発明はＬＥＤパッケージ構造体の製造方法も開示する。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオードパッケージ構造体とその製造方法、特に、燐光体粉末の分散を改善できる発光ダイオードパッケージ構造体と製造方法に関する。
《関連する出願への相互参照》
本出願は、２００９年１月１６日付で出願した台湾特許出願第０９８１０１７３２号に基づく優先権を主張するものである。この出願全体を本明細書に援用する。

高輝度、低消費電力等の特性のため、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、表示装置等の多くの用途において従来の照明用光源を急速に置き換えてきた。照明に使用される光源は、高輝度の白色光を必要とする。従って、当業界は白色光ＬＥＤの研究開発に現在、精力を注いでいる。

現在、高輝度の白色光ＬＥＤは、燐光体粉末をＧａＮ等の青色光チップと一緒に使用することで得ることができる。このチップから発光される青色光は燐光体粉末を励起し他の波長の光（例えば黄色光）を生成することができる。青色光と黄色光を混合することで、期待される白色光が得られる。ＬＥＤをパッケージする時、通常、吐出または表面コーティングが使用される。

吐出または表面コーティングを、ＬＥＤをパッケージするのに使用する利点は、プロセスが簡単であることである。しかし、接着剤の量を制御するのが容易でないため、不均一な光の色の問題が吐出プロセスにおいて容易に発生する。

図１を参照すると、従来技術の発光ダイオードパッケージ構造体の問題が例として示されている。図１において、従来の発光ダイオードパッケージ構造体１０は、パッド１３が設けられた基部１１と、基板１５と、半導体層１７と、電極１８と、電極１８を基部１１上のパッド１３に接続する導電線２０と、基部１１上の、パッド１３、基板１５、半導体層１７、電極１８、及び導電線２０を封止する燐光体粉末を含んだ燐光体カプセル材２２とを備える。

燐光体粉末を含んだ燐光体カプセル材２２は吐出プロセスにおいて半球状に形成される。従って、燐光体粉末がカプセル材２２のゲル内に均一に分散されていても、半導体層の異なる領域から放射された光は、燐光体カプセル材２２の異なる厚みを通過するので、ＬＥＤから発光された光は、燐光体カプセル材２２の厚みの違いによって変化する場合がある。

このような構造の従来の発光ダイオードパッケージ構造体は、実際上、燐光体粉末を均一に分散させることができない。従って、上記の問題を克服し、色均一性の向上と、より速い製造プロセスと、より高い歩留りとを実現するために改善された発光ダイオードパッケージ構造体が必要とされている。

上記の従来の技術的問題を解決するために、本発明の１つの目的は、ゲル阻止構造体を形成して燐光体層を阻止し燐光体層を半導体層上に均一に配置させることにより、ＬＥＤの光の不均一な色の問題を改善することである。

本発明の１つの態様によれば、基部と、ＬＥＤチップと、ゲル阻止構造体と、燐光体層とを備えるＬＥＤ（発光ダイオード）パッケージ構造体が提供される。ＬＥＤチップは該基部上に配置され、該基部に電気的に接続されている。ＬＥＤチップは基板と該基板上に形成された少なくとも１つの半導体層とを備える。該ゲル阻止構造体は該ＬＥＤチップの該基板上に配置され、該半導体層を囲う。該ゲル阻止構造体と該基板と該半導体層とによって画定された空間内に燐光体層が充填される。

１つの例示の実施形態においては、発光ダイオードパッケージ構造体は、前記基部上に配置され、前記ＬＥＤチップを覆うカプセル材を更に備える。

別の例示の実施形態においては、前記ゲル阻止構造体は第１金属層と、該第１金属層上に形成された第２金属層とを備える。

別の例示の実施形態においては、該ゲル阻止構造体はＡｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、及びこれらの合金からなるグループから選択された材料からできている。

別の例示の実施形態においては、前記ＬＥＤチップは第１電極と第２電極とを更に備える。該第１電極は該ＬＥＤチップの該基板の一方の側に配置され、前記基部に接続されており、該第２電極は前記半導体層上に配置されている。

別の例示の実施形態においては、前記第１電極は前記ＬＥＤチップの前記基板に電気的に接続され、前記第２電極は前記基部上のパッドに導電線を介して電気的に接続されている。該第１電極と該第２電極はそれぞれ前記基部上のパッドに導電線を介して電気的に接続されている。

別の例示の実施形態においては、前記ＬＥＤチップは第１電極と第２電極とを更に備え、該第１電極と該第２電極は該ＬＥＤチップの前記半導体層上に互いに対向して配置されている。

別の例示の実施形態においては、燐光体層は少なくとも燐光体粉末とカプセル材ゲルとを含む。

本発明の別の態様によれば、発光ダイオードパッケージ構造体の製造方法が提供される。この製造方法は、基部を設けるステップと、該基部上に、基板と該基板上に形成された少なくとも１つの半導体層とを備えるＬＥＤチップを配置し、該ＬＥＤチップを該基部に電気的に接続するステップと、該ＬＥＤチップの該基板上に、該半導体層を囲うゲル阻止構造体を配置するステップと、該ゲル阻止構造体と該基板と該半導体層とによって画定された空間内に燐光体層を充填するステップとを備える。

１つの例示の実施形態においては、発光ダイオードパッケージ構造体は、前記基部上に配置され、前記ＬＥＤチップを覆うカプセル材を更に備える。

別の例示の実施形態においては、前記ゲル阻止構造体は先ず第１金属層を蒸着により形成し、次に該第１金属層上に第２金属層を電気メッキにより形成することによって形成される。

別の例示の実施形態においては、前記ゲル阻止構造体はＡｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、及びこれらの合金からなるグループから選択された材料からできている。

別の例示の実施形態においては、前記ＬＥＤチップは第１電極と第２電極とを更に備え、該第１電極は該ＬＥＤチップの該基板の一方の側に配置され、前記基部に接続されており、該第２電極は該ＬＥＤチップ上に配置される。

別の例示の実施形態においては、前記第１電極は前記ＬＥＤチップの前記基板に電気的に接続され、前記第２電極は前記基部上のパッドに電気的に接続される。

別の例示の実施形態においては、該第２電極は前記基部上のパッドに導電線を介して電気的に接続される。

別の例示の実施形態においては、前記ＬＥＤチップは第１電極と第２電極とを更に備え、該第１電極と該第２電極は該ＬＥＤチップの前記半導体層上に互いに対向して配置される。

別の例示の実施形態においては、該第１電極と該第２電極はそれぞれ前記基部上のパッドに導電線を介して電気的に接続される。

別の例示の実施形態においては、燐光体層は少なくとも１種類の燐光体粉末とゲルとを含む。
本発明の目的、機能、特徴、及び利点は、下記の更なる説明と添付の図面からより完全に理解されるであろう。

従来技術の発光ダイオードパッケージ構造体を示す。 本発明の好適な実施形態に係る発光ダイオードパッケージ構造体の断面図を示す。 本発明の別の好適な実施形態に係る発光ダイオードパッケージ構造体の断面図を示す。

上記の目的と特徴と利点とをより明確に理解できるように、添付の図面を参照しながら以下に、例示の実施形態を詳細に説明する。

図２は本発明の好適な実施形態に係る発光ダイオードパッケージ構造体の断面図を示す。この発光ダイオードパッケージ構造体は、基部１１０と、ＬＥＤチップと、燐光体層２１０とを備える。燐光体層２１０は少なくともカプセル材ゲル２１２と燐光体粉末２１４とを混合することで作られる。

特に、ＬＥＤチップは、基部１１０上に配置され、基部１１０に電気的に接続されている。ＬＥＤチップは、基板１５０と、基板１５０上に形成された少なくとも１つの半導体層１７０と、ゲル阻止構造体１９０とを備える。この半導体層として、発光される光の色に応じてインジウム（Ｉｎ）化合物又は窒化アルミニウム（Ａｌ）等の異なる化合物を使用する。半導体層１７０はある波長の光を発光し、発光された光は燐光体層２１０を励起して別の波長の光を生成する。これら２つの種類の光を混合することで、期待する色の光が得られる。

なお、ゲル阻止構造体１９０はＬＥＤチップの基板１５０上に配置され、半導体層１７０を囲んでいる。ゲル阻止構造体１９０は、第１金属層１９２と、第１金属層１９２上に形成された第２金属層１９４とを備える。金属層は電気メッキにより迅速に形成されるので、ゲル阻止構造体１９０は、先ず第１金属層１９２を蒸着により形成し、次に第１金属層１９２上に第２金属層１９４を電気メッキにより形成する。従って、プロセス時間を効果的に低減することができる。１つの例示の実施形態において、第１金属層１９２の厚みは０．３〜２μｍの範囲であり、第２金属層１９４の厚みは２００〜３００μｍの範囲である。また、ゲル阻止構造体１９０は、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、及びこれらの合金からなるグループから選択された材料からできている。

この発光ダイオードパッケージ構造体はゲル阻止構造体１９０を備えているので、燐光体層２１０を充填するプロセスにおいて、ゲル阻止構造体１９０は燐光体層２１０を阻止し、燐光体層２１０が半導体層１７０を均一に覆うようにすることで、ＬＥＤの光の不均一な色の問題を解決する。

１つの例示の実施形態において、この発光ダイオードパッケージ構造体は、基部１１０上に配置されＬＥＤチップを覆うカプセル材２２０を更に備える。

本発明の該発光ダイオードパッケージ構造体は、第１電極１２０と第２電極１８０とを備え、第１電極１２０と第２電極１８０とは異なる配置がされている。１つの例示の実施形態では、第１電極１２０はＬＥＤチップの基板１５０の一方の側に配置され、基部１１０に接続される。第２電極１８０はＬＥＤチップの半導体層１７０上に配置される。従って、垂直方向に接続された発光ダイオードパッケージ構造体が得られる。この垂直方向に接続された発光ダイオードパッケージ構造体において、第１電極１２０はＬＥＤチップの基板１５０に電気的に接続され、第２電極１８０は基部１１０上のパッド１３０に導電線２００を介して電気的に接続されている。あるいは、図３に示すように、第１電極１２０と第２電極１８０は、両方とも半導体層１７０上に配置されてもよい。第１電極１２０と第２電極１８０は、それぞれ基部１１０上のパッド１３２、１３０に導電線２０２、２００を介して電気的に接続される。

本発明の該発光ダイオードパッケージ構造体はゲル阻止構造体１９０を備えるので、この新規な構造を利用することで、燐光体層２１０を充填する時に、ゲル阻止構造体１９０は燐光体層２１０を阻止し、燐光体層２１０とそれに含まれた燐光体粉末２１４とが半導体層１７０の表面を均一に覆うようにする。燐光体層２１０の均一な厚みが励起される燐光体粉末２１４を均一に分散させるので、半導体層１７０から発光された青色光が燐光体層２１０を通過することで得られる白色光の色は均一である。

白色光の色は市場にある任意の分光計により測定でき、国際照明委員会（ＣＩＥ）座標で表される。ＣＩＥは光の輝度及び色の標準を規定する国際機関である。ＣＩＥ座標は光の色をＸＹ座標で表した数値である。白色光を例にとると、その座標はおよそＣＩＥ（ｘ，ｙ）＝（０．３，０．３）である。

１つの例示の実施形態においては、本発明のＬＥＤの中心のＣＩＥ（ｘ）は約０．３０であり、本発明のＬＥＤの端のＣＩＥ（ｘ）は約０．３２である。従来のＬＥＤでは中心のＣＩＥ（ｘ）は約０．３０であり、端のＣＩＥ（ｘ）は約０．３８であるのと比較すると、本発明のＬＥＤは明らかに光の色の分布を向上させる。ＣＩＥ（ｙ）も同様の効果がある。

なお、本発明の基板は、ＳｉＣ、炭化物、金属等の任意の適切な材料を代わりに使用してもよい。本発明の基板は、必要に応じて放熱板又はボンディング層に選択的に接続されてもよい。これらの置換え及び等価物は当業者には明らかであろう。

本発明の様々な例示の実施形態を説明したが、本発明の思想及び範囲を逸脱することなく、本発明を様々な変更及び改善を含む他の特定の形態で実施可能であることは留意されるべきである。従って、説明した実施形態は例示だけのためであり限定するものでないと理解されるべきである。

１１０ 基部
１２０ 第１電極
１３０ パッド
１５０ 基板
１７０ 半導体層
１８０ 第２電極
１９０ ゲル阻止構造体
１９２ 第１金属層
１９４ 第２金属層
２００ 導電線
２１０ 燐光体層
２１２ カプセル材ゲル
２１４ 燐光体粉末
２２０ カプセル材

Claims (10)

1. 基部と、
   該基部上に配置され、該基部に電気的に接続され、基板と該基板上に形成された少なくとも１つの半導体層とを備えるＬＥＤチップと、
   該ＬＥＤチップの該基板上に配置され、該半導体層を囲うゲル阻止構造体と、
   該ゲル阻止構造体と該基板と該半導体層とによって画定された空間内に充填された燐光体層と
   を備える発光ダイオードパッケージ構造体。
2. 前記基部上に配置され、前記ＬＥＤチップを覆うカプセル材を更に備える請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ構造体。
3. 前記ゲル阻止構造体は第１金属層と、該第１金属層上に形成された第２金属層とを備え、該ゲル阻止構造体はＡｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、及びこれらの合金からなるグループから選択された材料からできている請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ構造体。
4. 前記ＬＥＤチップは第１電極と第２電極とを更に備え、該第１電極は該ＬＥＤチップの該基板の一方の側に配置され、前記基部に電気的に接続されており、該第２電極は前記半導体層上に配置されている請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ構造体。
5. 前記第１電極は前記ＬＥＤチップの前記基板に電気的に接続され、前記第２電極は前記基部上のパッドに導電線を介して電気的に接続されている請求項４に記載の発光ダイオードパッケージ構造体。
6. 前記ＬＥＤチップは第１電極と第２電極とを更に備え、該第１電極と該第２電極は該ＬＥＤチップの前記半導体層上に互いに対向して配置され、該第１電極と該第２電極はそれぞれ前記基部上のパッドに導電線を介して電気的に接続されている請求項１に記載の発光ダイオードパッケージ構造体。
7. 基部を設けるステップと、
   該基部上に、基板と該基板上に形成された半導体層とを備えるＬＥＤチップを配置し、該ＬＥＤチップを該基部に電気的に接続するステップと、
   該ＬＥＤチップの該基板上に、該半導体層を囲うゲル阻止構造体を配置するステップと、
   該ゲル阻止構造体と該基板と該半導体層とによって画定された空間内に燐光体層を充填するステップと
   を備える発光ダイオードパッケージ構造体の製造方法。
8. 前記基部上に前記ＬＥＤチップを覆うカプセル材を形成するステップを更に備える請求項７に記載の製造方法。
9. 前記ゲル阻止構造体は先ず第１金属層を蒸着により形成し、次に該第１金属層上に第２金属層を電気メッキにより形成することによって形成される請求項７に記載の製造方法。
10. 前記ゲル阻止構造体はＡｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ、及びこれらの合金からなるグループから選択された材料からできている請求項９に記載の製造方法。

Images