201212303 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本案係關於一種發光二極體之封裝結構及封裝方去尤 指一種具非打線連結方式之發光二極體之封裝社構及封 裝方法。 [先前技術] [0002] 發光二極體（Light Emitting Diode，LED)封妒之目 的是為了確保LED晶片正確地做電性連接，機械性地保護 LED晶片減低其受到機械 '熱、潮溼及其他種種的外來衝 擊。LED現行封裝形式包合多種樣式，根據不同的應用場 合、不同的外形尺寸、散熱方案和發光效果等，而有多 樣化的封裝形式。目前，LE&按封裝形式分類主要有
Lamp-LED、TOP-LED、Side-LED ' SMD-LED、High-Power-LED 、 Flip Chip-LED等。 [0003] 其中，SMD-LED (表面黏著LED)其係將晶片先行固定到 ；；|： v 細小基板上，再進行打線的動作，接蓍進行膠體封裝， 最後再將該封裝後的LED焊設於印刷電路板上，完成SMD-LED的光源結構及製程。SMD-LED具有可進行回流焊製程 的特性’並解決了亮度、視角、平整度、可靠性、一致 性等問題。 [0004] 然而，在高功率操作下的LED，元件的散熱問題關係到元 件特性與壽命，是值得重視與加以改善的，若是封裝結 構無法有效地使熱排出，便會不斷地累積在元件内部， 使LED操作時的接點溫度上升，導致發光效率降低及發 光波長變短，壽命也會隨之減少。而解決的方法不外乎 099129804 表單編號A0101 第4頁/共58頁 0992052233-0 201212303 從LED晶片本身著手，提升LED晶片的發光效率，以 減少熱能的產生，使LED點亮時的接點溫度下降。另一 方面也可由封裝結構的設計著手，選用高散熱係數的封 裝材料，以降低整體結構的熱阻抗，也可以有效地降低 接點溫度’使LED元件維持預期的高可靠度、長壽命等 特性。 [0005] Ο 在SMD-LED中’一般封裝體熱之傳導係數較低，致使未能 及時將熱散出，累積在元件中的熱對元件的特性、壽命 及可靠度都會產生不良的影響9其次，led晶粒與封裝體 兩者熱係數不一致’致使元件穩定性與壽命受到影響。 另外’封裝樹脂的破璃轉移溫度（Tg)溫度過低（約12(rc )’當SMD-LED元件過高溫爐時其溫度達25〇?c〜3〇〇〇c， 頓ΙΛ?.;Γ 容易造成結構上缺陷。 [0006] Ο 在電性連結部份’傳統封裝製程係以打線方式（wire bonding)連結發光二極體與基择或導線架。請參閱第一 圖’其係為傳統發光；極體:之封赛結構示意圖，包含基 板10、絕緣層11、金屬層12、[仙晶粒13及封膠15，其 中LED晶粒13係透過金屬導線14與基板電極μ電性連結 。此種打線鍵合製程是利用熱壓合、超音波楔合或以超 音波輔助的熱壓合方式，把直徑約25#πι的金線或鋁線 的兩端分別連結到晶片及基板或導線架上。其中以超音 波輔助的熱壓合方式，只須升溫至約攝氏150度，單一 接點的接合時間也只要2〇毫秒，是led封裝業者最常 使用的方法’但常見的失效現象為晶粒電極上打線的附 著力不足以及打線斷裂等問題，使得元件玎靠度下降。 099129804 表單編琥A0101 0992052233-0 201212303 [0007] 有鑑於此，如何發展一種發光二極體之封裝結構及封裝 方法，以解決習知技術之缺失，實為相關技術領域者目 前所迫切需要解決之問題。 【發明内容】 [0008] 本案之一目的在於提供一種發光二極體之封裝結構及封 裝方法，其係利用非打線方式進行電性連結，以避免傳 統打線方式可能遭遇之附著力不足或打線斷裂之問題， 以進一步提升元件可靠度。 [0009] 為達上述目的，本案提供一種發光二極體之封裝結構， 其係包含：一承載基板，其具有一上表面、一下表面及 至少一第一貫穿結構；至少一第一電性傳導結構，其係 形成於該第一貫穿結構中及該承載基板之部分該上表面 及部分該下表面；一發光二極體，其係設置於該承載基 板上方；一絕緣層，其係形成於該承載基板上方及該發 光二極體兩側，且具有至少一第二貫穿結構，該第二貫 穿結構係對應該第一電性傳導結構；至少一第二電性傳 導結構，其係形成於該第二貫穿結構中及部分該絕緣層 上，並連接該發光二極體之一電極，使該發光二極體及 該承載基板之該上下表面藉由該第一電性傳導結構及該 第二電性傳導結構達到電性連結；以及一光穿透結構， 其係形成於該發光二極體及該第二電性傳導結構上方。 [0010] 為達上述目的，本案之提供一種發光二極體之封裝方法 ，其係包含下列步驟：提供一承載基板，該承載基板具 有一上表面及一下表面，並於該承載基板上形成至少一 第一貫穿結構；形成至少一第一電性傳導結構於該第一 099129804 表單編號A0101 第6頁/共58頁 0992052233-0 201212303 貫穿結構中及該承餘板之部分該上表面及該下表面上 ，以電性連結縣餘板线上表面及該下表面；設置 一發光二極體於該承栽基板上方；形成—絕緣層於该承 載基板上方及該發光二極體兩侧，並於該絕緣層中形成 - 至少〜第二貫穿結構，該第二貫穿結構係對應該第〆電 性傳導結構；形成至少-第二電性傳導結構於該第二貫 穿結構中及部分該絕緣層上，且該第二電性傳導结構連 接該發光二極體之—電極，以電性連結㈣光二極體及 該承栽基板之該上表面；以及形成—光穿透結構於該發 光二極體及該第二電性傳導結構上方。 _]為達上述目的，本案之又提供__種發光二極體之封裝結 構’其係包含：一承载基板，其具有—上表，面及一下表 面，且該承載基板上形成有至少-第—貫穿結構及〆凹 槽結構；至少—第—電性傳導結構，其係形成於該第， 貫穿結構巾及該承載基板之部分該上表面及部分該下表 面；一發^極體’其係設置於該承載基板之該凹槽姑 〇 冑中；-麟層’其_成於該承餘板及該發光二椏 體上方，且具有至少二第：貫穿結構，該第二貫_構 係對應該發光二極體之—電極及該第—電性傳導緒構而 設置；至少-第二電性傳導結構，其係、形成於該第二貫 穿結構中及部分該絕緣層上，並連接該發光二極體之該 電極及«電ϋ傳導結構，使該發光二極體及該承载 基板之該上下表面藉由該第_電性傳導結構及該第二電 性傳導結構達到電性連結；以及_光穿透結構其係形 成於該發光二極體及該第二電性傳導結構上方。 099129804 表單褊號Α0101 第7頁/共58頁 0992052233-0 201212303 [0012] 為達上述目的，本案再提供一種發光二極體之封裝方法 ’其係包含下列步驟：提供一承載基板’該承載基板具 有一上表面及一下表面，並於該承載基板上形成至少一 第一貫穿結構及一凹槽結構；形成至少一第一電性傳導 結構於該第一貫穿結構中及該承載基板之部分該上表面 及部分該下表面上，以電性連結該承載基板之該上表面 及該下表面；設置一發光二極體於該承載基板之該凹槽 結構中；形成一絕緣層於該承載基板及該發光二極體上 方，並於該絕緣層中形成至少二第二貫穿結構，該第二 貫穿結構係對應該發光二極體之一電極及該第一電性傳 導結構而設置；形成至少一第二電性傳導結構於該第一 貫穿結構中及部分該絕緣層上，以電性連結該發光二極 體之該電極及該第一電性傳導結構；以及形成一光穿透 結構於該發光二極體及該第二電性傳導結構上方。 【實施方式】 [0013] 體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明 中詳細敘述。應理解的是未寒能夠在不同的態樣上具有 各種的雙化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及 圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。 [0014] 請參閱第二圖a-S，其係顯示本案第一較佳實施例之發光 二極體之封裝方法之流程結構示意圖。如第二圖A所不’ 首先，提供一承載基板20，其具有上表面201及下表面 2〇2，其中’該承載基板2〇較佳為一矽晶片（silicon wafer)，且經熱處理後，矽晶片之上表面2〇1及下表面 202將分卿成H夕氧化層，其係作為-#刻阻擋層 099129804 表單編號A0101 0992052233-0 第8 201212303 [0015] 21 (如第二圖Β所示）。相較於傳統之金屬支架（1^4 frame)表面，碎晶片具有較佳之平坦性，可進行此曰接 合（Eutectic Bonding)製程，此外，石夕晶片亦農有較 高之熱傳導係數（Thermal Conductivity)、與光電半 導體較為接近之熱膨脹係數（Coefficient Ther>mai Expansion)、較高之炫點、以及較低之機械應力。 此外，承載基板20除可為石夕晶片之外，亦可為陶究&板 (ceramic)、藍寶石（sapphire)基板、金屬基板、玻璃 Ο 基板或塑膠基板。又，钱刻阻擒層21不限於二氧化石夕氧 化層，亦可由氮·_、光阻、金屬、聚合物（p〇lyiner) 或苯並環丁烯（66112〇〇7(：1〇1)1^6116，306)等材料所形成 〇 'lllRl '_SPfeS 丨::1¾¾¾¾ i||||| [0016] Ο 接著，於承載基板20之上表面201形成一光阻層22， “ 五无 阻層22經黃光微影技術定義出一圖案（:‘第二圖匚所干）， 之後移除未被光阻層22覆蓋.之蝕刻阻擋層21，形成如第 二圖D所示之結構，身中，終阻撞―可藉由濕式姓刻 (wet etching)、乾式蚀刻（dfy etching)、雷射鑽孔 (laser drill ing)或機械鑽孔（mechanical drilling)等方式來移除。其後，將光阻層22去除並 於承載基板20上形成至少一凹槽結構（如第二圖e所干） 其中，承載基板20可以氫氧化鉀（K0H)為蝕刻液進行洱式 蝕刻以形成凹槽結構，但不以此為限，亦可藉由乾弋蝕 刻、雷射鑽孔或機械鑽孔等方式來形成凹槽結構。 [0017] 隨後再次進行熱處理，以在前述凹槽結構表面形成一蝕 099129804 刻阻擋層21 (如第二圖F所示），可為二氧化矽氧化層。 表單編號A0101 第9頁/共58頁 0992052233-0 201212303 當然’該蝕刻阻擋層21亦可由氮化矽、光阻、金屬、聚 合物或苯並環丁烯等材料所形成。又，在另一實施例中 ，此步驟亦可省略。 [0018] [0019] [0020] 099129804 之後，於承載基板20之上下表面分別形成光阻層23，且 光阻層23經黃光微影技術定義出一圖案（如第二圖G所示） 。接著，移除未被光阻層23覆蓋之蝕刻阻擋層21，以形 成如第二圖Η所示之結構，其中，姓刻阻擋層21可藉由濕 式姓刻、乾式_、雷射鑽孔或機械鑽孔等方式來移除 。其後’將光阻層23去除’並對轉基⑽進行蚀刻或 錢孔，以形成至少-第一貫穿結構24 (如帛二圖【所示） ’其中’第-貫穿結構24可藉由濕式制、乾式蚀刻、 雷射錢孔或機械觀等方絲形成m-貫穿結 構24也可藉由-次性穿孔之方式來形成，雨無須如第二 圖E至第二圖I所示分兩階段來對承載基板2〇進行穿孔。 隨後’可再次進㈣處理，以在第-貫轉構24表面形 成絕緣層21 (如第二圖謂^)，例如二氧化碎氧化 層以作為在些實施例中，當前述姓刻阻擋層21非 為二氧化_或氮_所構成時，可先雜刻阻擋 除（如第二圖⑽W後，再於承載基㈣及第— 24表面形成絕緣層21，（如第二圖κ所示），其中^構 緣層2Γ可由二氧化石夕、氮化石夕、光阻、聚合= 邑 環丁烯等材料所構成。 本並 ” ％乐一員芽紹構Ζ4中形 電性傳導結=，且”―電性將結構㈣形成於承 載基板20之。Ρ分上表面如上及部分下表㈣ 表單編號删1 * 10 1/^ 58 s 其今 201212303 ’該第一電性傳導結構25更包含後續用作固晶用之金屬 底層251。該第-電性傳導結構25係由導電材質所形成， 例如但不限於金屬’用以電性連結承載基板2G之上表面 2〇1及下表面⑽，其中，該第—電性傳導結構可藉由物 理蒸鍛（PhySiCal Va^ DeP〇siti〇n，pvD)、電鑄 bating)或網印(stencil的一)方式來形成， 但不以此為限。 [0021] Ο bond)步驟，亦即將一發光二極體“ 之後進行固晶（die 晶粒設置並固定於承載基板之金屬底層251上（如第二 圖河所示）’其中丨減趣光二極體26具有電極261、262， 且發光二極體26之發射波長範圍為2〇〇_8〇〇奈米，而發 光二極體26之晶粒數量可為，顆或多顆的組合。在一實 施例中，發光二極體26係以共晶接合（Eutectic B〇nd_ ing)進行固晶，以提供較佳之接合強度，但不以此為限 ，例如發光二極體26亦可透過銀膠、錫膏f聚合物或矽 膠（Si licone)進行固晶。 ：1 : ^ 〇 [0022] 接著，於承載基板2〇玉方形成一絕緣層27，該絕緣層27 係相對形成於發光二極體26之兩側，且具有平垣的表面 以及與發光二極體26大體上相同之高度（如第二圖N所示） ’並使發光二極體26之電極261、262裸露，換言之，絕 緣層27與發光二極體26大致形成共平面之結構，其中， 該絕緣層27較佳係由聚合物或矽膠所構成，但不以此為 限，例如亦可由二氧化矽、光阻、苯並環丁烯或環氧樹 脂（Epoxy)所構成。在一些實施例中，該絕緣層27可由 毛細注入、真空吸引或模版印刷方式來形成（詳細製程將 099129804 表單編號A0101 第11頁/共58頁 0992052233-0 201212303 說明於後），但不以此為限。 [0023] 隨後，於絕緣層27上方形成一光阻層28，且光阻層28經 黃光微影技術定義出一圖案（如第二圖〇所示），之後以濕 式蝕刻、乾式蝕刻、雷射鑽孔或機械鑽孔等方式在絕緣 層27開孔，並將光阻層28移除，以形成至少一第二貫穿 結構29 (如第二圖P所示），其中，第二貫穿結構29係對 應第一電性傳導結構25而設置。 [0024] 接著如第二圖Q所示，於該第二貫穿結構29中形成一第二 電性傳導結構30，且該第二電性傳導結構30亦形成於部 分之絕緣層27上，其係從第二貫穿結構29往發光二極體 26方向延伸，並與發光二極體26之電極261、262連接。 該第二電性傳導結構30係由導電材質所形成，例如但不 限於金屬，用以電性連結發光二極體26之電極261、262 及承載基板20之上表面201，其中，該第二電性傳導結構 30可藉由物理蒸鍍、電鑄或網印方式來形成，但不以此 為限。 [0025] 之後，於該發光二極體26之表面形成一光轉換層31 (如 第二圖R所示），其可用以調變發光波長，進行混光，其 中，光轉換層31可為螢光粉塗層，亦可為半導體量子井 或量子點結構層，且光轉換層31可藉由點膠或喷塗或 bonding或壓模製程來形成。最後，於該發光二極體26 及該第二電性傳導結構30上方形成一光穿透結構32 (如 第二圖S所示），其可為一圖形化封裝體，用以包覆並保 護發光二極體26晶粒，避免水氣與外力侵入、增加亮度 及改變光形。在一實施例中，光穿透結構32係為封裝矽 099129804 表單編號A0101 第12頁/共58頁 0992052233-0 201212303 膠體 j 峨’但不以此為限’例如亦可由聚合物、環氧樹脂、 —虱化矽或玻璃所組成。另一方面，光穿透結構32之形 狀可為半球狀、柱狀或其他形狀，而光穿透結構32之表 面可為曲面、平面或凹面。 [0026]
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光穿透結構32可藉由模塑（mo 1 ding)方式或點膠方式來 成其中’模塑方式可採用石夕膠、聚合物、環氧樹脂 、-'氧化矽或玻璃作為光穿透結構32之材料，而點膠方 式可採用石夕膠、聚合物、環氧樹脂或玻璃作為光穿透結 構32之材料。又，在形成光穿透結構32前，亦可在發光 一極體之封裝結構外圍先形成一阻擋層，再進行模塑或 點膠製輕以於阻擋牆之間形成光穿透結構32。 : 此外’在另—些實施例中，該光轉換層31除形成於發光 —極體26表面外，亦可形成於光穿透結構32表面或形成 於光穿透結構32中。舉例來說，可將螢光粉混入光穿透 結構32之材料中’以與光穿透結構32—同形成於發光二 極體之封裝結構中。 因此，藉由前述製程，本案提:供了 一發光二極體之封裝 結構，其係主要包含承載基板2〇、第一電性傳導結構25 、發光二極體26、絕緣層27、第二電性傳導結構30及光 穿透結構32 (如第二圖5所示），其中，承載基板2〇具有 第一貫穿結構24 (如第二圖K所示），第一電性傳導結構 25係形成於第一貫穿結構24中，發光二極體26係設置該 承載基板20上方，絕緣層27係形成於承載基板2〇上方及 發光二極體26兩側，且具有第二貫穿結構29 (如第二圖P 所示），第二貫穿結構29係對應第一電性傳導結構25而設 099129804 表單編號A0101 第13頁/共58頁 0992052233-0 201212303 置，第二電性傳導結構30係形成於第二貫穿結構29中及 部分絕緣層27上’並連接發光二極體26之電極261、262 ’使發光二極體26及承載基板2〇之上下表面藉由第一電 性傳導結構25及第二電性傳導結構30達到電性連結，而 光穿透結構32則形成於發光二極體26及第二電性傳導結 構30上方，以包覆並保護發光二極體26。 [0029] [0030] 根據本案之一較佳實施例，承載基板20較佳為一矽晶片 ，相較於傳統之金屬支架或電路板等封裝基材，矽晶片 具有較佳之平坦性，可增進固晶強度，且具有較佳之散 熱效果及耐高溫等優點。而在電性連結部分，發光二極 體26之電極261、262與承載基板2〇上表面之間係以疊層 技術（Overlay Technique)進行電性連接’其係首先由 以毛細注入、真空吸引或模版印刷方式平坦化塗佈絕緣 層27於發光二極體26兩侧，並於絕緣層27中形成第二貫 穿結構29，再以物理蒸鑛、電鑄或網印方式於第二貫穿 結構29及絕緣層27表面形歲諫二電性傳導結構，達到 電性連結。相較於傳統之打線連結方式(wire b〇nding) ，此種非打線連結方式（wireless inteFCQnnectiQr〇 具有較厚的電性傳導層厚度讀佳的可錢，也能承受 較高的機械應力，避免了傳騎線方式常見的潛在風險 ，例如附著力不足與可靠度降低等現象引起的元件失效 效應。再者’由於第二電性傳導結構㈣非貼附於發光 二極體26之側壁’因此不會阻擋光線之射出而影響光線 取出效率。 請參閱第三圖A-B ’其係進—步說明電性連結製程。在發 099129804 表單編號A0101 第14頁/共58頁 0992052233-0 201212303 光一極體26完成固晶之後（如第二圖Μ所示之結構），巧*在 發光一極體26上形成一板件40，並以毛細注入 (capi 1 lary in jecti〇n)或真空吸引方式將聚合物或矽 膠等絕緣材質27’填入板件40與承載基板20之間的空間（ 如第三圖A所示），直到絕緣材質27，填滿板件4〇與承載 基板20之間的空間而形成絕緣層27 (如第三圖b所示）， 之後再將板件40移除’即形成第二圖N所示之結構。藉由 此方法’可平坦化塗佈絕緣層27於發光二極體26兩側， 〇 [0031] 使得第二電性傳導結構3〇能形成於絕緣層27之表面，姐 與發光二極體26之電極261、262連接，達到電性連結。 Ο 此外，除前述以毛細注入或真空吸引方式形成絕緣層27 之外’亦可利用模版印刷（stencil printing)方式來 達成。請參閱第四圖，其係為模版印刷方系之示意圖， 其中承載基板之細部結構省略繪示。如第四圖所示，在 發光二極體26完成固晶之後，可:將模版5〇設置在發光二 極體26之兩侧，其中該模版50具有與發光二極體26大體 上相同之尚度。接著，在承載基板上加入絕緣材質2了 ，，例如聚合物或矽膠，再以橡膠_滚軸（squeegee) 51 將絕緣材質27,填入發光二極體26與模版50之間的空間 ，藉此形成具有平坦表面的絕緣層27，之後再將模版5〇 移除’即形成第二圖N所示之結構。同樣地，藉由此方法 ，可平坦化塗佈絕緣層27於發光二極體26兩側，使得第 二電性傳導結構30能形成於絕緣層27之表面，並與發光 二極體26之電極261、262連接，達到電性連結。 [0032] 此外，本案提供之發光二極體封裝方法所形成之發光二 099129804 表單編號A0101 第15頁/共58頁 0992052233-0 201212303 極體元件所佔面積較小，且搭配半導體製程，具有批次 量產之優勢。前述形成絕緣層之方法，亦可應用於批次 量產製程，例如第四圖即顯示模版印刷方式可同時形成 複數個發光二極體元件之絕緣層。同樣地，後續之電性 連結製作亦採半導體製程來進行，由於無須如傳統打線 方式以機械式逐一做連結，故可避免傳統打線方式常見 之附著力不足與可靠度降低等缺點。 [0033] 請參閱第五圖，其係顯示第二圖S之一變化實施例，其中 ，在第五圖所示之發光二極體封裝結構中，光轉換層31 係於固晶後便接著形成於發光二極體26之晶片表面及晶 片周圍，之後再形成絕緣層27、第二電性傳導結構30及 光穿透結構32。 [0034] 請參閱第六圖，其係顯示第二圖S之另一變化實施例，其 中，在第六圖所示之發光二極體封裝結構中，發光二極 體26係為一垂直式發光二極體，故其上表面只有一電極 261，另一電極（未顯示）則在下表面，因此在形成第一電 性傳導結構25時，發光二極體26 —側之第一電性傳導結 構25係延伸至發光二極體26底部，直接與發光二極體26 下表面之電極電性連結，而發光二極體26上表面之電極 2 61則同樣與第二電性傳導結構3 0電性連結。 [0035] 請參閱第七圖A-S，其係顯示本案第二較佳實施例之發光 二極體之封裝方法之流程結構示意圖，而所形成之發光 二極體封裝結構如第七圖S所示。第七圖所示之封裝方法 大體上與第二圖相仿，主要差異在於承載基板20上更形 成一凹槽結構33 (如第七圖E所示），且發光二極體26晶 099129804 表單編號A0101 第16頁/共58頁 0992052233-0 201212303 粒係設置並固定於該凹槽結構33中（如第七圖Μ所示），其 他步驟則與第二圖相同，因此不再贅述。另外，第一電 性傳導結構25可選擇性形成於凹槽結構33之部分表面（如 第七圖L·所示）或僅形成於第一貫穿結構24以及第一貫穿 結構24與凹槽結構33中間之承載基板20上。 [0036] Ο ο 因此，藉由前述製程，本案更提供了一發光二極體之封 裝結構’其係主要包含承載基板20、第一電性傳導结構 25 '發光一極體26、絕緣層27、第二電性傳導結構go及 光穿透結構32 (如第七圖S所示），其中，承載基板2〇具 有第一貫穿結構24 (如第七圖Κ所示），第一電性傳導結 構25係形成於第一貫穿結構24中，發光二槿體26係設置 該承載基板20之凹槽結構33中，絕緣層27係形成於承載 基板20上方及發光二極體26兩側，且具有第二貫穿结構 29 (如第七圖ρ所示），第二貫穿結構29係對應第一電性 傳導結構25而設置，第二電性像導結構3〇係形成於第二 貫穿結構29中及部分.絕緣層27上，並連接餐光二極體26 之電極261、262，使發光二極體26及承載基板2〇之上下 表面藉由第一電性傳導結構25及第二電性傳導結構30達 到電性連結，而光穿透結構32則形成於發光二極體26及 第二電性傳導結構30上方，以包覆並保護發光二極體26 〇 [0037] 在此實施例中，承載基板2〇較佳為一矽晶片，相較於傳 統之金屬支架或電路板等封裝基材，矽晶片具有較佳之 平坦性，可增進固晶強度，且具有較佳之散熱效果及耐 高溫等優點。而在電性連結部分，發光二極體26之電極 099129804 表單編號A0101 第17頁/共58頁 0992052233-0 201212303 [0038] [0039] [0040] 099129804 099205 261、262與承載基板2G上表面之間係以疊層技術 (_rlayTechnique)進行電性連接，其係首先 發光絲版印财解坦化塗#絕緣層27於 體㈣側，並於絕緣㈣中形成第二貫穿結播 .2 9，再以物理蒸鍍、電鎮$ _ @ ° 及絕㈣W 卩方切第二貫穿結構29 及絕緣層27表面形成第二紐料結獅，達 結。相較於傳統之打線連結方式，此種非打線連結連 具有較厚的電性料層厚度及較佳的可靠度，也能承^ 較高的機械應力’避免了傳統打線方式常見的潛在風^ ’例如附著力不足與可靠度降低等現㈣起的元件失效 效應°再者’由於第二電性傳導結構3G並非貼附於發光 一極體26之側壁，因此不會阻擋光線之射出而影響光線 取出效率。此外，發光二極體26設置於承载基板20之凹 槽結構33中，將有助於光線反射，使發先二極體26之發 光效率提升。 另外’第七圖S所示之發光二極體封裝i吉構亦可如同第五 圖’具有光轉換層31形成位置及步驟不同之變化實施例 ，或是如同第六圖採用垂直式之發光二極體。 备然’本案並不限於上述實施態樣，例如承載基板20除 第二圖所示之平面結構及第七圖所示具單一凹槽結構外 ’亦可具有由斜面、凹槽與凸面所形成之單一或複數個 凹槽結構，作為設置發光二極體之用。 請參閱第八圖A-G，其係顯示本案第三較佳實施例之發光 —極體之封裝方法之流程結構示意圖，而所形成之發光 二極體封裝結構如第八圖G所示。第八圖A係顯示承載基 表單編說_丨 ^ 18 I/* 58 I - 201212303 板20上已形成凹槽結構33及第一貫穿結構24之示意圖’ 其相當於第七圖Κ所示之結構’且形成方式與第七圖A-J 相同，因此省略螬·示並不再贅述。惟第八圖Α之凹槽結構 33之深度較深，其可在後續程序中容置整個發光二極體 26於其中。 [0041] Ο 接著，如第八圖B所示’於承載基板20及第一貫穿結構24 之表面形成一第一電性傳導結構25及固晶用之金屬底層 251，其中該第一電性傳導結構25形成於第一貫穿結構24 之表面以及承載基板20之部分上奏面2〇1上及部分下表面 202上，且該第一電性傳導結構25係由導電材質所形成， 例如但不限於金屬，用以電性連結承載g板2〇之上表面 201及下表面202。前述第_電性傳導結構25之形成方式 係可藉由電鍍、化鍍、電子搶蒸鍍(E-gi或是濺鍍 (SpUtter)方式於承載基板及第-貫穿結構24之表面 沈積-層金屬薄膜後，再形成—光阻層於其上，並利用 黃光微影製程定義出圖形，以藉由濕式钱刻或乾絲刻 ο [0042] 方式將不要的金羼去:除：V，即可报士、&贫 1 Ί形成如第八圖B所示之第一 電性傳導結構25。 當然，第-電性科結構25之形成方式不限於上述，例 如，亦可㈣成1阻層於承載基板2q上，並利用黃光 微影製程定義出圖形，接著利用電錢、化鑛、電子搶蒸 鍍或是濺鍍方式於光阻層上、. a人„ 上'儿積一層金屬薄膜後，再將 光阻去除（lift-off)，此時在光阻層上的金屬即可因光 阻層被去除而剝離，即可形成如第八圖B所示之第-電性 傳導結構2 5。 099129804 0992052233-0 表單編號A0101 第Μ頁/共58頁 201212303 [0043] 在一些實施例中，該第一電性傳導結構25亦可如第七圖L 所示為填充於整個第一貫穿結構24中，其同樣可達到電 性連結承載基板20之上表面201及下表面202之目的。 [0044] 之後進行固晶步驟，亦即將一發光二極體26晶粒設置並 固定於承載基板20上之凹槽結構33中（如第八圖C所示）， 其中，該發光二極體26具有電極261、262，且發光二極 體26之發射波長範圍為200-800奈米，而發光二極體26 之晶粒數量可為一顆或多顆的組合。在一實施例中，發 光二極體26係以共晶接合（Eutectic Bonding)進行固 晶，以提供較佳之接合強度，但不以此為限，亦可透過 銀膠、錫膏、聚合物或矽膠進行固晶。 [0045] 隨後，於該發光二極體26之表面及周圍形成一光轉換層 31 (如第八圖D所示），其可用以調變發光波長，進行混 光，其中，光轉換層31可為螢光粉塗層，亦可為半導體 量子井或量子點結構層，且光轉換層31可藉由點膠或喷 塗製程來形成。 [0046] 接著，於承載基板20及發光二極體26上方形成一絕緣層 27，並於絕緣層27上對應發光二極體26之電極261、262 以及第一電性傳導結構25之位置開孔，以形成第二貫穿 結構291、292 (如第八圖E所示）。該絕緣層27較佳係以 乾膜（dry filtn)技術所形成，該絕緣層可為一乾膜（dry film)，未形成於該凹槽結構中及該發光二極體之側壁， 其可由二氧化矽、光阻、聚合物、矽膠、苯並環丁烯或 環氧樹脂所構成。而第二貫穿結構291、292可由半導體 黃光製程以及濕式蝕刻、乾式蝕刻、雷射鑽孔或機械鑽 099129804 表單編號A0101 第20頁/共58頁 0992052233-0 201212303 [0047] Ο [0048]
[0049] 孔等方式來形成。另外，發光二極體26與凹槽結構33之 間可選擇填滿或不填滿前述絕緣材質。 之後，於第二貫穿結構291、292中及部分絕緣層27上形 成第一電性傳導結構3〇，分別連接發光二極體26之電極 261、262與第一電性傳導結構25 (如第八圖F所示）。該 第一電性傳導結構3 0係由導電材質所形成，例如但不限 於金屬’用以電性連結發光二極體26之電極261、262及 承載基板20之上表面20!，其中，該第二電性傳導結構3〇 可藉由電子搶蒸錢（E-gUn)或是濺鍍（Sputter)技術， 並配合遮罩（shield mask)來形成如第八圖F所示之第二 電性傳導結構3 0。 M: m / Y 當然，第二電性傳導結構30之形成方式不限於上述，例 如，亦可先形成一光阻層於絕緣層27上，並利用黃光微 影製程定義出圖形，接著利用電鍍、化鍍、電子搶蒸鍍 或是濺鍍方式進行金屬沈積，丨再辦光阻層去除，以形成 如第八圖F所示之第二電性傳專转樽3〇。 ’一 ........ J 最後，於該發光二極體26及該余二電性傳導結構30上方 形成一光穿透結構32 (如第八圖(；所示），其可為一圖形 化封裝體，用以包復並保護發光二極體26晶粒，避免水 氣與外力侵入、增加亮度及改變光形。在一實施例中， 光穿透結構32係為封裴矽膠體，但不以此為限，例如亦 可由聚合物、環氧樹脂、二氧化矽或玻璃所組成。另一 方面’光穿透結構32之形狀可為半球狀或柱狀，而光穿 透結構32之表面可為曲面、平面或凹面。 099129804 表單編號A0101 第2丨頁/共58頁 0992052233-0 201212303 ⑽50]光穿透結構32可藉由模塑（m〇 1 ding)方式或點膠方式來 形成，其中，模塑方式可採用矽膠、聚合物、環氧樹脂 —氧化矽或玻璃作為光穿透結構32之材料，而點膠方 式可採用矽膠、聚合物 '環氣樹脂或玻璃作為光穿透結 構32之材料。又，在形成光f透結構㈣ ，亦可在發光 一極體之封裝結構外圍先形成—阻檔層，再進行模塑或 點膠製程以於阻擋牆之間形成光穿透結構32。 [0051]此外，在另一些實施例中，該光轉換層31除形成於發光 一極體26表面及周圍外，亦可形成於光穿透結構32表面 或形成於光穿透結構32中β舉例來說可將螢光粉混入 光穿透結構32之材料中，以與光穿邊結構32一同形成於 發光二極體之封裝結構中。： 0)052]目此，藉由前述製程，本案提供了 一發先二極體之封裝 結構，其係主要包含承栽基板2〇、第一電性傳導結構25 、發光二極體26、絕緣層27、第$電牲傳導結構3〇及光 穿透結構32 (如第八圖G所示），其中，承載基板20具有 第一貫穿結構24 (如第八圖八所示》，第一電性傳導結構 25係形成於第一貫穿結構24之表面以及承載基板2〇之部 分上表面201上及部分下表面202上，發光二極體26係設 置該承載基板20之凹槽結構33中，絕緣層27係形成於承 載基板20及發光二極體26上方，且具有第二貫穿結構291 、292 (如第八圖Ε所示），其係對應發光二極體26之電 極261、262以及第一電性傳導結構25之位置，以分別連 接發光二極體26之電極261、262與第一電性傳導結構25 。因此’發光一極體26及承載基板20之上下表面藉由第 099129804 表單編號Α0101 第22頁/共58頁 0992052233-0 201212303 [0053]
G
[0054] [0055] 099129804 一電性傳導結構25及第二電性傳導結構3〇達到電性連釺 ，而光穿透結構32則形成於發光二極體26及第二電性傳 導結構30上方，以包覆並保護發光二極體26。 同樣地，在第八圖所示實施例中，發光二極體26之電極 261、262與承載基板20上表面之間係以疊層技術 (Overlay Technique)進行電性連接，其係由乾膜技術 平坦化塗佈絕緣層27於承載基板2〇及發光二極體26之上 方，並於絕緣層27中形成第二貫穿結構29，再於第二貫 穿結構29中形成第二電性傳導結構3〇，以電性連結發光 二極體26之電極261、262及承載基板20之上表面。相較 於傳統之打線連結方式（wire b〇nding)，此種非打線連 、、-。方式（wireless interconnect ion)丹有較厚的電性 傳導層厚度及較佳的可#度，域承受較高的機械應力 ，避免了傳統打線方式常見的潛在風險，例如附著力不 足與可罪度降低等現象引起的元件失效效應。再者，由 :第一電性傳導結構3〇並非貼附於發光二極體26之側壁 因此不會阻擋光線之射出而影響光線取出效率。 當妙：，& …、第八圖G所示之發光二極體封裝結構亦可如 圖採用垂直式之發光二極體。 此外，在第八圖G所示之發光二極體封裝結構中，由於第 電丨生傳導結構25並非填充於整個第一貫穿結構24中， 故第一貫穿結構24可作為切割預留線（dicing Une)， 亦P在利用半導體製程批次化形成發光二極體封敦結構 之後，可於第一貫穿結構24處進行切割，以得到單一之 發光一極體封裝結構單元。因此，此實施例中之第一世 表單鵠號Λ〇1〇ι 貝 第23頁/共58頁 201212303 穿結構24具有作為切割預留及電性連接之雙重功能。 [0056] 請參閱第九圖，其係顯示第八圖G之一變化實施例，其中 ，在第九圖所示之發光二極體封裝結構中，絕緣層27更 形成於凹槽結構33中，亦即發光二極體26與凹槽結構33 之間亦可填滿絕緣材質。 [0057] 請參閱第十圖，其係顯示第八圖G之另一變化實施例，其 中，在第十圖所示之發光二極體封裝結構中，當第二電 性傳導結構30形成之後，絕緣層27即被進一步移除，其 中，絕緣層2 7可藉由乾式蚀刻（例如以氧氣、氮氣或氬氣 作為蝕刻媒介之電漿蝕刻）或濕式蝕刻方式移除。之後再 形成光穿透結構32於該發光二極體26及該第二電性傳導 結構30上方。 [0058] 綜上所述，本案提供之發光二極體封裝結構及封裝方法 係主要以疊層技術（Overlay Technique)達成發光二極 體與承載基板上表面間之電牲連接，此種非打線連結方 式具有較厚的電性傳導層厚度及較佳的可靠度，可避免 傳統打線方式常見如附著力不足與可靠度降低等缺點。 另外，本案之承載基板較佳為矽晶片，相較於傳統之金 屬支架或電路板等封裝基材，矽晶片具有較佳之平坦性 ，可增進固晶強度，且具有較佳之散熱效果及耐高溫等 優點。再者，本案提供之發光二極體封裝方法所形成之 發光二極體元件所佔面積較小，且搭配半導體製程，具 有批次量產之優勢。由於上述優點係為習知技術所不及 者，故本案之發光二極體之封裝結構及封裝方法極具產 業價值，爰依法提出申請。 099129804 表單編號A0101 第24頁/共58頁 0992052233-0 201212303 [0059] 本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然 皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。 【圖式簡單說明】 [0060] 第一圖：其係為傳統發光二極體之封裝結構示意圖。 [0061] 第二圖A-S :其係顯示本案第一較佳實施例之發光二極體 . 之封裝方法之流程結構示意圖。 [0062] 第三圖A-B :其係為以毛細注入或真空吸引方式形成絕緣 層之示意圖。 t) [0063] 第四圖：其係為以模版印刷方式形成絕緣層之示意圖。 [0064] 第五圖：其係顯示第二圖S之一變化實施例。 [0065] 第六圖：其係顯示第二圖S之另一變化實施例。 [0066] 第七圖A-S :其係顯示本案第二較佳實施例之發光二極體 之封裝方法之流程結構示意圖。 [0067] 第八圖A-Η :其係顯示本案第三較佳實施例之發光二極體 Q 之封裝方法之流程結構示意圖。 [0068] 第九圖：其係顯示第八圖G之一變化實施例。 [0069] 第十圖：其係顯示第八圖G之另一變化實施例。 【主要元件符號說明】 10 :基板 11 :絕緣層 12 :金屬層 13 · L E D晶粒 14 :金屬導線 15 :封膠 16 :基板電極 20 :承載基板 表單編號A0101 第25頁/共58頁 0992052233-0 099129804 201212303 201 :上表面 202 :下表面 21 :蝕刻阻擋層 21’ ：絕緣層 22 :光阻層 23 :光阻層 24 :第一貫穿結構 25 :第一電性傳導結構 251 :金屬底層 26 :發光二極體 261、262 :電極 27 :絕緣層 27’ ：絕緣材質 28 :光阻層 29、291、292 :第二貫穿結 30 :第二電性傳導結構 構 31 :光轉換層 32 :光穿透結構 33 :凹槽結構 40 :板件 50 :模版 51 :橡膠滚軸 099129804 表單編號A0101 第26頁/共58頁 0992052233-0