專利名稱：發(fā)光二極管裝置及發(fā)光芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種發(fā)光二極管，尤其關(guān)于發(fā)光二極管裝置。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode; LED)的光取出效率一直被視為提升 亮度的重要課題之一 ，許多現(xiàn)有技術(shù)著重于芯片本身表面的粗化以提升芯 片的光取出效率，如在基板的上表面或下表面以濕蝕刻或干蝕刻方式進行 圖案化以增加基板的散射效果，又如在外延結(jié)構(gòu)的最上層以濕蝕刻或干蝕 刻方式或于成長時自然形成粗化效果以增加芯片上方的散射效果。諸如此 些方法均設(shè)法提升芯片本身的光取出效率。然而，芯片本身光取出效率的 提升亦須搭配適當?shù)姆庋b技術(shù)方得以顯現(xiàn)其效益。
圖1顯示一現(xiàn)有表面黏著型(Surface Mount Device; SMD)發(fā)光二極管裝 置10，包含一封裝基座ll,具有一上表面與一下表面，且包含一第一導(dǎo)線 111及一笫二導(dǎo)線112、 一發(fā)光芯片13形成于封裝基座11上方約中心位置， 發(fā)光芯片13具有一第一電極(未繪示)及一第二電極(未繪示)，分別與第一導(dǎo) 線111及第二導(dǎo)線112電連接、一反射杯12形成于封裝基座11上并環(huán)繞發(fā) 光芯片13、及一透明封裝材料14填滿反射杯12以封裝發(fā)光芯片13及連接 線。該第一導(dǎo)線及第二導(dǎo)線皆披覆該封裝基座11的上表面及下表面，以便 直接安裝于印刷電路板上，反射杯12用以將發(fā)光芯片13發(fā)出的光線反射 引導(dǎo)至朝上方向以形成聚集的光束。由于透明封裝材料14填滿反射杯12， 部分的光線因發(fā)生全反射而無法穿出透明封裝材料14，造成光取出效率不 佳。另外，發(fā)光芯片產(chǎn)生的熱亦無法藉由反射杯內(nèi)緣散熱。
圖2為一美國已公開的專利申請案US2005/0067628提出的作法，以解 決上述圖1所示裝置的問題。圖2的透明封裝材料24僅封裝于發(fā)光芯片23 周圍，可大幅降低光線發(fā)生全反射的幾率，使大部分光線可輕易穿出透明 封裝材料24。盡管如此，仍有部分的光線會被局限在反射杯內(nèi)，且由于其 反射杯22與反射杯支撐體221之間留有空隙以;故置其他周邊電子元件，故
發(fā)光芯片產(chǎn)生的熱量仍無法藉由反射杯內(nèi)緣散熱。
鑒于此，本發(fā)明提出一發(fā)光裝置以進一步提升發(fā)光裝置的光取出效率 并改善其散熱效果
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種發(fā)光二極管裝置，包括一封裝基座，具有一上表面與 一下表面，且包含一第一導(dǎo)線及一第二導(dǎo)線、 一芯片載體，形成于該封裝 基座上、 一發(fā)光芯片，形成于該芯片載體上，該發(fā)光芯片具有一第一電極 電連接至該第一導(dǎo)線及一第二電極電連接至該第二導(dǎo)線、 一反射杯，形成 于該封裝基座上并環(huán)繞該發(fā)光芯片及該芯片載體、及一透明封裝材料封裝 該發(fā)光芯片，其中該芯片載體的高度與該反射杯高度的比例在一預(yù)定范圍。
本發(fā)明的另一目的在于提供一發(fā)光二極管裝置，包括一封裝基座，具 有一上表面與一下表面，且包含一第一導(dǎo)線及一第二導(dǎo)線、 一芯片載體， 形成于該封裝基座上、 一發(fā)光芯片，形成于該芯片載體上，該發(fā)光芯片具 有一第一電極電連接至該第一導(dǎo)線及一第二電極電連接至該第二導(dǎo)線，其 中該芯片載體可為發(fā)光芯片的一部分或預(yù)先形成于該封裝基座、 一反射杯，封裝該發(fā)光芯片。本發(fā)明的又一 目的在提供一 包含一芯片載體的芯片單元， 包含一成長基板，形成于該芯片載體上、 一發(fā)光疊層，形成于該成長基板 上，包含一第一導(dǎo)電性半導(dǎo)體層、 一第二導(dǎo)電性半導(dǎo)體層及一發(fā)光層、一 第一電極與該第一導(dǎo)電性半導(dǎo)體層電連接、及一第二電極與該第二導(dǎo)電性 半導(dǎo)體層電連接。


圖l為一示意圖，顯示依現(xiàn)有技術(shù)所示的一發(fā)光二極管裝置； 圖2為一示意圖，顯示依現(xiàn)有技術(shù)所示的另一發(fā)光二極管裝置； 圖3為一示意圖，顯示依本發(fā)明所示的一發(fā)光二極管裝置； 圖4揭示依本發(fā)明的發(fā)光二極管裝置模擬而得的芯片載體高度對光取 出效率的曲線；圖5至圖6為示意圖，顯示依本發(fā)明所示發(fā)光二極管裝置的一實施例； 圖7為一示意圖，顯示依本發(fā)明的一芯片單元；
圖8至圖9為示意圖，顯示依本發(fā)明所示包含光轉(zhuǎn)換涂層的發(fā)光二極 管裝置。附圖標記說明10~30、 50、 60、 80、 90:發(fā)光二極管裝置;11 ~31、 51、 61、 81、 91:封裝基座；111-311、 511、 611、 811、911:第一導(dǎo)線；112—312、 512、 612、 812、912:第二導(dǎo)線;13 ~33、 53、 63、 83、 93:發(fā)光芯片；14-34、 54、 64、 84、 94:透明封裝材料；221:支撐體；35、55、 65、 71、 85、 95:芯片載體；66:透明側(cè)壁；70:芯片單元；711:反射層；72:成長基板；73:發(fā)光疊層；731:第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層;732.活性層；733第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層;74:第一電極；75:第二電極；76:點著層;87、97:光轉(zhuǎn)換涂層。
具體實施方式
請參考圖3，依本發(fā)明的一實施例，發(fā)光二極管裝置30包括一封裝基 座31，具有一上表面與一下表面，且包含一第一導(dǎo)線311及一第二導(dǎo)線312、 一芯片載體35形成于封裝基座31上、 一發(fā)光芯片33形成于芯片載體35 上，發(fā)光芯片33具有一第一電極(未繪示)電連接至第一導(dǎo)線311及一第二 電極(未繪示)電連接至第二導(dǎo)線312、 一反射杯32形成于封裝基座31上并 環(huán)繞發(fā)光芯片33及芯片栽體35、及一透明封裝材料34封裝于反射杯32內(nèi)。
第一導(dǎo)線311及第二導(dǎo)線312皆披覆封裝基座31的上表面及下表面，以方 便直接安裝于印刷電路板上。反射杯32、封裝基座31、及/或芯片載體35 面對發(fā)光芯片33的表面皆為一反射面或具有一反射層(未繪示)，該反射 層包含但不限于至少一種材料選自于銀、鋁、氧化硅、及氧化鋁所構(gòu)成的 材料組，用以將發(fā)光芯片33所發(fā)出的光線反射并引導(dǎo)至反射杯32的開口 方向，以形成聚集的光束。芯片載體35、封裝基座31及反射杯32可為一 體成形或各自獨立。若為各自獨立，芯片載體35可例如藉由一黏著層(未 繪示)黏著于封裝基座31上，該黏著層包含但不限于至少一種材料選自于 共熔合金(Eutectic alloy)、銀膠、聚酰亞胺(PI)、苯并環(huán)丁烷(BCB)、過氟環(huán) 丁烷(PFCB)、環(huán)氧樹脂(epoxy resin)、及硅樹脂(Silicone)所構(gòu)成的材料組， 可增加尺寸調(diào)整的便利性，如因應(yīng)市場眾多尺寸的發(fā)光芯片及反射杯，配 合適當?shù)男酒d體高度，以達到較佳的光取出效率。圖4顯示依本發(fā)明的實施例所測得的芯片載體高度對光取出效率的關(guān) 系曲線。請同時參考圖3,例如反射杯高度H為1毫米(mm),發(fā)光芯片高 度為95微米(jim),發(fā)光芯片的平面尺寸為380 nm乘380 |im，反射杯與封 裝基座的夾角6約為80度，芯片載體上表面的平面尺寸為500 pm乘 500fxm，改變芯片載體高度h由50nm至400 nm，由圖4的關(guān)系曲線可知 芯片載體高度h在100 ~ 400 pm時，與沒有芯片載體(h=0 )的條件相比較， 對光取出效率有提升的效果，或芯片載體高度h與反射杯高度H的比值約 為0.1至0.4時，可提升光取出效率。為進一步提升光取出效率，本發(fā)明所 屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識的人應(yīng)當可藉由其他參數(shù)的微調(diào)，例如反射杯 與封裝基座的夾角、或芯片寬度與反射杯寬度(或封裝基座寬度)的比值， 以達到較佳的效果。圖5顯示本發(fā)明的另 一實施例，發(fā)光二極管裝置50包括一封裝基座51 ， 具有一上表面與一下表面，且包含一第一導(dǎo)線511及一第二導(dǎo)線512，第一 導(dǎo)線511及第二導(dǎo)線512皆被覆封裝基座51的上表面及下表面、 一芯片載 體55形成于封裝基座51上、 一發(fā)光芯片53形成于芯片載體55上，發(fā)光 芯片53具有電連接至第一導(dǎo)線511的一第一電極(未繪示)，及電連接至 第二導(dǎo)線512的一第二電極(未繪示)、 一反射杯52形成于封裝基座51上 并環(huán)繞發(fā)光芯片53及芯片載體55、及用以封裝發(fā)光芯片53及芯片載體55 的透明封裝材料54。反射杯52、封裝基座51、及/或芯片載體55表面為一 反射面或具有一反射層(未繪示)，此反射層包含但不限于至少一種材料選自于銀、鋁、氧化硅、及氧化鋁所形成的材料組。又封裝基座51、反射杯 52及芯片載體55的材料可為導(dǎo)熱性良好的材料，包含但不限于至少一種材 料選自于硅、鋁、銅、及^l艮所構(gòu)成的材料組，以將發(fā)光芯片產(chǎn)生的熱透過 反射杯四周及內(nèi)緣傳導(dǎo)至空氣中。芯片載體55、封裝基座51及反射杯52 可為一體成形或各自獨立。透明封裝材料54僅封裝發(fā)光芯片53及芯片載 體55，并未填滿反射杯52，可進一步提升光取出效率。圖6顯示本發(fā)明的另 一實施例，發(fā)光二極管裝置60包括一封裝基座61 ， 具有一上表面與一下表面，且包含一第一導(dǎo)線611及一第二導(dǎo)線612，第一 導(dǎo)線611及第二導(dǎo)線612皆披覆封裝基座61的上表面及下表面、 一芯片載 體65形成于封裝基座61上、 一發(fā)光芯片63形成于芯片載體65上，發(fā)光 芯片63具有電連接至第一導(dǎo)線611的一第一電極(未繪示)及電連接至第 二導(dǎo)線612的一第二電極(未繪示)、 一反射杯62形成于封裝基座61上并 環(huán)繞發(fā)光芯片63及芯片載體65、及一透明封裝材料64封裝發(fā)光芯片63及 芯片載體65。反射杯62、封裝基座61、及/或芯片載體65表面為一反射面 或具有一反射層(未繪示)，該反射層包含但不限于至少一種材料選自于銀、 鋁、氧化硅、及氧化鋁所形成的材料組。 一透明側(cè)壁66形成于封裝基座61 上并環(huán)繞半導(dǎo)體芯片63,用以將透明封裝材料64限制在透明側(cè)壁66內(nèi)， 避免造成透明封裝材料64向外側(cè)擴散而影響透明封裝材料64的曲率，其 中透明側(cè)壁66的高度不小于芯片載體65的高度。芯片載體65獨立于封裝 基座61，以增加芯片載體尺寸(例如高度)調(diào)整的便利性。如圖7顯示包含芯片載體及發(fā)光芯片的一芯片單元70的實施例，芯片 單元70可直接黏著于如上所述的一封裝基座上，以提升整體的光取出效率。 芯片單元70包括一芯片載體71,可由導(dǎo)熱良好的材料所形成，其材料包含 但不限于至少一種材料選自于硅、鋁、銅、及銀所構(gòu)成的材料組，芯片載 體71的表面可為一反射面或包含一反射層711, —成長基板72形成于芯片 載體71上，其中成長基板72可藉由一黏著層76黏著于芯片載體71上， 黏著層76包含但不限于至少一種材料選自于聚酰亞胺(PI)、苯并環(huán)丁烷 (BCB)、過氟環(huán)丁烷(PFCB)、環(huán)氧樹脂(epoxyresin)、硅樹脂(Silicone)、及銀 膠所構(gòu)成的材料組。成長基板72包含但不限于至少一種材料選自于A1203、 GaN、玻璃(Glass)、 GaP、 SiC、及CVD鉆石所構(gòu)成的材料組。 一發(fā)光疊層 73形成于成長基板72上，受電壓驅(qū)動時會發(fā)出光線，該光線的顏色取決于 發(fā)光疊層73的材料，例如(AlpGaLp)qln。q)P系列可視p、 q的組成發(fā)出紅、 黃或綠色的光線；AUnyGa(h.y)N系列則可視x、 y的組成發(fā)出藍或紫色的 光線。發(fā)光疊層73包括一第一電性半導(dǎo)體層731及一第二電性半導(dǎo)體層 733，第一電性半導(dǎo)體層731可為n型或p型半導(dǎo)體層，第二電性半導(dǎo)體層 733的電性與該第一電性相反、以及一活性層732，介于第一電性半導(dǎo)體層 731及第二電性半導(dǎo)體層733之間，其結(jié)構(gòu)可為現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)，如雙異質(zhì)結(jié) (Double Heterojunction; DH)或多層量子阱(Multi-Quantum Well; MQW)，以增 加內(nèi)部發(fā)光效率。 一第一電極74與第一電性半導(dǎo)體層731電連接， 一第二 電極75與第二電性半導(dǎo)體層733電連接。雖然圖7所示的第一電極74及 第二電極75位于成長基板72的同一側(cè)，但本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通 常知識的人應(yīng)當可參考本發(fā)明加以改良以運用于垂直式發(fā)光二極管。圖8顯示運用本發(fā)明以產(chǎn)生白光或其他可見光的實施例，可將光轉(zhuǎn)換 涂層87涂布于反射杯82及封裝基座81上，以將部分由發(fā)光芯片83所發(fā) 出的光線轉(zhuǎn)換成具有另 一種顏色的光線。光轉(zhuǎn)換涂層87的材料包含例如現(xiàn) 有的釔鋁石榴石(YAG)、鋱鋁石榴石(TAG)、氮氧化物、或硅酸鹽類的 化合物；發(fā)光芯片83的發(fā)光層可為含有氮化鎵或AlGalnP的疊層。如圖9 所示， 一光轉(zhuǎn)換涂層97亦可為利用遠端涂布(remote coating)方法，形成于 反射杯92的開口位置。本發(fā)明所列舉的各實施例僅用以說明本發(fā)明，并非用以限制本發(fā)明的 范圍。任何人對本發(fā)明所作的任何顯而易見的修飾或變更皆不脫離本發(fā)明 的精神與范圍。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管裝置，包含一封裝基座，具有一上表面與一下表面，且包含一第一導(dǎo)線及一第二導(dǎo)線；一芯片載體形成于該封裝基座上；一反射杯形成于該封裝基座上；一發(fā)光芯片形成于該芯片載體上，該發(fā)光芯片具有一第一電極電連接至該第一導(dǎo)線及一第二電極電連接至該第二導(dǎo)線；及一透明封裝材料，用以封裝該發(fā)光芯片；其中該芯片載體藉由一第一黏著層黏著于該封裝基座上。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其中該第一勦著層包含至少 一種材料選自于共熔合金、銀膠、聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烷、過氟環(huán)丁烷、 環(huán)氧樹脂、及硅樹脂所構(gòu)成的材料組。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其中該芯片載體的高度與該 反射杯高度的比值約為0.1至0.4之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其中該芯片載體的表面為反 射面或具有一反射層。
5. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其中該芯片載體包含一導(dǎo)熱 性良好的材料。
6. 如權(quán)利要求5所述的發(fā)光二極管裝置，其中該芯片載體包含至少一 種材料選自于硅、鋁、銅、及銀所構(gòu)成的材料組。
7. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其中該芯片載體與該發(fā)光芯 片共同形成一芯片單元。
8. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，更包含一第二黏著層形成于 該芯片載體及該發(fā)光芯片之間。
9. 如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管裝置，其中該黏著層包含至少一種 材料選自于聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烷、過氟環(huán)丁烷、環(huán)氧樹脂、硅樹脂、及 銀膠所構(gòu)成的材料組。
10. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其中該透明封裝材料僅封裝 于一部分的該封裝基座上。
11. 如權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管裝置，更包含一透明側(cè)壁形成于該封裝基座上并環(huán)繞該平導(dǎo)體芯片，其中該透明側(cè)壁限制該透明封裝材料 封裝于該透明側(cè)壁內(nèi)。
12. 如權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管裝置，其中該透明側(cè)壁的高度不 小于該芯片載體高度。
13. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，其中該第一導(dǎo)線及該第二導(dǎo) 線皆自該上表面延伸至該下表面。
14. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管裝置，更包含一光轉(zhuǎn)換涂層形成于 該反射杯及該封裝基座上。
15. —種發(fā)光芯片，用以封裝于一封裝基座上以提升封裝后的光取出效 率，該發(fā)光芯片包含一芯片載體；一成長基板形成于該芯片載體之上；一發(fā)光疊層形成于該成長基板上，包含一第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、 一第 二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層、及一活性層；一第一電極與該第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接；及 一第二電極與該第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層電連接。
16. 如權(quán)利要求15所述的發(fā)光芯片，其中該芯片載體的表面為反射面 或具有一反射層。
17. 如權(quán)利要求15所述的發(fā)光裝置，其中該芯片載體包含一導(dǎo)熱良好 的材料。
18. 如權(quán)利要求17所述的發(fā)光芯片，其中該芯片載體包含至少一種材 料選自于硅、鋁、銅、及銀所構(gòu)成的材料組。
19. 如權(quán)利要求15所述的發(fā)光芯片，其中該成長基板包含其中一種材 料選自于八1203、玻璃、GaP、 GaN、 SiC、及CVD鉆石。
20. 如權(quán)利要求15所述的發(fā)光芯片，更包含一黏著層介于該成長基板 及該芯片載體之間。
21. 如權(quán)利要求20所述的發(fā)光芯片，其中該黏著層包含至少一種材料 選自于聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烷、過氟環(huán)丁烷、環(huán)氧樹脂、硅樹脂、及銀膠 所構(gòu)成的材料組。
全文摘要
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管裝置及發(fā)光芯片。該發(fā)光二極管裝置包含一封裝基座、一芯片載體形成于該封裝基座上、一發(fā)光芯片形成于該芯片載體上、一反射杯形成于該封裝基座上并環(huán)繞該發(fā)光芯片及該芯片載體、及一透明封裝材料，用以封裝該發(fā)光芯片。
文檔編號H01L33/00GK101127377SQ200610108788
公開日2008年2月20日 申請日期2006年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月16日
發(fā)明者呂志強, 徐大正, 李亞儒, 王健源, 蔡孟倫, 謝明勛, 陳彥文 申請人:晶元光電股份有限公司