專利名稱：發(fā)光二極管封裝件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管(以下，稱為LED)封裝件，更具體地，涉及一種LED封裝件，其防止了由于芯片接合材料造成的半導(dǎo)體層間的短路，并且在LED芯片與基板之間具有極好的接合強(qiáng)度。
背景技術(shù)：
通常，作為不會(huì)造成任何污染的環(huán)境友好光源，半導(dǎo)體LED已經(jīng)在各種應(yīng)用中吸引了人們的注意力。近來，發(fā)射單色光的LED裝置與磷光體結(jié)合，以提供不同波長的光。這種LED產(chǎn)品通過將具有不同結(jié)構(gòu)的LED芯片接合至封裝基板而制造。
圖1是示出了傳統(tǒng)LED封裝件的截面圖，該LED封裝件具有安裝于其中的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片。參照?qǐng)D1，LED封裝件10包括封裝基板11以及安裝于封裝基板11上的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片12。LED芯片12包括順序疊置在芯片基板12a(例如，SiC基板)上的半導(dǎo)體層12c以及芯片電極(chip electrode)12b。封裝基板11具有形成于其上表面上的基板電極(substrate electrode)11a和11b。半導(dǎo)體層12c包括n型半導(dǎo)體層、有源層和p型半導(dǎo)體層，并且通過芯片基板12a和芯片電極12b接收能量，以在有源層處發(fā)光。芯片基板12a通過引線(引線接合)電連接至基板電極11a，并且芯片電極12b通過諸如Pb-Sn的導(dǎo)電接合材料13接合(芯片接合)至基板電極11b。
通常，為便于芯片接合，施加熱量和壓力，以將LED芯片12接合至基板11。此時(shí)，由于壓力，接合材料13側(cè)向突出，且可能造成LED芯片12中的半導(dǎo)體層12c(n型半導(dǎo)體層、有源層和p型半導(dǎo)體層)間的電短路。這種半導(dǎo)體層間的電短路是致命的問題，可能造成LED芯片喪失其功能。此外，為了獲得更高的產(chǎn)品可靠性，LED芯片12與封裝基板11之間的接合強(qiáng)度應(yīng)該進(jìn)一步提高。
為了防止這種電短路問題，已經(jīng)建議了一種方法，其中，在封裝電極(package electrode)11b的接合表面上形成有焊劑(flux)，從而通過熱量而不用施加壓力就可以將LED芯片12接合至封裝基板11。但是，這種焊劑不僅會(huì)侵蝕基板，而且可能增加LED封裝件的耐熱性，弱化熱輻射特性。
而且，在使用垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的LED封裝件中，存在著LED芯片與封裝基板之間的接合強(qiáng)度較弱的問題，這需要提高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的前述問題而提出了本發(fā)明，且因此，本發(fā)明的一方面在于提供一種LED封裝件，該LED封裝件能夠防止由于用于接合LED芯片的接合材料而造成的半導(dǎo)體層間的電短路。
本發(fā)明的另一方面在于提供一種LED封裝件，該LED封裝件能夠增加LED芯片與封裝基板之間的接合強(qiáng)度。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管封裝件，包括封裝基板；發(fā)光二極管芯片，其接合至封裝基板的上表面；以及接合材料，用于將發(fā)光二極管芯片接合至封裝基板，其中，封裝基板具有形成于其接合表面中的凹槽，該凹槽用于容納接合材料。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，LED芯片可以是具有接合至封裝基板的芯片電極的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片。
如果LED芯片是具有接合至封裝基板的芯片電極的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，則接合材料可以是共晶合金。在這種情況下，封裝基板具有形成于其上表面上的封裝電極，并且芯片電極和封裝電極可以共晶接合。
如果芯片電極共晶接合至封裝電極，則芯片電極可以由選自Au-Sn、Au-Ni、Au-Ge、Au-Si、Au、Sn和Ni組成的組中的材料制成。此外，封裝電極可以由選自Au-Sn、Au-Ni、Au-Ge、Au-Si、Au、Sn和Ni組成的組中的材料制成。例如，芯片電極可以是Au-Sn層，而封裝電極可以是Au層。相反，芯片電極可以是Au層，而封裝電極可以是Au-Sn層。
根據(jù)本發(fā)明，除(來自共晶接合的)共晶合金以外，接合材料還可以是各種材料。例如，接合材料可以是Pb-Sn的乳酪焊劑，等等。
封裝基板可以由選自金屬、陶瓷、FR4、聚酰亞胺、Si和BT樹脂組成的組中之一制成。LED封裝件可以進(jìn)一步包括形成于封裝基板與封裝電極之間的鍍層。在這種情況下，鍍層可以由選自Au、Ni、Pt、Al和Ag組成的組中之一制成。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，LED芯片可以是水平結(jié)構(gòu)LED芯片，其具有諸如藍(lán)寶石基板等絕緣基板。在這種情況下，絕緣基板接合至封裝基板的接合表面，并且接合材料可以包括環(huán)氧樹脂。尤其，環(huán)氧樹脂可以是Ag環(huán)氧樹脂。
優(yōu)選地，凹槽形成為網(wǎng)狀。優(yōu)選地，接合材料完全覆蓋凹槽。凹槽可以具有各種截面形狀，諸如選自由矩形、三角形和半圓形組成的組中的一種形狀。
根據(jù)本發(fā)明，凹槽形成于芯片接合封裝基板的接合表面中。該凹槽容納接合材料，并提供用于接合材料的通路，從而防止由于接合材料過量而造成的電短路。此外，凹槽的作用在于增加芯片接合LED芯片與封裝基板之間的強(qiáng)度。為了防止電短路，并增加接合強(qiáng)度，凹槽優(yōu)選地形成為網(wǎng)狀。


通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述及其它的方面、特征和其它優(yōu)點(diǎn)將更容易理解，附圖中圖1是示出了傳統(tǒng)LED封裝件的截面圖；圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LED封裝件的截面圖；圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的LED封裝件的截面圖；以及圖4是示出了形成于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LED封裝件的封裝基板中的凹槽的平面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同形式體現(xiàn)，而不應(yīng)該僅限于這里所列出的實(shí)施例來構(gòu)造。相反，提供這些實(shí)施例是為了使本公開充分和完整，并將本發(fā)明的范圍充分傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。附圖中，為了清楚起見，可以放大形狀和尺寸，并且通篇中使用相同的參考標(biāo)號(hào)表示相同或相似部件。
圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的LED封裝件的截面圖。參照?qǐng)D2，LED封裝件100包括LED芯片120以及上面安裝有LED芯片120的封裝基板110。LED芯片120是垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，包括由諸如SiC的導(dǎo)電材料制成的芯片基板121。在芯片基板121上，形成有半導(dǎo)體層123。半導(dǎo)體層123包括第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層123a、有源層123b和第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層123c。這里，第一導(dǎo)電型和第二導(dǎo)電型可以分別是n型和p型。相反，第一導(dǎo)電型和第二導(dǎo)電型可以分別是p型和n型。此外，LED芯片120包括接合至封裝基板110的接合表面的芯片電極122。通過從芯片基板121和芯片電極122施加的電壓，半導(dǎo)體層123接收電流，從而在有源層123b處發(fā)光。
封裝基板110具有形成于其上表面上的基板電極111。鍍層112可以形成于封裝基板110與基板電極111之間。鍍層112可以由選自例如Au、Ni、Pt、Al和Ag組成的組中的材料制成?；咫姌O111接合至芯片電極122，以向芯片電極122施加電壓。基板電極111和芯片電極122通過導(dǎo)電接合材料130接合。
如圖2所示，封裝基板110具有形成于其接合表面中的凹槽113，以容納過量的導(dǎo)電接合材料130。對(duì)于如同現(xiàn)有技術(shù)中的平坦的接合表面(如圖1)，過量的導(dǎo)電接合材料130在芯片接合期間可能被所施加的壓力擠出界面接合表面。但是，凹槽113容納過量的導(dǎo)電接合材料130，從而防止了接合材料130被擠出接合表面。因此，可以有效地防止半導(dǎo)體層123間的傳統(tǒng)的電短路問題。
此外，凹槽113限定了接合表面中的壓痕(indentation)，這增加了實(shí)際接合區(qū)域，且增加了封裝基板110與LED芯片120之間的接合強(qiáng)度。在芯片接合期間增加接合強(qiáng)度的效果不僅可以適用于接合垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的情況，而且可以適用于接合水平結(jié)構(gòu)LED芯片(在后面描述)的情況。
在平面圖中，凹槽113的表面可以具有各種形狀。尤其，優(yōu)選地，凹槽113以網(wǎng)狀形成。這種網(wǎng)狀凹槽113的實(shí)例在圖4中示出。參照?qǐng)D4，封裝基板110具有形成于其接合表面中的網(wǎng)狀凹槽113。這種網(wǎng)狀凹槽113提供了用于接合材料130的通路，從而在芯片接合期間有效地容納過量的導(dǎo)電接合材料130。
凹槽113可以具有各種橫截面形狀。圖2放大了具有大概為矩形截面的凹槽113，但本發(fā)明并不限于此。例如，凹槽113可以具有三角形或半圓形截面。凹槽113可以通過在封裝基板110上進(jìn)行化學(xué)蝕刻、打孔或沖壓工藝而形成。
如圖2所示，優(yōu)選地，導(dǎo)電接合材料130完全覆蓋用于接合的凹槽113。這是因?yàn)槿绻诜庋b電極111與導(dǎo)電接合材料130之間形成有真空(或氣泡)，則可能弱化接合強(qiáng)度，或者可能降低熱輻射特性。因此，優(yōu)選地，根據(jù)導(dǎo)電接合材料130的厚度而適當(dāng)?shù)卣{(diào)整凹槽113的深度。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，封裝基板110和LED芯片120可以共晶接合。在這種情況下，導(dǎo)電接合材料130可以是來自共晶接合的共晶合金。封裝基板110與LED芯片120之間的共晶接合發(fā)生在封裝電極111與芯片電極122之間，所述封裝電極和芯片電極由可以共晶接合的金屬制成。
為便于封裝電極111與芯片電極122之間的共晶接合，芯片電極122可以由選自Au-Sn、Au-Ni、Au-Ge、Au-Si、Au、Sn和Ni組成的組中的材料制成。此外，基板電極111也可以由選自Au-Sn、Au-Ni、Au-Ge、Au-Si、Au、Sn和Ni組成的組中的材料制成。
在示例性實(shí)施例中，芯片電極122可以由Au-Sn制成，而基板電極111可以由Au制成。例如，芯片電極122可以由Au∶Sn的重量比為8∶2的Au-Sn制成，而基板電極111可以由Au制成。當(dāng)Au-Sn芯片電極122設(shè)置成與Au基板電極111相接觸而施加熱量和壓力時(shí)，電極122和111的接觸部分熔化，且因此由電極122和111的界面制成Au-Sn共晶混合物(共晶合金)。該共晶合金具有預(yù)定的Au∶Sn構(gòu)成比例，并且用作導(dǎo)電接合材料130。由共晶合金制成的導(dǎo)電接合材料130使得LED芯片120可以更牢固地附著至基板電極111。共晶接合不僅可以實(shí)現(xiàn)較高的接合強(qiáng)度，而且具有無需附加應(yīng)用單獨(dú)的接合材料的優(yōu)點(diǎn)。作為可替換實(shí)施例，芯片電極122可以由Au制成，而基板電極111可以由Au-Sn制成。
除共晶合金(共晶接合所產(chǎn)生的)以外，LED芯片120還可以通過各種接合材料接合至封裝基板110。例如，LED芯片120可以使用由諸如Pb-Sn等乳酪焊劑制成的單獨(dú)接合材料130而接合至封裝基板110。這種乳酪焊劑可以在芯片接合之前提前應(yīng)用在芯片電極122或封裝電極111上。
封裝基板110不僅用作用于安裝LED芯片120的子座(submount)，而且用作用于將LED芯片120產(chǎn)生的熱量輻射到外部的散熱片。因此，優(yōu)選地，封裝基板110由諸如Al(鋁)或Cu(銅)等高度導(dǎo)熱金屬、陶瓷或Si制成。此外，封裝基板110可以由通常所使用的FR4、聚酰亞胺或BT樹脂制成。為了易于將LED芯片120產(chǎn)生的熱量輻射到外部，優(yōu)選地，凹槽113完全被接合材料130覆蓋，因?yàn)樾纬捎诎疾?13中的真空或氣泡可能妨礙熱輻射。
圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的LED封裝件的截面圖。在圖3所示的實(shí)施例中，LED芯片120′是水平結(jié)構(gòu)LED芯片，其中p電極122a′和n電極122b′設(shè)置在同一側(cè)上。LED芯片120′包括由諸如藍(lán)寶石等絕緣材料制成的芯片基板121′以及形成于芯片基板121′上的半導(dǎo)體層123′。半導(dǎo)體層123′包括第一導(dǎo)電型(例如，p型)半導(dǎo)體層123a′、有源層123b′以及第二導(dǎo)電型(例如，n型)半導(dǎo)體層123c′。
鍍層112′和封裝電極111′形成在封裝基板110′的上表面上。封裝基板110′、鍍層112′和基板電極111′可以由在上述實(shí)施例(見圖2)中所描述的相同的材料制成。LED芯片120′的芯片基板121′通過接合材料130′接合至封裝基板110′的接合表面。優(yōu)選地，接合材料130′由具有極好導(dǎo)熱性的Ag環(huán)氧樹脂制成，但本發(fā)明不限于此。
如圖3所示，在該實(shí)施例中，用于容納接合材料130′的凹槽113′也形成在封裝基板110′的接合表面中。該凹槽113′增加了接合區(qū)域，從而增加了LED芯片120′與封裝基板110′之間的接合強(qiáng)度。即，不僅凹槽113′的側(cè)表面和下表面可以用作接合區(qū)域，而且凹槽113′限定了接合表面中的壓痕，從而產(chǎn)生比現(xiàn)有技術(shù)中更高的接合強(qiáng)度。尤其，如圖4所示，在平面圖中，在凹槽113′于接合表面上具有網(wǎng)狀的情況下，進(jìn)一步提高了接合強(qiáng)度。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明，在封裝基板的接合表面中形成有凹槽，以容納過量的接合材料，從而有效地防止了由于接合材料而造成的半導(dǎo)體層間的電短路。而且，凹槽限定了接合表面中的壓痕，增加了LED芯片與封裝基板之間的接合強(qiáng)度。這進(jìn)而使得LED封裝件具有較高的可靠性。
盡管已經(jīng)結(jié)合示例性實(shí)施例示出并描述了本發(fā)明，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，很顯然，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神和范圍的條件下，可以進(jìn)行修改和變換。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管封裝件，包括封裝基板；發(fā)光二極管芯片，其接合至所述封裝基板的上表面；以及接合材料，用于將所述發(fā)光二極管芯片接合至所述封裝基板，其中，所述封裝基板具有形成于其接合表面中的凹槽，所述凹槽用于容納所述接合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管封裝件，其中，所述LED芯片包括具有接合至所述封裝基板的芯片電極的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管封裝件，其中，所述接合材料包括共晶合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管封裝件，其中，所述封裝基板具有形成于其上表面上的封裝電極，并且所述芯片電極和所述封裝電極共晶接合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管封裝件，其中，所述芯片電極包括選自由Au-Sn、Au-Ni、Au-Ge、Au-Si、Au、Sn和Ni組成的組中的材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管封裝件，其中，所述封裝電極包括選自由Au-Sn、Au-Ni、Au-Ge、Au-Si、Au、Sn和Ni組成的組中的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管封裝件，其中，所述芯片電極包括Au-Sn層，并且所述封裝電極包括Au層。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管封裝件，其中，所述芯片電極包括Au層，并且所述封裝電極包括Au-Sn層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管封裝件，其中，所述接合材料包括乳酪焊劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管封裝件，其中，所述封裝基板包括由金屬、陶瓷、FR4、聚酰亞胺、Si和BT樹脂組成的組中的一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管封裝件，進(jìn)一步包括形成于所述封裝基板與所述封裝電極之間的鍍層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)光二極管封裝件，其中，所述鍍層包括選自由Au、Ni、Pt、Al和Ag組成的組中的一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管封裝件，其中，所述LED芯片包括具有絕緣基板的水平結(jié)構(gòu)LED芯片。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)光二極管封裝件，其中，所述絕緣基板接合至所述封裝基板的所述接合表面，并且所述接合材料包括環(huán)氧樹脂。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光二極管封裝件，其中，所述環(huán)氧樹脂包括Ag環(huán)氧樹脂。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管封裝件，其中，所述凹槽形成為網(wǎng)狀。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管封裝件，其中，所述接合材料完全覆蓋所述凹槽。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管封裝件，其中，所述凹槽具有選自由矩形、三角形和半圓形組成的組中的截面形狀。
全文摘要
一種發(fā)光二極管封裝件，用于防止半導(dǎo)體層間的電短路，且具有極好的接合強(qiáng)度。該發(fā)光二極管封裝件包括封裝基板；發(fā)光二極管芯片，其接合至封裝基板的上表面；以及接合材料，用于將發(fā)光二極管芯片接合至封裝基板。該封裝基板具有形成于其接合表面中的凹槽，以容納接合材料。
文檔編號(hào)H01L23/498GK101034726SQ20071000565
公開日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月9日
發(fā)明者申常鉉, 崔碩文, 李榮基, 金勇植 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社