專利名稱：具有集成靜電放電保護(hù)的用于發(fā)光二極管的封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于發(fā)光裝置例如發(fā)光二極管的封裝。
背景技術(shù)：
減小發(fā)光二極管(LED)封裝尺寸是需要緊湊設(shè)計(jì)的各種便攜顯示技術(shù) 例如蜂窩電話或手持計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)中的重要因素之一。傳統(tǒng)上，LED收納在
包含占據(jù)面積遠(yuǎn)大于LED芯片本身的多個(gè)部件的封裝內(nèi)。如圖6所示，LED 芯片可以結(jié)合到導(dǎo)熱次載具(submount),該次載具包含靜電放電(ESD ) 保護(hù)電路以防止對(duì)LED的損傷。LED和次載具進(jìn)一步安裝在熱沉塊上并包 封在預(yù)成型熱塑性透鏡內(nèi)，寬金屬引線框延伸穿過(guò)該透鏡。然而，對(duì)于某些 應(yīng)用，期望減小封裝尺寸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)內(nèi)容涉及用于發(fā)光裝置的封裝的改進(jìn)。根據(jù)一個(gè)方面，該封 裝可包括具有凹槽的基板，該發(fā)光元件安裝于該基板內(nèi)，其中該基板的表 面形成該封裝的外部表面。在一些實(shí)施例中，對(duì)于由該發(fā)光元件發(fā)射的光波 長(zhǎng)是透明的蓋例如可以貼附到該基板以定義該發(fā)光元件收納于其中的密封 區(qū)域。該基板內(nèi)的ESD保護(hù)電路可以電連接到該發(fā)光元件。
各種實(shí)施例可包括一個(gè)或多個(gè)下述特征。該封裝基板例如可包括諸如硅 的半導(dǎo)體材料。該發(fā)光元件可包括發(fā)光二極管。該基板凹槽的側(cè)壁可具有反 射涂層，其中基本上該基板凹槽的所有側(cè)壁覆蓋有反射涂層。該反射涂層可 包括例如金屬的高反射材料。
透明蓋可氣密性密封到該基板，其中該發(fā)光元件收納在該氣密性密封區(qū) 域內(nèi)。透明蓋可包括玻璃。
該封裝可包括從該凹槽延伸穿過(guò)該基板到達(dá)封裝外部的導(dǎo)電穿通材料。 結(jié)合墊可設(shè)置于該基板上，其中該發(fā)光元件通過(guò)該結(jié)合墊安裝到該基板。此 外，該結(jié)合墊可將發(fā)光元件電學(xué)耦合到該穿通材料。設(shè)置于該基板內(nèi)的ESD
保護(hù)電路可包括例如多個(gè)齊納二極管，且可以通過(guò)該結(jié)合墊與該發(fā)光元件并 聯(lián)電連接。
在各種實(shí)施例中，可具有一個(gè)或多個(gè)下述優(yōu)點(diǎn)。將ESD保護(hù)電路和電 學(xué)穿通連接結(jié)合在該基板內(nèi)可以減小封裝尺寸。此外，該基板可包括薄膜， 該發(fā)光元件支撐在該薄膜上，從而提供低的熱阻用于改善的熱傳遞。此外， 將ESD保護(hù)電路、穿通連接和次載具組合在一個(gè)封裝中可以減小分別組裝 的部件的數(shù)目。
基板凹槽的涂覆金屬的側(cè)壁有助于將發(fā)光元件發(fā)射的散射光導(dǎo)向透明 蓋并從封裝引出。通過(guò)將更多的散射光引出該封裝，裝置的效率可以提高。 將元件安裝在包含涂覆金屬的側(cè)壁的凹槽內(nèi)，這使得該封裝可用作發(fā)光元件 的反射器和收容器。
通過(guò)將發(fā)光元件包封在氣密性密封區(qū)域內(nèi)，包封的裝置的可靠性和壽命 可以提高。
這種封裝可以用作例如用于移動(dòng)電話和裝置內(nèi)的照相機(jī)的LED閃光燈。 小的封裝產(chǎn)生附加可用空間，這可以減小移動(dòng)裝置的尺寸。此外，具有可視 顯示器的移動(dòng)裝置可以使用多個(gè)這種封裝作為需要緊密包裝光元件的顯示 器背光。類似地，多個(gè)封裝可以組合以提供高分辨率大面積的符號(hào)和顯示器。
另一應(yīng)用可包括^f吏用多個(gè)封裝作為汽車剎車燈和頭燈。除了緊密包裝的 益處之外，該薄膜改善了從裝置的熱傳遞。
本發(fā)明的 一 個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)在附圖和下述說(shuō)明書中描述。本發(fā)明 的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)說(shuō)明書和附圖以及通過(guò)權(quán)利要求書變得顯而易見(jiàn)。


圖1說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)封裝的斷面圖。
圖2至4說(shuō)明圖1的封裝的各種細(xì)節(jié)。
圖5說(shuō)明LED和ESD電路的電路示意圖。
圖6說(shuō)明已知的封裝布置。
不同附圖中的相同參考符號(hào)表示相同部件。
具體實(shí)施例方式
如圖l所示，封裝20包括蓋22、凹槽24和基板26。 一個(gè)或多個(gè)光
裝置可以安裝在凹槽24內(nèi)位于基板26和蓋22之間。在該具體實(shí)施例中， 該光電裝置為發(fā)光二極管(LED) 28。
基板26例如可包括諸如硅的半導(dǎo)體材料，使得凹槽24可以通過(guò)已知蝕 刻工藝形成。各向異性濕法蝕刻溶液例如氬氧化鉀可用于形成傾斜的側(cè)壁 30。在圖1的實(shí)施例中，凹槽24的至少一個(gè)側(cè)壁30傾斜約54.7°的角度(3 。 在其他實(shí)施例中，側(cè)壁30的角度可以不同。蝕刻工藝留下薄膜25, LED 28 可以被支撐在薄膜25上。側(cè)壁30可以涂覆有例如金屬的材料，其作為反射 面32以將從LED28出射的雜散光重新導(dǎo)向蓋22。
蓋22應(yīng)包括例如玻璃或硅的材料，至少對(duì)于LED 28發(fā)射的特定光波長(zhǎng) (或者波段)是透明的。優(yōu)選地，蓋22置于整個(gè)凹槽24上方并覆蓋凹槽24。 如圖2所示，金屬環(huán)34圍繞凹槽24，可形成于基板26的表面上。當(dāng)置于整 個(gè)凹槽24上方的蓋22通過(guò)例如焊料回流焊(reflow)工藝熔合到金屬環(huán)34 時(shí)，可以形成氣密性密封。
LED 28通過(guò)例如將該裝置焊接在結(jié)合墊35a和35b上而可以安裝在凹 槽24內(nèi)，結(jié)合墊35a和35b被沉積且圖案化于凹槽24底部(見(jiàn)圖1-2)。優(yōu) 選地，結(jié)合墊35a和35b包括例如金屬的導(dǎo)電材料。如圖1所示，結(jié)合墊35a 和35b可以設(shè)置于薄膜25的表面的一部分上，其包括形成于薄膜25內(nèi)的導(dǎo) 電穿通(feed-through)材料38。導(dǎo)電穿通材料38提供了從LED 28以及結(jié) 合墊35a和35b通過(guò)基板26到達(dá)封裝外部的電學(xué)接觸。備選地，結(jié)合布線 或其他電連接可以設(shè)置成將LED 28連接到導(dǎo)電穿通材料38。導(dǎo)電穿通材料 38例如可以使用電鍍穿通金屬化來(lái)設(shè)置，并使得LED 28氣密性密封于該封 裝內(nèi)。在具體實(shí)施例中，氣密性密封通孔(through-hole)包括提供粘合層、 鍍覆基底、穿通金屬化、擴(kuò)散阻擋層、潤(rùn)濕層、以及例如包括貴金屬的抗氧 化阻擋層。在期望改善封裝與外部支撐之間的熱傳遞的應(yīng)用中，金屬墊39a 可設(shè)置于與凹槽24相對(duì)的一側(cè)上的封裝外部上(見(jiàn)圖4)。此外，金屬墊39b 可覆蓋并電連接到導(dǎo)電穿通材料38并且提供改善的到外部支撐的熱傳遞。
為了提供保護(hù)以免由于過(guò)量電學(xué)電荷造成的對(duì)LED 28的損傷，例如通 過(guò)磷和硼擴(kuò)散工藝，靜電放電(ESD)保護(hù)電路40可以形成于基板26的薄 膜25區(qū)域內(nèi)(見(jiàn)圖2 )。優(yōu)選地，ESD電路40通過(guò)結(jié)合墊35a、 35b而與LED 28并聯(lián)連接。在本實(shí)施例中，例如，ESD電路40包括兩個(gè)背對(duì)背配置的齊 納二極管40a、 40b。圖5示出連接到LED 28和外部電壓源42的ESD電路
的電路圖。當(dāng)過(guò)量電學(xué)電荷跨過(guò)LED28形成的電壓(V)超過(guò)閾值電壓時(shí)， ESD電路40將電壓(V)鉗位在鉗位電壓并從LED 28轉(zhuǎn)移電流(Is )。閾值 電壓和鉗位電壓是由反向偏置下齊納二極管的擊穿電壓和正向偏置下齊納 二極管的閾值電壓來(lái)確定。
已經(jīng)描述了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例。不過(guò)將理解，可以進(jìn)行各種調(diào)整而不 背離本發(fā)明的精神和范圍。相應(yīng)地，其他實(shí)施例落在下述權(quán)利要求的范圍之 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種封裝，包括包括凹槽的基板；安裝到所述基板位于所述凹槽內(nèi)的發(fā)光元件，其中所述基板的表面形成所述封裝的外部表面；以及位于所述基板內(nèi)的靜電放電保護(hù)電路，其中所述靜電放電保護(hù)電路電連接到所述發(fā)光元件。
2. 如權(quán)利要求1所述的封裝，其中蓋貼附到所述基板以定義所述發(fā)光 元件收納于其中的區(qū)域，且其中至少部分所述蓋對(duì)于所述發(fā)光元件調(diào)適發(fā)射 的光波長(zhǎng)是透明的。
3. 如權(quán)利要求2所述的封裝，其中透明蓋氣密性密封到所述基板。
4. 如權(quán)利要求2所述的封裝，其中透明蓋包括玻璃。
5. 如權(quán)利要求2所述的封裝，其中所述發(fā)光元件氣密性密封在所述封 裝內(nèi)。
6. 如權(quán)利要求l所述的封裝，其中所述發(fā)光元件包括發(fā)光二極管。
7. 如權(quán)利要求l所述的封裝，其中所述凹槽的側(cè)壁包括反射涂層。
8. 如權(quán)利要求7所述的封裝，其中所述反射涂層基本上覆蓋所述側(cè)壁 的所有表面。
9. 如權(quán)利要求7所述的封裝，其中所述反射涂層包括金屬。
10. 如權(quán)利要求l所述的封裝，其中導(dǎo)電穿通材料從所述凹槽延伸穿過(guò) 所述基板到達(dá)所述封裝的外部。
11. 如權(quán)利要求10所述的封裝，其中所述穿通材料電連接到所述發(fā)光 元件。
12. 如權(quán)利要求10所述的封裝，包括金屬墊，所述金屬墊位于所述基 板的外部表面上并電學(xué)耦合到所述穿通材料。
13. 如權(quán)利要求l所述的封裝，其中所述靜電放電保護(hù)電路包括多個(gè)齊 納二極管。
14. 如權(quán)利要求l所述的封裝，其中所述基板包括半導(dǎo)體材料。
15. 如權(quán)利要求l所述的封裝，其中所述基板包括硅。
16. 如權(quán)利要求l所述的封裝，包括位于所述基板上的結(jié)合墊，其中所 述發(fā)光元件通過(guò)結(jié)合墊安裝到所述基板。
17. 如權(quán)利要求l所述的封裝，其中所述靜電放電保護(hù)電路通過(guò)結(jié)合墊 與所述發(fā)光元件并聯(lián)電連接。
18. 如權(quán)利要求l所述的封裝，其中所述發(fā)光元件支撐在薄膜上。
19. 一種封裝，包括'.包括凹槽的基板，其中所述基板包括半導(dǎo)體材料且所述凹槽的側(cè)壁包括反射涂層；安裝到所述基板位于所述凹槽內(nèi)的發(fā)光元件，其中所述基板的表面形成 所述封裝的外部表面；貼附到所述基板以定義所述發(fā)光元件收納于其中的氣密性密封區(qū)^^的 蓋，其中至少部分所述蓋對(duì)于所述發(fā)光元件被調(diào)適發(fā)射的光波長(zhǎng)是透明的； 以及位于所述基板內(nèi)的靜電放電保護(hù)電路，其中所述靜電放電保護(hù)電路電連 接到所述發(fā)光元件。
20. 如權(quán)利要求19所述的封裝，其中所述靜電放電保護(hù)電路包括多個(gè) 齊納二極管。
21. 如權(quán)利要求19所述的封裝，其中所述基板包括硅。
全文摘要
一種封裝(20)包括具有凹槽(24)的基板(26)，發(fā)光元件(28)安裝于凹槽(24)內(nèi)。基板(26)的表面形成封裝(20)的外部表面。蓋(22)可貼附到基板(26)以定義發(fā)光元件(28)安裝于其中的密封區(qū)域。蓋(22)對(duì)于該發(fā)光元件(28)發(fā)射的光波長(zhǎng)是透明的?；?26)內(nèi)的靜電放電保護(hù)電路(40)電學(xué)耦合到該發(fā)光元件(28)。
文檔編號(hào)H01L25/16GK101371358SQ200780002758
公開(kāi)日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月20日
發(fā)明者托馬斯·墨菲 申請(qǐng)人:許密特有限公司