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CN107919425A - 发光二极管装置 - Google Patents

发光二极管装置 Download PDF

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CN107919425A
CN107919425A CN201711261101.4A CN201711261101A CN107919425A CN 107919425 A CN107919425 A CN 107919425A CN 201711261101 A CN201711261101 A CN 201711261101A CN 107919425 A CN107919425 A CN 107919425A
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light
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metallic reflector
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苏柏仁
李允立
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Genesis Photonics Inc
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Abstract

本发明提供一种基板以及发光二极管装置。基板包括基底、金属反射层以及抗氧化层。基底具有相对的第一表面与第二表面。金属反射层配置于基底的第一表面上。抗氧化层覆盖金属反射层。金属反射层位于抗氧化层与基底的第一表面之间。至少一发光二极管芯片适于共晶接合于基板上。一种发光二极管装置亦被提出，其包括上述基板以及配置基板上的发光二极管芯片，其在高温制程中具有良好的良率。

Description

发光二极管装置
本发明是2015年10月14日所提出的申请号为201510661338.6、发明名称为《基板以及发光二极管装置》的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种基板，尤其涉及一种适于与发光二极管芯片共晶接合的基板以及发光二极管装置。
背景技术
在环保意识高涨的今日，人们除了积极地寻找再生能源之外，亦不断地投入节能产品的开发。以照明产品为例，一种节能环保的光源，即发光二极管(light emittingdiode，LED)芯片，已被开发出来。发光二极管芯片藉由在P-N接面中重组电子与电洞来发光。相较于传统光源，发光二极管芯片具有低消耗功率(power consumption)及长寿命等优点，因此已被广泛地运用在各领域中。
发光二极管芯片是一种电流驱动元件，其需藉由适当的驱动电路驱动之。一般而言，发光二极管芯片会封装于具有驱动电路的基板上。发光二极管芯片封装于基板上的技术主要可分为打线技术(wire bonding)与覆晶(flip-chip)技术。打线技术是将发光二极管芯片利用银胶或是共晶技术将发光二极管芯片背面固定于基板上，再利用打线的方式让发光二极管芯片利用金属线与基板上的连结点连接。覆晶技术，也称倒晶封装法，是将发光二极管芯片正面与基板利用金球或共晶技术固定于基板上。上述共晶技术是将发光二极管芯片正/背面蒸镀或溅镀上一层共晶焊料(eutectic solder)。接着，在基板的焊垫上镀上一层黄金。然后，将基板置于加热板上加热至共晶焊料的熔点之后，再将发光二极管芯片压合于焊垫上并使焊垫上的黄金与发光二极管芯片上的共晶焊料结合在一起。之后，将基板的温度下降至共晶焊料的熔点之下，而使共晶焊料固化，即完成固晶(die bonding)作业。然而，为增加发光二极管芯片的光利用效率，现有基板的最外层多设有金属反射层。当发光二极管芯片以上述的共晶技术进行封装时，基板的金属反射层会曝露在高温的环境中，而易与外界气体作用，进而发生氧化的问题。
发明内容
本发明提供一种基板，其可改善高温制程中金属反射层易被氧化的问题。
本发明提供一种发光二极管，其在高温制程中具有良好的良率。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭示的技术特征中得到进一步的了解。
本发明的实施例的发光二极管装置包括基板以及配置于基板上的发光二极管芯片。基板包括基底、金属反射层以及抗氧化层。基板具有相对的一第一表面与一第二表面。金属反射层配置于基底的第一表面上且具有一第一线路结构以及与第一线路结构电性连接的多个第一接垫。抗氧化层覆盖金属反射层且暴露出这些第一接垫，而金属反射层位于抗氧化层与基底的第一表面之间。金属反射层暴露出部分的第一表面，抗氧化层覆盖且直接地连接至被金属反射层暴露出的部分的第一表面。发光二极管芯片以覆晶方式或以打线方式透过这些第一接垫与第一线路结构电性连接。
本发明的实施例的发光二极管装置包括基板以及配置于基板上的发光二极管芯片。基板包括、金属反射层以及抗氧化层。基底具有相对的一第一表面与一第二表面。金属反射层配置于基底的第一表面上。抗氧化层覆盖金属反射层，而金属反射层位于抗氧化层与基底的第一表面之间。金属反射层具有多个第一接垫，抗氧化层暴露出这些第一接垫。金属反射层暴露出部分的第一表面，抗氧化层覆盖且直接地连接至被金属反射层暴露出的部分的第一表面。发光二极管芯片以覆晶方式或以打线方式与这些第一接垫电性连接。
本发明的实施例的发光二极管装置包括基板以及配置在基板的发光二极管。基板包括基底、导线层以及反射层。基底具有第一表面。导线层配置于基底上并暴露出部分第一表面，导线层具有多个接垫。反射层配置于基底上，且反射层覆盖在被导线层所暴露出的部分的第一表面上并暴露出这些接垫且与导线层电性绝缘。发光二极管电性连接这些接垫。
本发明的实施例的发光二极管装置包括基板以及发光二极管芯片。基板包括基底、导线层以及反射层。基底具有第一表面。导线层配置于基底上并暴露出部分第一表面，且导线层具有线路结构及与线路结构电性连接的多个接垫。反射层配置于基底上，且反射层覆盖导线层并暴露出这些接垫且与导线层电性绝缘，且反射层覆盖在被导线层所暴露出的部分的第一表面上。发光二极管芯片与这些接垫电性连接。
本发明的实施例的适于供发光二极管芯片配置的基板包括基底、导线层以及反射层。基底具有第一表面及第二表面。具有多个接垫的导线层配置于基底上并暴露出部分第一表面。反射层配置于基底上，反射层覆盖在被导线层所暴露出的部分的第一表面上并暴露出这些接垫且与导线层绝缘。这些接垫适于与发光二极管电性连接。
本发明的实施例的适于供至少一发光二极管芯片配置的基板包括基底、导线层以及反射层。基底具有第一表面及第二表面。导线层配置于基底上并暴露出部分第一表面，且导线层具有线路结构及与线路结构电性连接的多个接垫。反射层配置于基底上，反射层覆盖导线层并暴露出这些接垫，反射层与导线层绝缘并覆盖在被导线层所暴露出的部分的第一表面上。这些接垫适于与发光二极管电性连接。
本发明的实施例的发光二极管装置包括基板以及发光二极管。基板包括基底、导线层以及绝缘层。基底具有第一表面，导线层配置于基底上并暴露出部分第一表面。导线层具有多个接垫，配置在基底上的绝缘层覆盖在被导线层所暴露出的部分的第一表面上并暴露出这些接垫。发光二极管配置在基板且与这些接垫电性连接。
本发明的实施例的发光二极管装置包括基板以及发光二极管芯片。基板包括基底、导线层以及绝缘层。基底具有一第一表面，导线层配置于基底上并暴露出部分第一表面。导线层具有一线路结构及与线路结构电性连接的多个接垫，配置在基底上的绝缘层覆盖导线层并暴露出这些接垫以及覆盖在被导线层所暴露出的部分的第一表面上。发光二极管芯片配置在基板上且与这些接垫电性连接。
本发明的实施例的适于供发光二极管芯片配置的基板包括基底、导线层以及绝缘层。基底具有第一表面及第二表面。导线层配置于基底上并暴露出部分第一表面。导线层具有多个接垫，配置於基底上的绝缘层覆盖在被导线层所暴露出的部分的第一表面上且暴露出这些接垫。这些接垫适于与发光二极管电性连接。
本发明的实施例的适于供至少一发光二极管芯片配置的基板包括基底、导线层以及绝缘层。基底具有第一表面及第二表面。导线层配置于基底上并暴露出部分第一表面。导线层具有一线路结构及与线路结构电性连接的多个接垫，配置于基底上的绝缘层覆盖导线层并暴露出这些接垫以及覆盖在被导线层所暴露出的部分的第一表面上。这些接垫适于与发光二极管电性连接。
基于上述，本发明一实施例的基板藉由在金属反射层上配置抗氧化层，而使得金属反射层在高温制程中不易发生氧化的问题。本发明一实施例的抗氧化层除了具有防止金属反射层氧化的功能外，同时还兼具反射光束的功效。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明第一实施例的基板的剖面示意图；
图2为图1的抗氧化层的放大示意图；
图3示出本发明第一实施例的基板与另一种形式的发光二极管芯片接合的情形；
图4为本发明第二实施例的基板的剖面示意图；
图5示出本发明第二实施例的基板与另一种形式的发光二极管芯片接合的情形。
附图标记说明：
100、100A：基板；
102：基底；
102a、102b：基底的表面；
104：金属反射层；
104a、108a：线路结构；
104b、108b：接垫；
106：抗氧化层；
106a：高折射率层；
106b：低折射率层；
108：导电层；
110：绝缘层；
200：覆晶式发光二极管芯片；
202：第一型掺杂半导体层；
204：第二型掺杂半导体层；
206：发光层；
208、210：电极；
300：固晶结构；
400：打线式发光二极管芯片；
400a：背面；
410：导线；
D1、D2：厚度；
L：光束。
具体实施方式
第一实施例
图1为本发明第一实施例的基板的剖面示意图。请参照图1，至少一覆晶(flipchip)式发光二极管芯片200适于配置于本实施例的基板100上。在图1中显示一个覆晶式发光二极管芯片200作为代表，然而本发明的基板并不限制其可承载的覆晶式发光二极管芯片的数量。换言之，本发明的基板100可承载多个覆晶式发光二极管芯片200。在本实施例中，覆晶(flip chip)式发光二极管芯片200包括第一型掺杂半导体层202、第二型掺杂半导体层204、发光层206、第一电极208以及第二电极210。发光层206配置于第一型掺杂半导体层202与第二型掺杂半导体层204之间。第一电极208与第二电极210分别配置于第一型掺杂半导体层202与第二型掺杂半导体层204上。第一电极208与第二电极210面向基板100，并通过固晶结构300与基板100连接。
在本实施例中，第一型掺杂半导体层202例如为N型半导体层，而第二型掺杂半导体层204例如为P型半导体层。发光层206例如为氮化镓(gallium nitride,GaN)层与氮化铟镓(indiumgallium nitride,InGaN)层交替堆叠的多重量子阱结构(Multiple QuantumWell，MQW)。第一电极208与第二电极210的材质为导电材料可选自于金、银、铂、铜、铬、铝、其他导电材料及其组合，但本发明不以上述为限。
本实施例的基板100包括基底102、金属反射层104以及抗氧化层106。基底102具有相对的第一表面102a与第二表面102b。在本实施例中，第一表面102a的粗糙度(roughness)可小于0.3微米，以使金属反射层104可平整地铺设于第一表面102a上进而达到良好的的反射功能。值得一提的是，当第一表面102a的粗糙度越小时，金属反射层104的反射效果越佳。举例而言，当第一表面102a的粗糙度达到0.01微米以下时，金属反射层104则可呈现镜面反射的效果。在本实施例中，基底102的材质可为陶瓷(ceramic)、蓝宝石(sapphire)、硅(Si)或碳化硅(SiC)，但本发明不以上述为限。
本实施例的金属反射层104配置于基底102的第一表面102a上。在本实施例中，金属反射层104除了可反射覆晶式发光二极管芯片200所发出的部分光束L而使其远离基底102之外，金属反射层104本身亦可为线路层。详言之，本实施例的金属反射层104可具有线路结构104a以及与线路结构104a连接的多个接垫104b，其中接垫104b被抗氧化层106所曝露。覆晶式发光二极管芯片200可通过接垫104b与线路结构104a电性连接。在本实施例中，金属反射层104对于覆晶式发光二极管芯片200所发出的部分光束L的反射率高于90％，其材质可选自于银、铝、金、铜或其组合。
本实施例的抗氧化层106覆盖金属反射层104，而金属反射层104位于抗氧化层106与基底102的第一表面102a之间。在本实施例中，抗氧化层106的材质可选自于硅(Si)、五氧化二钽(Ta2O5)、二氧化钛(TiO2)、五氧化三钛(Ti3O5)、五氧化二铌(Nb2O5)、二氧化硅(SiO2)、氟化镁(MgF2)或其组合。值得一提的是，由于本实施例的抗氧化层106覆盖了金属反射层104，因此当覆晶式发光二极管芯片200以共晶制程(制程温度约摄氏280度)与基板100接合时，金属反射层104不易与外界气体接触而发生氧化或迁移的问题。如此一来，在共晶制程完成后，金属反射层104便可保有原本的良好的反射特性，进而提高覆晶式发光二极管芯片200的光利用效率。
值得特别注意的是，本实施例的抗氧化层106除了具有防止金属反射层氧化的功能外，同时还兼具反射光束的功效。覆晶式发光二极管芯片200所发出的部分光束L可能会朝向往基板100的方向传递，而无法被使用者所利用。然而，本实施例的抗氧化层106反射光束L，而使光束L往远离基板100的方向行进，进而提高覆晶式发光二极管芯片200的光利用效率。具体而言，相较于现有技术中仅具金属反射层的基板，本实施例的抗氧化层106可将基板100的反射率由90％提升至98％以上。
图2为图1的抗氧化层的放大示意图。请参照图2，举例而言，本实施例的抗氧化层106可为分散式布拉格反射层(distributed Bragg reflector，DBR)。更进一步地说，本实施例的抗氧化层106包括多个高折射率层106a以及多个低折射率层106b，其中高折射率层106a与低折射率层106b可交替堆叠，每一高折射率层106a或低折射率层106b的光穿透度均高于92％。在本实施例中，高折射率层106a的折射率可大于或等于2，而低折射率层106b的折射率可小于或等于1.7。高折射率层106a的材料是可选自于硅(Si)、五氧化二钽(Ta2O5)、二氧化钛(TiO2)、五氧化三钛(Ti3O5)或五氧化二铌(Nb2O5)，而低折射率层106b的材料可选自于二氧化硅(SiO2)或氟化镁(MgF2)。另外，若覆晶式发光二极管芯片200所发出的光束L的中心波长为λ，则每一高折射率层106a的厚度D1以及每一低折射率层106b的厚度D2可设计为λ/4，而使本实施的抗氧化层106的反射效果佳。但本发明不以上述为限，在其他实施例中，抗氧化层106亦可是单一材质的抗氧化层，或采用其他适当的结构。
值得一提的是，图1中是以覆晶式发光二极管芯片200与本实施例的基板100接合为示例。但，本发明并不特别限定与基板接合的发光二极管芯片的种类。图3示出本发明第一实施例的基板与另一种形式的发光二极管芯片接合的情形。请参照图3，举例而言，本实施例的基板100亦可与打线式(wire bonding)发光二极管芯片400接合。打线式发光二极管芯片400可通过导线410(材质例如为金属)与金属反射层104的接垫104b与金属反射层104的线路结构104a电性连接。另一方面，打线式发光二极管芯片400的背面400a可通过固晶结构300与抗氧化层106连接，进而使打线式发光二极管芯片400固定在基板100上。
第二实施例
图4为本发明第二实施例的基板的剖面示意图。请参照图4，本实施例的基板100A与第一实施例的基板100类似。因此与图1相同的元件以相同的符号表示。两者相异之处仅在于本实施例的线路结构与接垫并非制作在金属反射层104中，而是制作于位于第一表面102a与金属反射层104之间的导电层108中。以下就两者相异之处做说明，相同之处便不再重述。
请参照图4，至少一覆晶式发光二极管芯片200适于配置于本实施例的基板100A上。本实施例的基板100A包括基底102、金属反射层104以及抗氧化层106。基底102具有相对的第一表面102a与第二表面102b。金属反射层104配置于基底102的第一表面102a上。抗氧化层106覆盖金属反射层104，而金属反射层104位于抗氧化层106与基底102的第一表面102a之间。
与第一实施例不同的是，本实施例的基板100A可进一包括导电层108。本实施例的导电层108配置于基底102的第一表面102a与金属反射层104之间。此外，本实施例的基板100A可进一包括绝缘层110，绝缘层110配置于导电层108与金属反射层104之间，而使导电层108与金属反射层104电性绝缘。本实施例的导电层108具有线路结构108a与多个接垫108b，其中抗氧化层106、金属反射层104以及绝缘层110曝露出接垫108b。覆晶式发光二极管芯片200通过接垫108b与线路结构108a电性连接。本实施例的基板100A与第一实施例的基板100具有类似的功效及优点，于此便不再重述。
值得一提的是，图4中是以覆晶式发光二极管芯片200与本实施例的基板100A接合为示例。但，本发明并不特别限定与基板接合的发光二极管芯片的种类。图5示出本发明第二实施例的基板与另一种形式的发光二极管芯片接合的情形。请参照图5，举例而言，本实施例的基板100A亦可与打线式(wire bonding)发光二极管芯片400接合。发光二极管芯片400可通过导线410(材质例如为金属)与导电层108的接垫108b与导电层108的线路结构108a电性连接。另一方面，打线式发光二极管芯片400的背面400a可通过固晶结构300与抗氧化层106连接，进而使打线式发光二极管芯片400固定在基板100A上。
综上所述，本发明一实施例的基板藉由在金属反射层上配置抗氧化层，而使得金属反射层于共晶制程中不易发生氧化的问题。本发明一实施例的抗氧化层除了具有防止金属反射层氧化的功能外，同时还兼具反射光束的功效。本发明一实施例的抗氧化层可将覆晶式发光二极管芯片所发出的部分光束反射往向远离基板的方向，进而提高覆晶式发光二极管芯片的光利用效率。
虽然本发明已以覆晶式发光二极管芯片当作实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，正面或是背面共晶固晶等技术领域均属本发明的保护范围。任何所属技术领域的普通技术人员，当可作些许更动与润饰，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (5)

1.一种发光二极管装置，包括：
一基板，包括：
一基底，具有相对的一第一表面与一第二表面；
一金属反射层，配置于该基底的该第一表面上且具有一第一线路结构以及与该第一线路结构电性连接的多个第一接垫；以及
一抗氧化层，覆盖该金属反射层且暴露出该些第一接垫，而该金属反射层位于该抗氧化层与该基底的该第一表面之间，其中该金属反射层暴露出部分的该第一表面，该抗氧化层覆盖且直接地连接至被该金属反射层暴露出的该部分的该第一表面；以及
至少一发光二极管芯片，配置于该基板上且以覆晶方式或以打线方式透过该些第一接垫与该第一线路结构电性连接。
2.一种发光二极管装置，包括：
一基板，包括：
一基底，具有相对的一第一表面与一第二表面；
一金属反射层，配置于该基底的该第一表面上；以及
一抗氧化层，覆盖该金属反射层，而该金属反射层位于该抗氧化层与该基底的该第一表面之间，其中该金属反射层具有多个第一接垫，该抗氧化层暴露出该些第一接垫，其中该金属反射层暴露出部分的该第一表面，该抗氧化层覆盖且直接地连接至被该金属反射层暴露出的该部分的该第一表面；以及
至少一发光二极管芯片，配置于该基板上且以覆晶方式或以打线方式与该些第一接垫电性连接。
3.根据权利要求1或2所述的发光二极管装置，其中该抗氧化层适于将该发光二极管芯片所发出的一光束的至少一部分反射而远离该基底。
4.根据权利要求1或2所述的发光二极管装置，其中该抗氧化层为一分散式布拉格反射层。
5.根据权利要求1或2所述的发光二极管装置，其中该基底的该第一表面的粗糙度小于0.3微米。
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