TWI546987B - 發光裝置 - Google Patents

Description

發光裝置

本發明是有關於一種發光裝置，且特別是有關於一種半導體發光裝置。

發光半導體元件如發光二極體(LED)晶片的發光原理是利用半導體特有的性質，而不同於一般日光燈或白熾燈發熱的發光原理。因此，發光半導體元件具有壽命長、耗電量低等優點，而廣為大眾所運用。

一般而言，採用發光半導體元件做為光源的發光裝置，是將發光半導體元件設置於具有碗杯狀凹槽的導線架，然後在發光半導體元件上覆蓋封裝膠體，以保護發光半導體元件，有的技術會在封裝膠體中加入螢光粉，以將發光半導體元件所發出特定波長範圍的光轉換為另一波長範圍的光，而使發光裝置得以根據不同應用發出如白光或其他色光，例如中國發明專利申請公開號第103022324號揭示；也有技術是將發光半導體元件設置於基板上且周圍具有框架的指定平面區域內，其中框架直接與基板連接 並圍繞在發光半導體元件周圍以作為封裝膠體的阻擋結構，然後再於發光半導體元件上覆蓋封裝膠體，例如中國發明專利申請公開號第102544325號或美國發明專利公告號第8,373,182號所揭示。

由於發光半導體元件在發光時所產生的熱能會對發光半導體元件的壽命造成影響，因此發光半導體元件通常會直接配置在昂貴的散熱基板上。在先前技術中，因框架或阻擋結構與發光半導體元件配置在同一散熱基板上，故基板需犧牲一部分的面積以設置框架或阻擋結構，甚至基板與框架為一體化，而造成散熱基板的使用浪費；同時由於基板與框架或阻擋結構所形成的空間有限，所以阻擋結構的高度會對焊接發光半導體元件到基板上或發光半導體元件間的打線製程造成影響，且覆蓋封裝膠體時也容易有溢膠的情形產生，故製程上的難度與複雜度增加，對發光裝置的生產良率與成本造成影響。

為克服先前技術的缺點，本發明即提供一種發光裝置及其製造方法，其中，本發明的發光裝置包括第一基板、配置於第一基板上的第二基板、配置於第一基板上且包圍該第二基板的阻擋結構、配置於第二基板上的至少一發光半導體元件、以及配置於發光半導體元件與阻擋結構之間的封裝膠體。阻擋結構在平行於第一基板的一方向上與第二基板相隔一距離R，且封裝膠體的 至少一部分在此距離R內填入該阻擋結構與該第二基板間。

在本發明的一實施例中，上述的距離R在一定範圍內，即0<R≦0.3mm。

在本發明的一實施例中，上述的距離R等於或接近於0.1mm。

在本發明的一實施例中，上述的封裝膠體包圍發光半導體元件並暴露發光半導體元件的發光面。

在本發明的一實施例中，上述的封裝膠體包括反光材料。

在本發明的一實施例中，上述的發光半導體元件具有光波長轉換層。

在本發明的一實施例中，上述的發光半導體元件在與第一基板垂直的方向上具有第一高度H1。阻擋結構在與第一基板垂直的方向上較第二基板高出第二高度H2，其中H1<H2≦(3．H1)。

在本發明的一實施例中，上述的阻擋結構的材料包括光吸收材料。

在本發明的一實施例中，上述的第一基板包括第一基底以及配置於第一基底上的電極圖案。上述的第二基板包括第二基底、配置於第二基底上的導電圖案以及一組導電通孔。這組導電通孔穿設於第二基底並與第一基底上的至少一部分的電極圖案相對。

在本發明的一實施例中，上述的發光半導體元件的第一電極以及第二電極分別設置於發光半導體元件的相對面上。第一 電極以及第二電極其中之一透過導電圖案與這組導電通孔其中之一電性耦接。

在本發明的一實施例中，上述發光半導體元件的第一電極以及第二電極分別設置於發光半導體元件同一側的表面上。第一電極以及第二電極其中之一透過導電圖案與這組導電通孔其中之一電性耦接。

在本發明的一實施例中，上述的第二基板暴露第一基板黏著區。上述的阻擋結構配置於第一基板黏著區上，並暴露上述發光半導體元件的發光面。阻擋結構具有面向第一基板且與第一基板平行的一接合面。上述的發光裝置還包括黏著層，位於接合面與第一基板之間且與接合面以及該第一基板接觸。

本發明還提供一種發光裝置，包括第一基板、配置於第一基板上的第二基板、配置於第一基板上且包圍該第二基板的阻擋結構、配置於第二基板上的至少一發光半導體元件、以及配置於發光半導體元件與阻擋結構之間的封裝膠體。發光半導體元件在與第一基板垂直的方向上具有第一高度H1。阻擋結構在與第一基板垂直的方向上較第二基板高出第二高度H2，其中H1<H2≦(3．H1)。

基於上述，在本發明的發光裝置中，由於阻擋結構是配置在承載發光半導體元件的第二基板旁，即發光裝置是利用第一基板承載阻擋結構，因此第二基板無需預留面積或體積來承載或形成阻擋結構。如此一來，成本高的第二基板使用方式可更有效 率，而縮減用量及材料成本，有助於發光裝置的成本降低。同時，在本發明的發光裝置中，阻擋結構與第二基板間還進一步留有間隔，且透過阻擋結構優化的高度搭配，讓設置發光半導體元件與封裝膠體的製程難度得以簡化，而有助於發光裝置的製造與良率提昇。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧發光裝置

102‧‧‧第一基板

102a‧‧‧黏著區

102b‧‧‧第一基底

102c‧‧‧電極圖案

102d‧‧‧絕緣層

102e‧‧‧凸台部

102f‧‧‧平台部

104‧‧‧第二基板

104a‧‧‧第二基底

104b‧‧‧導電圖案

104c‧‧‧導電通孔

106‧‧‧黏著層

108‧‧‧阻擋結構

108a‧‧‧接合面

108b‧‧‧側面

110‧‧‧發光半導體元件

110a‧‧‧光波長轉換層

110b‧‧‧第二電極

110c‧‧‧發光面

110d‧‧‧第一電極

110e‧‧‧發光層

112‧‧‧封裝膠體

A-A’、B-B’、C-C’‧‧‧剖線

H1、H2‧‧‧高度

L‧‧‧導線

R‧‧‧距離

x、y、z‧‧‧方向

圖1A至圖1E為本發明一實施例的發光裝置在製造流程不同階段的剖面示意圖。

圖2A至圖2E為本發明一實施例的發光裝置在製造流程不同階段的上視示意圖。

圖3為根據圖2B之剖線B-B’繪示的剖面示意圖。

圖4為根據圖2D之剖線C-C’繪示的剖面示意圖。

圖5為根據圖2E之剖線D-D’繪示的剖面示意圖。

圖1A至圖1E為本發明一實施例的發光裝置在製造流程不同階段的剖面示意圖。圖2A至圖2E為本發明一實施例的發光裝置在製造流程不同階段的上視示意圖。特別是，圖1A至圖1E 是對應於圖2A至圖2E的剖線A-A’。請參照圖1A及圖2A，首先，提供第一基板102。第一基板102包括第一基底102b以及配置於第一基底102b上的電極圖案102c(繪示於圖2A)。在本實施例中，為使求本發明的發光裝置有更好的散熱效果，第一基板102可為金屬核心印刷電路板(metal core printed circuit board，MCPCB)。詳言之，第一基底102b的材質可包括金屬，例如銅、鋁、銅合金或鋁合金等。第一基底102b可具有凸台部102e以及平台部102f。平台部102f設置於凸台部102e旁且相對於凸台部102e凹陷，即平台部102f的厚度小於凸台部102e的厚度，但不以此為限，例如在本發明其他的實施例中，平台部102f的厚度亦可大於或等於凸台部102e的厚度。第一基板102更包括絕緣層102d。絕緣層102d配置在第一基底102b的平台部102f上且暴露凸台部102e。部份絕緣層102d夾設於電極圖案102c與第一基底102b之間，以使電極圖案102c與第一基底102b電性絕緣。需說明的是，上述關於第一基板102的描述是用以舉例說明本發明，而非用以限制本發明，在其他實施例中，第一基板102亦可為其他適當形式的電路板。

請參照圖1B及圖2B，接著，接合第一基板102與第二基板104。當第一基板102與第二基板104接合時，第一基板102亦可同時與第二基板104電性連接。以下配合圖3詳細說明之。圖3為根據圖2B之剖線B-B’繪示的剖面示意圖。請參照圖1B、圖21B及圖3，第二基板104包括第二基底104a、配置於第二基底 104a上的導電圖案104b以及至少一組導電通孔104c。每組導電通孔104c可包括一個或多個(二個以上)導電通孔104c。在本實施例中，每組導電通孔104c的多個導電通孔104c分別與發光半導體元件110的第一電極110d以及第二電極110b電性連接(繪於圖2D及圖4)。每一導電通孔104c穿設於第二基底104a中，且電性耦接至導電圖案104b。如圖3所示，當第一基板102與第二基板104接合時，導電通孔104c可與電極圖案102c電性連接，而使第一基板102與第二基板104電性連接。另外，如圖2C所示，在本實施例中，導電圖案104b包括多個ㄣ形圖案緊密相鄰，以及多個L形圖案設置在第二基板104周圍並包圍ㄣ形圖案，如此，發光半導體110即可以最緊密方式配置(繪於圖2D)，而充分利用第二基板104的高導熱功能，同時增加本發明發光裝置的出光強度。

請參照圖1B、圖2B及圖3，在第一基板102與第二基板104接合後，第二基板104配置於第一基板102上且暴露第一基板102的黏著區102a。詳言之，在本實施例中，第二基板104可配置在第一基板102的凸台部102e上，而暴露第一基板102至少部份的平台部102f。配置於第二基板104上的發光半導體元件110(繪於圖1E)可與凸台部102e重疊，因此發光半導體元件110發光時產生的熱能可快速地透過散熱能力佳的第二基板104與凸台部102e傳遞至發光裝置100(繪於圖1E)外，進而延長發光裝置100的使用壽命。在本實施例中，黏著區102a可為環狀區域，例如口 字型區域。第二基板104的第二基底104a的材質可包括藍寶石、矽、碳化矽、金剛石或氮化鋁(AlN)等材料。但本發明不以上述為限，在其他實施例中，黏著區102a的形狀及第二基底104a的材質均可視實際需求做其他適當的設計。

如圖3所示，在第一基板102與第二基板104接合後，第二基板104的導電通孔104c與第一基底102b上的至少一部分的電極圖案102c相對。詳言之，在本實施例中，導電通孔104c可與電極圖案102c在方向y上重疊，其中方向y與第二基底104a垂直。但本發明不以此為限，在其他實施例中，導電通孔104c亦可與電極圖案102c在方向y上不重疊，而透過其他導電構件與電極圖案102c電性連接。

請參照圖1C及圖2C，接著，利用黏著層106將阻擋結構108連接至第一基板102的黏著區102a上。當阻擋結構108連接至第一基板102的黏著區102a後，阻擋結構108配置於第一基板102的黏著區102a上且包圍第二基板104。特別是，阻擋結構108在平行於第一基板102的方向x上與第二基板104相隔一段距離R，其中0<R≦0.3mm。更進一步地說，在本實施例中，距離R可等於或接近於0.1mm，但本發明不以此為限。阻擋結構108具有面向第一基板102且與第一基板102平行的接合面108a。黏著層106位於接合面108a與第一基板102之間且與接合面108a以及第一基板102接觸。在本實施例中，阻擋結構108例如為包圍第二基板104的環狀結構，阻擋結構108的材質例如為絕緣材質， 以保護搭載於第二基板104的發光半導體元件110(繪於圖1E)遭受雷擊與避免靜電擊穿發光半導體元件110。需說明的是，上述阻擋結構108的形狀與材質是用以舉例說明本發明，而非用以限制本發明。此外，在圖1C及圖2C的實施例中，黏著層106例如是與阻擋結構108實質上切齊。然而，本發明不限於此，在其它實施例中，黏著層106亦可能在阻擋結構108與第一基板102連接的過程中受到壓力的作用向外擴展，而向第二基底104a延伸。換言之，本發明並不限定黏著層106一定要與第二基底104a相隔一段距離R，在其他實施例中，黏著層106亦有可能受到壓力的作用延伸至第二基底104a並與第二基底104a接觸。

請參照圖1D及圖2D，接著，將至少一發光半導體元件110固定於第二基板104上並令發光半導體元件110與第二基板104電性連接。詳言之，在本實施例中，發光半導體元件110可具有分別設置於發光半導體元件110的相對二面上的第一電極110d以及第二電極110b。第一電極110d與第二電極110b可分別設置於發光半導體元件110的發光層110e的相對二側，但不以此為限，例如在本發明其他的實施例中，第一電極110d與第二電極110b亦可分別設置於發光半導體元件110同一側的表面上。發光半導體元件110更可選擇性地包括覆蓋發光層110e的光波長轉換層110a(例如螢光層)。第一電極110d以及第二電極110b其中之一(例如第一電極110d)直接接合至導電圖案104b，以和第二基板104電性連接。第一電極110d以及第二電極110b之另一(例如第二電 極110b)可利用導線L電性連接至導電圖案104b，以和第二基板104電性連接。需說明的是，上述之發光半導體元件110的形式以及發光半導體元件110與第二基板104電性連接的方式是用以說明本發明，而非用限制本發明。在其他實施例中，發光半導體元件亦可為其他形式，而製造者可視發光半導體元件的形式利用適當的方法電性連接發光半導體元件110與第二基板104。舉例而言，在其他實施例中，當發光半導體元件的第一電極與第二電極是設置於發光半導體元件的同一側，製造者可進一步利用覆晶的方式電性連接發光半導體元件與第二基板。另外，在本發明其他的實施例中，圖1D及圖2D所揭示的步驟順序可優先於圖1C及圖2C所揭示的步驟，即先在第二基板104上配置發光半導體元件110後，再於第一基板102上配置阻擋結構108，如此，配置發光半導體元件110的製程即不被阻擋結構108的高度所影響。

圖4為根據圖2D之剖線C-C’繪示的剖面示意圖。請參照圖4，在發光半導體元件110與第二基板104電性連接，以及多個發光半導體元件110間以電性串聯或並聯方式連接後，發光半導體元件110可透過導電圖案104b、導電通孔104c及電極圖案102c與用以驅動發光半導體元件110的外部電源電性連接。另外，在發光半導體元件110固定於第二基板104上後，發光半導體元件110被阻擋結構108包圍，且發光半導體元件110的發光面110c被阻擋結構108暴露。在本實施例中，阻擋結構108的材料可包括光吸收材料，且阻擋結構108可高於發光半導體元件110。舉例 而言，發光半導體元件110在與第一基板102垂直的方向y上具有第一高度H1，阻擋結構108在與第一基板102垂直的方向y上較第二基板104高出第二高度H2，其中H1<H2≦(3．H1)。如此一來，發光半導體元件110向其二側發出的大部分光束可被阻擋結構108吸收，進而強化發光裝置100(圖1E)的光源指向性，同時亦不會對在第二基板104上配置發光半導體元件110的製程造成影響。然而，本發明不限於此，在其他實施例中，阻擋結構108的材料以及阻擋結構108相對於發光半導體元件110的高度均可視發光裝置100所欲達成的光學特性做適當的設計。

圖5為根據圖2E之剖線D-D’繪示的剖面示意圖。請參照圖1E、圖2E及圖5，接著，將封裝膠體112充填於阻擋結構108所圍出的區域，包括阻擋結構108與發光半導體元件110之間以及發光半導體元件110之間。在本實施例中，發光裝置100更包括封裝膠體112。封裝膠體112包圍發光半導體元件110並暴露發光半導體元件110的發光面110c。封裝膠體112可選擇性地包括反光材料。具有反光性的封裝膠體112可將發光半導體元件110向其二側發出的部分光束引導至與第一基板102垂直的方向y較為一致的方向，進而提升發光裝置100的指向性。然而，本發明不限於此，在其他實施例中，封裝膠體112的材料是否包括反光材料可視發光裝置100實際的光學需求而定。

值得注意的是，封裝膠體112除了充填於發光半導體元件110與阻擋結構108之間外，且封裝膠體112更填入阻擋結構 108與第二基板104之間。換言之，除了阻擋結構108的面向第一基板102的接合面108a可透黏著層106與第一基板102連接外，阻擋結構108面向第二基板104的側面108b亦可透封裝膠體112與第二基板104連接，因此阻擋結構108較先前技術有更多的固著面積而可更穩固地固定在發光裝置100中。此外，由於阻擋結構108是配置在第二基板104旁，即發光裝置100是利用第一基板102而非用第二基板104承載阻擋結構108，因此第二基板104無需預留承載或形成阻擋結構108的面積或體積。如此一來，第二基板104的用量及材料成本便可縮減，而有助於發光裝置100的成本降低。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧發光裝置

102‧‧‧第一基板

102a‧‧‧黏著區

102b‧‧‧第一基底

102d‧‧‧絕緣層

102e‧‧‧凸台部

102f‧‧‧平台部

104‧‧‧第二基板

104a‧‧‧第二基底

104b‧‧‧導電圖案

106‧‧‧黏著層

108‧‧‧阻擋結構

108a‧‧‧接合面

108b‧‧‧側面

110‧‧‧發光半導體元件

110a‧‧‧光波長轉換層

110b‧‧‧第二電極

110c‧‧‧發光面

110d‧‧‧第一電極

110e‧‧‧發光層

112‧‧‧封裝膠體

A-A’‧‧‧剖線

H1、H2‧‧‧高度

L‧‧‧導線

R‧‧‧距離

x、y、z‧‧‧方向

Claims (13)

1. 一種發光裝置，包括：一第一基板包括一第一基底以及配置於該第一基底上的一電極圖案，該第一基底具有一凸台部以及設置於該凸台部旁的一平台部，該平台部的厚度小於該凸台部的厚度；一第二基板，配置於該第一基板之該凸台部上；一阻擋結構，配置於該第一基板上，且包圍該第二基板；至少一發光半導體元件，配置於該第二基板上；以及一封裝膠體，配置於該發光半導體元件與該阻擋結構之間；其中，該阻擋結構在平行於該第一基板的一方向上與該第二基板相隔一距離R，且該封裝膠體的至少一部分在該距離R內填入該阻擋結構與該第二基板間。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中0<R≦0.3mm。
3. 如申請專利範圍第2項所述的發光裝置，更包含：一絕緣層，配置在該平台部上且暴露該凸台部。
4. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中該封裝膠體包圍該發光半導體元件並暴露該發光半導體元件的一發光面。
5. 如申請專利範圍第4項所述的發光裝置，其中該封裝膠體包括一反光材料。
6. 如申請專利範圍第4項所述的發光裝置，其中該發光半導體元件具有光波長轉換層。
7. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中該發光半導體元件在與該第一基板垂直的一方向上具有一第一高度H1，該阻擋結構在與該第一基板垂直的該方向上較該第二基板高出一第二高度H2，其中H1<H2≦(3．H1)。
8. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中該阻擋結構的材料包括一光吸收材料。
9. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中，該第一基板包括一第一基底，以及一電極圖案配置於該第一基底上；該第二基板包括一第二基底，一導電圖案配置於該第二基底上，以及一組導電通孔，該導電圖案耦接該組導電通孔，該組導電通孔穿設於該第二基底並與該第一基底上的至少一部分的電極圖案相對。
10. 如申請專利範圍第9項所述的發光裝置，其中該發光半導體元件的一第一電極以及一第二電極分別設置於該發光半導體元件的相對二面上，且該第一電極以及該第二電極其中之一透過該導電圖案與該組導電通孔其中之一電性耦接。
11. 如申請專利範圍第9項所述的發光裝置，其中該發光半導體元件的一第一電極以及一第二電極分別設置於該發光半導體元件同一側的表面上，且該第一電極以及該第二電極其中之一透過該導電圖案與該組導電通孔其中之一電性耦接。
12. 如申請專利範圍第1項所述的發光裝置，其中，該第二基板暴露該第一基板的一黏著區，該阻擋結構配置於該黏著區上 並暴露該發光半導體元件的一發光面，且該阻擋結構具有面向該第一基板且與該第一基板平行的一接合面；以及所述的發光裝置還包括一黏著層，位於該接合面與該第一基板之間且與該接合面以及該第一基板接觸。
13. 一種發光裝置，包括：一第一基板包括一第一基底以及配置於該第一基底上的一電極圖案，該第一基底具有一凸台部以及設置於該凸台部旁的一平台部，該平台部的厚度小於該凸台部的厚度；一第二基板，配置於該第一基板之該凸台部上；一阻擋結構，配置於該第一基板上，且包圍該第二基板；至少一發光半導體元件，配置於該第二基板上；以及一封裝膠體，充填於該發光半導體元件與該阻擋結構之間；其中，該發光半導體元件在與該第一基板垂直的一方向上具有一第一高度H1，該阻擋結構在與該第一基板垂直的該方向上較該第二基板高出一第二高度H2，其中H1<H2≦(3．H1)。