專利名稱:發(fā)光二極管光源模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明是有關(guān)于一種光源模塊,且特別是有關(guān)于一種發(fā)光二極管(LED)模塊。
背景技術(shù):
在節(jié)能與環(huán)保的趨勢下,以發(fā)光二極管作為光源的發(fā)光模塊已漸漸取代目前常見 的白熾燈具與熒光燈具。目前,發(fā)光二極管發(fā)光模塊主要是將表面粘著型(SMD)發(fā)光二極 管封裝結(jié)構(gòu)利用表面粘著技術(shù)焊接在電路基板上。透過電路基板提供電源,且經(jīng)由發(fā)光二 極管封裝結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線接腳(Lead Frame)而分別通入發(fā)光二極管芯片的p型電極與n型電 極,可使發(fā)光二極管芯片發(fā)光。然而,傳統(tǒng)發(fā)光二極管芯片大都無法將大部分的輸入電能轉(zhuǎn)換為光能,而多半以 熱能的形式損失,因此存在有轉(zhuǎn)換效率不高的問題。若產(chǎn)生的熱量無法有效排除,將進(jìn)一步 會(huì)使得發(fā)光二極管芯片的接面溫度(Junction Temperature)更加上升,如此不僅會(huì)降低發(fā) 光二極管芯片的發(fā)光效率,更會(huì)造成組件的可靠性不佳。因此,如何解決發(fā)光二極管的散熱 問題,已成為發(fā)光二極管組件的發(fā)展的重要課題。請參照圖1,其是繪示一種傳統(tǒng)發(fā)光二極管發(fā)光模塊的剖面示意圖。此傳統(tǒng)發(fā)光 二極管發(fā)光模塊100是一種表面粘著型高功率發(fā)光二極管發(fā)光模塊。發(fā)光二極管發(fā)光模塊 100主要包括發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)136與電路基板134,其中發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)136主要 包括發(fā)光二極管芯片102、封裝基座104、封裝膠體126與反射層124,其中封裝基座104具 有導(dǎo)線接腳106嵌設(shè)于其中,導(dǎo)線接腳106包括二接腳108與110、以及金屬導(dǎo)熱塊112,金 屬導(dǎo)熱塊112與接腳110電性連接。封裝基座104封裝基座104是利用聚-鄰-苯二甲酰 胺(Polyphthalamide ;PPA)材料射出成型,且具有凹槽118,其中凹槽118暴露出部分的金 屬導(dǎo)熱塊112與部分的接腳108,且反射層124設(shè)置在凹槽118的側(cè)面上。發(fā)光二極管芯 片102則設(shè)置在凹槽118所暴露出的金屬導(dǎo)熱塊112上,其中發(fā)光二極管芯片102的一電 極與金屬導(dǎo)熱塊112電性連接,另一電極則透過導(dǎo)線120而與接腳108電性連接。封裝膠 體126則填入凹槽118中,并覆蓋發(fā)光二極管芯片102、導(dǎo)線120、與凹槽118所暴露出的導(dǎo) 線接腳106,其中為提供所需的色光,封裝膠體126中還可摻有熒光粉122。電路基板134主要包括載板128、絕緣層130與電路層132,其中絕緣層130夾設(shè) 在電路層132與載板128之間,以電性隔離載板128與電路層132。電路基板134可為金屬 核心印刷電路板(Metal Core PCB ;MCPCB),且載板128 —般可為鋁基板;電路基板134亦 可為FR4銅箔基板。發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)136則設(shè)置在電路基板134上,其中導(dǎo)腳108與 110分別透過焊錫114而與電路基板134上的電路層132電性連接,且金屬導(dǎo)熱塊112透過 焊錫116而與電路基板134的載板128接合,以利傳導(dǎo)發(fā)光二極管芯片102所發(fā)出的熱。為了提高發(fā)光二極管發(fā)光模塊100的散熱效率,在此發(fā)光二極管發(fā)光模塊100中, 發(fā)光二極管芯片102接合于導(dǎo)線接腳106的金屬導(dǎo)熱塊112上,以通過金屬導(dǎo)熱塊112將 發(fā)光二極管芯片102所產(chǎn)生的熱直接向下導(dǎo)出至下方的電路基板134的載板128,而透過由 鋁基板所構(gòu)成的載板128可使發(fā)光二極管發(fā)光模塊100獲得較佳的散熱效果。
然而,此傳統(tǒng)的發(fā)光二極管發(fā)光模塊100的發(fā)光二極管芯片102需透過封裝廠將 其封裝至聚-鄰-苯二甲酰胺的封裝基座104上,再送至表面粘著式科技(Surface Mounted Technology ;SMT)封裝廠進(jìn)行發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)136與電路基板134的接合。而且,導(dǎo) 線接腳106需額外制作金屬導(dǎo)熱塊112,因此導(dǎo)線接腳106的厚度不均且厚度差異過大,因 而不僅會(huì)使得導(dǎo)線接腳106的制程復(fù)雜,更會(huì)產(chǎn)生殘料問題。這些封裝與制作程序均會(huì)使 得發(fā)光二極管發(fā)光模塊100的制程過于繁復(fù)。其次,發(fā)光二極管芯片102與金屬導(dǎo)熱塊112 之間通常是以銀膠接合,因此發(fā)光二極管芯片102的熱量傳遞會(huì)受限于銀膠的導(dǎo)熱能力, 而導(dǎo)致散熱效果不佳。此外,當(dāng)電路基板134采用FR4基板時(shí),因FR4基板的散熱系數(shù)低, 將導(dǎo)致發(fā)光二極管發(fā)光模塊100的散熱效果不佳;而當(dāng)電路基板134采用金屬核心印刷電 路板時(shí),因金屬核心印刷電路板的制程復(fù)雜,因此電路基板134的成本高。再者,利用表面 粘著技術(shù)接合發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)136的導(dǎo)線接腳106與電路基板134的電路層132時(shí), 在接合后的回火制程后,極易造成兩個(gè)接腳108與110的焊錫114不均,而導(dǎo)致發(fā)光二極管 封裝結(jié)構(gòu)136歪斜,進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)136的共線性不佳,影響發(fā)光二極管發(fā)光 模塊100的發(fā)光均勻度。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明的目的就是在提供一種發(fā)光二極管光源模塊,其發(fā)光二極管芯片是 嵌入導(dǎo)熱基板中,因而與導(dǎo)熱基板之間的接觸面積得以增加,再加上導(dǎo)熱基板的體積遠(yuǎn)大 于發(fā)光二極管芯片,而且無需利用傳統(tǒng)的銀膠來固定發(fā)光二極管芯片,故發(fā)光二極管芯片 所產(chǎn)生的熱可更為迅速地傳導(dǎo)至外界,而可有效解決高功率發(fā)光二極管芯片因芯片過熱而 導(dǎo)致每瓦輸出的光通量降低的情形。本發(fā)明的另一目的是在提供一種發(fā)光二極管光源模塊,其在制作上是直接將發(fā)光 二極管芯片整合至導(dǎo)熱基板,且利用薄膜沉積、光刻與蝕刻等半導(dǎo)體制作技術(shù)來結(jié)合已知 技術(shù)的導(dǎo)線接合(Wire Bonding)與電路積板上的接線電路。因此,無需利用聚-鄰-苯二 甲酰胺等材料來制作發(fā)光二極管的封裝基座,也無需制作傳統(tǒng)的導(dǎo)線接腳,更無需進(jìn)行將 封裝基座與導(dǎo)線接腳組合的制程。故,相較于傳統(tǒng)技術(shù),本發(fā)明具有制程簡化與成本降低的 極佳優(yōu)勢。本發(fā)明的又一目的是在提供一種發(fā)光二極管光源模塊,其是以批次方式注入封裝 膠體于透光基板與導(dǎo)熱基板之間,此外熒光層亦可利用旋轉(zhuǎn)涂布方式整層涂布于透光基板 上、或利用網(wǎng)板印刷局部涂布于透光基板上,因此相較于傳統(tǒng)發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu),本發(fā) 明無需逐顆進(jìn)行封裝,如此一來,熒光層與封裝膠體的厚度均可整層控制,故不僅可增加制 程的均勻性,更可有效簡化封裝制程,大幅縮減封裝時(shí)間。本發(fā)明的再一目的是在提供一種發(fā)光二極管光源模塊,其透光基板上可制作光學(xué) 結(jié)構(gòu),因此透光基板除了可保護(hù)下方的發(fā)光二極管芯片,更可透過設(shè)計(jì)透光基板的光學(xué)結(jié) 構(gòu)來提升光學(xué)效果,例如提高光輸出效率、提升光的均勻性、與縮短混光距離等。此外,可在 發(fā)光二極管芯片的出光側(cè)配置反射層,因此可有效提升光輸出效率。本發(fā)明的再一目的是在提供一種發(fā)光二極管光源模塊,其無需利用傳統(tǒng)導(dǎo)線接腳 來接合發(fā)光二極管裝結(jié)構(gòu),因此可避免因?qū)Ь€接腳回焊制程的焊錫不均所造成的發(fā)光二極 管芯片共線性不佳的問題。
根據(jù)本發(fā)明的上述目的,提出一種發(fā)光二極管光源模塊,至少包含一導(dǎo)熱基板, 其中導(dǎo)熱基板的一表面包含多個(gè)凹槽;多個(gè)發(fā)光二極管芯片分別設(shè)在前述的凹槽中;至少 一絕緣層設(shè)于前述凹槽外的導(dǎo)熱基板的表面上;至少一導(dǎo)電層設(shè)于絕緣層上,其中這些發(fā) 光二極管芯片與導(dǎo)電層電性連接;一封裝膠體層覆蓋在前述的發(fā)光二極管芯片、導(dǎo)電層與 絕緣層上;以及一透光基板設(shè)于封裝膠體層上。依照本發(fā)明的一較佳實(shí)施例,上述的發(fā)光二極管芯片嵌設(shè)在導(dǎo)熱基板的表面的凹 槽中。依照本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例,上述的發(fā)光二極管芯片設(shè)于每一凹槽的底面上且 與每一凹槽的側(cè)面分開。此外,每一凹槽較佳可呈碗狀。依照本發(fā)明的又一較佳實(shí)施例,上述的發(fā)光二極管光源模塊還至少包括一熒光層 設(shè)于發(fā)光二極管芯片與透光基板之間。由上述實(shí)施例可知,本發(fā)明的一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)楸景l(fā)明的發(fā)光二極管光源模塊的發(fā) 光二極管芯片是嵌入導(dǎo)熱基板中,因而與導(dǎo)熱基板之間的接觸面積得以增加,再加上導(dǎo)熱 基板的體積遠(yuǎn)大于發(fā)光二極管芯片,而且無需利用傳統(tǒng)的銀膠來固定發(fā)光二極管芯片,因 此發(fā)光二極管芯片所產(chǎn)生的熱可更為迅速地傳導(dǎo)至外界,而可有效解決高功率發(fā)光二極管 芯片因芯片過熱而導(dǎo)致每瓦輸出的光通量降低的情形。由上述實(shí)施例可知,本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)楸景l(fā)明的發(fā)光二極管光源模塊在 制作上是直接將發(fā)光二極管芯片整合至導(dǎo)熱基板,且利用薄膜沉積、光刻與蝕刻等半導(dǎo)體 制作技術(shù)來結(jié)合已知技術(shù)的導(dǎo)線接合與電路積板上的接線電路。因此,無需利用聚_鄰-苯 二甲酰胺等材料來制作發(fā)光二極管的封裝基座,也無需制作傳統(tǒng)的導(dǎo)線接腳,更無需進(jìn)行 將封裝基座與導(dǎo)線接腳組合的制程。故,相較于傳統(tǒng)技術(shù),本發(fā)明具有制程簡化與成本降低 的極佳優(yōu)勢。由上述實(shí)施例可知,本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)楸景l(fā)明的發(fā)光二極管光源模塊是 以批次方式注入封裝膠體于透光基板與導(dǎo)熱基板之間,此外熒光層亦可利用旋轉(zhuǎn)涂布方式 整層涂布于透光基板上、或利用網(wǎng)板印刷局部涂布于透光基板上,因此相較于傳統(tǒng)發(fā)光二 極管的封裝結(jié)構(gòu),本發(fā)明無需逐顆進(jìn)行封裝,如此一來,熒光層與封裝膠體的厚度均可整層 控制,故不僅可增加制程的均勻性,更可有效簡化封裝制程,大幅縮減封裝時(shí)間。由上述實(shí)施例可知,本發(fā)明的再一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)楸景l(fā)明的發(fā)光二極管光源模塊的 透光基板上可制作光學(xué)結(jié)構(gòu),因此透光基板除了可保護(hù)下方的發(fā)光二極管芯片,更可透過 設(shè)計(jì)透光基板的光學(xué)結(jié)構(gòu)來提升光學(xué)效果,例如提高光輸出效率、提升光的均勻性、與縮短 混光距離等。此外,可在發(fā)光二極管芯片的出光側(cè)配置反射層,因此可有效提升光輸出效 率。由上述實(shí)施例可知,本發(fā)明的再一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)楸景l(fā)明的發(fā)光二極管光源模塊無 需利用傳統(tǒng)導(dǎo)線接腳來接合發(fā)光二極管裝結(jié)構(gòu),因此可避免因?qū)Ь€接腳回焊制程的焊錫不 均所造成的發(fā)光二極管芯片共線性不佳的問題。
圖1是繪示一種傳統(tǒng)發(fā)光二極管發(fā)光模塊的剖面示意圖;圖2是繪示依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種發(fā)光二極管光源模塊的立體透視圖3A是繪示依照本發(fā)明的--種較佳實(shí)施例的發(fā)光二極管光源模塊的連接線路示意圖3B是繪示依照本發(fā)明的另一種較佳實(shí)施例的發(fā)光二極管光源模塊的連接線路示意圖,
閱圖4是繪示依照本發(fā)明另--較佳實(shí)施例的一種發(fā)光二極管光源模塊的剖面示意
圖5A是繪示依照本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例的--種發(fā)光二極管光源模塊的立體透視圖5B是繪示依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種發(fā)光二極管光源模塊的局部放大剖面圖。
主要組件符號(hào)說明
100 發(fā)光二極管:發(fā)光模塊102 發(fā)光二極管芯片
104 封裝基座106 導(dǎo)線接腳
108 接腳110 接腳
112 金屬導(dǎo)熱塊114 焊錫
116 焊錫118 凹槽
120 導(dǎo)線122 熒光粉
124 反射層126 封裝膠體
128 載板130 絕緣層
132 電路層134 電路基板
136 發(fā)光二極管:封裝結(jié)構(gòu)200 發(fā)光二極管光源模塊
200a,發(fā)光二極1_光源模塊200b 發(fā)光二極■f光源模塊
200c發(fā)光二極1_光源模塊200d 發(fā)光二極■f光源模塊
202 導(dǎo)熱基板202a 導(dǎo)熱基板
204 表面204a 表面
206 發(fā)光二極管:芯片206a 發(fā)光二極■f芯片
206b| 發(fā)光二極1,芯片206c 發(fā)光二極■f芯片
206d1 發(fā)光二極1■芯片208 封裝膠體層
210 透光基板210a 透光基板
212 金屬基板214 導(dǎo)電復(fù)合層
216 凹槽218 絕緣層
220 反射層222 基板
224 第一電性半導(dǎo)體層226 發(fā)光層
228 第二電性半導(dǎo)體層230 第二電極
232 第一電極234 電路
236 電路238 導(dǎo)線
240 導(dǎo)線242 底面
244 熒光層244a 熒光層
246 抗反射層248 光學(xué)結(jié)構(gòu)
250:導(dǎo)電層250b:導(dǎo)電層254 絕緣層258:導(dǎo)電層262:導(dǎo)電層266:凹槽270 側(cè)面
250a 導(dǎo)電層 252 絕緣層 256 絕緣層 260 導(dǎo)電層
264 共晶接合層
268 反射層 272 底面
具體實(shí)施例方式請參照圖2A與圖2B,其是分別繪示依照本發(fā)明一較佳實(shí)施例的一種發(fā)光二極管 光源模塊的立體透視圖、與局部放大剖面圖。在一示范實(shí)施例中,發(fā)光二極管光源模塊200 至少包含導(dǎo)熱基板202、數(shù)個(gè)發(fā)光二極管芯片206、一或多層絕緣層218、一或多層導(dǎo)電層 250、封裝膠體層208與透光基板210。這些發(fā)光二極管芯片206可依應(yīng)用實(shí)際需求來加以 排列,因而可為均勻排列或不均勻排列。在一實(shí)施例中,這些發(fā)光二極管芯片206為水平電極式發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。其中,每 個(gè)發(fā)光二極管芯片206主要包含基板222、第一電性半導(dǎo)體層224、發(fā)光層226、第二電性半 導(dǎo)體層228、第一電極232與第二電極230。在發(fā)光二極管芯片206中,第一電性半導(dǎo)體層 224、發(fā)光層226與第二電性半導(dǎo)體層228可以例如磊晶成長方式而依序形成并堆疊于基板 222上;再利用例如光刻與蝕刻技術(shù)進(jìn)行定義,以移除部分的第二電性半導(dǎo)體層228與發(fā)光 層226,并暴露出部分的第一電性半導(dǎo)體層224,因而經(jīng)定義后,發(fā)光層226位于部分的第一 電性半導(dǎo)體層224上,第二電性半導(dǎo)體層228位于發(fā)光層226上,其中第一電性與第二電性 為不同電性,例如其中之一為P型,另一為n型;接著分別設(shè)置第一電極232于第一電性半 導(dǎo)體層224的暴露部分上、以及第二電極230于第二電性半導(dǎo)體層228上?;?22例如 采用可透光基板,例如為藍(lán)寶石基板,第一電性半導(dǎo)體層224、發(fā)光層226與第二電性半導(dǎo) 體層228可例如為氮化鎵系列(GaN Based)材料。在一些實(shí)施例中,為增加光取出效率,可 選擇性地在基板222的底面上設(shè)置反射層220,如圖2B所示。在另一些實(shí)施例中,可選擇性 地設(shè)置透光導(dǎo)電層(未繪示)于第二電性半導(dǎo)體層228與第二電極230之間,以使發(fā)光二 極管結(jié)構(gòu)獲得較佳的電流分布與發(fā)光效率,其中此透光導(dǎo)電層可例如為氧化銦錫或薄膜金 屬層。在其它實(shí)施例中,發(fā)光二極管芯片亦可采用垂直電極式發(fā)光二極管,亦即發(fā)光二 極管的不同電性的第一電極與第二電極分別設(shè)于基板的相對(duì)二側(cè)。在另一實(shí)施例中,發(fā)光 二極管芯片可具有覆晶(Flip-chip)結(jié)構(gòu)而以覆晶方式設(shè)置在導(dǎo)熱基板上。導(dǎo)熱基板202可為單一層結(jié)構(gòu)或多層堆疊的復(fù)合結(jié)構(gòu)。如圖2B所示,在本示范實(shí) 施例中,導(dǎo)熱基板202是一復(fù)合結(jié)構(gòu),而至少包含金屬基板212及導(dǎo)電復(fù)合層214,其中導(dǎo)電 復(fù)合層214設(shè)置在金屬基板212上。金屬基板212的材料例如可為銅(Cu)或鋁(A1)。導(dǎo) 電復(fù)合層214的材料例如可為氧化銦錫(IT0)、金(Au)、銀(Ag)、鉬(Pt)、鈀(Pd)、鎳(Ni)、 鉻(Cr)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鋁、銦(In)、鎢(W)、銅,或者含鎳、含鉻、含鈦、含鉭、含鋁、含銦、含 鎢或含銅的合金。在一示范實(shí)施例中,導(dǎo)電復(fù)合層214的厚度例如可小于實(shí)質(zhì)3 ym。導(dǎo)熱 基板202的表面204可包含有多個(gè)凹槽216,其中發(fā)光二極管芯片206分別對(duì)應(yīng)設(shè)置在導(dǎo)熱基板202的表面204上的這些凹槽216中。在一示范實(shí)施例中,發(fā)光二極管芯片206是分別對(duì)應(yīng)嵌設(shè)在導(dǎo)熱基板202的表 面204的凹槽216中。在本示范實(shí)施例中,可先對(duì)發(fā)光二極管芯片206進(jìn)行必要的保護(hù) 措施后,例如遮覆住第一電性半導(dǎo)體層224、發(fā)光層226、第二電性半導(dǎo)體層228、第一電極 232與第二電極230后,再利用例如涂布、蒸鍍(Evaporate)、濺鍍(Sputtering)或無電鍍 (Electroless Plating)方式形成導(dǎo)電復(fù)合層214于發(fā)光二極管芯片206的背面上,接著以 電鍍方式形成金屬基板212于發(fā)光二極管芯片206背面的導(dǎo)電復(fù)合層214上,而完成導(dǎo)熱 基板202的制作。由于導(dǎo)電復(fù)合層214是形成在發(fā)光二極管芯片206的背面上,因此在發(fā) 光二極管光源模塊200中,發(fā)光二極管芯片206是設(shè)置在導(dǎo)電復(fù)合層214上。此外,由于金 屬基板212是利用電鍍方式制作,因此金屬基板212是一電鍍基板且以電鍍接合方式固定 在發(fā)光二極管芯片206的底部下。在發(fā)光二極管光源模塊200中,由于每個(gè)發(fā)光二極管芯片206是局部嵌入導(dǎo)熱基 板202中,因此發(fā)光二極管芯片206與導(dǎo)熱基板202之間的接觸面積增加,且發(fā)光二極管芯 片206無需透過銀膠等導(dǎo)熱膠來固定在導(dǎo)熱基板202上,再加上導(dǎo)熱基板202的體積遠(yuǎn)大 于發(fā)光二極管芯片206,因此可將發(fā)光二極管芯片206所產(chǎn)生的熱迅速地傳導(dǎo)至外界,而可 有效解決發(fā)光二極管芯片206因芯片過熱而導(dǎo)致每瓦輸出的光通量降低。接下來,利用例如沉積方式形成絕緣層218于導(dǎo)熱基板202的凹槽216外的表面 204上,其中絕緣層218的材料例如可為二氧化硅(Si02)或氮化硅(SiNx)。在一示范實(shí)施 例中,如圖2B所示,發(fā)光二極管芯片206的第一電性半導(dǎo)體層224可與絕緣層218約略同 高,如此可有利于發(fā)光二極管芯片206的第一電極232與后續(xù)形成的導(dǎo)電層250的電路236 間的電性連接,甚至可同時(shí)進(jìn)行導(dǎo)電層250的電路236與發(fā)光二極管芯片206的第一電極 232的制作。接著,利用例如沉積技術(shù)形成導(dǎo)電層250于絕緣層218上,其中導(dǎo)電層250包含利 用例如光刻與蝕刻等圖案定義技術(shù)所定義出的電路234與236,這些電路234與236為發(fā)光 二極管光源模塊200中的發(fā)光二極管芯片206之間的連接線路。在本示范實(shí)施例中,可利 用例如導(dǎo)線接合(Wire Bonding)方式,而通過導(dǎo)線238與240來分別電性連接每個(gè)發(fā)光二 極管芯片206的第二電極230與電路234、以及第一電極232與電路236,值得注意的是,第 一電極232與電路236也可以利用光刻與蝕刻等圖案定義技術(shù)直接定義為電性連接的圖案 (未繪示),而不需以導(dǎo)線240來作電性連接。在其它實(shí)施例中,可利用覆晶接合來進(jìn)行發(fā) 光二極管芯片206與導(dǎo)電層360之間的電性連接。依產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求,本發(fā)明的發(fā)光二極管光源模塊的導(dǎo)線連接方式可例如為串_并 ^ (Series-parallel Connection)電足各或并—串聯(lián)(Parallel—serial Connection)電足各。 請參照圖3A與圖3B,其是分別繪示依照本發(fā)明的二種較佳實(shí)施例的發(fā)光二極管光源模塊 的連接線路示意圖。在發(fā)光二極管光源模塊200a中,每一行導(dǎo)線層250a為不連續(xù)狀,而發(fā) 光二極管芯片206的連接方式為串-并聯(lián)方式,亦即發(fā)光二極管芯片206先串聯(lián)成數(shù)列,這 幾列串聯(lián)的發(fā)光二極管芯片206再并聯(lián),如圖3A。在發(fā)光二極管光源模塊200b中,每一行 導(dǎo)線層250b為連續(xù)狀,而發(fā)光二極管芯片206的連接方式為并_串聯(lián)方式,亦即發(fā)光二極 管芯片206先并聯(lián)成數(shù)行,這幾行并聯(lián)的發(fā)光二極管芯片206再串聯(lián),如圖3B。在發(fā)光二極 管光源模塊200b中,當(dāng)其中一顆發(fā)光二極管芯片206損壞時(shí),并不影響其它發(fā)光二極管芯片206的運(yùn)轉(zhuǎn)。透光基板210可例如為玻璃基板或光學(xué)級(jí)的聚碳酸酯(Polycarbonate ;PC)板。 透光基板210可僅為一透光平板,而不具有額外設(shè)置的光學(xué)結(jié)構(gòu)。在一示范實(shí)施例中,透光 基板210可依設(shè)計(jì)需求而設(shè)有光學(xué)結(jié)構(gòu)248,其中此光學(xué)結(jié)構(gòu)248可包含多個(gè)凸透鏡或數(shù)個(gè) 棱鏡等,或者可包含一表面噴沙結(jié)構(gòu)等散射結(jié)構(gòu),以增進(jìn)光輸出效果,例如提高光輸出均勻 度或提供防眩光效果。發(fā)光二極管光源模塊200可依設(shè)計(jì)需求而選擇性地設(shè)置熒光層,亦可不設(shè)置熒光 層。例如,針對(duì)白光光源模塊上的應(yīng)用,若所采用的發(fā)光二極管芯片206包含紅色、綠色與 藍(lán)色發(fā)光二極管芯片,則可直接由紅色、綠色與藍(lán)色發(fā)光二極管芯片混光形成白光,而無需 另外涂布熒光層。此外,在不需要發(fā)出自光的光源模塊中,亦可不需要涂布熒光粉,而以發(fā) 光二極管芯片206本身所發(fā)出的色光來作為發(fā)光二極管光源模塊200的出光。在一示范實(shí) 施例中,發(fā)光二極管光源模塊200包含熒光層244設(shè)置在發(fā)光二極管芯片206與透光基板 210之間,例如設(shè)置在透光基板210的底面242上并與發(fā)光二極管芯片206相面對(duì),如圖2B 所示。熒光層244可依實(shí)際設(shè)計(jì)需求而全面性涂布透光基板210的底面242。另一方面,為 節(jié)省熒光粉材料的使用,熒光層244亦可局部性地涂布在透光基板210的底面242,例如可 僅在發(fā)光二極管芯片206的主要發(fā)光范圍內(nèi)涂布熒光層244,只要能使發(fā)光二極管芯片206 發(fā)出的光可以與熒光層244中的熒光粉充分進(jìn)行波長轉(zhuǎn)換(Wave Conversion)即可。舉例 而言,在白光光源模塊的應(yīng)用上,當(dāng)發(fā)光二極管芯片206發(fā)出藍(lán)光波段時(shí),可利用旋轉(zhuǎn)涂布 (SpinCoating)方式,在透光基板210的底面242上全面性地涂布黃色熒光層,例如釔鋁石 榴石系(YAG)或堿土金屬硅酸鹽系(B0SE)熒光粉,或者紅色與綠色混合的熒光粉。發(fā)光二極管光源模塊200亦可根據(jù)實(shí)際上的設(shè)計(jì)需求而選擇性地設(shè)置抗反射層 246,借以使發(fā)光二極管芯片206所發(fā)出的光通過抗反射層246而不致產(chǎn)生反射現(xiàn)象,而可 減少光損失。在一示范實(shí)施例中,如圖2B所示,抗反射層246覆蓋在透光基板210的底面 242上方的熒光層244上,因而熒光層244夾設(shè)在透光基板210的底面242與抗反射層246 之間。在另一實(shí)施例中,抗反射層246與熒光層244形成在透光基板210的底面242的順 序可對(duì)調(diào),亦即先形成抗反射層246覆蓋透光基板210的底面242上、再形成熒光層244覆 蓋在抗反射層246上,而使抗反射層246夾設(shè)在透光基板210的底面242與熒光層244之 間,如此的安排也同樣具有可減少反射光損失的功效。在其它實(shí)施例中,熒光層244亦可直 接覆蓋在發(fā)光二極管芯片206與導(dǎo)熱基板202上,而此時(shí)的抗反射層246可設(shè)置在透光基 板210的底面242上。接著,將透光基板210與其上設(shè)有發(fā)光二極管芯片206的導(dǎo)熱基板202對(duì)位組合, 再在透光基板210與導(dǎo)熱基板202之間的間隙中注入封裝膠材,例如硅膠(Silicone)或環(huán) 氧樹脂,以形成封裝膠體層208,借以密封發(fā)光二極管芯片206、以及結(jié)合導(dǎo)熱基板202與 透光基板210,其中通過封裝膠體層208的密封,可防止水氣等滲入而影響發(fā)光二極管芯片 206的壽命。如此一來,封裝膠體層208覆蓋在發(fā)光二極管芯片206、導(dǎo)電層250的電路234 與236、以及暴露出的絕緣層218上,而透光基板210則位于封裝膠體層208之上。如圖2B 所示,在一示范實(shí)施例中,透光基板210上的光學(xué)結(jié)構(gòu)248包含數(shù)個(gè)凸透鏡,因此封裝膠體 層208的厚度較佳是使得發(fā)光二極管芯片206約略位于透光基板210上的凸透鏡的焦點(diǎn)的 位置,以利獲得較佳的出光均勻性。然而,在其它實(shí)施例中,以實(shí)際上均勻的出光效果為調(diào)整基準(zhǔn),發(fā)光二極管芯片206亦可位于透光基板210上的凸透鏡的焦距內(nèi)或焦距外,并不特 別以位于透光基板210上的凸透鏡的焦點(diǎn)為限。本發(fā)明的發(fā)光二極管光源模塊可包含多層的絕緣層與導(dǎo)電層,以提供更復(fù)雜的電 路設(shè)計(jì)。請參照圖4,其是繪示依照本發(fā)明另一較佳實(shí)施例的一種發(fā)光二極管光源模塊的 剖面示意圖。在另一示范實(shí)施例中,發(fā)光二極管光源模塊200c的架構(gòu)與前述的發(fā)光二極管 光源模塊200大致相同,最大的差異為發(fā)光二極管光源模塊200c包含至少一紅色發(fā)光二極 管芯片206a、至少一綠色發(fā)光二極管芯片206b與至少一藍(lán)色發(fā)光二極管芯片206c,且發(fā) 光二極管光源模塊200c包含多層堆疊的絕緣層252、254與256、以及多個(gè)導(dǎo)電層258、260 與262。在發(fā)光二極管光源模塊200c中,導(dǎo)熱基板202上同時(shí)設(shè)置有紅色發(fā)光二極管芯片 206a、綠色發(fā)光二極管芯片206b與藍(lán)色發(fā)光二極管芯片206c,由于紅色、綠色發(fā)光二極管 芯片一般分別具有不同的順向電壓(Vf),因此可針對(duì)不同發(fā)光二極管芯片而于這些絕緣層 252,254與256中分別設(shè)計(jì)獨(dú)立的電路。在一示范實(shí)施例中,絕緣層252設(shè)置在導(dǎo)熱基板 202上,絕緣層254疊設(shè)在絕緣層252上,絕緣層256則疊設(shè)在絕緣層254上,而導(dǎo)電層258 設(shè)置在絕緣層252上并與藍(lán)色發(fā)光二極管芯片206c電性連接,導(dǎo)電層260設(shè)置在絕緣層 254上并與綠色發(fā)光二極管芯片206b電性連接,而導(dǎo)電層262則設(shè)置在絕緣層256上且與 紅色發(fā)光二極管芯片206a。通過多層絕緣層252、254與256、以及多層導(dǎo)電層258、260與 262的設(shè)計(jì),可提供分層電路設(shè)計(jì),使紅色發(fā)光二極管芯片206a、綠色發(fā)光二極管芯片206b 與藍(lán)色發(fā)光二極管芯片206c具有分層的獨(dú)立電路。值得注意的一點(diǎn)是,在本示范實(shí)施例中,絕緣層252、254與256、以及導(dǎo)電層258、 260與262,甚至是發(fā)光二極管芯片206a、206b與206c的電極均可利用半導(dǎo)體制程中的薄 膜沉積、光刻與蝕刻等技術(shù)來加以制作,如此可進(jìn)一步整合光源模塊的制程,并可取代原先 利用金屬導(dǎo)線連接電極的制程,達(dá)到減少制程步驟的效果。請參照圖5A與圖5B,其是分別繪示依照本發(fā)明的另一較佳實(shí)施例的一種發(fā)光二 極管光源模塊的立體透視圖、與局部放大剖面圖。在本示范實(shí)施例中,發(fā)光二極管光源模塊 200d與上述的發(fā)光二極管光源200類似,主要的差異在于發(fā)光二極管光源模塊200d的導(dǎo) 熱基板202a的表面204a具有多個(gè)深度較大的凹槽266,且發(fā)光二極管芯片206d完全對(duì)應(yīng) 設(shè)置在這些凹槽266中,而非如發(fā)光二極管芯片206僅有部分嵌設(shè)于導(dǎo)熱基板202中。其 中,如圖5B所示,每個(gè)發(fā)光二極管芯片206d是設(shè)置在導(dǎo)熱基板202a的凹槽266的底面272 上,且與導(dǎo)熱基板202a的凹槽266的側(cè)面270分開。在一實(shí)施例中,導(dǎo)熱基板202a的表面 204a上的凹槽266可例如呈碗狀結(jié)構(gòu),以利反射發(fā)光二極管芯片206d所發(fā)出的側(cè)向光。在一示范實(shí)施例中,制作導(dǎo)熱基板202a時(shí),可提供具有多個(gè)凸出部的模具(未繪 示),再利用例如電鍍方式在模具上鍍上導(dǎo)熱材料,例如銅或鋁,接著將模具與導(dǎo)熱鍍膜分 開,即完成具有多個(gè)凹槽266的導(dǎo)熱基板202a。因此,導(dǎo)熱基板202a可例如為一體成型結(jié) 構(gòu),以提供發(fā)光二極管光源模塊200d較大的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在一實(shí)施例中,可在導(dǎo)熱基板202a 制作完成后,選擇性地沉積反射層268覆蓋在導(dǎo)熱基板202a的表面204a、以及每個(gè)凹槽 266的底面272與側(cè)面270上。其中,反射層268的材料可例如為鋁或銀等反射率良好的金 屬層,以提高發(fā)光二極管芯片206d的光取出效率。其次,發(fā)光二極管光源模塊200d的熒光層244a是設(shè)置在導(dǎo)熱基板202a的表面 204a上并填入凹槽266中,且直接覆蓋住發(fā)光二極管芯片206d、導(dǎo)線238與240、以及導(dǎo)電層250的電路234與236。其中,熒光層244a可利用例如點(diǎn)膠方式局部涂布于導(dǎo)熱基板202a 的凹槽266上,亦可為整層涂布于導(dǎo)熱基板202a的表面204a上。熒光層244a的材料與上 述實(shí)施例的熒光層244類似,故在此不再贅述。此外,發(fā)光二極管光源模塊200d的透光基板210a可例如為玻璃基板或光學(xué)級(jí)聚 碳酸酯板,其中此透光基板210a為平板狀結(jié)構(gòu)而并未設(shè)有光學(xué)結(jié)構(gòu)。在一實(shí)施例中,透光 基板210a的底面上可選擇性地設(shè)置抗反射層246,以增加發(fā)光二極管芯片206d的光取出效率。在本示范實(shí)施例中,發(fā)光二極管芯片206d與上述實(shí)施例的發(fā)光二極管芯片206相 同為一水平電極式發(fā)光二極管芯片,然亦可采用垂直電極式發(fā)光二極管芯片、或具有覆晶 結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片。在每個(gè)發(fā)光二極管芯片206d中,第一電性半導(dǎo)體層224疊設(shè)在基板 222上,發(fā)光層226與第二電性半導(dǎo)體層228則依序堆疊于部分的第一電性半導(dǎo)體層224 上,第一電極232設(shè)于第一電性半導(dǎo)體層224的暴露部分上,而第二電極230則設(shè)于第二電 性半導(dǎo)體層228上。在一實(shí)施例中,可選擇性地設(shè)置共晶接合層264覆蓋在基板222的底 面上,以利這些發(fā)光二極管芯片206d與導(dǎo)熱基板202a透過共晶方式來接合。其中,共晶接 合層264可為單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu),例如為錫/鉍(Sn/Bi)結(jié)構(gòu)、錫/鉍/銀(Sn/Bi/Ag) 結(jié)構(gòu)、或錫/銀(Sn/Ag)結(jié)構(gòu)。將這些發(fā)光二極管芯片206d固定在導(dǎo)熱基板202a的凹槽 266的底面272上時(shí),可先將發(fā)光二極管芯片206d對(duì)應(yīng)設(shè)置在導(dǎo)熱基板202a的凹槽266的 底面272上,再利用例如低溫的紅外線回焊(IR Reflow)制程,例如可在約200°C的溫度下 進(jìn)行少于7分鐘的回焊過程,借以使共晶接合層264與下方的金屬導(dǎo)熱基板202a或金屬反 射層268形成共晶結(jié)構(gòu),而使發(fā)光二極管芯片206d直接固定在金屬導(dǎo)熱基板202a或金屬 反射層268上。由于本示范實(shí)施例是利用共晶接合層264與回焊制程來固定發(fā)光二極管芯片 206d于導(dǎo)熱基板202a上,而無需利用傳統(tǒng)的銀膠加熱固定制程。由于傳統(tǒng)銀膠加熱固定 制程的加熱溫度高于200°C,且時(shí)間長達(dá)30分鐘至2小時(shí),因此本實(shí)施例可避免傳統(tǒng)銀膠 加熱制程對(duì)發(fā)光二極管芯片206d所造成的熱損害。此外,共晶接合層264的熱阻抗較銀膠 低,因此可更迅速地將發(fā)光二極管芯片206d所產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)至導(dǎo)熱基板202a后再傳遞至 外界。在本示范實(shí)施例的發(fā)光二極管光源模塊200d中,絕緣層218、導(dǎo)電層250、封裝膠 體層208的設(shè)置位置、制作方式與材料,發(fā)光二極管芯片206d與導(dǎo)電層250的電路234和 236間的電性連接方式,以及透光基板210a與導(dǎo)熱基板202a之間的組合方式,均與上述發(fā) 光二極管光源模塊200相同,故在此不再贅述。上述實(shí)施例的發(fā)光二極管光源模塊200a 200d均可廣泛地應(yīng)用于各類需要光源 的應(yīng)用產(chǎn)品上,因此發(fā)光二極管光源模塊200a 200d可例如為照明燈具、指示燈具、告示 板或廣告告示板等的光源模塊。由上述實(shí)施例可知,本發(fā)明的一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)楸景l(fā)明的發(fā)光二極管光源模塊的發(fā) 光二極管芯片是嵌入導(dǎo)熱基板中,因而與導(dǎo)熱基板之間的接觸面積得以增加,再加上導(dǎo)熱 基板的體積遠(yuǎn)大于發(fā)光二極管芯片,而且無需利用傳統(tǒng)的銀膠來固定發(fā)光二極管芯片,因 此發(fā)光二極管芯片所產(chǎn)生的熱可更為迅速地傳導(dǎo)至外界,而可有效解決高功率發(fā)光二極管 芯片因芯片過熱而導(dǎo)致每瓦輸出的光通量降低的情形。
由上述實(shí)施例可知,本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)楸景l(fā)明的發(fā)光二極管光源模塊在 制作上是直接將發(fā)光二極管芯片整合至導(dǎo)熱基板,且利用薄膜沉積、光刻與蝕刻等半導(dǎo)體 制作技術(shù)來結(jié)合已知技術(shù)的導(dǎo)線接合與電路積板上的接線電路。因此,無需利用聚_鄰-苯 二甲酰胺等材料來制作發(fā)光二極管的封裝基座,也無需制作傳統(tǒng)的導(dǎo)線接腳,更無需進(jìn)行 將封裝基座與導(dǎo)線接腳組合的制程。故,相較于傳統(tǒng)技術(shù),本發(fā)明具有制程簡化與成本降低 的極佳優(yōu)勢。由上述實(shí)施例可知,本發(fā)明的又一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)楸景l(fā)明的發(fā)光二極管光源模塊是 以批次方式注入封裝膠體于透光基板與導(dǎo)熱基板之間,此外熒光層亦可利用旋轉(zhuǎn)涂布方式 整層涂布于透光基板上、或利用網(wǎng)板印刷局部涂布于透光基板上,因此相較于傳統(tǒng)發(fā)光二 極管的封裝結(jié)構(gòu),本發(fā)明無需逐顆進(jìn)行封裝,如此一來,熒光層與封裝膠體的厚度均可整層 控制,故不僅可增加制程的均勻性,更可有效簡化封裝制程,大幅縮減封裝時(shí)間。由上述實(shí)施例可知,本發(fā)明的再一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)楸景l(fā)明的發(fā)光二極管光源模塊的 透光基板上可制作光學(xué)結(jié)構(gòu),因此透光基板除了可保護(hù)下方的發(fā)光二極管芯片,更可透過 設(shè)計(jì)透光基板的光學(xué)結(jié)構(gòu)來提升光學(xué)效果,例如提高光輸出效率、提升光的均勻性、與縮短 混光距離等。此外,可在發(fā)光二極管芯片的出光側(cè)配置反射層,因此可有效提升光輸出效 率。由上述實(shí)施例可知,本發(fā)明的再一優(yōu)點(diǎn)就是因?yàn)楸景l(fā)明的發(fā)光二極管光源模塊無 需利用傳統(tǒng)導(dǎo)線接腳來接合發(fā)光二極管裝結(jié)構(gòu),因此可避免因?qū)Ь€接腳回焊制程的焊錫不 均所造成的發(fā)光二極管芯片共線性不佳的問題。雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)施例揭露如上,然其并非用以限定本發(fā)明,任何在此技 術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者,在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi),當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾,因 此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種發(fā)光二極管光源模塊,其特征在于,至少包含一導(dǎo)熱基板,其中該導(dǎo)熱基板的一表面包含多個(gè)凹槽;多個(gè)發(fā)光二極管芯片,分別設(shè)在該些凹槽中;至少一絕緣層,設(shè)于該些凹槽外的該導(dǎo)熱基板的該表面上;至少一導(dǎo)電層,設(shè)于該至少一絕緣層上,其中該些發(fā)光二極管芯片與該至少一導(dǎo)電層電性連接;一封裝膠體層,覆蓋在該些發(fā)光二極管芯片、該至少一導(dǎo)電層與該至少一絕緣層上;以及一透光基板,設(shè)于該封裝膠體層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管光源模塊,其特征在于,每一該些發(fā)光二極管芯 片至少包含一基板;一第一電性半導(dǎo)體層,設(shè)于該基板上;一發(fā)光層,設(shè)于部分的該第一電性半導(dǎo)體層上;一第二電性半導(dǎo)體層,設(shè)于該發(fā)光層上,其中該第二電性半導(dǎo)體層與該第一電性半導(dǎo) 體層具不同電性;一第一電極,設(shè)于另一部分的該第一電性半導(dǎo)體層上;以及一第二電極,設(shè)于該第二電性半導(dǎo)體層上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管光源模塊,其特征在于,該些發(fā)光二極管芯片嵌 設(shè)在該導(dǎo)熱基板的該表面的該些凹槽中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管光源模塊,其特征在于,該第一電性半導(dǎo)體層與 該至少一絕緣層同高。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管光源模塊,其特征在于,該導(dǎo)熱基板至少包括一金屬基板;以及一導(dǎo)電復(fù)合層,設(shè)于該金屬基板上,其中該些發(fā)光二極管芯片設(shè)于該導(dǎo)電復(fù)合層上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管光源模塊,其特征在于,還至少包括一熒光層設(shè) 于該些發(fā)光二極管芯片與該透光基板之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管光源模塊,其特征在于,該熒光層設(shè)于該透光基 板的一底面上,并與該些發(fā)光二極管芯片相面對(duì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管光源模塊,其特征在于,還至少包括一抗反射層, 其中該熒光層夾設(shè)在該透光基板的該底面與該抗反射層之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)光二極管光源模塊,其特征在于,還至少包括一抗反射層 夾設(shè)在該透光基板的該底面與該熒光層之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的發(fā)光二極管光源模塊,其特征在于,該熒光層覆蓋在該些發(fā) 光二極管芯片與該導(dǎo)熱基板上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光二極管光源模塊,其特征在于,還至少包括一抗反射 層設(shè)在該透光基板的一底面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管光源模塊,其特征在于,該些發(fā)光二極管芯片設(shè) 于每一該些凹槽的一底面上且與每一該些凹槽的一側(cè)面分開。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管光源模塊,其特征在于,每一該些發(fā)光二極管 芯片還包含一共晶接合層覆蓋在該基板的底面上,以使該些發(fā)光二極管芯片與該導(dǎo)熱基板 共晶接合。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管光源模塊,其特征在于,該透光基板包含一光學(xué) 結(jié)構(gòu),且該光學(xué)結(jié)構(gòu)包括多個(gè)凸透鏡、多個(gè)棱鏡、或一表面噴沙結(jié)構(gòu)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管光源模塊,其特征在于,該至少一絕緣層包含互 相堆疊的多個(gè)絕緣層,且該至少一導(dǎo)電層包含互相堆疊的多個(gè)導(dǎo)電層,其中該些導(dǎo)電層與 該些絕緣層對(duì)應(yīng)且分別設(shè)于對(duì)應(yīng)的該些絕緣層上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管(LED)光源模塊,至少包含一導(dǎo)熱基板,其中導(dǎo)熱基板的一表面包含多個(gè)凹槽;多個(gè)發(fā)光二極管芯片分別設(shè)在前述凹槽中;至少一絕緣層設(shè)于前述凹槽外的導(dǎo)熱基板的表面上;至少一導(dǎo)電層設(shè)于絕緣層上,其中這些發(fā)光二極管芯片與導(dǎo)電層電性連接;一封裝膠體層覆蓋在發(fā)光二極管芯片、導(dǎo)電層與絕緣層上;以及一透光基板設(shè)于封裝膠體層上。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101852345SQ20091013263
公開日2010年10月6日 申請日期2009年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月30日
發(fā)明者朱長信, 李玟良, 王星貿(mào), 陳錫銘 申請人:奇力光電科技股份有限公司