半導(dǎo)體發(fā)光裝置制造方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，包括至少一個發(fā)光晶片。發(fā)光晶片包括多個發(fā)光單元，發(fā)光單元之間通過串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的方式以相互電性耦合；第一型電極，用以電性耦合至外部電源，其中，第一型電極設(shè)置在至少其中一個發(fā)光單元；第二型電極設(shè)置在至少其中一個發(fā)光單元，但與設(shè)置有第一型電極的發(fā)光單元不同；以及抽頭端（tapped?point），用以電性耦合至少一個發(fā)光單元至電子元件。
【專利說明】半導(dǎo)體發(fā)光裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，特別是關(guān)于一種具有抽頭端的發(fā)光晶片。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)發(fā)光二極體裝置的封裝一般是將多個發(fā)光二極體晶片設(shè)置在電路板上。發(fā)光二極體晶片先通過內(nèi)部連接線形成所要的串/并聯(lián)連接型態(tài)，并在固設(shè)在電路板上后，分別連接至電路板上的輸入電壓的正端與負(fù)端。
[0003]串接的發(fā)光二極體晶片間，通常會以導(dǎo)線連接至外部的驅(qū)動模塊。然而，根據(jù)驅(qū)動模塊的電容的充放電特性，傳統(tǒng)發(fā)光二極體裝置的工作效率不高。
[0004]因此亟需提出一種發(fā)光二極體裝置，無論發(fā)光二極體晶片之間作何種串、并聯(lián)連接型態(tài)，當(dāng)發(fā)光二極體裝置連接至驅(qū)動模塊時，可提高其工作效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上述發(fā)明背景，本發(fā)明實施例提出一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其發(fā)光晶片包含至少一個抽頭端，用以供電性耦合至電子元件。借此，根據(jù)半導(dǎo)體發(fā)光裝置的發(fā)光晶片的串、并聯(lián)型態(tài)，可調(diào)整抽頭端位于整個半導(dǎo)體發(fā)光裝置的位置，以提高整體工作效率。
[0006]根據(jù)本發(fā)明實施例，半導(dǎo)體發(fā)光裝置包括至少一個發(fā)光晶片。發(fā)光晶片包括多個發(fā)光單元、第一型電極、第二型電極以及抽頭端。發(fā)光單元之間通過串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的方式相互電性耦合。第一型電極用以電性耦合至外部電源，且第一型電極設(shè)置在至少其中一個發(fā)光單元上。第二型電極設(shè)置在至少其中一個發(fā)光單元上、但不同于設(shè)置有第一型電極的發(fā)光單元。抽頭端用以將至少一個發(fā)光單元電性耦合至電子元件。
[0007]根據(jù)本發(fā)明另一個實施例，半導(dǎo)體發(fā)光裝置包括多個發(fā)光晶片。發(fā)光晶片之間通過串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的方式相互電性耦合。第一型電極用以電性耦合至外部電源，且第一型電極設(shè)置在發(fā)光晶片的至少其中一個上。第二型電極設(shè)置在發(fā)光晶片的至少其中一個上、但不同于設(shè)置有第一型電極的發(fā)光晶片。抽頭端位于至少一個發(fā)光晶片上或者相鄰兩個發(fā)光晶片之間，以供電性耦合至電子元件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1A示出本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體發(fā)光裝置的上視圖。
[0009]圖1B示出第一 A圖的側(cè)視圖。
[0010]圖2示出圖1A/B的發(fā)光晶片的上視圖的細(xì)節(jié)圖。
[0011]圖3示出圖1A/B和圖2所示半導(dǎo)體發(fā)光裝置的電路圖。
[0012]圖4示出電子元件與電源第一端、電源第二端以及抽頭端的連接關(guān)系示意圖。
[0013]圖5A和圖5B示出抽頭端的電性耦合型態(tài)。
[0014]圖6示出串聯(lián)發(fā)光次單元的抽頭端的設(shè)置位置。
[0015]符號說明[0016]1半導(dǎo)體發(fā)光裝置
[0017]10電路板
[0018]100固晶區(qū)
[0019]11發(fā)光晶片
[0020]110基板
[0021]111發(fā)光單元
[0022]1111發(fā)光次單元
[0023]111lA發(fā)光次單元
[0024]111lB發(fā)光次單元
[0025]12連接線
[0026]40電子元件
[0027]51A金屬線
[0028]5IB金屬線
[0029]52金屬線
[0030]P第一型電極
[0031]PP第一型電極
[0032]PPP第一型電極
[0033]PPPP第一型電極
[0034]N第二型電極
[0035]NN第二型電極
[0036]NNN第二型電極
[0037]NNNN第二型電極
[0038]T抽頭端
[0039]TT抽頭端
[0040]TTT抽頭端
[0041]T1/T2抽頭端
[0042]V+電源第一端
[0043]V-電源第二端
[0044]GND接地端
[0045]η1~η18發(fā)光次單元
【具體實施方式】
[0046]圖1A示出本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體發(fā)光裝置I的上視圖，而圖1B則示出圖1A的側(cè)視圖。本實施例的半導(dǎo)體發(fā)光裝置I包括:電路板10，其具有固晶區(qū)100。固晶區(qū)100表面固設(shè)有至少一個發(fā)光晶片11 (圖1A示出有四個發(fā)光晶片11)，例如發(fā)光二極體晶片。若半導(dǎo)體發(fā)光裝置I包括有多個發(fā)光晶片11，則發(fā)光晶片11之間可通過金屬線12作串聯(lián)、并聯(lián)或其組合(也稱串并聯(lián))，以適用于各種不同的輸入電壓和/或不同的光通量(luminousflux,其單位為流明(lumen))規(guī)格需求。
[0047]其中，發(fā)光晶片11可不采用平臺式(mesa)制程，其可以是大尺寸晶片封裝體或者獨立晶片封裝體。發(fā)光晶片11包括:成長三族氮化物的磊晶材料在藍(lán)寶石(Al2O3)基板上而形成發(fā)光二極體，三族氮化物例如氮化銦(InN)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化銦鋁鎵(InAlGaN)等，但不限于上述基板和磊晶材料。在一個實施例中，發(fā)光晶片11還包括在磷化鎵(GaP)基板上成長磷化鋁鎵銦(AlGaInP)的發(fā)光二極體；在砷化鎵(GaAs)基板上成長砷化銦鎵(InGaAs)的發(fā)光二極體；在砷化鎵(GaAs)基板上成長砷化鋁鎵(AlGaAs)的發(fā)光二極體；在碳化硅(SiC)基板或者在藍(lán)寶石基板上成長碳化硅(SiC)的發(fā)光二極體；或者是，其是由三五族嘉晶材料成長在砷化鎵(GaAs)、鍺(Ge)表面形成鍺化硅(SiGe)、硅(Si)表面形成碳化硅(SiC)、鋁(Al)表面形成氧化鋁(A1203)、氮化鎵(GaN)、氮化銦(InN)、氧化鋅(ZnO)、氮化招(A1N)、藍(lán)寶石(sapphire)、玻璃、石英或其組合等基板上，而形成的發(fā)光二極體，但不限定于上述。此外，部分實施例是由二六族磊晶材料成長在基板上而形成的發(fā)光二極體。然而，最終的發(fā)光二極體封裝體中可移除基板。
[0048]半導(dǎo)體發(fā)光裝置I還包括有第一型電極P、第二型電極N及抽頭端T。第一型電極P可供半導(dǎo)體發(fā)光裝置I電性耦合至外部電源，且第一型電極P設(shè)置在發(fā)光晶片11的至少其中一個上。第二型電極N設(shè)置在發(fā)光晶片11的至少其中一個上、但不同于設(shè)置有第一型電極P的發(fā)光晶片11。抽頭端T位于發(fā)光晶片11的至少其中一個上或者其中相鄰兩個之間，以供電性耦合至電子元件(圖未示出)。在一個實施例中，第二型電極N電性耦合至電子元件的端點與抽頭端T電性耦合至電子元件的端點不同。
[0049]在一個實施例中，圖2示出圖1A/B的發(fā)光晶片11的上視圖的細(xì)節(jié)圖。如圖2所示，發(fā)光晶片11包含有基板110和多個發(fā)光單元111(圖2示出發(fā)光晶片11是由四個發(fā)光單元111所組成)，發(fā)光單元111固設(shè)在基板110上。發(fā)光單元111之間可通過金屬線(未示出)作串聯(lián)、并聯(lián)或其組合(也稱串并聯(lián))。在另一個實施例中，發(fā)光晶片11可相互堆疊，例如使用嘉晶堆疊(epitaxy stacking)或接著堆疊(bonding stacking)方式。
[0050]圖2還示出發(fā)光單元111的放大圖的細(xì)節(jié)圖，示出每個發(fā)光單元111包含多個發(fā)光次單元1111(圖示出發(fā)光單元111是由九個發(fā)光次單元1111所組成)。發(fā)光次單元1111之間可通過金屬線(未示出)作串聯(lián)、并聯(lián)或其組合(也稱串并聯(lián))。上述的發(fā)光次單元1111可以是平臺式(mesa)結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極體，但不限定于此。每一個發(fā)光單元111包含多個發(fā)光次單元1111，并且發(fā)光次單元1111可相互堆疊，例如使用嘉晶堆疊(epitaxy stacking)或接著堆疊(bonding stacking)方式。
[0051]圖3示出圖1A/B和圖2所示半導(dǎo)體發(fā)光裝置I的電路圖。若發(fā)光次單元1111的工作電壓大約為3伏特，則串聯(lián)九個(η1，η2...η9)發(fā)光次單元1111而成的發(fā)光單元111的工作電壓大約為28伏特。接著，二個并聯(lián)且每個并聯(lián)由二個發(fā)光單元111所串聯(lián)而成的發(fā)光晶片11的工作電壓大約為56伏特。串聯(lián)二個發(fā)光晶片11后，即可使得半導(dǎo)體發(fā)光裝置I適用于110伏特的輸入電壓。
[0052]繼續(xù)參閱圖2，發(fā)光晶片11還包括第一型電極PP (例如P型電極)，用以電性耦合至外部電源(未示出)。其中，第一型電極PP設(shè)置在發(fā)光單元111的至少其中一個上。以圖2所示例子，第一型電極PP跨設(shè)在相鄰二個發(fā)光單元111上。類似的情形，發(fā)光晶片11還包括第二型電極NN (例如N型電極)，設(shè)置在發(fā)光單元111的至少其中一個上、但不同于設(shè)置有第一型電極PP的發(fā)光單元111。以圖2所示例子，第二型電極NN跨設(shè)在相鄰二個發(fā)光單元111上。[0053]上述P型電極的材料可以是鎳、鉬、銀、氧化銦錫或其組合，例如鎳/銀(Ni/Ag)、鎳/鉬/銀(Ni/Pt/Ag)或氧化銦錫/銀(ITO/Ag)。上述N型電極的材料可以是鈦、鋁、鉻、鉬、金或其組合，例如鉻/鉬/金(Cr/Pt/Au)、鈦/鋁/鉬/金(Ti/Al/Pt/Au)或鈦/鉬/金(Ti/Pt/Au)。
[0054]根據(jù)本發(fā)明實施例的特征之一，如圖2所示，發(fā)光晶片11包括至少一個抽頭端(tapped point) TT,用以將至少一個發(fā)光單元111電性稱合至電子元件。因此,發(fā)光晶片11除了具有第一型電極PP和第二型電極NN外，還增加抽頭端TT作為第三型電極。抽頭端TT的設(shè)置位置，可設(shè)置在至少其中一個發(fā)光單元111上、但不同于設(shè)置有所述第一型電極PP及所述第二型電極NN的所述發(fā)光單元111;或者是，可設(shè)置在基板110上，且位于發(fā)光單元111的其中相鄰兩個之間，并且電性耦合相鄰兩個發(fā)光單元111的至少其中一個。在本實施例中，第二型電極NN電性耦合至電子元件的端點與抽頭端TT電性耦合至電子元件的端點不同。圖2所示抽頭端TT雖設(shè)置在發(fā)光晶片11內(nèi)部，然而抽頭端TT也可設(shè)置在發(fā)光晶片11外的電路板10上。
[0055]在一個實施例中，抽頭端TT設(shè)置在發(fā)光單元111的至少其中一個的電極位置上，且其結(jié)構(gòu)可通過將發(fā)光次單元1111上的N型/P型次電極(也即NNNN/PPPP)的尺寸放大，而作為抽頭端TT使用，以供外部電性耦合。例如，將N型/P型次電極(亦即NNNN/PPPP)的長寬加長而放大其二維尺寸，而形成片狀結(jié)構(gòu)，或者是將N型/P型次電極(亦即NNNN/PPPP)的高度增加而放大其三維尺寸，而形成柱狀結(jié)構(gòu)或球狀結(jié)構(gòu)，例如錫球。抽頭端TT與外部呈電性耦合，可通過金屬線，將抽頭端TT直接導(dǎo)電至電子元件；或者是，通過倒裝芯片(flip chip)方式，將柱狀結(jié)構(gòu)或球狀結(jié)構(gòu)的抽頭端TT與電子元件電性耦合；又或者是，在電子元件上預(yù)留抽頭位置(圖未示出)，通過直接封裝(Chip on board,COB)方式，將柱狀結(jié)構(gòu)或球狀結(jié)構(gòu)的抽頭端TT對準(zhǔn)接合上述抽頭位置，而直接與電子元件電性耦合。抽頭端TT的材料可以是金屬。
[0056]以圖3為例，本實施例的抽頭端T1/T2設(shè)置在發(fā)光次單元1111 (例如nlO)的第一型次電極(例如P型電極)以及另一個相鄰發(fā)光次單元1111 (例如n9)的第二型次電極(例如N型電極)上。一般來說，用以形成抽頭端T1/T2的相鄰發(fā)光次單元1111的次電極的電性型態(tài)不受限制。例如，可以是第一型次電極與第二型次電極互相電性耦合，也可第一型次電極與第一型次電極互相電性I禹合。
[0057]圖4示出電子元件40與抽頭端T、電源第一端V+與電源第二端V-或接地端GND的連接關(guān)系示意圖。其中電子元件可以是半導(dǎo)體集成電路元件(integrated circuit, IC)例如恒流驅(qū)動 IC (constant current driver IC),印刷電子兀件(printed electronics)或被動元件例如恒流二極體(current regulative diode)或電阻(resistor)。
[0058]圖5A及圖5B示出圖2中一些實施例的抽頭端TTT的電性耦合型態(tài)。在圖5A中，發(fā)光次單元IlllA的(第一 / 二型)次電極與相鄰發(fā)光次單元IlllB的(第一 / 二型)次電極分別通過金屬線51A及51B以連接至外部，從而形成抽頭端TTT。在圖5B中，發(fā)光次單元111IA的(第一 / 二型)次電極與相鄰發(fā)光次單元111IB的(第一 / 二型)次電極首先在發(fā)光晶片11內(nèi)部電性耦合，然后金屬線52連接至外部，從而形成抽頭端TTT。
[0059]根據(jù)本發(fā)明實施例的另一特征，抽頭端TTT的設(shè)置位置為:半導(dǎo)體發(fā)光裝置I連接至外部電源之間，大約為所有串聯(lián)的發(fā)光次單元1111總個數(shù)的l/l(T2/5處，較佳為靠近三分之一處。圖6示出串聯(lián)有九個發(fā)光次單元1111，電子元件例如電容，而抽頭端TTT設(shè)置在發(fā)光次單元n3與n4之間，亦即1/3處。在1/3處作抽頭的目的是基于以下的原因。假設(shè)半導(dǎo)體發(fā)光裝置I的工作電壓為110伏特，且操作在交流高壓(例如輸入電壓:-15(Tl50伏特)下。當(dāng)輸入電壓大于110伏特，若在1/3處作抽頭，可將多余的電壓能量儲存在電容中；當(dāng)輸入電壓小于110伏特，電容會釋放出儲存在其中的電壓能量給半導(dǎo)體發(fā)光裝置1，則可保持其發(fā)光品質(zhì)一致，從而提高其工作效率。
[0060]以圖3為例，抽頭端Tl或T2設(shè)置在所有串聯(lián)的發(fā)光次單元1111總個數(shù)(36個)的四分之一處(也即，9/36處)。傳統(tǒng)半導(dǎo)體發(fā)光裝置的發(fā)光晶片11不具有抽頭端用以連接至電子元件，因此僅能以相鄰串接的發(fā)光晶片11之間作為抽頭以連接至電子元件，從而形成二分之一處抽頭，因此其工作效率遠(yuǎn)低于圖3所示的半導(dǎo)體發(fā)光裝置I。
[0061]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并非用來限定本發(fā)明的范圍；凡是其它未脫離發(fā)明所公開精神下所完成的等效改變或修飾，均理解為包含在下述的權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，包括: 至少一個發(fā)光晶片，該發(fā)光晶片包括: 多個發(fā)光單元，該發(fā)光單元之間通過串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的方式相互電性耦合； 第一型電極，該第一型電極用以電性耦合至外部電源，且該第一型電極設(shè)置在所述發(fā)光單元的至少其中一個上； 第二型電極，該第二型電極設(shè)置在所述發(fā)光單元的至少其中一個、但不同于設(shè)置有所述第一型電極的所述發(fā)光單元上；以及 抽頭端，該抽頭端用以將所述發(fā)光單元的至少其中一個電性耦合至電子元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述第二型電極電性耦合至所述電子元件的端點與所述抽頭端電性耦合至所述電子元件的端點不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述抽頭端設(shè)置在所述發(fā)光單元的至少其中一個、但不同于設(shè)置有所述第一型電極和所述第二型電極的所述發(fā)光單元上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述抽頭端設(shè)置在所述發(fā)光單元的至少其中一個的電極位置；所述抽頭端的結(jié)構(gòu)形狀包括片狀結(jié)構(gòu)、柱狀結(jié)構(gòu)或者球狀結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述抽頭端通過金屬線而直接電性耦合至所述電子元件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述抽頭端通過倒裝芯片方式和/或直接封裝方式，經(jīng)由所述柱狀結(jié)構(gòu)或者所述球狀結(jié)構(gòu)與所述電子元件電性耦合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，該半導(dǎo)體發(fā)光裝置還包括基板，該基板用以固設(shè)所述發(fā)光單元。
8.根據(jù)權(quán)利要求7項所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述抽頭端設(shè)置在所述基板上，且位于所述發(fā)光單元的其中相鄰兩個之間，并且電性耦合所述相鄰兩個發(fā)光單元的至少其中一個。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述至少一個發(fā)光晶片的數(shù)目是多個，并且所述發(fā)光晶片之間通過串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的方式電性耦合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述至少一個發(fā)光晶片的數(shù)目是多個，并且所述發(fā)光晶片相互堆疊。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述第一型電極包括鎳、鉬、銀、氧化銦錫或其組合，并且所述第二型電極包括鈦、鋁、鉻、鉬、金或其組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，每一個所述發(fā)光單元包括多個發(fā)光次單元，所述發(fā)光次單元之間通過串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的方式電性耦合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，每一個所述發(fā)光單元包括多個發(fā)光次單元，所述發(fā)光次單元相互堆疊。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，每一個所述發(fā)光次單元包括至少一個次電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述抽頭端是所述次電極的至少其中一個。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置 ，其中，所述發(fā)光次單元中的相鄰兩個發(fā)光次單元的所述次電極分別通過金屬線電性耦合至所述發(fā)光晶片的外部，從而形成所述抽頭立而O
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述發(fā)光次單元中的相鄰兩個發(fā)光次單元的所述次電極首先在所述發(fā)光晶片內(nèi)部連接，然后以單一金屬線連接至所述發(fā)光晶片的外部，從而形成所述抽頭端。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述抽頭端的設(shè)置位置位于所述發(fā)光次單元的所有串聯(lián)總個數(shù)的十分之一至五分之二處。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體發(fā)光裝置，其中，所述抽頭端的設(shè)置位置位于所述發(fā)光次單元的所有串聯(lián)總個數(shù)的三分之一處。
20.一種半導(dǎo)體發(fā)光裝置，包括: 多個發(fā)光晶片，所述發(fā)光晶片之間通過串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的方式相互電性耦合； 第一型電極，該第一型電極用于電性耦合至外部電源，其中，所述第一型電極設(shè)置在所述發(fā)光晶片的至少其中一個上； 第二型電極，該第二型電極設(shè)置在所述發(fā)光晶片的至少其中一個、但不同于設(shè)置有所述第一型電極的所述發(fā)光晶片上；以及 抽頭端， 該抽頭端位于所述發(fā)光晶片的至少其中一個上或者其中相鄰兩個之間，以電性耦合至電子元件。
【文檔編號】H01L33/36GK103633232SQ201310050661
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月22日
【發(fā)明者】楊適存, 張源孝, 洪志欣 申請人:華夏光股份有限公司