專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光元件組成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光元件的封裝。且特別有關(guān)于一種使用復(fù)合材料基板及軟質(zhì)黏性材料所構(gòu)成的發(fā)光元件封裝。
背景技術(shù)：
美國(guó)專利第6,501,103號(hào)揭露一種發(fā)光二極管的封裝，此封裝包含一發(fā)光二極管(12)、一電路板(2)、以及一散熱基座(3)。其中，發(fā)光二極管具有固定于一散熱板(10)上的芯片，以及一電連接至一印刷電路板(13)上的焊墊。發(fā)光二極管(12)固定于電路板(2)及散熱基座(3)上。
此技術(shù)中通常使用機(jī)械方式或焊接方式連接印刷電路板(13)與散熱板(10)。機(jī)械方式，例如螺絲、扣接等，需要較大的面積以設(shè)置該些機(jī)械裝置，這十分不利于日漸小型化的電子元件。焊接方式則需于較高的溫度融化焊料以接合兩種材質(zhì)，通常的焊接溫度為450℃以上。一般散熱板(10)的材質(zhì)多為金屬，如銅等，銅的熱膨脹系數(shù)約為20×10-6/℃，然而，發(fā)光二極管(12)的熱膨脹系數(shù)則通常小于10×10-6/℃或介于4～8×10-6/℃間。因此，由于熱膨脹系數(shù)的差異，極容易使得發(fā)光二極管(12)與散熱板(10)間于使用中或工藝中因高溫而產(chǎn)生彎曲、疲乏等種種現(xiàn)象，而大幅降低產(chǎn)品的可靠度(reliability)。為縮短材料間熱膨脹系數(shù)的差異，現(xiàn)有技術(shù)中亦使用具有低熱膨脹系數(shù)的陶瓷材料，例如氮化鋁(AlN)，然而，氮化鋁等陶瓷材料價(jià)格過(guò)于昂貴，市場(chǎng)的接受程度并不高。
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本申請(qǐng)案提出下列的發(fā)明，可以同時(shí)保持發(fā)光二極管的散熱，亦可以減緩材料間熱膨脹系數(shù)的差異所可能導(dǎo)致的不良影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成包含一復(fù)合材料基板、一電路布局載體、一黏接結(jié)構(gòu)，用以接合復(fù)合材料基板與電路布局基板、一凹陷空間，形成自電路布局載體上，并朝復(fù)合材料基板方向延伸、以及一半導(dǎo)體發(fā)光元件，設(shè)置于復(fù)合材料基板的一側(cè)且位于凹陷空間內(nèi)，并電連接至電路布局載體，此外，復(fù)合材料基板的熱膨脹系數(shù)(Thermal Expansion Coeffcient)大體上不大于12×10-6/℃，復(fù)合材料基板的熱傳導(dǎo)系數(shù)不小于150W/m°K。
此外，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件亦可為一倒裝芯片結(jié)構(gòu)，且一電接點(diǎn)形成于凹陷空間的至少部分表面，電連接半導(dǎo)體發(fā)光元件與電路布局載體。
復(fù)合材料基板的材料包含金屬基復(fù)合材料(Metal Matrix Composite；MMC)、聚合物基復(fù)合物(Polymer Matrix Composite；PMC)、陶瓷基復(fù)合物(Ceramic Matrix Composite；CMC)、上述材料的等效物、或上述材料的組合。
并且，半導(dǎo)體發(fā)光元件與復(fù)合材料基板的熱膨脹系數(shù)的差值不大于10×10-6/℃。
本發(fā)明的電路布局載體為半導(dǎo)體基板、印刷電路板(Printed CircuitBoard；PCB)、軟性印刷電路板(Flexible Printed Circuit；FPC)、硅基板(Sisubstrate)、陶瓷基板、上述材料的等效物、或上述材料的組合。
本發(fā)明的的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中黏接結(jié)構(gòu)包含一軟質(zhì)黏性材料層。優(yōu)選地，軟質(zhì)黏性材料層為苯環(huán)丁烯(Benzocyclobutene；BCB)、環(huán)氧樹(shù)脂(epoxy)、聚酰亞胺(polyimide)、旋涂玻璃(SOG)、硅樹(shù)脂(silicone)、焊料(solder)、上述材料的等效物、或上述材料的組合。
本發(fā)明的的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中黏接結(jié)構(gòu)包含多個(gè)金屬層，以共熔結(jié)合方式(eutectic bonding)連接半導(dǎo)體發(fā)光元件及復(fù)合材料基板。
再者，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中黏接結(jié)構(gòu)更包含一反應(yīng)層，形成于軟質(zhì)黏性材料層的其中一側(cè)，以輔助接合復(fù)合材料基板與電路布局載體。
并且，反應(yīng)層為氮化硅(SiNx)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、上述材料的等效物、或上述材料的組合。
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中凹陷空間呈錐狀(tapered)，或稱為漏斗狀。并且，凹陷空間內(nèi)可以包含一反射層，以提高光的利用效率。
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成更包含一透光材料，覆蓋于凹陷空間上方。此外，透光材料更可以為一光學(xué)透鏡。
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成更包含一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，設(shè)置于半導(dǎo)體發(fā)光元件上方，并用以轉(zhuǎn)換光線的波長(zhǎng)。此外，波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料為一熒光粉體、濾光膜片、上述材料的等效物、或上述材料的組合。
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成更包含一平坦化層，形成于復(fù)合材料基板及黏接結(jié)構(gòu)之間。平坦化層為鎳(Ni)或其它種可以接合至該黏接結(jié)構(gòu)的材質(zhì)。
上述的半導(dǎo)體發(fā)光元件為發(fā)光二極管、激光二極管、上述元件的等效物、或上述元件的組合。
此外，半導(dǎo)體發(fā)光元件組成更包含一熱對(duì)流器，以提高本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成的散熱性能。


圖1a及1b為本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成的另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖3a～3h為本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成的另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖4a及4b為本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成的再一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成的再一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明1～半導(dǎo)體發(fā)光元件組成；10～復(fù)合材料基板；11～電路布局載體；12～黏接結(jié)構(gòu)；1201～軟質(zhì)黏性材料層；1202～反應(yīng)層；1203～反應(yīng)層；13～凹陷空間；14～半導(dǎo)體發(fā)光元件；15～反射層；16～平坦化層；17～導(dǎo)線；18～透光材料；18a～填充材料；18b～波紋狀陣列；1801～翼狀凸出部；1802～凹口；1803～入光面；19～波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料；20～電性接點(diǎn)；21～絕緣材料；22～熱對(duì)流器；23～底部電性接點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更容易了解本發(fā)明的特點(diǎn)，以下舉出實(shí)施例，配合附圖，詳述如下。
第一實(shí)施例圖1a及1b顯示本發(fā)明的一實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成1的結(jié)構(gòu)圖。各標(biāo)記的涵義分別如下所述，1表示半導(dǎo)體發(fā)光元件組成；10表示復(fù)合材料基板；11表示電路布局載體；12表示黏接結(jié)構(gòu)；13表示凹陷空間；14表示半導(dǎo)體發(fā)光元件；17表示導(dǎo)線；20表示電性接點(diǎn)。此外，下述其它附圖中相同的元件將標(biāo)以相同的標(biāo)記，且不再贅述，合先述明。
首先，于電路布局載體11上形成凹陷空間13后，將電路布局載體11與復(fù)合材料基板10利用黏接結(jié)構(gòu)12相結(jié)合。接著，將半導(dǎo)體發(fā)光元件14固定于凹陷空間13內(nèi)，并以導(dǎo)線17或其它的電連接方式連接半導(dǎo)體發(fā)光元件14與形成于電路布局載體11上的電性接點(diǎn)20。此外，半導(dǎo)體發(fā)光元件14與復(fù)合材料基板10間的熱膨脹系數(shù)(Thermal Expansion Coefficient)的差值不大于10×10-6/℃，如此可以減緩半導(dǎo)體發(fā)光元件14與復(fù)合材料基板10間因熱膨脹所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。其中，復(fù)合材料基板10除了作為組成1的基座，亦提供半導(dǎo)體發(fā)光元件14一散熱媒介。
半導(dǎo)體發(fā)光元件14如發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode；LED)、激光二極管(Laser Diode；LD)等，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件14為一半導(dǎo)體芯片(die)，優(yōu)選地系為一尚未封裝的半導(dǎo)體芯片，使芯片所產(chǎn)生的熱可以在較短的距離下傳遞至復(fù)合材料基板10。半導(dǎo)體發(fā)光元件14的芯片的熱膨脹系數(shù)通常介于1～10×10-6/℃之間，例如氮化鎵(GaN)為5.4×10-6/℃、磷化銦(InP)為4.6×10-6/℃、磷化鎵(GaP)為5.3×10-6/℃。為了與半導(dǎo)體發(fā)光元件14的熱膨脹系數(shù)相匹配，避免過(guò)多熱應(yīng)力形成于半導(dǎo)體發(fā)光元件14與其相接觸的材料間，本發(fā)明使用復(fù)合材料基板10作為組成1的承載基板，除支撐電路布局載體11及半導(dǎo)體發(fā)光元件14外，亦作為一散熱媒介，并選用適當(dāng)?shù)膹?fù)合材料基板10使其與半導(dǎo)體發(fā)光元件14間的熱膨脹系數(shù)的差值不大于10×10-6/℃以減緩熱應(yīng)力的影響。
復(fù)合材料由二種以上的材料所組成，且此二種以上的材料并不會(huì)形成他種分子或原子結(jié)構(gòu)。一般來(lái)說(shuō)，復(fù)合材料能夠結(jié)合個(gè)別材料的優(yōu)點(diǎn)而形成較原始組成材料具有更佳物理特性的材料，一般來(lái)說(shuō)，復(fù)合材料具輕量、高強(qiáng)度、熱力性質(zhì)佳等優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合材料可大致區(qū)分為金屬基復(fù)合材料(MetalMatrix Composite；MMC)、聚合物基復(fù)合物(Polymer Matrix Composite；PMC)、及陶瓷基復(fù)合物(Ceramic Matrix Composite；CMC)，其將碳纖維或陶瓷纖維等分別與金屬、聚合物及陶瓷相混合。在此，為傳導(dǎo)半導(dǎo)體發(fā)光元件14所產(chǎn)生的高熱，優(yōu)選地可以使用熱傳導(dǎo)系數(shù)不小于150W/m°K且熱膨脹系數(shù)不大于12×10-6/℃的金屬基復(fù)合材料，如鋁基復(fù)合材料(目前，熱傳導(dǎo)系數(shù)約為100～640W/m°K；熱膨脹系數(shù)約為5～15×10-6/℃)，作為復(fù)合材料基板10。但聚合物基復(fù)合物及陶瓷基復(fù)合物亦可以視需要而使用。
電路布局載體11如印刷電路板(Printed Circuit Board；PCB)、軟性印刷電路板(Flexible Printed Circuit；FPC)、硅基板(Si substrate)、或?yàn)樘沾苫宓?。使用半?dǎo)體基板作為電路布局載體11可以利用各種半導(dǎo)體工藝，如蝕刻、濺鍍等，于其上制造所需的電路，并可以與半導(dǎo)體發(fā)光元件的工藝相整合，有利于工藝效能的提升。此外，如硅基材的半導(dǎo)體基板更具有優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性質(zhì)(熱傳導(dǎo)系數(shù)約為150W/m°K；熱膨脹系數(shù)約為4×10-6/℃)，與復(fù)合材料基板10，特別是金屬基復(fù)合材料的基板共同使用時(shí)，由于其二者的熱傳導(dǎo)系數(shù)及熱膨脹系數(shù)相近，因此可以有效降低熱應(yīng)力的產(chǎn)生，以及提高熱傳導(dǎo)的效能。但是，印刷電路板或軟性印刷電路板等亦可以視需要而使用。
本發(fā)明的電路布局載體11與復(fù)合材料基板10經(jīng)由一黏接結(jié)構(gòu)12相連接。黏接結(jié)構(gòu)12為一黏性材料，優(yōu)選地為一軟質(zhì)黏性材料層，更佳地，是在室溫或中低溫下呈現(xiàn)黏著性質(zhì)的軟質(zhì)黏性材料層。此軟質(zhì)黏性材料層的材料如苯環(huán)丁烯(Benzocyclobutene；BCB)、環(huán)氧樹(shù)脂(epoxy)、聚酰亞胺(polyimide)、旋涂玻璃(SOG)、硅樹(shù)脂(silicone)、焊料(solder)等、或上述材料的組合。由于該些軟質(zhì)黏性材料可以于一較低的溫度(一般為300℃以下)下加熱固化，如此可以減緩復(fù)合材料基板10與半導(dǎo)體發(fā)光元件14，及/或復(fù)合材料基板10與電路布局載體11間因高溫所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，并且亦可以降低半導(dǎo)體發(fā)光元件14因高溫可能受到的損壞。
除上述的軟質(zhì)黏性材料層外，亦可以于復(fù)合材料基板10上形成一層金屬層，或于復(fù)合材料基板10與半導(dǎo)體發(fā)光元件14上分別形成一金屬層，并于金屬層與半導(dǎo)體發(fā)光元件14間，或二金屬層間置入一金屬焊料層，如金錫合金(AuSn)等，使此焊料與金屬層產(chǎn)生共熔以結(jié)合半導(dǎo)體發(fā)光元件與復(fù)合材料基板。
此外，為使半導(dǎo)體發(fā)光元件14可以將其所產(chǎn)生的熱以較短的距離傳遞至復(fù)合材料基板10，于電路布局載體11上亦可以形成凹陷空間13，例如通孔(through hole)、盲孔(blind hole)等。以容置半導(dǎo)體發(fā)光元件14。此凹陷空間13優(yōu)選地起始自電路布局載體11上并朝復(fù)合材料基板10方向延伸。為使加工容易，凹陷空間13優(yōu)選地形成于電路布局載體11與復(fù)合材料基板10接合之前。當(dāng)電路布局載體11為電路板時(shí)可以使用機(jī)械加工方式，如鉆孔、沖孔等，于其上形成此凹陷空間13；當(dāng)電路布局載體11為半導(dǎo)體基板時(shí)，則可以使用現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝，如化學(xué)蝕刻、等離子體蝕刻等，形成此凹陷空間13。
由于復(fù)合材料基板10具有導(dǎo)電性之故，若半導(dǎo)體發(fā)光元件14的正負(fù)電極位于同側(cè)時(shí)且其磊晶基板為導(dǎo)體時(shí)，如圖1a所示，使半導(dǎo)體發(fā)光元件14與復(fù)合材料基板10間絕緣可以進(jìn)一步防止漏電流的發(fā)生，或/及可能提高ESD的效能，此時(shí)，若黏接結(jié)構(gòu)12為絕緣體，則凹陷空間13可以僅延伸至黏接結(jié)構(gòu)12以避免半導(dǎo)體發(fā)光元件14與復(fù)合材料基板10直接接觸?；蛘撸鐖D1b所示，半導(dǎo)體發(fā)光元件14與復(fù)合材料基板10之間以一絕緣材料21相分隔。此時(shí)，凹陷空間13可以延伸至復(fù)合材料基板10以縮短半導(dǎo)體發(fā)光元件14與復(fù)合材料基板10間的導(dǎo)熱路徑。但是，若因應(yīng)工藝上的需要，圖1a所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件14與復(fù)合材料基板10間亦可以絕緣材料21相隔離。反之，若半導(dǎo)體發(fā)光元件14的磊晶基板為絕緣體，或與有源層相絕緣時(shí)，半導(dǎo)體發(fā)光元件14則可以與復(fù)合材料基板10直接接觸，或透過(guò)另一材料，如銀膠、絕緣膠、焊料等，固定于復(fù)合材料基板10上。
第二實(shí)施例圖2顯示本發(fā)明的另一實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成1的結(jié)構(gòu)圖。其中，標(biāo)記1201表示軟質(zhì)黏性材料層；1202與1203表示反應(yīng)層；15表示反射層；16表示平坦化層；。
如第一實(shí)施例所述本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件14經(jīng)由黏接結(jié)構(gòu)12與電路布局載體11相結(jié)合。此外，除使用上述的軟質(zhì)黏接材料外，更可以合并使用它種材料以更進(jìn)一步提升黏接結(jié)構(gòu)12的黏接特性。如圖2所示，黏接結(jié)構(gòu)12包含一軟質(zhì)黏性材料層1201、及反應(yīng)層1202與/或1203。軟質(zhì)黏性材料層1201是如第一實(shí)施例中所述的材料。反應(yīng)層1202與1203分別形成于軟質(zhì)黏性材料層1201與電路布局載體11及/或復(fù)合材料基板10之間，以提高軟質(zhì)黏性材料層1201與電路布局載體11及/或復(fù)合材料基板10間的黏接效果。反應(yīng)層1202與1203為氮化硅(SiNx)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、或上述材料的組合。電路布局載體11與/或復(fù)合材料基板10上可以先利用物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積等方式形成反應(yīng)層1201與/或1203，再將于電路布局載體11與/或復(fù)合材料基板10的其中一側(cè)上形成軟質(zhì)黏性材料層1201，再組合電路布局載體11與復(fù)合材料基板10，并施以適當(dāng)?shù)膲毫?或溫度以固結(jié)接合電路布局載體11與復(fù)合材料基板10。
再者，由于復(fù)合材料基板10的表面可能為一粗糙面。因此，為使黏接結(jié)構(gòu)12可以牢固地附著于復(fù)合材料基板10上，于復(fù)合材料基板10的表面可以形成一平坦化層16以填充復(fù)合材料基板10上的粗糙面。平坦化層16的材料為鎳(Ni)或他種可以與黏接結(jié)構(gòu)12形成結(jié)合的材質(zhì)。此外，若半導(dǎo)體發(fā)光元件14的正負(fù)電極位于同側(cè)，且磊晶基板為絕緣體時(shí)，則凹陷空間13可以延伸至平坦化層16、黏接結(jié)構(gòu)12或復(fù)合材料基板10，使得半導(dǎo)體發(fā)光元件14直接置放于平坦化層16、黏接結(jié)構(gòu)12或復(fù)合材料基板10之上。
并且為提高半導(dǎo)體發(fā)光元件14的光提取效率，于凹陷空間13內(nèi)更可以形成一反射層15，用以反射及導(dǎo)引半導(dǎo)體發(fā)光元件14所發(fā)射的光線大多朝向同一方向。反射層15為可以反射光線的材質(zhì)，如金、銀、銅、鋁、錫等金屬。反射層15可以利用各種薄膜沉積方式形成于凹陷空間13的部分或全部的內(nèi)表面。此外，當(dāng)反射層15為導(dǎo)電材料時(shí)，為使半導(dǎo)體發(fā)光件14與反射層15保持絕緣，優(yōu)選地，反射層15并不形成于半導(dǎo)體發(fā)光元件14覆蓋于復(fù)合材料基板10上方的區(qū)域。此外，為使反射層15可以達(dá)到優(yōu)選的反射效果，凹陷空間13為一錐狀(tapered)空間，亦即凹陷空間13的內(nèi)壁為一斜面，形成如一漏斗狀空間。
第三實(shí)施例圖3a～3d顯示本發(fā)明的另一實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成1的結(jié)構(gòu)圖。其中標(biāo)記18表示透光材料；18a表示填充材料；19表示波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料。
上述實(shí)施例中所揭露的半導(dǎo)體發(fā)光元件14的正負(fù)電極位于同一側(cè)，并使用導(dǎo)線17連接此正負(fù)電極與電性接點(diǎn)20。但是，本發(fā)明中的半導(dǎo)體發(fā)光元件14亦可以為倒裝芯片(Flip Chip)結(jié)構(gòu)，亦即使得半導(dǎo)體發(fā)光元件14位于同一側(cè)的正負(fù)電極皆朝向復(fù)合材料基板10的方向。若使用倒裝芯片方式配置半導(dǎo)體發(fā)光件14，則不需導(dǎo)線17，但電性接點(diǎn)20需延伸至凹陷空間13內(nèi)以分別與半導(dǎo)體發(fā)光元件14的正負(fù)極相連接，如圖3a～3d所示。
為保護(hù)設(shè)置于凹陷空間13內(nèi)的半導(dǎo)體發(fā)光元件14及其它元件，一透光材料18覆蓋于半導(dǎo)體發(fā)光元件14的上方。此透光材料18除作為保護(hù)半導(dǎo)體發(fā)光元件14、導(dǎo)線17、反射層15等的用途，尚可以經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)以提高半導(dǎo)體發(fā)光元件14的出光效率，或提供使用者所需的特殊光源。透光材料18優(yōu)選地為一光學(xué)透鏡，如凸透鏡、凹透鏡、散光片等。
透光材料18為環(huán)氧樹(shù)脂(Epoxy)、丙烯酸樹(shù)脂(Acrylic Resin)、環(huán)烯烴聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚醚酰亞胺(Polyetherimide)、氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)、硅膠(Silicone)、上述材料的組合、或其它透光材料。
此外，若透光材料18與半導(dǎo)體發(fā)光元件14間尚可以填充一填充材料18a以減緩?fù)腹獠牧?8于半導(dǎo)體發(fā)光元件14上所產(chǎn)生的應(yīng)力集中現(xiàn)象。此填充材料18a如硅膠(silicone)等半導(dǎo)體發(fā)光元件14所產(chǎn)生的光線可以藉由波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料19進(jìn)行轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生異于半導(dǎo)體發(fā)光元件14原始所產(chǎn)生的光線。此波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料19如熒光粉體、濾光膜片等。
當(dāng)使用熒光粉體19時(shí)，熒光粉體19可以先覆蓋于半導(dǎo)體發(fā)光元件14的上方，再于其上方形成透光材料18以固定并保護(hù)熒光粉體19，如圖3b所示。
或者，將熒光粉體19與透光材料18或其它膠合材料相混合后再覆蓋于半導(dǎo)體發(fā)光元件14的上方，如圖3c所示。然而，熒光粉體19亦可以在不與透光材料18或其它膠合材料相混合下，利用沉積法(sedimentation)直接覆蓋于半導(dǎo)體發(fā)光元件14上方(未顯示)，并且當(dāng)使用沉積法形成熒光粉體19時(shí)，亦可以如圖3b所示，形成透光材料18于熒光粉體19之上以保護(hù)熒光粉體19。
當(dāng)使用濾光膜片作為波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料19時(shí)，僅需將濾光膜片19設(shè)置于半導(dǎo)體發(fā)光元件14的出光路徑上，及可以達(dá)到色彩轉(zhuǎn)換的功能，如圖3d所示。此外，濾光膜片下方亦可以置入填充材料18a，以保護(hù)半導(dǎo)體發(fā)光元件14，并形成有利于光傳遞的折射率變化。
如圖3e～3g所示，透光材料18上更形成一波紋狀陣列18b，波紋狀陣列18b具有波浪狀的表面，且此波浪狀的表面具有一固定的波浪的方向，亦即波紋狀陣列18b的陣列方向或波前方向，波紋狀陣列18b上的波浪為數(shù)個(gè)微小透鏡，光線經(jīng)過(guò)波紋狀陣列18b將因其上的微小透鏡產(chǎn)生不同角度的折射，如此可以將來(lái)自半導(dǎo)體發(fā)光元件14的光線模糊而避免了局部的光點(diǎn)，產(chǎn)生均勻的色光。為使得波紋狀陣列18b達(dá)到優(yōu)選的散光效果，微小透鏡的直徑約為50～60μm。若波紋狀陣列18b為連續(xù)波浪狀時(shí)，連續(xù)二個(gè)波峰或波谷的距離約為100～120μm。
若多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件14的排列方向平行波紋狀陣列18b的陣列方向，亦即波紋的波前方向，光線經(jīng)過(guò)波紋狀陣列18b后將產(chǎn)生近似平行于波紋狀陣列18b的波前方向的光形。因此，當(dāng)多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件14的排列方向與波紋狀陣列18b的波前方向皆為直線時(shí)，光線將被分散呈一直線。當(dāng)多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件14的排列方向與波紋狀陣列18b的波前方向呈弧狀或放射狀，光線將被分散呈一弧狀或放射狀。理論上，當(dāng)多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件14的排列方向與波紋狀陣列18b的波前方向平行或大約平行，可以使得多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件14所產(chǎn)生光線被分散為沿著波前方向延伸的光形。
如圖3h所示，本發(fā)明的透光材料18可以為一翼狀凸出形狀，如圖3h所示。此時(shí)，透光材料18具有翼狀凸出部1801、凹口1802以及入光面1803。凹口1802位于遠(yuǎn)離入光面1803的位置，優(yōu)選地，位于入光面1803的相對(duì)側(cè)。翼狀凸出部1801自凹口1802朝相對(duì)的方向伸展，形成如翅膀的形狀，但是其翼尖并不限于尖銳的外形，亦可以為弧狀、或平面。透光材料18朝一長(zhǎng)度方向延伸，優(yōu)選地，朝垂直于翼狀凸出部1801的伸展方向延伸。
半導(dǎo)體發(fā)光元件14所發(fā)出的光線射入入光面1803，部分光線于凹口1802經(jīng)全內(nèi)反射(Total Internal Reflection)而射向凹口1802的兩側(cè)，亦即射向翼狀凸出部1801的方向；另一部份的光線則穿過(guò)凹口1802，并可能因透光材料18與外界光介質(zhì)的折射系數(shù)差異而折射。由于部份光線遭全內(nèi)反射使得直接射出凹口1802的光量減少，避免半導(dǎo)體發(fā)光元件14于透光材料18上形成局部光點(diǎn)。凹口1802的形狀可以為V型或U型，優(yōu)選地，其尖點(diǎn)朝向入光面，或半導(dǎo)體發(fā)光裝置14的出光方向。
直接或間接射向翼狀凸出部1801的光線，于翼狀凸出部1801中經(jīng)折射或反射而射出翼狀凸出部1801，或者，光線于翼狀凸出部1801中經(jīng)數(shù)次內(nèi)反射而逐漸混合。
此外，波紋狀陣列18b亦可以形成于翼狀凸出部1801、凹口1802及/或入光面1803上。若多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件14的排列方向平行于波紋狀陣列18b的波前方向以及透光材料18的長(zhǎng)度方向，光線將隨著波前方向/長(zhǎng)度方向分散，其原理如上述。
本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件14是可以發(fā)出可見(jiàn)光的發(fā)光二極管，亦可以為發(fā)出非可見(jiàn)光的發(fā)光二極管。若半導(dǎo)體發(fā)光元件14發(fā)射出非屬可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍的光，且波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料19可以為此非可見(jiàn)光激發(fā)產(chǎn)生可見(jiàn)光的材料，則仍然可以產(chǎn)生可見(jiàn)光。
當(dāng)半導(dǎo)體發(fā)光元件14所發(fā)出的光的波長(zhǎng)范圍屬紫外光，亦即10～420nm，優(yōu)選為200～420nm的光，搭配不同種類的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料19即可以產(chǎn)生紅、藍(lán)、綠的色光。例如，可以為紫外光激發(fā)出紅光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料19如Y2O2S:Eu，Bi、Y2O3:Eu，Bi、3.5MgO·0.5MgF2·GeO2:Mn4+，激發(fā)波長(zhǎng)介于330～420nm之間?？梢詾樽贤夤饧ぐl(fā)出藍(lán)光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料19如BaMg2Al16O27:Eu、(SrBaCa)5(PO4)3Cl:Eu、Sr4Al14O25:Eu，激發(fā)波長(zhǎng)介于220～330nm之間。
可以為紫外光激發(fā)出綠光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料19如堿土金屬硅酸鹽的熒光粉，優(yōu)選地為銪活化的堿土金屬硅酸鹽的熒光粉，此類熒光粉的激發(fā)波長(zhǎng)為200～420nm，優(yōu)選為360～400nm，該熒光粉的組成如(SrBaMg)2SiO4:Eu，此種熒光粉可以形成狹窄的波寬，例如小于35nm的半高全寬(Full WidthHalf Maximum；FWHM)，此寬度小于InGaN系發(fā)光二極管所產(chǎn)生的綠光的半高全寬，而形成優(yōu)選的彩度。市場(chǎng)上的產(chǎn)品如Intematix公司所生產(chǎn)的GreenLighting G400TM/G380TM/G360TM系列的熒光粉。
其它可以為紫外光激發(fā)出綠光的熒光粉如(Ba1-x-y-zCaxSryEuz)2(Mg1-wZnw)Si2O7，x+y+z＝1；0.05＞z＞0；0.05＞w、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu，Mn、Ba2SiO4:Eu、Ba2MgSi2O7:Eu、BaAl2O4:Eu、SrAl2O4:Eu、與BaMg2Al16O27:Eu等，激發(fā)波長(zhǎng)介于330～420nm之間。
本實(shí)施例的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料19可以如上所述于半導(dǎo)體發(fā)光元件14的封裝工藝中形成于半導(dǎo)體發(fā)光元件14的上方而構(gòu)成半導(dǎo)體發(fā)光元件組成1，亦可以于半導(dǎo)體芯片工藝中直接形成于芯片之上，如此，即不需要于透光材料18中或透光材料18與半導(dǎo)體發(fā)光元件14之間設(shè)置波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料19。將波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料19直接形成于芯片上的方法可以使用本實(shí)施例中所述形成波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料19的手段。
本實(shí)例中雖以倒裝芯片式半導(dǎo)體發(fā)光件14為例，但并不限制于此，亦可以使用第二實(shí)施例中所例示的半導(dǎo)體發(fā)光件14。
第四實(shí)施例圖4a及4b顯示本發(fā)明的再一實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成1的結(jié)構(gòu)圖。其中標(biāo)記22表示熱對(duì)流器；23表示底部電性接點(diǎn)。
當(dāng)半導(dǎo)體發(fā)光元件14的正負(fù)電極位于相異側(cè)時(shí)，亦即半導(dǎo)體發(fā)光元件14的其中一個(gè)電極遠(yuǎn)離復(fù)合材料基板10，而另一電極朝向復(fù)合材料基板10時(shí)，此朝向復(fù)合材料基板10的電極將難以利用導(dǎo)線17與電性接點(diǎn)20相連接。當(dāng)此，若復(fù)合材料基板10為電導(dǎo)體，半導(dǎo)體發(fā)光元件14的其中一個(gè)電極可以與復(fù)合材料基板10直接接觸，如圖4a及4b所示，利用復(fù)合材料基板10作為一電性接點(diǎn)，或者于復(fù)合材料基板10上設(shè)置一底部電性接點(diǎn)23作為連接外部的接點(diǎn)?；蛘哂趶?fù)合材料基板10內(nèi)形成一導(dǎo)電通孔(未顯示)電連接半導(dǎo)體發(fā)光元件14與底部電性接點(diǎn)23。
此外，為增加散熱的效能，復(fù)合材料基板10上可以設(shè)置一熱對(duì)流器22，此熱對(duì)流器22如散熱鰭片、多孔性(porous)陶瓷、多孔性復(fù)合材料等，利用與周遭流體的自然或強(qiáng)制對(duì)流，帶走半導(dǎo)體發(fā)光元件14傳遞至復(fù)合材料基板10的熱，并且由于復(fù)合材料基板10的高導(dǎo)熱系數(shù)之故，使得復(fù)合材料基板10具有較為均勻的溫度分布，輔以熱對(duì)流器22可以有效降低半導(dǎo)體發(fā)光元件14的本體溫度。熱對(duì)流器22可以直接形成于復(fù)合材料基板10之上，如圖4a所示，亦可以為一獨(dú)立元件以附加于復(fù)合材料基板上，如圖4b所示。
上述各實(shí)施例中雖例示形成凹陷空間13于電路布局載體11之上，然而，并不以形成凹陷空間13為必要。亦即，半導(dǎo)體發(fā)光元件14可以設(shè)置于未形成有凹陷空間13的電路布局載體11上，并且亦可以于半導(dǎo)體發(fā)光元件14上覆蓋透光材料18與/或波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料19，而透光材料18與/或波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料19間的覆蓋順序如圖3a～3d所示，其它的配置亦如上述各實(shí)施例所敘述。
再者，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成1亦可以為一陣列型式，如圖5所示。于電路布局載體11上形成多個(gè)凹陷空間13，再于各凹陷空間13內(nèi)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件14，并將各半導(dǎo)體發(fā)光元件14電性串聯(lián)或并聯(lián)，即可以構(gòu)成一半導(dǎo)體發(fā)光陣列；或者亦可以將多個(gè)半導(dǎo)體發(fā)光元件14設(shè)置于未形成有凹陷空間13的復(fù)合材料基板10之上。而此陣列的各種結(jié)構(gòu)變化如上述各實(shí)施例所述，在此不再贅述。
雖然本發(fā)明已以具體的實(shí)施例說(shuō)明如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員任施匠思而為諸般修飾，皆不脫如附權(quán)利要求所欲保護(hù)者。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，包含一復(fù)合材料基板；一電路布局載體；一黏接結(jié)構(gòu)，用以接合該復(fù)合材料基板與該電路布局載體；及一半導(dǎo)體發(fā)光元件，設(shè)置于該復(fù)合材料基板的一側(cè)，并電連接至該電路布局載體，該復(fù)合材料基板的熱膨脹系數(shù)大體上不大于12×10-6/℃，且該復(fù)合材料基板的熱傳導(dǎo)系數(shù)不小于150W/m°K。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，更包含一凹陷空間，形成自該電路布局載體上，并朝該復(fù)合材料基板方向延伸，且該半導(dǎo)體發(fā)光元件設(shè)置于該凹陷空間內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該復(fù)合材料基板包含金屬基復(fù)合材料、聚合物基復(fù)合物、陶瓷基復(fù)合物、上述材料的等效物、或上述材料的組合。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該半導(dǎo)體發(fā)光元件與該復(fù)合材料基板的熱膨脹系數(shù)的差值不大于10×10-6/℃。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該電路布局載體為半導(dǎo)體基板、印刷電路板、軟性印刷電路板、硅基板、陶瓷基板、上述材料的等效物、或上述材料的組合。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該黏接結(jié)構(gòu)包含一軟質(zhì)黏性材料層。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該軟質(zhì)黏性材料層為苯環(huán)丁烯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺、旋涂玻璃、硅樹(shù)脂、焊料、上述材料的等效物、或上述材料的組合。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該黏接結(jié)構(gòu)包含多個(gè)金屬層，以共熔結(jié)合方式連接該半導(dǎo)體發(fā)光元件及該復(fù)合材料基板。
9.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該黏接結(jié)構(gòu)更包含一反應(yīng)層，形成于該軟質(zhì)黏性材料層的其中一側(cè)，以輔助接合該復(fù)合材料基板與該電路布局載體。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該反應(yīng)層為氮化硅、鈦、鉻、上述材料的等效物、或上述材料的組合。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該凹陷空間呈錐狀。
12.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該凹陷空間內(nèi)包含一反射層。
13.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，更包含一透光材料，覆蓋于該凹陷空間上方。
14.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，更包含一波紋狀陣列，形成于該透光材料上，并具有一波前方向。
15.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該半導(dǎo)體發(fā)光元件大體上遵循該波前方向排列。
16.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該透光材料為一光學(xué)透鏡。
17.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該透光材料包含一入光面，面向該半導(dǎo)體發(fā)光元件；一凹口；及一翼狀凸出部，自該凹口向相對(duì)側(cè)伸展。
18.如權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該凹口具有一尖點(diǎn)，指向該入光面。
19.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，更包含一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，設(shè)置于該半導(dǎo)體發(fā)光元件上方，并用以轉(zhuǎn)換光線的波長(zhǎng)。
20.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料為一熒光粉體、濾光膜片、上述材料的等效物、或上述材料的組合。
21.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，更包含一平坦化層，形成于該復(fù)合材料基板及該黏接結(jié)構(gòu)之間。
22.如權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該平坦化層為鎳或他種可以接合至該黏接結(jié)構(gòu)的材質(zhì)。
23.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該半導(dǎo)體發(fā)光元件為發(fā)光二極管、激光二極管、上述元件的等效物、或上述元件的組合。
24.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該半導(dǎo)體發(fā)光元件為一倒裝芯片結(jié)構(gòu)。
25.如權(quán)利要求24所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，更包含一電性接點(diǎn)，覆蓋于該凹陷空間的至少部分表面，并電連接該半導(dǎo)體發(fā)光元件與該電路布局載體。
26.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，更包含一熱對(duì)流器，連接至該復(fù)合材料基板，并以熱對(duì)流方式冷卻該復(fù)合材料基板。
27.如權(quán)利要求26所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該熱對(duì)流器為散熱鰭片、多孔性陶瓷材料、多孔性復(fù)合材料、上述材料的等效物、或上述材料的組合。
28.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該半導(dǎo)體發(fā)光元件電連接至該復(fù)合材料基板。
29.如權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該半導(dǎo)體發(fā)光元件電連接一設(shè)置于該復(fù)合材料基板的另一側(cè)的底部電性接點(diǎn)。
30.如權(quán)利要求28所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該復(fù)合材料基板內(nèi)包含一導(dǎo)電通孔用以電連接該半導(dǎo)體發(fā)光元件。
31.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該半導(dǎo)體發(fā)光元件包含一紫外光發(fā)射體；以及一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料，經(jīng)該紫外光發(fā)射體照射而產(chǎn)生可見(jiàn)光。
32.如權(quán)利要求31所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料包含銪活化的堿土金屬硅酸鹽。
33.如權(quán)利要求31所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，其中該波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料擇自(SrBaMg)2SiO4:Eu、(Ba1-x-y-zCaxSryEuz)2(Mg1-wZnw)Si2O7，x+y+z＝1；0.05＞z＞0；0.05＞w、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu，Mn、Ba2SiO4Eu、Ba2MgSi2O7:Eu、BaAl2O4:Eu、SrAl2O4:Eu、與BaMg2Al16O27:Eu、所構(gòu)成的一族群。
全文摘要
本發(fā)明揭露一種半導(dǎo)體發(fā)光元件組成，此半導(dǎo)體發(fā)光元件組成包含一復(fù)合材料基板、一電路布局載體、一黏接結(jié)構(gòu)、一凹陷空間、以及一半導(dǎo)體發(fā)光元件。黏接結(jié)構(gòu)用以接合復(fù)合材料基板與電路布局載體。凹陷空間形成自電路布局載體上，并朝復(fù)合材料基板方向延伸。半導(dǎo)體發(fā)光元件設(shè)置于凹陷空間內(nèi)，并電連接至電路布局載體。
文檔編號(hào)H05K1/02GK1825640SQ20051009961
公開(kāi)日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2005年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月30日
發(fā)明者謝明勛, 殷壽志, 王健源, 王仁水, 蔡嘉芬, 許嘉良 申請(qǐng)人:晶元光電股份有限公司