CN101335318A - 半导体发光器件,其制造工艺及使用其的发光二极管(led)照明装置 - Google Patents

半导体发光器件,其制造工艺及使用其的发光二极管(led)照明装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种半导体发光器件，包括：其中一对正负电极在绝缘衬底的正面形成的布线衬底，在电极中的一个上排列的或排列成在两个电极上伸展且与正负电极对电连接的LED，以及金属框，该金属框在其内圆周一侧具有锥形面且排列在布线衬底的正面上的电极对周围，其中该金属框通过粘合层与该布线衬底的正面接合，且电镀层在该金属框的表面和该电极对的表面上形成。

Description

半导体发光器件，其制造工艺及使用其的发光二极管(LED)照明装置
技术领域
本发明涉及半导体发光器件、其制造工艺，以及使用其的发光二极管(LED)照明装置。
背景技术
各种使用发光二极管(LED)的半导体发光器件已被发展为液晶显示设备的背光或用于一般照明。关于各个这些半导体发光器件的封装，提出了各种结构以便于在预定方向上有效地辐射从其中的LED发射出的可见光以提高亮度，并进一步有效地使该LED中生成的热散热(参看JP-A-2006-165138和JP-A-2004-241509)。
JP-A-2006-165138中公开的半导体发光器件具有一种结构，其中LED安装在两层布线衬底上，该布线衬底上的LED被由树脂制成的框构件围绕，且将模塑树脂填入框构件以密封该LED。布线衬底在其正面上具有一对正电极和负电极，且LED通过焊料(例如金、锡合金、或银膏)的作用与电极中的一个接合以使得它们相互电连接，该电极是芯片安装盘。另一个电极通过金线(直径约为50μm)等与该LED的上表面电连接，该电极是连接盘。
在此半导体发光器件中，由该LED发射的光线中的向该LED附近漫射的光线在框构件的内壁面上反射，从而定向在与布线衬底基本垂直的方向上。从该LED辐射出的热通过由金属制作的芯片安装盘传导到背面的布线，且进一步通过未示出的焊料从外部终端传导到与之相连接的外部电极。
在如JP-A-2004-241509中公开的半导体发光器件中，LED在形成于布线衬底正面上的一对正电极和负电极盘上进行倒装。在该LED周围，通过对具有高反射率的金属(诸如铝)铸模获得的框构件通过粘合层接合到布线衬底的绝缘层。
根据此半导体发光器件，框构件由金属制成；从而，该构件具有比由树脂制成的框构件更高的反射率。此外，该LED生成的热通过填充通孔从该正面一侧上的电极盘传导到背面上的电极层，且更进一步传导到外部布线。
如上所述，在如JP-A-2006-165138中公开的半导体发光器件中，其框构件由树脂制成，从而其反射率比由金属制成的任何框构件的反射率小。从而，光的使用效率也低。具体地，当来自其LED的光的波长从蓝光波长变短为紫光波长，反射率显著降低。此外，树脂框构件被变性为要变色成黄色。
在如JP-A-2006-165138和JP-A-2004-241509中公开的半导体发光器件中，由其LED发射的并辐射到其布线衬底表面上的光线的使用效率是较低的，且另外它们的散热路径也较长从而未获得充分的散热效率。此外，当该框构件通过粘合剂粘合到该布线衬底上时，有必要对加热和压制状况做精确控制以使粘合剂不会被从该框构件的粘合面挤出。
发明内容
考虑到这些问题，作出了本发明。其一个目的是提供使得改进光的使用效率和散热效率成为可能的半导体发光器件，其制造工艺，及使用其的LED照明装置。
因此，根据本发明的一个方面，提供了一种半导体发光器件，包括：布线衬底，其中一对正电极和负电极在绝缘衬底的正面上形成；在电极中的一个上排列、或排列以在两个电极上伸展且与正负电极对电连接的LED；以及金属框，其在其内圆周一侧具有锥面且在布线衬底正面上的电极对周围排列，其中金属框通过粘合层与布线衬底的正面接合，且电镀层在金属框的表面和电极对的表面上形成。
根据本发明的另一方面，提供一种制造半导体发光器件的工艺，包括以下步骤：(A)在绝缘衬底的表面上形成具有一对正极和负极电极的布线衬底，(B)在薄金属板上制造通孔以形成金属框，(C)通过粘合层将金属框连接到在布线衬底的正面上的电极对的周围区域以形成叠层，(D)在金属框的表面和电极表面形成电镀层，以及(E)将LED设置于电极中的一个之上或将LED设置成通过电镀层在两个电极上伸展，从而将LED与正负电极对电连接。
根据本发明的又一方面，提供了一种使用该半导体发光器件的LED照明装置。
根据本发明的半导体发光器件，由LED发射出的光线中的向金属框发射的光线在电镀锥面上反射，同时向该布线衬底发射的光线在第一和第二电极的电镀表面上反射，以便于定向为与布线衬底平行的方向基本垂直的方向。结果，LED光使用效率被大大地改进。
附图说明
图1A和1B示出本发明的半导体发光器件的实施方式1，其中图1A是其俯视图，而图1B是其截面图；
图2A到2E是用于说明实施方式1的半导体发光器件的制造步骤的视图；
图3A到3C是用于说明在图2示出的步骤之后的制造步骤的视图；
图4A到4C是用于说明在图3示出的步骤之后的制造步骤的视图；
图5A到5C是用于说明在图4示出的步骤之后的制造步骤的视图；
图6A到6C是用于说明在图5示出的步骤之后的制造步骤的视图；
图7A到7D是用于说明本发明实施方式2的半导体发光器件的视图；
图8是示出本发明实施方式3的半导体发光器件的俯视图；
图9是示出本发明实施方式4的半导体发光器件的截面图；
图10A和10B示出本发明实施方式5的半导体发光器件，其中图10A是其俯视图，而图10B是其截面图；
图11是实施方式5的第一修改示例的截面图；
图12是实施方式5的第二修改示例的截面图；
图13是示出本发明实施方式6的半导体发光器件的截面图；
图14是示出本发明实施方式7的半导体发光器件的截面图；以及
图15是示出使用本发明半导体发光器件的LED照明装置的示例的局部截面图。
具体实施方式
本发明的半导体发光器件是一种器件，包括：布线衬底，其中一对正电极和负电极在绝缘衬底的正面上形成；在电极中的一个上排列的、或排列成在两个电极上伸展且与正负电极对电连接的LED；以及金属框，其在其内圆周一侧具有锥形面且在布线衬底正面上的电极对周围排列，其中金属框通过粘合层与布线衬底的正面接合，且电镀层在金属框的正面和电极对的表面上形成。
简言之，本发明的半导体发光器件具有这样一种结构：电镀层不仅在其金属框的正面形成，并且在其布线衬底上的电极对的正面形成，由此也在该电镀层上反射由其LED发射的光线中的导向该布线衬底的光线，以便改进使用该光线的效率。
以下将对构成此半导体发光器件的每个组成部分及该器件的结构进行描述。
该绝缘衬底不受特别地限定，只要该衬底是在其表面具有非导电性的衬底即可。该绝缘衬底例如是树脂薄膜衬底、玻璃衬底、陶瓷衬底、或在其表面具有绝缘层的半导体衬底。其厚度合适地约为从150μm到800μm。在本发明中，由于以下原因：当来自该LED的光穿过绝缘衬底时会生成光反射损耗，该绝缘衬底优选地不具有透光性并且是白色的，且对可见光给出高的表面反射效率的衬底。
在使用情况下，作为例如树脂薄膜衬底的绝缘衬底，此薄膜衬底通过将纳入填充物的树脂薄膜用作为树脂薄膜衬底而被制成白色。为此，反射辐射到树脂薄膜衬底上的来自LED的光的效率可变高些。因而，对于整个半导体发光器件，光使用效率可变得甚至更高。在此情况下，优选地使用通过将诸如硅石的填充物揉入树脂形成的树脂薄膜衬底。该树脂例如可以是环氧树脂。
正负电极对的材料不受特别限定，只要该材料具有导电性且电镀层可在由此材料制成的实体的表面上形成即可。该材料优选地是结合到绝缘衬底且容易与之整体切削的材料。作为正电极的材料和负电极的材料，可以使用相同的导电材料或相互不同的导电材料。为了使该生产工艺简单，正电极和负电极优选地由相同的材料制成。至少其上安装有LED的电极优选地由具有高热导率的导电材料制成，以使该电极传导来自LED的热且向外散热。此材料的示例包括铜和铜合金。
正电极的形状和负电极的形状不受特别限定，且可以彼此相同或不同。其示例包括三角形、矩形、圆形、椭圆形、环形、“C”形、“I”形，以及它们的任意组合。
正负电极对与在绝缘衬底的正面和背面中的至少一个上形成的布线图案电连接。以后将对此进行详细描述。
该金属框的材料不受特别限定，只要材料是金属材料且电镀层可在由该金属材料制成的实体的表面形成。该材料可以与正负电极对的材料相同或不同。
如所描述的，因为该框排列在电极对周围，所以当从其上观察该框时，该金属框的形状是环形。此外，在其内圆周一侧，该金属框具有锥形面。此锥形面是来自LED的光在与绝缘衬底垂直的方向上被有效反射的面。该环形不受特别限定，只要该形状是能够环绕电极对的形状即可。金属框优选地制成使得该框尽可能地靠近电极对以便改进反射来自LED的光的效率且使得该半导体发光器件的尺寸做小成为可能的大小和形状。
粘合层的材料不受特别限定，只要该材料有可能使得金属框结合到布线衬底的正面上即可。该材料可以是热固化粘合剂、光学可固化粘合剂、或类似的。该热固化粘合剂的示例包括环氧树脂粘合剂和聚酰亚胺树脂粘合剂。这些热固化粘合剂各自优选地是处于半固化状态的薄片状粘合剂。该光学可固化粘合剂的示例是丙烯酸类树脂粘合剂。金属框通过粘合层结合到其上的布线表面的正面被分为：电极对被形成图案时所保留的、且由与这些电极相同的材料制成的金属层的正面；以及通过除去此金属层所暴露的该绝缘衬底的正面。以后将对此进行详细描述。
电镀层的材料不受特别限定，只要该材料是电极对和金属框可用来令人满意地电镀的材料即可。该电镀层可制成单层或多层。该电镀层的最上层优选地是具有反射来自LED的光的高效率的层。
在本发明中使用的LED可以是在其一个表面和与该表面相反的表面上分别具有正负电极的LED，或只在其一个表面上具有正负电极的LED。在前一种LED中，其接合面(背面)一侧上的电极通过焊料与布线衬底的电极中的一个电连接，且进一步地其正面一侧上的电极通过引线结合与布线衬底的另一电极电连接。在后一种LED中，其电极对通过焊料与布线衬底上的电极对电连接。
半导体发光器件的结构：
在本发明的半导体发光器件中，为了在电镀层上反射光以改进光使用效率，更佳的是在布线衬底表面上金属框内的内区域中电极对的占用面积更大。换言之，没有电镀层在布线衬底表面中的绝缘层表面上形成；因此，更佳的是金属框内的内区域中裸露绝缘层面积更小。
金属框的正面和电极中的一个的正面可以通过电镀层相互连接。这样，在上述内区域中电镀层的占用面积变得更大。裸露绝缘层的面积相反地变得更小，从而光使用效率可变得更高。
当电极中的一个通过电镀层与金属框连接时，电极与金属框之间的间隙优选地制成小尺寸以使该间隙嵌入非常薄的电镀层。例如，该间隙优选地为约0.1mm或更小，更佳地为50μm或更小。电极可与金属框接触。用这种方法，这些正面可通过电镀层更容易地相互连接。
通过电镀层与金属框连接的电极可以是正电极或负电极，但却是这些电极中的任一个从而不会引起短路。具体地，当LED是其一个表面上具有正负电极的LED时，该LED进行倒装芯片安装从而在布线衬底的正负电极上伸展；因此，通过电镀层与金属框连接的电极可以是正电极或负电极。另一方面，当LED是其一个表面和与之相反的表面上分别具有正电极和负电极的LED时，更佳的是其上安装有LED的布线衬底电极通过电镀层与金属框连接。这样，来自LED的热量可通过电镀层有效地散热到金属框。
如上所述，为了改进LED的光使用效率和LED的散热效率而不引起正负电极之间的短路，较佳的是在上述内区域中，电极之间的间隙以及金属框与未通过电镀层和金属框连接的电极之间的间隙被制成尽可能地窄，只要保持预定静电击穿电阻即可且进一步地除了该间隙的各个部分整体地构成电极表面。
如上所述，金属框的金属材料不受特别限定，只要电镀层可在该材料制成的实体上形成即可。为了使散热效率更高，金属框优选地由具有高热导率的金属制成，诸如铜或铜合金。从其制成为金属框的可加工性观点来看，铜合金是优选地。当金属框由纯铜制成时，该框的韧性是较高的；因此，当形成于单个布线衬底上的多个半导体发光器件分成各自由预定数目器件组成的单元时，针对分割的切削变得困难。当切削力变大时，称为毛刺的切削废料(cut waste)从布线衬底的绝缘层(例如，树脂薄膜)生成。为此，较佳地是金属框由锌铜合金、镍铜合金、或铬铜合金制成，其中将例如锌(Zn)、镍(Ni)或铬(Cr)的杂质以例如按重量的1％或更多的量添加到铜以使韧性变小。
在本发明中，布线衬底不受特别限定，只要该衬底在其正面具有一对正负电极即可。该布线衬底可以具有单层布线结构或多层布线结构。
单层布线结构的布线衬底可以具有这样一种结构：一对正负电极在绝缘衬底的至少一个表面上形成，且进一步与这些电极电连接的布线图案在绝缘衬底的正面(即电极形成表面)和背面中的至少一个上形成。在正面或背面上的布线图案与用于控制LED打开和关闭的外部电路电连接。
当布线衬底具有将在下面进行详述的背面布线图案或多层布线结构时，优选地使用上述树脂薄膜衬底作为绝缘衬底以使发光器件的生产变得容易。
在具有背面布线图案的布线衬底中，一个或多个穿透绝缘衬底的填充通孔被制成以使得背面布线图案通过正面布线图案或没有正面布线图案地与正负电极电连接成为可能。在这种情况下，至少关于将其上安装有LED的电极与背面布线图案连接的填充通孔，较佳的是填充通孔在正电极和负电极中的至少一个的两个或更多位置上设置，因为来自LED的热量可以有效地散热到背面布线图案和与其连接的外部电路。
多层布线结构类型的布线衬底可形成为具有这样一种结构：第二布线衬底被层压在具有上述背面布线图案的单层布线结构的第一布线衬底的背面上；以及第二布线衬底的布线图案与第一布线衬底的背面布线图案电连接。此第二布线衬底例如可以具有一种结构，该结构具有：具有在第一布线衬底的背面布线图案的位置上形成的接触孔的绝缘衬底；在绝缘衬底和第一布线衬底的接合面上形成的粘合层；以及从与该接合面相反的面延伸到该接触孔从而与背面布线图案电连接的布线层。
用于第二布线衬底的绝缘衬底优选地是易于结合到第一布线衬底的树脂薄膜衬底。这种多层布线结构具有布线路径和电极面积可自由设计的优点。
在背面上具有布线图案的单层或多层布线结构类型的布线衬底中，优选地该背面部分地涂覆有其中填充物被揉入树脂的阻焊剂。在此情况下，背面布线图案用焊料与外部电路电连接；因此，将阻焊剂粘合到背面布线图案的不使焊料粘合到其上的一部分上。关于此阻焊剂，其热导率通过将填充物纳入树脂得以变高。因而，当发光器件用了很长时间以致整个封装变暖时，热被传导到阻焊剂从而可有效地散热。用于该阻焊剂的树脂的示例包括环氧树脂和丙烯酸类树脂。该填充物的一个示例是硅石。
在本发明的半导体发光器件中，可允许将应当填入的透明树脂层放入金属框的至少内区域(在框内部)以保护LED，并形成上述结构。进一步可允许将吸收自LED光线中的具有特定波长的光线的荧光体分散到此透明树脂层中。
参考附图，以下将对本发明的半导体发光器件的各个实施方式及其生产工艺进行详细地描述。
实施方式1：
图1A和1B示出本发明的半导体发光器件的实施方式1，且分别是其俯视图和截面图。
此半导体发光器件具有双层布线结构类型的布线衬底1，在其正面上有第一和第二电极11和12；安装在第一电极11上的LED 30，以便通过管芯粘接胶与电极11电连接，且进一步使用金属线13通过引线接合与第二电极12电连接；以及通过粘合层45与布线衬底1的正面结合的金属框40。
该布线衬底1具有第一布线结构部分10和层压在第一布线结构部分10背面上的第二布线结构部分20。
第一布线结构部分10具有：下文称为第一衬底14的第一树脂薄膜衬底14；圆形且在第一衬底14的正面形成的第一和第二电极11和12；在第一衬底14背面上形成的背面布线图案15；以及穿透第一衬底14从而将第一和第二电极11和12与背面布线图案15电连接的填充通孔16。第一和第二电极11和12中的一个是正电极，而另一个是负电极。
第二布线结构部分20具有：下文称为第二衬底21的第二树脂薄膜衬底21；在第二衬底21与第一布线结构部分10的接合面上形成的粘合层22；在第二衬底21中制成的接触孔；以及从第二衬底21的与该衬底21的接合面相反的面延伸到接触孔以便与背面布线图案15电连接的布线层23。
金属框40由与第一和第二电极11和12相同的金属材料制造，且由例如，其中Zn、Ni、Cr等被添加到铜中的铜合金制成。该铜合金由，例如，72％铜(Cu)、20％Zn和8％Ni相互混合的铜合金制成。金属框40是通过对由铜合金制成且具有0.3mm到0.5mm厚度的金属板打孔以制造通孔而形成的框。
金属框40中的通孔是围绕布线衬底1的第一和第二电极11和12的细长孔(即，狭槽)，且其内壁面是在其布线衬底1一侧的基本垂直的面。此内壁面是锥形的，于是该面向外倾斜从而随着该面越接近与布线衬底1相反一侧的开口边缘就变得越宽。当金属框中的开口按照方向具有不同的宽度(如图1A中示出的细长孔)时，较佳地是沿着宽度较小的方向内壁面部分的锥形角度被制造得比沿着宽度较大的方向的内壁面部分的锥形角度要大，即，前一个内壁部分被加宽得较少。
此外，电镀层50在金属框40的正面与第一和第二电极11和12的正面上形成。当要电镀的物体由铜或铜合金制成时，Ni对铜有好的粘附性但是容易氧化变黑。金(Au)对Ni有好的粘附性，但是反射率低。Au的反射率低，特别是对具有短波长的蓝光的反射率低；因此，Au对发射白光、蓝光或绿光的发光器件不适合。对于这种可以发射具有短波长的光的发光器件，较佳的是在其顶层表面上电镀银。因而，该电镀层50优选地由通过连续地使用Ni、Au和Ag以执行电镀获得的多个电镀层组成。
参考图1到6，以下将对实施方式1的发光器件的制造工艺进行描述。在参考附图的本说明书中，此工艺是针对单个发光器件的制造工艺。然而，当然本制造工艺可以应用于在单个布线衬底上同时制造多个发光器件的情况。
此制造半导体发光器件的工艺，包括以下步骤：(A)在绝缘衬底的正面上形成具有正负电极对11和12的布线衬底1，(B)在薄金属板中制成通孔以形成金属框40，(C)将金属框40通过粘合层45接合到布线衬底1的正面上电极对11和12的周围区域，(D)在金属框40的表面和电极的表面形成电镀层50，以及(E)通过电镀层50将LED 30置于电极中的一个之上，从而使LED与正负电极对11和12电连接。
在步骤(A)中，第一布线结构部分10的形成首先通过连续执行在图2A到2E中示出的步骤执行到其一半。
如图2A所示，各自由铜箔制成且各自具有约12μm厚度的金属层12a和15a首先分别在第一树脂薄膜衬底14的正面和背面上形成，该第一树脂薄膜衬底14例如是具有约40μm厚度的包含填充物的环氧薄膜。
接着，如图2B所示，该背面金属层15a的预定区域被蚀刻除去。如图2C所示，第一衬底14的经蚀刻区域进一步进行激光通孔加工以便制成直径约为100μm到150μm的通孔14a。该通孔14a被定位的位置是第一和第二电极11和12将要形成的位置。此时，在超出电极的大尺寸中，可制成多个通孔14a。这样，热可被有效地传导。该通孔14a的大小设置成使该孔将能够在随后的步骤中通过铜电镀被填充。
随后，如图2D所示，表面金属层12a，即暴露于通孔14a的内部的铜箔，用作执行电镀的晶核，从而通过铜电镀填充在通孔14a中。这样，填充通孔16被制成。
然后，如图2E所示，背面金属层15a被蚀刻成将在第一电极一侧的填充通孔16与在第二电极一侧的填充通孔16进行电分离。这样，与填充通孔16中的每一个电连接的背面布线图案15形成。
接着，第二布线结构20的形成通过连续执行图3A到3C中示出的步骤执行到其一半。
如图3A所示，由铜箔制成且具有约12μm厚度的金属层23a首先在第二树脂薄膜衬底21的表面中的一个上形成，该第二树脂薄膜衬底21例如是具有约300μm厚度的环氧薄膜。随后，如图3B所示，粘合层22，即处于半固化状态的具有约40μm厚度的粘合片，被层压在第二衬底21的另一表面上。
接着，如图3C所示，各自具有约0.4mm直径的接触孔21a用钻机在具有金属层23a和粘合层22的第二衬底21的预定位置上形成。接触孔21a各自被制成具有大直径，由此将其粘附区域变大以便于在后续步骤中将接触孔附近焊接到布线衬底1上时，焊料将容易进入该孔且进一步地它们将能够确定地相互固定。接触孔21a形成的位置呈现为第一布线结构10中的第一电极一侧的填充通孔16和第二电极一侧的填充通孔16的对应位置。
然后，如图4A所示，第二布线结构部分中间层20a的粘合层22被粘附到第一布线结构部分中间层10a的背面上。当中间层相互受挤压到粘合层22未被挤出到接触孔21a的程度时，对中间层进行加热以固化粘合层22。
接着，如图4B所示，由铜电镀制成的金属层23b在包括接触孔21a的内表面的第二布线结构部分中间层20a的整个背面上形成。此时，为了对要完全电镀的工件进行电镀，该金属层23b也在第一布线结构部分中间层10a的金属层12a的正面上形成。通过金属层23b的作用，第二布线结构部分中间层20a的金属层23a通过接触孔21a与第一布线结构部分中间层10a的背面布线图案15电连接。
然后，第一布线结构部分中间层10a的金属层23b和12a用光刻或蚀刻方法形成图案，从而形成第一和第二电极11和12。此外，该第二布线结构部分中间层20a的金属层23b和23a如图4C所示地形成图案，从而形成与第一电极11电连接的布线层23A和与第二电极12电连接的布线层23B。这样，第一布线结构部分10和第二布线结构部分20被层压于其中的布线衬底1形成。此时，第一和第二电极11和12被形成为具有圆形接近在金属框40中通孔的内圆周面的圆形形状。特别地，其上安装有LED 30的第一电极11被形成为靠近内圆周面到一定程度从而在第一电极11与金属框40之间只有微小的间隙(约0.1mm到0.2mm)。
多对第一和第二电极可以在此布线衬底1上形成从而多个LED可被安装于其上，此并未被示出。
在步骤(B)中，如图5A所示，例如，制备由铜合金制成且具有约300μm厚度的薄金属板40a。如图5B所示，作为处于半固化状态的粘合片的粘合层45被粘合到薄金属板40a的表面中的一个之上。该粘合层45的厚度约是20μm。
接着，具有粘合层45的薄金属板40a被放入模子以制造通孔40b，从而形成也在图5C中示出的金属框40。在形成大量发光器件的情况下，可取的是在单个薄金属板40a中将多个通孔40b做成矩阵形状，使产物粘合到布线衬底1上，然后在最后一步中将该产物分成独立的发光器件。
在步骤(C)中，如图6A所示，使金属框40的粘合层45粘合于布线结构1的正面上，且产物被放入模子。此时，当执行精确定位时执行粘合以使得粘合层45在布线衬底1的正面上不会从第一和第二电极11和12附近的金属层的上部偏离。
在设置之后，通过模子，布线衬底1和金属框40在挤压时被加热。如果压力和温度在此时被设高，则粘合层45的粘附力变大；然而，布线衬底1可以因布线衬底1与金属框40等之间的线性膨胀系数的差异被翘曲。如果压力变得太高，则粘合层45可被挤出到金属框40的内部。因此，压力优选地约是1kg/cm2，与由手轻推衬底1和框40获得的压力相对应。固化温度根据粘合剂类型变化，且应被设成适于固化该粘合剂的温度(例如，150℃约60分钟)。
在步骤(D)中，如图6B所示，电镀层50在金属框40的正面和层压体的第一和第二电极11和12的正面上(见图6A)形成0.5μm到6.0μm的厚度，其中布线衬底1和金属框40通过电镀相互粘合。此时，整个层压体被浸入电镀槽；因而，电镀层50在除金属框40与第一和第二电极11和12的正面之外的任一金属裸露部分形成。如上所述，此电镀层50由Ni层、Au层和Ag层三个层组成，该三个层连续地从电镀层50的最低层向上排列。该电镀层50既不是在第一衬底14也不是在第二衬底21的裸露表面上形成，并且也不是在粘合层45的裸露表面上形成。
这样，由铜合金制成的金属框40与形成有第一和第二电极11和12的区域用银镀层覆盖，该银镀层具有高反射率，且第一电极11和金属框40之间的间隙掩埋对应于电镀层50厚度的宽度。
在步骤(E)中，如图6C所示，LED 30通过焊料安装于被电镀层50覆盖的第一电极11，以将该LED 30的低电极与第一电极11电连接。该LED30的上电极通过使用金属导线13的引线接合与第二电极12电连接，金属导线13例如由具有50μm直径的金线制成。
这样，实施方式1的半导体发光器件完成。
在后续步骤中，可使包含填充物的阻焊剂(未示出)粘合到至少没有焊料粘到布线衬底1的背面上的金属层23A的区域，即对应于填充通孔16的凹面的周围区域。这样，散热性能可变得更高。
当多个半导体发光器件被一起制造时，单个布线衬底和单个金属框被用于形成矩阵形状的发光器件。因此，半导体发光器件被分成各自由预定数目器件构成的个体或单元。为了在这种情况下在每个预定区域制造大量半导体发光器件，器件之间的间隔是较窄的。因此，精确切削是需要的。当铜合金用作金属框的材料，精密切削可为以下原因实现：当金属与主要由树脂制成的布线衬底一起被整体地切削时，铜合金相比铜韧度较低。切削面不具有由Ni、Au和Ag制成的电镀层50。然而，来自LED的光不需要在该面上反射；因此，不会引起问题。
根据本发明实施方式1的具有上述结构的半导体发光器件，由LED 30发射的光线中的向金属框40一侧发射的光线在经电镀的锥形面上反射，且向布线衬底1一侧发射的光线在经电镀的第一和第二电极11和12的表面和白色的第一衬底14的表面上反射，以便于被定向在与该布线衬底1平行的方向基本垂直的方向上。为此，LED 30的光使用效率被大大地提高。由LED 30的生成的热主要通过一个或更多个填充通孔16从第一电极11传导到背面的布线层23A。此外，热通过布线层23A和与外部布线电连接的焊料或阻焊剂进行传导。因此，可以获得充足的散热性能。
实施方式2：
实施方式2是不同于实施方式1中的半导体发光器件制造工艺的制造工艺。参考图7A到7D，以下将主要对不同于实施方式1的实施方式2的点进行描述。在图7A到7D中，对与在图1到图6中示出的相同的元件附上相同的附图标记，且其描述被省略。
在实施方式2的制造工艺中，布线衬底1通过与实施方式1中的步骤(A)和(B)相同的方法形成，该方法已经参考图2到4进行了描述。此后，在步骤(C)中，金属框40通过粘合层与布线衬底1的正面接合。用于接合的方法与实施方式1的步骤(C)中的方法不同。
在实施方式2中的步骤(C)中，如图7A所示，在步骤(C1)，光敏粘合剂被首先涂到布线衬底1的正面上，厚度约为5μm到25μm，以便在其上形成粘合剂涂层46a。
此光敏粘合剂是正型粘合剂，其中被暴露区域可以在显影液中溶解，且例如可以是使用丙烯酸类环氧树脂(由TAIYO INK MFG.有限公司制造的丙烯酸成分改良的环氧树脂(商品名称：PSR-4000 W8))的粘合剂。为什么此粘合剂可以被选择的第一个原因是该粘合剂是光学可固化的。其第二个原因是该粘合剂是白色的以致光反射率较高从而可以防止光从在金属框40和第一树脂薄膜衬底14之间的粘合面中的光敏粘合剂涂层46a中泄漏。结果，有可能防止即使光不辐射到的涂层46a的区域是光学敏感的也产生弱键合的现象。其第三个原因是该粘合剂很少释放出雾气(沥青)从而很少引起固化涂层46a时粘合剂污染第一树脂薄膜衬底14的问题。其第四个原因是该粘合剂不含卤素且因此即使当半导体发光器件的温度在其使用期间上升时，该粘合剂也从不腐蚀金属框40以及第一和第二电极11和12表面上的银镀层。当半导体发光器件用于汽车等时该原因尤其重要，所以该器件可在高温使用。
如图7B所示，金属框40用与实施方式1中的相同的方法形成。然而，实施方式2中的金属框的材料与任何类似于实施方式1中材料的材料(所谓的镍银(Cu：62-66％，Ni：16.5-19.5％，铁(Fe)：0.25％或更少，铅(Pb)：0.1％或更少，以及Zn：剩下的比例(18％或更少))不同，且是所谓的韧铜(tough pitch copper)(Cu组分：99.90％或更多)。其第一个原因是该韧铜对粘合剂的粘附性是好的。另一原因是该韧铜具有优点：铜就热导率而言是好的从而该铜适于在高温下使用的物品；且因为铜不含铅而很少对环境施加负担。
可能使用的铜料除了上述的之外例如是磷青铜或无氧高传导率铜。考虑其热导率，较佳的是使用具有高纯度(Cu组分：99.96％或更多)的无氧高传导率铜。然而，可加工性是个问题。另一方面，磷青铜(Cu：93-95％，锡(Sn)：5.5-7％，以及Pb：0.03-0.35％)或者镍银具有含少量铅的问题。
接着，在步骤(C2)中，如图7C所示，金属框40在施加适当压力之后被放置于光敏粘合剂的涂层46a上。此时，光敏粘合剂是透明的；因此，金属框40以高精度设置于涂层46a上，同时单独的电极11和12及在其附近的金属层通过涂层46a被阻止。在此情况下，不需要用粘合剂不会像实施方式1中一样从金属框40中被挤出的方式对压力进行控制。
然后，在步骤(C3)中，如图7所示，光U从布线衬底1的正面一侧被辐射到其上设置有金属框40的布线衬底1上，以便将在涂层46a中的外部裸露区域暴露在光中。此时，该金属框40担当掩模的作用。然后进行显影处理以除去涂层46a中的经曝光区域。如图7D所示，这样，第一和第二电极11和12的表面以及第一衬底14的表面在该金属框40的内区域变成裸露。
随后，金属框40和布线衬底1在被施压时被加热，以便将涂层46a固化在金属框40和布线衬底1之间，从而获得经固化的粘合层46。
然后，用与参考图6B到6C描述的实施方式1相同的方法，电镀层50被形成，LED 30被设置于第一电极11上以将它们电连接，且LED 30通过金属导线13与第二电极12电连接。
根据实施方式2的制造工艺，光敏粘合剂用于粘合层46，借此金属框40可被用作曝光时的掩模。这样，粘合剂可以自对准的方法从粘合剂对其不必要的电极部分中除去。因而，金属框40到布线衬底1的接合可通过简单的方法容易地实现。换言之，当不具有光敏性的粘合剂被涂到布线衬底1上时，有必要对金属框40的内部进行掩模并涂粘合剂，从而使得该工艺变得复杂；然而，在实施方式2中不会引起这种复杂性。
实施方式3：
图8是示出实施方式3的半导体发光器件的俯视图。在图8中，与如图1中示出的相同的元件被附上相同的附图标记。
实施方式3的此半导体发光器件是通过实施方式1或2的制造工艺制造的器件；然而，其第一和第二电极111和112形成得比实施方式1和2中的更大。
这样，电镀层150在该金属框40的内区域中的面积被制造得更大，从而LED 30的光使用效率可被制造得更高。
实施方式4：
图9是示出实施方式4的半导体发光器件的截面图。在图9中，与图1中示出的相同的元件被附上相同的附图标记。
实施方式4的半导体发光器件用与实施方式1相同的方法制造，其不同之处在于：在其单个表面一侧具有一对正负电极的LED 130代替在实施方式1中使用的LED；且此LED 130被安排成在第一和第二电极11和12上伸展以便在它们中间放入焊料(未示出)和电镀层50，从而使LED与电极电连接。
根据实施方式4的此半导体发光器件，来自LED 130的热量通过独立的填充通孔16从第一和第二电极11和12传导到布线层23A和23B中的每个；因此，可以获得比实施方式1高的散热效率。当上述阻焊剂在此情况下被结合到布线层23A和23B时，可以获得更高的散热效率。
实施方式5：
图10A和10B示出实施方式5的半导体发光器件，其中图10A是其俯视图而图10B是其截面图。在图10A和10B中，与图1中示出的相同的元件被附上相同的附图标记。
在实施方式5的半导体发光器件中，比在图8中示出的实施方式3的第一电极111大的第一电极211被形成为将第一电极211和金属框40之间的间隔设置为0.1mm或更小。为此，第一电极211的表面通过电镀层250被整体地连接到金属框40的表面。实施方式5的半导体发光器件通过与实施方式1相同的方法制造，其不同之处在于第一电极211和第二电极212的大小被改变。
这样，该金属框40的内区域中电镀层150的面积比实施方式3中的大；从而LED 30的光使用效率可变得更高。
如在图11示出的实施方式5的第一修改示例中，任一金属层可以从金属框40所位于的区域(即，第一和第二电极211和212附近)被除去，从而使得粘合层45与第一衬底14直接接触。在这种情况下，粘合剂的粘附力变得比使粘合层与金属层接触的情况下大。
如在图12中示出的实施方式5的第二修改示例中，在金属框40所位于的区域中的金属层可以与电极中的一个连接。这样，金属框40上的电镀层可以容易地与电极中的一个上的电镀层连接。
实施方式6：
图13是示出实施方式6的半导体发光器件的截面图。在图13中，与图10中示出的相同的元件被附上相同的附图标记。
实施方式6的半导体发光器件可以用与实施方式5相同的方法制造，其不同之处在于实施方式5的半导体发光器件的正面一侧被光可透射树脂层60覆盖以保护LED 30。此光可透射树脂层60可通过将图10A和10B中示出的器件置于模子中，将光敏树脂或热硬化树脂注入模子，以及将光辐射其中或加热模子以固化树脂来形成。当然，可允许使用树脂的量到一定程度从而不需要使用任何模子就可覆盖金属框40的内部。简言之，LED30和金属导线13可以被覆盖以便保护它们免受来自外界的影响等是足够的。
荧光体可以被分散到光可透射树脂层60中，此情况未被示出。例如，在将发射光线为从蓝光到紫外光的LED用作为LED 30且将吸收来自LED30的光且发射具有比LED光波长更长的光的荧光体用作荧光体的情况下，可以获得以发射各种颜色的光的半导体发光器件。在本发明的半导体发光器件中，作为反射体的框由金属制成，且更进一步地该框覆盖有电镀层；因此，即使当从LED发射的光线是从蓝光到紫外光的光线时，该反射体也既不会变色也不会被光线损坏。因而，该器件适于使用荧光体的情况。
实施方式7：
图14是示出实施方式7的半导体发光器件的截面图。在图14中，与图9中示出的相同的元件被附上相同的附图标记。
实施方式7的半导体发光器件可以用与实施方式4相同的方法制造，其不同之处在于实施方式4的半导体发光器件的正面一侧覆盖有透镜状的光可透射树脂层61以保护LED 130。此透镜状的光可透射树脂层61可以通过将图9示出的器件置于模子中，将热硬化树脂注入该模子，以及加热该模子以固化树脂来形成。该透镜状的光可透射树脂层61除了具有保护LED 130的功能之外，具有收集来自LED 130的直接光和反射光的功能。上述荧光体可以分散在透镜状的光可透射树脂层61中。
本发明的半导体发光器件并不限于实施方式1到7；不言自明，该器件可以是其中来自这些实施方式的两个或更多个可以被适当地互相组合的器件。
第一和第二电极的形状和金属框中通孔的形状和大小可以自由设计或改变。为了使电极面积尽可能大以改进反射效率和散热效率，例如，可允许将其上安装LED的第一电极的一部分做成接触金属框的圆形，将第二电极做成环绕第一电极的C形，以及将金属框中的通孔做成环绕第二电极的圆形。
在实施方式1到7中(见图1和4C)，案例已经被例示出，其中金属框40通过粘合层45与布线结构1的第一电极和第二电极11和12的附近的金属层接合。然而可允许的是在使第一和第二电极11和12形成图案时，其附近的金属层被除去且金属框40通过粘合层45接合到第一衬底14的正面上(见图11)。此方法使得第一电极11和金属框40之间的间隙变窄，从而这些表面可以容易地通过电镀层50相互连接。
实施方式8：
图15是示出使用本发明的半导体发光器件的LED照明装置的示例的部分截面图。
此LED照明装置具有导光板71、由金属制成的且在导光板71的背面上形成的反射板72、排列在导光板71周围的光源单元73，以及由金属制成且在导光板71的正面周边上形成的反射框74。该装置用作例如液晶板的背光。
光源单元73具有电路衬底73a、以及通过焊料73c与电路衬底73a的布线电连接的半导体发光器件73b。来自置于独立半导体发光器件73b中的LED的光线(由箭头A代表)被放射到导光板71的端面。在这种情况下，半导体发光器件73b是根据实施方式1到7中的一个或更多个的半导体发光器件。这些器件沿着单条线(在与图15的纸面垂直的方向上)或沿着多条线在电路衬底73a上排列。不言自明，使用的是其中的多个发光器件被整体地形成的产品，而不是沿着单条线排列单独形成的发光器件。
导光板71由透明的例如丙烯酸类树脂的树脂制成。在其正面上形成通过将其上的白墨等印制成常规的图案获得的光散射图案。
根据具有上述结构的LED照明装置，由单独的半导体发光器件73b发射的光线A在导光板71一侧入射直接进入导光板71，或者在反射板72或反射框74上反射以便射入导光板71。然后该光A从正面辐射出来。既然光散射图案在导光板71的正面上形成，此时该半导体发光器件73b的附近不是特别强烈地发光，且光线(由箭头B表示)从导光板71的整个正面以均匀强度发射。
使用本发明的半导体发光器件的LED照明装置不限于实施方式8的装置，且可以例如是室内照明装置，其中具有排列在板上的半导体发光器件的光源单元是以凹面的曲线板形状在反射遮光片下排列，或者是闪光灯，其中半导体发光器件以凹面的曲线板形状排列在反射板上。

Claims (11)

1.一种半导体发光器件，包括：其中一对正负电极在绝缘衬底的正面形成的布线衬底，在所述电极中的一个上排列的或排列成在两个电极上伸展且与正负电极对电连接的LED，以及金属框，所述金属框在其内圆周一侧具有锥形面且排列在所述布线衬底的正面上的所述电极对周围，
其中所述金属框通过粘合层与所述布线衬底的正面接合，且
一电镀层在所述金属框的表面和所述电极对的正面上形成。
2.如权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述金属框的正面和所述电极中的一个的表面与所述电镀层连接。
3.如权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述金属框由铜合金制成。
4.如权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述布线衬底在所述绝缘衬底的背面具有背面布线图案，以及
所述背面布线图形通过制造成穿透所述绝缘衬底的多个填充通孔与所述正负电极对连接。
5.如权利要求4所述的半导体发光器件，其特征在于，所述填充通孔在所述正负电极中的至少一个中的两个或更多个位置处制成。
6.如权利要求4所述的半导体发光器件，其特征在于，所述绝缘衬底是包括填充物的树脂薄膜。
7.如权利要求4所述的半导体发光器件，其特征在于，所述布线衬底的背面部分地涂覆有其中填充物被揉入树脂的阻焊剂。
8.如权利要求1所述的半导体发光器件，其特征在于，所述粘合层由光敏粘合剂制成。
9.一种半导体发光器件的制造工艺，包括以下步骤：
(A)在绝缘衬底的正面上形成具有一对正负电极的布线衬底，
(B)在薄金属板中制造通孔以形成金属框，
(C)通过粘合层将所述金属框与所述布线衬底的正面上的电极对的周围区域相接合，
(D)在所述金属框的表面和所述电极对的表面上形成电镀层，以及
(E)通过所述电镀层将LED设置于所述电极中的一个上或将LED设置成在两个电极上伸展，从而使所述LED与所述正负电极对电连接。
10.如权利要求9所述的半导体发光器件的制造工艺，其特征在于，所述步骤(C)包括将光敏粘合剂涂到所述布线衬底的正面上的步骤(C1)，将所述金属框设置于所述光敏粘合剂的涂层上的步骤(C2)，以及辐射来自所述布线衬底正面一侧的光线的步骤(C3)，其中所述金属框朝向所述覆层设置于所述布线衬底正面上，由此将所述涂层的向外裸露部分暴露于光线中，然后将所述涂层显影以除去所述涂层的裸露部分。
11.一种使用如权利要求1所述的半导体发光器件的LED照明装置。
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