CN102054924A - 用于光学元件的封装基板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本文公开了一种用于光学元件的封装基板，该用于光学元件的封装基板包括：其中形成有孔的金属芯子；在所述金属芯子的表面上形成的绝缘层；第一金属层，该第一金属层在所述绝缘层的表面上形成至预定的厚度，使得包含在所述第一金属层和所述绝缘层中的所述金属芯子通过所述绝缘层进行绝缘；安装在所述第一金属层上的光学元件，以及为了保护所述光学元件而施用于所述光学元件上的荧光树脂材料，因此，与常规的结构相比，本发明提供的所述用于光学元件的封装基板简化了封装基板的生产过程，并且提高了光学均匀性、光反射率及散热性。本发明还提供了制造该封装基板的方法。
Description
相关申请的交叉参考
本申请要求于2009年11月2日申请的、题为“用于光学元件的封装基板及其制造方法”的韩国专利申请No.10-2009-0105099的优先权，在此将该申请全文引入本申请作为参考。
技术领域
本发明涉及用于光学元件的封装基板以及制造该用于光学元件的封装基板的方法。
背景技术
近来，因为发光二极管(LEDs)与传统的光学元件如白炽灯、荧光灯相比，具有环境友好且获得能源节省的效果(包括低功耗消耗、高性能及使用寿命较长等)的优点，所以发光二极管具有持续增长的需求且逐渐得到普通照明市场的重视。
此外，由于与通常用作液晶显示的光源的冷阴极荧光灯相比，这种LED可以表现出更高的图像质量，所以使用这种LED作为背光系统(backlightunit)的产品一个接一个地出现。
用于背光系统的印刷电路板(PCB)或印刷线路板(PWB)是上面焊接有集成电路、电阻器或开关的薄基板，而且在所述PCB上安装有在大多数类型的计算机或者各种显示器中使用的电路。
在用于背光系统的封装基板的制造过程中，通常使用荧光材料(fluorescent material)以发出白光。同样地，在芯片的尺寸和厚度增加时，有可能出现所使用的荧光材料的形状无法保持圆顶的形状的现象。
为了解决这个问题，在上面要安装LED的PCB的一部分上使用金属以产生厚度差。
尽管所述荧光树脂材料的圆顶形可以通过厚度差来保持，但是在安装有芯片的部分的周围形成电路是不可能的，因此为了实现电连接，需要在上面要安装LED的基板的区域额外形成通道孔(via hole)。
因此，需要额外进行用环氧树脂填充该通道孔的封堵过程。在填充该通道孔时，环氧树脂由于在空隙中使用从而导致其可靠性降低。
另外，在安装所述LED时，可能出现由于所述通道孔而导致所述LED倾斜或用于粘结所述LED的芯片粘结胶粘剂(die-attach adhesive)渗透所述通道孔的工艺问题。
因此，需要一种新的用于光学元件的封装基板，该封装基板通过与在上面要安装LED的基板的部分产生厚度差从而实现LED的电连接，而不需要在上面要安装LED的基板的区域设置通道孔。
发明内容
因此，考虑到在相关领域中遇到的所述问题形成了本发明，本发明的目的是提供一种用于光学元件的封装基板，其中，在安装光学元件的金属层的区域的周围形成有沟槽，从而形成厚度差以使得在光学元件上施用的荧光树脂材料的形状容易保持，本发明还提供了该用于光学元件的封装基板的制造方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于光学元件的封装基板，其中，使安装光学元件的区域与形成用于电连接所述光学元件的电极的区域中的一个结合，从而避免了在安装光学元件的基板的区域形成用于电连接的通道孔的需要，本发明还提供了制造该用于光学元件的封装基板的方法。
本发明一方面提供了一种用于光学元件的封装基板，该基板包括：其中形成有孔的金属芯子；在所述金属芯子的表面上形成的绝缘层；在所述绝缘层的表面上形成的第一金属层，使得包含在所述第一金属层和所述绝缘层中的所述金属芯子通过所述绝缘层进行绝缘；安装在所述第一金属层上的光学元件，以及为了保护所述光学元件而施用于所述光学元件上的荧光树脂材料(fluorescent resin material)。
在这方面，所述封装基板还可以包括为了提高由所述光学元件发出的光的反射率而在所述第一金属层上形成的第二金属层。
在这方面，所述封装基板还可以包括为了保护所述光学元件而在所述荧光树脂材料上形成的透镜部件(lens part)。
在这方面，所述金属芯子可以包括铝(Al)、铝合金或铜(Cu)。
在这方面，所述绝缘层可以包括氧化铝(Al2O3)或环氧树脂。
在这方面，所述第一金属层可以包括：安装所述光学元件的布线图形；与所述布线图形结合以与所述光学元件电连接的第一电极图形；以及与所述布线图形绝缘以与所述光学元件电连接的第二电极图形。
另外，所述第一金属层还可以包括在所述布线图形周围形成的沟槽，从而在所述布线图形周围形成厚度差。
本发明另一方面提供了一种制造用于光学元件的封装基板的方法，该方法包括：(A)在金属芯子中形成孔；(B)在其中形成有孔的所述金属芯子的表面上形成绝缘层；(C)在所述绝缘层的表面上形成第一金属层，使得包含在所述第一金属层和所述绝缘层中的所述金属芯子通过所述绝缘层进行绝缘，所述第一金属层形成至包括沟槽和电路层，该电路层包括布线图形、第一电极图形与第二电极图形；以及(D)将所述光学元件安装在所述电路层上，然后将荧光树脂材料施用于所述光学元件上。
在这方面，所述方法还可以包括(E)在所述第一金属层上形成第二金属层。
在这方面，所述方法还可以包括(F)为了保护所述光学元件而在所述荧光树脂材料上形成透镜部件。
在这方面，(B)可以通过阳极氧化所述金属芯子的表面来实施，从而在所述金属芯子的表面上形成所述绝缘层。
在这方面，(B)可以通过使用粘合剂在所述金属芯子的表面上粘附环氧树脂来实施，从而在所述金属芯子的表面上形成所述绝缘层。
在这方面，(C)可以包括：(C-1)在所述绝缘层的表面上使用镍(Ni)、钛(Ti)、锌(Zn)、铬(Cr)或铜(Cu)形成种子层(seed layer)，然后在所述种子层上施用铜(Cu)从而形成所述第一金属层；(C-2)将干膜抗蚀剂(dry film resist)与所述第一金属层紧密接触，实施曝光(exposure)和显影(development)，然后实施初级蚀刻(primary etching)，使得所述布线图形周围的所述第一金属层的区域被半蚀刻(half-etched)，以产生沟槽，从而形成包括所述布线图形、所述第一电极图形和所述第二电极图形的电路层，所述布线图形、所述第一电极图形和所述第二电极图形相互结合。
另外，(C-2)还可以包括：二级蚀刻(secondary etching)，所述二级蚀刻用于将所述第一金属层的一部分蚀刻至所述绝缘层露出，使得所述第一电极图形与所述第二电极图形中的至少一个与所述布线图形绝缘。
在该方面，(D)还可以包括：在所述布线图形上安装所述光学元件；将所述布线图形与位于所述光学元件的下表面上的电极进行倒装芯片焊接(flip-chip bonding)；将所述第一电极图形和所述第二电极图形中的至少一个(该电极图形与所述布线图形绝缘)与位于所述光学元件的上表面上的电极进行引线结合(wire-bonding)，以及为了保护所述光学元件而将所述荧光树脂材料施用于所述光学元件上。
附图说明
通过下面与附图相结合的详细描述可以更清楚地理解本发明的特征和优点。
图1表示根据本发明的具体实施方式的用于光学元件的封装基板的横截面图；
图2A至图2I依次表示根据本发明的具体实施方式的制造所述用于光学元件的封装基板的过程的横截面图。
具体实施方式
在下文中，将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的描述。在所有附图中，相同的附图标记用于表示相同或相似的部件。此外，至于会使本发明的特征不清楚和使描述清楚的已知技术的描述，即使与本发明相关，也认为是不必要的且可以省略的。
此外，在本说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应该被解释为局限于典型的含义或字典上的定义，而基于发明人能适当地定义由术语所暗示的概念，以最好地描述他或她已知的实施本发明的方法的原则，这些术语和词语应该解释为具有与本发明的技术范围相关的含义和概念。
图1表示根据本发明的具体实施方式的用于光学元件的封装基板的横截面图。
参考图1，根据本实施例的中用于光学元件的封装基板10包括其中形成有孔的金属芯子11，在所述金属芯子11的表面上形成的绝缘层12；在所述绝缘层12上形成至预定的厚度的第一金属层13；安装在所述第一金属层13上的光学元件15，以及用于保护所述光学元件15的荧光树脂材料18。
所述金属芯子11由具有高散热性的金属材料如铝(Al)、铝合金或铜(Cu)制成。
所述金属芯子11具有想要的尺寸的通孔(through hole)，该通孔通过机械方法如钻孔在所述金属芯子11中形成。
所述绝缘层12在所述金属芯子11的整个表面上形成。
所述绝缘层12可以是通过阳极氧化所述金属芯子11而产生的氧化膜(如氧化铝(Al2O3))，或者可以由通过使用粘合剂将树脂材料如环氧树脂粘结到所述金属芯子11上而形成的绝缘材料制成。
为了将所述光学元件15安装在通过所述绝缘层12进行绝缘的所述金属芯子11上，在所述绝缘层12的两个表面上均形成所述第一金属层13。
所述第一金属层13包括由镍(Ni)、钛(Ti)、锌(Zn)、铬(Cr)或铜(Cu)制成的种子层(未显示)，以及在所述种子层上形成预定厚度的金属层(如铜(Cu)层)。
所述第一金属层13的厚度可以设定为从所述绝缘层12起约20μm以上，该厚度值是考虑到后面将要描述的沟槽14的深度而确定。
另外，所述第一金属层13包括在其一个表面上的电路层，该电路层包括安装所述光学元件15的布线图形13a和与所述光学元件15电连接的第一、第二电极图形13b、13c。
所述电路层可以通过在所述第一金属层13上沉积干膜抗蚀剂(DRF)，实施包括曝光、显影和蚀刻的一系列步骤的PCB电路图形的形成方法(PCBcircuit patterning process)以获得想要的电路图形，从而形成，所述形成电路层的方法已为本领域熟练的技术人员所熟知，故省略其详细的描述。
另外，所述沟槽14形成于安装所述光学元件15的所述第一金属层13的区域的周围，也就是，在所述布线图形13a的周围，从而方便在所述光学元件15上施用荧光树脂材料18，并减少荧光树脂材料18的延伸性(spreadability)，因此容易保持所述荧光树脂材料的形状。
在蚀刻时，形成所述沟槽14，使得所述沟槽14的底表面位于与所述绝缘层12存在预定的距离的位置。
所述沟槽14的深度与所述第一金属层13的厚度成比例，但可以设定为约10μm以下。
使所述第一电极图形13b与安装所述光学元件15的所述布线图形13a结合，所述第一电极图形13b根据所述PCB电路图形的形成方法在所述第一金属层13上形成。
如此形成的所述第一电极图形13b可以通过在位于所述光学元件15的下表面上的电极和在所述布线图形13a上形成的电极之间进行倒装芯片焊接，从而与所述光学元件15电连接。
另外，根据所述PCB电路图形的形成方法在所述第一金属层13上形成的所述第二电极图形，可以通过将所述第一金属层13的一部分的两个表面蚀刻至所述绝缘层12露出，从而形成，使得所述第二电极图形与安装所述光学元件15的所述布线图形13a绝缘。
如此形成的所述第二电极图形13c可以使用电线16与位于所述光学元件15的上平面上的电极进行引线接合，从而使所述第二电极图形13c与所述光学元件15电连接。
所述光学元件15的例子可以包括发光二极管(LED)。
另外，根据本实施方式的所述用于光学元件的封装基板10还可以包括在所述第一金属层13上形成的第二金属层17。
所述第二金属层17用于提高由所述光学元件15发出的光的反射率，且所述第二金属层17主要由具有较好的光放射性(light radiating)的银(Ag)形成。
另外，根据本实施方式的所述用于光学元件的封装基板10还可以包括在所述荧光树脂材料18上形成的透镜部件19，从而保护安装在所述第一金属层13上的所述光学元件15及与所述光学元件15引线接合的区域。
图2A至图2I依次表示根据本发明的具体实施方式的制造所述用于光学元件的封装基板的过程。
如图2A所示，制备金属芯子11。
接着，如图2B所示，采用机械方法如钻孔在所述金属芯子11中形成想要的尺寸的通孔。
接着，如图2C所示，实施用于在所述金属芯子11的表面上形成绝缘层12的绝缘处理方法，从而制造绝缘基板。
该绝缘处理方法可以包括用于阳极氧化所述金属芯子11的表面的阳极氧化处理，如此形成的所述绝缘层12通常可以包括氧化铝(Al2O3)。
或者，在所述阳极氧化处理的场所，可以实施用于在所述金属芯子11的表面上使用粘结剂粘结树脂材料如环氧树脂的粘结方法，从而形成所述绝缘层12。
接着，如图2D所示，第一金属层13在所述绝缘层12的两个表面上形成，使得包含在所述第一金属层13和所述绝缘层12中的所述金属芯子11通过所述绝缘层12进行绝缘。
所述第一金属层13可以通过无电镀或溅射法在所述绝缘层12的表面上沉积镍(Ni)、钛(Ti)、锌(Zn)、铬(Cr)或铜(Cu)以形成种子层，然后使用电镀或溅射法将铜(Cu)在所述种子层上沉积至预定的厚度，从而形成。
当使用电镀或溅射法将铜(Cu)沉积至预定的厚度时，考虑到沟槽14的深度，该厚度设定为从所述绝缘层12起约20μm以下。
接着，如图2E所示，将干膜抗蚀剂与所述第一金属层13的两个表面紧密接触，之后在任一表面上(为了获得想要的电路图形而要安装光学元件15的表面上)实施包括曝光、显影和初级蚀刻的PCB电路图形的形成方法。
使用PCB电路图形的形成方法而形成的所述电路图形包括要安装所述光学元件15的布线图形13a以及要与所述光学元件15电连接的第一和第二电极图形13b、13c。
另外，当实施所述PCB电路图形的形成方法时，所述沟槽14在要安装所述光学元件15的所述第一金属层13的所述布线图形13a的周围形成。
在用于形成所述沟槽14的初级蚀刻过程中，实施半蚀刻，使得所述沟槽14的底表面位于与所述绝缘层12存在预定的距离的位置。
然后，去除剩余的干膜抗蚀剂。然后，如图2F所示，所述第一金属层13配置成使得由布线图形13a以及第一和第二电极图形13b、13c组成的电路层与所述沟槽14结合。
然后，第二金属层17还可以镀在包括所述电路层13a-13c以及所述沟槽14的所述第一金属层13上。
接着，如图2H所示，对所述第一金属层13进行二次蚀刻，使得与所述布线图形13a结合的所述第一和第二电极图形13b、13c中的任意一个与所述布线图形13a绝缘。
在二次蚀刻时，对所述第一金属层13的两个表面进行蚀刻，直至所述绝缘层12露出。
在图2H中，所述第二电极图形13c与所述布线图形13a绝缘。
接着，如图2I所示，所述光学元件15安装在所述布线图形13a上，之后为了使所述光学元件15电连接，实施倒装芯片焊接和引线接合。
具体来说，位于所述光学元件15的下表面上的所述电极和与所述第一电极图形13b结合的所述布线图形13a是使用焊球进行相互倒装芯片焊接的，而位于所述光学元件15的下表面上的所述电极和所述第二电极图形13c是使用电线16进行相互引线接合的，因此，所述光学元件15以及第一和第二电极图形13b、13c相互电连接。
然后，为了保护所述光学元件15而施用荧光树脂材料18。
同样地，因为由在所述布线图形13a的周围形成的所述沟槽14而产生的厚度差，因此很容易将所述荧光树脂材料18施用于安装所述光学元件15的所述布线图案13a上，并且很容易保持其形状。
随后，还可以实施形成用于保护安装所述光学元件15的区域以及所述引线接合的区域的透镜部件18。
所述用于光学元件的封装基板不包括通道孔，该通道孔在上面安装所述光学元件的基板的区域形成，从而实现与所述光学元件的下表面电连接。
因此，可以省去用环氧树脂填充这种通道孔的额外的封堵步骤，并且不会发生由于环氧树脂在空隙中使用而降低其可靠性。
另外，在安装所述光学元件的过程中，不会出现由于通道孔而导致安装的光学元件倾斜或者用于粘结光学元件的芯片粘结胶粘剂渗透通道孔的工艺问题。
进一步的，根据本发明的所述用于光学元件的封装基板，由于容易施用所述荧光树脂材料且降低了所述荧光树脂材料的延展性，因此是有利的，从而容易保持所述荧光树脂材料的形状，因为由在安装所述光学元件的区域的周围形成的所述沟槽产生的厚度差。
另外，根据本发明的所述封装基板的金属区域比常规的用于光学元件的封装基板的金属区域大，因此，由于表面银镀层处理而实现高反射率。
如上所述，本发明提供了一种用于光学元件的封装基板以及制造所述用于光学元件的封装基板的方法。根据本发明，无需在安装光学元件的基板的区域上形成通道孔，从而实现简单的结构、简单的工艺过程和高可靠性。
另外，根据本发明，由于由在安装光学元件的基板的区域的周围形成的沟槽而产生的厚度差，所以荧光树脂材料的延伸性降低，从而有效提高了光的均匀性。
另外，根据本发明，由于安装所述光学元件的基板包括金属芯子，因此表现出优良的热放射性，而且，由于与常规的结构相比，本发明提供的所述封装基板的金属区域扩大了，因此提高了由所述光学元件发出的光的反射率。
尽管就示例性目的公开了关于所述用于光学元件的封装基板的本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解的是，在不背离由随附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，可以做出各种修改、添加和替换。因此，这些修改、添加和替代也应理解为落入本发明的范围内。
Claims (15)
1.一种用于光学元件的封装基板，其特征在于，该封装基板包括：
其中形成有孔的金属芯子；
在所述金属芯子的表面上形成的绝缘层；
在所述绝缘层的表面上形成的第一金属层，使得包含在所述第一金属层和所述绝缘层中的所述金属芯子通过所述绝缘层进行绝缘；
安装在所述第一金属层上的光学元件；以及
为了保护所述光学元件而施用于所述光学元件上的荧光树脂材料。
2.根据权利要求1所述的封装基板，其中，所述封装基板还包括为了提高由所述光学元件发出的光的反射率而在所述第一金属层上形成的第二金属层。
3.根据权利要求1所述的封装基板，其中，所述封装基板还包括为了保护所述光学元件而在所述荧光树脂材料上形成的透镜部件。
4.根据权利要求1所述的封装基板，其中，所述金属芯子含有铝、铝合金或铜。
5.根据权利要求1所述的封装基板，其中，所述绝缘层含有氧化铝或环氧树脂。
6.根据权利要求1所述的封装基板，其中，所述第一金属层包括：
安装所述光学元件的布线图形；
与所述布线图形结合以与所述光学元件电连接的第一电极图形；以及
与所述布线图形绝缘以与所述光学元件电连接的第二电极图形。
7.根据权利要求6所述的封装基板，其中，所述第一金属层还包括在所述布线图形的周围形成的沟槽，使得在所述布线图形的周围形成厚度差。
8.一种制造用于光学元件的封装基板的方法，其特征在于，该方法包括：
(A)在金属芯子中形成孔；
(B)在其中形成有所述孔的所述金属芯子的表面上形成绝缘层；
(C)在所述绝缘层的表面上形成第一金属层，使得包含在所述第一金属层和所述绝缘层中的所述金属芯子通过所述绝缘层进行绝缘，所述第一金属层形成至包括沟槽和电路层，该电路层包括布线图形、第一电极图形和第二电极图形；以及
(D)将所述光学元件安装在所述电路层上，然后将荧光树脂材料施用于所述光学元件上。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，该方法还包括(E)在所述第一金属层上形成第二金属层。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，该方法还包括(F)为了保护所述光学元件而在所述荧光树脂材料上形成透镜部件。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，(B)通过阳极氧化所述金属芯子的表面来实施，从而在所述金属芯子的表面上形成所述绝缘层。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，(B)通过使用粘合剂在所述金属芯子的表面上粘附环氧树脂来实施，从而在所述金属芯子的表面上形成所述绝缘层。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，(C)包括：
(C-1)在所述绝缘层的表面上使用镍、钛、锌、铬或铜形成种子层，然后在所述种子层的表面上施用铜从而形成第一金属层；以及
(C-2)将干膜抗蚀剂与所述第一金属层紧密接触，实施曝光和显影，然后实施初级蚀刻，使得所述布线图形周围的所述第一金属层的区域被半蚀刻，以产生沟槽，从而形成包括所述布线图形、所述第一电极图形和所述第二电极图形的电路层，所述布线图形、所述第一电极图形和所述第二电极图形相互结合。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，(C-2)还包括进行二级蚀刻，所述二级蚀刻用于将所述第一金属层的一部分蚀刻至所述绝缘层露出，以使所述第一电极图形与所述第二电极图形中的至少一个与所述布线图形绝缘。
15.根据权利要求8所述的方法，其中，(D)包括：
在所述布线图形上安装所述光学元件；
将所述布线图形与位于所述光学元件的下表面上的电极进行倒装芯片焊接；
将与所述布线图形绝缘的所述第一电极图形和所述第二电极图形中的至少一个与位于所述光学元件的上表面上的电极进行引线接合；以及
为了保护所述光学元件，将所述荧光树脂材料施用于所述光学元件上。
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