CN102194962A - 侧向发光之半导体组件封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一侧向发光之半导体组件封装结构。利用双面电极结构形成于封装结构之硅基板上，并且分别将复数个半导体发光组件设置在双面电极结构之相对两侧，藉此可形成一双面出光的表面黏着封装体。

Description

侧向发光之半导体组件封装结构

技术领域

本发明涉及一种半导体组件封装结构，特别是关于一种侧向发光之半导体组件封装结构。

背景技术

随着半导体发光组件(semiconductor light emitting device)之技术日益进步，越来越多产品的发光源均采用发光二极管(light emitting diode，LED)、有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED)或雷射二极管(laser diode，LD)。半导体发光组件相较于传统灯泡其特点包含较长的寿命、较低的能量消耗、较低的热能产生、较少的红外光光谱产生以及组件尺寸较小(compact)。然而，现今业界对于半导体发光组件封装结构的主要需求，是藉由封装结构形成表面黏着组件(surface mounted device，SMD)的结构，但封装结构往往是热传导率(thermalconductivity)不佳的材质所组成，例如：聚邻苯二甲酰胺(Polyphthalamide，PPA)、聚丙烯(polypropylene，PP)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)或聚甲基丙烯酸甲脂(Polymethylmethacrylate，PMMA)等塑化材料，其热传导率约为0.1～0.22瓦米-1开尔文-1(W/M-k)。因此，现今许多的技术乃采用高热传导率的材料作为封装结构，以增加半导体发光组件的寿命以及发光效率，其材质例如硅(silicon)或陶瓷(ceramic)，其热传导率可达到150瓦米-1开尔文-1(W/M-k)以上。另外，表面黏着组件之封装结构包含了正向发光(top-view或top emitting type)以及侧向发光(side-view或side emitting type)两种结构，其中两种结构的差异在于正向发光的封装结构之出光面与表面黏着面(surface mounted surface)或底面为彼此相对或平行，而侧向发光的封装结构之出光面与表面黏着面或底面为彼此相邻或垂直。因此，上述两种结构往往具有不同之运用，例如侧向发光封装结构通常是运用于较薄型化的产品，例如手机的背光模块(backlight unit，BLU)或亮度需求低的应用；相反地，正向发光的封装结构则是运用于亮度需求高的产品，例如显示器的背光模块或照明等等。

此外，许多现代化的产品中，高亮度以及薄型化的需求往往是必要的。但半导体发光组件的封装结构往往只有单面出光的封装结构。如果将单面出光的封装结构运用于高亮度或多向出光的产品中，通常需要多个封装结构才能达到上述之目的。如此一来，将导致产品成本上升以及产品体积增加等缺失。

先前技术提出具有双面出光之侧向发光的半导体封装结构以解决上述之缺失，其利用电极结构延伸至硅基板面的接合表面形成单面或双面出光的侧向发光结构。但先前技术之封装结构系具有凹槽结构之承载空间并且其光源系设置于该承载空间中，然而承载空间的设置是为了固定或限制出光的光场，相反地，承载空间的凹槽结构往往造成出光面积以及光强度(light intensity)的下降，导致无法有效提供具有高导热且具有双面广角出光之半导体封装结构。因此，现今仍需要一项新的技术来克服上述的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明之目的为提供一具高导热且具有双面广角出光之侧向发光的半导体组件封装结构。

本发明提供一侧向发光之半导体组件封装结构，包含一硅基板、至少一第一半导体组件、至少一第二半导体组件以及一电路结构。上述硅基板包含一第一面、一第二面以及一第三面，其中第一面以及第二面系分别为一平面结构并且系分别位于硅基板之相对两侧，而第三面之两端系分别相邻第一面以及第二面。另外，上述至少一第一半导体组件以及至少一第二半导体组件系分别设置于硅基板之第一面以及第二面。再者，上述电路结构设置于硅基板之第一面以及第二面，其中电路结构系用以将硅基板上之至少一第一半导体组件以及至少一第二半导体组件电性连结外部电路。值得说明的是，上述硅基板之第一面以及第二面系侧向发光之半导体组件封装结构的出光面，而硅基板之第三面系侧向发光之半导体组件封装结构的底面，系用以连结外部电路。

藉由本发明提供之半导体发光组件封装结构，能提供一双面出光之侧向发光的半导体组件封装结构。另外，复数个半导体发光组件之承载空间为一平面结构，可形成一具有大面积出光之光源。如此一来，将本发明的封装结构设置于各应用产品中，可使产品成本下降、容易散热以及产品体积简化等效益。

下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1显示本发明第一实施例的俯视示意图；

图2显示本发明第一实施例的仰视示意图；

图3显示本发明第一实施例的剖面示意图；

图4显示本发明第一实施例的透视图；

图5显示本发明第二实施例的俯视示意图；

图6显示本发明第二实施例的仰视示意图；

图7显示本发明第二实施例的剖面示意图；以及

图8显示本发明第三实施例的剖面示意图。

主要元件符号说明

侧向发光之半导体组件封装结构    1、2

硅基板                          10

第一半导体组件                  11

第二半导体组件                  12

电路结构                        13

第一覆盖层                      14

第二覆盖层                      15

孔洞                            16

第一反射层                      17

第二反射层                      18

第一绝缘层                      19

第二绝缘层                      20

第三绝缘层              21

第一面                  101

第二面                  102

第三面                  103

第一半导体发光组件      111

第一齐纳二极管          112

第二半导体发光组件      121

第二齐纳二极管          122

第一电路结构            131

第二电路结构            132

第三电路结构            133

第一承载部              131a

第一连结部              131b

第二承载部              132a

第二连结部              132b

第三连结部              133a

第四连结部              133b

第一波长转换单元        141

第二波长转换单元        151

具体实施方式

本发明在此所探讨的方向为一种半导体组件封装结构。为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成。显然地，本发明的施行并未限定于侧向发光之半导体组件封装结构之技艺者所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的组成或步骤并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要之限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其它的实施例中，且本发明的范围不受限定，其以之后的专利范围为准。

本发明提供一侧向发光之半导体组件封装结构，利用特殊的硅基板及电极结构，使得复数个半导体发光组件分别设置于硅基板之两侧，并形成双面出光的表面黏着封装体。

由于本发明之双面出光的封装体，其复数个半导体发光组件之承载空间为一平面结构，因此，利用本发明之手段可以形成一具有大面积出光之侧向发光之半导体组件封装结构。

下文将配合图示与实施例，详细说明本发明提供之各个较佳实施例及技术内容。

本发明第一实施例提供一侧向发光之半导体组件封装结构1，请参照图1之俯视示意图、图2之仰视示意图、图3之剖面示意图以及图4之立体示意图，其中侧向发光之半导体组件封装结构1包含一硅基板10、至少一第一半导体组件11、至少一第二半导体组件12以及一电路结构13，并且硅基板10包含一第一面101、一第二面102以及一第三面103。第一面101以及第二面102为一平面结构，分别位于硅基板10之相对两侧，而第三面103之两端分别相邻第一面101以及第二面102。进一步说明之，硅基板10之第一面101以及第二面102为侧向发光之半导体组件封装结构1的出光面，而硅基板10之第三面103为侧向发光之半导体组件封装结构1的底面，并用以连结外部电路。

此外，电路结构13包含一第一电路结构131、一第二电路结构132以及一第三电路结构133。请参照图1及图3，第一电路结构131位于硅基板10之第一面101，其中第一电路结构131包含一第一承载部131a以及一第一连结部131b，并且第一承载部131a与第一连结部131b彼此电性分离。再者，请参照图2及图3，第二电路结构132位于硅基板10之第二面102，其中第二电路结构132包含一第二承载部132a以及一第二连结部132b，并且第二承载部132a与第二连结部132b彼此电性分离。此外，请参照图4，第三电路结构133位于硅基板10之第三面103，其中第三电路结构133包含一第三连结部133a以及一第四连结部133b，并且第三连结部133a与第四连结部133b彼此电性分离。进一步说明，第一承载部131a系藉由第三连结部133a电性连结至第二承载部132a，而一连结部131b系藉由第四连结部133b电性连结至第二连结部132b。第三连结部133a与第四连结部133b系用以电性连结外部电路结构(未显示图)，以形成表面黏着组件。然而，熟知本项技艺者皆知，电路结构13并不局限于图1以及图2之形状，亦可以是其它特殊的形状。值得说明的是，电路结构13包含铜(Cu)、镍(Ni)或其它导电金属。

请参照图1及图3，第一半导体组件11包含一第一半导体发光组件111以及一第一齐纳二极管112(Zener diode)，其中第一半导体发光组件111系利用打线接合(wire bonding)的方式设置于第一承载部131a并且电性连结于第一连结部131b。然而，第一半导体发光组件111亦可以利用覆晶(flip chip)的方式(未显示图)，电性连结第一承载部131a与第一连结部131b。进一步说明，第一半导体发光组件111系用以发出至少一波长之光线。于本发明较佳的实施例中，第一半导体发光组件111包含III-V族化合物半导体芯片或II-VI族化合物半导体芯片，并且可发出可见或不可见的光束，例如：紫外(UV)光、蓝光、绿光或多波长的半导体发光组件。然而，第一半导体发光组件111并不只局限于发光二极管(light emitting diode，LED)，亦可以为雷射二极管(laser diode)或其它半导体发光组件(semiconductor light emitting device)。熟知本项技艺者皆知，第一半导体发光组件111并不局限于单一组件亦可以包含多个发光组件所组成(未显示图)。再者，第一齐纳二极管112，系利用打线接合的方式设置于第一连结部131b并且电性连结于第一承载部131a。进一步说明，第一齐纳二极管112系用以防止静电的产生，进而避免半导体发光组件111的功能遭受破坏。

同样地，请参照图2及图3，第二半导体组件12包含一第二半导体发光组件121以及一第二齐纳二极管122，其中第二半导体发光组件121系利用打线接合的手段设置于第二承载部132a并且电性连结于第二连结部132b。然而，第二半导体发光组件121亦可以利用覆晶的手段电性连结第二承载部132a与第二连结部132b。第二半导体发光组件121与第一半导体发光组件111可以为相同之对象，故不再赘述。熟知本项技艺者皆知，第二半导体发光组件121并不局限于单一组件亦可以包含多个发光组件所组成(未显示图)。另外，第二齐纳二极管122系利用打线接合的方式设置于第二连结部132b并且电性连结于第二承载部132a，其中第二齐纳二极管122与第一齐纳二极管112之功能相同，皆用以防止静电的产生。

请参照图5之俯视示意图、图6之仰视示意图以及图7之剖面示意图，本发明第二实施例提供一侧向发光之半导体组件封装结构2，其中部份组件与侧向发光之半导体组件封装结构1重复，故不再赘述。值得说明的是，侧向发光之半导体组件封装结构2具有复数个孔洞16贯穿硅基板10之第一面101至第二面102，其中电路结构13之第一电路结构131藉由复数个孔洞16分别从第一面101延伸至第二面102，并且电性连结第二电路结构132。进一步说明之，第一电路结构131之第一承载部131a藉由复数个孔洞16连结至第二承载部132a，而第一电路结构131之第一连结部131b藉由复数个孔洞16连结至第二连结部132b。值得说明的是，侧向发光之半导体组件封装结构2可以不需藉由第三电路结构133即可使得第一电路结构131与第二电路结构132电性连结。

请参照图8，为增加封装结构之反射效率，因此可形成反射结构于硅基板10之表面。承上所述，上述各实施例可包含一第一反射层17，设置于硅基板10与第一电路结构131之间，用以增加硅基板10之反射率并增加第一半导体发光组件111之发光效率。第一反射层17的材质包含铝(Al)、银(Ag)、金(Au)或锡(Sn)。由于第一反射层17与第一电路结构131皆包含了导电材质，可能造成第一承载部131a与第一连结部131电性无法分离。因此，一第一绝缘层19设置于第一反射层17与第一电路结构131之间，用以电性隔离第一反射层17与第一电路结构131。进一步说明，第一绝缘层19的材质包含氧化硅(SiO)或氮化硅(SiN)。同样地，上述各实施例可包含一第二反射层18，设置于硅基板10与第二电路结构132之间，用以增加硅基板10之反射率并增加第二半导体发光组件121之发光效率。同理，一第二绝缘层20设置于第二反射层18与第二电路结构132之间，用以电性隔离第二反射层18与第二电路结构132。再者，第二反射层18的材质包含铝(Al)、银(Ag)、金(Au)或锡(Sn)，而第二绝缘层20的材料包含氧化硅(SiO)或氮化硅(SiN)。值得说明的是，第一绝缘层19可以藉由复数个孔洞16延伸至第二绝缘层20。藉此，当第一电路结构131藉由复数个孔洞16分别从第一面101延伸至第二面102时，藉由绝缘层的电性阻隔可以避免第一电路结构131之电性渗入硅基板10中，进而影响发光组件之功能。

另外，上述各实施例可包含一第三绝缘层(图未显示)，设置于硅基板10与第三电路结构133之间，用以增加硅基板10与第三电路结构133间的电阻并形成电性绝缘，其中第三绝缘层的材质包含氧化硅(SiO)或氮化硅(SiN)。

为保护第一半导体组件11与第二半导体12免于遭受破坏，甚至还能避免灰尘堆积或其它外在环境因子而影响其功能，因此需要一覆盖对象包覆第一半导体组件11与第二半导体12。承上所述，请参照图1至图8，上述各实施例可包含一第一覆盖层14，形成于第一面101上并且包覆第一半导体组件11以及至少一部份之第一电路结构131；以及一第二覆盖层15，形成于第二面102上并且包覆第二半导体组件12以及至少一部份之第二电路结构132。第一覆盖层14以及第二覆盖层15分别为一透明结构，并且其材质分别为硅(silicon)、玻璃(glass)、环氧树脂(epoxy)、其它任一可透光之材料或其组合。

然而，为了形成可发出多波长之半导体封装结构，上述各实施例可分别掺入波长转换单元141、151于覆盖层14、15之中，其中第一覆盖层14包含至少一第一波长转换单元141，而第二覆盖层15包含至少一第二波长转换单元151。于本发明较佳的实施例中，第一波长转换单元141以及第二波长转换单元151可以分别为钇铝石榴石(YAG)、铽铝石榴石(TAG)、硅酸盐、氮化物、氮氧化物、磷化物、硫化物或其组合。

从本发明手段与具有的功效中，可以得到本发明具有诸多的优点。首先，本发明利用双面出光的硅基板及电极结构，使得复数个半导体发光组件分别设置于硅基板之两侧的表面黏着封装体，形成一双面出光之侧向发光的半导体组件封装结构。另外，复数个半导体发光组件之承载空间为一平面结构，因此可形成一具有大面积出光之光源。再者，本发明利用双面出光的结构，不需多个封装结构即可达到高亮度或多向出光的功效。如此一来，将本发明的封装结构设置于各应用产品中，可使产品成本下降、容易散热以及产品体积简化等优点。

显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。因此需要在其附加的权利要求项之范围内加以理解，除了上述详细的描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行。上述仅为本发明之较佳实施例而已，并非用以限定本发明之权利要求；凡其它未脱离本发明所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述权利要求内。

Claims (10)

1.一侧向发光之半导体组件封装结构，其特征在于，包含：

一硅基板，具有一第一面、一与该第一面相对的第二面以及一分别与该第一、二面相邻的第三面，其中该第一面与该第二面分别为一平面；

至少一第一发光元件，设置于该硅基板之该第一面；

至少一第二发光元件，设置于该硅基板之该第二面；以及

一电路结构，包括第一电路结构、第二电路结构和第三电路结构，该第一电路结构设置于该第一面且和该至少一第一发光元件电连结，该第二电路结构设置于该第二面且和该至少一第二发光元件电连结，该第三电路结构设置于该第三面，该第一、二电路结构通过该第三电路结构和外部电路电连结。

2.根据权利要求第1项所述的侧向发光之半导体组件封装结构，其特征在于：

该第一电路包括一第一承载部以及一第一连结部，并且该第一承载部与该第一连结部彼此电性分离；以及

该第二电路结构包括一第二承载部以及一第二连结部，并且该第二承载部与该第二连结部彼此电性分离。

3.根据权利要求第2项所述的侧向发光之半导体组件封装结构，其特征在于：该第三电路结构具有一第三连结部以及一第四连结部，其中该第三连结部与该第四连结部彼此电性分离，并且该第一承载部系藉由该第三连结部电性连结至该第二承载部，而该第一连结部系藉由该第四连结部电性连结至该第二连结部。

4.根据权利要求第1项所述的侧向发光之半导体组件封装结构，其中该硅基板包含复数个孔洞贯穿该第一面至该第二面，并且该第一电路结构系藉由该复数个孔洞，电性连结该第二电路结构。

5.根据权利要求第1项所述的侧向发光之半导体组件封装结构，更包含：

一第一反射层，位于该硅基板与该第一电路结构之间；

一第二反射层，位于该硅基板与该第二电路结构之间；一第一绝缘层，位于该第一反射层与该第一电路结构之间；

一第二绝缘层，位于该二反射层与该第二电路结构之间；以及

一第三绝缘层，位于该三电路结构与该硅基板之间。

6.根据权利要求第5项所述的侧向发光之半导体组件封装结构，其中该硅基板包含复数个孔洞贯穿该第一面至该第二面，且该第一电路结构系藉由该复数个孔洞电性连结该第二电路结构，并且该第一绝缘层系藉由该复数个孔洞延伸至该第二绝缘层。

7.根据权利要求第1项所述的侧向发光之半导体组件封装结构，更包含一第一覆盖层形成于该第一面上，并且该第一覆盖层系包覆该至少一第一发光元件以及至少一部份之该第一电路结构，以及一第二覆盖层形成于该第二面上，并且该第二覆盖层系包覆该至少一第二发光元件以及至少一部份之该第二电路结构。

8.根据权利要求第7项所述的侧向发光之半导体组件封装结构，其中该第一覆盖层以及该第二覆盖层分别为一透明结构，并且其材质为硅、玻璃、环氧树脂、可透光之材料或其组合。

9.根据权利要求第7项所述的侧向发光之半导体组件封装结构，其中该第一覆盖层包含至少一第一波长转换单元，而该第二覆盖层包含至少一第二波长转换单元，并且该第一波长转换单元以及该第二波长转换单元分别为钇铝石榴石(YAG)、铽铝石榴石(TAG)、硅酸盐、氮化物、氮氧化物、磷化物、硫化物或其组合。

10.根据权利要求第1项所述的侧向发光之半导体组件封装结构，其中该至少一第一发光元件以及该至少一第二发光元件分别为半导体发光组件、发光二极管、雷射发光二极管或其组合。

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