CN102790145A - 半导体光源模块、其制造方法及其基板结构 - Google Patents

Abstract

一种半导体光源模块、其制造方法及其基板结构。半导体光源模块包括一基板结构及一发光二极管。基板结构包括一基材、一第一导电迹线、一第二导电迹线及一填充材料。基材具有一第一表面、一第二表面及一贯穿开口。第一表面相对于第二表面。第一导电迹线自第一表面经由贯穿开口延伸至第二表面。第二导电迹线自第一表面经由贯穿开口延伸至第二表面。填充材料填充于贯穿开口内。发光二极管设置于第一表面之上，并电性连接第一导电迹线及第二导电迹线。发光二极管的投影范围涵盖贯穿开口。

Description

半导体光源模块、其制造方法及其基板结构

技术领域

本发明是有关于一种半导体模块、其制造方法及其基板结构，且特别是有关于一种半导体光源模块、其制造方法及其基板结构。

背景技术

随着半导体技术的发展，各种半导体光源不断推陈出新。举例来说，发光二极管通过电子与空穴在其内结合而产生电致发光效应。发光二极管的光线的波长与其所采用的半导体材料种类与掺杂物有关。发光二极管具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等优点，使得发光二极管已经广泛应用于各式电子产品。

发光二极管采用半导体设备来制作成一颗颗的晶粒。为了让发光二极管能够在电路板上进行焊接，发光二极管可以通过封装工艺设置于一基板结构上。

发光二极管可以通过基板结构上的导电迹线电性连接至外部。导电迹线可以通过一贯穿孔从基板结构的一表面延伸至另一表面。然而，贯穿孔将会占据基板结构一定的空间，因此愈多的贯穿孔将使得元件体积无法缩小且在制作上基板结构的均匀度亦较不易控制。在电子产品追求「轻、薄、短、小」的趋势下，如何缩小元件体积已成为一项重要挑战。

发明内容

本发明一实施例提供一种半导体光源模块、其制造方法及其基板结构，其利用导电迹线与贯穿开口的设计，使得半导体光源模块及其基板结构的尺寸得以缩小。

根据本发明的一实施例，提出一种半导体光源模块。半导体光源模块包括一基板结构及一发光二极管。基板结构包括一基材、一第一导电迹线、一第二导电迹线及一填充材料。基材具有一第一表面、一第二表面及一贯穿开口，第一表面相对于第二表面。第一导电迹线自第一表面经由贯穿开口延伸至第二表面。第二导电迹线自第一表面经由贯穿开口延伸至第二表面。填充材料填充于贯穿开口。发光二极管(light emitting diode，LED)设置于第一表面之上，并电性连接第一导电迹线及第二导电迹线，发光二极管的投影范围涵盖贯穿开口。

根据本发明的另一实施例，提出一种半导体光源模块的制造方法。半导体光源模块的制造方法包括以下步骤。提供一基材。基材具有一第一表面及相对第一表面的一第二表面。于基材形成一贯穿开口。形成一第一导电迹线及一第二导电迹线。第一导电迹线自第一表面经由贯穿开口延伸至第二表面。第二导电迹线自第一表面经由贯穿开口延伸至第二表面。将基材设置于一承载板上。将一填充材料填充于贯穿开口内。移除承载板，而形成一基板结构。将一发光二极管设置于第一表面之上。发光二极管电性连接第一导电迹线及第二导电迹线。发光二极管的投影范围涵盖贯穿开口。

根据本发明的另一实施例，提出一种基板结构。基板结构包括一基材、一第一导电迹线、一第二导电迹线、一齐纳二极管及一填充材料。基材具有一第一表面、一第二表面及一贯穿开口，第一表面相对于第二表面。第一导电迹线自第一表面经由贯穿开口延伸至第二表面。第二导电迹线自第一表面经由贯穿开口延伸至第二表面。齐纳二极管(zener diode)设置于贯穿开口内，并电性连接于第一导电迹线及第二导电迹线。填充材料填充于贯穿开口内。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1绘示半导体光源模块的剖面示意图。

图2绘示基板结构的第一表面的示意图。

图3A～3F绘示半导体光源模块的制造方法的剖面示意图。

图4绘示另一实施例的半导体光源模块的剖面示意图。

图5A～5D绘示半导体光源模块的制造方法的剖面示意图。

图6绘示另一实施例的半导体光源模块的剖面示意图。

图7A～7C绘示半导体光源模块的制造方法的剖面示意图。

主要元件符号说明：

100、200、300：半导体光源模块

110、210、310：基板结构

111：第一导电迹线

112：第二导电迹线

115：基材

115a：第一表面

115b：第二表面

115c：贯穿开口

116、130：填充材料

120：发光二极管

140：透明封胶

150：绝缘层

213、313：第三导电迹线

214、314：第四导电迹线

217：齐纳二极管

217c：第三表面

217d：第四表面

900：承载板

具体实施方式

以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并不会限缩本发明欲保护的范围。此外，实施例中的图式省略部份元件，以清楚显示本发明的技术特点。

请参照图1，其绘示半导体光源模块100的剖面示意图。半导体光源模块100主要包括一基板结构110及一发光二极管(light emitting diode，LED)120。发光二极管120设置于基板结构110上。发光二极管120用以发出光线，其材质例如是铝砷化镓(AlGaAs)、铝磷化镓(AlGaP)、磷化铟镓铝(AlGaInP)、磷砷化镓(GaAsP)、磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN)、铟氮化镓(InGaN)或铝氮化镓(AlGaN)。

基板结构110主要包括一基材115、一第一导电迹线111、一第二导电迹线112及一填充材料116，基板结构110更可包括一绝缘层150。绝缘层150用以避免第一导电迹线111或第二导电迹线112与内部迹线发生短路。基材115具有一第一表面115a、一第二表面115b及一贯穿开口115c。第一表面115a相对于第二表面115b。基材115的材质例如是一硅材料或一陶瓷材料。基材115可以利用半导体工艺、陶瓷基板工艺或者印刷电路板工艺形成。

第一导电迹线111自第一表面115a经由贯穿开口115c延伸至第二表面115b。第二导电迹线112自第一表面115a经由贯穿开口115c延伸至第二表面115b。也就是说，同时有两个以上的导电迹线自第一表面115a经由同一个贯穿开口115c延伸至第二表面115b。

填充材料116填充于贯穿开口115c内。填充材料116为一种绝缘材料，用以电性隔绝第一导电迹线111及第二导电迹线112。在一实施例中，填充材料116可完整地填满贯穿开口115c，以确保第一导电迹线111及第二导电迹线112能够被完整地隔离。

发光二极管120设置于第一表面115a之上，并电性连接第一导电迹线111及第二导电迹线112。第一导电迹线111及第二导电迹线112可以电性连接于发光二极管120的正极与负极，以导通发光二极管120。

请参照图2，其绘示基板结构110的第一表面115a的示意图。第一导电迹线111及第二导电迹线112延伸至第一表面115a时，均成矩形状，贯穿开口115c重迭于矩形状的部份第一导电迹线111及矩形状的部份第二导电迹线112。第一导电迹线111与贯穿开口115c重迭的切圆部分延伸至贯穿开口115c内。同样地，第二导电迹线120与贯穿开口115c重迭的切圆部分也延伸至贯穿开口115c内。第一导电迹线111及第二导电迹线112没有完全覆盖贯穿开口115c的侧壁，而保持一预定间隔，以避免第一导电迹线111及第二导电迹线112短路。

如图1所示，发光二极管120的投影范围涵盖贯穿开口115c。如此一来，贯穿开口115c不会增加半导体发光模块100的尺寸，可以有效利用发光二极管120投影范围作为第一导电迹线111及第二导电迹线112的垂直路径，使得半导体光源模块100及其基板结构110的体积得以缩减。

就半导体光源模块100的制造方法而言，请参照图3A～3F，其绘示半导体光源模块100的制造方法的剖面示意图。如图3A所示，提供基材115，并于基材115形成贯穿开口115c。基材115可以利用半导体工艺、陶瓷基板工艺或者印刷电路板工艺形成。形成贯穿开口115c的方式可以通过微影蚀刻的方式或者通过激光钻孔的方式来进行。其中，更可形成一绝缘层150于基材115上。

如图3B所示，形成第一导电迹线111及第二导电迹线112。第一导电迹线111自第一表面115a经由贯穿开口115c延伸至第二表面115b，第二导电迹线112自第一表面115a经由贯穿开口115c延伸至第二表面115b。第一导电迹线111及第二导电迹线112可以通过电镀的方式来形成。举例来说，此步骤可在基材115上形成一种子层；然后利用图案化遮罩层，在第一导电迹线111及第二导电迹线112的预定位置上电镀导电材料，以形成第一导电迹线111及第二导电迹线112。在另一实施例中，此步骤可在基材115上形成种子层；然后整面电镀导电材料；接着对导电材料进行图案化工艺，以形成第一导电迹线111及第二导电迹线112。

如图3C所示，将基材115设置于一承载板900上。在此步骤中，贯穿开口115c的一端被承载板900所封闭。承载板900例如是一硅晶圆、一石英板或一玻璃基板。

如图3D所示，将填充材料116填充于贯穿开口115c内。在此步骤中，可以将具流动性的填充材料116注入贯穿开口115c中，再通过紫外线或加热的方式固化填充材料116。在此步骤中，由于贯穿开口115c的一端被承载板900所封闭，所以具流动性的填充材料116可以填满贯穿开口115c。

填充材料116填入贯穿开口115c后，可以避免第一导电迹线111及第二导电迹线112接触到空气而产生氧化现象，也可确保第一导电迹线111及第二导电迹线112能够被填充材料116确实隔离。

如图3E所示，移除承载板900，而形成基板结构110。基板结构110的第一导电迹线111及第二导电迹线112自第一表面115a经由同一个贯穿开口115c延伸至第二表面115b，不仅减少了贯穿开口115c的数量，也集中了第一导电迹线111及第二导电迹线112的垂直路径。

如图3F所示，将发光二极管120设置于第一表面115a之上。发光二极管120可以覆晶接合(flip chip)或打线接合(wire bonding)的方式电性连接第一导电迹线111及第二导电迹线112。如图3F所示，发光二极管120的投影范围涵盖贯穿开口115c。也就是说，贯穿开口115c无须占用发光二极管120的投影范围以外的区域。

在此步骤中，更填充另一填充材料130于发光二极管120及基板结构110之间，并覆盖一透明封胶140于发光二极管120上。填充材料130可以用来支撑发光二极管120，并确保空气不会残留在发光二极管120及基板结构110之间的空隙，以提升半导体发光模块100的结构强度。

在一实施例中，当发光二极管120以打线接合的方式与基板结构110连接时，半导体光源模块100可不需设置填充材料130。

此外，透明封胶140亦可用来填充基板结构110及发光二极管120之间的空隙而取代填充材料130。

透明封胶140用以保护发光二极管120，以避免发光二极管120受潮或受到微粒子污染。透明封胶140为透明状，以使发光二极管120的光线能够穿透透明封胶140。透明封胶140的表面呈现圆弧状，以使光线折射后能够以较大的角度范围射出。

填充材料116、填充材料130及透明封胶140的材质可以是环氧树脂、聚氨酯、有机硅、丙烯酸树脂或聚酯。填充材料116、填充材料130及透明封胶140的材质可以相同、其中两种相同、或者三者皆不相同。设计者可依据工艺上的需求来作选择。

请参照图4，其绘示另一实施例的半导体光源模块200的剖面示意图。如图4所示，基板结构210更包括一齐纳二极管(zener diode)217。齐纳二极管217设置于贯穿开口115c内，并电性连接于第一导电迹线111及第二导电迹线112。齐纳二极管217具有电路稳压功能，可以调整工作电压及作为静电放电(electrostaticdischarge，ESD)保护线路。

齐纳二极管217具有相对的一第三表面217c及一第四表面217d。第三表面217c邻近于基材115的第一表面115a，第四表面217d邻近于第二表面115b。基板结构210更包括一第三导电迹线213及一第四导电迹线214。第三导电迹线213自第四表面217d延伸至第二表面115b，并连接于第一导电迹线111。第四导电迹线214自第四表面217d延伸至第二表面115b，并连接于第二导电迹线112。

如图4所示，基材115用以容置齐纳二极管217的贯穿开口115c位于发光二极管120于基板结构210的投影范围内。如此一来，齐纳二极管217可以设置于基板结构210内，而不会增加其尺寸。

填充材料116填充于贯穿开口115c内，并覆盖齐纳二极管217，以保护齐纳二极管217不会受潮或者受到微粒子的污染。

齐纳二极管217可只需采用置晶、封胶、回焊等封装设备的即可设置于基板结构210的基材115内，而无须采用复杂且昂贵的半导体设备。采用封装设备的工艺不仅具有成本低的优点，更具有良率高及速度快的优点。

就半导体光源模块200的制造方法而言，请参照图5A～5D，其绘示半导体光源模块200的制造方法的剖面示意图。

如图5A所示，贯穿开口115c已形成于基材115内，且第一导电迹线111及第二导电迹线112已形成于贯穿开口115c内。基材115承载于承载板900上。

如图5B所示，将齐纳二极管217设置于承载板900上，使得齐纳二极管217位于基材115的贯穿开口115c内。并且填充填充材料116于贯穿开口115c内，以覆盖齐纳二极管217。齐纳二极管217的第三表面217c被填充材料116所覆盖，而第四表面217d则被填充材料116所暴露。

如图5C所示，形成第三导电迹线213及第四导电迹线214。第三导电迹线213自第四表面217d延伸至第二表面115b，并连接于第一导电迹线111，第四导电迹线214自第四表面217d延伸至第二表面115b，并连接于第二导电迹线112。

如图5D所示，将发光二极管120设置于第一表面115a之上。在此步骤中，更填充填充材料130于发光二极管120及基板结构210之间，以及覆盖透明封胶140于发光二极管120。

在上述实施例中，贯穿开口115c可以容置第一导电迹线111、第二导电迹线112及齐纳二极管217，且贯穿开口115c位于发光二极管120的投影范围内，所以半导体光源模块200的体积得以缩减。

请参照图6，其绘示另一实施例的半导体光源模块300的剖面示意图。如图6所示，基板结构310的第三导电迹线313与第四导电迹线314的走线方式并不相同。第三导电迹线313自第四表面217d延伸至第二表面115b，并连接于第一导电迹线111。第四导电迹线314自第三表面217c贯穿填充材料116后延伸至第一表面215a，并连接于第二导电迹线112。

不论第三导电迹线313及第四导电迹线314的走线方式为何，第三导电迹线313及第四导电迹线314均设置于贯穿开口115c的投影范围内。如此一来，半导体光源模块300的体积得以缩减。

就半导体光源模块300的制造方法而言，请参照图7A～7C，其绘示半导体光源模块300的制造方法的剖面示意图。如图7A所示，填充材料116填充于贯穿开口115c之后，基材115承载于承载板900上。

如图7B所示，形成第三导电迹线313及第四导电迹线314。在此步骤中，第四导电迹线314可以通过蚀刻填充材料116以及电镀的方式将第四导电迹线314形成于填充材料116之内。

在一实施例中，第一导电迹线111及第二导电迹线112形成于填充填充材料116的步骤之前，第三导电迹线313及第四导电迹线314形成于填充填充材料116的步骤之后。第一导电迹线111、第二导电迹线112、第三导电迹线313及第四导电迹线314采分阶段形成的方式来进行。

如图7C所示，将发光二极管120设置于第一表面115a之上。在此步骤中，更填充填充材料130于发光二极管120及基板结构310之间，以及覆盖透明封胶140于发光二极管120。

综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (12)

1.一种半导体光源模块，包括：

一基板结构，包括：

一基材，具有一第一表面、一第二表面及一贯穿开口，该第一表面相对于该第二表面；

一第一导电迹线，自该第一表面经由该贯穿开口延伸至该第二表面；

一第二导电迹线，自该第一表面经由该贯穿开口延伸至该第二表面；及

一填充材料，填充于该贯穿开口内；以及

一发光二极管，设置于该第一表面之上，并电性连接该第一导电迹线及该第二导电迹线，该发光二极管的投影范围涵盖该贯穿开口。

2.如权利要求1所述的半导体光源模块，其中该基板结构更包括：

一齐纳二极管，设置于该贯穿开口内，并电性连接于该第一导电迹线及该第二导电迹线。

3.如权利要求2所述的半导体光源模块，其中该齐纳二极管具有相对的一第三表面及一第四表面，该第三表面邻近于该第一表面，该第四表面邻近于该第二表面，该基板结构更包括：

一第三导电迹线，自该第四表面延伸至该第二表面，并连接于该第一导电迹线；以及

一第四导电迹线，自该第四表面延伸至该第二表面，并连接于该第二导电迹线。

4.如权利要求2所述的半导体光源模块，其中该齐纳二极管具有相对的一第三表面及一第四表面，该第三表面邻近于该第一表面，该第四表面邻近于该第二表面，该基板结构更包括：

一第三导电迹线，自该第四表面延伸至该第二表面，并连接于该第一导电迹线；以及

一第四导电迹线，自该第三表面贯穿该填充材料后延伸至该第一表面，并连接于该第二导电迹线。

5.一种半导体光源模块的制造方法，包括：

提供一基材，该基材具有一第一表面及相对该第一表面的一第二表面；

于该基材形成一贯穿开口；

形成一第一导电迹线及一第二导电迹线，该第一导电迹线自该第一表面经由该贯穿开口延伸至该第二表面，该第二导电迹线自该第一表面经由该贯穿开口延伸至该第二表面；

将该基材设置于一承载板上；

将一填充材料填充于该贯穿开口内；

移除该承载板；以及

将一发光二极管设置于该第一表面之上，该发光二极管电性连接该第一导电迹线及该第二导电迹线，该发光二极管的投影范围涵盖该贯穿开口。

6.如权利要求5所述的半导体光源模块的制造方法，更包括：

将一齐纳二极管设置于该承载板上，使得该齐纳二极管位于该基材的该贯穿开口内。

7.如权利要求6所述的半导体光源模块的制造方法，其中该齐纳二极管具有相对的一第三表面及一第四表面，该第三表面邻近于该第一表面，该第四表面邻近于该第二表面，该半导体光源模块的制造方法更包括：

形成一第三导电迹线及一第四导电迹线，该第三导电迹线自该第四表面延伸至该第二表面，并连接于该第一导电迹线，该第四导电迹线自该第四表面延伸至该第二表面，并连接于该第二导电迹线。

8.如权利要求6所述的半导体光源模块的制造方法，其中该齐纳二极管具有相对的一第三表面及一第四表面，该第三表面邻近于该第一表面，该第四表面邻近于该第二表面，该半导体光源模块的制造方法更包括：

形成一第三导电迹线及一第四导电迹线，该第三导电迹线自该第四表面延伸至该第二表面，并连接于该第一导电迹线，该第四导电迹线自该第三表面贯穿该填充材料后延伸至该第一表面，并连接于该第二导电迹线。

9.如权利要求5所述的半导体光源模块的制造方法，其中形成该第一导电迹线及该第二导电迹线的步骤执行于填充该填充材料的步骤之前。

10.一种基板结构，包括：

一基材，具有一第一表面、一第二表面及一贯穿开口，该第一表面相对于该第二表面；

一第一导电迹线，自该第一表面经由该贯穿开口延伸至该第二表面；

一第二导电迹线，自该第一表面经由该贯穿开口延伸至该第二表面；

一齐纳二极管，设置于该贯穿开口内，并电性连接于该第一导电迹线及该第二导电迹线；以及

一填充材料，填充于该贯穿开口内。

11.如权利要求10所述的基板结构，其中该齐纳二极管具有相对的一第三表面及一第四表面，该第三表面邻近于该第一表面，该第四表面邻近于该第二表面，该基板结构更包括：

一第三导电迹线，自该第四表面延伸至该第二表面，并连接于该第一导电迹线；以及

一第四导电迹线，自该第四表面延伸至该第二表面，并连接于该第二导电迹线。

12.如权利要求10所述的基板结构，其中该齐纳二极管具有相对的一第三表面及一第四表面，该第三表面邻近于该第一表面，该第四表面邻近于该第二表面，该基板结构更包括：

一第三导电迹线，自该第四表面延伸至该第二表面，并连接于该第一导电迹线；以及

一第四导电迹线，自该第三表面贯穿该填充材料后延伸至该第一表面，并连接于该第二导电迹线。

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