CN103000795A - 半导体发光元件的封装结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种半导体发光元件的封装结构，包括一基板、一发光元件以及一透明导电基板。基板上设有一第一电极与一第二电极。发光元件位于基板上且位于第一电极与第二电极之间。发光元件上设有一第一接垫与一第二接垫。透明导电基板具有一第一表面以及与其背对的一第二表面。透明导电基板的第二表面位于发光元件上，用以电连接第一电极与第一接垫，以及电连接第二电极与第二接垫。

Description

半导体发光元件的封装结构
技术领域
本发明涉及一种元件封装结构，且特别是涉及一种半导体发光元件的封装结构。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)主要是通过电能转化为光能的方式发光。发光二极管的主要的组成材料是半导体。由于发光二极管具有寿命长、温度低、能源利用率高等优点，近年来发光二极管已广泛应用于各式灯具结构上。传统光源已逐渐被发光二极管所取代。
传统的表面粘着型(Surface mount technology，SMT)发光二极管通过至少一条金属焊线与外部的线路基板电连接，使发光二极管内部的半导体层可通过由金属焊线传递的电流而电致发光。常选用的金属焊线为延展性高的金，但由于金属焊线为不透光材质，且成本高。基于成本及透光性的考量，使用的金属焊线的线径不会太大，以避免影响整体出光量。此外，金属焊线以打线机焊接于发光二极管与线路基板之间，若两者的热膨胀系数(CTE)与金属焊线的差异太大，常会导致金属焊线受拉扯而断裂或其端部的焊球脱落。尤其是在进行冷热循环品质测试时，金属焊线的结构强度会受到热应力影响而产生断裂或脱落等风险，导致产品失效率增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体发光元件的封装结构，是通过透明导电基板作为电性接合的结构，以提高结构强度及增加透光性。
根据本发明的一方面，提出一种半导体发光元件的封装结构，包括一基板、一发光元件以及一透明导电基板。基板上设有一第一电极与一第二电极。发光元件位于基板上且位于第一电极与第二电极之间。发光元件上设有一第一接垫与一第二接垫。透明导电基板具有一第一表面以及与其背对的一第二表面。透明导电基板的第二表面位于发光元件上，用以电连接第一电极与第一接垫，以及电连接第二电极与第二接垫。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1为本发明一实施例的半导体发光元件的封装结构的剖面示意图；
图2为本发明一实施例的半导体发光元件的封装结构的剖面示意图；
图3A及图3B分别为本发明一实施例的半导体发光元件的封装结构的剖面示意图。
主要元件符号说明
100～103：半导体发光元件的封装结构
110：基板
112：第一电极
114：第二电极
120：发光元件
121：第一接垫
122：第二接垫
130、150：透明导电基板
131、151：第一表面
132：第二表面
133：金属化合物薄膜
140：封装胶体
141：弧凸表面
143、153：荧光材料
A、B：接合区
具体实施方式
本实施例的半导体发光元件的封装结构，是利用透明导电基板提供电性接合的结构，使发光元件的接垫与基板的电极可通过透明导电基板而彼此电连接。透明导电基板的基底材料可为玻璃或塑胶。透明导电基板的表面上可镀有多个金属化合物薄膜图案，用以传导电流至发光元件的接垫。由于金属化合物薄膜图案为透光导电物质，故不会影响发光元件的出光量。
以下是提出各种实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本发明欲保护的范围。
第一实施例
请参照图1，其绘示依照本发明一实施例的半导体发光元件的封装结构的剖面示意图。半导体发光元件的封装结构100包括一基板110、一发光元件120以及一透明导电基板130。基板110上设有一第一电极112与一第二电极114。发光元件120位于基板110上且位于第一电极112与第二电极114之间。发光元件120上设有一第一接垫121与一第二接垫122。透明导电基板130具有一第一表面131以及与其背对的一第二表面132，其中第一表面为平面。透明导电基板130的第二表面132位于发光元件120上，用以电连接第一电极112与第一接垫121，以及电连接第二电极114与第二接垫122。
在本实施例中，透明导电基板130具有预定厚度，但厚度可依照需求而改变，以改变透明导电基板130的刚性或挠性。此外，透明导电基板130的第二表面132与发光元件120的上表面面对面配置，且在第二表面132上镀有金属化合物薄膜133图案。金属化合物薄膜133为透明导电物质，其具有透光性及导电性，用以取代现有的金属焊线。
在一实施例中，金属化合物薄膜133的材料可选自具有透明导电性的金属氧化物、金属氮化物、金属氟化物或其组合的金属化合物。举例来说，金属化合物薄膜133的材料可选自氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌(AZO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌镓(GZO)、氟锡氧化物(FTO，SnO2:F)、氮化钛、钛钽氧化物(TiO2:Ta)或其组合的金属化合物。上述的金属化合物薄膜133均具有透光性，例如以化学气相沉积或物理气相沉积镀在透明基材上，不会影响发光元件120的出光量。金属化合物薄膜133可经由干蚀刻或湿蚀刻形成预定数量的线路图案，例如为两个，其中一线路电连接第一电极112与第一接垫121之间，而另一线路电连接第二电极114及第二接垫122之间。
请参照图1的内接合区A以及相对应的外接合区B，透明导电基板130可通过导电胶(未绘示)与第一接垫121、第一电极112、第二接垫122以及第二电极114接合，以加强各接合区A、B的接合强度。此外，透明导电基板130以激光焊接与第一接垫121、第一电极112、第二接垫122以及第二电极114接合，也可达到相同的效果。以激光焊接的接合区A、B因吸收光波能量，局部温度升高而使两部分的金属熔接在一起，以加强接合强度。
请参照图1，上述的封装结构100还可包括一封装胶体140，用以包覆透明导电基板130、部分第一电极112以及部分第二电极114。封装胶体140可为无色透明的胶体，其材质为高分子树酯材料。封装胶体140具有类似凸透镜功能的弧凸表面141，而部分第一电极112以及部分第二电极114延伸出封装胶体140之外，以电连接外部的电源。在本实施例中，第一电极112是从基板110的上表面延伸至基板110的一侧面，第二电极114是从基板110的上表面延伸至基板110的另一相对侧面。第一电极112与第二电极114分别为电性相异的负极与正极，且第一电极112与第二电极114之间产生电压差，以使外部电源提供的电流可流经发光元件120而转换成光能。在本实施例中，发光元件120为电致发光的发光二极管。发光元件120的底面配置在基板110上，并可通过基板110将发光元件120产生的热移除，以增加发光元件120的发光效率。
简而言之，发光二极管包括依序形成的一第一型半导体层、一有源层以及一第二型半导体层。有源层可包括多量子阱层，第一型半导体层可为添加N型杂质的氮化物半导体层，第二型半导体层可为添加P型杂质的氮化物半导体层。第一型半导体层与第二型半导体层为电性相异的N型半导体层与P型半导体层，可由周期表IIIA族元素的氮化物所构成，例如为氮化镓、氮化镓铝、氮化铟镓或氮化铝铟镓等。第一接垫121配置在第一型半导体层(N型半导体层)上，即第一接垫121的电性为负极并通过透明导电层130与负极的第一电极112电连接；第二接垫122配置在第二型半导体层(P型半导体层)上，第二接垫122的电性为正极并通过透明导电层130与正极的第二电极114电连接，以提供发光元件120所需的驱动电压而使其发光。
第二实施例
请参照图2，其绘示依照本发明一实施例的半导体发光元件的封装结构的剖面示意图。在第一实施例中，如图1所示，透明导电基板130为薄板状，其第一表面131为平面。在图2的实施例中，透明导电基板150的第一表面151自其外周向中央隆起，以形成凸透镜形状，具有类似凸透镜的聚光效果。但透明导电基板150的外型不以此为限，其第一表面151也可为双凸而中央凹陷的形状。因此，本实施例通过改变透明导电基板150的外型及光学特性，以改变光线的行径路线，以达到特殊的光学效果。
第三实施例
请参照图3A，其绘示依照本发明一实施例的半导体发光元件的封装结构的剖面示意图。根据第一实施例，第三实施例的半导体发光元件的封装结构102还可包括一荧光材料143。荧光材料143形成于透明导电基板130的第一表面131上，例如以涂布或沉积的方式形成。此外，荧光材料143也可掺杂于透明导电基板130中。
本实施例可依据发光元件120的发光光谱选择荧光材料143，以激发出所需要的色光，例如以蓝光发光二极管发出的蓝光来激发YAG黄色荧光粉发出白光后经由封装胶体140出光。
第四实施例
请参照图3B，其绘示依照本发明一实施例的半导体发光元件的封装结构的剖面示意图。根据第二实施例，第四实施例的半导体发光元件的封装结构103还可包括一荧光材料153直接掺杂于凸透镜状的透明导电基板150中。同理，本实施例可依据发光元件120的发光光谱选择荧光材料153，以激发出所需要的色光。
本发明的封装结构也适用于多个发光元件，即多芯片
封装结构，每个发光元件的结构与前述实施例的原理相同，遂不再赘述。各发光元件可配合所需的荧光粉，以达到混光效果，或采用单一荧光粉或成分比例不同的荧光粉，并不加以限制。
本发明上述实施例所揭露的半导体发光元件的封装结构，是利用透明导电基板提供电性接合的结构，使发光元件的接垫与基板的电极可通过透明导电基板而彼此电连接。透明导电基板不仅可增加结构强度，更具有透光及导电的特性，因此不会影响发光元件的出光量。
综上所述，虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (13)

1.一种半导体发光元件的封装结构，包括：
基板，其上设有第一电极与第二电极；
发光元件，位于该基板上且位于该第一电极与该第二电极之间，该发光元件上并设有第一接垫与第二接垫；以及
透明导电基板，具有第一表面以及与其背对的第二表面，该透明导电基板的第二表面位于该发光元件上，用以电连接该第一电极与该第一接垫，以及电连接该第二电极与该第二接垫。
2.如权利要求1所述的半导体发光元件的封装结构，其中该透明导电基板的材料为玻璃或塑胶，在该第二表面上镀有金属化合物薄膜图案。
3.如权利要求1所述的半导体发光元件的封装结构，其中该透明导电基板的第一表面是平面的。
4.如权利要求3所述的半导体发光元件的封装结构，还包括封装胶体，用以包覆该透明导电基板、部分该第一电极以及部分该第二电极。
5.如权利要求4所述的半导体发光元件的封装结构，还包括荧光材料，形成于该透明导电基板表面上或掺杂于该透明导电基板中。
6.如权利要求1所述的半导体发光元件的封装结构，其中该透明导电基板的该第一表面是凸透镜形状。
7.如权利要求6所述的半导体发光元件的封装结构，还包括荧光材料，掺杂于该透明导电基板中。
8.如权利要求1所述的半导体发光元件的封装结构，其中该透明导电基板是通过导电胶与该第一接垫、该第一电极、该第二接垫以及该第二电极接合。
9.如权利要求1所述的半导体发光元件的封装结构，其中该透明导电基板是以激光焊接与该第一接垫、该第一电极、该第二接垫以及该第二电极接合。
10.如权利要求1所述的半导体发光元件的封装结构，其中该第一电极是从该基板的上表面延伸至该基板的一侧面，该第二电极是从该基板的上表面延伸至该基板的另一相对侧面。
11.如权利要求2所述的半导体发光元件的封装结构，其中该金属化合物薄膜的材料是选自于由金属氧化物、金属氮化物以及金属氟化物所构成材料组群中的至少一种材料。
12.如权利要求11所述的半导体发光元件的封装结构，其中该金属化合物薄膜的材料是选自于由氧化铟锡(ITO)、氧化铝锌(AZO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌镓(GZO)、氟锡氧化物(FTO，SnO2:F)、氮化钛、以及钛钽氧化物(TiO2:Ta)所构成材料组群中的至少一种材料。
13.如权利要求1所述的半导体发光元件的封装结构，其中该发光元件为一发光二极管。
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