CN103165800A - 电子元件 - Google Patents

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conductive layer
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李允立
陈正言
许国君
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Genesis Photonics Inc
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Abstract

一种电子元件，包括一绝缘基板、一芯片以及一图案化导电层。绝缘基板具有彼此相对的一上表面与一下表面。芯片配置于绝缘基板的上表面的上方。图案化导电层配置于绝缘基板的上表面与芯片之间。芯片经由图案化导电层与一外部电路电性连接。芯片所产生的热经由图案化导电层及绝缘基板而传递至外界。

Description

电子元件
技术领域
本发明涉及一种电子元件，尤其涉及一种具有电热分离特性的电子元件。
背景技术
随着制造技术的精进，发光二极管(LED，Light Emitting Diode)经由不断的研发改善，逐渐地加强其发光的效率，使其发光亮度能够进一步的提升，藉以扩大并适应于各种产品上的需求。换言之，为了提高发光二极管的亮度，除了藉由解决其外在的封装问题外，亦需要设计使发光二极管具有较高的电功率及更强的工作电流，以期待能生产出具有高亮度的发光二极管。然而，由于在提高发光二极管电功率及工作电流之下，发光二极管将会相对产生较多的热量，使得发光二极管容易于因过热而影响其性能的表现，甚至造成发光二极管的故障。因此，如何同时兼具发光二极管的发光效率及散热效果已成为该领域技术的一大课题。
发明内容
本发明提供一种具有电热分离特性的电子元件。
本发明提出一种电子元件，其包括一绝缘基板、一芯片以及一图案化导电层。绝缘基板具有彼此相对的一上表面与一下表面。芯片配置于绝缘基板的上表面的上方。图案化导电层配置于绝缘基板的上表面与芯片之间，其中芯片经由图案化导电层与一外部电路电性连接，而芯片所产生的热经由图案化导电层及绝缘基板而传递至外界。
在本发明的一实施例中，上述的芯片包括一芯片基板、一半导体层以及多个导电接点。半导体层位于芯片基板与导电接点之间，而导电接点连接图案化导电层。
在本发明的一实施例中，上述的绝缘基板的比热高于650J/Kg-K。
在本发明的一实施例中，上述的绝缘基板的热传导系数大于10W/m-K。
在本发明的一实施例中，上述的绝缘基板的厚度小于等于芯片基板的厚度。
在本发明的一实施例中，上述的绝缘基板的厚度为芯片基板的厚度的0.6倍至1倍。
在本发明的一实施例中，上述的绝缘基板的比表面积大于芯片基板的比表面积。
在本发明的一实施例中，上述的绝缘基板的比表面积为芯片基板的比表面积的1.1倍以上。
在本发明的一实施例中，上述的绝缘基板为一透明绝缘基板。
在本发明的一实施例中，上述的芯片还包括一反射层，配置于半导体层与导电接点之间。
在本发明的一实施例中，上述的电子元件还包括至少一导电连接结构，连接于图案化导电层与外部电路之间。芯片经由图案化导电层及导电连接结构与外部电路电性连接。
在本发明的一实施例中，上述的外部电路包括一导线架、一线路基板或一印刷电路板。
在本发明的一实施例中，上述的电子元件还包括至少一散热元件，内埋于绝缘基板的下表面。
在本发明的一实施例中，上述的电子元件还包括一绝缘层以及多个散热通道。绝缘层配置于图案化导电层与绝缘基板之间。散热通道贯穿绝缘基板的上表面与下表面，而每一散热通道的一顶表面连接绝缘层，且每一散热通道的一底表面与绝缘基板的下表面齐平。
在本发明的一实施例中，上述的绝缘基板还具有至少一盲孔，配置于下表面上。
在本发明的一实施例中，上述的图案化导电层位于绝缘基板的上表面上。
在本发明的一实施例中，上述的图案化导电层内埋于绝缘基板的上表面，且图案化导电层的一表面与绝缘基板的上表面齐平。
基于上述，本发明的电子元件是将芯片及图案化导电层配置于绝缘基板上，并且使芯片通过图案化导电层与外部电路电性连接，使芯片所产生的热通过图案化导电层及绝缘基板而传递至外界，而达成电热分离的效果。如此一来，电子元件于电路设计上还可具有弹性，且芯片所产生的热能直接往下传并且藉由绝缘基板直接散出，使电子元件能具有较佳的散热效果，可提升产品的性能。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A为本发明的一实施例的一种电子元件的剖面示意图；
图1B为本发明的另一实施例的一种电子元件的剖面示意图；
图1C为本发明的另一实施例的一种电子元件的剖面示意图；
图1D为本发明的另一实施例的一种电子元件的剖面示意图；
图1E为本发明的另一实施例的一种电子元件的剖面示意图；
图1F为本发明的另一实施例的一种电子元件的剖面示意图；
图1G为本发明的另一实施例的一种电子元件的剖面示意图；
图1H为本发明的另一实施例的一种电子元件的剖面示意图；
图1I为本发明的另一实施例的一种电子元件的剖面示意图。
附图标记：
100a、100b、100c、100d、100e、100f、100g、100h、100i：电子元件；
110a、110b、110d、110e、110f：绝缘基板；
112a、112b、112d：上表面；
114a、114d、114e、114f：下表面；
115：盲孔；
120、120h、120i：芯片；
121：芯片基板；
122、124：导电接点；
123：半导体层；
123a：N型掺杂层；
123b：发光层；
123c：P型掺杂层；
130a、130b：图案化导电层；
132：表面；
140：外部电路；
142：导线架；
150、150a、150b：导电连接结构；
160：绝缘层；
170：散热通道；
172：顶表面；
174：底表面；
180：散热元件；
182：表面；
190：反射层。
具体实施方式
图1A为本发明的一实施例的一种电子元件的剖面示意图。请参考图1A，在本实施例中，电子元件100a包括一绝缘基板110a、一芯片120以及一图案化导电层130a。详细来说，绝缘基板110a具有彼此相对的一上表面112a与一下表面114a。芯片120配置于绝缘基板110a的上表面112a的上方，且具有多个导电接点122、124。图案化导电层130a配置于绝缘基板110a的上表面112a与芯片120之间，其中图案化导电层130a是位于绝缘基板110a的上表面112a上，且导电接点122、124电性连接图案化导电层130a。特别是，芯片120适于经由图案化导电层130a与一外部电路(未显示)电性连接，而芯片120所产生的热经由图案化导电层130a及绝缘基板110a而传递至外界。
在此必须说明的是，芯片120例如是一电子芯片或一光电芯片，但并不以此为限。举例来说，电子芯片可以是一集成电路芯片，其例如为一绘图芯片、一存储器芯片、一通信芯片等单一芯片或是一多芯片组合。光电芯片例如是一发光二极管(LED)芯片或一激光二极管芯片等。在此，芯片120是以电子芯片为例说明。
由于本实施例的电子元件100a的芯片120是通过图案化导电层130a与外部电路(未显示)电性连接，而芯片120所产生的热是通过图案化导电层130a及绝缘基板110a而传递至外界，因而达成电热分离的效果。如此一来，本实施例的电子元件100a于电路设计上还可具有弹性，且其芯片120所产生的热能直接往下传并且藉由绝缘基板110a直接散出，使电子元件100a能具有较佳的散热效果，可提升产品整体的性能。
在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。
图1B为本发明的另一实施例的一种电子元件的剖面示意图。请参考图1B，本实施例的电子元件100b与图1A的电子元件100a相似，惟二者主要差异之处在于：电子元件100b的图案化导电层130b内埋于绝缘基板110b的上表面112b，且图案化导电层130b的一表面132与绝缘基板110b的上表面112b实质上齐平。如此一来，电子元件100b可具有较薄的厚度，可符合现今轻薄化的发展趋势。
图1C为本发明的另一实施例的一种电子元件的剖面示意图。请参考图1C，本实施例的电子元件100c与图1A的电子元件100a相似，惟二者主要差异之处在于：电子元件100c还包括至少一导电连接结构150(图1C中仅示意地显示一个)，连接于图案化导电层130a与外部电路140之间。特别是，芯片120经由图案化导电层130a及导电连接结构150与外部电路140电性连接。于此，外部电路140例如是一导线架、一线路基板或一印刷电路板，而导电连接结构150例如是打线、电线或共晶结构，但并不以此为限。由于本实施例的电子元件100c可通过导电连接结构150与外部电路140电性连接，因此可有效扩充电子元件100c的应用范围。
图1D为本发明的另一实施例的一种电子元件的剖面示意图。请参考图1D，本实施例的电子元件100d与图1C的电子元件100c相似，惟二者主要差异之处在于：为了提升散热效果，电子元件100d还包括一绝缘层160以及多个散热通道170。详细来说，绝缘层160配置于图案化导电层130a与绝缘基板110d之间。散热通道170贯穿绝缘基板110d的上表面112d与下表面114d，而每一散热通道170的一顶表面172连接绝缘层160，且每一散热通道170的一底表面174与绝缘基板110d的下表面114d实质上齐平。如此一来，芯片120所产生的热能直接经由图案化导电层130a及绝缘层160往下传递绝缘基板110d及散热通道170而直接散出，可有效提升电子元件100d的散热效果。
值得一提的是，在本实施例中，散热通道170可为一空气通道，意即中空无填充的通道，亦或是，可为一由金属(例如是金、铝或铜)、金属合金或其他适当导热材料填充所构成的通道。于此，图1D中所显示的散热通道170是以金属填充所构成的通道作为举例说明图1E为本发明的另一实施例的一种电子元件的剖面示意图。请参考图1E，本实施例的电子元件100e与图1C的电子元件100c相似，惟二者主要差异之处在于：为了提升散热效果，电子元件100e还包括至少一散热元件180(图1E中示意地显示多个散热元件180)，内埋于绝缘基板110e的下表面114e，其中当每一散热元件180的一表面182与绝缘基板110e的下表面114e实质上齐平时，散热效果较佳，再者，散热元件180例如是由金属(例如是金、铝或铜)、金属合金或其他适当导热材料所构成的散热柱或散热块。如此一来，芯片120所产生的热能直接经由图案化导电层130a往下传递绝缘基板110e及散热元件180而直接散出，可有效提升电子元件100e的散热效果。
图1F为本发明的另一实施例的一种电子元件的剖面示意图。请参考图1F，本实施例的电子元件100f与图1C的电子元件100c相似，惟二者主要差异之处在于：为了提升散热效果，电子元件100f的绝缘基板110f还具有至少一盲孔115(图1F示意地显示多个盲孔115)，配置于绝缘基板110f下表面114f上。如此一来，芯片120所产生的热能直接经由图案化导电层130a往下传递绝缘基板110f而直接散出，且盲孔115的设计可增加空气的对流，以有效提升电子元件100f的散热效果。
图1G为本发明的另一实施例的一种电子元件的剖面示意图。请参考图1G，本实施例的电子元件100g与图1C的电子元件100c相似，惟二者主要差异之处在于：电子元件100g的外部电路是以导线架142为例说明，而芯片120可依序通过图案化导电层130a、导电连接结构150a、150b而与导线架142电性连接，可有效扩充电子元件100g的应用范围。
图1H为本发明的另一实施例的一种电子元件的剖面示意图。请参考图1H，本实施例的电子元件100h与图1A的电子元件100a相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的电子元件100h的芯片120h是以一覆晶式发光二极管(LED)芯片为例说明。详细来说，本实施例中的芯片120h包括一芯片基板121、一半导体层123以及导电接点122、124。半导体层123包括一N型掺杂层123a、一发光层123b以及一P型掺杂层123c，其中发光层123b位于N型掺杂层123a与P型掺杂层123c之间，而导电接点122、124则分别与N型掺杂层123a与P型掺杂层123c电性连接。
为了让绝缘基板110a来置纳发光过程中芯片120h所产生的热能，降低热能堆积在芯片120h而产生的发光效率下降的问题，因此绝缘基板110a与芯片基板121的比热需高于650J/Kg-K，亦或是藉由绝缘基板的热传导系数大于10W/m-K以上，将堆积在芯片120h的热能快速向外传递。再者，为了增加光取出效率，必须避免发光层123b所发出的光线被基板吸收，因此绝缘基板110a与芯片基板121为透明的绝缘基板。举例来说，绝缘基板110a与芯片基板121可以是玻璃基板、砷化镓基板、氮化镓基板、氮化铝基板、蓝宝石基板、碳化硅基板等。为了兼具透明与高电容等特性，较佳者，绝缘基板110a与芯片基板121均为蓝宝石基板。更特别是，本实施例的绝缘基板110a的厚度小于等于芯片基板121的厚度，较佳地，绝缘基板110a的厚度为芯片基板121的厚度的0.6倍至1倍。此外，绝缘基板110a的比表面积大于芯片基板121的比表面积，较佳地，绝缘基板110a的比表面积为芯片基板121的比表面积的1.1倍以上，藉由较薄且比表面积较大的绝缘基板110a更进一步地将芯片120h的热能快速向外传递。
在本实施例中，本实施例的电子元件100h的半导体层123是通过导电接点122、124以及图案化导电层130a与外部电路(未显示)电性连接，而半导体层123所产生的热是通过图案化导电层130a及绝缘基板110a而传递至外界，因而达成电热分离的效果。如此一来，本实施例的电子元件100h于电路设计上还可具有弹性，且其半导体层123所产生的热能直接往外传并且藉由绝缘基板110a直接散出，使电子元件100h能具有较佳的散热效果，可提升产品整体的性能。
此外，于其他未显示的实施例中，亦可选用于如前述实施例所提及的内埋于绝缘基板110b的图案化导电层130b、导电连接结构150、150a、150b、绝缘层160及散热通道170、散热元件180以及具有盲孔115的绝缘基板110f，本领域的技术人员当可参照前述实施例的说明，依据实际需求，而选用前述构件，以达到所需的技术效果。
图1I为本发明的另一实施例的一种电子元件的剖面示意图。请参考图1I，本实施例的电子元件100i与图1H的电子元件100h相似，惟二者主要差异之处在于：本实施例的电子元件100i的芯片120i还包括一反射层190，其中反射层190配置于芯片120i的半导体层123与导电接点122、124之间，用以增加芯片120i的发光效率，使电子元件100i具有较佳的发光效能。
综上所述，本发明的电子元件是将芯片与图案化导电层配置于绝缘基板上，并且使芯片通过图案化导电层与外部电路电性连接，使芯片所产生的热通过图案化导电层及绝缘基板而传递至外界，而达成电热分离的效果。如此一来，电子元件于电路设计上还可具有弹性，且芯片所产生的热能能直接往下传并且藉由绝缘基板直接散出，使电子元件能具有较佳的散热效果，可提升产品整体的性能。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的普通技术人员，当可作些许更动与润饰，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (17)

1.一种电子元件，包括：
一绝缘基板，具有彼此相对的一上表面与一下表面；
一芯片，配置于该绝缘基板的该上表面的上方；以及
一图案化导电层，配置于该绝缘基板的该上表面与该芯片之间，其中该芯片经由该图案化导电层与一外部电路电性连接，而该芯片所产生的热经由该图案化导电层及该绝缘基板而传递至外界。
2.根据权利要求1所述的电子元件，其中芯片包括一芯片基板、一半导体层以及多个导电接点，该半导体层位于该芯片基板与该些导电接点之间，而该些导电接点连接该图案化导电层。
3.根据权利要求1所述的电子元件，其中该绝缘基板的比热均高于650J/Kg-K。
4.根据权利要求1所述的电子元件，其中该绝缘基板的热传导系数大于10W/m-K。
5.根据权利要求2所述的电子元件，其中该绝缘基板与该芯片基板的材质相同。
6.根据权利要求2所述的电子元件，其中该芯片还包括一反射层，配置于该半导体层与该些导电接点之间。
7.根据权利要求1所述的电子元件，其中还包括至少一导电连接结构，连接于该图案化导电层与该外部电路之间，该芯片经由该图案化导电层及该导电连接结构与该外部电路电性连接。
8.根据权利要求7所述的电子元件，其中该外部电路包括一导线架、一线路基板或一印刷电路板。
9.根据权利要求1所述的电子元件，其中还包括至少一散热元件，内埋于该绝缘基板的该下表面。
10.根据权利要求1所述的电子元件，其中还包括一绝缘层以及多个散热通道，其中该绝缘层配置于该图案化导电层与该绝缘基板之间，而该些散热通道贯穿该绝缘基板的该上表面与该下表面，且各该散热通道的一顶表面连接该绝缘层，各该散热通道的一底表面与该绝缘基板的该下表面齐平。
11.根据权利要求1所述的电子元件，其中该绝缘基板还具有至少一盲孔，配置于该下表面上。
12.根据权利要求1所述的电子元件，其中该图案化导电层位于该绝缘基板的该上表面上。
13.根据权利要求1所述的电子元件，其中该图案化导电层内埋于该绝缘基板的该上表面，且该图案化导电层的一表面与该绝缘基板的该上表面齐平。
14.根据权利要求2所述的电子元件，其中该绝缘基板的厚度小于等于该芯片基板的厚度。
15.根据权利要求14所述的电子元件，其中该绝缘基板的厚度为该芯片基板的厚度的0.6倍至1倍。
16.根据权利要求2所述的电子元件，其中该绝缘基板的比表面积大于该芯片基板的比表面积。
17.根据权利要求16所述的电子元件，其中该绝缘基板的比表面积为该芯片基板的比表面积的1.1倍以上。
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