TW201424046A - 包含空腔與散熱槽的固態金屬區塊半導體發光裝置之架設基底及封裝，及其封裝之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於一半導體發光裝置之架設基底，其包含具有第一及第二相反金屬表面之一固態金屬區塊。該第一金屬表面包含一空腔，其係配置成在內部架設至少一個半導體發光裝置，並將架設在內部之至少一個半導體發光裝置所發射的光反射出該空腔。該第二金屬表面內包含散熱槽鰭片。該空腔內架設一或多個半導體發光裝置。亦可在該封裝內提供反射塗層、導電跡線、絕緣層、基座、穿透孔、透鏡、撓性薄膜、光學元件、磷光體、積體電路及/或光學耦合媒體。亦可提供相關封裝方法。

Description

包含空腔與散熱槽的固態金屬區塊半導體發光裝置之架設基底及封裝，及其封裝之方法
本發明係關於半導體發光裝置及其製造方法，更特定言之，係關於用於半導體發光裝置之封裝及封裝方法。
半導體發光裝置(如發光二極體(Light Emitting Diode；LED)或雷射二極體等)廣泛地用於許多應用。如熟習技術人士所熟知的，半導體發光裝置包含一或多個半導體層，其係配置成在通電後發射同調及/或不同調的光。同時熟知的係半導體發光裝置通常係封裝成提供外部電連接、散熱槽、透鏡或波導、環境保護及/或其他功能。
例如，熟知的係提供用於半導體發光裝置之兩塊式封裝，其中將半導體發光裝置架設於包括氧化鋁、氮化鋁及/或其他材料之基底上，其上包含電性跡線，以便提供用於半導體發光裝置之外部連接。可包括鍍銀銅之第二基底係架設例如使用膠水，於環繞半導體發光裝置之第一基底上。可將透鏡放置於半導體發光裝置上的第二基底上。Loh之申請序號US 2004/0041222 A1內說明了具有上述兩塊式封裝的發光二極體，其標題為「電源表面架設發光晶粒封裝」，2004年3月4日公佈， 該專利已讓渡給本發明之受讓人，其全部揭示內容以提及方式完整併入本文中。
本發明之某些具體實施例提供用於半導體發光裝置之架設基底，其包含具有第一及第二相反金屬表面之固態金屬區塊。該第一金屬表面中包含一空腔，其係配置成在內部架設至少一個半導體發光裝置，並將架設在內部之至少一個半導體發光裝置所發射的光反射出該空腔。該第二金屬表面內包含複數個散熱槽鰭片。
一些具體實施例中，在空腔內提供反射塗層。其他具體實施例中，在空腔內提供第一及第二導電跡線，其係配置成連接至架設在空腔內之至少一個半導體發光裝置。其他具體實施例中，在第一金屬表面上提供一絕緣層，並在該絕緣層上提供一導電層，將該絕緣層加以圖案化，以便在空腔內提供反射塗層並在空腔內提供第一及第二導電跡線。固態金屬區塊可為具有氧化鋁絕緣層之固態鋁區塊。其他具體實施例中，固態金屬區塊為具有陶瓷絕緣層之固態鋼區塊。
本發明之其他具體實施例中，第一金屬表面中包含基座，並且空腔係在該基座中。其他具體實施例中，固態金屬區塊中包含自第一表面延伸至第二表面的一穿透孔。穿透孔中包含與第一或第二導電跡線電連接之導電通道。
本發明之一些具體實施例中，在空腔內架設半導體發光裝置。其他具體實施例中，透鏡延伸穿過空腔。其他具體實施例中，當空腔處於基座中時，透鏡延伸穿過基座並穿過空腔。其他具體實施例中，在第一金屬表面上提供其中包含光學元件之撓性薄膜，其中光學元件延伸穿過空腔或延伸穿過基座並穿過空腔。相應地，可提供半導體發光裝置封裝。
亦可依據本發明之各種元件提供磷光體。一些具體實施例中，在 透鏡或光學元件之內部及/或外部表面上提供包含磷光體之塗層。其他具體實施例中，透鏡或光學元件包含散佈於其中的磷光體。其他具體實施例中，在半導體發光裝置本身上提供磷光體塗層。也可提供此等具體實施例之組合。
亦可在與第一及第二跡線電連接的固態金屬區塊上提供積體電路。積體電路可為發光裝置驅動器積體電路。最後，可在空腔內提供光學耦合媒體，其至少部分環繞發光裝置。
本發明之其他具體實施例提供用於半導體發光裝置陣列之架設基底。此等具體實施例中，該第一金屬表面中包含複數個空腔，各個空腔係配置成在內部架設至少一個半導體發光裝置，並將架設在內部之至少一個半導體發光裝置所發射的光反射出該個別空腔。該第二金屬表面包含複數個散熱槽鰭片。亦可依據上述任一具體實施例提供反射塗層、導電跡線、絕緣層、基座、穿透孔、透鏡、撓性薄膜、光學元件、磷光體、積體電路及/或光學耦合媒體，以提供半導體發光裝置封裝。此外，空腔在第一表面內可均勻及/或不均勻地彼此間隔。
依據本發明之一些具體實施例，藉由製造在第一表面內包含一或多個空腔及在第二表面內包含複數個散熱槽鰭片之固態金屬區塊，在第一表面上形成一絕緣層，形成一導電層並在至少一空腔內架設一半導體發光裝置，可封裝半導體發光裝置。依據上述任一具體實施例，可提供基座、穿透孔、透鏡、撓性薄膜、光學元件、磷光體、積體電路及/或光學耦合媒體。
100‧‧‧固態金屬區塊
100a‧‧‧第一表面
100b‧‧‧第二表面
100c‧‧‧側面
110‧‧‧空腔
110'‧‧‧空腔
110"‧‧‧空腔
110a‧‧‧第一金屬表面
110b‧‧‧第二金屬表面
120‧‧‧電性絕緣塗層
130‧‧‧導體
130a‧‧‧金屬跡線
130a'‧‧‧導電跡線
130a"‧‧‧導電跡線
130b‧‧‧金屬跡線
130b'‧‧‧導電跡線
130b"‧‧‧導電跡線
130c‧‧‧導電跡線
130c'‧‧‧跡線
130d‧‧‧導電跡線
130d'‧‧‧跡線
132a‧‧‧反射層
132b‧‧‧反射層
140a‧‧‧穿透孔
140a'‧‧‧穿透孔
140b‧‧‧穿透孔
140b'‧‧‧穿透孔
142a‧‧‧導電通道
142a'‧‧‧導電通道
142b‧‧‧導電通道
142b'‧‧‧導電通道
150‧‧‧半導體發光裝置
150'‧‧‧半導體發光裝置
150"‧‧‧半導體發光裝置
150a‧‧‧發光表面
150b‧‧‧表面
150c‧‧‧側壁
160‧‧‧封裝材料
170‧‧‧透鏡
180‧‧‧透鏡固定器
190‧‧‧散熱槽鰭片
330a'‧‧‧電性跡線
330b'‧‧‧電性跡線
330c'‧‧‧電性跡線
610‧‧‧磷光體
620‧‧‧磷光體
630‧‧‧塗層
640‧‧‧內部塗層
650‧‧‧內部核心
662‧‧‧光
680‧‧‧封裝材料
820‧‧‧注射器
830‧‧‧噴嘴
840‧‧‧鑄模
850‧‧‧磷光體添加物
860‧‧‧通道
1120‧‧‧懸浮液
1122‧‧‧磷光體微粒
1124‧‧‧溶劑
1130‧‧‧塗層
1420‧‧‧撓性薄膜
1430‧‧‧光學元件
1430'‧‧‧光學元件
1430"‧‧‧光學元件
1430a‧‧‧凹形內表面
1450‧‧‧黏接元件
1470‧‧‧光學耦合媒體
1630‧‧‧光學元件
1650‧‧‧線路
1710‧‧‧磷光體
1710'‧‧‧磷光體層
1710"‧‧‧磷光體層
2110‧‧‧導體
2230‧‧‧突出元件
2400‧‧‧空腔
2530‧‧‧光學元件
2710‧‧‧積體電路
2730a‧‧‧反射塗層
2730b‧‧‧導電跡線
2730c‧‧‧導電跡線
2900‧‧‧基座
圖1A至1H係依據本發明之各種具體實施例，用於半導體發光裝置之架設基底的側視斷面圖；圖2係依據本發明之各種具體實施例，可執行以製造用於半導體發光裝置之架設基底的步驟之流程圖； 圖3A及3B係依據本發明之各種具體實施例的半導體發光裝置封裝之頂部及底部透視圖；圖4係依據本發明之各種具體實施例的封裝半導體發光裝置之分解透視圖；圖5係依據本發明之各種具體實施例的封裝半導體發光裝置之裝配透視圖；圖6A至6H係依據本發明之各種具體實施例，可與半導體發光裝置一起使用之透射光學元件的斷面圖；圖7係依據本發明之其他具體實施例的半導體發光裝置之斷面圖；圖8係依據本發明之具體實施例可用於製造光學元件之模制設備的示意圖；圖9及10係依據本發明之各種具體實施例，可執行以封裝半導體發光裝置之步驟的流程圖；圖11A及11B、12A及12B及13A及13B係依據本發明之各種具體實施例，中間製造步驟期間的半導體發光裝置之斷面圖；圖14係依據本發明之各種具體實施例，半導體發光裝置封裝及其製造方法的分解斷面圖；圖15至25係依據本發明之各種具體實施例的半導體發光裝置封裝之斷面圖；圖26係依據本發明之各種具體實施例的半導體發光裝置封裝之透視圖；圖27係依據本發明之各種具體實施例的已封裝半導體發光裝置之側視斷面圖；圖28係圖27之透視圖；圖29係依據本發明之其他具體實施例的封裝半導體發光裝置之側視斷面圖；以及 圖30係依據本發明之各種具體實施例，可執行以封裝半導體發光裝置之步驟的流程圖。
下面將參考隨附圖式來更完整地說明本發明，該等圖式中顯示本發明之具體實施例。然而本發明不應視為限於本文所提出的具體實施例。確切地說，所提供的這些具體實施例將使得本揭示內容更為詳盡及完整，並且讓熟習技術人士完整地瞭解本發明之範疇。圖中，為了清楚起見，已經放大各層及各區的厚度。在所有附圖中，相同數字指相同元件。本文所使用的術語「及/或」包含相關列舉項目中一或多個項目之任何及所有組合，可縮寫為「/」。
本文所用的術語僅用於說明特定具體實施例之目的，而不希望其限制本發明。本文所用單數形式「一」、「一個」及「該」亦包含複數形式，除非上下文清楚地指示其他情況。另外應瞭解，當用於此說明書時，術語「包括」及/或「包含」指定存在所述特徵、區域、步驟、操作、元件及/或組件，但是不排除存在或附加一或多個其他特徵、區域、步驟、操作、元件、組件及/或其群組。
吾人可瞭解到，當提到層或區域等元件位於另一元件「上」或延伸至另一元件「之上」時，其可直接位於或延伸至該另一元件上或存在有中間元件。相反，當提到一元件「直接在」或「直接」延伸至另一元件「之上」時，則不存在中間元件。亦應瞭解當提到一元件與另一元件「連接」或「耦合」時，其可與該另一元件直接連接或耦合，或可存在中間元件。相反，當提到一元件與另一元件「直接連接」或「直接耦合」時，則不存在中間部件。
應瞭解雖然術語第一、第二等可在本文中用以說明各元件、組件、區域、層及/或區段，但是該等術語不應限制該等元件、組件、區域、層及/或區段。該等術語係僅用以將一元件、組件、區域、層或區段與 另一區域、層或區段區分。因此，下面論述之一第一元件、組件、區域、層或區段可稱為第二元件、組件、區域、層或區段，而不脫離本發明之原理。
另外，例如「較低」、「底座」或「水平」及「較高」、「頂部」或「垂直」之相對術語，在本文中可用來說明圖式所解說的一元件與另一元件的關係。應瞭解，相對術語包含該裝置之不同方向，而不僅限於包含圖式所描述之方向。例如，若顛倒圖式中的裝置，則說明為在其他元件之「較低」側上的元件便會定位於該等其他元件之「較高」側上。因此，示範性術語「較低」可包含「較低」及「較高」之方向，其取決於圖式之特定方向。同樣，若顛倒某一圖式中的裝置，則說明為在其他部件「下方」或「下面」之元件便會定位在該等其他部件「上方」。因此示範性術語「下方」或「下面」可包含上方及下方兩個方向。
本發明之具體實施例將參考斷面圖示而加以說明，其係本發明之理想具體實施例的示意性圖示。如此，可預期圖示的形狀因(例如)製造技術及/或公差而發生變更。因此本發明的具體實施例不應解釋為受限於本文所說明的特定區域形狀，而應包含因(例如)製造而產生的形狀偏差。例如，圖解或說明為扁平的區域通常可具有粗糙及/或非線性特徵。此外，圖解之銳角通常可為圓形。因此，圖式中說明之區域本質上係示意性的，其形狀並不說明區域之精確形狀，且不應限制本發明之範圍。
除非另外定義，否則本文所用的術語(包括技術及科學術語)具有與熟習本發明所屬技術者通常瞭解之相同含意。另外應瞭解術語(例如通用詞典所定義的術語)應視為具有與其在相關技術之背景中的含意一致的含意，而不應解釋為具有理想化或過度正式意義，除非本文如此清楚地定義。
圖1A至1H係依據本發明之各種具體實施例，用於半導體發光裝置 之架設基底的側視斷面圖。參考圖1A，依據本發明之各種具體實施例的用於半導體發光裝置之架設基底包含固態金屬區塊100，其第一金屬表面110a內具有空腔110，該空腔110係配置成在其中架設一半導體發光裝置，並將架設於其中之至少一個半導體發光裝置發射的光反射出空腔110。一些具體實施例中，固態金屬區塊100為固態鋁區塊或固態鋼區塊。空腔110可藉由加工、壓模印、蝕刻及/或其他傳統技術形成。空腔110之大小及形狀可配置成增強或最佳化從架設於空腔110內之半導體發光裝置反射出空腔110的光之數量及/或方向。例如，可提供傾斜側壁110a及半橢圓形斷面輪廓，以便將光從架設於空腔110內之至少一個半導體發光裝置反射出空腔110。亦可在空腔側壁及/或地板上提供一額外反射層，如下所述。
再參考圖1A，固態金屬區塊100之第二金屬表面100b中包含複數個散熱槽鰭片190。散熱槽鰭片190之數量、間距及/或幾何形狀可針對期望之散熱而改變，如熟習技術人士所熟知的。此外，散熱槽鰭片不必均勻地加以間隔，不必係平直的，其斷面不必為矩形，可使用熟習技術人士所熟知的技術提供在散熱槽鰭片柱之一維延長陣列內及/或二維陣列內。每一鰭片上本身可包含一或多個突出鰭片。一些具體實施例中，金屬區塊100可為大約6mm×大約9mm的鋁或鋼之矩形固態金屬區塊，厚度為大約2mm，空腔110深度可為大約1.2mm，具有直徑大約為2.5mm之圓形地板，其側壁110a係任何簡單或複雜之形狀，以獲得期望之輻射模式。不過，區塊100可具有其他多邊形及/或橢圓體形狀。此外，一些具體實施例中，可提供12個散熱槽鰭片190之陣列，其中散熱槽鰭片具有2mm之寬度，5mm之間距及9mm之深度。不過，也可提供許多其他組態之散熱槽鰭片190。例如，在網站aavid.com上可找到許多散熱槽設計輪廓。
圖1B說明依據本發明之其他具體實施例的架設基底。如圖1B所 示，在固態金屬區塊100之表面上提供電性絕緣塗層120。可將絕緣塗層120提供在固態金屬區塊之整個曝露表面上，該表面包含散熱槽鰭片190或不包含如圖1B所示之散熱槽鰭片190，或僅提供在固態金屬區塊之曝露表面的一較小部分上。一些具體實施例中，如下所述，絕緣塗層120包含氧化鋁(Al203)薄層，其在固態金屬區塊100為鋁的具體實施例中可藉由(例如)固態金屬區塊100之陽極氧化來形成。其他具體實施例中，絕緣塗層120包含固態金屬區塊100上之陶瓷塗層。一些具體實施例中，塗層120足夠厚，以提供電性絕緣體，但也保持足夠薄，以防過度增加其中的導熱路徑。
包含氧化鋁薄絕緣塗層120之鋁固態金屬區塊100可使用德州柯泊史克利斯特港市TT Electronics公司IRC先進薄膜部門行銷的基底予以提供，該基底名稱為AnothermTM，其在(例如)標題為「厚膜特定應用能力」及「絕緣鋁基底，2002」的手冊中加以說明，兩者皆可在網站irctt.com上找到。此外，具有陶瓷絕緣塗層120之鋼固態金屬區塊100可使用堪薩斯州利文物鎮Heatron Inc.公司行銷之基底予以提供，該基底名稱為ELPOR®，其在標題為「用於LED光引擎之金屬核心PCB」的手冊中加以說明，該手冊可在網站heatron.com上找到。依據本文所述的任一具體實施例，可將空腔110及散熱槽鰭片190提供在此等固態金屬區塊中。本發明之其他具體實施例中，具有絕緣塗層120之其他固態金屬區塊100可在其第一金屬表面100a中具有至少一個空腔110，並在其第二金屬表面110b中具有複數個散熱槽鰭片190。
現在參考圖1C，第一及第二間隔導電跡線130a、130b係提供在空腔110內之絕緣塗層120上。第一及第二間隔導電跡線130a、130b係配置成與架設在空腔110內之半導體發光裝置連接。如圖1C所示，一些具體實施例中，第一及第二間隔導電跡線130a、130b可從空腔110延伸至固態金屬區塊100之第一表面100a上。當僅在固態金屬區塊100之一部 分上提供絕緣塗層120時，可將其提供在第一及第二間隔導電跡線130a及130b與固態金屬區塊100之間，從而使第一及第二金屬跡線130a及130b與固態金屬區塊100絕緣。
圖1D說明本發明之其他具體實施例，其中第一及第二間隔導電跡線130a'、130b'自空腔110延伸至圍繞金屬區塊之至少一個側面100c的第一表面100a，並延伸至與第一表面100a相反之金屬區塊第二表面100b。因此，可提供後側接點。
本發明之一些具體實施例中，第一及第二間隔導電跡線130a、130b及/或130a'、130b'包括金屬，某些具體實施例中係反射金屬，例如銀。 因此，本發明之一些具體實施例中，在絕緣層120上提供導電層，其係加以圖案化，以提供空腔110內之反射塗層以及第一及第二間隔導電跡線130a、130b，該等跡線係配置成連接至架設在空腔110內的至少一個半導體發光裝置。
其他具體實施例中，如圖1E所示，可在間隔導電跡線130a'、130b'上及/或空腔110內提供一或多個分離反射層132a、132b。此等具體實施例中，導電跡線130a'、130b'可包括銅，反射層132a、132b可包括銀。 相比之下，圖1C及/或1D之具體實施例中，導電跡線可包括銀，以提供整合反射器。
其他具體實施例中，不必提供分離反射器層。確切地說，包含側壁110a的空腔110之表面可提供充分的反射率。因此空腔110幾何上係配置成反射由架設於其中之至少一個半導體發光裝置所發射的光，例如藉由提供(多個)傾斜側壁110a、(多個)反射傾斜側壁110a及/或空腔110之(多個)傾斜側壁110a上及/或地板上的反射塗層132a及/或132b，以便空腔之尺寸及/或側壁幾何形狀用於將架設於空腔110內之至少一個半導體發光裝置所發射的光反射出空腔110。可藉由在空腔110內附加反射塗層132a及/或132b提供或增強反射。
本發明之其他具體實施例中，如圖1F所示，可藉由提供第一及/或第二穿透孔140a及/或140b提供後側接點，穿透孔可藉由加工、蝕刻及/或其他傳統技術形成於固態金屬區塊100內。此外，如圖1F所示，絕緣塗層120延伸至穿透孔140a及140b內。第一及第二導電通道142a、142b係提供在第一及第二穿透孔140a、140b中，並藉由穿透孔140a、140b內之絕緣塗層120與固態金屬區塊100絕緣。
圖1F中，穿透孔140a及140b以及導電通道142a及142b自空腔110延伸至第二表面100b。穿透孔140a、140b可正交及/或傾斜於第一及第二表面100a、100b。可將第一及第二間隔導電跡線130a'、130b'提供在空腔110內，並電連接至個別第一及第二導電通道142a、142b。第二表面100b上，亦可提供第三及第四間隔導電跡線130c、130d，其電連接至個別第一及第二導電通道142a、142b。一些具體實施例中可提供焊料遮罩層，以隔離第二表面100b上之第三及第四導電跡線130c、130d，從而有利於電路板裝配。焊料遮罩層對熟習技術人士係眾所周知的，本文不必詳述。如圖1F所示，可在固態金屬區塊100之中心及/或邊緣(即鄰近空腔110及/或偏離空腔110)提供散熱槽鰭片190。
圖1F之具體實施例中，第一及第二穿透孔140a、140b以及第一及第二導電通道142a、142b自空腔110延伸至第二表面100b。圖1G之具體實施例中，第一及第二穿透孔140a'、140b'以及第一及第二導電通道142a'、142b'自空腔110外部之第一表面100a延伸至第二表面100b。穿透孔140a'、140b'可正交及/或傾斜於第一及第二表面100a、100b。第一及第二間隔導電跡線130a"、130b"自空腔110延伸至第一表面100a上之個別第一及第二導電通道142a'、142b'。在第二表面100b上提供第三及第四跡線130c'、130d'，其電連接至個別第一及第二導電通道142a'、142b'。如圖1G所示，可在固態金屬區塊100之中心及/或邊緣(即鄰近空腔110及/或偏離空腔110)提供散熱槽鰭片190。
圖1H顯示結合圖1D說明之本發明的具體實施例，其進一步包含架設於空腔內並與第一及第二間隔電性跡線130a'、130b'連接的半導體發光裝置150。此外，圖1H說明在其他具體實施例中，透鏡170延伸穿過空腔。其他具體實施例中，將封裝材料160提供於半導體發光裝置150與透鏡170之間。封裝材料160可包括透明環氧化物，並可增強自半導體發光裝置150至透鏡170之光學耦合。本文中封裝材料160亦可稱為光學耦合媒體。一些具體實施例中，在固態金屬區塊100上提供透鏡固定器180，以便將透鏡170固定於空腔110中。其他具體實施例中，可不使用透鏡固定器180。
半導體發光裝置150可包括一發光二極體、雷射二極體及/或可包含一或多個半導體層(其可包括矽、炭化矽、氮化鎵及/或其他半導體材料)之其他裝置，可包括藍寶石、矽、炭化矽、氮化鎵之一基底或其他微電子基底，以及可包括金屬之一或多個接觸層及/或其他導電層。半導體發光裝置之設計及製造為熟習技術人士所熟知的技術。
舉例而言，發光裝置150可為基於氮化嫁之LED或在炭化矽基底上製造之雷射，例如北卡羅來納州達拉謨市Cree,Inc.公司所製造及銷售的此類裝置。本發明適合使用如以下美國專利案號所述之LED及/或雷射：6,201,262、6,187,606、6,120,600、5,912,477、5,739,554、5,631,190、5,604,135、5,523,589、5,416,342、5,393,993、5,338,944、5,210,051、5,027,168、5,027,168、4,966,862及/或4,918,497，其揭示內容以提及方式完整併入本文中。其他合適的LED及/或雷射在以下專利文獻中予以說明：已公佈之美國專利文獻第US 2003/0006418 A1號，標題為「具有量子井及超晶格之基於III族氮化物的發光二極體結構，基於III族氮化物的量子井結構及基於III族氮化物的超晶格結構」，2003年1月9日公佈，以及已公佈之美國專利文獻第US 2002/0123164 A1號，標題為「包含用於光擷取之修改的發光二極體及其製造方法」。另外，本發明之具 體實施例亦適合使用塗佈磷光體之LED，例如標題為「包含錐形側壁之塗佈磷光體的發光二極體，及其製造方法」的美國專利申請案第US 2004/0056260 A1號所說明之LED，其全部揭示內容以提及方式併入本文中。
LED及/或雷射可配置成如此操作：透過基底發生光發射。此類具體實施例中，可將基底圖案化，以便增強(例如)以上引用之美國專利文獻第US 2002/0123164 A1號所說明的裝置之光輸出。
熟習技術人士應瞭解，儘管圖1A至1H之具體實施例已作為分離具體實施例而予以說明，圖1A至1H之各種元件可一起使用，以提供元件之各種組合及/或次組合。因此，舉例而言，反射層132a、132b可用於所顯示的任何具體實施例中，並且半導體發光裝置150、透鏡170、封裝材料160及/或透鏡固定器180可用於所顯示的任何具體實施例中。相應地，本發明不應受限於圖1A至1H所示的分離具體實施例。
圖2係依據本發明之各種具體實施例，可執行以封裝半導體發光裝置之步驟的流程圖。參考圖2，如步驟210處所示，提供固態區塊，例如圖1A至1H之鋁或鋼區塊100，該區塊之一表面包含一空腔，例如空腔110，其係配置成在內部架設一半導體發光裝置，並將架設於內部之至少一個半導體發光裝置所發射的光反射出空腔110。區塊100在其第二表面100b上亦包含複數個散熱槽鰭片190。如上所述，空腔可藉由加工、壓模印、蝕刻及/或其他傳統技術來提供。亦可藉由此等及/或其他技術提供散熱槽鰭片190。此外，其他具體實施例中，固態金屬區塊亦可包含第一及第二間隔穿透孔，例如延伸穿過其中之穿透孔140a、140b及/或140a'、140b'，其可藉由加工、蝕刻及/或其他傳統技術來製造。
再次參考圖2，步驟220中，在固態金屬區塊之至少一些表面上形成一絕緣塗層。一些具體實施例中，可將固態鋁區塊加以氧化。其他具體實施例中，在固態鋼區塊上提供陶瓷塗層。可提供其他絕緣塗層 及其他固態金屬區塊。一些具體實施例中，將固態金屬區塊之整個曝露表面加以塗佈。此外，當提供穿透孔時，亦可塗佈穿透孔內表面。 其他具體實施例中，僅塗佈金屬區塊之部分，例如藉由在不需要進行塗佈之某些部分上提供遮罩層。鋁氧化對熟習技術人士係熟知技術，例如可使用陽極氧化程序及/或其他氧化程序來執行，以在鋁材料上提供Al203薄層。在鋼材料上之陶瓷塗層對熟習技術人士也係熟知技術，本文不必詳述。
仍參考圖2，步驟230處，根據組態，在空腔之第一表面、側面及/或第二表面上製造第一及第二間隔導電跡線，例如跡線130a、130b及/或130a'、130b'，如上所述。此外，一些具體實施例中，可在穿透孔內製造導電通道，例如通道142a、142b及/或142a'、142b'。導電通道及/或反射器層可在導電跡線之前、同時及/或之後加以製造。在塗佈絕緣層之固態金屬區塊上製造導電跡線係眾所周知的，用於為類似電路板結構提供鋁、鋼及/或其他核心，因此本文不必詳細說明。
最後，在步驟240處，執行其他操作以便在基底上架設半導體裝置、透鏡、撓性薄膜封裝材料及/或固定器，如本文所述。同時應注意在一些替代具體實施例中，圖2之步驟內提及的功能/動作可顛倒流程圖所示之順序而發生。例如，依次顯示的兩個步驟事實上可實質同時地予以執行，或者有時可按相反順序執行該等步驟，其取決於所涉及之功能性/動作。
圖3A及3B分別係依據本發明之具體實施例的封裝之頂部及底部透視圖，其可對應於圖1D之斷面圖。圖3A及3B說明固態金屬區塊100、空腔110、鰭片190、環繞固態金屬區塊之第一及第二間隔導電跡線130a'、130b'以及架設於空腔110內之半導體發光裝置150。絕緣塗層120可係透明的，圖中未顯示。此等及/或任何其他具體實施例中，可在第一及/或第二間隔導電跡線上提供第二絕緣層及/或焊料遮罩。
圖4說明本發明之其他具體實施例的分解透視圖，其可對應於圖1H。如圖4所示，固態金屬區塊100包含內部空腔110，以及表面上的複數個間隔電性跡線。圖4中，顯示第一電性跡線130a'。然而，除單一第二電性跡線外，可提供複數個第二電性跡線330a'、330b'及330c'，以連接至複數個半導體發光裝置150'，其可架設於空腔110內，以便提供(例如)用於白色光源之紅色、綠色及藍色半導體發光裝置。圖中顯示封裝材料160及透鏡固定器180。透鏡固定器180之其他組態可提供一脊及/或其他傳統架設構件，其用於將透鏡170架設於固態金屬區塊100上。亦應瞭解，環氧化物或其他膠水可用於透鏡固定器180內。本發明之一些具體實施例中，透鏡固定器180亦可提供額外頂部散熱能力。圖5說明圖4之裝配封裝。
因此，本發明之一些具體實施例使用固態金屬區塊作為用於半導體發光裝置之架設基底，並包含一或多個整合空腔及複數個整合散熱槽鰭片。鋁或鋼具有充分導熱率，當提供整合鰭片時可用作有效散熱槽。相應地，材料成本及製造成本可較低。此外，生長高品質絕緣氧化物及/或提供陶瓷塗層之能力可在不嚴重影響熱阻的情況下形成期望電性跡線，因為可精確控制陽極氧化或其他塗佈之厚度。亦可將此絕緣層加以選擇性圖案化，其可將另一電鍍金屬附加於基底，例如僅在空腔側壁上電鍍銀，以獲得增強之光學性能。
摒棄分離反射器杯及分離散熱槽，在固態金屬區塊內形成光學空腔及散熱槽鰭片之能力可減小裝配成本，因為用於封裝之元件的總數可減少。另外，反射器(空腔)位置相對於固態金屬區塊固定之事實亦可減小裝配複雜性。最後，整合散熱槽鰭片可增強熱效率。本發明之具體實施例對高功率半導體發光裝置(例如高功率LED及/或雷射二極體)特別有用。
依據本發明之具體實施例可使用的固態金屬區塊架設基底之其他 具體實施例在2003年9月9日申請之申請案序號10/659,108中予以說明，標題為「用於半導體發光裝置之固態金屬區塊架設基底，及其製造之氧化方法」，該專利已讓渡給本發明之受讓人，其全部揭示內容以提及方式完整併入本文中。
通常需要將磷光體併入發光裝置，以增強特定頻帶內之發射輻射及/或將至少某些輻射轉換至另一頻帶。可使用許多傳統技術將磷光體包含在發光裝置內。一種技術中，將磷光體塗佈於裝置塑膠殼內部及/或外部。其他技術中，將磷光體塗佈於半導體發光裝置本身，例如使用電泳沈積。其他具體實施例中，內含磷光體之環氧化物等材料滴劑可放置於塑膠殼內部、半導體發光裝置上及/或裝置與殼之間。例如，美國專利第6,252,254；6,069,440；5,858,278；5,813,753；5,277,840；及5,959,316號內說明了使用磷光體塗層之LED。
現在說明的本發明之一些具體實施例提供在透鏡上包含磷光體之塗層。其他具體實施例中，透鏡包含散佈於其中的磷光體。
圖6A至6H係依據本發明之各種具體實施例的透射光學元件之斷面圖。此等光學元件可用於封裝以下也要加以說明之半導體發光裝置。
如圖6A所示，依據本發明之一些具體實施例的透射光學元件包含透鏡170，其包括透明塑膠。本文所使用之術語「透明」意味著來自半導體發光裝置之光學輻射可通過材料，而不會被完全吸收或完全反射。透鏡170包含散佈於其中之磷光體610。如熟習技術人士所熟知的，透鏡170可包括聚碳酸酯材料及/或可用於製造透射光學元件之其他傳統塑膠材料。此外，磷光體610可包括包含鈰摻雜YAG之任何傳統磷光體及/或其他傳統磷光體。某些特定具體實施例中，磷光體包括鈰摻雜釔鋁石榴石(YAG：Ce)。其他具體實施例中，可使用奈米磷光體。磷光體對熟習技術人士係眾所周知的，本文不必詳述。
圖6A中，磷光體610均勻地散佈於透鏡170中。相反，圖6B中，磷 光體620不均勻地散佈於透鏡170中。可形成各種圖案之磷光體620，例如，以提供較高強度之區域及/或不同顏色及/或在被照射時於透鏡170上提供各種標記。圖6A至6B中，透鏡170係圓頂形透鏡。本文所用之術語「圓頂」或「圓頂形」表示具有大致為拱形的表面輪廓之結構，包含規則半球形結構以及其他未形成規則半球體之大致為拱形的結構，其具有偏心形狀及/或具有其他特徵、結構及/或表面。
現在參考圖6C，可在透鏡170外部上提供一或多個塗層630。該塗層可為保護塗層、偏極化塗層、具有標記之塗層及/或熟習技術人士所熟知的用於光學元件之任何傳統塗層。圖6D中，在透鏡170之內表面上提供一或多個內部塗層640。另外，可使用任何傳統塗層或塗層之組合。
此外，本發明之其他具體實施例提供用於透鏡170之內部及外部塗層，其中包含均勻散佈之磷光體610及/或不均勻散佈之磷光體610。藉由提供內部及外部塗層，可提供對磷光體之改良折射率匹配。因此，依據本發明之一些具體實施例，可將三層射出成形。本發明之其他具體實施例可在殼內使用折射率匹配媒體，例如液態及/或固態凝膠，以輔助折射率匹配。使用內部及外部層可減小由於折射率匹配問題而截留於含磷光體層的光子數量。
圖6E說明本發明之其他具體實施例，其中在透鏡170內部提供透明內部核心650。一些具體實施例中，同樣如圖6E所示，透明內部核心650填充透鏡170，以提供半球形光學元件。透明內部核心650可係均勻透明的及/或可包含半透明及/或不透明區域。透明內部核心650可包括玻璃、塑膠及/或其他光學耦合媒體。
圖6F說明本發明之其他具體實施例，其中將含磷光體透鏡170與半導體發光裝置150組合，半導體發光裝置150係配置成將光662發射進入並穿過透明內部核心650及穿過透鏡170，從而自透鏡170發出。
圖6G為本發明之其他具體實施例的斷面圖。如圖6G所示，提供一架設基底100，使得發光裝置150處於架設基底100與透明內部核心650之間。如圖6G所示，架設基底100中包含空腔110，且發光裝置150至少部分位於空腔110內。同時提供散熱槽鰭片190。
圖6H說明本發明之其他具體實施例。此等具體實施例中，空腔110可用封裝材料680加以填充，例如環氧化物及/或其他光學耦合媒體(例如矽)。封裝材料680可增強自發光裝置150至透明內部核心650之光學耦合。同時提供散熱槽鰭片190。
熟習技術人士應瞭解，儘管圖6A至6H之具體實施例已作為分離具體實施例而予以說明，圖6A至6H之各種元件可一起使用於元件之各種組合及/或次組合。因此，例如，內部及外部塗層640及630之組合、均勻散佈磷光體610及不均勻散佈磷光體620、發光裝置150、架設基底100、空腔110、內部核心650及封裝材料680可一起使用。此外，圖6A至6H之具體實施例可與本文所揭示之任何其他具體實施例進行組合。
圖7係依據本發明之其他具體實施例的發光裝置之斷面圖。如圖7所示，此等具體實施例包含透鏡170，其可由裝載磷光體及/或其他化學製品之光學透明材料製成。內部核心650可由塑膠或玻璃等光學透明材料製成，並可放置於架設基底100內的包含密封式空腔110上，該架設基底100包含散熱槽鰭片190。透鏡170及內部核心650形成用於發光二極體150之複合透鏡。
圖8為依據本發明之各種具體實施例，用於形成透射光學元件之設備的示意性方塊圖。特定言之，圖8說明依據本發明之各種具體實施例可用於形成透射光學元件之射出成形設備。如圖8所示，射出成形設備包含漏斗810或其他儲存裝置，其中提供透明塑膠及/或磷光體添加物850。透明塑膠及/或磷光體添加物可以顆粒、粉末及/或固態形式來提供。可包含其他添加物，例如溶劑、黏結劑等，如熟習技術人士所熟 知的。注射器820可包含加熱器及螺旋機制，其可用於熔化透明塑膠及磷光體添加物及/或將該等材料保持在熔化狀態中，以提供包括透明塑膠及磷光體添加物之熔化液體。注射器820經由噴嘴830將熔化液體注射進鑄模840。鑄模840中包含適當通道860，其可用於定義光學元件之形狀，例如圓頂或鍵盤按鍵。光學元件之射出成形係熟習技術人士所熟知的，在美國專利(例如)第4,826,424；5,110,278；5,882,553；5,968,422；6,156,242及6,383,417號中予以揭示，因此本文不必詳細說明。同時應瞭解亦可使用壓鑄技術，其中將包括透明塑膠及磷光體添加物之熔化液體提供至母模中，母模則與公模耦合(反之亦然)，以便壓鑄光學元件。例如，美國專利第4,107,238；4,042,552；4,141,941；4,562,018；5,143,660；5,374,668；5,753,730及6,391,231號中對光學元件之壓鑄予以揭示，本文不必詳細說明。
圖9係依據本發明之各種具體實施例，可用於封裝半導體發光裝置之步驟的流程圖。如圖9所示，於步驟910中，用包括透明塑膠及磷光體添加物之熔化液體填充一鑄模，例如圖8之鑄模840。步驟920中，使熔化液體凝固，以產生其中散佈有磷光體之光學元件。接著從鑄模移除光學元件，並將其架設於固態金屬區塊之空腔中。
圖10係依據本發明之具體實施例，可執行以封裝半導體發光裝置之步驟的流程圖。如圖10所示，步驟1010中，使用射出成形、壓鑄及/或其他傳統技術模制透鏡，例如圓頂形透鏡170，其包括透明塑膠，該透明塑膠包含散佈於其中之磷光體。步驟1020中，形成一核心，例如圖6E之核心650。應瞭解，一些具體實施例中，將核心650放置或形成於透鏡170內部，而在其他具體實施例中，步驟1020藉由形成透明核心650並填充一鑄模而先於步驟1010，該鑄模包含透明核心650與包括透明塑膠及磷光體添加物之熔化液體，以在透明核心周圍形成透鏡170。
仍參考圖10，將半導體發光裝置，例如裝置150，放置於架設基底 (例如架設基底100)之反射空腔110內。步驟1040中，將封裝材料，例如圖6H之封裝材料680，應用於架設基底100、發光裝置150及/或核心650。最後，步驟1050中，使用環氧化物、扣合裝置及/或其他傳統架設技術將透鏡或殼與架設基底嚙合。
內部核心650可需要填充整個透鏡，以便減小或最小化可使用的封裝材料680之數量。如熟習技術人士所熟知的，封裝材料680可具有不同於架設基底100及/或內部核心650之熱膨脹係數。藉由減小或最小化步驟1040中使用的封裝材料680之數量，可減小或最小化此等熱失配之效應。
同時應注意在一些替代具體實施例中，圖9及/或10之步驟內提及的功能/動作可顛倒流程圖所示之順序而發生。例如，依次顯示的兩個步驟事實上可實質同時地予以執行，或者有時可按相反順序執行該等步驟，其取決於所涉及之功能性/動作。
相應地，本發明之一些具體實施例可使用模制或壓鑄技術形成複合光學元件，例如透鏡。一些具體實施例中，射出成形可用於將散佈於模制材料內之磷光體層放置於內或外表面上，然後在剩餘體積內完成模制或壓鑄程序，以形成期望之光學元件。一些具體實施例中，此等光學元件可在透鏡後轉換藍色發光二極體，以產生白色光之外觀。
本發明之其他具體實施例可使用磷光體來均勻地散佈光及/或按期望圖案散佈光。例如，傳統發光裝置可按「蝠翼」輻射模式發射光，其中與軸上(0°)或側面相比(例如大於大約40°之角度)，在離軸角度下提供較大光學強度，例如大約4°之離軸角度。其他發光二極體可提供「藍伯遜(Lambertian)」輻射模式，其中最大強度集中於離軸大約40°以內之中心區域，在更大角度下則急劇下降。其他傳統裝置可提供側面發射輻射模式，其中在較大角度下提供最大光強度，例如與軸成90°，在接近軸之較小角度下則急劇下降。相比之下，本發明之一些具 體實施例可減小或消除發光裝置之光輸出的角度相關輻射模式，例如相關色溫(Color Correlated Temperature；CCT)之角度相關。因此，透鏡所有表面之光強度及x、y色度值/座標在一些具體實施例中可保持較為恆定。當用於照明應用時，此可較為有利，例如需要聚光燈效果的房間。
依據本發明之一些具體實施例，如上所述之射出成形程序可形成具有多個特徵(例如透鏡化及白色轉換)之單一光學元件。此外，依據一些具體實施例，藉由使用雙模制或壓鑄技術，吾人可將磷光體層塑造成期望之組態，以減小或最小化色溫對於視角之角度相關。
包含散佈於其中之磷光體的透鏡之其他具體實施例在2003年9月9日申請之申請案序號10/659,240中加以說明，標題為「包含具有散佈於其中之磷光體的透明塑膠殼之透射光學元件，及其製造之方法」，該專利已讓渡給本發明之受讓人，其全部揭示內容以提及方式完整併入本文中。
本發明之其他具體實施例中，在半導體發光裝置150本身上提供包含磷光體之塗層。特定言之，可能需要提供用於LED之磷光體，例如用於提供固態照明。一範例中，用於固態白色照明之LED可在短波長(例如大約380nm至大約480nm之範圍內)下產生高輻射通量輸出。可提供一或多個磷光體，其中LED之短波長、高能量光子輸出用於激發部分或整個磷光體，從而將某些或全部LED輸出之頻率向下轉換，以產生白色光之外觀。
作為一特定範例，LED在大約390nm下之紫外線輸出可與紅色、綠色及藍色磷光體結合地加以使用，以產生白色光之外觀。作為另一特定範例，LED在大約470nm下之藍色光輸出可用於激發黃色磷光體，以便藉由發送一些470nm藍色輸出與一些次要黃色發射(部分LED輸出被磷光體吸收時出現)而產生白色光之外觀。
可使用許多傳統技術將磷光體包含在半導體發光裝置內。一種技術中，將磷光體塗佈於LED塑膠殼內部及/或外部。其他技術中，將磷光體塗佈於半導體發光裝置本身，例如使用電泳沈積。其他具體實施例中，例如內含磷光體之環氧化物等材料滴劑可放置於塑膠殼內部、半導體發光裝置上及/或裝置與殼之間。此技術可稱為「頂部點膠」。 磷光體塗層亦可併入折射率匹配材料及/或可提供分離折射率匹配材料。
此外，如上所述；已公佈之美國專利申請案第US 2004/0056260 A1號說明包含一基底之發光二極體，該基底具有第一及第二相反表面以及第一及第二相反表面之間的側壁，該側壁以一傾斜角度自第二表面延伸向第一表面。在傾斜側壁上提供一正形磷光體層。傾斜側壁可提供比傳統正交側壁更均勻之磷光體塗層。
依據本發明之其他具體實施例，製造半導體發光裝置係藉由在半導體發光裝置之發光表面的至少一部分上放置懸浮液，其包括懸浮於溶劑中之磷光體微粒，以及蒸發至少一些溶劑，以使磷光體微粒沈積於發光表面之至少一部分上。從而可在發光表面之至少一部分上形成包括磷光體微粒之塗層。
本文所使用之「懸浮液」意味著二相固體-液體系統，其中固態微粒與液體(「溶劑」)混合，但未溶解(「懸浮」)。同樣，本文所使用之「溶液」意味著單相液體系統，其中固態微粒溶解於液體(「溶劑」)中。
圖11A係依據本發明之各種具體實施例的中間製造步驟期間，半導體發光裝置封裝之斷面圖。如圖11A所示，將包含懸浮於溶劑1124內之磷光體微粒1122的懸浮液1120放置於半導體發光裝置150之發光表面150a的至少一部分上。本文使用之「光」表示由半導體發光元件150發射之任何可視及/或不可視(例如紫外線)輻射。接著蒸發至少一些 溶劑1124，如連接圖11A與11B之箭頭所示，以使磷光體微粒1122沈積於發光表面150a之至少一部分上，並在其上形成包含磷光體微粒1122之塗層1130。一些具體實施例中，在執行圖11A之放置的同時及/或執行蒸發的同時，攪動包含懸浮於溶劑1124內之磷光體微粒1122的懸浮液1120。此外，如圖11B所示，可執行蒸發，以使磷光體微粒1122均勻地沈積於發光表面150a之至少一部分上，從而形成磷光體微粒1122之均勻塗層1130。一些具體實施例中，磷光體微粒1122均勻地沈積於整個發光表面150a上。此外，一些具體實施例中，實質上可蒸發全部溶劑1124。例如，一些具體實施例中，可至少蒸發溶劑之大約80%。一些具體實施例中，實質上蒸發全部溶劑1124，以使磷光體微粒1122均勻地沈積於整個發光表面150a上。
本發明之一些具體實施例中，溶劑1124包括丁酮(MEK)、乙醇、甲苯、乙酸戊酯及/或其他傳統溶劑。此外，其他具體實施例中，磷光體微粒1122之大小可為3至4μm，大約之0.2gm此等磷光體微粒1122可與大約5cc之MEK溶劑1124混合，以提供懸浮液1120。可經由滴管吸移管散佈懸浮液1120，蒸發可發生於室溫下或高於或低於室溫之溫度下，例如大約60℃及/或大約100℃下。
磷光體係熟習技術人士所熟知的。本文所使用之磷光體微粒1122可為鈰摻雜釔鋁石榴石(YAG：Ce)及/或其他傳統磷光體，可使用傳統混合技術混合至溶劑1124中，從而提供包括磷光體微粒1122之懸浮液1120。一些具體實施例中，將磷光體配置成轉換從發光表面150a發射的至少一些光，使得從半導體發光裝置發出之光作為白色光而出現。
圖12A為本發明之其他具體實施例的斷面圖。如圖12A所示，提供架設基底100，並將半導體發光元件150架設於空腔110內。同時提供散熱槽鰭片190。將包含懸浮於溶劑1124內之磷光體微粒1122的懸浮液1120放置於空腔110內。因此，空腔110可用於限制懸浮液1120，從而 為懸浮液1120提供受控制之數量及幾何形狀。
現在參考圖12B，執行蒸發，藉此蒸發至少一些溶劑1124，以使磷光體微粒1122沈積於發光表面150a之至少一部分上，並形成包含磷光體微粒1122之塗層1130。
圖13A及13B說明本發明之其他具體實施例。如圖13A所示，此等具體實施例中，空腔110包含空腔地板110b，將半導體發光裝置150架設於空腔地板110b上。此外，半導體發光裝置150自空腔地板110b突起。一些具體實施例中，半導體發光裝置150之發光表面150a包含遠離空腔地板110b之表面150b，在表面150b與空腔地板110b之間延伸的側壁150c。如圖13B所示，執行蒸發，藉此蒸發至少一些溶劑1124，以使磷光體微粒1122均勻地沈積於發光表面150a之至少一部分上，從而形成包含磷光體微粒1122之均勻厚度的塗層1130。如圖13B所示，一些具體實施例中，塗層在表面150b及側壁150c上可具有均勻厚度。一些具體實施例中，塗層1130可均勻地延伸於發光元件150外部之地板110b上。其他具體實施例中，塗層1130亦可至少部分延伸至空腔110之側壁110a上。
本發明之其他具體實施例中，可將黏結劑添加至懸浮液1120中，以便在蒸發後，磷光體1122及黏結劑沈積於發光表面150a之至少部分上，並在其上形成包括磷光體微粒1122及黏結劑之塗層。一些具體實施例中，可使用乙基纖維素及/或硝基纖維素等纖維素材料作為黏結劑。此外，其他具體實施例中，至少一些黏結劑可與溶劑一起蒸發。
本發明之其他具體實施例中，懸浮液1120包含磷光體微粒1122及懸浮於溶劑1124中的光散射微粒，並且其中蒸發至少一些溶劑1124，以使磷光體微粒1122及光散射微粒沈積於發光裝置150之至少一部分上，並形成包含磷光體微粒1122及光散射微粒之塗層1130。一些具體實施例中，光散射微粒可包含SiO2(玻璃)微粒。一些具體實施例中，藉 由選擇散射微粒之大小，可有效地散射藍色光，以使發射來源(對於白色應用)更為均勻(更明確地說，更隨機)。
應瞭解，依據本發明之各種具體實施例，亦可提供圖11A至13B之具體實施例的組合及次組合。此外，依據本發明之各種具體實施例，亦可提供圖11A至13B之具體實施例與任何或全部其他圖式的組合及次組合。藉由從懸浮液蒸發溶劑塗佈半導體發光裝置的其他具體實施例在2004年9月21日申請之申請案序號10/946,587中加以說明，標題為「藉由從懸浮液蒸發溶劑塗佈半導體發光元件之方法」，該專利已讓渡給本發明之受讓人，其全部揭示內容以提及方式完整併入本文中。藉由在半導體發光裝置上塗佈包含透明矽樹脂及磷光體之可圖案化薄膜來塗佈半導體發光裝置的其他具體實施例在2004年9月23日申請之申請案序號10/947,704中加以說明，標題為「包含包括透明矽樹脂及磷光體之可圖案化薄膜的半導體發光裝置，及其製造方法」，該專利已讓渡給本發明之受讓人，其全部揭示內容以提及方式完整併入本文中。
本發明之其他具體實施例提供在第一金屬表面上包含光學元件之撓性薄膜，其中光學元件延伸穿過空腔。一些具體實施例中，光學元件為透鏡。其他具體實施例中，光學元件可包含磷光體塗層及/或可包含散佈於其中之磷光體。
圖14係依據本發明之各種具體實施例，半導體發光裝置封裝及其裝配方法的分解斷面圖。參考圖14，此等半導體發光裝置封裝包含固態金屬區塊100，其具有包含空腔110之第一表面100a及包含複數個散熱槽鰭片190之第二表面100b。在第一表面100a上提供包含光學元件1430之撓性薄膜1420，在金屬區塊100與撓性薄膜1420之間提供半導體發光裝置150，其係配置成透過光學元件發射光662。一黏接元件1450可用於將撓性薄膜1420與固態金屬區塊100彼此黏接。
仍參考圖14，撓性薄膜1420可提供蓋玻片，其可由撓性材料製成， 例如傳統室溫硫化(Room Temperature Vulcanizing；RTV)矽樹脂橡膠。 也可使用其他基於矽樹脂的及/或撓性材料。由於係由撓性材料製成，撓性薄膜1420在操作期間膨脹及收縮時可遵循固態金屬區塊100。此外，撓性薄膜1420可藉由簡單的低成本技術製成，例如轉移成形、射出成形及/或熟習技術人士所熟知的其他傳統技術。
如上所述，撓性薄膜1420中包含光學元件1430。光學元件可包含透鏡、稜鏡、光學發射增強及/或轉換元件，例如磷光體、光學散射元件及/或其他光學元件。亦可提供一或多個光學元件1430，如以下所詳述。此外，如圖14所示，一些具體實施例中，可在光學元件1430與半導體發光裝置150之間提供光學耦合媒體1470，例如光學耦合凝膠及/或其他折射率匹配材料。
仍參考圖14，黏接元件1450可實施為黏著劑，其可放置於固態金屬區塊100之周邊周圍、撓性薄膜1420之周邊周圍及/或其選定部分，例如其角落。其他具體實施例中，可將固態金屬區塊100鑄造在撓性薄膜1420周圍，以提供黏接元件1450。也可使用其他傳統黏接技術。
圖14亦說明依據本發明之各種具體實施例裝配或封裝半導體發光裝置之方法。如圖14所示，將半導體發光元件150架設於固態金屬區塊100之第一表面100a內的空腔110中，該固態金屬區塊100包含第二表面100b上之鰭片190。使用(例如)黏接元件1450將包含光學元件1430之撓性薄膜1420黏接至第一表面100a，以便在操作中半導體發光裝置150透過光學元件1430發射光662。一些具體實施例中，將光學耦合媒體1470放置在半導體發光裝置150與光學元件1430之間。
圖15係依據本發明之其他具體實施例，圖14的封裝半導體發光裝置之斷面圖。撓性薄膜1420延伸至空腔110之外的表面100a上。光學元件1430覆蓋空腔110，半導體發光裝置150位於空腔110內，並且係配置成透過光學元件1430發射光662。圖15中，光學元件1430包含凹透鏡。 一些具體實施例中，將光學耦合媒體1470提供在光學元件1430與半導體發光裝置150之間的空腔110內。一些具體實施例中，光學耦合媒體1470填充空腔110。
圖16為本發明之其他具體實施例的斷面圖。如圖16所示，撓性薄膜1420內包含兩個光學元件1430及1630。第一光學元件1430包含一透鏡，第二光學元件1630包含一稜鏡。來自半導體發光裝置150之光通過稜鏡1630並通過透鏡1430。亦可提供光學耦合媒體1470。一些具體實施例中，光學耦合媒體1470填充空腔110。光學耦合媒體1470與稜鏡1630可具有充分的折射率差異，以便稜鏡1630可減小遮蔽效應。如圖16所示，半導體發光裝置150包含延伸向撓性薄膜1420之線路1650，稜鏡1630可配置成藉由自半導體發光裝置150發射之光的線路1650減小遮蔽效應。從而可提供更均勻的光發射，同時線路1650具有減小之遮蔽效應。應瞭解本文所使用之術語「線路」一般包含用於半導體發光裝置150之任何電連接。
圖17為本發明之其他具體實施例的斷面圖。如圖17所示，將磷光體1710提供在透鏡1430與半導體發光裝置150之間的撓性薄膜1420上。磷光體1710可包含鈰摻雜釔鋁石榴石(YAG)及/或其他傳統磷光體。一些具體實施例中，磷光體包括鈰摻雜釔鋁石榴石(YAG：Ce)。其他具體實施例中，可使用奈米磷光體。磷光體對熟習技術人士係眾所周知的，本文不必詳述。亦可提供可填充空腔110之光學耦合媒體1470。
圖18說明本發明之其他具體實施例。該等具體實施例中，透鏡1430包含鄰近半導體發光裝置150之凹形內表面1430a，磷光體1710包含凹形內表面1430a上之正形磷光體層。亦可提供可填充空腔110之光學耦合媒體1470。
圖19係其他具體實施例之斷面圖。如圖19所示，覆蓋空腔110之撓性薄膜1420的至少一部分1420d係對光透明的。此外，撓性薄膜1420 的至少一部分1420c(其延伸至超出空腔110之表面100a上)係對光不透明的，如撓性薄膜1420之虛線部分1420c所示。不透明區域1420c可減小或防止光線之彈射，從而可能產生更符合需要之光圖案。亦可提供可填充空腔110之光學耦合媒體1470。
圖20係本發明之其他具體實施例的斷面圖，其中撓性薄膜1420可由多種材料製造。如圖20所示，撓性薄膜1420覆蓋空腔110之至少一部分1420d包含第一材料，撓性薄膜1420延伸至超出空腔110之表面100a上的至少一部分1420c包含第二材料。一些具體實施例中可將兩種或更多材料用於撓性薄膜1420中，以便針對發射光及不發射光的撓性薄膜1420之部分提供不同特徵。針對其他具體實施例之其他目的，可使用多種材料。例如，可將非撓性及/或撓性塑膠透鏡黏接至撓性薄膜。例如，具有多種材料之此一撓性薄膜1420可使用傳統多重成形技術來製造。一些具體實施例中，加以模制的第一材料可不完全予以固化，以便提供滿意的鍵結層，其黏接至隨後加以模制的第二材料。其他具體實施例中，相同材料可用於光學元件及撓性薄膜，其中形成光學元件，再形成環繞光學元件之撓性薄膜。亦可提供可填充空腔110之光學耦合媒體1470。
圖21為本發明之其他具體實施例的斷面圖。此等具體實施例中，半導體發光裝置150包含線路1650，其延伸至空腔110內之撓性薄膜1420並與之接觸。撓性薄膜1420包含透明導體2110，其可包含氧化銦錫(Indium Tin Oxide；ITO)及/或其他傳統透明導體。透明導體2110延伸至空腔110內，並與線路電連接。因此可減小線路1650之遮蔽效應。此外，可減少或消除對金屬區塊100之線路焊接及可能發生之光扭曲。亦可提供可填充空腔110之光學耦合媒體1470。
圖22為本發明之其他具體實施例的斷面圖。如圖22所示，光學元件1430包含覆蓋空腔110並從空腔110突出之透鏡。撓性薄膜1420還包 含透鏡1430與向空腔110突出之發光元件150間的突出元件2230。如圖22所示，在突出元件2230上提供正形磷光體層1710。藉由在透鏡1430後部提供突出元件2230，可移動裝置內之光學耦合媒體1470。因此圖22之配置可在與發光元件150之期望距離下提供更均勻之磷光體塗層，從而提供更均勻之照明。光學耦合媒體1470可填充空腔110。
圖23及24說明包含依據本發明之各種具體實施例包含多個半導體發光裝置及/或多個光學元件之封裝。例如，如圖23所示，光學元件1430為第一光學元件，半導體發光裝置150為第一半導體發光裝置。撓性薄膜1420中也包含與第一光學元件1430間隔之第二光學元件1430'，該裝置進一步包含基底100與撓性薄膜1420間的第二半導體發光裝置150'，其係配置成透過第二光學元件1430'發射光。此外，亦可提供第三光學元件1430"與第三半導體發光裝置150"。光學元件1430、1430'及1430"可彼此相同及/或不同，半導體發光裝置150、150'及150"可彼此相同及/或不同。此外，在圖23之具體實施例中，空腔110為第一空腔，分別為第二及第三半導體發光裝置150'、150"提供第二及第三空腔110'、110"。空腔110、110'及110"可彼此相同及/或具有不同組態。亦可提供可填充一或多個空腔之光學耦合媒體1470。應瞭解在其他具體實施例中可提供更大或更小數量之半導體發光裝置及/或空腔。
同時如圖23所示，磷光體1710可為第一磷光體層，可分別在第二光學元件1430'與第二半導體發光裝置150'間以及第三光學元件1430"與第三半導體發光裝置150"間的撓性薄膜1420上提供第二及/或第三磷光體層1710'及1710"。磷光體層1710、1710'、1710"可相同、可不同及/或可省略。特定言之，本發明之一些具體實施例中，第一磷光體層1710及第一半導體發光裝置150係配置成產生紅色光，第二磷光體層1710'及第二半導體發光裝置150'係配置成產生藍色光，以及第三磷光體層1710"及第三半導體發光裝置150"係配置成產生綠色光。一些具體 實施例中從而可提供紅色、綠色、藍色(RGB)發光元件，其可發射白色光。
圖24為本發明之其他具體實施例的斷面圖。此等具體實施例中，分別為第一、第二及第三半導體發光裝置150、150'及150"提供一單一空腔2400。亦可提供可填充空腔2400之光學耦合媒體1470。應瞭解在其他具體實施例中可提供更大或更小數量之半導體發光裝置及/或空腔。
圖25為本發明之其他具體實施例的斷面圖。圖25中，光學元件2530包含一透鏡，其具有散佈於其中之磷光體。以上已說明包含散佈於其中之磷光體的透鏡之許多具體實施例，下文不必複述。本發明之其他具體實施例中，可將光學散射元件嵌入圖25所示之透鏡內，及/或將其作為(例如)圖22所示之分離層而加以提供，附加於或取代磷光體。
圖26係依據本發明之其他具體實施例的半導體發光裝置封裝之透視圖。
熟習技術人士應瞭解本發明之各種具體實施例已結合圖14至26而單獨予以說明。然而，可依據本發明之各種具體實施例提供圖14至26之具體實施例的組合及次組合，亦可將其與依據本文所述之任何其他圖式的具體實施例組合。
圖27係依據本發明之各種具體實施例的半導體發光裝置封裝之斷面圖。如圖27所示，固態金屬區塊100包含其第一金屬表面110a上之複數個空腔110，其第二金屬表面110b上之複數個散熱槽鰭片190。在第一金屬表面110a上提供一絕緣層120。在絕緣層上提供一導電層130，並將其圖案化，以在空腔110內提供反射塗層2730a，並在空腔110內提供第一2730b及第二2730c導電跡線，其係配置成連接至架設於空腔內的至少一個半導體發光裝置150。如圖27所示，跡線可提供半導體發光裝置之間的串聯連接。但亦可提供並聯及/或串聯/並聯或反並聯連接。 應瞭解在其他具體實施例中可提供更大或更小數量之半導體發光裝置及/或空腔。
仍參考圖27，在第一金屬表面100a上提供包含透鏡等光學元件1430的撓性薄膜1420，其中個別光學元件1430延伸穿過個別空腔110。 可提供撓性薄膜1420及光學元件1430之各種具體實施例，如以上所廣泛說明的。此外，可整合磷光體，如以上所廣泛說明的。其他具體實施例中，亦可提供離散透鏡170，取代包含光學元件1430之撓性薄膜1420。一些具體實施例中，導體130與固態金屬區塊110上之積體電路2710連接，例如發光裝置驅動器積體電路。一些具體實施例中，可將圖27之半導體發光裝置配置成提供用於傳統燈泡之插座型替代物。
圖28係依據圖27之具體實施例的透視圖。如圖28所示，可在固態金屬區塊100之第一表面100a上提供藉由導電層130連接之空腔110陣列。圖28中，顯示均勻間隔之10x10空腔陣列，以及撓性薄膜1420上對應之10×10光學元件1430陣列。但也可提供更大或更小之陣列，並且陣列可為圓形、隨機間隔及/或其他組態。此外，空腔110及光學元件1430陣列之一些或所有部分中可提供不均勻間距。更明確地說，均勻間距可促進均勻之光輸出，而亦可提供不均勻間距以補償穿過固態金屬區塊100之各個部分的散熱槽鰭片190之散熱能力變更。
同時應瞭解圖27及28之具體實施例在各種組合及次組合中與本文所述之任何其他具體實施例加以組合。
圖29為本發明之其他具體實施例的側視斷面圖。此等具體實施例中，第一金屬表面100a中進一步包含複數個基座2900，並且該複數個空腔110之個別空腔係位於該複數個基座2900之個別基座內。為清楚起見，圖29內未顯示絕緣層120及導電層130。其他具體實施例中亦可在給定基座2900內提供多個空腔110。圖29之具體實施例中，撓性薄膜1420'包含複數個光學元件1430'，例如透鏡，個別光學元件延伸穿過個 別基座2900並穿過個別空腔110。應瞭解在其他具體實施例中可提供更大或更小數量之半導體發光裝置及/或空腔。
藉由提供依據本發明之一些具體實施例的基座2900，發光裝置150可得以更接近光學元件1430'之輻射中心，從而可增強發射均勻性。同時應瞭解圖29之具體實施例可具有離散光學元件，例如透鏡，個別光學元件跨越個別基座2900及空腔110，以及圖29之具體實施例可與以上說明的其他具體實施例之任何組合及次組合相結合。
圖30係依據本發明之各種具體實施例，可執行以封裝半導體發光裝置之步驟的流程圖。圖30之方法可用於封裝一或多個半導體發光裝置，以提供任一前述圖式中說明的結構。
如圖30所示，步驟3010中，製造包含空腔及散熱槽鰭片之固態金屬區塊，如以上所廣泛說明的。步驟3020中，在固態金屬區塊之至少一部分上形成一絕緣層，例如在其第一金屬表面上，如以上所廣泛說明的。步驟3030中，在絕緣層上形成一導電層。可將導電層加以圖案化，以在空腔內提供反射塗層，並在延伸至空腔內的第一表面上提供第一及第二導電跡線，如以上所廣泛說明的。步驟3040中，在個別空腔內架設至少一個半導體發光裝置，並將其電連接至個別空腔內之第一及第二導電跡線，如以上所廣泛說明的。步驟3050中，可附加光學耦合媒體，如上所述。步驟3060中，在第一表面上放置一透鏡、光學元件及/或撓性薄膜，如以上所廣泛說明的。其他具體實施例中，亦可提供以上所廣泛說明之穿透孔、反射器層及/或其他結構。
同時應注意在一些替代具體實施例中，圖30之區塊內提及的功能/動作可顛倒流程圖所示之順序而發生。例如，依次顯示的兩個區塊事實上可實質同時地予以執行，或者有時可按相反順序執行該等區塊，其取決於所涉及之功能性/動作。
現在將對本發明之各種具體實施例進行額外說明。本發明之具體 實施利可在固態金屬區塊上提供三維頂側及後側拓樸，從而提供整合反射器空腔及單片式整合散熱槽。整合光學空腔可有利於對準且易於製造。整合散熱槽可增強熱效率。依據本發明之一些具體實施例，藉由採用三維頂側拓樸來形成用於LED之反射器，可不需要單獨封裝LED、將封裝架設至散熱槽並附加期望之驅動電子裝置。因此，可提供「整合反射器散熱槽上晶片」作為單一組件。從而可提供高光學效率及高熱效率。附加驅動電路可提供用於功能照明器(其可僅需要電源電壓及最終照明器外殼)之完整解決方案。
可提供任何形狀或密度之裝置。例如，吾人可需要獲得高流明強度(每平方毫米流明)，或者可需要藉由分配空腔佈局增強或最佳化熱效率。高密度具體實施例可具有四個高功率LED，例如Cree,Inc.公司(本發明之受讓人)以名稱XB900行銷的商品，以提供2x2陣列，而分配式熱方法可具有100個較低功率LED，例如Cree,Inc.公司(本發明之受讓人)以名稱XB290行銷的商品，以提供10×10陣列，從而實現相同流明輸出。XB900及XB290裝置在標題為「Cree光電LED產品線CPR3AX出版物D版，2001-2002」的產品手冊中予以說明。亦可使用本產品手冊中說明的其他裝置，例如XT290、XT230及/或來自其他製造商的其他裝置。
如上所述，光學空腔可為凹陷式，或可作為基座內之光學空腔來提供。導電層可提供晶粒黏接墊及線路銲墊。可為紅色、綠色或藍色LED提供分離跡線，或者全部LED可加以串聯或並聯連接。
本發明之具體實施例可提供能夠取代標準MR16或其他光夾具之組態。一些具體實施例中，6.4瓦輸入可提供大約2.4瓦之光學功率以及4瓦之散熱。
圖式及說明書中已揭示本發明之具體實施例，儘管使用了特定術語，其係從通用及說明的角度而言，並非為了限制本發明，本發明的 範疇定義申請專利範圍中。
100‧‧‧固態金屬區塊
110‧‧‧空腔
130a'‧‧‧導電跡線
150‧‧‧半導體發光裝置
150'‧‧‧半導體發光裝置
160‧‧‧封裝材料
170‧‧‧透鏡
180‧‧‧透鏡固定器
190‧‧‧散熱槽鰭片
330a'‧‧‧電性跡線
330b'‧‧‧電性跡線
330c'‧‧‧電性跡線

Claims (11)

  1. 一種透射光學元件，其包括：包括一透明塑膠之一殼，其中該透明塑膠包含於該殼中不均勻散佈以產生一標記之磷光體。
  2. 如請求項1之透射光學元件，其中該殼包括一圓頂形殼。
  3. 如請求項1之透射光學元件，其與經配置以發光進入及穿透該殼之一半導體發光裝置組合。
  4. 如請求項3之透射光學元件，其進一步與跟該半導體發光裝置相鄰之一架設基底組合，以致於該半導體發光裝置係在該架設基底與該殼之間。
  5. 如請求項3之透射光學元件，其進一步與在該架設基底與該殼之間的一封裝材料組合。
  6. 如請求項1之透射光學元件，其中該殼包含內部/外部表面，該透射光學元件進一步包括在該內部表面上的一內部塗層及/或在該外部表面上的一外部塗層。
  7. 一種透射光學元件，其包括：一透明塑膠構件，其包含於該透明塑膠構件中不均勻散佈以產生一標記之磷光體。
  8. 如請求項7之透射光學元件，其與經配置以發光進入及穿透該塑膠構件之一半導體發光裝置組合。
  9. 如請求項8之透射光學元件，其進一步與跟該半導體發光裝置相鄰之一架設基底組合，以致於該半導體發光裝置係在該架設基底與該成員之間。
  10. 如請求項8之透射光學元件，其進一步與在該架設基底與該成員之間的一封裝材料組合。
  11. 如請求項7之透射光學元件，其中該成員包含內部/外部表面，該透射光學元件進一步包括在該內部表面上的一內部塗層及/或在該外部表面上的一外部塗層。
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