TW201429008A - 發光模組，光源總成及製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明之發光模組(10)包含：基材板(1)，其由陶瓷材料形成且其上具有圖案化之金屬鍍層(2、2a、2b)以用於提供發光模組之電介面及發光模組內之內部電連接；及複數個發光半導體晶片(3)，其置於基材板上且電連接至金屬鍍層，各發光半導體晶片密封於密封材料(5)內。根據本發明，密封材料在基材板(1)上形成單一連續密封層(5)，密封層在橫向上受自由環境空間(8)限制。

Description

發光模組，光源總成及製造方法

本發明大體上係關於以發光半導體元件(諸如發光二極體LED之不同變化)為基礎之光源。更特定言之，本發明係關於發光模組及光源元件，其具有排列於基材上的多個主要發光元件，例如LED晶片。通常，該等類型之模組稱為晶片直接封裝(chip-on-board/COB)型發光模組或光源元件。本發明亦係關於該等模組及元件之製作。

在任何光源(諸如室內照明器或例如車輛之前燈)之核心中，均有主要的光產生/發光組件。現今，半導體發光元件(例如LED)越來越常取代習知所使用之白熾燈及氣體放電燈而作為主要發光組件。半導體發光組件提供更優良的特性，例如長期穩定性、高功率效率及單一元件的小型化。

針對不同的應用，目前有許多以LED為基礎之不同的市售解決方案。然而，使用單一LED作為照明器中之光源(例如用於一般照明)通常在實務上幾乎不可能，因為典型的LED相當於是點光源。為了產生許多應用中所需要的均勻分散光，可使用特殊的反射器(使來自點光源的光重新分布，而將其轉化為具有所需特性之光束)，或形成一個多LED之陣列。儘管前者之解決方案可用於大小及重量不受極嚴格限制的照明器中(例如路燈中)，但每當需要小型化(尤其是薄且平坦者，如大部分室內照明應用的情況)光源模組時，LED陣列(LED模組)是最實用的選擇。

LED陣列一般可由兩種選擇性方式形成：經由組合多個個別LED，各LED均為裝置之成品(finished device)，亦即本身具有基 板、電連接、光學系統、封裝等；或者藉由將LED組件(可能是半導體裸晶)置於共同基材上且使用共同之系統進行電連接，且在許多情況下亦使用共同光學系統，以及密封LED晶片陣列之共同封裝配置。後者之解決方案在LED工業中為公知的「晶片直接封裝」(COB)型模組。

通常，以LED為基礎之COB模組係由多個LED組件製成，該等LED組件係以單獨晶片形式生產，然後與必要的電連接一起置於共同基材上。圖1中所示為一實例。

舉例而言，第8,022,626號美國專利描述「包含基底板及直接附接至基底板的複數發光二極體(LED)晶片之發光模組」的各種具體例，其中「LED晶片與基底板上之導電跡線電連通，該等導電跡線將電流傳遞至LED晶片」。

欲設計以LED為基礎之光源模組(COB)，第8,044,570號美國專利描述目前常見之方法的典型實例。其揭示之光源模組「包括印刷電路板、複數發光元件、密封構件、及色彩轉換單元、以及黏著層」。第8,044,570號美國專利中描述之密封構件具有透光性且將安裝於印刷電路板上之發光元件密封。色彩轉換單元包括具有透光性之覆蓋構件，及提供於覆蓋構件之內表面上的螢光物質層。黏著層具有透光性，且確保密封構件以氣密方式黏著至色彩轉換單元之螢光物質層。

GB 2458972號英國專利描述之LED(COB)模組「包含複數LED晶粒，該複數LED晶粒在基材上以圍繞一個中心點的一或多個徑向同心環形式排列，使得各LED晶粒在方位角上自相鄰LED晶粒偏移」。該模組包括導熱墊，各導熱墊之橫向尺寸不小於與其附接之LED晶粒之組合橫向尺寸，且其總表面積至少比與其附接之所有LED晶粒之總表面積大5倍。同時，模組之總發光面積不超過安置於基材上之所有個別LED晶粒之組合總表面發射面積的四倍。在這些準則限制下有多種可能的組態，可實現優良封裝密度以增強亮度同時確保最佳的熱傳遞。此文件中亦揭示該模組之製造方法。

在諸如上述實例的COB模組解決方案之先前技術中， COB模組之大部分關鍵參數(諸如單一LED的數目與其輸出之光功率，及整體模組的大小)係在設計階段決定，一旦製造過程開始後則不能更動或修改。若COB模組之所需參數(諸如輸出功率或僅元件大小)發生變化，則必須重新設計整個COB模組且必須跟著改變製造方法。這使得COB模組及光源元件之生產不夠彈性，增加改變模組類型所需的時間且提高模組之生產成本。

本發明之目的

本發明之目的為提供晶片直接封裝(chip-on-board)型發光模組、光源總成以及其製造方法，從而緩解先前技術之問題。

本發明之發光模組及光源總成的特徵係分別界定於請求項1及3中。製造該等物品之方法特徵係分別界定於請求項7及9中。

本發明之發光模組包含：基材板，該基材板由陶瓷材料形成且其上具有圖案化之金屬鍍層以用於提供發光模組之電介面及模組內之內部電連接；及置於基材板上且電連接至金屬鍍層(例如經由導線接合或經由焊接連接)的複數個發光半導體晶片，各發光半導體晶片密封(encapsulated)於密封材料(encapsulating material)內。

陶瓷基材板形成此模組之基本支撐體。陶瓷基材板係市售可得，且可使用此技術領域中已知的材料及技術生產。任何已知陶瓷材料皆可使用，可達成基材板之高反射性上表面以最佳化自模組之光萃取者為佳。此外，陶瓷基材較佳地亦應具有高熱導率以使發光模組工作期間之過量熱散逸。合適之實例為厚度例如0.2至2 mm的Al₂O₃晶圓，或具有類似厚度之AlN晶圓。

根據此技術領域中已知的原理，亦可形成提供模組之電接觸介面的金屬鍍層，亦即基材板上之圖案化金屬層以及模組內之內部電連接。此金屬鍍層可包含不同種類的接觸墊或電極以及配線，模組之個別發光半導體晶片可經由其電連接至外部電源。個別發光半導體晶片可例如藉由導線結合而連接至金屬鍍層。

作為金屬鍍層的合適材料之一為銅Cu。為了最佳化金屬鍍層與發光半導體晶片之間的電接觸，可在Cu層上形成另一個單層或多層金屬化物以確保最佳電接觸，該金屬化物由例如Ni/Pd/Au、Ag、Al、Ni/Pd、Ni/Au、Ni/Ag形成。

形成金屬鍍層(其形成基材板之配線佈局)係以可僅經由一對接觸墊或接觸電極來向模組之所有發光半導體晶片供電為佳。

發光半導體晶片可為例如用於任何已知類型之發光二極體LED之發光半導體晶片。然而，本發明不限於任何特定類型之發光半導體晶片。晶片可藉由此技術領域中已知的任何手段附接至基材板。

密封材料可為適用於密封發光半導體晶片，藉此保護發光半導體晶片免受發光模組周遭環境中之可能有害物質及水分影響之任何已知材料。密封材料亦可包含一或多種磷光體混合物(phosphor-based compound)，以根據模組之所需輸出光譜，用於轉換由發光半導體晶片初始發射之光的波長。該等密封材料之最常見群組係由矽氧樹脂(silicone)形成。該等矽氧樹脂可以實質上液體形式施用且隨後進行固化。使矽氧樹脂成為具有吸引力的材料-尤其用於高亮度(HB)LED及模組-之關鍵屬性包括在UV-可見光區域中之高透明度、受控制的折射率(RI)及穩定的熱-光-機械性質。

根據本發明，密封材料在基材板上形成單一連續密封層，密封層在橫向上(亦即在基材平面之平面方向上)受自由環境空間限制。

換言之，發光模組之特徵在於密封材料之橫向範圍不受任何機械鑄造障壁或其他類型之模製結構的限制或約束，該機械鑄造障壁或其他類型之模製結構會在橫向上界定當矽氧樹脂以實質上液體形式施用於基材板上時所受限的體積。本發明之模組中不存在該等結構，反而密封材料同樣在橫向上受自由環境空間限制。此密封層之形成將於本文件中後述關於本發明之方法態樣討論。

本發明之此基本原理提供極大優點。首先，因為無需在 基材板上安裝鑄模結構，本發明簡化COB型發光模組之基本構造。此外，最重要的優點可能是關於基於以發光半導體晶片作為主要發光組件之光源元件的製作。根據本發明之發光模組可實現容易且簡單的製造光源元件之方法。在此類型之光源元件中，若干發光模組可共同形成較大光源元件。因此，發光模組可用於作為在光源元件中重複的模組化建置區塊(modular building blocks)。此種光源元件之模組化構造可實現簡單且具成本效率的實施光源元件之方法，該等光源元件中可具有不同大小與不同數量的單一發光半導體晶片。因此，可藉由僅選擇光源元件中的單一發光模組之數目來調整光源元件之光功率以及光分布圖案。

實現該光源元件之簡單製作的發光模組，其關鍵特徵為密封層在橫向上受自由環境空間限制，亦即不受任何鑄模結構限制。具有重複發光模組之大型面板形式的光源總成可在一共同基材板上製造。當個別發光模組不含鑄模或其他機械鑄造障壁時，可在實際製造過程完成後的任何階段，自面板切割或斷開具有任何所需數目之發光模組的光源元件。因此，藉由使用此模組化面板作為光源預製件(preform)，可輕易地滿足不同光源應用之不同需要。

在一較佳具體例中，矽氧樹脂之外表面(亦即背對基材板且面向自由環境空間，且因此形成發光模組與其周圍環境間之光界面的表面)經結構化以增強自發光模組之光萃取(light extraction)。該結構化在此處意指對外表面之任何糙化、圖案化或其他結構化，使得由發光半導體晶片發射而脫離基材板表面及該外表面界定之體積的光得以增強。增強光萃取可例如以光之反射、折射或繞射為基礎。

根據本發明之一態樣，本發明之優點在包含複數如述之發光模組的光源總成中尤其顯著，其中發光模組之基材板形成單一共同基材板。

單一共同基材意指單一發光模組之基材板形成一個集成型(integrated)陶瓷基材板。此類型之總成可形成為充當預製件之大型面板，其中可自該預製件切割或斷開具有任意數目之發光模組的光源 元件。另一方面，該總成亦可為具有所需數目之發光模組之完整光源元件。因此，本文獻中的詞「總成」係指類預製件之構造及最終之光源元件兩者。

為了有助於以另一種方式切割或斷開光源總成，共同基材板可較佳地具有弱化劃線，以便於將總成分離為各包含一或多個發光模組的離散光源元件。劃線可藉由例如形成於共同基材板上的相鄰發光模組之間的凹槽加以實現。

光源元件之個別發光模組較佳為電連接在一起，使得在任何大小(亦即包含任何數目之單一發光模組)的光源元件中，可經由共同接觸電極驅動所有發光半導體晶片。基於此目的，金屬鍍層較佳為包含將光源總成之兩個相鄰發光模組電連接在一起的接觸元件。因此，在此具體例中，至少某些-較佳為所有-發光模組根據預定的接觸佈局彼此連接。

作為部分金屬鍍層之接觸元件的存在，意謂當藉由從較大總成分離一組發光模組以形成光源元件時，延伸超過不同光源元件之相鄰發光模組間之分離線的接觸元件亦必須分離。為有助於此且對所分離之元件不造成損害，接觸元件之厚度較佳為在10至40 μm範圍內。已發現此範圍為多種金屬鍍層材料(例如Cu)之合適厚度。

根據一方法態樣，本發明之製造發光模組之方法包含以下步驟：提供基材板，其由陶瓷材料形成且其上具有圖案化金屬鍍層以用於提供發光模組之電介面及模組內之內部電連接；將複數個發光半導體晶片置於基材板上且使其電連接至金屬鍍層；及將各發光半導體晶片密封於密封材料內。

提供基材板之步驟的實施，可藉由例如取得市售之陶瓷晶圓如Al₂O₃或AlN，然後在晶圓上形成金屬鍍層以便形成模組之外部及內部電連接。在形成金屬鍍層時，可使用任何合適的已知方法，諸如網板印刷或電鍍。

發光半導體晶片可為任何類型，例如習知LED晶片。可使用已知的原理、裝置及方法將晶片定位並附接至基材板上。舉例 而言，用於使LED附接至基材板上之可能方法為用任何已知LED晶粒附接膠(attach glue)進行膠黏，以及焊接。

單一發光半導體晶片與金屬鍍層之電連接可在晶片與金屬化物之間直接形成或經由另一晶片形成。最合適方法視例如相鄰晶片為串聯抑或並聯連接及晶片之位置而定。當在基材板上置放晶片時，可例如藉由焊接以形成連接，或使用任何適用於此目的之標準接合線藉由導線接合(wire bonding)形成連接，例如藉由直徑為20至200 μm(Au導線為20至50 μm，Al導線為30至200 μm)之接合線進行。

在將各發光半導體晶片密封於密封材料內的步驟中，可使用已知矽氧樹脂作為密封材料。可使用白光發射模組所用之純矽氧樹脂模製或螢光體(磷光體)/矽氧樹脂模製(luminophore(phosphor)/silicone moldings)。

根據本發明，將各發光半導體晶片密封於密封材料內之步驟，包含在上面具有複數個發光半導體晶片之基材板上形成單一連續密封層，密封層經形成以便在橫向上受自由環境空間限制。

該形成單一連續密封層可包含：首先在上面具有複數個發光半導體晶片之基材板上形成單一連續密封層之步驟，及接著藉由移除圍繞複數個發光半導體晶片之區域中的密封層使基材板暴露、以便使密封層在橫向上受自由環境空間限制之步驟。因此，在整個模組上係形成密封材料之單一連續層，使得該層密封所有晶片，而不是以分配或其他方式設置每一發光半導體晶片的個別密封。接著移除密封材料，使基材板在圍繞複數個發光半導體晶片之區域中露出。此區域可為沿基材板上的包圍各發光半導體晶片之周邊線的狹窄區域。可例如借助於雷射束蒸發密封材料來精確且快速地實現密封區域的移除。

或者，該形成單一連續密封層可包含使用壓縮模製方法形成該層，其中密封材料之體積(亦即密封層形狀及尺寸)係由在模製期間置於基材板上之模具界定。

在上述兩種情況下，根據本發明之方法的一個重要特徵為形成密封層使得完成後在橫向上受自由環境空間限制。

如上述進行密封之步驟使其無需使用任何安裝於基材板上之類似模具的結構來限制密封材料所填充之體積。這大大地簡化了製造方法且降低製造成本。

使用本發明之製造方法生產較大的光源總成時可達成更進一步的優點，如前述本發明之發光模組態樣內文中所論述。以下將進一步加以論述。

該方法較佳為進一步包含結構化密封層之外表面以增強自發光模組之光萃取。

如上所述，本發明之方法的優點，在使用該方法生產包含複數個發光模組之較大光源總成時尤其顯著。因此，根據另一態樣，在製造光源總成之方法中使用該製造發光模組之方法，製造光源總成之方法包含根據上述製造發光模組之方法製造複數個發光模組，其中製造複數個發光模組使得發光模組之基材板形成單一共同基材板。

因此，在此方法中，包含複數個發光模組之光源總成將被製造為集成型結構。總成之大小可輕易地藉由總成中個別發光模組之數目調整，且因此調整總成之光輸出功率。另一方面，總成可被形成作為共同基材板之大型陶瓷板上之大型面板，接著可使該面板分離為若干離散光源元件。個別發光模組之基材板之暴露區域(其上的密封材料已移除或其上最初未沈積密封材料)可例如形成穿過模組之間的密封層的通道。該等不含密封材料之通道使得能夠將總成分離為離散光源元件而不會破壞或以任何方式不利地影響密封層。

尤其在大型光源總成的情況下，惟在單一發光模組的情況下亦同，在整個(共同)基材板上沈積密封材料作為連續層可顯著降低矽氧樹脂層厚度的變動，從而改良發光模組之品質。舉例而言，若矽氧樹脂層含有磷光體且因此充當波長轉換層，則該轉換層之厚度更均勻可在模組區域上產生更均勻的發射波長；在具有若干該等模組之光源元件的情況下，則可使整個元件上的發射波長更均勻。

製造光源總成之方法較佳為進一步包含在共同基材板中形成弱化劃線，以便於將總成分離為各包含一或多個發光模組之離 散光源元件。該等劃線之形成可藉由任何已知方法及適合機械地弱化發光模組之間的共同基材板之任何型式，從而使其易於分離為離散光源模組。

在製造光源總成之方法中，所提供之兩個相鄰發光模組之基材板較佳為使其金屬鍍層形成接觸元件，該接觸元件將兩個相鄰發光模組電連接在一起。為了便於該等模組之分離，接觸元件之厚度在10至40 μm範圍內為佳。

作為本發明之另一較佳特徵，可使用專用金屬夾緊裝置(metal clutch)固持COB模組，同時提供與發光模組之電接觸。設計夾緊裝置的方式，可使其能用於所描述方法製造之所有版本及大小的模組。

應注意的是，在以上說明中，關於本發明之發光模組及光源總成態樣之定義、較佳實施例及優點，其所述之內容在細節上做必要的修正後亦適用於本發明之方法態樣之定義、較佳實施例及優點。反之亦然。

2‧‧‧金屬鍍層

2a‧‧‧接觸墊

2b‧‧‧內部電連接

3‧‧‧LED晶片

4‧‧‧導線接合

5‧‧‧密封層

6‧‧‧模具框

7‧‧‧層之側表面

8‧‧‧自由環境空間

9‧‧‧光源總成

10‧‧‧發光模組

11‧‧‧陶瓷晶圓

12‧‧‧矽氧樹脂層之外表面

13‧‧‧接觸元件

14‧‧‧光源元件

15‧‧‧金屬夾緊裝置

16‧‧‧模製機

下文參考所附圖式更詳細地描述本發明，其中圖1展示典型先前技術以LED為基礎之COB發光模組的示意性橫截面；圖2示意性地呈現根據本發明之COB發光模組的部分橫截面；圖3顯示根據本發明之製造方法的基本階段；圖4展示根據本發明製造之COB光源元件的實例；圖5展示根據本發明之發光模組的一個實例；圖6顯示根據本發明之一種製造方法；圖7根據本發明之光源元件之外部電連接，展示其實施之實例；及圖8展示根據本發明之另一種可能的光源元件。

圖1之先前技術發光模組10係製作於基材板1上。藉 由使用網板印刷或電鍍/微影方法在基材板上設置金屬鍍層2，以形成接觸墊2a及呈導體配線形式之內部電連接2b。藉由膠黏將該等LED晶片3置放並附接於基材板上，且藉由導線接合4使其彼此電連接以及電連接至金屬鍍層。LED晶片密封於沈積在基材板上之矽氧樹脂層5內。在橫向上，亦即在基材延伸的平面之方向上，矽氧樹脂受到安裝於基材板上圍繞LED晶片之模具框6的限制。

如圖2所示，根據本發明之以LED為基礎的發光模組10包含與圖1之模組類似的陶瓷基材板1、金屬鍍層2、2a、2b及LED晶片3。其亦具有密封所有LED晶片之矽氧樹脂密封層5。藉由焊接使晶片3直接電連接至金屬鍍層2之導體配線2b。或者，可使用與圖1類似之接合配線。陶瓷基材板之厚度可為0.2至2 mm，通常為0.5至1 mm。

圖1與圖2之模組間的本質差別為矽氧樹脂密封層5之構造。在圖2中，基材板1上未安裝模具框或任何類似結構。相反地，該層之側表面7與模組周圍的自由環境空間8直接接觸。換言之，在橫向上，矽氧樹脂密封層5受自由環境空間而非任何機械結構的限制。

在圖3(包含圖式3A至3F)中說明之方法，係製造包含9個發光模組10之光源總成9。

首先，如圖式3A所示，在作為模組10之共同基材板的陶瓷晶圓11上形成(例如藉由網板印刷或電鍍)金屬鍍層2，其形成接觸墊2a以及各模組之內部連接配線2b。因此，發光模組之基材板1為此共同基材板之集成部分。在圖3之實例中，金屬鍍層係由Cu製成。為了最佳化與LED晶片3(僅在圖式3E及3F中展示該等晶片)之電接觸，藉由在Cu金屬化物頂部沈積另一金屬化物，以完成最終配線2a之接觸介面，從而確保最佳的電接觸。該另一金屬化物之實施可例如為Ni/Pd/Au、Ag、Al、Ni/Pd、Ni/Au或Ni/Ag之分層結構。金屬鍍層2之佈局，係以使總成9隨後可分離為發光模組的群組之方式實施。

圖3中展示之總成9，其各發光模組10均具有大小為10 mm×10 mm之矩形幾何形狀。通常，總成可包含任意數目之發光模 組，且其大小將僅由作為基材之陶瓷晶圓的大小決定。

此方法之下一步驟，係將LED半導體晶片3置於共同基材板11上。僅作為一個實例：可使用以InGaN為基礎之半導體晶片，其線性尺寸為640 μm×1135 μm，厚度為100 μm且輸出功率為0.6瓦特。任何已知用於將LED晶片3設置於陶瓷基材上的技術，均可用於達成此目的，例如用任何已知LED晶粒附接膠進行膠黏或焊接晶片。舉例而言，若總成或自其切割之光源元件不會用於作為SMT器件，且無需額外回焊(reflow solding)加工步驟以確保穩定的晶片焊料連接，則晶片回焊將可結合矽氧樹脂覆蓋晶片加以應用。

將LED晶片附接於基材上之後，製造個別晶片之間及與形成於基材上之金屬鍍層的電連接。這可由任何適合此目的之標準技術進行，例如用直徑為20至200 μm(Au導線為20至50 μm，Al導線為30至200 μm)之接合線。或者，如圖2所示，可在將晶片設置於基材上時，使用焊接程序直接提供與金屬鍍層2之配線2b的電連接。

接著藉由分配(dispensing)，在LED模組上形成覆蓋共同基材板11之矽氧樹脂層5(圖式3B)。矽氧樹脂膜(透明或填充有用於光轉換之磷光體)係置於整個LED模組上。舉例而言，以上所提及之以InGaN為基礎的LED晶片發射具有峰值波長為440至470 nm之光，且若使用清澈透明矽氧樹脂層，則COB模組將發射具有相同峰值波長的光。若矽氧樹脂層中含有波長轉換磷光體，例如YAG、氮化物或矽酸鹽，則COB模組將發射白光。

重要的是強調：根據本發明，將具有或不具有磷光體之矽氧樹脂均勻地沈積於總成9之全部表面上，亦即使其覆蓋總成9之所有發光模組10。此使得無需使用特別地圖案化的模製造型在每一單一發光模組或光源元件上形成個別的密封，且因此大大地降低COB之生產成本。該矽氧樹脂沈積技術亦可讓矽氧樹脂層的厚度變化有顯著的降低，從而改良發光模組之品質。

製造方法之下一步驟為打開矽氧樹脂層5使其形成不具有矽氧樹脂之通道，而該通道處之共同基材板11暴露於自由環境空 間。該等通道亦包含穿過矽氧樹脂之更寬的開口，使發光模組10之接觸墊2a可被接觸使用。此步驟說明於圖式3C中。

該開口可例如使用CO₂雷射來完成。該雷射之工作波長約為10 μm(9.4 μm至10.6 μm)，其對應於長波長紅外範圍。具有該等波長之光可有效地被矽氧樹脂吸收，並使矽氧樹脂蒸發，從而形成該等通道及用於接觸墊之開口。同時，由CO₂雷射發射之光會被金屬(諸如Au或其他用於形成電接觸之頂部金屬層之金屬)有效地反射，因此雷射輻射不會損害接觸墊。用於製造根據本發明之COB模組的雷射之輸出功率可為5至150瓦。

為了使導線接合有更好的電接觸，需要清潔的接觸墊表面，因此在雷射製程後，可進行特別的清潔程序以獲得純淨且清潔的金屬表面供導線接合之用。該清潔程序可使用標準乾式表面清潔製程進行，例如CF₄射頻電漿(RF-plasma)蝕刻製程。此類型之處理亦自Au表面移除奈米厚度的層，從而確保接觸線之有效接合且提供具有極低電阻率之電接觸。

在矽氧樹脂層5之外表面12上可形成不規則的粗糙化或某種較規則的結構化，以增強自發光模組10之光萃取。

在實際製造過程後，可使用如圖式3C中說明之總成作為該光源元件。或者，其可用作光源元件預製件，可藉由切割、裂化或以某種其他方式斷開，而自該預製件分離出具有所需大小(亦即具有所需數目之發光模組)之光源元件。在兩種選擇性之情況下，相鄰模組之接觸墊2a皆可藉由導線接合連接在一起，使得屬於同一光源元件之所有模組電連接在一起。

圖式3D、3E及3F展示說明在製造過程之不同階段中，圖式3A、3B及3C之光源總成9之單一發光模組10。在圖式3D中，模組僅包含具有金屬鍍層之單純基材。在圖式3E中，LED晶片3已安裝於基材板上，各LED晶片3均藉由導線結合而電連接至配線2b。圖式3F展示完成之模組，該模組具有經圖案化以暴露基材板之邊緣區域以及模組之接觸墊2a的矽氧樹脂層5。

圖4(包含圖式4A至4E)展示根據本發明製造的COB光源元件14之實例，亦即藉由首先產生包含複數個發光模組之大型光源總成，且接著自該總成分離光源元件。圖式4A展示包含9個發光模組10之光源元件，各發光模組10之大小為10 mm×10 mm。各模組具有9個LED晶片3。圖式4B說明加上2個發光模組之三倍大小元件，因此其具有三倍的元件總長度及功率消耗。圖式4C、4D及4E分別展示光源元件中具有1個、1個及4個發光模組之其他實例。圖4說明本發明之原理，根據本發明之原理，可簡單地藉由僅選擇光源元件14中所包括之單一發光模組之數目來製造任何大小之光源元件14。

在圖式4A至4E之光源元件中，僅在元件之兩個接觸墊位置處將密封層5開口，且在單一光源元件之個別發光模組之間未開放穿過密封層之通道。相鄰發光模組之接觸墊形成金屬鍍層中之接觸元件(圖式中不可見)，藉此將光源元件之所有發光模組電連接在一起。

圖5(包含圖式5A至5C)展示根據本發明之金屬鍍層2的一種可能佈局及發光模組10之整體幾何形狀。在此情況下，陶瓷基材之厚度為0.7 mm且橫向尺寸為10 mm×10 mm。在圖5之佈局中，模組之轉角處的接觸墊2a延伸至模組邊緣。因此，當製造包含複數個發光模組之光源總成時，相鄰模組之接觸墊形成連續金屬結構，亦即接觸元件13，其將兩個相鄰發光模組電連接在一起。

圖式5B展示在將半導體晶片3置於基材板上之後的製造階段，具有圖式5A之佈局的發光模組10。圖式5C展示在沈積密封層5且在其中形成開口以暴露接觸墊2a之後的同一模組。重要的是應注意：上述雷射技術僅為形成開口的一種選項，且任何其他合適之技術均可加以使用，諸如藉由刀狀元件進行之簡易機械移除製程等。作為首先在整個基材板上沈積層且然後接著形成開口之選擇性方案，可使用壓縮模製形成密封層。當使用壓縮模製時，可使用形成密封層之形狀的模製工具，以便讓接觸墊2a暴露出來。

圖5之發光模組包含9個LED晶片3。若使用以上所提及之以InGaN為基礎的LED晶片，則這樣的九晶片型COB發光模組 通常消耗約6瓦，且其效率將超過100流明/瓦。然而，本技術領域具有通常知識者，可輕易改變此構造使其適用於任何其他LED晶片類型，因此消耗功率以及輸出光功率與效率將依實際所用之LED晶片而定。如圖式5c中所繪示，LED晶片3已經由導線接合4彼此連接且連接至金屬鍍層2。

圖6說明使用壓縮模製形成發光模組10之矽氧樹脂密封層5。模製係使用模製機16進行。基材板1上未安裝鑄造障壁，且在基材板之全部表面上均勻地形成密封層5。可使用平面模製工具形成平坦的矽氧樹脂表面。亦可使用在矽氧樹脂之外表面12上提供某種圖案的模製工具。重要的是在形成密封層5之期間，將密封材料分配於基材板的全部區域上，亦即分配於基材板上之所有發光半導體晶片(圖式中未展示)上。

圖7呈現與根據本發明製造的COB發光模組10之電連接的一實例。電連接係在不使用焊接技術的情況下進行。在此情況下，使用具有彈簧元件之簡單金屬夾緊裝置15(圖7中展示為倒三角形)將COB發光模組固持就定位且將其連接至外部電路。

圖8之光源元件14說明根據本發明之發光模組10之另一選擇性佈局。光源元件具有呈2×2陣列形式的四個發光模組。相鄰發光模組經由由金屬鍍層2形成之連接元件13而連接在一起，為其一基本特徵。

2a‧‧‧接觸墊

5‧‧‧密封層

10‧‧‧發光模組

14‧‧‧光源元件

Claims (12)

1. 一種發光模組(10)，其包含：一基材板(1)，係由一陶瓷材料形成，且其上具有一圖案化之金屬鍍層(2、2a、2b)以提供該發光模組之一電介面及該發光模組內之內部電連接；及複數個發光半導體晶片(3)，置於該基材板上且電連接至該金屬鍍層，每一該等發光半導體晶片均密封於一密封材料(5)內；其特徵在於該密封材料在該基材板(1)上形成一單一連續密封層(5)，該密封層在橫向上受自由環境空間(8)限制。
2. 如申請專利範圍第1項之發光模組(10)，其中，該密封層之外表面(12)經結構化以增強自該發光模組之光萃取。
3. 一種光源總成(9)，其包含複數個申請專利範圍第1或2項之發光模組(10)，其中該發光模組之基材板(1)形成一單一共同基材板(11)。
4. 如申請專利範圍第3項之光源總成(9)，其中，該共同基材板(11)具有弱化劃線以便於將該光源總成分離為離散之光源元件(14)，每一該等光源元件(14)包含一或多個發光模組(10)。
5. 如申請專利範圍第3或4項之光源總成(9)，其中，該金屬鍍層(2)包含一接觸元件(13)，該接觸元件(13)將兩個相鄰發光模組(10)電連接在一起。
6. 如申請專利範圍第5項之光源總成(9)，其中，該接觸元件(13)之厚度在10至40 μm範圍內。
7. 一種用於製造一發光模組(10)之方法，該方法包含以下步驟：提供一基材板(1)，該基板材(1)由一陶瓷材料形成且其上具有一圖案化之金屬鍍層(2、2a、2b)以提供該發光模組之一電介面及該發光模組內之內部電連接；在該基材板上置放複數個發光半導體晶片(3)且將其電連接至該金屬鍍層；及將每一該等發光半導體晶片密封於一密封材料(5)內；其特徵在於該將每一該等發光半導體晶片密封於該密封材料內之 步驟包含在上面具有該複數個發光半導體晶片(3)之該基材板(1)上形成一單一連續密封層(5)，該密封層被形成為在橫向上受自由環境空間(8)限制。
8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中，該方法進一步包含結構化該密封層之外表面(12)以增強自該發光模組(10)之光萃取。
9. 一種用於製造一光源總成(9)之方法，該方法包含根據申請專利範圍第7或8項製造複數個發光模組(10)，其中，該複數個發光模組的製造係使該等發光模組之基材板(1)形成一單一共同基材板(11)。
10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中，該方法進一步包含在該共同基材板(11)中形成弱化劃線以便於將該光源總成(9)分離為離散之光源元件(14)，每一該等光源元件(14)包含一或多個發光模組(10)。
11. 如申請專利範圍第9或10項之方法，其中，兩個相鄰發光模組(10)之該等基材板(1)的提供係使該等發光模組(10)之金屬鍍層(2)形成一接觸元件(13)，該接觸元件(13)將該兩個相鄰發光模組電連接在一起。
12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中，該接觸元件(13)之厚度在10至40 μm範圍內。