TWI422079B - 半導體發光元件之散熱座的製作方法 - Google Patents

Description

半導體發光元件之散熱座的製作方法

本發明是有關於一種半導體發光元件之製作方法，且特別是有關於一種半導體發光元件之散熱座的製作方法。

半導體發光元件，例如發光二極體(LED)或雷射二極體(LD)等，應用在大型或小型背光模組(Backlight Module)或照明模組時，需提供足夠的光輸出通量，才能提供足夠的亮度與照度。因此，半導體發光元件通常需要在高輸入功率條件下操作。但，高功率輸入會導致這些半導體發光元件的溫度快速上升，如此會導致半導體發光元件的操作效率下降，甚至可能會導致半導體發光元件因高溫而燒毀。

目前，大多選用外掛風扇或增加散熱板面積等方式，來解決半導體發光模組之散熱效能不彰的問題。然而，這些解決方式也衍生了許多問題。舉例而言，在外掛風扇的選擇中，風扇運轉時所產生之震動會造成光源閃爍，且風扇的運轉也會產生額外之功率消耗。此外，增加散熱板面積的方式中，較大型之半導體發光模組可能因此而需大幅增加散熱材料的成本。另外，雖然可採用高導熱係數之金屬，例如鋁或銅，來製作散熱座，以迅速傳導熱。然，半導體發光元件與散熱座之間大都利用膠體來加以接合，由於膠體之導熱係數遠低於純金屬，因此元件運轉時所產生的熱大多將累積在接合界面上，而導致散熱座之散熱效能不佳。

另一方面，目前半導體發光元件除了使用膠體來進行晶粒與支架或散熱基板間的接合外，有時亦使用合金金屬來將晶粒固定在支架或散熱基板上。然而，不管是採用膠體或是合金金屬，其接合過程皆需要加熱至150℃以上。這樣的高溫，容易損害半導體發光元件之光電特性。

此外，另有一種技術係先將半導體發光元件的正面壓入膠帶或膠體中，再於半導體發光元件之背面設置散熱基座。然而，發明人發現由於半導體發光元件係以正面壓入方式固定在膠帶或膠體中，半導體發光元件除底面外，其側邊也會露出於膠帶或膠體外。因此，顯露於膠帶或膠體外之半導體發光元件的背面與側面會為散熱基座所包覆住，如此一來，散熱基座會阻擋半導體發光元件的部分側向光輸出，因而導致半導體發光元件之光輸出通量大幅下降。

因此，本發明之一態樣就是在提供一種半導體發光元件之散熱座的製作方法，其可利用在半導體發光元件上形成之可剝膠體來作為暫時的承載體，如此一來，無需透過膠體的結合，即可將散熱座直接設置在半導體發光元件上。因此，半導體發光元件可直接與散熱座接觸密合，如此散熱座可確實發揮其散熱效能，而可有效提升半導體發光元件之散熱能力。

本發明之另一態樣是在提供一種半導體發光元件之散熱座的製作方法，其半導體發光元件與散熱座係直接接合，因此散熱座可將半導體發光元件運轉時所產生之熱迅速導出，而可使半導體發光元件之溫度快速下降。故，可達到提高半導體發光元件之操作品質、以及有效延長光電元件之壽命的目的。

本發明之又一態樣是在提供一種半導體發光元件之散熱座的製作方法，其散熱座不會包覆在半導體發光元件之側面上，因此散熱座不會對半導體發光元件之側面出光造成阻擋，而可大大地提升半導體發光元件之光輸出通量。

本發明之再一態樣是在提供一種半導體發光元件之散熱座的製作方法，其固定半導體發光元件時的製程溫度低於30℃，因此可避免對半導體發光元件之光與電等操作特性造成損害。

本發明之再一態樣是在提供一種半導體發光元件之散熱座的製作方法，利用可剝膠體來作為暫時的承載體，即可將散熱座直接接合在半導體發光元件上，因此散熱座之製程簡單易實施，且成本低廉。

根據本發明之上述目的，提出一種半導體發光元件之散熱座的製作方法，包含下列步驟。提供一電路板，其中此電路板具有相對之第一表面與第二表面，且電路板之第一表面包含至少二電極，電路板具有至少一貫穿孔。將電路板之第二表面與至少一半導體發光元件貼設在一基板上，其中前述之半導體發光元件位於電路板之貫穿孔中。形成液態狀之一可剝膠體覆蓋在前述之電路板、電極、半導體發光元件與基板上，且填充貫穿孔。對前述液態狀之可剝膠體進行一固化處理。移除基板，以暴露出電路板之第二表面、半導體發光元件與可剝膠體。形成一導電層覆蓋在暴露出之電路板之第二表面、半導體發光元件與可剝膠體上。形成一金屬基板於導電層上。移除可剝膠體。

依據本發明之一實施例，上述之基板係一膠帶或一藍膜(Blue Tape)。

依據本發明之另一實施例，在上述移除基板之步驟與形成導電層之步驟之間，更包含對暴露出電路板之第二表面、半導體發光元件與可剝膠體進行一清潔步驟，其中此清潔步驟包含一電漿清潔步驟或一濕式清潔步驟。

依據本發明之又一實施例，上述之固化處理可為一常溫固化處理、一加熱固化處理或一紫外光照射處理。此外，上述之固化處理之溫度較佳係低於30℃。

依據本發明之再一實施例，上述之形成金屬基板之步驟可利用一電鍍方式、一無電電鍍(Electroless Plating)或一鍵合(Bonding)方式。

運用本發明之散熱座的製作方法，半導體發光元件可直接與散熱座接觸密合，因此散熱座可確實發揮其散熱效能，而可有效提升半導體發光元件之散熱能力，達到提高半導體發光元件之操作品質、以及有效延長光電元件之壽命之目的。而且，散熱座不會包覆在半導體發光元件之側面上，因此並不會影響半導體發光元件之側面出取光，而可大幅提升半導體發光元件之光輸出通量。此外，在本發明之方法中，固定半導體發光元件時的製程溫度低於30℃，因此可避免對半導體發光元件之光與電等操作特性造成損害。另外，本發明之方法利用可剝膠體來作為暫時的承載體，即可將散熱座直接接合在半導體發光元件上，因此具有製程簡單易實施以及成本低廉的優勢。

請參照第1圖至第6A圖與第7圖至第9圖，其係繪示依照本發明之一實施方式的一種半導體發光元件之封裝製程剖面圖。在本實施方式中，首先提供電路板102，其中此電路板102可例如為印刷電路板(PCB)。電路板102具有相對之第一表面104與第二表面106。在電路板102之第一表面104上至少設有二電極110與112。其中，電路板102之第一表面104上所設置之電極數量可根據後續所設置之半導體發光元件114的增加而增加。電路板102可具有至少一貫穿孔108。其中，電路板102之貫穿孔108的數量可與半導體發光元件114的數量相同。

同時，提供半導體發光元件114。此半導體發光元件114可例如為發光二極體或雷射二極體。在本實施例中，半導體發光元件114為一發光二極體，且此半導體發光元件114包含基板116、位於基板116上之第一電性半導體層118、依序疊設在部分之第一電性半導體層118上之發光層120與第二電性半導體層122、位於第一電性半導體層118之暴露部分上之第一電性電極124、以及位於第二電性半導體層122上之第二電性電極126。其中，第一電性與第二電性為不同之電性。例如，第一電性與第二電性之其中一者為n型，另一者則為p型。

同時，提供基板100，其中基板100可為具有黏性的膠帶。在一實施例中，基板100可為藍膜。接下來，如第1圖所示，將電路板102與半導體發光元件114對準後，共同貼設而固定在基板100上。將電路板102固定在基板100上時，係將電路板102之第二表面106貼設於基板100上，並使電極110與112朝上。此外，半導體發光元件114則係位於電路板102之貫穿孔108中。在本實施方式中，半導體發光元件114之正面朝上，而半導體發光元件114之背面則貼在基板100上。

接著，如第2圖所示，利用例如塗佈方式，形成液態狀之可剝膠體128覆蓋在電路板102、電路板102上之電極110與112、半導體發光元件114與基板100上，並使可剝膠體128填充於電路板102之貫穿孔108中。在本實施方式中，可剝膠體128可為一熱固性膠體。可剝膠體128可例如具有耐酸鹼之特性。

接下來，如第3圖所示，對此可剝膠體128進行固化處理。可剝膠體128經固化處理後，可具有平整表面。在一例子中，可利用常溫(例如25℃)固化處理方式，使可剝膠體128固化。在另一例子中，可利用加熱固化處理方式來固化可剝膠體128。在又一例子中，可利用紫外光照射處理方式，來進行可剝膠體128的固化。在本發明之一較佳實施例中，可剝膠體128之固化處理的溫度低於30℃。

接著，可先將第3圖所示之結構予以翻轉。再將基板100予以移除，而暴露出電路板102之第二表面106、半導體發光元件114、與可剝膠體128，如第4圖所示。基板100移除後，半導體發光元件114除了底面之外，半導體發光元件114之側面與正面均完全為可剝膠體128所包覆。

在一實施例中，由於基板100可能採用膠帶或藍膜之材料，因此於基材100移除後，暴露出電路板102之第二表面106、半導體發光元件114與可剝膠體128上可能有殘膠留存。於是，可根據製程需求，而選擇性地對暴露出電路板102之第二表面106、半導體發光元件114與可剝膠體128進行清潔步驟，以去除暴露出電路板102之第二表面106、半導體發光元件114與可剝膠體128上之殘膠。在一實施例中，去除殘膠的清潔步驟可為電漿清潔步驟，例如利用氧電漿進行清潔。在另一實施例中，去除殘膠的清潔步驟可為濕式清潔步驟，例如利用丙酮或二氯甲烷溶液來進行殘膠的清潔。

由於本實施方式所採之可剝膠體128係熱固性且具有耐酸鹼之特性，因此在清潔殘膠的過程中，不論是電漿或是濕式清潔的酸鹼溶液，均不會對可剝膠體128造成損傷。

接下來，如第5圖所示，利用例如蒸鍍(Evaporation)沉積方式、濺鍍(Sputtering)沉積方式或無電電鍍(Electroless Plating)方式，形成導電層130覆蓋在暴露出之電路板102之第二表面106、半導體發光元件114與可剝膠體128上。此時，半導體發光元件114之側面完全為可剝膠體128所包覆，因此導電層130並不會包覆在半導體發光元件114之側面上。導電層130之材質較佳係選用具附著性之金屬材料。在一實施例中，導電層130之材料可例如選用氧化銦錫(ITO)、氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鋁(Al)、銦(In)、鎳合金、鉻合金、鈦合金、鉭合金、鋁合金、或銦合金。

此實施方式之一特徵在於，導電層130並不會包覆在半導體發光元件114之側面上，因此由導電層130與後續形成之金屬基板132(請先參照第6A圖)或134(請先參照第6B圖)所構成之散熱座，並不會阻擋住半導體發光元件114之側面出光，而可大幅提升半導體發光元件114之光輸出通量。

在一實施例中，請參照第6A圖，可利用例如電鍍或無電電鍍(Electroless Plating)方式，形成一層較厚之金屬基板132覆蓋在導電層130上。導電層130與金屬基板132可組合成半導體發光元件114之散熱座。金屬基板132之材質較佳係採用散熱性佳之金屬，例如銅、鐵/鎳合金、鎳、鋁、鎢、或這些金屬的合金。金屬基板132通常具有較大之厚度，例如大於10μm，以提供較大之熱傳導量與熱容量。

在本發明之另一實施方式中，可使用鍵合方式，來形成金屬基板。請先參照第6B圖，可在導電層130形成後，先提供具有較大厚度之金屬基板134。同樣地，金屬基板134之材質較佳係採用散熱性佳之金屬，例如銅、鐵/鎳合金、鎳、鋁、鎢、或這些金屬的合金。再利用固化後之可剝膠體128作為電路板102、半導體發光元件114與導電層130的支撐，將金屬基板134與導電層130鍵合在一起。其中，導電層130與金屬基板134同樣可組合成半導體發光元件114之散熱座。

在一實施例中，進行鍵合時，金屬基板134可先形成在一支撐載板(未繪示)上，例如形成在矽載板上，而由此支撐載板所支撐來與導電層130鍵合。在另一實施例中，若金屬基板134厚度夠大，使得其本身具有足夠結構強度時，金屬基板134可無需藉由支撐載板的支承，即可直接與導電層130鍵合。

接下來，請繼續參照第7圖，完成第6A圖之金屬基板132的製作後，即可將固化之可剝膠體128移除，而完成半導體發光元件114之散熱座的製作。此時，可接下來進行半導體發光元件114之封裝程序。

如第8圖所示，利用打線方式，形成導線136與138，來完成半導體發光元件114與電路板102之間的電性連接。其中，導線136連接半導體發光元件114之第一電性電極124與電路板102上之電極112，而導線138則連接半導體發光元件114之第二電性電極126與電路板102上之另一電極110。

接著，如第9圖所示，形成封裝膠體140，以包覆住半導體發光元件114、電路板102與其上之電極110和112、導線136與138、以及散熱座之導電層130，並填充電路板102之貫穿孔108，來保護半導體發光元件114及其與電路板102之間的電性連接。此時，即已大致完成半導體發光元件114的封裝程序。

由上述本發明之實施方式可知，本發明之一優點就是因為本發明之散熱座的製作方法可利用在半導體發光元件上形成之可剝膠體來作為暫時的承載體，因此無需透過膠體的結合，即可將散熱座直接設置在半導體發光元件上。故，半導體發光元件可直接與散熱座接觸密合，如此散熱座可確實發揮其散熱效能，而可有效提升半導體發光元件之散熱能力。

由上述本發明之實施方式可知，本發明之另一優點就是因為本發明之方法係使半導體發光元件與散熱座直接接合，因此散熱座可將半導體發光元件運轉時所產生之熱迅速導出，而可使半導體發光元件之溫度快速下降。故，可達到提高半導體發光元件之操作品質、以及有效延長光電元件之壽命的目的。

由上述本發明之實施方式可知，本發明之又一優點就是因為本發明之製作方法可使半導體發光元件之側面不會被散熱座所包覆，因此散熱座不會對半導體發光元件之側面出光造成阻擋，而可大大地提升半導體發光元件之光輸出通量。

由上述本發明之實施方式可知，本發明之再一優點就是因為本發明之散熱座的製作方法，其固定半導體發光元件時的製程溫度低於30℃，因此可避免對半導體發光元件之光與電等操作特性造成損害。

由上述本發明之實施方式可知，本發明之再一優點就是因為本發明之散熱座的製作方法利用可剝膠體來作為暫時的承載體，即可將散熱座直接接合在半導體發光元件上，因此散熱座之製程簡單易實施，且成本低廉。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在此技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．基板

102．．．電路板

104．．．第一表面

106．．．第二表面

108．．．貫穿孔

110．．．電極

112．．．電極

114．．．半導體發光元件

116．．．基板

118．．．第一電性半導體層

120．．．發光層

122．．．第二電性半導體層

124．．．第一電性電極

126．．．第二電性電極

128．．．可剝膠體

130．．．導電層

132．．．金屬基板

134．．．金屬基板

136．．．導線

138．．．導線

140．．．封裝膠體

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖至第6A圖與第7圖至第9圖係繪示依照本發明之一實施方式的一種半導體發光元件之封裝製程剖面圖。

第6B圖係繪示依照本發明之另一實施方式的一種半導體發光元件與散熱座之接合示意圖。

102．．．電路板

104．．．第一表面

106．．．第二表面

108．．．貫穿孔

110．．．電極

112．．．電極

114．．．半導體發光元件

116．．．基板

118．．．第一電性半導體層

120．．．發光層

122．．．第二電性半導體層

124．．．第一電性電極

126．．．第二電性電極

128．．．可剝膠體

130．．．導電層

Claims (10)

1. 一種半導體發光元件之散熱座的製作方法，包含：提供一電路板，其中該電路板具有相對之一第一表面與一第二表面，且該電路板之該第一表面包含至少二電極，該電路板具有至少一貫穿孔；將該電路板之該第二表面與至少一半導體發光元件貼設在一基板上，其中該半導體發光元件位於該電路板之該貫穿孔中；形成液態狀之一可剝膠體覆蓋在該電路板、該些電極、該半導體發光元件與該基板上，且填充該貫穿孔；對該可剝膠體進行一固化處理；移除該基板，以暴露出該電路板之該第二表面、該半導體發光元件與該可剝膠體；形成一導電層覆蓋在暴露出之該電路板之該第二表面、該半導體發光元件與該可剝膠體上；形成一金屬基板於該導電層上；以及移除該可剝膠體。
2. 如請求項1所述之方法，其中該基板係一膠帶。
3. 如請求項1所述之方法，其中該基板係一藍膜。
4. 如請求項3所述之方法，在移除該基板之步驟與形成該導電層之步驟之間，更包含對暴露出該電路板之該第二表面、該半導體發光元件與該可剝膠體進行一清潔步驟，其中該清潔步驟包含一電漿清潔步驟或一濕式清潔步驟。
5. 如請求項1所述之方法，其中該固化處理係一常溫固化處理。
6. 如請求項1所述之方法，其中該固化處理係一加熱固化處理。
7. 如請求項1所述之方法，其中該固化處理係一紫外光照射處理。
8. 如請求項1所述之方法，其中該固化處理之溫度低於30℃。
9. 如請求項1所述之方法，其中形成該金屬基板之步驟係利用一電鍍方式或一無電電鍍方式。
10. 如請求項1所述之方法，其中形成該金屬基板之步驟係利用一鍵合方式。