TWI455381B - 半導體發光元件的封裝結構 - Google Patents

Description

半導體發光元件的封裝結構

本發明是有關於一種元件封裝結構，且特別是有關於一種半導體發光元件的封裝結構。

發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)主要是透過電能轉化為光能的方式發光。發光二極體的主要的組成材料是半導體。由於發光二極體具有壽命長、溫度低、能源利用率高等優點，近年來發光二極體已廣泛應用於各式燈具結構上。傳統光源已逐漸被發光二極體所取代。

傳統的表面黏著型(Surface mount technology,SMT)發光二極體透過至少一條金屬焊線與外部的線路基板電性連接，使發光二極體內部之半導體層可通過由金屬焊線傳遞之電流而電致發光。常選用之金屬焊線為延展性高的金，但由於金屬焊線為不透光材質，且成本高。基於成本及透光性的考量，使用的金屬焊線的線徑不會太大，以避免影響整體出光量。此外，金屬焊線以打線機焊接於發光二極體與線路基板之間，若兩者之熱膨脹係數(CTE)與金屬焊線的差異太大，常會導致金屬焊線受拉扯而斷裂或其端部之焊球脫落。尤其是在進行冷熱循環品質測試時，金屬焊線的結構強度會受到熱應力影響而產生斷裂或脫落等風險，導致產品失效率增加。

本發明係有關於一種半導體發光元件的封裝結構，係藉由透明導電基板作為電性接合之結構，以提高結構強度及增加透光性。

根據本發明之一方面，提出一種半導體發光元件的封裝結構，包括一基板、一發光元件以及一透明導電基板。基板上設有一第一電極與一第二電極。發光元件位在基板上且位在第一電極與第二電極之間。發光元件上設有一第一接墊與一第二接墊。透明導電基板具有一第一表面以及與其背對之一第二表面。透明導電基板之第二表面位在發光元件上，用以電性連接第一電極與第一接墊，以及電性連接第二電極與第二接墊。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本實施例之半導體發光元件的封裝結構，係利用透明導電基板提供電性接合之結構，使發光元件之接墊與基板之電極可藉由透明導電基板而彼此電性連接。透明導電基板之基底材料可為玻璃或塑膠。透明導電基板之表面上可鍍有多個金屬化合物薄膜圖案，用以傳導電流至發光元件之接墊。由於金屬化合物薄膜圖案為透光導電物質，故不會影響發光元件之出光量。

以下係提出各種實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。

第一實施例

請參照第1圖，其繪示依照本發明一實施例之半導體發光元件的封裝結構的剖面示意圖。半導體發光元件的封裝結構100包括一基板110、一發光元件120以及一透明導電基板130。基板110上設有一第一電極112與一第二電極114。發光元件120位在基板110上且位在第一電極112與第二電極114之間。發光元件120上設有一第一接墊121與一第二接墊122。透明導電基板130具有一第一表面131以及與其背對之一第二表面132，其中第一表面為平面。透明導電基板130之第二表面132位在發光元件120上，用以電性連接第一電極112與第一接墊121，以及電性連接第二電極114與第二接墊122。

在本實施例中，透明導電基板130具有預定厚度，但厚度可依照需求而改變，以改變透明導電基板130之剛性或撓性。此外，透明導電基板130之第二表面132與發光元件120之上表面面對面配置，且在第二表面132上鍍有金屬化合物薄膜133圖案。金屬化合物薄膜133為透明導電物質，其具有透光性及導電性，用以取代習知的金屬焊線。

在一實施例中，金屬化合物薄膜133之材料可選自具有透明導電性之金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氟化物或其組合之金屬化合物。舉例來說，金屬化合物薄膜133之材料可選自氧化銦錫(ITO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋅鎵(GZO)、氟錫氧化物(FTO,SnO2:F)、氮化鈦、鈦鉭氧化物(TiO2:Ta)或其組合之金屬化合物。上述之金屬化合物薄膜133均具有透光性，例如以化學氣相沉積或物理氣相沉積鍍在透明基材上，不會影響發光元件120的出光量。金屬化合物薄膜133可經由乾蝕刻或濕蝕刻形成預定數量之線路圖案，例如為二個，其中一線路電性連接第一電極112與第一接墊121之間，而另一線路電性連接第二電極114及第二接墊122之間。

請參照第1圖之內接合區A以及相對應之外接合區B，透明導電基板130可藉由導電膠(未繪示)與第一接墊121、第一電極112、第二接墊122以及第二電極114接合，以加強各接合區A、B的接合強度。此外，透明導電基板130以雷射焊接與第一接墊121、第一電極112、第二接墊122以及第二電極114接合，亦可達到相同的效果。以雷射焊接之接合區A、B因吸收光波能量，局部溫度升高而使兩部分之金屬熔接在一起，以加強接合強度。

請參照第1圖，上述之封裝結構100更可包括一封裝膠體140，用以包覆透明導電基板130、部分第一電極112以及部分第二電極114。封裝膠體140可為無色透明之膠體，其材質為高分子樹酯材料。封裝膠體140具有類似凸透鏡功能之弧凸表面141，而部分第一電極112以及部分第二電極114延伸出封裝膠體140之外，以電性連接外部之電源。在本實施例中，第一電極112係從基板110之上表面延伸至基板110之一側面，第二電極114係從基板110之上表面延伸至基板110之另一相對側面。第一電極112與第二電極114分別為電性相異之負極與正極，且第一電極112與第二電極114之間產生電壓差，以使外部電源提供之電流可流經發光元件120而轉換成光能。在本實施例中，發光元件120為電致發光之發光二極體。發光元件120之底面配置在基板110上，並可透過基板110將發光元件120產生的熱移除，以增加發光元件120的發光效率。

簡而言之，發光二極體包括依序形成之一第一型半導體層、一主動層以及一第二型半導體層。主動層可包括多量子井層，第一型半導體層可為添加N型雜質之氮化物半導體層，第二型半導體層可為添加P型雜質之氮化物半導體層。第一型半導體層與第二型半導體層為電性相異之N型半導體層與P型半導體層，可由週期表ⅢA族元素之氮化物所構成，例如為氮化鎵、氮化鎵鋁、氮化銦鎵或氮化鋁銦鎵等。第一接墊121配置在第一型半導體層(N型半導體層)上，即第一接墊121之電性為負極並藉由透明導電層130與負極的第一電極112電性連接；第二接墊122配置在第二型半導體層(P型半導體層)上，第二接墊122之電性為正極並藉由透明導電層130與正極的第二電極114電性連接，以提供發光元件120所需之驅動電壓而使其發光。

第二實施例

請參照第2圖，其繪示依照本發明一實施例之半導體發光元件的封裝結構的剖面示意圖。在第一實施例中，如第1圖所示，透明導電基板130為薄板狀，其第一表面131為平面。在第2圖之實施例中，透明導電基板150之第一表面151自其外周向中央隆起，以形成凸透鏡形狀，具有類似凸透鏡的聚光效果。但透明導電基板150的外型不以此為限，其第一表面151亦可為雙凸而中央凹陷之形狀。因此，本實施例藉由改變透明導電基板150之外型及光學特性，以改變光線之行徑路線，以達到特殊的光學效果。

第三實施例

請參照第3A圖，其繪示依照本發明一實施例之半導體發光元件的封裝結構的剖面示意圖。根據第一實施例，第三實施例的半導體發光元件的封裝結構102更可包括一螢光材料143。螢光材料143形成於透明導電基板130之第一表面131上，例如以塗佈或沉積的方式形成。此外，螢光材料143亦可摻雜於透明導電基板130中。

本實施例可依據發光元件120的發光光譜選擇螢光材料143，以激發出所需要的色光，例如以藍光發光二極體發出之藍光來激發YAG黃色螢光粉發出白光後經由封裝膠體140出光。

第四實施例

請參照第3B圖，其繪示依照本發明一實施例之半導體發光元件的封裝結構的剖面示意圖。根據第二實施例，第四實施例的半導體發光元件的封裝結構103更可包括一螢光材料153直接摻雜於凸透鏡狀的透明導電基板150中。同理，本實施例可依據發光元件120的發光光譜選擇螢光材料153，以激發出所需要的色光。

本發明之封裝結構也適用於複數發光元件，即多晶片封裝結構，每個發光元件之結構與前述實施例之原理相同，遂不再贅述。各發光元件可配合所需的螢光粉，以達到混光效果，或採用單一螢光粉或成分比例不同的螢光粉，並不加以限制。

本發明上述實施例所揭露之半導體發光元件的封裝結構，係利用透明導電基板提供電性接合之結構，使發光元件之接墊與基板之電極可藉由透明導電基板而彼此電性連接。透明導電基板不僅可增加結構強度，更具有透光及導電之特性，因此不會影響發光元件之出光量。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬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。

100～103．．．半導體發光元件的封裝結構

110．．．基板

112．．．第一電極

114．．．第二電極

120．．．發光元件

121．．．第一接墊

122．．．第二接墊

130、150．．．透明導電基板

131、151．．．第一表面

132．．．第二表面

133．．．金屬化合物薄膜

140．．．封裝膠體

141．．．弧凸表面

143、153．．．螢光材料

A、B．．．接合區

第1圖繪示依照本發明一實施例之半導體發光元件的封裝結構的剖面示意圖。

第2圖繪示依照本發明一實施例之半導體發光元件的封裝結構的剖面示意圖。

第3A及3B圖分別繪示依照本發明一實施例之半導體發光元件的封裝結構的剖面示意圖。

100．．．半導體發光元件的封裝結構

110．．．基板

112．．．第一電極

114．．．第二電極

120．．．發光元件

121．．．第一接墊

122．．．第二接墊

130．．．透明導電基板

131．．．第一表面

132．．．第二表面

133．．．金屬化合物薄膜

140．．．封裝膠體

141．．．弧凸表面

B．．．接合區

Claims (13)

1. 一種半導體發光元件的封裝結構，包括：一基板，其上設有一第一電極與一第二電極；一發光元件，位在該基板上且位在該第一電極與該第二電極之間，該發光元件上並設有一第一接墊與一第二接墊；以及一透明導電基板，具有一第一表面以及與其背對之一第二表面，該透明導電基板之第二表面位在該發光元件上，且該第二表面設有二金屬化合物薄膜，其中一該金屬化合物薄膜用以電性連接該第一電極與該第一接墊，另一該金屬化合物薄膜電性連接該第二電極與該第二接墊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件的封裝結構，其中該透明導電基板之材料為玻璃或塑膠。
3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件的封裝結構，其中該透明導電基板之第一表面係平面的。
4. 如申請專利範圍第3項所述之半導體發光元件的封裝結構，更包括一封裝膠體，用以包覆該透明導電基板、部分該第一電極以及部分該第二電極。
5. 如申請專利範圍第4項所述之半導體發光元件的封裝結構，更包括一螢光材料，形成於該透明導電基板表面上或摻雜於該透明導電基板中。
6. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件的封裝結構，其中該透明導電基板之該第一表面是凸透鏡形狀。
7. 如申請專利範圍第6項所述之半導體發光元件的 封裝結構，更包括一螢光材料，摻雜於該透明導電基板中。
8. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件的封裝結構，其中該透明導電基板係藉由導電膠與該第一接墊、該第一電極、該第二接墊以及該第二電極接合。
9. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件的封裝結構，其中該透明導電基板係以雷射焊接與該第一接墊、該第一電極、該第二接墊以及該第二電極接合。
10. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件的封裝結構，其中該第一電極係從該基板之上表面延伸至該基板之一側面，該第二電極係從該基板之上表面延伸至該基板之另一相對側面。
11. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件的封裝結構，其中該金屬化合物薄膜之材料係選自於由金屬氧化物、金屬氮化物以及金屬氟化物所構成材料組群中之至少一種材料。
12. 如申請專利範圍第11項所述之半導體發光元件的封裝結構，其中該金屬化合物薄膜之材料係選自於由氧化銦錫(ITO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化鋅鎵(GZO)、氟錫氧化物(FTO,SnO2：F)、氮化鈦、以及鈦鉭氧化物(TiO2：Ta)所構成材料組群中之至少一種材料。
13. 如申請專利範圍第1項所述之半導體發光元件的封裝結構，其中該發光元件為一發光二極體。