TWI495167B - 半導體發光裝置 - Google Patents

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TWI495167B
TWI495167B TW102105006A TW102105006A TWI495167B TW I495167 B TWI495167 B TW I495167B TW 102105006 A TW102105006 A TW 102105006A TW 102105006 A TW102105006 A TW 102105006A TW I495167 B TWI495167 B TW I495167B
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Heng Liu
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Phostek Inc
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Description

半導體發光裝置
本發明係有關一種半導體發光裝置，特別是一種電路板佈線設計，使得半導體發光裝置可適用於各種不同輸入電壓，或/且可提供不同光通量。
傳統發光二極體裝置的封裝一般係將複數發光二極體晶片設於電路板上。發光二極體晶片先藉由內部連接線形成所要的串/並聯連接型態。於發光二極體晶片固設在電路板上後，分別連接至電路板上輸入電壓的正端與負端。
根據傳統發光二極體裝置的封裝結構，若要適用於不同的輸入電壓(例如110伏特或220伏特)或者提供不同的光通量(luminous flux)規格需求，發光二極體晶片必須先進行複雜的內部連線，因而使得發光二極體晶片的製造變得不具彈性。例如，每當客戶端對於輸入電壓/光通量規格有改變時，發光二極體晶片的製造者就必須重新設計電路板且將發光二極體晶片作不同的排列配置及電性連接。
因此亟需提出一種發光二極體裝置，當適用於各種不同輸入電壓或/且提供不同光通量之規格需求時，可增加發光二極體晶片與電路板之間搭配的彈性。
鑑於上述發明背景，本發明實施例提出一種半導體發光裝置，其可藉由電路板之正、負端點及功能端點的排列配置，使得複數半導體發光晶片形成各種串並聯型態，而可適用於各種不同輸入電壓或/且提供不同光通量之規格需求。
根據本發明實施例，半導體發光裝置包含一電路板，其具有一佈線層及一固晶區。至少一正端點設於佈線層上；至少一負端點設於佈線層上；且至少一功能端點設於佈線層上。至少一半導體發光晶片設於固晶區內，並與正端點、負端點或功能端點作電性耦合以形成各種排列配置。
1000‧‧‧電路板
2000‧‧‧電路板
3000‧‧‧電路板
1‧‧‧正端佈線區
11‧‧‧正端點
11H‧‧‧正端點孔
12‧‧‧內正端點
12H‧‧‧內正端點孔
2‧‧‧負端佈線區
21‧‧‧負端點
21H‧‧‧負端點孔
22‧‧‧內負端點
22H‧‧‧內負端點孔
3‧‧‧第一功能端佈線區
31‧‧‧第一功能端點
31H‧‧‧第一功能端點孔
32‧‧‧第一長形墊
32H‧‧‧第一長形墊孔
33‧‧‧第一短形墊
33B‧‧‧短形墊
33H‧‧‧第一短形墊孔
4‧‧‧第二功能端佈線區
41‧‧‧第二功能端點
41H‧‧‧第二功能端點孔
42‧‧‧第二長形墊
42H‧‧‧第二長形墊孔
43‧‧‧第二短形墊
43B‧‧‧短形墊
43H‧‧‧第二短形墊孔
5‧‧‧固晶區
5H‧‧‧固晶區孔
61‧‧‧半導體發光晶片
200‧‧‧電子元件
S+‧‧‧正端點
S-‧‧‧負端點
S1‧‧‧第一功能端點
S2‧‧‧第二功能端點
GND‧‧‧接地端
V+‧‧‧輸入電壓的正端
V-‧‧‧輸入電壓的負端
第一A圖顯示本發明實施例之半導體發光裝置的上視圖。
第一B圖則顯示第一A圖的分解圖。
第二A圖至第二D圖例示電子元件與第一A/B圖電路板的正端點/負端點，第一/第二功能端點，外部輸入電壓的正端V+/負端V-，及/或接地端的連接關係示意圖。
第三A圖至第三E圖例示一些半導體發光晶片與第一/第二長形墊、內正/內負端點的連接型態示意圖。
第四圖例示另一變化的半導體發光裝置之電路板。
第五圖例示又一變化的半導體發光裝置之電路板。
第六圖例示一種半導體發光裝置，其使用第五圖所示的電路板並搭配第三C圖所示的連接型態。
第一A圖顯示本發明實施例之半導體發光裝置的上視圖，第一B圖則顯示第一A圖的分解圖。本發明實施例所揭示之半導體發光裝置具有特定的電路板佈線設計，可適用於各種不同輸入電壓或/且提供不同光通量(luminous flux，其單位為流明(lumen))規格需求。
如第一B圖所示，本實施例之半導體發光裝置主要包含一電路板1000，其可為一種金屬芯電路板(metal-core printed circuit board,MCPCB)，由下而上依序堆疊包含有金屬基板101(其作為一金屬芯)、絕緣層102、佈線層103及覆蓋層104。圖示之電路板1000的形狀雖為圓形，但不限定於此。
本實施例之金屬基板101的材質可為鋁或其他金屬。本實施例之絕緣層102的材料可為樹脂(例如酚醛樹脂(Phenolic)、環氧樹脂(Epoxy)、聚亞醯胺樹脂(Polyimide)、聚四氟乙烯(Polytetrafluorethylene，簡稱PTFE或TEFLON)、雙馬來醯亞胺三嗪樹脂(Bismaleimide Triazine，簡稱BT))、陶瓷、三氧化二鋁、氮化鋁、氧化鋁或氮化矽等。本實施例之佈線層103的材質可為銅、金或其他金屬。本實施例之覆蓋層104可為防銲漆(resist ink)層，但不限定於此。
上述之絕緣層102、佈線層103及覆蓋層104的相應位置(例如靠近中央位置)設有至少一固晶區孔5H，固晶區孔5H曝露出部分金屬基板101，並定義出固晶區5(第一A圖)，用以於金屬基板101上固設複數半導體發光晶片(未顯示於第一A/B圖)，例如發光二極體晶片。根據本實施例的特徵之一，電路板1000包含正端佈線區1、負端佈線區2及至少一功能端佈線區(如圖示的第一功能端佈線區3及第二功能端佈線區4)。在本實施例中，正端佈線區1與負端佈線區2 分別位於固晶區5的相對二側，而第一功能端佈線區3或第二功能端佈線區4則介於正端佈線區1與負端佈線區2之間。
於正端佈線區1，覆蓋層104靠近外緣處設有正端點孔11H，其於佈線層103定義出正端點11(圖示之S+)，用以連接至外部(交/直流)輸入電壓(未顯示)的正端或一電子元件(未圖示)，例如半導體積體電路元件(integrated circuit，IC)，印刷電子元件(printed electronics)或被動元件。此外，覆蓋層104靠近固晶區5處設有至少一內正端點孔12H，其於佈線層103定義出內正端點12，用以連接至半導體發光晶片。
類似的情形，於負端佈線區2，覆蓋層104靠近外緣處設有負端點孔21H，其於佈線層103定義出負端點21(圖示之S-)，用以連接至外部輸入電壓的負端或一電子元件(未圖示)，例如半導體積體電路元件(integrated circuit，IC)，印刷電子元件(printed electronics)或被動元件。此外，覆蓋層104靠近固晶區5處設有至少一內負端點孔22H，其於佈線層103定義出內負端點22，用以連接至半導體發光晶片。
於第一功能端佈線區3，覆蓋層104靠近外緣處設有第一功能端點孔31H，其於佈線層103定義出第一功能端點31(圖示之S1)，用以電性耦合至另一功能端點41H，或一電子元件(未圖示)，例如半導體積體電路元件(integrated circuit，IC)，印刷電子元件(printed electronics)或被動元件。此外，覆蓋層104靠近固晶區5處設有至少一內功能端點孔32H，內功能端點孔32H包括一第一長形墊孔，其於佈線層103上根據其形狀而定義出第一長形墊32(功能端點)，用以電性耦合至半導體發光晶片，並供串聯或並聯半導體發光晶片。覆蓋層104靠近固晶區5處還可設有至少一第一短形墊孔33H，其於佈線層103上根據其形狀而定義 出第一短形墊33，用以電性耦合至半導體發光晶片。其中，第一短形墊33可作為抽頭端(tapped point)。
類似的情形，於第二功能端佈線區4，覆蓋層104靠近外緣處設有第二功能端點孔41H，其於佈線層103定義出第二功能端點41(圖示之S2)，用以電性耦合至另一功能端點31H，或一電子元件(未圖示)，例如半導體積體電路元件(integrated circuit，IC)，印刷電子元件(printed electronics)或被動元件。此外，覆蓋層104靠近固晶區5處設有至少一第二長形墊孔42H，其於佈線層103上根據其形狀而定義出第二長形墊42(功能端點)，用以電性耦合至半導體發光晶片，以供串聯或並聯半導體發光晶片。覆蓋層104靠近固晶區5處還可設有至少一第二短形墊孔43H，其於佈線層103上根據其形狀而定義出第二短形墊43，用以電性耦合至半導體發光晶片。其中，第二短形墊43可作為抽頭端(tapped point)。
其中，半導體發光晶片包括藍寶石(Al2O3)基板上成長三族氮化物例如氮化銦(InN)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化銦鋁鎵(InAlGaN)等之發光二極體，但不限於上述基板及磊晶材料。在一實施例中，半導體發光晶片更包括磷化鎵(GaP)基板上成長磷化鋁鎵銦(AlGaInP)之發光二極體；砷化鎵(GaAs)基板上成長砷化銦鎵(InGaAs)之發光二極體；砷化鎵(GaAs)基板上成長砷化鋁鎵(AlGaAs)之發光二極體；碳化矽(SiC)基板或藍寶石基板上成長碳化矽(SiC)之發光二極體；或是，其係由三五族材料成長於砷化鎵(GaAs)、鍺(Ge)表面形成錯化矽(SiGe)、矽(Si)表面形成碳化矽(SiC)、鋁(Al)表面形成氧化鋁(Al2O3)、氮化鎵(GaN)、氮化銦(InN)、氧化鋅(ZnO)、氮化鋁(AlN)、藍寶石(sapphire)、玻璃、石英或其組合等基板上所形成之發光二極體，但不限定於上述。此外，部分實施例係由二六族磊晶材 料成長於基板上而形成之發光二極體。然而，最終的發光二極體封裝體中可移除基板。
第二A圖至第二D圖例示電子元件200與第一A/B圖之電路板1000的正端點11/負端點21(亦即S+/S-)，第一/第二功能端點31/41(亦即S1/S2)，外部輸入電壓的正端V+/負端V-，或/及接地端GND的連接型態示意圖。其中，電路板1000與電子元件200作電性耦合的方式，可藉由一金屬線，將電路板1000上的正端點11/負端點21(亦即S+/S-)及第一/第二功能端點31/41(亦即S1/S2)直接導電至電子元件200；或是，於正端點11/負端點21(亦即S+/S-)及第一/第二功能端點31/41(亦即S1/S2)上形成一柱狀結構或球狀結構之電極，藉由覆晶(flip chip)方式而與電子元件200作電性耦合；抑或，於電子元件200上預留一耦合位置(未圖示)，藉由直接封裝(Chip on board，COB)方式，將柱狀結構或球狀結構之電極對準接合上述耦合位置，而直接與電子元件200作電性耦合。
如第二A圖所示，電子元件200係電性耦合於外部輸入電壓的正端V+及電路板1000上的正端點11(亦即S+)之間，且電子元件200的第三端電性耦合至第一/第二功能端點31/41(亦即S1/S2)。如第二B圖所示，電子元件200係電性耦合於外部輸入電壓的負端V-，以及電路板1000上的負端點21(亦即S-)或接地端GND之間，且電子元件200的第三端電性耦合至第一/第二功能端點31/41(亦即S1/S2)。如第二C圖所示，電子元件200設置於電路板1000上，並電性耦合於電路板1000上的正端點11(亦即S+)及電路板1000上的半導體發光晶片61之間，且電子元件200的第三端電性耦合至第一/第二功能端點31/41(亦即S1/S2)。如第二D圖所示，電子元件200設置於電路板1000上，並電性耦合於電路板1000上的半導體發光晶片61，以及電路板1000上的負端點21(亦即S-)或接地端GND 之間，且電子元件200的第三端電性耦合至第一/第二功能端點31/41(亦即S1/S2)。
第三A圖至第三E圖例示一些半導體發光晶片與第一/第二長形墊32/42、內正/內負端點12/22的連接型態示意圖。如第三A圖所示，藉由第一長形墊32、第二長形墊42(如圖中實線所示)及八個半導體發光晶片61的內連線(如圖中虛線所示)，因而形成八個半導體發光晶片61串聯(簡稱8S1P)的連接型態。如果每一半導體發光晶片61的工作電壓為15伏特，則第三A圖所示之半導體發光晶片61即可適用於110伏特的輸入電壓。亦即，所串聯之半導體發光晶片61的工作電壓總和(15伏特*8為120伏特)大於或等於輸入電壓(110伏特)。一般來說，可適用之輸入電壓的大小係正比於半導體發光晶片61之工作電壓與半導體發光晶片61的串聯數目之乘積。此外，目標光通量的大小係正比於半導體發光晶片61的面積與半導體發光晶片61的總數目之乘積。第三B圖顯示另一類似的8S1P連接型態。
如第三C圖所示，藉由第一長形墊32、第二長形墊42(如圖中實線所示)及九個半導體發光晶片61的內連線(如圖中虛線所示)，因而形成該些半導體發光晶片61串聯(簡稱9S1P)的連接型態。如果每一半導體發光晶片61的工作電壓為27伏特，則第三C圖所示之半導體發光晶片61即可適用於220伏特的輸入電壓。
如第三D圖所示，藉由第一長形墊32、第二長形墊42(如圖中實線所示)及九個半導體發光晶片61的內連線(如圖中虛線所示)，因而使得該些半導體發光晶片61形成三個並聯且每一並聯由三個半導體發光晶片61所串聯(簡稱3S3P)的連接型態。如果每一半導體發光晶片61的工作電壓為32伏特，則第三D圖所示之半導體發光晶片61即可適用於110伏特的輸入電壓。
如第三E圖所示，藉由第一長形墊32、第二長形墊42(如圖中實線所示)及十六個半導體發光晶片61的內連線(如圖中虛線所示)，因而使得該些半導體發光晶片61形成二個並聯且每一並聯由八個半導體發光晶片61所串聯(簡稱8S2P)的連接型態。如果每一半導體發光晶片61的工作電壓為15伏特，則第三E圖所示之半導體發光晶片61即可適用於110伏特的輸入電壓。
根據第三A圖至第三E圖所例示，本實施例可藉由複數半導體發光晶片61之內連線(如圖中虛線所示)，並特別是藉由正端點11(亦即S+)、負端點21(亦即S-)及功能端點31/41(亦即S1/S2)的排列配置，用以形成該些半導體發光晶片61的各種串並聯型態，而可適用於各種不同輸入電壓或/且提供不同光通量之規格需求。
上述第一A/B圖所示實施例之電路板1000僅作為例示之用，其可作等效之變化。第四圖例示另一變化的半導體發光裝置之電路板2000，其類似於第一A圖所示，同樣包含有正端佈線區1、負端佈線區2、第一功能端佈線區3及第二功能端佈線區4。第五圖例示又一變化的半導體發光裝置之電路板3000，其中的正端佈線區1與第二功能端佈線區4之間沒有實體的區隔，且負端佈線區2與第一功能端佈線區3之間沒有實體的區隔。
上述的各種電路板(例如1000、2000或3000)可搭配各種的連接型態(如第三A圖至第三E圖所示)以形成半導體發光裝置。第六圖例示一種半導體發光裝置，其使用第五圖所示的電路板3000並搭配第三C圖所示的9S1P連接型態。詳而言之，左邊三個串聯半導體發光晶片61，其頂部端點經由內正端點12而與正端點11(亦即S+)電性耦合，其底部端點經由第一短形墊33、第一長形墊32及短形墊33B而與中間三個串聯半導體發光晶片61的頂部端點電性耦合。中 間三個串聯半導體發光晶片61的底部端點經由短形墊43B、第二長形墊42及第二短形墊43而與右邊三個串聯半導體發光晶片61的頂部端點電性耦合。右邊三個串聯半導體發光晶片61的底部端點經由內負端點22而與負端點21(亦即S-)電性耦合。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
1000‧‧‧電路板
1‧‧‧正端佈線區
11‧‧‧正端點
12‧‧‧內正端點
2‧‧‧負端佈線區
21‧‧‧負端點
22‧‧‧內負端點
3‧‧‧第一功能端佈線區
31‧‧‧第一功能端點
32‧‧‧第一長形墊
33‧‧‧第一短形墊
4‧‧‧第二功能端佈線區
41‧‧‧第二功能端點
42‧‧‧第二長形墊
43‧‧‧第二短形墊
5‧‧‧固晶區
S+‧‧‧正端點
S-‧‧‧負端點
S1‧‧‧第一功能端點
S2‧‧‧第二功能端點

Claims (13)

  1. 一種半導體發光裝置，包含：一電路板，具有一佈線層及一固晶區；至少一正端點，設於該佈線層上；至少一負端點，設於該佈線層上；至少一功能端點，設於該佈線層上；及至少一半導體發光晶片，設於該固晶區內，並與該正端點、該負端點或該功能端點作電性耦合以形成各種排列配置。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之半導體發光裝置，其中該半導體發光晶片為一發光二極體晶片，且其數量為複數個，該些半導體發光晶片可以串聯、並聯或其組合型態作電性耦合，而可適用於各種不同輸入電壓或/且提供不同光通量之規格需求。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之半導體發光裝置，其中該些半導體發光晶片可相互堆疊。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之半導體發光裝置，其中該電路板為一種金屬芯電路板。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之半導體發光裝置，其中該電路板更包含：一絕緣層，位於該佈線層之下；一金屬基板，位於該絕緣層之下；及一覆蓋層，位於該佈線層之上； 其中，該絕緣層、該佈線層及該覆蓋層的相應位置設有至少一固晶區孔，用以曝露部分該金屬基板，而定義出該固晶區。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述之半導體發光裝置，其中該絕緣層包含樹脂、陶瓷、三氧化二鋁、氮化鋁、氧化鋁或氮化矽。
  7. 根據申請專利範圍第5項所述之半導體發光裝置，其中該覆蓋層包含一防銲漆(resist ink)層。
  8. 根據申請專利範圍第5項所述之半導體發光裝置，其中該佈線層包含：一正端佈線區，其內設有該正端點；一負端佈線區，其內設有該負端點；及至少一功能端佈線區，其內設有該功能端點。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述之半導體發光裝置，其中於該正端佈線區內，該覆蓋層靠近外緣處設有至少一正端點孔，其於該佈線層定義出相應之該正端點，用以連接至一外部輸入電壓的正端；該覆蓋層靠近該固晶區處設有至少一內正端點孔，其於該佈線層定義出相應之該正端點，用以連接至該半導體發光晶片。
  10. 根據申請專利範圍第8項所述之半導體發光裝置，其中於該負端佈線區內，該覆蓋層靠近外緣處設有至少一負端點孔，其於該佈線層定義出相應之該負端點，用以連接至一外部輸入電壓的負端；該覆蓋層靠近該固晶區處設有至少一內負端點孔，其於該佈線層定義出相應之該負端點，用以連接至該半導體發光晶片。
  11. 根據申請專利範圍第8項所述之半導體發光裝置，其中於該功能端佈線區內，該覆蓋層靠近外緣處設有至少一功能端點孔，其於該佈線層定義出相 應之該功能端點，用以連接至一電子元件或另一功能端點；該覆蓋層靠近該固晶區處設有至少一內功能端點孔，其於該佈線層定義出相應之該功能端點，用以連接至該些半導體發光晶片。
  12. 根據申請專利範圍第8項所述之半導體發光裝置，其中該至少一功能端佈線區包含一第一功能端佈線區及一第二功能端佈線區，該正端佈線區與該負端佈線區分別位於該固晶區的相對二側，且該第一功能端佈線區及該第二功能端佈線區分別介於該正端佈線區與該負端佈線區之間。
  13. 根據申請專利範圍第8項所述之半導體發光裝置，其中該功能端點包括一抽頭端(tapped point)。
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