TWI542031B - 光學封裝及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係主張關於2010年04月28日申請之韓國專利案號10-2010-0039701、以及2010年05月18日申請之韓國專利案號10-2010-0046346之優先權。藉以引用的方式併入本文用作參考。
本發明係關於一種光學封裝以及其製造方法，更詳細的說，關於一種光學封裝及其製造方法以降低該封裝的體積和厚度，且改善該光學封裝的整合性和光學效率。
發光二極體(LED)是一種介金屬(intermetallic)複合的接合二極體，其使用半導體的p-n接合而產生少數載體(minority carriers)(電子或電洞)且根據電子和電洞的組合將電能轉換成光能以因此而發出光。更仔細的說，當一順向電壓施加至一特定半導體元件時，電子和電洞移動穿過正電極和負電極的接合而再結合。在此，再結合的電子和電洞具有一位能(energy)小於電子和電洞再結合前的位能，由於位能的差異而因此發出光。發光二極體具有廣泛的應用，包括一般顯示裝置、光源裝置和液晶顯示器(LCD)背光單元，等等。尤其是發光二極體因低驅動電壓(driving voltage)和高能量效率而具有低溫和長效的優點。隨著提供高輝度(luminance)白光技術的發展，發光二極體有望取代目前最常被使用的光源裝置。
圖1為一傳統發光二極體封裝的剖面圖。參閱圖1，該發光二極體封裝以此方式架構：一金導線102藉由接合而連接至一發光氮化鎵(GaN)複合晶片60且一散熱器10(heat sink)形成在該氮化鎵(GaN)複合晶片下方以散熱。此外，一金屬導線20(metal lead)藉由導線接合法而連接至一外部支撐件和該發光二極體封裝，且藉由該金屬導線20而施以電力以使發出光。具有此結構的該個別晶片60安裝在單一封裝中。
該傳統發光二極體封裝具有一導線(lead type)型封裝形式。然而，該導線架(lead frame)型封裝由於封裝可用區域小而不易整合發光二極體晶片。再者，該封裝尺寸對於晶片尺寸而言相對過大，因此具有導線架型封裝的產品增加了其厚度或是外部區域。再者，需要該散熱器散去發光二極體晶片產生的熱，因此造成發光二極體封裝增加了厚度和體積。
圖2繪示另一種傳統的發光二極體封裝。參閱圖2，在透過一封裝製程而塗佈螢光體(phosphor)和樹脂複合材料(resin composite)以保護導線102之後，使用一塑膠透鏡25以改善光線的直線度和光學效率。此法對縮小發光二極體尺寸造成了限制且增加了製造成本。
據此，需要一種技術可以在低成本且透過一簡化製程而生產小尺寸的發光二極體封裝。
本發明提供一種光學封裝以及其製造方法，以低成本而減小該光學封裝的體積和厚度，因此達到一小尺寸高整合的發光二極體晶片，且電鍍一金屬層其作用如散熱器和帶有可反射光的材料之支撐件以改善光學效率。
根據本發明的一項特色，其提供了一種光學封裝包含一絕緣層包括一孔、形成在由一傳導材料形成的一電路圖案層上；一光學元件接合至該電路圖案層的一部份，透過該孔而暴露；一連接器電性連接該光學元件和該電路圖案層；和一樹脂部份掩蔽該光學元件和該連接器。
該電路圖案層的部份，透過該孔暴露，可具有一光反射層形成在其上。在此情況下，該光反射層亦可形成在該絕緣層形成所在的該電路圖案層之背面，且該光反射層可包括銀(Ag)。
該光學封裝更可包含一抗焊層(solder resist layer)形成在該絕緣層上且形成一阻隔層圍繞該光學元件和該連接器，以及該樹脂部份可形成在組成該抗焊層的該阻隔層的內部並且掩蔽該光學元件和該連接器。
該傳導材料可以為銅(Cu)。
該電路圖案層的外表面和該連接器可由金(Au)、鋁(Al)和銅(Cu)的其中一者形成。
該絕緣層可以為一聚醯亞胺膜(polyimide film)。
該樹脂部份可由螢光體和透明樹脂所形成，且該透明樹脂可以為矽膠(silicon)。
該樹脂部份可具有一平坦表面或一凸鏡形狀。
該樹脂部份可掩蔽至少部份的該絕緣層。
根據本發明另一項特色，其提供一種光學封裝的製造方法，其中包括一步驟(a)形成一孔在一絕緣層；一步驟(b)形成一傳導材料的電路圖案層在該絕緣層的下方；一步驟(c)接合一光學元件至該電路圖案層的一部份上，透過該孔而暴露；一步驟(d)電性連接該光學元件至該電路圖案層外露的部份，這是從該光學元件透過連接器而接合至該電路圖案層的部份分離；和一步驟(e)形成一樹脂部份掩蔽該光學元件和該連接器。
步驟(c)形成一光反射層在該電路圖案層的部份，透過該孔而暴露，藉由電鍍且接合該光學元件至該電路圖案層上。在此情況下，步驟(c)形成該光反射層在該電路圖案層的背面，在此處該絕緣層透過電鍍而形成。
該製造方法在步驟(b)和(c)之間更包括形成一抗焊層在該絕緣層上的步驟，以建構一阻隔層圍繞該電路圖案層的部份，透過該孔暴露。步驟(e)形成該樹脂部份在組成抗焊層的該阻隔層之內部，以掩蔽該光學元件和該連接器。
步驟(b)可包含以金電鍍該電路圖案層外部表面的步驟，且該連接器可由金形成。
該樹脂部份可包括螢光體和透明樹脂。在此例中，步驟(e)可形成該樹脂部份具有一平坦表面，或過度塗佈該螢光體和透明樹脂以形成一凸鏡形狀的樹脂部份。
根據本發明，使用一帶狀板體而形成一光學封裝以降低該光學封裝的體積和厚度。再者製造一種面發光(surface emission)型封裝而非傳統的點發光(dot emission)封裝以產生一高度整合的封裝。再者，同時進行一透鏡的封裝(encapsulation)和定型(formation)，以減少製造成本並簡化製程，以藉由經電鍍所形成的一光反射層而改善產量且增加光學效率。
現將伴隨附圖而更仔細描述本發明，在附圖中顯示本發明的示範實施例。然而，本發明可以多種不同形式實施，且不應該被解釋為被本說明書中的實施例所限制；反而是，由於提供這些實施例因此本說明書是全面且完整的，而且對於熟習此項技術者而言，可完整傳達本發明的概念。
圖3為根據本發明第一實施例的光學封裝之製造過程的剖面圖。
參閱圖3，在步驟S2中藉由打洞而形成洞孔105和106在一絕緣膜，例如，聚醯亞胺膜(polyimide film)103上。這些洞孔包括一元件孔(device hole)105對應至一光學元件所在的一中央孔，及一貫孔(via-hole)106使一連接器(例如，一導線)通過以提供電源至該光學元件。在步驟S3中銅箔層疊在具有該些孔105和106的聚醯亞胺膜(polyimide film)103上。接著，露出的表面藉由化學處理而活化，且在該表面塗佈光阻劑、曝光和顯影。顯影製程之後，在步驟S4中，藉由蝕刻而形成一所需的電路且剝除該光阻劑以形成一電路圖案層104。
接著，在步驟S5中，在電路圖案層104和該些洞孔105、106上進行金電鍍以處理電路圖案層104、該些洞孔105、106的表面使其可接合，而且抗焊劑(solder resist)101塗佈在除了為接合的部份及提供外部電源的洞孔以外的聚醯亞胺膜(polyimide film)103的部份表面。特別是塗佈抗焊劑101以形成一阻隔層封閉電路圖案層104的一晶粒焊墊(die pad)部份，此為該光學元件接合之處，以及電路圖案層104的些部份，此為藉由導線結合(wire bonding)而連接至該光學元件。以此方式形成的抗焊阻隔層(solder resist barrier)101可保護電路圖案層104，且形成一抗焊屏障(solder resist dam)以允許螢光體在該抗焊屏障內可被橫向塗佈。
在步驟S6中，光學元件60接合至在聚醯亞胺膜(polyimide film)103的銅箔表面的一部份，光學元件60藉由晶粒結合法(die bonding)放置在其上，亦即，晶粒焊墊部份。接著在步驟S7中，由金所形成的導線102電性連接至電路圖案層104的一部份，此為藉由貫孔106而從晶粒焊墊部份隔離，以提供電力至光學元件60。在步驟S8中，一樹脂部份100a形成在抗焊阻隔層101內部以掩蔽光學元件60和導線102。特別是為組成白色發光二極體的螢光體和透明樹脂塗佈在抗焊阻隔層101的內部，以形成該樹脂部份100a帶有一平坦表面以因此完成該光學封裝。
圖4為根據本發明第一實施例的光學封裝與圖1中的傳統光學封裝相比較的剖視圖。參閱圖4，本發明可透過該膜狀絕緣層(insulating layer)103且電路圖案層104形成在該絕緣層103下方而未使用傳統光學封裝的散熱器10和金屬導線20，而達到小型整合的光學封裝。
圖5為一平面顯示根據本發明第一實施例光學封裝的一聚醯亞胺膜(polyimide film)和一電路圖案層。參閱圖5，本發明的光學封裝具有的整合度遠高於傳統光學封裝的整合度(如圖4右側部份所示)。
圖6顯示根據本發明第一實施例光學封裝的整合度。參閱圖6，一非常大量根據本發明第一實施例的光學封裝設置在一已預先設定尺寸的區域，如圖6右側部份所示，與具有該金屬導線和該散熱器的傳統光學封裝比較，設置在具有相同大小的一區域，如圖6左側部份所示。
圖7為一剖面圖顯示製造根據本發明第二實施例一光學封裝的製程。參閱圖7，在步驟S1，該些孔105、106藉由打孔而形成在一絕緣膜中，例如，聚醯亞胺膜(polyimide film)103。該些孔包括一元件孔105對應一光學元件所在的一中央孔以及一貫孔106使一導線穿過而提供電力至該光學元件。在步驟S2中，銅箔疊層在具有該些孔105、106的聚醯亞胺膜(polyimide film)103上。接著，藉由化學處理而活化該暴露的表面，且光阻劑塗佈在該表面、曝光和顯影。顯影製程之後，在步驟S3中，藉由蝕刻而形成一所需電路且剝除該光阻劑以形成電路圖案層104。
接著，在步驟S4中，在電路圖案層104和該些孔105、106上進行金電鍍以處理電路圖案層104、該些孔105、106的表面使其可接合，而且抗焊劑101亦塗佈在除了為接合的部份及提供外部電源的洞孔以外的聚醯亞胺膜(polyimide film)103的部份表面。更仔細的說，塗佈抗焊劑101以形成一阻隔層封閉電路圖案層104的一晶粒焊墊(die pad)部份，此為接合光學元件之處，以及電路圖案層104的些部份，此處為藉由導線結合(wire bonding)而連接至該光學元件。
在步驟S5中，光學元件60接合至疊層在聚醯亞胺膜(polyimide film)103的銅箔的一預定部份，光學元件60藉由晶粒結合法(die bonding)設置在其上，亦即，晶粒焊墊部份。接著，在步驟S6中，由金所形成的導線102電性連接至電路圖案層104的一部份，此為藉由貫孔106而從晶粒焊墊部份絕緣，以提供電力至光學元件60。在步驟S7中，一樹脂部份100b形成在抗焊阻隔層101內部以掩蔽光學元件60和導線102。特別是為組成白色發光二極體的螢光體和透明樹脂過量塗佈在抗焊阻隔層101的內部，以形成該樹脂部份100b帶有一凸鏡形狀以因此完成該光學封裝。當該螢光體和該透明樹脂被過量塗佈時，由於表面張力而形成該凸鏡狀以成形樹脂部份100b，如圖7所示。因此，該樹脂部份和一塑膠透鏡可同時形成。
圖8為根據本發明第二實施例的光學封裝與圖1的傳統光學封裝兩者比較的剖面圖。參閱圖8，本發明可透過該膜型絕緣層103且電路圖案層104形成在該絕緣層103下方而未使用傳統光學封裝的散熱器10和金屬導線20而達到小型整合的光學封裝。再者，本發明的光學封裝包括樹脂部份100b同時具有一樹脂功能和一塑膠透鏡功能，以改善光的直線度和光學效率。
圖9為一平面圖顯示根據本發明第二實施例光學封裝的該聚醯亞胺膜(polyimide film)和該電路圖案層。參閱圖9，本發明的光學封裝具有一整合度遠高於傳統光學封裝的整合度(如圖9右側部份所示)。
圖10顯示根據本發明第二實施例光學封裝的整合度。參閱圖10，一非常大量的根據本發明的光學封裝，其具有該樹脂部份和塑膠透鏡，可設置在一已預定大小的區域，如圖10右側部份所示，相較於具有金屬導線和散熱器的傳統光學封裝，設置在一大小相同的區域，如圖10左側部份所示。
圖11為一剖面圖顯示製造根據本發明第三實施例一光學封裝的製程。參閱圖11，在步驟S2中，藉由打孔而形成該些孔105、106在一絕緣層，例如聚醯亞胺膜(polyimide film)103。該些孔包括元件孔105對應一光學元件所在的一中央孔，以及一貫孔106使導線102穿過有如一連接器而提供電力至光學元件60。接著在步驟S3中，一金屬層104疊層在具有該些孔105、106的聚醯亞胺膜(polyimide film)103上。在此，該金屬層104可以為銅。
接著，露出的表面藉由化學處理而活化，且在該表面塗佈光阻劑、曝光和顯影。顯影製程之後，藉由蝕刻而形成一所需的電路且剝除該光阻劑以形成一電路圖案層104。在步驟S4中，抗焊劑塗佈在該絕緣層103上，亦即，除對應為了接合的該孔105及為了提供外部電源的貫孔106以外的電路圖案層104的部份表面上，且印製以形成抗焊層101。
在步驟S5中，電鍍透過該些孔105、106而露出的電路圖案層104的表面以形成一光反射層107，因此該電路圖案層104的表面經過處理而可接合。在此情況下，光反射層107可形成在電路圖案層104的背面。此外，電路圖案層104的表面可以銀(Ag)電鍍以形成光反射層107。當在電路圖案層104上進行銀電鍍而非金電鍍時，可減少在聚醯亞胺膜(polyimide film)103上光的吸收且改善光效率。
接著在步驟S6中，光學元件60藉由晶粒接合而安裝至光反射層107的部份，其對應元件孔105。該光學元件60可為一發光二極體晶片且可使用一黏著劑安裝。接著在步驟S7中，由金所形成的導線102接合至光反射層107以電性連接電路圖案層104和該發光二極體晶片60。在步驟S8中，形成一樹脂部份100以掩蔽該發光二極體晶片60和導線102。特別是為組成白色發光二極體的螢光體和透明樹脂過量塗佈在抗焊圖案101的內部，以形成一凸鏡形狀的樹脂部份100。因此，可同時進行塑膠凸鏡的封裝和定型。
圖12為根據本發明第三實施例的光學封裝與圖1的傳統光學封裝兩者比較的剖面圖。參閱圖12，包括該些孔的該絕緣層103形成在該金屬層104上對應該電路圖案層，且光反射層107藉由電鍍而形成在該金屬層104的表面上、透過該些孔而暴露。在此，最好是抗焊層101形成在絕緣層103上，絕緣層103是一聚醯亞胺膜(polyimide film)且該金屬層104由銅所組成。此外，最好是光反射層107亦形成在該金屬層104的背面，而該絕緣層103則形成在其正面，且光反射層107以銀(Ag)電鍍。亦即，光反射層107藉由銀電鍍而非金電鍍而形成以增加輝度(luminance)和熱傳導性，以此改善發光二極體晶片60所產生的熱輻射且增加反射性，以此防止光的吸收且將光學效率最佳化。
再者，在本發明目前實施例中的光學封裝是一種帶狀發光二極體封裝的形式，其中該發光二極體晶片安裝在光反射層107和光學元件60上，且透過導線102電性連接至電路圖案層104，且以樹脂部份100掩蔽該發光二極體晶片60和導線102。在此，樹脂部份100為一凸鏡形狀且包括螢光體或透明樹脂。該透明樹脂可以為矽膠。
如上所述，本發明可藉由絕緣層103和電路圖案層104形成在絕緣層103下方而並未使用一散熱器和一金屬導線而達到小型整合的光學封裝。再者，形成在絕緣層103下方的電路圖案層104作用如同一散熱器及一電路板。再者，由於根據表面粗糙度的RZ差異而可改善導線接合法的接合力。
圖13為一平面圖顯示根據本發明第三實施例光學封裝的一聚醯亞胺膜(polyimide film)和一電路圖案層。參閱圖13，本發明的光學封裝具有一整合度遠高於傳統光學封裝的整合度(顯示於圖13的右側部份)。
圖14顯示根據本發明第三實施例光學封裝的整合度。參閱圖14，一非常大量的根據本發明的光學封裝設置在一已預定大小的區域，如圖14右側部份所示，與具有金屬導線和散熱器的傳統光學封裝相較，設置在相同大小的一區域，如圖14左側部份所示。
雖然參考本發明示範實施例而特別顯示和描述本發明，熟習此項技藝者應理解，在不偏離本發明的精神及範疇及下列申請專利範圍的定義內，在形式和細節上可有各種變化。
S1~S8．．．步驟
10．．．散熱器
20．．．金屬導線
25．．．塑膠透鏡
60．．．光學元件
100、100a、100b．．．樹脂部份
101．．．抗焊阻隔層
102．．．導線
103．．．絕緣層
104．．．電路圖案層
105．．．元件孔
106．．．貫孔
107．．．光反射層
本發明藉由詳述其示範實施例且參閱附圖，上述和其它的特色和優點將顯而易見，其中：
圖1為一傳統光學封裝的剖面圖；
圖2繪示另一個傳統光學封裝；
圖3為一剖面圖顯示製造根據本發明第一實施例一光學封裝的製程；
圖4為根據本發明第一實施例的光學封裝與圖1的傳統光學封裝兩者比較的剖面圖；
圖5為一平面圖顯示根據本發明第一實施例光學封裝的一聚醯亞胺膜(polyimide film)和一電路圖案層；
圖6解釋根據本發明第一實施例光學封裝的整合度；
圖7為一剖面圖顯示製造根據本發明第二實施例一光學封裝的製程；
圖8為根據本發明第二實施例的光學封裝與圖1的傳統光學封裝兩者比較的剖面圖；
圖9為一平面圖顯示根據本發明第二實施例光學封裝的一聚醯亞胺膜(polyimide film)和一電路圖案層；
圖10解釋根據本發明第二實施例光學封裝的整合度；
圖11為一剖面圖顯示製造根據本發明第三實施例一光學封裝的製程；
圖12為根據本發明第三實施例的光學封裝與圖1的傳統光學封裝兩者比較的剖面圖；
圖13為一平面圖顯示根據本發明第三實施例光學封裝的一聚醯亞胺膜(polyimide film)和一電路圖案層；
圖14解釋根據本發明第三實施例光學封裝的整合度。
S1~S8．．．步驟
60．．．光學元件
100a．．．樹脂部份
101．．．抗焊阻隔層
102．．．導線
103．．．絕緣層
104．．．電路圖案層
105．．．元件孔
106．．．貫孔
Claims (17)
- 一種光學封裝，包括：一電路圖案層，由一傳導材料所形成；一絕緣層，設置於該電路圖案層上並具有一導線及一光學元件安裝區域暴露該電路圖案層之一表面；一光學元件，安裝於該光學元件安裝區域中；一連接器，電性連接該光學元件及該電路圖案層；一樹脂部分，掩蔽該光學元件及該連接器；以及一光反射層，其具有傳導性且位於該連接器之一表面及該光學元件安裝區域上。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學封裝，其中該光反射層也形成在安裝該光學元件之一金屬層的一背面。
- 如申請專利範圍第2項所述之光學封裝，其中該光反射層包括銀(Ag)。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學封裝，更包括一抗焊層形成在該絕緣層上，且該樹脂部分掩蔽一抗焊阻隔層之一部分。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學封裝，其中該傳導材料為銅(Cu)。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學封裝，其中該電路圖案層的外部表面和該連接器由金(Au)、鋁(Al)和銅(Cu)的其中之一形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學封裝，其中該絕緣層是一聚醯亞胺膜(polyimide film)。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學封裝，其中該樹脂部份由螢光體和透明樹脂形成。
- 如申請專利範圍第8項所述之光學封裝，其中該透明樹脂是矽膠。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學封裝，其中該樹脂部份具有一平坦表面或一凸鏡形狀。
- 如申請專利範圍第1項所述之光學封裝，其中該樹脂部份掩蔽至少部份的該絕緣層。
- 一種光學封裝的製造方法，包括：一步驟(a)形成一孔在一絕緣層；一步驟(b)形成一傳導材料的一電路圖案層在該絕緣層下方，及形成一抗焊阻隔層以掩蔽該絕緣層之一上表面；一步驟(c)形成一連接器及具有傳導性之一光反射層於該電路圖案層中，該電路圖案層對應至透過該孔暴露之一光學元件安裝區域，並接合一光學元件至該光反射層之表面上；一步驟(d)電性連接該光學元件至該電路圖案層的一外露部份，該外露部份與透過一連接器將該光學元件接合於其上的該電路圖案層之一部份分離；以及 一步驟(e)形成一樹脂部份掩蔽該光學元件和該連接器以覆蓋該抗焊阻隔層之一部分區域。
- 如申請專利範圍第12項所述之製造方法，其中該步驟(c)係透過電鍍製程形成一光反射層在該電路圖案層之該部份上並藉由該孔而暴露。
- 如申請專利範圍第13項所述之製造方法，其中該步驟(c)也形成該光反射層在安裝該光學元件之該電路圖案層的該背面。
- 如申請專利範圍第12項所述之製造方法，其中該步驟(b)包括以金電鍍該電路圖案層之外部表面的步驟。
- 如申請專利範圍第12項所述之製造方法，其中該樹脂部份包括螢光體和透明樹脂。
- 如申請專利範圍第16項所述之製造方法，其中該步驟(e)形成該樹脂部份為凸鏡形狀。
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