TWI590486B - 光電系統 - Google Patents

Description

光電系統

本發明係關於一種光電系統，尤關於一種具有整合性之發光系統。

光電元件如發光二極體之封裝結構主要係產自於繁複之單晶片封裝流程。未封裝之光電元件經封裝後，再結合其他電子元件，如電容、電感等，及/或非電子元件，可以形成一光電系統。

然而，在電子消費產品小型化與輕薄化的發展趨勢下，光電元件的開發也朝向更小的封裝尺寸。其中，晶片級封裝（Chip-Level Package；CLP）係為半導體以及光電元件封裝設計的期待方式之一。

本發明揭露一光電系統。光電結構，包含：一光電元件，具有一第一寬度； 一膠材，包覆光電元件且具有一第二寬度，第二寬度大於第一寬度；一螢光粉結構，形成在光電元件與膠材間；以及一透光基板，形成在膠材上。

如第2A~第2D圖所例示，依據本發明之一實施例之光電系統100之製造方法簡述如下：二或多個系統單元30係初步配置於一載具10上；利用材料40維持各個系統單元30間之空間關係；使系統單元30與載具10相分離；以及依需求建立系統單元30間之電性連接60。惟上述各步驟之執行順序或選擇並不限於此，使用者當可依實際製造環境或條件安排之。

詳言之，依據本發明之實施例之光電系統100係包括二或多個系統單元30以形成一光能與電能之傳輸、轉換網絡（network）。系統單元30係位於網絡中，並提供光或電機能至少其一。舉例而言，光電系統100係可接收訊號、電能以輸出光，或接收光以輸出電能、訊號。於應用上，光電系統100可以用於照明、影像顯示、影像辨識、影像重製、電力輸出、資料儲存、機械加工等。

具體而言，光電系統100係為發光二極體（LED）、光電二極體（photodiode）、光敏電阻（photoresister）、雷射（laser）、紅外線發射體（infrared emitter）、及太陽能電池（solar cell）等具光電機能之系統單元30中至少其一之集成（integration）、組合、堆疊。此外，光電系統100尚可選擇性地容納電阻、電容、電感、二極體、積體電路等非光電機能之系統單元30。

載具10係為系統單元30提供一成長、承載基礎。候選材料其一係包含但不限於鍺（Ge）、砷化鎵（GaAs）、銦化磷（InP）、藍寶石（Sapphire）、碳化矽（SiC）、矽（Si）、鋁酸鋰（LiAlO2）、氧化鋅（ZnO）、氮化鎵（GaN）、氮化鋁（AlN）、金屬、玻璃、複合材料（Composite）、鑽石、CVD鑽石、與類鑽碳（Diamond-Like Carbon；DLC）等。

於本發明之一實施例中，一或二個以上之系統單元30之完整或主要結構係完成於載具10之上。具體而言，載具10係作為此系統單元30之構建基礎。例如，一或二個以上之系統單元30係藉由化學沈積、物理沈積、電鍍、合成、自組裝（self-assembly）等法形成於載具10之上。此外，除上述製造方法外，切割、研磨、拋光、微影、蝕刻、熱處理等亦可選擇性地應用於完成系統單元30之中。

依據本發明之一實施例之系統單元30係一光電半導體，其形成方式係藉由磊晶成長多層半導體層於一作為載具10之成長基板之上。若二個以上之系統單元30係形成於一共同基板之上，相鄰系統單元30間可藉由形成溝槽或絕緣區以達電性、物理分離。惟系統單元30間之電性佈局（electrical layout）尚可利用內部連接、外部連接、或其二者達成。相關文獻可參見本案申請人之台灣專利第434917號及第I249148號，其並被援引為本案之一部分。

具體而言，系統單元30最少包含一第一電性層、一轉換部、以及一第二電性層。第一電性層及第二電性層係彼此中至少二個部分之電性、極性或摻雜物相異、或者係分別用以提供電子與電洞之半導體材料單層或多層（「多層」係指二層或二層以上，以下同。），其電性選擇可以為p型、n型、及i型中至少任意二者之組合。轉換部係位於第一電性層及第二電性層之間，為電能與光能可能發生轉換或被誘發轉換之區域。電能轉變或誘發光能者係如發光二極體、液晶顯示器、有機發光二極體；光能轉變或誘發電能者係如太陽能電池、光電二極體。

依據本發明之另一實施例之系統單元30係一發光二極體，其發光頻譜可以藉由改變半導體單層或多層之物理或化學要素進行調整。常用之材料係如磷化鋁鎵銦（AlGaInP）系列、氮化鋁鎵銦（AlGaInN）系列、氧化鋅（ZnO）系列等。轉換部之結構係如：單異質結構（single heterostructure；SH）、雙異質結構（double heterostructure；DH）、雙側雙異質結構（double-side double heterostructure；DDH）、或多層量子井（multi-quantum well；MQW）。再者，調整量子井之對數亦可以改變發光波長。

於本發明一實施例中，一或二個以上之系統單元30係完成於固定於載具10上之前，亦即，載具10及系統單元30於建立關聯前本係彼此獨立分離。具體而言，載具10係作為此系統單元30之支撐。例如，一或二個以上之系統單元30係藉由膠、金屬、壓力、熱等連接手段固定於載具10之上。相關文獻可參見本案申請人之台灣專利第311287號、第456058號、第474034號、及第493286號，其並被援引為本案之一部分。此外，於建立關連之過程中，可採機械或人工方式將系統單元30放置於載具10之上。

如第3圖所示，完成或半完成之光電系統100可以選擇性地進一步與一外部體相接。此外部體係可以連接至光電系統100之任一單側或兩側。於數個實施例中，光電系統100係以具有電性連接60之外側與外部體10a相接；光電系統100係以相對於電性連接60之外側與外部體10b相接；或者光電系統100係以具有電性連接60之外側及其相對側二者與外部體10a、10b相接。惟光電系統100與外部體之相接並不限於以上態樣，光電系統100之任一外表面皆可以與適當之外部體相整合。具體而言，外部體係一單元、一構件、一裝置、一系統、一結構、一組成、或上述選擇之任意組合。例如，外部體係一基板，其材料係可選擇如前述載具10者、一電路集成、一光電系統、一主動元件、一被動元件、一電路元件集成、或一治具等。

於本發明之一實施例中，系統單元30與載具10間尚形成有一層或結構20，如第4圖所示。此層或結構20係預期可達短期或長期連接部分或全部系統單元30與載具10之用。在此，「短期」係指時間早於或恰於光電系統100之製造、送達、或解封完成之時點；「長期」係指時間晚於光電系統100之製造、送達、或解封完成之時點，換言之，系統單元30與載具10間並不以相分離為必要。具體而言，此層或結構20係如膠體、膠帶、金屬單層、金屬複層、合金、半導體、夾具、或上述選擇之任意組合。此外，層或結構20除具有連接功能外，更可選擇性地納入反射、抗反射、電流阻障、擴散阻障、應力紓緩、導熱、隔熱等功能。例如，層或結構20中包含一反射面、一位於系統單元30與反射面間之上中介層、及一位於反射面與載具10間之下中介層。上中介層及下中介層係可同時或分別具有除反射功能外之上述其他功能，具體如連接、擴散阻障等功能。

於本發明另一實施例中，系統單元30及材料40更可以與一次載具50相接合，如第5圖所示。此接合可實施於第2A圖～第2D圖中任一步驟之前或之後。較佳地，此接合係實施於材料40導入製造流程之後，如第2B圖、第2C圖、或第2D圖之步驟之後。若次載具50係於第2B圖之步驟後即與系統單元30及材料40接合，則可以為後續製程提供一個較為可靠之中間結構。次載具50與系統單元30之接合方式可參照前述第4圖之說明，亦可為加壓手段、加熱手段、或其組合。具體而言，一接合層50a係形成於次載具50與系統單元30之間以達成接合其二者之目的。

此外，接合層50a除具有連接功能外，更可選擇性地納入反射、抗反射、電流阻障、擴散阻障、應力紓緩、導熱、隔熱等功能，然而，該等功能之達成並不以藉由附加元件為必要，亦可以利用調整次載具50本身之成分、幾何形狀、加工方式等手段以達成。例如，於次載具50的至少一個出光面上形成反射、折射、散射、聚光、準直、遮蔽結構。此出光面係如與系統單元30相接之面、與材料40相接之面、與環境介質相接之面。具體而言，反射、折射、散射、聚光、遮蔽結構係如鏡面、規則凹凸面、不規則凹凸面、高折射率差異介面、光子晶體、凹透鏡、凸透鏡、菲涅耳透鏡(Fresnel lens)、不透光面中至少其一。

第6圖係例示依據本發明一實施例之光電系統100中至少二系統單元30之電連接態樣。於此，系統單元30係具有二個面向同方向之電極301，此結構之具體系統單元30係如一發光二極體，更具體言之，係一形成於一絕緣體，例如藍寶石，上之一發光二極體。圖(a)中，二系統單元30間係藉由導線60a連接正負極形成電性串聯；圖(b)中，二系統單元30間係藉由導線60a連接正極形成電性連接；圖(c)中，二系統單元30間係藉由導線60a連接負極形成電性連接。

第7圖係例示依據本發明另一實施例之光電系統100中至少二系統單元30之電連接態樣。具體之實施方式可參考第6圖之說明。惟於本實施例中，系統單元30間之電連接係藉由於系統單元30上形成內部連接60b達成。內部連接60b之一種形成方式係於系統單元30之設定區域上形成隔離區60b’後沈積金屬材料。

第8圖係例示依據本發明又一實施例之光電系統100中至少二系統單元30之電連接態樣。圖（a）及圖（b）中，系統單元30之電極301係調整或接續至大致相同之位置，如接近於或恰於材料40表面之位置。圖（a）中，二系統單元30間係藉由電性連接60，例如：導線60a或內部連接60b，連接正負極形成電性串聯；圖（b）中，二系統單元30間係藉由電性連接60，例如：導線60a或內部連接60b，連接電極301形成圖左中三種等效電路圖所示之電性連接之一。（c）中，二系統單元30係連接至一電路載體60c而成為一電網絡之一部分。

如第9A~第9D圖所例示，依據本發明之另一實施例之光電系統100之製造方法簡述如下：二或多個系統單元30係初步配置於一載具10上並於形成電性連接60於一側；利用材料40維持各個系統單元30間之空間關係；使系統單元30與載具10相分離；以及於系統單元30之另一側形成電性連接60。惟上述各步驟之執行順序或選擇並不限於此，使用者當可依實際製造環境或條件安排之。此外，第9D圖中二系統單元30兩側之電性連接60數量或位置僅為例示而非用以限制本發明之實施方式，使用者當可依照電路之特性安排、調整之。此外，於不顯相衝突之下，前述諸實施例之說明可為本實施例所參考或使用之。

第10圖係例示依據本發明一實施例之光電系統100中至少二系統單元30之電連接態樣。圖（a）中，二系統單元30係同向配置，並藉由電性連接60分別連接正極和負極形成並聯，惟反向配置之系統單元30亦可藉由電性連接60之適當佈局形成並聯；圖（b）中，二系統單元30係反向配置，並藉由電性連接60連接正負極形成反向並聯，惟同向配置之系統單元30亦可藉由電性連接60之適當佈局形成反向並聯。圖（c）中，二系統單元30係連接至一電路載體60c而成為一電網絡之一部分。

於本發明一實施例中，被限制於材料40中之系統單元30群組可進一步被劃分為數量相等或不等之子群組，如第11圖所示，惟圖中系統單元30之個數與連接方式僅為例示，非用以限制本發明之實施方式，本申請案中其他實施例中揭示之系統單元型態於不顯相衝突下皆可為本實施例採納之。此外，子群組中各個系統單元30間之電連接方式可參照本發明其他相關之實施例。劃分子群組之手段可選擇化學式、物理式、或其組合應用。化學式手段係如蝕刻等。物理式手段係如機械切割、研磨、雷射切割、水切、熱劈裂、超音波震動等。相鄰系統單元30間材料40之寬度較佳地係大於劃分手段之加工公差。

依據本發明一實施例之子群組之電性連接架構係如第12圖所示，惟圖式中系統單元之型態僅為例示，非用以限制本發明之實施方式，本申請案中其他實施例中揭示之系統單元型態於不相衝突下皆可為本實施例採納之。圖（a）中，電性連接60b係跨過隔離區60b’架設於系統單元30之電極301及材料40之上。圖（b）中，電性連接60b之一端係電性連接至系統單元30之電極301，另一端係直接架設於材料40之上。圖（c）中，電性連接60b係未經電極301即與系統單元30電性連接，並直接架設於材料40之上。圖（d）中，電性連接60b係未經電極301即與系統單元30電性連接，並跨過隔離區60b’後架設於材料40之上。

如第13圖所示，於本發明一實施例中，光電系統100係包括二或多個以多維度方式組立之子群組。各個子群組中系統單元之數量及連接方式分別可以相同或相異。例如，子群組100a及100c係與子群組100b上下堆疊，其中，子群組100a中包括四個系統單元30；子群組100b中包括一個系統單元30；子群組100c中包括二個系統單元30。子群組間可以使用焊料、銀膠、或其他適用之導電材料達成電性相連。然而，子群組間非以形成電性連接為必要，單純結構上之組立關係也可成立於其間。惟圖式中系統單元30之型態或數量僅為例示，非用以限制本發明之實施方式，本申請案中其他實施例中揭示之系統單元型態與連接方式於不顯相衝突下皆可為本實施例採納之。

第14（a）圖係顯示一子群組及其中單一系統單元30同一邊之寬度L2、L1。L1/L2係定義為X，且0.05≤X≤1，較佳地，0.1≤X≤0.2、0.2≤X≤0.3、0.3≤X≤0.4、0.4≤X≤0.5、0.5≤X≤0.6、0.6≤X≤0.7、0.8≤X≤0.9、及/或0.9≤X≤1。具體而言，L1/L2=260/600、580/1000。第14（b）圖係顯示依據本發明一實施例之一子群組之剖面圖，其輪廓係呈現一梯形。梯形各個尺寸之關係如下：L2＞L1、L2＞L3。一或多個系統單元30於子群組中之位置如圖所示，惟其相對於材料40邊界之位置係可任意移動之，亦即，系統單元30之至少一個邊界可恰好接觸到或者超過材料40之邊界。例如，系統單元30可接近、接觸、或突出材料40之上緣40a及/或下緣40b。

如第15圖所示，於本發明一實施例中，發光系統、子群組、或系統單元（於本實施例中統稱為光源）係可與一波長轉換材料相整合。具體而言，波長轉換材料係可由單獨之材料40a、單獨之材料40b、或材料40a及40b之組合所構成。具體而言，材料40a係為一螢光粉體、一染料、一半導體材料、或一陶瓷粉體等；材料40b係一螢光塊體、一燒結塊體、一陶瓷塊體、一有機膠體、或一無機膠體等。材料40a可於前述光源製程中或之後與材料40、材料40b、或其二者相整合。例如，螢光粉體可先與材料40混合後再覆蓋或填充於系統單元30之上，或者波長轉換材料可利用貼合、點膠、網版印刷、沈積等方式形成於系統單元30之上。圖（a）中，材料40a、材料40b、或材料40a及40b係配置於光源之一出光方向上，較佳地，係覆蓋於光源上。圖（b）中，材料40a係混雜於材料40中。圖（c）中，材料40a及40b之配置方式係為前述（a）及（b）態樣之結合。圖（d）中，材料40a、材料40b、或材料40a及40b係配置於光源之一出光方向上，但卻未與其直接接觸，較佳地，係與材料40相接。

如第16圖所示，發光系統、子群組、或系統單元（於本實施例中統稱為光源）係發出藍色光，其上並配置波長轉換材料。波長轉換材料之相關實施方式可參考前述第15圖之說明。圖（a）中，波長轉換材料係可發射綠色光或黃色光。圖（b）中，波長轉換材料係可發射紅色光及黃色光。圖（c）中，一區域之波長轉換材料係發射黃色光，另一區域之波長轉換材料係發射紅色光，且此二區域係彼此不相重疊。較佳地，黃色光區域係大於紅色光區域。圖（d）中，一區域之波長轉換材料係發射黃色光，另一區域之波長轉換材料係發射紅色光，且此二區域係彼此相重疊。較佳地，黃色光區域係較紅色光區域接近光源。具體而言，上述各態樣中，各色光係由相應之螢光粉體或螢光塊體經藍色光激發後產生。

如第17（a）圖所示，發光系統或子群組中之部分或數個系統單元係發射藍色光，另一部分或數個之系統單元係發射紅色光，材料40中係混雜有綠色或黃色螢光粉體，較佳地，藍色光系統單元之數量係少於紅色光系統單元之數量，例如，藍色光系統單元與紅色光系統單元之數量比係至少為N/1+N（N屬於任意正整數）。或者，藍色光系統單元與紅色光系統單元之功率比係N1/N2（N1及N2屬於任意正整數）。較佳地，藍色光系統單元之功率係大於紅色光系統單元之功率，例如，N1/N2=3.0/1.0、2.5/1.0、2.0/1.0、1.5/1.0、或1.1/1.0。如第17（b）圖所示，發光系統、子群組中之系統單元30係發射藍色光，且材料40中係混雜有紅色及黃色螢光粉體，較佳地，紅色及黃色螢光粉體係均勻地配置於材料40中之一定空間中，然非均勻、漸層、離散、或交錯式分布亦可以選擇性採用之。

如第18（a）圖所示，發光系統或子群組中之一部分系統單元係發射藍色光，另一部分之系統單元係發射紅色光，材料40及40b中係混雜具有相同或相異發射頻譜之黃色螢光粉體。如第18（b）圖所示，發光系統或子群組中之有效或作動之系統單元係發射藍色光，材料40及40b中係混雜有適當比例之紅色及黃色螢光粉體。如第18（c）圖所示，發光系統或子群組中之有效或作動系統單元係發射藍色光，材料40中係混雜有黃色螢光粉體，材料40b中係混雜有紅色螢光粉體。

如第19（a）圖所示，發光系統或子群組中之一部分系統單元係發射藍色光，一部分之系統單元係發射綠色光，一部分之系統單元係發射紅色光。如第19（b）圖所示，發光系統或子群組中之一部分系統單元係發射藍色光，另一部分之系統單元係發射紅色光，材料40b係配置於此二部分系統單元之上，並混雜有綠色螢光粉體。如第19（c）圖所示，發光系統或子群組中之一部分系統單元係發射藍色光，另一部分之系統單元係發射紅色光，材料40b係配置於藍色光系統單元之上，並混雜有綠色螢光粉體。如第19（d）圖所示，發光系統或子群組中之一部分系統單元係發射藍色光，另一部分之系統單元係發射紅色光，材料40b係配置於部分或局部之藍色光系統單元之上，並混雜有綠色螢光粉體。

如第20（a）～20（c）圖所示，發光系統或子群組中之有效或作動系統單元係發射藍色光。圖（a）中，一區域之材料40b係混雜有綠色螢光粉體，另一區域之材料40b係混雜有紅色螢光粉體，較佳地，綠色螢光粉體區域係大於紅色螢光粉體區域。圖（b）中，一區域之材料40b係混雜有綠色螢光粉體，另一區域之材料40b係混雜有紅色螢光粉體，且此二區域係彼此重疊，較佳地，短波長發光區域係較長波長發光區域接近系統單元。圖（c）中，材料40b係混雜有紅色及黃色螢光粉體。如第20（d）圖所示，發光系統或子群組中之有效或作動系統單元係發射人眼無法感知之射線，例如：紫外線。包括藍色、綠色、及紅色螢光粉體之材料40b係分別配置於系統單元之上。此三部分之面積大小可依照相應螢光粉體之效率、衰退特性、厚度調整之。

於以上或後續諸實施例中，應用上，藍色光搭配適當之比例之黃色光可產生冷白光；藍色光搭配適當之比例之黃色光及紅色光可產生暖白光。藍光與紅光功率比約為2：1~5：1，例如：2.5：1、3：1、3.5：1、4：1、4.5：1。綠光與黃光之功率比約為1：4。惟圖式中材料40及40b之大小比例及配置區域僅為例示，非為本發明之唯一實施方式，使用者當可依情況調整、交換之。此外，未有螢光粉體配置於其出光路徑上之系統單元亦可以選擇性地為材料40、材料40b、或其二者所覆蓋。材料40及/或材料40b與螢光粉體搭配方式亦可以為螢光塊體、燒結塊體、陶瓷塊體、染料、或其組合所取代。

光電系統或子群組除包括可發射光線之系統單元30外，更可以包括一或多個積體電路（IC），用以控制全部或部分之系統單元30，或作為全部或部分之系統單元30之電路中繼，如第21（a）圖所示。除積體電路，光電系統或子群組更可以連接系統單元30’。 於一實施例中，系統單元30’係一供電系統，例如，化學電池、太陽能電池、燃料電池等。於一實施例中，系統單元30’係一變壓系統、變頻系統、整流系統。具體而言，系統單元30’係一開關切換式電源（Switched Mode Power Supply；SWMP）、一高頻變壓器。

第22（a）圖～第22（f）圖係顯示光電系統或子群組之數種配置型態之示意圖，其中，係系統單元30非以皆為發光元件為限，一或二個以上系統單元30可以為非具發光功能之單元，如前述或後續諸實施例中所描述者。

如第23A圖所示，於依據本發明之一具體實施例之光電系統之製造方法中，首先係提供一載具10（於本實施例中亦稱為暫時基板），在暫時基板10上以旋轉塗佈、蒸鍍或印刷等方式形成一上下表面具黏性之層或結構20（於本實施例中亦稱為第一連接層），並可以藉由一挑選放置系統（Pick & Place system）將複數個未封裝之系統單元30（於本實施例中亦稱為光電元件）放置並連接在上述第一連接層20之上，並在複數個光電元件30之間隔區域形成複數個走道區304，其中光電元件30放置時之對位精準度主要係由挑選放置系統決定，例如，誤差不超過15μm。其中上述光電元件30可為一發光二極體，其結構可包含一基板303、形成在基板上之半導體磊晶層302與至少一個電極301。上述半導體磊晶層302可包含一第一導電型半導體層、一活性層，以及一第二導電型半導體層。此外，基板303可以選擇性地於製造流程中移除，以縮小系統尺寸。在一較佳實施例中，此光電元件30之至少一個電極301與上述第一連接層20接觸。上述複數個光電元件30可發出具有相同或不同波長之光，其發光範圍可從紫外光至紅外線。

上述暫時基板10之材料可選自矽膠（silicone）、玻璃、石英、陶瓷、合金或印刷電路板（PCB）；上述第一連接層20的材料可選自膠帶，例如為熱移除膠帶（thermal release tape）、紫外線移除膠帶（UV release tape）、化學移除膠帶（Chemical release tape）、耐熱膠帶或藍膜；上述光電元件30之基板303的材料可選自藍寶石（Sapphire）、碳化矽（SiC）、氧化鋅（ZnO）、氮化鎵（GaN）或矽、玻璃、石英、或陶瓷等高導熱基板；上述光電元件30之第一導電型半導體層、活性層及第二導電型半導體層之材料包含一種或一種以上之物質選自鎵（Ga）、鋁（Al）、銦（In）、砷（As）、磷（P）、氮（N）以及矽（Si）所構成群組。

接著，如第23B圖所示，提供一材料40（於本實施例中係具體為黏性膠材）填滿上述複數個光電元件30之走道區304，並且覆蓋上述複數個光電元件30及未被光電元件覆蓋之第一連接層20表面。其中上述黏性膠材40可以利用旋轉塗佈、印刷或鑄模灌膠等方式形成，且黏性膠材40亦可為一彈性材料，其材料可選自矽膠（silicone rubber）、矽樹脂（silicone resin）、矽膠、彈性PU、多孔PU、丙烯酸橡膠（acrylic rubber）或晶粒切割膠，如藍膜或UV膠。在本實施例中，也可進行一拋光製程（polish process），使上述複數個光電元件30之表面平坦化，並讓上述光電元件30表面不會產生過剩（overflow）或凹陷之黏性膠材40。

隨後，如第23C圖所示，提供一次載具50（於本實施例中亦稱為永久基板），並將之與塗佈黏性膠材40之複數個光電元件30接合，此接合方式可為一熱壓製程。在一較佳實施例中，此永久基板50與上述光電元件30之基板303直接接觸。上述永久基板50之材料可為矽膠（silicone）、玻璃、石英、陶瓷、合金或印刷電路板（PCB）。

接著，如第23D圖所示，可以雷射剝離、加熱分離膠膜圖案、溶解膠膜圖案等方式移除上述暫時基板10、第一連接層20與部分黏性膠材40後裸露出複數個光電元件30之電極301及部分半導體磊晶層302。

最後，如第23E圖所示，以黃光導線接合、打線接合之方式形成電性連接60（於本實施例中係具體為複數條導線）以連接複數個光電元件之電極301，以串聯此複數個光電元件30。其中上述導線60之材料可為金、鋁、合金或多層金屬，以形成一系統級光電結構。

第24A圖～第24G圖為根據本發明另一具體實施例製造流程之結構示意圖（其中與第23圖之實施例相近或相同之元件將賦予相同之標號，以下同）。如第24A圖所示，提供一暫時基板10，在暫時基板10上以旋轉塗佈、蒸鍍或印刷等方式形成一上下表面具黏性之第一連接層20，並可以藉由挑選放置系統（Pick & Place system）將複數個未封裝之光電元件30放置並連接在上述第一連接層20之上，並在複數個光電元件30之間隔區域形成複數個走道區304，其中光電元件放置時之對位精準度以不超過挑選放置系統之容許誤差為限，例如不超過15μm。其中上述光電元件30可為一發光二極體，其結構可包含一基板303、形成在基板上之半導體磊晶層302與至少一個電極301。上述半導體磊晶層302可包含一第一導電型半導體層、一活性層，以及一第二導電型半導體層。在一較佳實施例中，此光電元件30之至少一個電極301與上述第一連接層20接觸。上述光電元件30可發出具有相同或不同波長之光，其發光範圍可從紫外光至紅外線。

上述暫時基板10之材料可選自矽膠（silicone）、玻璃、石英、陶瓷、合金或印刷電路板（PCB）；上述第一連接層20的材料可選自膠帶，例如為熱移除膠帶（thermal release tape）、紫外線移除膠帶（UV release tape）、化學移除膠帶（Chemical release tape）、耐熱膠帶、藍膜或金屬；上述光電元件30之基板303的材料可選自藍寶石（Sapphire）、碳化矽（SiC）、氧化鋅（ZnO）、氮化鎵（GaN）或矽、玻璃、石英、GaAs、或陶瓷等高導熱基板；上述光電元件30之第一導電型半導體層、活性層及第二導電型半導體層之材料包含一種或一種以上之物質選自鎵（Ga）、鋁（Al）、銦（In）、砷（As）、磷（P）、氮（N）以及矽（Si）所構成群組。

此外，如第24A圖所示，在本發明的系統級光電結構中，也可先以一螢光材料P包覆每個上述光電元件30。藉由螢光材料的平均被覆，可提供一個穩定的白光光源，並減少之後製程上每個光電元件30之白光的差異性。其中上述螢光材料P可以旋轉塗佈、沉積、點膠、刮刀或鑄膜灌膠等方式形成。在另一實施例中，上述複數個光電元件30也可各別包覆不同之螢光材料。在另一實施例中，上述複數個光電元件30也可以選擇性的各別包覆不同之螢光材料，而非所有的光電元件30都包覆，以混合出不同的色光。例如在一實施例中，複數個光電元件30可為藍光發光二極體，並將複數個光電元件30中之三個光電元件30視為一組，其中第一個光電元件包覆之螢光材料P可為紅色螢光粉、第二個光電元件包覆之螢光材料P可為綠色螢光粉，且第三個光電元件可不包覆螢光材料，以混合發出白光。

接著，如第24B圖所示，提供一黏性膠材40填滿上述複數個光電元件30之走道區304，並且覆蓋上述複數個光電元件30及未被光電元件覆蓋之第一連接層20表面。其中上述黏性膠材40可以利用旋轉塗佈、印刷或鑄模灌膠等方式形成，且黏性膠材40可為一彈性材料，其材料可選自矽膠(silicone rubber)、矽樹脂(silicone resin)、矽膠、彈性PU、多孔PU、丙烯酸橡膠(acrylic rubber)或晶粒切割膠，如藍膜或UV膠。在本實施例中，也可進行一拋光製程(polish pprocess)，可使上述複數個光電元件30之表面平坦化，並讓上述光電元件30表面不會產生過剩(overflow)或凹陷之黏性膠材40。

隨後，如第24C圖所示，提供一永久基板50，並將之與塗佈黏性膠材40之複數個光電元件30接合，此接合方式可為一熱壓製程。在一較佳實施例中，此永久基板50與上述光電元件30之基板303直接接觸。上述永久基板50之材料可為玻璃或石英等高透明度基板。

接著，如第24D圖所示，可以雷射剝離、加熱分離膠膜圖案、溶解膠膜圖案等方式移除上述暫時基板10、第一連接層20與部分黏性膠材40後裸露出複數個光電元件30之電極301及部分半導體磊晶層302。

然後，如第24E圖所示，以電鍍或蒸鍍之方式，將複數個擴張電極(Fan-out electrode)305連接在複數個光電元件之電極301之上。其中擴張電極305之面積大於光電元件之電極301，可增加後續封裝的對位容忍度。此外，由於加大擴張電極305的面積，將更可有效把熱源導到後續封裝之金屬或PCB等基板上。上述擴張電極之材料可為金、鋁、合金或多層金屬結構。

最後，如第24F~24G圖所示，切割此複數個光電元件，形成各別之晶粒後，藉由至少一焊料(solder)601將之黏接至次載體(submount)60之上，以形成一系統級光電結構。上述之次載體60可以是導線架(lead frame)或大尺寸鑲嵌基底(mounting substrate)，以方便系統級光電結構之電路規劃並提高其散熱效果。

值得注意的是，上述兩實施例中的製程步驟也可互相參照或組合，如第一實施例中之光電元件也可選擇性的包覆螢光材料，或在第23D圖後也可接續第24E圖之製作擴張電極、切割晶片等後續步驟；同理，第二實施例也可在第24D圖後接續第23E圖之步驟，以導線電連接複數個光電元件。

此外，在本發明另一實施例中，接續在第23B或24B圖之後，如第25A圖所示，可提供一永久基板50，並先將此永久基板50接合在一第二連接層70之上後，將之與塗佈黏性膠材40之複數個光電元件30接合，此接合方式可為一熱壓製程。其中上述第二連接層70之材料可為SiOx，SiNx、矽膠（silicone）。在本發明另一實施例中，接續在第23B或24B圖之後，如第25B圖所示，上述第二連接層70也可為一包含複數通道701之第二連接層70’，可增加本系統級光電元件之散熱，並可提升可承受之瓦數。其中上述通道701之材料可為金屬，如銅、鋁、鎳或合金。此外，通道701亦可與第二連接層70’為相同之材質，例如藍寶石、金屬、氮化矽、氧化鋁。

在本發明另一實施例中，接續在第23B或24B圖之後，如第26圖所示，可提供一永久基板50，並先將此永久基板50利用一中介層（未顯示）先連接一第一反射層80，再接合在一第二連接層70之上後，將之與塗佈黏性膠材40之複數個光電元件30接合，此接合方式可為一熱壓製程。其中，中介層之材料係如SiOx，SiNx、矽膠（silicone）等。上述第一反射層80之材料可為銀、鋁或鉑等金屬，或者為由介電質或半導體組成之分布式布拉格反射器（Distributed Bragg Reflector；DBR）。在本實施例中，藉由此第一反射層80之設計，可增加本系統級光電結構之光取出效率。

為了更進一步避免上述複數個光電元件30若擺放得太近而可能造成側向光損耗及/或光萃取效率降低，在本發明另一實施例中，接續在第23B或24B圖之後，如第27圖所示，可選用一具有微角錐陣列（Micro-pyramid array）之基板50’。其中，本微角錐陣列基板50’可利用半導體蝕刻技術製成，基板上之複數微角錐501之形式可為圓錐、三角錐和四角錐等多角錐結構，其中上述微角錐501之底角可介於20~70度之間。在另一實施例中，上述微角錐陣列基板50’之表面還可披覆具高反射率之第二反射層，例如銀、鋁、鉑等金屬；此外，上述微角錐陣列基板50’之材料可為矽膠（silicone）、玻璃、石英、陶瓷、合金或印刷電路板（PCB），亦可選用高導熱材質以增加元件可靠度，其材料可為銅、鋁、陶瓷、矽。製作時藉由對位（alignment）可將此微角錐陣列基板50’與塗佈黏性膠材40之複數個光電元件30接合，此接合方式可為一熱壓製程。在本實施例中，藉由此微角錐陣列基板50’之設計，可將本系統級光電結構之側向光反射成為正向光以利增加光萃取效率。

以上各圖式與說明雖僅分別對應特定實施例，然而，各個實施例中所說明或揭露之元件、實施方式、設計準則、及技術原理除在彼此顯相衝突、矛盾、或難以共同實施之外，吾人當可依其所需任意參照、交換、搭配、協調、或合併。

雖然本發明已說明如上，然其並非用以限制本發明之範圍、實施順序、或使用之材料與製程方法。對於本發明所作之各種修飾與變更，皆不脫本發明之精神與範圍。

10‧‧‧載具、暫時基板
60‧‧‧電性連接
10a‧‧‧外部體
60a‧‧‧導線
10b‧‧‧外部體
60b‧‧‧內部連接
20‧‧‧層、結構、第一連接層
60b’‧‧‧隔離區
30‧‧‧系統單元、光電元件
60c‧‧‧電路載體
301‧‧‧電極
601‧‧‧焊料
302‧‧‧半導體磊晶層
70‧‧‧第二連接層
303‧‧‧基板
70’‧‧‧第二連接層
304‧‧‧走道區
701‧‧‧通道
305‧‧‧擴張電極
80‧‧‧第一反射層
40‧‧‧材料、黏性膠材
100‧‧‧光電系統
50‧‧‧次載具、永久基板
100a‧‧‧子群組
50’‧‧‧基板
100b‧‧‧子群組
50a‧‧‧接合層
100c‧‧‧子群組
501‧‧‧微角錐
200‧‧‧發光二極體封裝結構

第1圖係顯示一發光二極體封裝結構；

第2A圖至第2D圖係顯示依據本發明一實施例之光電系統之製造方法；

第3圖係顯示依據本發明一實施例之光電系統之示意圖；

第4圖係顯示依據本發明一實施例之系統單元與載具之示意圖；

第5圖係顯示依據本發明一實施例之系統單元與次載具之示意圖；

第6圖係顯示依據本發明一實施例之光電系統中系統單元之電連接示意圖；

第7圖係顯示依據本發明另一實施例之光電系統中系統單元之電連接示意圖；

第8圖係顯示依據本發明又一實施例之光電系統中系統單元之電連接示意圖；

第9A圖至第9D圖係顯示依據本發明另一實施例之光電系統之製造方法；

第10圖係顯示依據本發明一實施例之光電系統中系統單元之電連接示意圖；

第11圖係顯示依據本發明一實施例之光電系統中子群組之示意圖；

第12圖係顯示依據本發明一實施例之子群組之電性連接架構；

第13圖係顯示依據本發明另一實施例之子群組之電性連接架構；

第14圖係顯示依據本發明一實施例之單一系統單元之尺寸圖；

第15圖係顯示依據本發明一實施例之光電系統中波長轉換材料之配置方式；

第16圖係顯示依據本發明另一實施例之光電系統中波長轉換材料之配置方式；

第17圖係顯示依據本發明又一實施例之光電系統中波長轉換材料之配置方式；

第18圖係顯示依據本發明一實施例之光電系統中波長轉換材料之配置方式；

第19圖係顯示依據本發明另一實施例之光電系統中波長轉換材料之配置方式；

第20圖係顯示依據本發明又一實施例之光電系統中波長轉換材料之配置方式；

第21圖係顯示依據本發明一實施例之光電系統中系統單元之配置示意圖；

第22圖係顯示依據本發明一實施例之光電系統或子群組之配置示意圖；

第23A圖至第23E圖為本發明製造流程結構示意圖；

第24A圖至第24G圖為本發明製造流程結構示意圖；

第25A與25B圖為本發明實施例之製造流程結構示意圖；

第26圖為本發明實施例之製造流程結構示意圖；及

第27圖為本發明實施例之製造流程結構示意圖。

無

無

30‧‧‧系統單元

301‧‧‧電極

305‧‧‧擴張電極

40‧‧‧材料

60‧‧‧電性連接

601‧‧‧焊料

P‧‧‧螢光材料

Claims (10)

1. 一種光電結構，包含：一光電元件，包含一基板、一第一電極及位於該基板及該第一電極之間的一半導體層，其中該基板包含一側壁；一螢光材料，包覆該光電元件並接觸該側壁；以及一擴張電極，直接連接至該第一電極且不與該螢光材料相接觸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光電結構，其中，該擴張電極具有一端超出該側壁。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光電結構，其中，該擴張電極具有一大於該第一電極之面積。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光電結構，其中，該光電元件更具有一第二電極，該螢光材料覆蓋該第二電極之一側壁。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光電結構，其中，該第一電極具有一第一側表面，該擴張電極超出該第一側表面。
6. 如申請專利範圍第5項所述之光電結構，其中，該第一電極具有一第二側表面，該擴張電極超出該第二側表面。
7. 如申請專利範圍第1項所述之光電結構，更包含一膠材包覆該螢光材料。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光電結構，其中，該螢光材料具有一上表面及一側表面，該膠材覆蓋該上表面及該側表面。
9. 如申請專利範圍第7項所述之光電結構，其中，該膠材包含矽膠、彈性PU、多孔PU、或丙烯酸橡膠。
10. 如申請專利範圍第7項所述之光電結構，其中，該膠材具有一個平坦的上外表面。