专利名称：光电半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发光二极管装置，特别是涉及一种将金属线路层封装于腔体与基座内以改善封装及电性稳定性的发光二极管装置。
背景技术：
目前市面常见的发光二极管(light emitting diode，LED)装置，由于具有体积 小、寿命长、高耐用性、较传统灯泡环保以及低耗电量等特性，使得发光二极管成为“绿色照 明光源”的明日之星。其中白光(或复色光)发光二极管通常混合二种以上单一波长色光 (单色光)而普遍用于资讯、通讯与消费性电子产品的指示灯与显示装置，并成为日常生活 常用到的电子元件。在复色光发光二极管的研究中，发光二极管芯片的封装方式常常影响 发光二极管的出光效率、出光均勻性、封装以及电性稳定度。请参考图1，图1为美国US 6，670，751号专利申请所披露的光电半导体装置9 (或 为发光二极管装置)的示意图。光电半导体装置9包含有陶瓷基板1、第一陶瓷板2，设置 于陶瓷基板1上，绝缘层6、第二陶瓷板7、发光二极管芯片3、电极4以及作为发光二极管芯 片3散热用的散热孔8，并且透过线路5作为发光二极管芯片3与电极4电性连接的媒介。然而这样的封装方式以高分子胶体(如图1实施例中的绝缘层6)将线路5封装 于其中，或于其他已知的发光二极管封装方式中，则将线路5以及电极4所构成的金属线路 层设置于陶瓷基板1以及第一陶瓷板2的表面，再以高分子胶体将金属线路层以及发光二 极管芯片包覆于陶瓷基板表面。由于高分子胶体与陶瓷基板为两种性质不同的材料，当用 此种已知的封装方式进行封装时，易造成封装体的坚固性不足，高分子胶体易与基板发生 剥离而使金属线路层暴露于外。另一方面，若金属线路层设置于基板表面而只受高分子胶 体包覆，则金属线路层易受侧向的水气由缝隙进入侵蚀或上方的水气穿透高分子胶体进入 侵蚀或温度的影响而损及其电传导性，使已知的发光二极管较不耐用。
发明内容
本发明提供一种光电半导体装置，其包含有发光二极管芯片、封装胶体、封装壳体 以及金属线路层。该封装胶体披覆于该发光二极管芯片外围，且包含至少一荧光粉体。该 封装壳体具有中空结构，该发光二极管芯片以及该封装胶体设置于该中空结构内。该金属 线路层设置于该封装壳体内部，且延伸至该中空结构并与该发光二极管芯片电性连接。在一实施例中，该封装胶体内包含的至少一荧光粉体是用来将该发光二极管芯片 发出的蓝色光或紫外光转换为波长范围为520 570纳米的黄色光。在一实施例中，该发光二极管芯片为正面出光、倒装芯片或其他形式。在一实施例中，该中空结构相对该发光二极管芯片的各表面与该发光二极管芯片 相对应的表面平行。在一实施例中，该中空结构相对该发光二极管芯片的各表面与该发光二极管芯片 相对应的表面间的间距小于0. 6毫米。
在一实施例中，该光电半导体装置另包含光学镜片，设置于该封装壳体的该中空 结构上方，并覆盖该发光二极管芯片以及该封装胶体。在一实施例中，该光学镜片与该封装胶体是由具有高光穿透性的环氧树脂或硅胶 等透明材料构成。在一实施例中，该光电半导体装置另包含散热架构，该金属线路层于该封装壳体 内与该散热架构相连接。在一实施例中，该封装壳体具有顶面以及底面，该金属线路层设置于该封装壳体 的该顶面以及该底面之间。在一实施例中，该散热架构与该封装壳体的该底面相邻。在一实施例中，该金属线路层具有两个分隔的金属垫，以提供散热之用。在一实施例中，该两个分隔的金属垫于该封 装壳体内向下延伸至该封装壳体外 侧，以提供散热之用。在一实施例中，该光电半导体装置另包含两散热板，分别连接该两个分隔的金属垫。在一实施例中，该封装壳体包含腔体以及基座，该中空结构设置于该腔体，该金属 线路层设置于该腔体以及该基座之间并延伸于该中空结构。在一实施例中，该腔体是由三氧化二铝、氮化铝或其他具有高导热系数的陶瓷材 料构成。在一实施例中，该封装壳体为一体成形。本发明还提供一种发光装置，其包含有基座；腔体，具有中空结构；金属线路层， 形成于该基座与该腔体之间；发光芯片，置于该腔体的该中空结构内与该金属线路层之上； 荧光粉层，形成于该发光芯片上；以及光学镜片，设置于该腔体的该中空结构上方，并覆盖 该发光芯片以及该荧光粉层。在一实施例中，该荧光粉层填满于该腔体的该中空结构。在一实施例中，该荧光粉层还包含封胶材料。在一实施例中，该发光装置另包含至少一散热机构，与该金属线路层接触，并将该 发光芯片所产出的热带出。在一实施例中，该金属线路层具有两个分隔的金属垫。在一实施例中，该两个分隔的金属垫分别与该散热机构相连接。
图1为已知发光二极管一种封装方式的示意图。图2为本发明光电半导体装置一实施例的外观示意图。图3为本发明另一实施例的示意图。图4为图3实施例的部分剖面示意图。附图标记说明1:陶瓷基板2:第一陶瓷板3、20:发光二极管芯片4:电极5 线路6 绝缘层
7 第二陶瓷板8 散热孔9、100 光电半导体装置10:封装壳体11 腔体12 基座
13:中空结构21 第一面22 第二面30 封装胶体40 光学镜片50 金属线路层51 第一金属垫52 第二金属垫61 第一散热板62 第二散热板131 第一侧132 第二侧
具体实施例方式本发明所披露的光电半导体装置(如发光二极管)中，考虑发光二极管芯片的外 观尺寸以及发光强度特性，在封装发光二极管芯片的封装壳体中设计中空结构。在将发光 二极管芯片置入该中空结构后，再于中空结构内封装上具有荧光粉体的封装胶体，使此封 装结构设计可以产生各出光方向色度均勻的白色光。请参考图2，图2为本发明一实施例的光电半导体装置100的外观示意图。光电半 导体装置100由电性绝缘材料所制成的封装壳体10、至少一发光二极管芯片20以及封装胶 体30所组成。封装壳体10具有腔体11以及基座12。腔体11中具有中空结构13，用以容 纳发光二极管芯片20，中空结构13的形状可配合发光二极管芯片20而有不同的形状；而 于本实施例中，中空结构13的侧壁面可实质上与发光二极管芯片20的侧面平行，发光二极 管芯片20为正多边形(正方形)，故中空结构13为正多边形(正方形)；然而，亦可视所需 发光特性，使中空结构13的侧壁面成倾斜设计。此外，发光二极管芯片20可为正面出光、 倒装芯片或其他形式的芯片，其可发出波长范围为紫外光(UV) 红外光(IR)波段的光线。 然于本实施例中，若以GaN芯片为例，其中优选波长范围为500纳米(nanometer，nm)以下 的蓝光或绿光的波段。此外，更进一步的说，上述封装壳体10的电性绝缘材料亦为具有高 导热系数的材料，如三氧化二铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)或其他具有高导热系数的陶瓷材料 或硅(Si)构成。封装胶体30包含至少一种荧光粉体；其中，本实施例中该封装胶体30所 包含的荧光粉体可将发光二极管芯片20发出的蓝色光或紫外光转换为波长范围为520 570纳米(nm)的黄色光。而另一种实施情况为结合发光二极管所发出的一次光与荧光粉转 换的二次光，发出所预期的特定光色，例如白色。在光电半导体装置100中，封装胶体30披 覆于发光二极管芯片20并填满封装壳体10的中空结构13。请参考图3，图3为本发明另一实施例的示意图。光电半导体装置100于封装壳 体10的中空结构13上方另增加光学镜片40，利用塑模(molding)的方式形成于发光二极 管芯片20以及封装胶体30上，使得其与封装胶体30可紧密贴合，因而缩短自发光二极管 芯片20发射出的光线的光学路径，使光电半导体装置100可轻易设计为具有最大出光效率 以及发光视角。另一方面，紧贴于封装胶体30的光学镜片40亦可有效降低整体封装的厚 度，且光学镜片40与光源间没有其他封装材料，可有效消除因封装材料与光路交互作产生 的投射现象造成色度不均勻的问题。于本实施例中，光学镜片40可与封装胶体30具有同 为高光穿透性的环氧树脂或硅胶等透明材料构成，或不与封装胶体30同材料的其他高光穿透性材料。
请参考图4，图4为图3的实施例的部分剖面示意图。光电半导体装置100另具有 金属线路层50，金属线路层50用以连接外部电路，而提供发光二极管芯片20发光所需电 流。换言之，金属线路层50与光电半导体装置100外部电路板上的线路电性连接。金属线 路层50具有两个分隔的第一金属垫51以及第二金属垫52，与发光二极管芯片20形成电性 回路，其中第一金属垫51以及第二金属垫52电性相反。第一金属垫51以及第二金属垫52 设置于封装壳体10的腔体11以及基座12之间且延伸于中空结构13内与发光二极管芯片 20电性连接。更进一步的说，封装壳体10的架构提供实质上共平面的基座12与发光芯片 20的固晶区域，因而提供金属线路层50高度封装稳定性。在第一金属垫51以及第二金属 垫52下方延伸于基座12的底部与第一散热板61以及第二散热板62个别连接，由第一散 热板61以及第二散热板62所构成的散热架构可以进一步将发光二极管芯片20于运作过 程中产生的热量带出，达到散热的效果。另一方面，考虑到发光二极管芯片20的外观尺寸以及发光特性，在此实施例中， 封装壳体10的腔体11的中空结构13相对发光二极管芯片20的各表面与发光二极管芯片 20相对应的表面实质上平行且彼此的间距于实际上小于0. 6毫米，例如于图4中，发光二极 管芯片20的第一面21与中空结构13的第一侧131实质上平行且间距小于0. 6毫米，发光 二极管芯片20的第二面22与中空结构13的第一侧132实质上平行且间距小于0. 6毫米。于前述的实施例中，光电半导体装置100的封装壳体10为具有腔体11以及基板 12的两层式结构，而金属线路层50则封装于两结构之间。然于其他实施例中，本发明亦可 直接使用一体成形的封装壳体，且封装壳体具有适当深度的中空结构(以容置发光二极管 芯片)，而金属线路层则嵌入于封装壳体内且延伸至该中空结构与发光二极管芯片电性连 接。因此金属线路层可设置于封装壳体的顶面以及底面之间任一高度的位置，使金属线路 层被封装壳体妥善封装，避免受到外界湿气或温度变化影像而损及其电传导性，甚至因直 接封装于胶体与陶瓷基板之间而产生剥离现象。本发明透过于发光二极管装置中，将金属线路层封装于封装壳体中，以增加封装 稳定性以及电性稳定性。封装壳体具有中空结构，发光二极管芯片以及封装胶体则形成于 该中空结构内。金属线路层位于该封装壳体内部，也就是说位于其顶面以及底面之间，并延 伸至中空结构与发光二极管芯片电性连接。金属线路层透过上下完整的封装包覆使金属线 路层具有更佳的稳定度，不易因外界湿度、温度变化影响而损及其电传导性及功能。以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化与修 饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
一种光电半导体装置，其包含有发光二极管芯片；封装胶体，披覆于该发光二极管芯片外围，该封装胶体内包含至少一荧光粉体；封装壳体，具有中空结构，该发光二极管芯片以及该封装胶体设置于该中空结构内；以及金属线路层，设置于该封装壳体内部，该金属线路层延伸至该中空结构并与该发光二极管芯片电性连接。
2.如权利要求1所述的光电半导体装置，其中该封装胶体内包含的至少一荧光粉体是 用来将该发光二极管芯片发出的蓝色光或紫外光转换为波长范围为520 570纳米的黄色光。
3.如权利要求1所述的光电半导体装置，其中该中空结构相对该发光二极管芯片的各 表面与该发光二极管芯片相对应的表面平行。
4.如权利要求3所述的光电半导体装置，其中该中空结构相对该发光二极管芯片的各 表面与该发光二极管芯片相对应的表面间的间距小于0. 6毫米。
5.如权利要求1所述的光电半导体装置，另包含光学镜片，设置于该封装壳体的该中 空结构上方，并覆盖该发光二极管芯片以及该封装胶体。
6.如权利要求1所述的光电半导体装置，另包含散热架构，该金属线路层于该封装壳 体内与该散热架构相连接。
7.如权利要求1或6所述的光电半导体装置，其中该封装壳体具有顶面以及底面，该金 属线路层设置于该封装壳体的该顶面以及该底面之间。
8.如权利要求7所述的光电半导体装置，其中该散热架构与该封装壳体的该底面相邻。
9.如权利要求1所述的光电半导体装置，其中该金属线路层具有两个分隔的金属垫。
10.如权利要求9所述的光电半导体装置，其中该两个分隔的金属垫于该封装壳体内 向下延伸至该封装壳体外侧，以提供散热之用。
11.如权利要求10所述的光电半导体装置，另包含两散热板，分别连接该两个分隔的 金属垫，以提供散热之用。
12.如权利要求1所述的光电半导体装置，其中该封装壳体包含腔体以及基座，该中空 结构设置于该腔体，该金属线路层设置于该腔体以及该基座之间并延伸于该中空结构。
13.如权利要求1所述的光电半导体装置，其中该封装壳体为一体成形。
14.一种发光装置，包含 基座；腔体，具有中空结构；金属线路层，形成于该基座与该腔体之间；发光芯片，置于该腔体的该中空结构内与该金属线路层之上；荧光粉层，形成于该发光芯片上；以及光学镜片，设置于该腔体的该中空结构上方，并覆盖该发光芯片以及该荧光粉层。
15.如权利要求14所述的发光装置，其中该荧光粉层填满于该腔体的该中空结构。
16.如权利要求14所述的发光装置，其中该荧光粉层还包含封胶材料。
17.如权利要求14所述的发光装置，另包含至少一散热机构，与该金属线路层接触，并 将该发光芯片所产出的热带出。
18.如权利要求17所述的发光装置，其中该金属线路层具有两个分隔的金属垫。
19.如权利要求18所述的发光装置，其中该两个分隔的金属垫分别与该散热机构相连接。
全文摘要
一种光电半导体装置，其金属线路层封装于封装壳体中，用以增加封装稳定性以及电性稳定性。该封装壳体具有中空结构，发光二极管芯片以及封装胶体则置于该中空结构内。金属线路层位于该封装壳体内部，也就是说位于其顶面以及底面之间，并延伸至中空结构与发光二极管芯片电性连接。金属线路层透过上下完整的封装包覆使金属线路层具有更佳的稳定度，不易因外界湿度、温度变化影响而损及其电传导性及功能。
文档编号H01L33/00GK101800272SQ20091000589
公开日2010年8月11日 申请日期2009年2月10日 优先权日2009年2月10日
发明者吴嘉豪, 李天佑, 林贞秀 申请人:旭丽电子(广州)有限公司;光宝科技股份有限公司