专利名称：发光元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光元件，且特别涉及侧光(side view)式发光元件。
背景技术：
发光二极管(LED)基于例如卓越的耐久性、低功率损耗、长工作寿命、无汞、高效 能等特性，已成为广为使用的照明设备。发光二极管元件可分为顶射式发光二极管(top view LEDs)及侧光式发光二极管 (side view LEDs)，取决于基底上的发光二极管芯片的出光方向。侧光式发光二极管可用 作小尺寸液晶屏幕的光源，例如可用于手机(mobile phones)、个人数字助理(PDAs)、或笔 记本电脑等。然而，侧光式发光二极管通常是以高分子材料封装。因此，散热问题将更趋严 重。此外，传统侧光式发光二极管的电极位于设置有发光二极管芯片的基底的相反面上，造 成侧光式发光二极管的封装体厚度增加，因而限制其应用。或者，侧光式发光二极管可通过 形成反射层或反射结构以将所发出的光线转向至所需的方向。然而，这种发光二极管的封 装体的尺寸仍过大。因此，业界亟需改良的发光二极管元件。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明实施例提供一种发光元件，包括第 一基底，包括半导体材料或陶瓷材料；第一沟槽，自第一基底的第一侧向相反的第二侧延 伸，且自第一基底的第一表面向相反的第二表面延伸；第二沟槽，自第一侧向第二侧延伸， 且自第一表面向第二表面延伸；发光装置，设置在第一表面上，发光装置具有第一电极及第 二电极；第一导电层，位于第一沟槽的第一侧壁上且电性连接至第一电极；以及第二导电层，位于第二沟槽的第二侧壁上且电性连接至第二电极。本发明实施例提供一种发光元件，包括第一基底；第一沟槽，自第一基底的第一侧 向相反的第二侧延伸，且自第一基底的第一表面向相反的第二表面延伸；第二沟槽，自第一 侧向第二侧延伸，且自第一表面向第二表面延伸；发光装置，设置在第一表面上，发光装置 具有第一电极及第二电极；第一导电层，位于第一沟槽的第一侧壁上且电性连接至第一电 极；以及第二导电层，位于第二沟槽的第二侧壁上且电性连接至第二电极。对本发明实施例的具有“侧边电极”的发光元件而言，电性连接至发光元件的印刷 电路板可由本来需设置于基底背面而改为设置于基底的侧面。因此，本发明实施例的发光 元件的第二基底(或封装基底)由于设置于第一基底下，可使整体封装结构在第一基底的 厚度方向上(即平行于第一基底的第一表面的法向量的方向)较薄，有助于增进其应用范 围。
图IA-图IE显示本发明实施例的发光元件的一系列工艺示意图。
图2A-图2F显示对应至图1的工艺剖面图。图3A-图3B显示在本发明实施例中，基底中的孔洞的侧壁。图4A-图4E显示本发明实施例的发光元件的示意图。图5A-图5B显示本发明实施例中，切割基底以获得发光元件的俯视图。图6A-图6C显示本发明实施例的发光元件的立体图。上述附图中的附图标记说明如下10 发光元件；100、130 基底；100a、100b、130a 表面；100c、IOOd 侧；102 发光装置；102a、102b 电极；102c 出光表面；104 孔洞；104a、104b 沟槽；104a‘、104b' 次孔洞；105 绝缘层；106、106a、106b、108a、108b、108c、108d、110a、110b 导电层；120 保护层；122 光学透镜；124 凹陷；132aU32b 导电结构；C1、C2 角落；Li、L2、L3、L4 切割线；W1、W2、W3 距离；W4 厚度。
具体实施例方式本发明实施例涉及发光元件及其制法，且特别是有关于侧光(side view)式发光 元件。应了解的是以下的叙述提供许多不同的实施例或例子，用以实施本发明的不同方式。 以下所述特定的元件及排列方式尽为本发明的简单描述。当然，这些仅用以举例而非本发 明的限定。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚 地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例和/或结构之间具有任何关连性。再者，当述及 一第一材料层位于一第二材料层上或之上时，包括第一材料层与第二材料层直接接触或间 隔有一个或更多其他材料层的情形。图IA-图IC显示根据本发明一实施例形成发光元件的俯视图。图2A-图2F显示 图1所示实施例中，形成发光元件的工艺剖面图。首先，请参照图1A，提供第一基底100。 第一基底100可包括(但不限于)半导体材料、陶瓷材料、或前述的组合。在此实施例中，第一基底100较佳为半导体晶片(例如硅晶片)或由陶瓷材料所制的基底(例如氧化铝基底)。图2A-图2B显示形成图IA的结构的工艺剖面图，其沿着切线al_a2。请参照图IA 及图2A，自第一基底100的第一表面IOOa形成至少两孔洞104，孔洞104自第一表面IOOa 向相反的第二表面IOOb延伸。可借着例如光刻及蚀刻工艺形成孔洞104。如图2A所示，靠 近左侧与靠近右侧的两个孔洞104皆完全贯穿第一基底100。在其他实施例中，一些孔洞 104或全部的孔洞104未完全贯穿第一基底100，而仅自第一表面IOOa向第二表面IOOb延 伸至一预定深度。此外，虽然图2A所示实施例中，孔洞104的侧壁大抵垂直于第一表面100a，然本发 明实施例不限于此。在其他实施例中，孔洞104的侧壁可倾斜于第一表面100a，如图3A所 示。在另一实施例中，孔洞104可由两阶段的蚀刻步骤形成。如图3B所示，先自第一表面 IOOa形成次孔洞(sub-hole) 104a‘至一预定深度。接着，自相反的第二表面IOOb形成次 孔洞104b'以露出次孔洞104a'的底部。次孔洞104a'及104b‘共同形成完全贯穿第一 基底100的孔洞。在此实施例中，次孔洞104a ‘的侧壁自第一表面IOOa朝第二表面IOOb 方向延伸至一预定深度且逐渐缩小(逐渐变尖细)，而次孔洞104b‘自第二表面IOOb朝第 一表面IOOa方向逐渐延伸且缩小，并露出次孔洞104a'的底部。易言之，图3B中的孔洞 (包括次孔洞104a'及次孔洞104b')自第一表面100a朝第二表面IOOb倾斜而逐渐缩 小，且同时自第二表面IOOb朝第一表面倾斜而逐渐缩小。请参照图IA及图2B，在形成孔洞104之后，于孔洞104的侧壁上形成图案化导电 层106。若第一基底100具导电性，例如是硅晶片，较佳于形成导电层106之前，先于孔洞 104的侧壁上形成绝缘层105。为简化附图，绝缘层105仅显示于图2B-图2C中，于图IA-图 IE中则省略而未显示。绝缘层105可包括(但不限于)高分子材料、氧化硅、氮化硅、氮氧 化硅、其他适合绝缘材料、或前述的组合。绝缘层105可例如以旋转涂布、化学气相沉积、物 理气相沉积、和/或其他适合工艺形成。在选择性形成绝缘层105之后，于第一基底100上形成导电层106。导电层106可 包括(但不限于)金属材料、导电高分子材料、导电陶瓷材料(包括导电氧化物材料)、或 前述的组合。在一实施例中，导电层106由铜制成，且借着电镀工艺而形成。在其他实施例 中，导电层106可借着物理气相沉积、化学气相沉积、电镀工艺、和/或无电镀工艺而形成。 可接着进行光刻及蚀刻工艺以将绝缘层105(若有形成)及导电层106图案化。图案化导 电层106可能仅大抵覆盖于孔洞104的侧壁上。图2C显示沿着图IA中的切县bl_b2的剖面图。如图IA及图2C所示，接着将多个 发光装置102设置于第一基底100的第一表面IOOa上。发光装置102可借着黏着层(未 显示)而设置于第一基底100上。发光装置102可例如为(但不限于)发光二极管(light emitting diode, LED)或具有发光二极管形成于其中的芯片。发光装置102具有出光表面 (light emerging surface) 102c，出光表面102c的法向量大抵平行于第一基底100的第一 表面IOOa的法向量，其中发光装置102主要自出光表面102c发出光线。发光装置102包 括第一电极102a及第二电极102b，用以接收电源。第一电极102a及第二电极102b可位 于发光装置102的同一侧上，例如图2C所示的情形。在其他实施例中，第一电极102a及第 二电极102b可位于发光装置102的不同侧上。再者，当发光装置102为LED元件时，第一 电极102a具有与第二电极102b相反的导电性。在一实施例中，第一电极102a为ρ型电极(p-type electrode)，而第二电极 102b 为 η 型电极(η-type electrode)。在另一实施例 中，第一电极102a为η型电极，而第二电极102b为ρ型电极。接着，如图2D所示，可借着任何适合的方法于每一发光装置102上形成图案化保 护层120。保护层120可包括(但不限于)硅氧烷(silicone)、环氧物(印oxy)、或前述的 组合。在其他实施例中，如图2E所示，可借着任何适合的方法于每一发光装置102上形成 光学透镜(optical lens) 122。光学透镜122可包括(但不限于)硅氧烷(silicone)、环 氧物(印oxy)、或前述的组合。在另一实施例中，如图2F所示，可例如以光刻及蚀刻工艺于 第一基底100上形成凹陷(recess) 124。接着，将发光装置102设置于自第一表面100a向 下延伸的凹陷124的底部上。可将保护层120填入凹陷124中以围绕发光装置102并提供 保护。
此外，在设置发光装置102之前和/或之后，可形成导电构件(conducting elements)，例如包含焊线(bonding wire)和/或导电层(未显示)等以形成第一电极 102a与至少一孔洞104中的导电层106之间的电性连接(electrical connections)。相 似地，也可进一步形成其他导电构件以形成第二电极102b与至少一其他孔洞104中的导电 层106(不同于与第一电极102a电性连接的导电层106)之间的电性连接。如图IA所示，在此实施例中，多个完全贯穿第一表面100a及第二表面100b的贯 孔洞(through-holes) 104周期性地形成于第一基底100中。多个导电层106形成于孔洞 104的侧壁上。多个发光装置102周期性地设置于第一基底100上。每一发光装置102包 括第一电极102a及第二电极102b (如图2C所示)。第一电极102a通过导电构件(未显 示)而电性连接至少一孔洞104中的至少一导电层106，而第二电极102b通过其他导电构 件(未显示)而电性连接至少一其他孔洞104中的导电层106 (不同于与第一电极102a电 性连接的导电层106)。请参照图1B，接着沿着切割线Ll切割第一基底100以获得多个发光元件10。在 此实施例中，每一孔洞104皆有两条切割线Ll交叉于其中。图IC显示沿着切割线Ll切割 图IB所示结构而得的发光元件10的俯视图。图IC显示根据本发明一实施例所提供的发光元件10。发光元件10包括第一基底 100。第一基底100可例如包括半导体材料或陶瓷材料。第一基底100上设置有发光装置 102。在此实施例中，发光装置102的出光表面的法向量大抵平行于第一基底100的第一表 面100a的法向量。发光装置102包括第一电极102a及第二电极102b。发光元件10包括第一沟槽104a (切割自孔洞104，也可称为第一孔洞104a)，其延 伸方向自第一表面100a朝相反的第二表面100b延伸，且自第一基底100的第一侧100c朝 相反的第二侧IOOd延伸。在此实施例中，第一沟槽104a完全贯穿第一基底100。发光元 件10更包括第二沟槽104b (切割自孔洞104，也可称为第二孔洞104b)，其延伸方向自第一 表面100a朝相反的第二表面100b延伸，且自第一基底100的第一侧100c朝相反的第二侧 IOOd延伸。第一沟槽104a及第二沟槽104b皆位于第一基底100的第一侧100c上，且自第 一侧100c朝相反的第二侧IOOd延伸。在此实施例中，第二沟槽104b也完全贯穿第一基底 100。此外，在此实施例中，第一沟槽104a及第二沟槽104b分别位于第一基底100的第一 角落(corneiOCl及第二角落C2。应注意的是，第一沟槽104a和/或第二沟槽104b不限于 分别位于第一角落Cl和/或第二角落C2。
请继续参照图1C，发光元件10包括位于第一沟槽104a的第一侧壁上的第一导电 层106a，及位于第二沟槽104b的第二侧壁上的第二导电层106b。通过导电构件，第一导 电层106a及第二导电层106b可分别电性连接至发光装置102的第一电极102a及第二电 极102b。在此实施例中，导电层108a、108c、及IlOa形成于第一表面IOOa上以形成第一 电极102a与第一导电层106a之间的导电通路。此外，也形成位于发光装置102下的导电 层108b、位于第一表面IOOa上的导电层108d、及导电层IlOb以形成第二电极102b与第 二导电结构106b之间的导电通路。在其他实施例中，导电层IlOa及IlOb可以焊线取代。 位于沟槽104a及104b中的导电层106a及106b可用作发光元件10的“侧边电极(side electrodes)”。图6A显示相应于图IC所示实施例的发光元件10的立体图。通过导电构件，例如 显示于图IC中的导电构件，第一电极102a及第二电极102b分别电性连接至第一导电层 106a及第二导电层106b。为简化图式，导电构件未显示于图6A中。在此实施例中，第一沟 槽104a的侧壁及第二沟槽104b的侧壁大抵垂直于第一表面100a。导电层106a及106b作 为发光元件10的“侧边电极”，其可用来与其他导电结构电性接触。例如，可将发光元件10进一步接合至其他基底之上，例如是印刷电路板或封装基 底。请参照图1D，提供一第二基底130。在一实施例中，第二基底130为印刷电路板。第二 基底130于其表面130a上具有至少一第一导电结构(conducting element) 132a及至少一 第二导电结构132b。第一导电结构132a及第二导电结构132b例如为用以电性连接发光元 件10的“侧边电极”的导电凸块(conducting bumps)。在此实施例中，每一第一导电结构 132a及第二导电结构132b皆具有厚度W4，且第一导电结构132a及第二导电结构132b之 间具有距离W3。也请参照图1C，距离W3大抵等于第一导电层106a与第二导电层106b之 间的距离Wl。厚度W4大抵等于导电层106a或106b与第一基底100的第一侧IOOc之间的 距离W2。请参照图1E，接着将发光元件10设置于第二基底130之上。由于距离W3大抵等 于距离Wl且厚度W4大抵等于距离W2，第一导电结构132a及第二导电结构132b可分别安 装进沟槽104a及104b中。在此实施例中，部分的第一导电结构132a及部分的第二导电结 构132b分别位于第一沟槽104a及第二沟槽104b中。在其他实施例中，全部的第一导电结 构132a和/或第二导电结构132b皆分别位于第一沟槽104a及第二沟槽104b中。第一导电结构132a及第二导电结构132b分别直接接触第一导电层106a (或称 第一侧边电极)及第二导电层106b (或称第二侧边电极)。因此，第一导电结构132a可通 过第一导电层106a及其他导电构件(包括例如导电层108c及108a)而电性连接至发光 装置102的第一电极102a。相似地，第二导电结构132b可通过第二导电层106b及其他导 电构件(包括例如导电层108d及108b)而电性连接至发光装置102的第二电极102b。此 夕卜，如图IE所示，第一基底100的第一表面IOOa的法向量大抵垂直于第二基底130的表面 130a的法向量。因此，根据本发明一实施例形成了侧光式发光元件(side view type light emitting device)，其形成有“侧边电极”。应注意的是，本发明实施例的第一沟槽104a及第二沟槽104b不限定于完全贯穿 第一基底100的形式。在一实施例中，第一沟槽104a和/或第二沟槽104b仅自第一基底 100的第一表面IOOa朝第二表面IOOb延伸一特定深度。应了解的是，在此实施例中，在沿着穿过孔洞的切割线切割第一基底100之后，位于沟槽104a及104b上的导电层106a及 106b仍可作为发光元件10的“侧边电极”。图6B显示根据此实施例的发光元件10的立体 图。如图6B所示，即使沟槽104a及104b没有完全贯穿第一基底100，导电层106a及106b 仍可用作发光元件10的“侧边电极”。相似于图IE所示的结构，也可将图6B中的发光元件 10设置于第二基底(例如是印刷电路板)上。 图6C显示具有相似于图3B所示的孔洞且经切割后所获得的发光元件10的立体 图。此外，虽然显示于图IC实施例的发光元件10具有四个沟槽，本发明实施例不限于 此。图4A-图4E显示本发明不同实施例的发光元件的示意图。请参照图4A，所示发光元 件10也可沿着切割线Ll切割自图IB所示的结构，其中所切割的发光元件10邻近仅具有 两孔洞的边缘。发光元件不仅可沿着切割线Ll切割自图IB所示的结构外，还可如图5A所示沿着 切割线L2及L3切割自一相似结构。每一切割线L2穿过至少一孔洞104，而切割线L3仅穿 过第一基底100的部分而不穿过孔洞104。图4B显示根据本发明一实施例沿着切割线L2 及L3切割图5A所示的结构而得的发光元件10的俯视图。如图4B所示，相较于图IC所示 的结构，第一沟槽106a及第二沟槽106b不再分别位于第一角落Cl及第二角落C2。相似于 图IE所示的结构，显示于图4B的发光元件10也可设置于一具有至少一第一导电结构132a 及至少一第二导电结构132b形成于其上的第二基底130上，如图4C所示。在此实施例中， 导电层106a及106b用作发光元件10的“侧边电极”。图5B显示本发明一实施例的俯视图。如图5B所示，相似于图IA及图5A所示，第 一基底100包括多个发光装置102于其上及多个孔洞104于其中。然而，不同于先前提及 的实施例，导电层106不仅覆盖于孔洞104的侧壁上，还进一步大抵完全填满孔洞104。如 图5B所示，相似于先前提及的实施例，接着将第一基底100沿着切割线L4切割成多个发光 元件10。图4D显示切割自图5B所示结构的发光元件10的俯视图。如图4D所示，第一导 电层106a及第二导电层106b皆分别完全填满第一沟槽104a及第二沟槽104b。在其他实 施例中，可能仅第一沟槽104a及第二沟槽104b其中之一被导电层完全填满。如图4E所示，显示于图4D的发光元件10也可设置于一具有至少一第一导电结构 132a及至少一第二导电结构132b形成于其上的第二基底130上。在此实施例中，导电层 106a及106b用作发光元件10的“侧边电极”。相较于其他公知的侧光式发光元件具有电极位于承载发光二极管装置的基底的 相反表面上，对本发明实施例的具有“侧边电极”的发光元件而言，电性连接至发光元件的 印刷电路板可由本来需设置于基底背面而改为设置于基底的侧面。因此，本发明实施例的 发光元件的第二基底(或封装基底)由于设置于第一基底下，可使整体封装结构在第一基 底的厚度方向上(即平行于第一基底的第一表面的法向量的方向)较薄，有助于增进其应 用范围。在一实施例中，多个发光元件10可自具有多个发光装置102形成或设置于其上 的单一晶片获得。接着，具有至少两“侧边电极”于单一侧的发光元件10可进一步设置于 具有多个导电结构形成于其上的第二基底上。第二基底可包括具有多个金属凸块(metal bumps)的印刷电路板。因此，可于单一印刷电路板上设置多个发光元件。
通过切割具有多个发光装置于其上及多个导通孔(vias)或穿基底导通孔 (through substrate vias, TSVs)于其中的基底，例如沿着穿过导通孔或穿基底导通孔的 切割线，可制造多个具有“侧边电极”的发光元件。本发明实施例具有许多优点。例如可增 进单一基底(例如晶片)的发光元件生产量。虽然本发明实施例适于应用在侧光式发光元 件，然而实施例中的发光装置可例如以其他的半导体元件取代，例如是半导体芯片、光感测 器芯片(photosensor chip)、光伏芯片(photovoltaic chip)、或前述的相似物。虽然本发明已以数个较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属 技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰， 因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。
权利要求
一种发光元件，包括一第一基底，包括一半导体材料或一陶瓷材料；一第一沟槽，自该第一基底的一第一侧向相反的一第二侧延伸，且自该第一基底的一第一表面向相反的一第二表面延伸；一第二沟槽，自该第一侧向该第二侧延伸，且自该第一表面向该第二表面延伸；一发光装置，设置在该第一表面上，该发光装置具有一第一电极及一第二电极；一第一导电层，位于该第一沟槽的一第一侧壁上且电性连接至该第一电极；以及一第二导电层，位于该第二沟槽的一第二侧壁上且电性连接至该第二电极。
2.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一沟槽位于该第一基底的一第一角落。
3.如权利要求1所述的发光元件，其中该第二沟槽位于该第一基底的一第二角落。
4.如权利要求1所述的发光元件，其中该发光装置的一出光表面的一法向量大抵平行 于该第一基底的该第一表面的一第一法向量。
5.如权利要求4所述的发光元件，还包括 一第二基底；至少一第一导电结构，位于该第二基底的一表面上；以及 至少一第二导电结构，位于第二基底的该表面上； 其中该第一基底设置在该第二基底上；该第一法向量大抵垂直于该第二基底的该表面的一第二法向量； 所述第一导电结构与该第一导电层直接接触；以及 所述第二导电结构与该第二导电层直接接触。
6.如权利要求5所述的发光元件，其中至少部分的所述第一导电结构或所述第二导电 结构分别位于该第一沟槽或该第二沟槽中。
7.如权利要求5所述的发光元件，其中该第一导电层或该第二导电层分别完全填满该 第一沟槽或该第二沟槽。
8.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一沟槽或该第二沟槽完全贯穿该第一基底。
9.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一沟槽的该第一侧壁或该第二沟槽的该第 二侧壁大抵垂直于该第一表面。
10.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一沟槽的该第一侧壁或该第二沟槽的该 第二侧壁倾斜于该第一表面。
11.如权利要求1所述的发光元件，其中该第一沟槽的该第一侧壁或该第二沟槽的该 第二侧壁自该第一表面朝该第二表面倾斜且自该第二表面朝该第一表面倾斜。
12.如权利要求1所述的发光元件，其中该发光装置设置于一凹陷的底部上，该凹陷自 该第一基底的该第一表面向下延伸。
13.一种发光元件，包括 一第一基底；一第一沟槽，自该第一基底的一第一侧向相反的一第二侧延伸，且自该第一基底的一 第一表面向相反的一第二表面延伸；一第二沟槽，自该第一侧向该第二侧延伸，且自该第一表面向该第二表面延伸； 一发光装置，设置在该第一表面上，该发光装置具有一第一电极及一第二电极； 一第一导电层，位于该第一沟槽的一第一侧壁上且电性连接至该第一电极；以及 一第二导电层，位于该第二沟槽的一第二侧壁上且电性连接至该第二电极。
14.如权利要求13所述的发光元件，还包括 一第二基底；至少一第一导电结构，位于该第二基底的一表面上；以及 至少一第二导电结构，位于第二基底的该表面上； 其中该第一基底设置在该第二基底上；该第一法向量大抵垂直于该第二基底的该表面的一第二法向量；所述第一导电结构与该第一导电层直接接触；以及 所述第二导电结构与该第二导电层直接接触。
全文摘要
本发明提供一种发光元件，包括第一基底，包括半导体材料或陶瓷材料；第一沟槽，自第一基底的第一侧向相反的第二侧延伸，且自第一基底的第一表面向相反的第二表面延伸；第二沟槽，自第一侧向第二侧延伸，且自第一表面向第二表面延伸；发光装置，设置在第一表面上，发光装置具有第一电极及第二电极；第一导电层，位于第一沟槽的第一侧壁上且电性连接至第一电极；以及第二导电层，位于第二沟槽的第二侧壁上且电性连接至第二电极。本发明实施例的发光元件的第二基底(或封装基底)由于设置于第一基底下，可使整体封装结构在第一基底的厚度方向上(即平行于第一基底的第一表面的法向量的方向)较薄，有助于增进其应用范围。
文档编号H01L33/00GK101840976SQ20091014663
公开日2010年9月22日 申请日期2009年6月3日 优先权日2009年3月19日
发明者林孜翰, 翁瑞坪, 郭武政 申请人:采钰科技股份有限公司