本发明关于一种光半导体装置与光半导体装置的封装件，特别关于一种可发出紫外光的光半导体装置与光半导体装置的封装件。
背景技术：
发光二极管(light-emitting diode,LED)是由半导体材料所制成的光电组件，组件具有两个电极端子，在端子间施加电压，经由电子电洞的结合，则可将能量以光的形式激发释出。发光二极管具有节能、省电、高效率、反应时间快、寿命周期时间长、且不含汞、具有环保效益等优点。其中，紫外光发光二极管更可应用于医学治疗、生医美容、植物灯、杀菌、生物鉴定及工业应用(光固化、曝光)等领域。
在紫外光的发光二极管封装技术中，由于封装胶必须使用透明材料，以利光线的射出，因此材料上的选择有限。目前紫外光发光二极管(UV LED)的封装材料常用的是高分子胶材，高分子胶材在长期照射短波蓝光或UV光(例如波长450nm以下)的情况下会发生质变而劣化，使得穿透率下降，同时还会失去附着力，故在产品中后期的出光效益与质量上都会有疑虑，无法提供UV LED长期的良好封装效果。
为了改善上述状况，封装技术已发展出将UV LED芯片置于载体中，并使用石英玻璃覆盖在载体上来当作封装材，内部再抽真空或填入氮气，通过在短波长下仍可维持高穿透率的特性，可维持产品稳定的出光效率。然而，目前石英玻璃与载体(陶瓷或金属材质)的接着大多使用共金方式接合(Eutectic)，但是共金制程较为困难而且成本较高。另外，部分业者会在石英玻璃与载体之间仍须使用粘着胶做为接合剂，长期使用后接合处的胶体一样会有变质的风险。另外，这种做法的制程困难度较高，使得其成本也相当较高，而且光取出效率也不令人满意。
技术实现要素：
本发明的目的为提供一种光半导体装置与光半导体装置的封装件，相较于现有做法而言，本发明具有制程困难度较低、成本较低，耐紫外光且光取出效率较高的特点。
本发明提出的一种光半导体装置，包括基座、光电半导体芯片以及封装件。光电半导体芯片设置于基座上。封装件覆盖光电半导体芯片于基座上，并包含耐紫外光透光接着剂及多个耐紫外光透光粒子，该些耐紫外光透光粒子混合于耐紫外光透光接着剂中；其中，该些耐紫外光透光粒子在封装件的重量百分比大于50％，该些耐紫外光透光粒子与耐紫外光透光接着剂的折射率差距小于0.02，且该些耐紫外光透光粒子的紫外光耐久度优于耐紫外光透光接着剂。
本发明又提出的一种光半导体装置，包括基座、光电半导体芯片以及封装件。光电半导体芯片设置于基座上并配置来发出峰值为λ纳米波长的光线。封装件覆盖光电半导体芯片于基座上，并包含耐紫外光透光接着剂及多个耐紫外光透光粒子，该些耐紫外光透光粒子混合于耐紫外光透光接着剂中；其中，该些耐紫外光透光粒子在封装件的重量百分比大于50％，且该些耐紫外光透光粒子的粒径小于λ/4。
在一实施例中，该些耐紫外光透光粒子与耐紫外光透光接着剂的折射率差距小于0.02，该些耐紫外光透光粒子的紫外光耐久度优于耐紫外光透光接着剂。
在一实施例中，该些耐紫外光透光粒子的粒径的中位数小于λ/10。
在一实施例中，各耐紫外光透光粒子的粒径小于40纳米。
在一实施例中，耐紫外光透光接着剂的材料为硅胶或氟素高分子胶体，该硅胶为甲基系胶体、苯基系胶体、或甲基苯基复合胶体。
在一实施例中，耐紫外光透光粒子为石英玻璃粒子或硼玻璃粒子，或其组合。
在一实施例中，该些耐紫外光透光粒子在封装件的重量百分比大于或等于70％。
在一实施例中，耐紫外光透光粒子的光穿透率大于或等于90％。
在一实施例中，该光电半导体芯片为紫外光发光二极管芯片。
在一实施例中，基座具有容置槽，光电半导体芯片设置于容置槽内，封装件填在容置槽内且覆盖及连接光电半导体芯片。
在一实施例中，封装件从容置槽突出并形成透镜。
本发明更提出的一种光半导体装置的封装件，包括耐紫外光透光接着剂以及多个耐紫外光透光粒子，该些耐紫外光透光粒子混合于耐紫外光透光接着剂中；其中，该些耐紫外光透光粒子在封装件的重量百分比大于50％，该些耐紫外光透光粒子与耐紫外光透光接着剂的折射率差距小于0.02，且该些耐紫外光透光粒子的紫外光耐久度优于耐紫外光透光接着剂。
在一实施例中，耐紫外光透光接着剂的材料为硅胶或氟素高分子胶体，该硅胶为甲基系胶体、苯基系胶体、或甲基苯基复合胶体。
在一实施例中，耐紫外光透光粒子为石英玻璃粒子或硼玻璃粒子，或其组合。
在一实施例中，该些耐紫外光透光粒子在封装件的重量百分比大于或等于70％。
在一实施例中，耐紫外光透光粒子的光穿透率大于或等于90％。
在一实施例中，各耐紫外光透光粒子的粒径小于40纳米。举例来说，耐紫外光透光接着剂是藉配方的调整，在例如聚二甲基硅氧烷胶体、或苯基型硅胶体、或缩合型硅胶体、或氟素高分子胶体，或其组合为主的接着剂中调整成分，使调整后的耐紫外光透光接着剂整体的黏着力虽然降低但折射率增加。虽然调整后耐紫外光透光接着剂的黏着力降低，但仍足以耐紫外光透光粒子黏着固定，且调整后耐紫外光透光接着剂的折射率提高到接近甚至相等于耐紫外光透光粒子的折射率，因而不会造成光线折射。
承上所述，在本发明的光半导体装置与光半导体装置的封装件中，封装件中的该些耐紫外光透光粒子在封装件的重量百分比大于50％，该些耐紫外光透光粒子与耐紫外光透光接着剂的折射率差距小于0.02，且该些耐紫外光透光粒子的紫外光耐久度优于耐紫外光透光接着剂；或者，该些耐紫外光透光粒子在封装件的重量百分比大于50％，且该些耐紫外光透光粒子的粒径小于λ/4。由此，相较于现有技术而言，可使本发明的光半导体装置具有制程困难度较低、成本较低，耐紫外光且光取出效率较高的优点。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的一种光半导体装置的示意图。
图2至图5A分别为本发明不同实施方式方式的光半导体装置的示意图。
图5B为图5A的光半导体装置的电性连接示意图。
具体实施方式
以下将参照相关附图，说明依本发明较佳实施例的光半导体装置与光半导体装置的封装件，其中相同的组件将以相同的参照符号加以说明。本发明所有实施方式的图示只是示意，不代表真实尺寸与比例。此外，以下实施例的内容中所称的方位“上”及“下”只是用来表示相对的位置关系。再者，一个组件形成在另一个组件“上”、“之上”、“下”或“之下”可包括实施例中的一个组件与另一个组件直接接触，或也可包括一个组件与另一个组件之间还有其他额外组件使一个组件与另一个组件无直接接触。
请参照图1所示，其为本发明较佳实施例的一种光半导体装置1的示意图。
光半导体装置1包括基座11、光电半导体芯片12以及封装件13。光电半导体芯片12设置于基座11上。本实施例的光电半导体芯片12是以一个紫外光发光二极管芯片(UV LED chip)，并为垂直式LED芯片设置于基座11上为例，然并不以此为限。在其他的实施例中，也可多个光电半导体芯片12串联及/或并联设置于基座11上。基座11的材料可包含玻璃、蓝宝石、石英、陶瓷、玻璃纤维、树脂性材料、金属或高分子材料，或其组合。本实施例的基座11是以陶瓷金属复合平板基座为例。
如图1所示，光电半导体芯片12的两电极121、122分别位于上、下两侧，电极121通过导线15连接设置在基座11上的导电层161，且电极122与设置在基座11上的另一导电层162直接连接。于此，电极122与导电层162可通过例如导电粘着层(例如导电胶，图未显示)而直接连接。当两个导电层161、162之间施加电压差，可驱动光电半导体芯片12(紫外光发光二极管芯片)发出紫外光波长的光线(其波长例如介于200纳米至450纳米之间)。
封装件13为透光材料制成，并覆盖光电半导体芯片12于基座11上，以直接形成凸透镜。其中，封装件13包含耐紫外光透光接着剂131及多个耐紫外光透光粒子132，且该些耐紫外光透光粒子132混合于耐紫外光透光接着剂131中。本实施例的封装件13为封装胶，并覆盖在基座11上且连接光电半导体芯片12。耐紫外光透光接着剂131的材料例如但不限于为硅胶或氟素高分子胶体。其中，硅胶可为甲基系胶体(例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)胶体)、或苯基系胶体、或甲基苯基复合胶体。而耐紫外光透光粒子132的材料可为石英玻璃粒子或硼玻璃粒子，或其组合，皆不限定。此外，耐紫外光透光粒子132的光穿透率大于或等于90％(光穿透率≧90％)。
于此，耐紫外光透光接着剂131是以硅胶或氟素高分子胶体为例。硅胶或氟素高分子胶体材料本身虽具有高透光性、抗UV及抗裂能力，而且高温时的稳定性佳，但是，若长期照射紫外光时，仍会有劣化的可能。因此，本实施例将耐紫外光透光粒子132均匀混合于耐紫外光透光接着剂131中，不仅加入的耐紫外光透光粒子132的紫外光耐久度优于耐紫外光透光接着剂131外，而且该些耐紫外光透光粒子132添加的重量百分比在封装件13的重量百分比更大于50％，但小于90％。较佳者是介于65％至80％之间，在一些实施例中，该些耐紫外光透光粒子132在封装件13的重量百分比例如可大于或等于70％。另外，本实施例的耐紫外光透光粒子132与耐紫外光透光接着剂131的折射率差距更小于0.02，这表示两者的折射率相当接近，使得耐紫外光透光粒子132与耐紫外光透光接着剂131之间几无折射接口。举例来说，耐紫外光透光粒子132的材料为玻璃粒子，耐紫外光透光接着剂131的材料为硅胶或氟素高分子胶体，封装件13整体的特性会偏向玻璃。
由于耐紫外光透光粒子132的添加量相当大，而且耐紫外光透光粒子132与耐紫外光透光接着剂131的折射率相当接近，可使由光电半导体芯片12射出的紫外光线于封装件13中几乎不会产生折射，使得光半导体装置1的光线取出效率较高。另外，由于耐紫外光透光粒子132的紫外光耐久度优于耐紫外光透光接着剂131，故于耐紫外光透光接着剂131中加入大量的耐紫外光透光粒子132，也可减少长时间照射UV光的情况下，封装件13劣化的可能性，提高UV耐久性。
在一些实施例中，耐紫外光透光接着剂131因配方调整后其折射率增加，但黏着力降低。举例来说，耐紫外光透光粒子132的材料若是玻璃，其比重约为2.5，而耐紫外光透光接着剂131的比重约为1，故单位体积下，耐紫外光透光粒子132较耐紫外光透光接着剂131重很多。耐紫外光透光接着剂131对于非有机物质具有较高黏着力，其藉配方的调整，在例如聚二甲基硅氧烷胶体、或苯基型硅胶体、或缩合型硅胶体、或氟素高分子胶体，或其组合为主的接着剂中调整成分，使调整后的耐紫外光透光接着剂131整体的黏着力虽然降低但折射率增加。即使调整后耐紫外光透光接着剂131的黏着力降低例如低于一般的封装材料例如环氧树脂胶，但是仍足以将单位体积较重的耐紫外光透光粒子132黏着固定。调整后耐紫外光透光接着剂131的折射率提高到接近甚至相等于耐紫外光透光粒子132的折射率，因而不会造成光线折射。
另外，耐紫外光透光接着剂131的主链键结能依选用的材料而定。举例来说，耐紫外光透光接着剂131的主链键结能为每摩尔452千焦耳，耐紫外光透光接着剂131例如是硅胶，主链例如是Si-O键，硅胶例如是甲基系胶体、苯基系胶体、或甲基苯基复合胶体；或者，耐紫外光透光接着剂131的主链键结能为每摩尔485千焦耳，耐紫外光透光接着剂131例如是氟素高分子，主链例如是C-F键。
此外，本实施例的封装件13包含耐紫外光透光接着剂131与多个耐紫外光透光粒子132，但可以不含有荧光材料；或者，在其他的实施例中，封装件13内也可以含有荧光材料。
在制程工艺上，可将大量的耐紫外光透光粒子132均匀混合于耐紫外光透光接着剂131后(例如耐紫外光透光粒子132大于50％的重量百分比)，利用现有的点胶制程或压模制程(Molding)将混合后的胶体覆盖光电半导体芯片12于基座11上，使封装件13经固化成形后直接形成二次透镜来改变光半导体装置1的光学性能，由此，相较于现有做法而言，本实施例的光半导体装置1的制程困难度较低，成本也相对较低。
另外，在瑞利散射(Rayleigh scattering)的理论中，散射光强度与入射光波长的四次方成反比。因此，在一些实施例中，假设光电半导体芯片12配置来发出峰值为λ纳米波长的紫外光线的话，则封装件13的该些耐紫外光透光粒子132的粒径可小于λ/4，且该些耐紫外光透光粒子132在封装件13的重量百分比大于50％时，也可降低光线的散射效应且提升光半导体装置1的光取出效率。更进一步来说，除了上述外，该些耐紫外光透光粒子132与耐紫外光透光接着剂131的折射率差距小于0.02，该些耐紫外光透光粒子132的紫外光耐久度优于耐紫外光透光接着剂131，除了可使光线取出效率再提升之外，更可提高封装件13的耐用性。
此外，在一些实施例中，该些耐紫外光透光粒子132的粒径的中位数小于λ/10；各耐紫外光透光粒子132的粒径小于40纳米，皆可降低光线的散射效应而提升其光取出效率。
请分别参照图2至图4B所示，其分别为本发明不同实施方式的光半导体装置1a～1d的示意图。
如图2所示，与图1的光半导体装置1的差别在于，光半导体装置1a的基座11a不是平板基板，而是具有容置槽111的承载座，容置槽111的内缘具有一侧壁112，且光电半导体芯片12设置容置槽111内而位于基座11a上。在一些实施例中，侧壁112上可具有高反射率的反射材料(图未显示)，例如为反射层或反射片，其材料可例如为金属(例如银)、合金，或二氧化钛(TiO2)与树脂的混合物。利用高反射率的反射材料，使侧壁112形成高反射率的表面，如此，可提高光线利用率。
另外，本实施例的光半导体装置1a的封装件13填充在基座11的容置槽111内而覆盖及连接光电半导体芯片12，并接触侧壁112而与基座11的侧壁112等高，由此形成透镜。由于封装胶(封装件13)固化前为具流动性的胶体，利用容置槽111的侧壁112也可作为挡墙，使封装胶限制于容置槽111内而覆盖在光电半导体芯片12上而固化成形，以形成高透光率的封装件13，由此形成透镜来改变光半导体装置1a的光学性能。
另外，如图3所示，与图2的光半导体装置1a的差别在于，光半导体装置1b的封装件13除了填充在基座11的容置槽111内而完全接触侧壁112，且覆盖及连接光电半导体芯片12之外，封装件13更从容置槽111往远离光电半导体芯片12的方向突出而形成凸透镜133。
另外，如图4A所示，与图3的光半导体装置1b的差别在于，光半导体装置1c的光电半导体芯片12是以水平式的LED芯片为例，并通过一粘着件14粘着于基座11上。其中，光电半导体芯片12是通过两导线151、152分别连接设置在基座11上的两个导电层161、162。
另外，如图4B所示，与图3的光半导体装置1b的差别在于，光半导体装置1d的光电半导体芯片12是以覆晶技术(Flip-chip)设置于基座11a上为例。其中，光电半导体芯片12的两电极121、122位于同一侧，且两电极121、122分别通过导电凸块P接合于基座11a的两个导电层161、162。
值得一提的是，在图4A、图4B的实施例中，光半导体装置1c的光电半导体芯片12是以水平式的LED芯片，光半导体装置1d的光电半导体芯片12是以覆晶技术的LED芯片为例，在另一些实施例中，也可将水平式的LED芯片或覆晶技术的LED芯片(12)设置在图1的平板状基座11上，且封装件13覆盖在水平式的LED芯片或覆晶技术的LED芯片于基座11上，使封装件13的上表面直接形成平面透镜，或是直接形成凸透镜，并不限制。此外，在上述图1至图3的实施例中显示的是垂直式芯片，但在一些实施例中，也可将图4A的水平式芯片或图4B的覆晶芯片应用于图1至图3的结构中，以将图1至图3中的垂直式芯片改为如图4A的水平式芯片或图4B的覆晶芯片，本发明也不限制。
另外，请参照图5A及图5B所示，其中，图5A为本发明又一实施方式的光半导体装置1e的示意图，而图5B为图5A的光半导体装置的电性连接示意图。
本实施例的光半导体装置1e包含两个光电半导体芯片12a、12b间隔设置于基座11上，由封装件13分别覆盖在光电半导体芯片12a、12b而分别直接形成凸透镜后，再利用胶材17(例如黑色密封胶)进行外部包覆，并且使胶材17对应于光电半导体芯片12a、12b之处分别具有开口，以让光线可以通过。其中，光电半导体芯片12a或光电半导体芯片12b可为水平式芯片或垂直式芯片，并不限制。另外，本实施例的封装件13分别于光电半导体芯片12a、12b上形成凸透镜，在不同的实施例中，封装件13也可分别于光电半导体芯片12a、12b上形成平面透镜。
本实施例的光电半导体芯片12a为紫外光发光二极管芯片而可发出紫外光，而光电半导体芯片12b为紫外光感测芯片而可感测紫外光且输出感测信号。其中，当光电半导体芯片12a发出的UV光照射到待测物之后，反射的UV光可由光电半导体芯片12b接收，光电半导体芯片12b输出的感测信号可被处理组件18(例如处理IC)处理后，可进行后续的控制动作，例如可控制光电半导体芯片12a所发出的UV光的照度或光量。
另外，在一些实施例中，光电半导体芯片12a、12b与处理单元18可整合在单一个封装体中，或者光电半导体芯片12a、12b与处理单元18可为分开的构件，本发明也不限制。
此外，光半导体装置1a～1d的其他技术特征可参照上述光半导体装置1的相同组件，不再赘述。
综上所述，在本发明的光半导体装置与光半导体装置的封装件中，封装件中的该些耐紫外光透光粒子在封装件的重量百分比大于50％，该些耐紫外光透光粒子与耐紫外光透光接着剂的折射率差距小于0.02，且该些耐紫外光透光粒子的紫外光耐久度优于耐紫外光透光接着剂；或者，该些耐紫外光透光粒子在封装件的重量百分比大于50％，且该些耐紫外光透光粒子的粒径小于λ/4。由此，相较于现有技术而言，可使本发明的光半导体装置具有制程困难度较低、成本较低，耐紫外光光取出效率较高的优点。
以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的权利要求书中。