專利名稱：發(fā)光器件封裝和包括其的照明系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實施方案涉及一種發(fā)光器件封裝和包括其的照明系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)可構(gòu)成利用化合物半導體材料例如GaAs基材料、AlGaAs基材料、GaN基材料、InGaN基材料和InGaAlP基材料的發(fā)光源。發(fā)光器件廣泛用于光學器件和高功率電子器件的領(lǐng)域。這種發(fā)光器件被封裝，因此用作發(fā)射各種顏色的光的發(fā)光設(shè)備。發(fā)光設(shè)備用作各 個領(lǐng)域如照明顯示、字符顯示和圖像顯示中的光源。

發(fā)明內(nèi)容
實施方案提供一種提高熱發(fā)射效率的發(fā)光器件封裝和包括其的照明系統(tǒng)。在一個實施方案中，發(fā)光器件封裝包括具有溝槽的封裝體；所述溝槽內(nèi)的金屬 層；和所述金屬層上方的發(fā)光器件。在另一實施方案中，照明系統(tǒng)包括發(fā)光模塊，其包括發(fā)光器件封裝，所述發(fā)光器 件封裝包括具有溝槽的封裝體；所述溝槽內(nèi)的金屬層；和所述金屬層上方的發(fā)光器件。一個或更多個實施方案的細節(jié)在附圖和以下說明中提出。從說明書和附圖以及權(quán) 利要求書，其他特征將變得明顯。


圖1是根據(jù)一個實施方案的發(fā)光器件封裝的截面圖。圖2至5是示出根據(jù)一個實施方案的發(fā)光器件封裝的制造工藝的視圖。圖6是根據(jù)另一實施方案的發(fā)光器件封裝的截面圖。圖7是根據(jù)一個實施方案的照明單元的透視圖。圖8是根據(jù)一個實施方案的背光單元的透視圖。
具體實施例方式在下文，將參照附圖描述根據(jù)一個實施方案的發(fā)光器件封裝和包括其的照明系 統(tǒng)。在以下說明中，應(yīng)當理解，當稱層(或膜)在另一層或襯底之“上”時，它可以直接 在另一層或襯底之上，或者也可以存在中間層。此外，應(yīng)當理解，當稱層在另一層之“下”時， 它可以直接在另一層之下，或者也可以存在一個或更多個中間層。此外，還應(yīng)理解，當稱層 在兩個層“之間”時，它可以是所述兩個層之間的唯一層，或者也可以存在一個或更多個中 間層。圖1是根據(jù)一個實施方案的發(fā)光器件封裝的截面圖。根據(jù)一個實施方案的發(fā)光器件封裝可包括具有溝槽的封裝體110、設(shè)置在溝槽中的金屬層120、設(shè)置在金屬層120上的粘合層150和設(shè)置在粘合層150上的發(fā)光器件160。
在一個實施方案中，發(fā)光器件可以是發(fā)光二極管(LED)，但是不限于此。雖然在圖1中示出的是水平型發(fā)光器件芯片，但是本公開不限于此。例如，實施方 案可應(yīng)用于垂直型發(fā)光器件芯片。在一個實施方案中，發(fā)光器件封裝可具有如下結(jié)構(gòu)在封裝體110上執(zhí)行各向異 性濕法或干法蝕刻工藝以限定通孔，然后執(zhí)行電鍍工藝以填充通孔。此時，可通過發(fā)光器件底表面邊緣處限定的通孔供給電流以通過發(fā)光器件芯片下 方限定的通孔發(fā)射熱，由此提高熱發(fā)射效率。在根據(jù)一個實施方案的發(fā)光器件中，可增加具有高導熱性的金屬的百分比，并且 可以在發(fā)光器件封裝的底表面中設(shè)置窄且深的熱擴散層以提高熱發(fā)射效率。此外，由于執(zhí)行考慮襯底的晶體取向的各向異性濕蝕刻工藝來低成本地限定窄且 深的溝槽，所以當利用電鍍技術(shù)填充具有高導熱性的金屬時，可形成窄且深的熱擴散層。在下文，將參照圖2至5描述發(fā)光器件的封裝方法。如圖2所示，用于安裝發(fā)光器件160的腔C可形成于封裝體110中，但是不限于此。封裝體110可以是硅(Si)襯底，但是不限于此。封裝體110可具有<110>取向。在相關(guān)技術(shù)中，用于形成熱發(fā)射通路的<100>Si晶圓具有<111>晶面和約54. V 的傾角。因此，當執(zhí)行濕蝕刻工藝時，熱發(fā)射通路具有其寬度朝向下方向逐漸變窄或變寬的 形狀。因此，存在難以形成窄且深的溝槽的局限性。此外，可以執(zhí)行除濕蝕刻工藝之外的各向異性干蝕刻工藝如反應(yīng)離子蝕刻(RIE) 工藝以形成多個窄且深的溝槽。然而，考慮到昂貴的制造成本和加工時間，難以將各向異性 干蝕刻工藝應(yīng)用于LED封裝的制造工藝。因此，在一個實施方案中，可使用其中<111>晶面與其垂直的<110>Si晶圓來利用 各向異性濕蝕刻工藝(其為廉價的蝕刻工藝)形成窄且深的溝槽。此后，如圖2所示，可以在具有腔C的封裝體110中形成多個第一溝槽。關(guān)于各第 一溝槽Tl的垂直截面，第一溝槽Tl中的每一個可具有大于其水平寬度的垂直寬度。多個第一溝槽Tl可配置為形成用于發(fā)射熱的金屬層120。此時，陰極引線溝槽Tc 和陽極引線溝槽Ta可與多個第一溝槽Tl 一起形成。圖3是其中在<110>Si晶圓上執(zhí)行各向異性濕蝕刻工藝的情形的平面視圖。其中KOH可與水和異丙醇混合的溶液可用作用于形成溝槽的各向異性蝕刻溶液， 但是不限于此。例如，可利用約23襯％的Κ0Η、約13wt%的異丙醇和約63wt%的水進行蝕 刻工藝，但是不限于此。根據(jù)一個實施方案，設(shè)置在與(111)平面平行的方向上的蝕刻掩模(未顯示)在 封裝體110上，例如<110>Si襯底封裝體的底表面上圖案化，以利用濕蝕刻工藝形成在垂直 方向上限定的窄且深的第一溝槽Tl。根據(jù)一個實施方案，根據(jù)封裝體110的晶體取向，考慮到蝕刻性質(zhì)，可利用各向異 性蝕刻工藝形成在垂直方向上限定的多個窄且深的第一溝槽Tl。在根據(jù)一個實施方案的發(fā)光器件封裝及其制造方法中，具有高導熱性的金屬的百 分比可增加，并且窄且深的熱擴散層可置于發(fā)光器件封裝的底表面中以提高熱發(fā)射效率。如圖4所示，多個金屬層120形成于多個第一溝槽Tl中。例如，金屬層120可利用電鍍技術(shù)沉積在多個第一溝槽Tl內(nèi)以填充溝槽。金屬層120的每一層在垂直截面中可具有矩形棒形狀。此時，可一起填充陰極引線溝槽Tc和陽極引線溝槽Ta以及金屬層120以形成陰極引線130和陽極引線140。由于執(zhí)行考慮到襯底晶體取向的各向異性濕蝕刻工藝以用低成本限定窄且深的 溝槽，所以，當利用電鍍技術(shù)填充具有高導熱性金屬時可形成窄且深的熱擴散層。反射層180可形成于封裝體110上，但是不限于此。反射層180可以是導電反射 層180。例如，反射層180可包括包含Al、Ag的金屬層或包含Al或Ag的合金的金屬層。反 射層180可配置為將陰極引線130與陽極引線140電隔離。此后，可將粘合層150形成于反射層180上。例如，發(fā)光器件160可利用聚合物粘合劑或鍍覆的低共熔金屬連接至封裝體110。此外，在需要高導熱性的情況下，發(fā)光器件160可通過改善的利用Ag導電環(huán)氧樹 脂的錫焊接工藝或低共熔結(jié)合工藝連接到封裝體110，但是不限于此。如圖5所示，在發(fā)光器件170上執(zhí)行導線接合工藝。例如，陰極引線130可連接至發(fā)光器件160的陰極電極(未顯示)，陽極引線140 可連接至發(fā)光器件160的陽極電極。例如，導線170可包括金線、銅線和鋁線中的一種或更多種導線。導線接合工藝可 包括球式導線接合或邊緣導線接合。在圖5中，當發(fā)光器件160為垂直型發(fā)光器件160時，發(fā)光器件電連接至金屬層。 然而，發(fā)光器件160可不電連接至金屬層120。當發(fā)光器件160為垂直型發(fā)光器件160時，粘合層150可具有導電性，并且可只使
用一根導線。此外，當發(fā)光器件160為垂直型發(fā)光器件160時，金屬層120可用作電極層。此外， 金屬層120可電連接至發(fā)光器件160。在該情況下，可不形成單獨的陰極引線和陽極引線。當使用倒裝芯片接合技術(shù)接合發(fā)光器件160時，不需要導線。此外，發(fā)光器件160 的電極可電連接至陰極引線130和陽極引線140。圖6是根據(jù)另一實施方案的發(fā)光器件封裝的截面圖。根據(jù)另一實施方案的圖6的發(fā)光器件封裝可采用根據(jù)一個實施方案的發(fā)光器件 的技術(shù)特性。根據(jù)另一實施方案的發(fā)光器件封裝可包括設(shè)置在發(fā)光器件160兩側(cè)的封裝體110 上的屏障物180和設(shè)置在發(fā)光器件160上的密封物190。在一個實施方案中，當形成密封物190時，可形成至少一個屏障物180可。屏障物 180可幫助形成密封物190以及防止密封物190的剝離現(xiàn)象。屏障物180可包括氧化物層 或氮化物層，但是不限于此。密封物190可包括磷光體(未顯示)。例如，密封物190的密封方法可包括分散 法、澆注法、傳遞模塑法和真空印刷法。此外，藍色發(fā)光器件可使用黃色磷光體例如釔鋁石榴石(YAG)和鋱鋁石榴石 (TAG)作為磷光體，或者UV發(fā)光器件可使用(紅/綠/藍)三色磷光體作為磷光體，但是不 限于此。在根據(jù)另一實施方案的圖6發(fā)光器件封裝中，密封物190可具有由包括電介質(zhì)的屏障物180限定的圓頂形狀，但不限于此。根據(jù)該實施方案的發(fā)光器件封裝及其制造方法，在晶圓級封裝中，具有高導熱性 的金屬的百分比可增加，并且窄且深的熱擴散層可設(shè)置在發(fā)光器件封裝的底表面中以提高 熱發(fā)射效率。此外，由于執(zhí)行考慮襯底的晶體取向的各向異性濕蝕刻工藝以用低成本限定窄且 深的溝槽，所以當利用電鍍技術(shù)填充具有高導熱性的金屬時，可形成窄且深的熱擴散層。
根據(jù)一個實施方案的發(fā)光器件封裝可應(yīng)用于照明系統(tǒng)。照明系統(tǒng)可包括圖7中示 出的照明單元、圖8中示出的背光單元、交通燈、車輛頭燈和招牌。圖7是根據(jù)一個實施方案的照明單元的透視圖。參照圖7，照明單元1100可包括殼體1110、設(shè)置在殼體1110中的發(fā)光模塊1130 和設(shè)置在殼體1110中以從外部電源接收電力的連接端子1120。殼體1110可由具有改進的熱耗散特性的材料形成。例如，殼體1110可由金屬材 料或樹脂材料形成。發(fā)光模塊1130可包括襯底1132和安裝在襯底1132上的至少一個發(fā)光器件封裝 1210。電路圖案可印刷在絕緣材料上以形成襯底1132。例如，襯底1132可包括印刷電路 板(PCB)、金屬芯PCB、柔性PCB或陶瓷PCB。此外，襯底1132可由能有效反射光的材料形成。襯底1132的表面可涂有彩色材 料，例如白色或銀色材料，光通過其有效地反射。至少一個發(fā)光器件封裝1210可安裝在襯底1132上。發(fā)光器件封裝1210可包括 至少一個發(fā)光二極管(LED) 100。LED 100可包括發(fā)射紅、綠、藍或白光的彩色LED和發(fā)射紫 外(UV)光的 UV LED。發(fā)光模塊1130可包括多個發(fā)光器件封裝1210以獲得各種顏色和亮度。例如，白 色LED、紅色LED和綠色LED可相互組合設(shè)置以確保高顯色指數(shù)(CRI)。連接端子1120可電連接至發(fā)光模塊1130以供電。如圖7所示，盡管連接端子1120 以插座方式螺旋插入外部電源中，但是本公開不限于此。例如，連接端子1120可具有銷形 狀。因此，連接端子1120可插入外部電源中或利用互連連接至外部電源。圖8是根據(jù)一個實施方案的背光單元的透視圖。根據(jù)一個實施方案的背光單元1200可包括導光板1210、發(fā)光模塊1240、反射構(gòu)件 1220和底蓋1230，但是不限于此。發(fā)光模塊1240可接觸導光板1210的至少一個表面以為 導光板1210提供光，但是不限于此。反射構(gòu)件1220可設(shè)置在導光板1210下方。底蓋1230 可容納導光板1210、發(fā)光模塊1240和反射構(gòu)件1220。導光板1210可擴散光以產(chǎn)生平面光。導光板1210可由透明材料形成。例如，導 光板1210可由丙烯酸樹脂基材料例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET)樹脂、聚碳酸酯(PC)樹脂、環(huán)烯烴共聚物(COC)樹脂和聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)樹 脂中的一種形成。發(fā)光模塊1240可向?qū)Ч獍?210的至少一個表面提供光。因此，發(fā)光模塊1240可 用作包括背光單元的顯示設(shè)備的光源。發(fā)光模塊1240可接觸導光板1210，但是不限于此。
特別地，發(fā)光模塊1240可包括襯底1242和安裝在襯底1242上的多個發(fā)光器件封裝200。襯底1242可接觸導光板1210，但是不限于此。襯底1242可以是包括電路圖案(未顯示)的PCB。然而，襯底1242可包括金屬芯 PCB或柔性PCB以及PCB，但是不限于此。多個發(fā)光器件封裝200可安裝在襯底1242上。此外，每個發(fā)光器件封裝200的發(fā) 光表面可與導光板1210間隔預(yù)定距離。反射構(gòu)件1220可設(shè)置在導光板1210下方。反射構(gòu)件1220反射入射到導光板1210 底表面上的光以在向上的方向上前進，由此提高背光單元的亮度。例如，反射構(gòu)件1220可 由PET、PC和PVC之一形成，但是不限于此。底蓋1230可容納導光板1210、發(fā)光模塊1240和反射構(gòu)件1220。為此，底蓋1230 可具有上端開放的盒狀，但是不限于此。底蓋1230可由金屬材料或樹脂材料形成。此外，底蓋1230可利用壓制成型工藝 或擠塑工藝制造。該說明書中提及的“一個實施方案”、“實施方案”、“示例性實施方案”等是指關(guān)于 實施方案所描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特征包含在本發(fā)明的至少一個實施方案中。說明書中 各處使用的這類短語不一定都是指相同的實施方案。此外，當關(guān)于任意實施方案描述具體 特征、結(jié)構(gòu)或特征時，關(guān)于實施方案的其它特征、結(jié)構(gòu)或特性來實現(xiàn)該特征、結(jié)構(gòu)或特性也 在本領(lǐng)域技術(shù)人員的范圍內(nèi)。雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的多個示例性實施方案描述本發(fā)明，但是應(yīng)理解，本領(lǐng)域的 技術(shù)人員可以設(shè)計多種其它修改方案和實施方案，它們也在本公開內(nèi)容的原理的精神和范 圍內(nèi)。更具體地，可以對本公開內(nèi)容、附圖和所附權(quán)利要求中的主題組合布置的組成部件和 /或布置進行各種變化和修改。除了對組成部件和/或布置進行變化和修改之外，可替代使 用對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言也是明顯的。
權(quán)利要求
一種發(fā)光器件封裝，其包括具有溝槽的封裝體；所述溝槽內(nèi)的金屬層；和所述金屬層上方的發(fā)光器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件封裝，其中所述溝槽包括恒定的垂直截面面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件封裝，其中所述溝槽包括矩形截面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件封裝，其中所述溝槽包括比其水平寬度大的垂直寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件封裝，其中所述金屬層包括矩形棒形狀的垂直截面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件封裝，其中所述金屬層與所述發(fā)光器件電隔離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件封裝，其中所述金屬層電連接至所述發(fā)光器件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件封裝，其中所述封裝體包括具有<110>取向的硅襯底。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光器件封裝，其中所述溝槽包括設(shè)置在與所述封裝體底表 面的(111)平面方向平行的方向上的多個溝槽。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件封裝，其包括所述金屬層上方的粘合層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)光器件封裝，其中所述發(fā)光器件連接至所述粘合層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件封裝，其中所述封裝體還包括腔和所述腔內(nèi)的反 射層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)光器件封裝，其中所述反射層包括導電性。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光器件封裝，其包括 所述發(fā)光器件側(cè)封裝體上的至少一個屏障物；和 所述發(fā)光器件上方的模制構(gòu)件。
15.一種照明系統(tǒng)，其包括包括發(fā)光器件封裝的發(fā)光模塊，其中所述發(fā)光器件封裝為權(quán)利要求1至14之一所述的 發(fā)光器件封裝。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光器件封裝和包括其的照明系統(tǒng)。發(fā)光器件封裝包括具有溝槽的封裝體、溝槽內(nèi)的金屬層和金屬層上方的發(fā)光器件。
文檔編號F21S2/00GK101807657SQ20101012153
公開日2010年8月18日 申請日期2010年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者宋鏞先, 曹京佑 申請人:Lg伊諾特有限公司