專利名稱：發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光元件，特別是涉及一種在次載體上至少包含一電子元件與多個(gè)發(fā)光二極管陣列芯片并且可直接用于交流電的發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(light-emitting diode, LED)的發(fā)光原理是利用電子在η型半導(dǎo)體 與P型半導(dǎo)體間移動(dòng)的能量差，以光的形式將能量釋放，這樣的發(fā)光原理有別于白熾燈發(fā) 熱的發(fā)光原理，因此發(fā)光二極管被稱為冷光源。此外，發(fā)光二極管具有高耐久性、壽命長(zhǎng)、輕 巧、耗電量低等優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)今的照明市場(chǎng)對(duì)于發(fā)光二極管寄予厚望，將其視為新一代的照 明工具，已逐漸取代傳統(tǒng)光源，并且應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如交通號(hào)志、背光模塊、路燈照明、醫(yī) 療設(shè)備等。圖1為已知可用于交流電源的發(fā)光二極管照明元件結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，已知 可用于交流電源的發(fā)光二極管照明元件100包含次載體(SUbmoimt) 10、位于次載體10上的 發(fā)光二極管陣列芯片12，以及與上述的發(fā)光二極管陣列芯片12形成電性連接的至少一焊 墊14，其中上述的發(fā)光二極管陣列芯片12至少包含一基板120以及多個(gè)于基板120上的發(fā) 光二極管單元122。若欲將上述已知可用于交流電源的發(fā)光二極管照明元件100直接取代一般照明 裝置，此發(fā)光二極管照明元件100必須在100伏特至240伏特的高電壓環(huán)境工作，而長(zhǎng)時(shí) 間處于工作狀態(tài)的發(fā)光二極管照明元件100容易產(chǎn)生溫度過高的問題。在上述高溫高電 流(壓)的環(huán)境中，電子元件往往容易產(chǎn)生電致遷移效應(yīng)(electron migration effect), 所謂“電致遷移效應(yīng)”是指經(jīng)由溫度和電子風(fēng)(electron wind)加乘效應(yīng)所造成的金屬離 子的移動(dòng)。一般而言，溫度愈高愈容易發(fā)生金屬離子的電遷移現(xiàn)象。在發(fā)光二極管元件 中，電子流在高的溫度下會(huì)使得金屬原子從電極擴(kuò)散至有源區(qū)域，諸如氧化銦錫(Indium TinOxide, IT0)和銀等電極材料就容易有電致遷移。此外焊料(solder)或細(xì)小金屬連結(jié) 亦可能因?yàn)殡娭逻w移效應(yīng)產(chǎn)生空洞(void)，進(jìn)而導(dǎo)致元件斷路。由上述描述可知，高溫高電流(壓)的工作環(huán)境大大地降低了可用于交流電源的 發(fā)光二極管照明元件的可靠度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種發(fā)光元件，其至少包含一次載體(submoimt)、位 于次載體上的至少一電子元件，以及顆位于次載體上的多個(gè)發(fā)光二極管陣列芯片，其中上 述多個(gè)發(fā)光二極管陣列芯片以串聯(lián)或并聯(lián)的方式與電子元件形成電性連接，且任二相鄰的 上述發(fā)光二極管陣列芯片的間距大于100 μ m，由此提高發(fā)光元件的散熱效率。本發(fā)明的又一目的是提供至少一位于次載體上的焊墊(bond pad)，與上述的電子 元件以及發(fā)光二極管陣列芯片形成電性連接，并且通過焊墊與高壓交流電源供應(yīng)器連接， 以提供交流電源至發(fā)光元件。
本發(fā)明的再一目的是提供發(fā)光元件，其中上述的電子元件可以是整流單元、電阻 單元、電容單元或電感單元等無源元件，用以提高發(fā)光元件的效率。本發(fā)明揭示一種發(fā)光元件，在此發(fā)光元件中具有多個(gè)發(fā)光二極管陣列芯片，且上 述發(fā)光二極管陣列芯片包含多個(gè)發(fā)光二極管單元，并且排列成串接的封閉回路。 本發(fā)明說明一種發(fā)光元件，在此發(fā)光元件中具有多個(gè)發(fā)光二極管陣列芯片，且上 述發(fā)光二極管陣列芯片包含多個(gè)發(fā)光二極管單元，多個(gè)發(fā)光二極管單元排列成多個(gè)串接封 閉回路，其中任二相鄰的封閉回路具有相異的串接方向，且此相鄰的封閉回路具有共用部 分。


圖1為已知可用于交流電源的發(fā)光二極管照明元件結(jié)構(gòu)示意圖。圖2A為本發(fā)明實(shí)施例的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2B為本發(fā)明實(shí)施例的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2C為本發(fā)明另一實(shí)施例的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明又一實(shí)施例的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明發(fā)光二極管陣列芯片的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖5A至圖5D為本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光二極管陣列芯片的制造流程示意圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光二極管陣列芯片的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖7A與圖7B為本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光二極管陣列芯片的電路示意圖。圖8為本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光二極管陣列芯片的另一電路示意圖。附圖標(biāo)記說明100:照明元件10:次載體12 發(fā)光二極管陣列芯片14 焊墊120 基板122 發(fā)光二極管單元200 發(fā)光元件20 次載體21:反射層22:電子元件23 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層24 發(fā)光二極管陣列芯片25 封裝膠材26 焊墊28:導(dǎo)電線路300:發(fā)光元件30 次載體31 整流元件32:發(fā)光二極管陣列芯片34:電阻36:電容38 焊墊39:導(dǎo)電線路400 發(fā)光二極管陣列芯片40 基板42 發(fā)光二極管單元44 電極46 電性連接結(jié)構(gòu)500 發(fā)光二極管陣列芯片50 基板52:外延疊層520 第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層522:活性層524 第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層54 二極管單元540 發(fā)光二極管單元
540，發(fā)光二極管單元542 整流二極管單元56 電極58 電性連接結(jié)構(gòu)580 絕緣層582 金屬層542a 整流二極管單元542b 整流二極管單元542c 整流二極管單元542d 整流二極管單元56a 電極56b 電極
具體實(shí)施例方式本發(fā)明揭示一種發(fā)光元件。為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備，請(qǐng)參照下列描 述并配合圖2A至圖8的圖示。圖2A為本發(fā)明實(shí)施例的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，圖2B為本發(fā)明實(shí)施例的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意 圖。如圖2A與圖2B所示，發(fā)光元件200至少包含一次載體(submOunt)20、位于次載體20 上的至少一電子元件22、位于次載體20上的多個(gè)發(fā)光二極管陣列芯片(light-emitting array chip) 24、位于次載體20上的至少一焊墊26，以及位于次載體20上的導(dǎo)電線路 (conductive trace) 28以串聯(lián)或并聯(lián)的方式電性連接上述的電子元件22、發(fā)光二極管陣列 芯片24與焊墊26 ；其中，任二相鄰發(fā)光二極管陣列芯片24之間具有間距D，并且間距D大 于100 μ m ；而上述焊墊26與交流電電源供應(yīng)器(圖未示)形成電性連接，其中此交流電電 源供應(yīng)器提供一般家用100V至240V的高壓交流電至上述發(fā)光元件200。在本實(shí)施例的發(fā)光元件200中，電子元件22由具有低導(dǎo)通電壓高逆向偏壓的至少一單元220排列而成的橋式整流回路的整流元件，通過此整流元件將交流電源供應(yīng)器所 提供的正弦波交流電(AC)轉(zhuǎn)換為脈沖式直流電(pulsed DC)后供發(fā)光元件200利用；其 中，具有低導(dǎo)通電壓高逆向偏壓的單元可以是齊納二極管(Zener Diode)或肖特基二極管 (Schottky Diode)0上述的電子元件22除了可以是整流元件外亦可以是選自電阻、電容、電感等無源元件(passive element)所構(gòu)成的組的至少一種單元。圖2C為本發(fā)明另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2C所示，本發(fā)明的發(fā)光元件200亦包含位于次載體20上的反射層21，用以反射發(fā)光二極管陣列芯片24所發(fā)出的光線，而次載 體20上還具有碗杯狀凹陷結(jié)構(gòu)29以容納上述的電子元件22或發(fā)光二極管陣列芯片24。 此外，上述的發(fā)光元件200還包含位于發(fā)光二極管陣列芯片24上的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層23以及位 于次載體20上且至少覆蓋上述發(fā)光二極管陣列芯片24的封裝膠材25。圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所述，發(fā)光元件300至少包 含次載體30、位于次載體30上的整流元件31、位于次載體30上的多個(gè)發(fā)光二極管陣列芯 片32、位于次載體30上與發(fā)光二極管陣列芯片32串聯(lián)的至少一電阻34、位于次載體30上 與發(fā)光二極管陣列芯片32與電阻34并聯(lián)的至少一電容36、位于次載體30上的至少一焊 墊38，以及位于次載體30上的導(dǎo)電線路39用以使上述的整流元件31、發(fā)光二極管陣列芯 片32、電容34、電阻36與焊墊38形成電性連接；其中，任二相鄰發(fā)光二極管陣列芯片32之 間具有大于100 μ m的間距；此外，上述焊墊38與交流電電源供應(yīng)器(圖未示)形成電性連 接，其中上述的交流電電源供應(yīng)器(圖未示)提供為一般家用100V至240V的高壓交流電 的電源至上述發(fā)光元件300。
圖4為上述實(shí)施例中發(fā)光二極管陣列芯片的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，發(fā)光 二極管陣列芯片400包含基板40、在基板40上的多個(gè)發(fā)光二極管單元(light-emitting diode imit)42、位于基板40上的至少兩個(gè)電極44，以及以串聯(lián)或并聯(lián)方式使多個(gè)發(fā)光二 極管單元42與電極44形成電性連接的電性連接結(jié)構(gòu)46 ；其中，上述連接結(jié)構(gòu)46可以是金 屬線(wire)或金屬層，而上述的電極44用以與本發(fā)明發(fā)光元件次載體上的導(dǎo)電線路形成 電性連接(圖未示)。不僅如此，此發(fā)光二極管陣列芯片400可通過控制發(fā)光二極管單元 42的數(shù)量與連接方式使發(fā)光二極管陣列芯片400本身具有特定工作電壓。通過上述發(fā)光二 極管陣列芯片可彈性設(shè)計(jì)電壓的特性，再配合多個(gè)發(fā)光二極管陣列芯片400串聯(lián)的設(shè)計(jì)， 使本發(fā)明發(fā)光元件可符合一般家用100V至240V的電壓條件。圖5A至圖5D為另一發(fā)光二極管陣列芯片的制造流程示意圖。如圖5A所示，提供基板50，并且以有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法在基板50上形成外延疊層52，其中上述的外延疊 層52由下而上至少包含第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層520、有源層522，以及第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層 524，并且此外延疊層52的材料選自包含鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、氮(N)、磷(P)或砷(As) 的半導(dǎo)體物質(zhì)，例如氮化鎵(GaN)系列材料或磷化鋁鎵銦(AlGaInP)系列材料。隨后，如圖5B所示，利用光刻蝕刻技術(shù)蝕刻上述的外延疊層52，以定義出多個(gè)溝 槽53，由此于基板50上形成多個(gè)二極管單元54，其中上述二極管單元54包含發(fā)光二極管 單元540/540，與整流二極管單元542。接著如圖5C所示，再次利用光刻蝕刻技術(shù)蝕刻上述的二極管單元54，使二極管單 元54裸露部分的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層520。最后，如圖5D所示，在基板上形成電極56，用以與先前所述的次載體上的導(dǎo)電線 路(圖未示)形成電性連接；并且形成多個(gè)電性連接結(jié)構(gòu)58電性連接相異二極管單元54 與電極56。在本實(shí)施例中，電性連接結(jié)構(gòu)58包含覆蓋二極管單元54的側(cè)壁的絕緣層580， 以及位于絕緣層580上的金屬層582。此外，在上述發(fā)光二極管單元540中，任一發(fā)光二極管單元540以第一導(dǎo)電型半導(dǎo) 體層520通過電性連接結(jié)構(gòu)58與相鄰發(fā)光二極管單元540’的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層524形 成電性連接，并且排列成串接的封閉回路，通過上述的步驟成發(fā)光二極管陣列芯片500。圖6為圖5D中發(fā)光二極管陣列芯片500的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6所示，發(fā)光二 極管陣列芯片500包含基板50、在基板50上的多個(gè)二極管單元54、位于基板50上的電極 56a/56b,以及以串聯(lián)或并聯(lián)方式使連接相異二極管單元54與電極56a/56b的的電性連接 結(jié)構(gòu)58。上述的多個(gè)二極管單元54，包含多個(gè)發(fā)光二極管單元540以及多個(gè)整流發(fā)光二 極管單元542a/542b/542c/542d，其中電極56a通過電性連接結(jié)構(gòu)58分別與整流發(fā)光 二極管單元542a的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層(圖未示)以及542b的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層 (圖未示)形成電性連接；而電極56b通過電性連接結(jié)構(gòu)58分別與整流發(fā)光二極管單元 542c的第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體層(圖未示)以及542d的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層(圖未示)形 成電性連接。此外，發(fā)光二極管單元540排列形成串接的封閉回路，整流發(fā)光二極管單元 542a/542b/542c/542d則分別連接于上述封閉回路中相異的端點(diǎn)w/x/y/z。圖7A與圖7B為上述發(fā)光二極管陣列芯片的電路示意圖，其中箭號(hào)方向?yàn)榘l(fā)光二 極管陣列芯片電流通入時(shí)的電流路徑方向。如圖7A所示，當(dāng)電流由電極56a流入發(fā)光二極管陣列芯片500時(shí)，電流會(huì)流經(jīng)整流二極管單元542a、封閉回路中部分的發(fā)光二極管單元 540、整流二極管單元542c，并且由電極56b離開發(fā)光二極管陣列芯片500。相對(duì)于此，如圖 7B所示，當(dāng)電流由56b流入發(fā)光二極管陣列芯片500時(shí)，電流會(huì)流經(jīng)整流二極管542d、封閉 回路中部分的發(fā)光二極管單元540、整流二極管542b，并且由電極56a離開發(fā)光二極管陣列 芯片500。圖8為本發(fā)明實(shí)施例中發(fā)光二極管陣列芯片的另一電路示意圖，如圖8所示，發(fā)光二極管陣列芯片800中多個(gè)發(fā)光二極管單元82排列成多個(gè)串接封閉回路A/B，其中相鄰封 閉回路的電性串接方向相異，在本實(shí)施例中，封閉回路A以順時(shí)針方向串接，封閉回路B以 逆時(shí)針方向串接，且上述相鄰的封閉回路A與封閉回路B之間至少具有一共用回路C。不僅 如此發(fā)光二極管陣列芯片800還包含多個(gè)整流二極管單元84，分別與封閉回路A/B中相異 的四個(gè)端點(diǎn)相連接，以提供整流功能。以上所述的實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，當(dāng)不能以之限定本發(fā)明的專利范圍，即大凡依本發(fā) 明所揭示的精神所作的等同變化或修飾，仍應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種可用于高壓交流電的發(fā)光元件，至少包含次載體；至少一電子元件，位于該次載體上；多個(gè)發(fā)光二極管陣列芯片，位于該次載體上，其中相鄰二該發(fā)光二極管陣列芯片間具有間距，其中該間距至少大于100μm；至少一焊墊，位于該次載體上；以及導(dǎo)電線路，位于該次載體上，并且分別使該電子元件、該多個(gè)發(fā)光二極管陣列芯片，以及該焊墊形成電性連接。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，該電子元件可以為至少一整流元件、電阻元件、電容 元件或電感元件，其中該整流元件由具有低順向電壓與高逆向偏壓的至少一單元組成，其 中該具有低順向電壓與高逆向偏壓的單元可以為整流二極管或肖特基二極管。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，任一該發(fā)光二極管陣列芯片包含多個(gè)發(fā)光二極管單 元，其中該多個(gè)發(fā)光二極管單元排列成至少一串接的封閉回路。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光元件，其中該發(fā)光二極管陣列芯片還包含多個(gè)整流二極管 單元，與該封閉回路形成電性連接。
5.如權(quán)利要求4所述的發(fā)光元件，該發(fā)光二極管陣列芯片還包含至少一電極，其中該 電極分別與至少一該整流二極管單元以及該導(dǎo)電線路形成電性連接。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，該發(fā)光二極管陣列芯片包含多個(gè)發(fā)光二極管，其中 該多個(gè)發(fā)光二極管串接排列成多個(gè)封閉回路，其中任選二相鄰的封閉回路具有相異的串接 方向，且該相鄰的封閉回路具有共用部分。
7.如權(quán)利要求6所述的發(fā)光元件，其中該發(fā)光二極管陣列芯片還包含多個(gè)整流二極管 單元，與該封閉回路形成電性連接。
8.如權(quán)利要求7所述的發(fā)光元件，該發(fā)光二極管陣列芯片還包含至少一電極，其中該 電極分別與該整流二極管單元以及該導(dǎo)電線路形成電性連接。
9.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，其中該多個(gè)發(fā)光二極管陣列芯片通過串聯(lián)或并聯(lián)形 成IOOV至240V的電位降。
10.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，還包含反射層，位于該次載體上。
11.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，還包含波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層，位于該多個(gè)發(fā)光二極管陣列芯 片上。
12.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件，還包含封裝膠材，位于該次載體上，并且至少覆蓋 該多個(gè)發(fā)光二極管陣列芯片。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種可用于高壓交流電的發(fā)光元件，其包含次載體、位于次載體上的至少一電子元件、位于次載體上的多個(gè)發(fā)光二極管陣列芯片、位于次載體上的至少一焊墊，以及位于次載體上的導(dǎo)電線路；其中上述導(dǎo)電線路分別使電子元件、多個(gè)發(fā)光二極管陣列芯片，以及焊墊形成電性連接，且任二相鄰發(fā)光二極管陣列芯片間的間距大于100μm，由此提高發(fā)光元件的散熱效率。
文檔編號(hào)H01L27/15GK101800219SQ200910007059
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月9日
發(fā)明者梁立田, 洪詳竣, 王希維, 范進(jìn)雍, 鐘健凱, 陳昭興 申請(qǐng)人:晶元光電股份有限公司