發光二極體的封裝結構及其封裝方法
2023-06-13 13:11:46
專利名稱：發光二極體的封裝結構及其封裝方法
技術領域：
本案涉及一種封裝結構及方法，尤指一種發光二極體的封裝結構及封裝方法。
背景技術：
將半導體製程應用於矽片(Si wafer)，不但可以大量地製作發光二極體基材(LEDsubmount),也能讓封裝廠商降低成本、提高產量，同時達到更佳的散熱效果。第1331415號中國臺灣專利案所揭露的技術，即為現有應用半導體製程的發光二極體封裝技術。參照此專利案的說明書及圖式內容可知，其是在覆蓋有絕緣層的矽基材的上、下表面，先分別形成在矽基材的電極介層孔中連接的導電層和電極，接著，再將晶片設置於矽基材上表面的導電層，以進行後續關於打線及封膠的步驟。 然而，前揭專利的技術必須分別在矽基材的上、下表面分別形成導電層和電極，並令導電層和電極於電極介層孔中接合方能完成，所以必須使用製程較為繁瑣的濺鍍(sputter)技術來形成導電層，間接地增加了廠商的時間與成本。另外，實際實施前揭專利案的技術後也發現到，導電層和電極在矽基材的電極介層孔中的電性連接情形並不理想，也就是說，導電層和電極並不易在矽基材的電極介層孔中完整地進行接合，這也直接導致晶片的發光效果不佳，影響到廠商的產品良率。另外，在後續利用膠帶封住電極介層孔然後形成封裝膠體(molding compound)的製程中，也容易發生溢膠的問題。
發明內容
鑑於現有技術的種種缺失，本發明提供一種發光二極體的封裝結構及其封裝方法，可避免導電層於電極介層孔中接合不良的問題，簡化製程步驟，節省時間，更提升產品整體良率。本發明所提供的發光二極體的封裝結構包括娃基材，具有相對的第一及第二表面、形成於該矽基材內部並連通至該第一表面的反射腔、及多個貫穿該反射腔底面及第二表面的電極介層孔；形成於該第二表面上的第一導電層；形成於該第一表面、反射腔及電極介層孔表面的第一絕緣層；形成於該反射腔壁面的第一絕緣層上的反射層；形成於該電極介層孔的表面並連接該第一導電層的第二導電層；形成於該第二導電層表面上的金屬層；設置在該反射腔中並電性連接該金屬層的晶片；以及形成於該反射腔及電極介層孔中，並覆蓋該第一絕緣層、反射層、金屬層及晶片的封裝膠體。為得到該發光二極體的封裝結構，本發明還提供一種發光二極體的封裝方法，包括以下步驟提供具有相對的第一及第二表面的矽基材，且該第二表面上形成有第一導電層；自該第一表面向該矽基材內部形成反射腔，並形成多個貫穿該反射腔底面及第二表面的電極介層孔；於該第一表面、反射腔及電極介層孔表面形成第一絕緣層；於該反射腔壁面的第一絕緣層上形成反射層；於該電極介層孔的表面形成連接該第一導電層的第二導電層；於該第二導電層表面上形成金屬層；於該反射腔中設置晶片，並電性連接該晶片及金屬層；以及於該反射腔及電極介層孔中形成封裝膠體，以覆蓋該第一絕緣層、反射層、金屬層及晶片。相較於現有技術，本發明無須實施至少兩次鍍覆處理以於電極介層孔中連接矽基材上下表面的導電層，且可避免導電層於電極介層孔中接合不良的問題，不但簡化製程步驟，節省時間，更提升產品整體良率。而由於本案的技術能藉由第一導電層先行封住電極介層孔，所以在後續形成封裝膠體(molding compound)的製程中也不易發生溢膠的缺失。
圖IA至圖IT為本發明發光二極體的封裝結構及其製法示意圖，其中，圖1K』圖IK的上視圖；圖1T』用於顯示晶片覆晶於反射腔中的示意圖。主要組件符號說明
10,10a, 10b, IOc 娃基材100 第一表面101 第二表面11a, lib, Ilc 第一導電層12反射腔13a, 13b電極介層孔14a, 14b, 14c 第一絕緣層15a, 15b, 15c 金屬膜16a, 16b, 16c 第二絕緣層17a, 17b, 17c, 17d, He, 17f, 17g 第二導電層18a, 18b, 18c, 18d, 18e, 18f, 18g 金屬層19 晶片30封裝膠體20a, 20b, 21a, 21b 介電層22 幹膜22』圖案化幹膜23a，23b圖案化光阻24 開口25, 25a, 25b, 25c 第一阻層26a, 26b, 26c, 26d 第二阻層250第一阻層開口。
具體實施例方式以下藉由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其它優點及功效。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技藝的人士的了解與閱讀，並非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的範圍內。同時，本說明書中所引用的如「第一」、「第二」及「底面」等用語，也僅為便於敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的範圍，其相對關的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當也視為本發明可實施的範疇。請依序參閱圖IA至圖1T，以充分了解本案提供的發光二極體的封裝結構及發光二極體的方法。參照圖IA至圖IE可知，其先提供具有相對的第一表面100及第二表面101的矽基材10,並於娃基材10的第二表面101形成第一導電層11a, lib。如圖IA所不,娃基材10的第一表面100可依序形成有例如為SiO2的介電層20a及例如為SiNx的介電層21a，同時，第二表面101也可依序形成有例如為SiO2的介電層20b及例如為SiNx的介電層21b。當然，也可僅形成一層介電層，端視不同的需求而定。又如圖IB及圖IC所示，通過塗覆幹膜22及如微影的圖案化手段，於該第二表面101上的介電層20b，21b上形成圖案化幹膜22』。接著，移除未為該圖案化幹膜22』覆蓋的 介電層20b,21b,以外露出第二表面101。再如圖ID所不，於外露出的第二表面101沉積(deposite)形成第一導電層Ila及第一導電層11b，同時，於中央的圖案化幹膜22』上也可沉積有第一導電層11c。而如圖IE所示，移除該圖案化幹膜22』及其覆蓋的介電層20b，21b，也就是說，剝除(strip)第二表面101中央區域上殘留的第一導電層11c、圖案化幹膜22』、介電層20b，21b,以令第二表面101能從第一導電層Ila及第一導電層Ilb間外露。參照圖IF至圖IL可知,其說明在完成第一導電層11a, Ilb後,於第一表面100形成反射腔12,並形成貫穿第一表面100及第二表面101的電極介層孔13a, 13b。如圖IF所示，於該第一表面100上的介電層21a形成圖案化光阻(photoresist) 23a，23b，而圖案化光阻23a，23b間形成有開口(opening) 24，開口 24外露出部份該介電層21a,且外露出的部份介電層21a的投影面積涵蓋第一導電層11a, Ilb間外露出的第二表面101的面積。接著，將開口 24中未被圖案化光阻23a，23b覆蓋的介電層20a及介電層21a利用如蝕刻(etch)的方式予以去除,如圖IG所不，以露出部份的第一表面100。又如圖IH所示，又以圖案化光阻23a，23b為屏蔽，利用蝕刻的方式向該矽基材10內部形成例如為梯形的反射腔12，而反射腔12連通至第一表面100。再如圖II所示，在形成反射腔12後，移除圖案化光阻23a，23b，並移除被圖案化光阻23a, 23b覆蓋住的介電層20a, 21a。而在移除完成後，即可於第一表面100上及反射腔12的表面形成例如為聚對二甲苯基(parylene)的第一阻層25，並通過雷射進行圖案化，以形成如圖IJ所示的第一阻層開口 250，以外露出部份的反射腔12的底面。於形成第一阻層25後，就可利用反應式離子蝕刻法(RIE etch)自該外露的反射腔12底面形成多個貫穿該反射腔12底面及第二表面101的電極介層孔(via hole) 13a，13b,以外露出第一導電層11a, Ilb,如圖IK所不。此時，以如圖1K』所不的上視圖而言，電極介層孔13a，13b可為橢圓形，或如矩形等其它形狀，而延著圖1K』的剖面線1K-1K所視，娃基材10被區隔成10a, 10b, 10c。而形成電極介層孔13a, 13b後,遂可將第一阻層25a, 25b, 25c予以移除,如圖IL所示。再參照圖1M,在將第一阻層25a, 25b, 25c移除後，於第一表面100上，反射腔12中，及電極介層孔13a, 13b的壁面,形成第一絕緣層14a, 14b, 14c,其中，該第一絕緣層14a,14b, 14c下緣可與第一導電層11a, Ilb連接。如圖IM所示，矽基材10a，10b，IOc上可分別鋪設有第一絕緣層14a，14b，14c，其中，第一絕緣層14a經由電極介層孔13a的壁面連接至第一導電層11a，第一絕緣層14b經由電極介層孔13a，13b的壁面連接至第一導電層11a，11b，第一絕緣層14c經由電極介層孔13b的壁面連接至第一導電層Ilb,而第一絕緣層14a, 14b, 14c,則可以SiO2予以製成。接著參照圖IN至圖10可知，在鋪設第一絕緣層14a，14b，14c後，在第一絕緣層14a，14b，14c上，形成位於反射腔12壁面上的反射層，該反射層可包括金屬膜及第二絕緣層。如圖IN所示，在第一絕緣層14a，14b，14c上以塗布(coating)的方式形成鋁質的金屬膜15a, 15b, 15c,具體來說,金屬膜15a, 15c位於反射腔12的壁面,而金屬膜15b則位於反射腔12底面的中央區域。·又如圖10所示，在金屬膜15a，15b, 15c上形成例如為SiO2的第二絕緣層16a，16b,16c,而第二絕緣層16a, 16b, 16c分別連接至第一絕緣層14a, 14b, 14c,以完整地包覆住金屬膜15a，15b，15c。當然，因應不同的實際需求，也可省略反射腔12底面上的金屬膜15b及第二絕緣層16b。再參照圖IP至圖IQ可知，在形成第二絕緣層16a，16b，16c後，於第一絕緣層14a，14b, 14c或第二絕緣層16a, 16b, 16c上形成第二導電層，並令第二導電層藉由電極介層孔
連接至第一導電層。如圖IP所示，可先在第一或第二絕緣層上鋪設例如為聚對二甲苯基(parylene)的第二阻層26a，26b, 26c, 26d，其中，第二阻層26a覆蓋著第一絕緣層14a及第二絕緣層16a，第二阻層26d覆蓋著第一絕緣層14c及第二絕緣層16c，而第二阻層26b，26c則形成於第二絕緣層16b的周緣，以外露出第二絕緣層16b的中央區域。如圖IQ所示，在完成第二阻層26a，26b，26c，26d的設置後，先形成第二導電材料，以覆蓋第二阻層26a，26b，26c，26d，電極介層孔13a，13b的孔壁。接著，再利用雷射鑽孔，以移除電極介層孔13a，13b周緣上部份的第二阻層26a，26d，及該第二阻層26a，26d上的第二導電材料，藉此形成第二導電層17a，17b，17c，17d，17e，17f，17g。由於藉由雷射鑽孔以形成第二導電層17a，17b，部份的第二阻層26a，26d也被移除，故第二導電層17a，17b的間隙會露出部份的第一絕緣層14a。另外，部份的第二阻層26b會由第二導電層17c，17d的間隙露出，部份的第二阻層26c會由第二導電層17d，17e的間隙露出，而部份的第一絕緣層14c會由第二導電層17f，17g的間隙露出。當然，第二導電層17b, 17c及第二導電層17e, 17f,可分別通過電極介層孔13a及電極介層孔13b，向下連接至第一導電層Ila及第一導電層lib。當然，第二導電層17b，17c及第二導電層17e, 17f,也可分別自第一導電層11a, Ilb向上突出反射腔12底面。參照圖IR至圖1S，在形成完第二導電層17a，17b，17c，17d，17e，17f，17g後，藉由電極介層孔13a, 13b連接至第一導電層11a, Ilb的第二導電層17b, 17c, 17e, 17f上,進一步形成金屬層。如圖IR所示，利用電鍍技術於第二導電層17a，17b，17c，17d，17e，17f，17g上分別形成金屬層 18a, 18b，18c，18d，18e，18f，18g。
接著，如圖IS所示，移除第二阻層26a，26b，26c，26d及其上的第二導電層17a，17g和金屬層18a，18g，換言之，留下自第一導電層Ila沿著電極介層孔13a向上突出反射腔12底面的第二導電層17b, 17c及金屬層18b, 18c,以及自第一導電層Ilb沿著電極介層孔13b向上突出反射腔12底面的第二導電層17e，17f及金屬層18e，18f。接著，參照圖1T，於反射腔12中設置晶片19，並電性連接晶片19及金屬層18b，18f，例如，可在形成於第二絕緣層16b上的第二導電層17d及金屬層18d上設置晶片19，並以例如為打線的方式電性連接晶片19及金屬層18b，18f，以完成晶片19的設置與電性連接。其次，晶片19及金屬層18b，18f也能用覆晶封裝(flip chip)的方式電性連接，如圖1T』所示，此時，去除第二導電層17d及金屬層18d。最後，於反射腔12及電極介層孔13a，13b中形成封裝膠體30，以覆蓋第一絕緣層、反射層、金屬層、及晶片。如圖1T、圖1T』所示，利用封裝膠體30覆蓋住外露的第一絕緣層14a，14c，外露 的第二絕緣層16a，16b，16c，外露的第二導電層17b，17c，17d，17e，17f，外露的金屬層18b，18c，18d，18e，18f，及晶片19，同時，也將封裝膠體30充填於電極介層孔13a，13b中。而本案提供的發光二極體的封裝結構，如圖1S、圖IT或圖1T』所示者，包括具有第一表面100、第二表面101，且形成有反射腔12和貫穿反射腔12底面及第二表面101的電極介層孔13a, 13b的娃基材10a, 10b, IOc ;形成於第二表面101並視需要地覆蓋住電極介層孔13a, 13b,且外露出部份的第二表面101的第一導電層11a, Ilb ;形成於第一表面100、反射腔12及電極介層孔13a，13b表面並連接至第一導電層11a，Ilb的第一絕緣層14a，14b，14c ;形成於第一絕緣層14a，14b，14c上並位於反射腔12的中央區域與兩端的金屬膜15a, 15b, 15c ;形成於金屬膜15a, 15b, 15c並連接至第一絕緣層14a, 14b, 14c的第二絕緣層16a,16b,16c。其次，還包括形成於第一絕緣層14a上並藉由電極介層孔13a連接至第一導電層Ila的第二導電層17b，形成於電極介層孔13a的第一絕緣層14b上並藉由電極介層孔13a連接至第一導電層I Ia的第二導電層17c，形成於電極介層孔13b的第一絕緣層14b上並藉由電極介層孔13b連接至第一導電層I Ib的第二導電層17e，形成於第一絕緣層14c上並藉由電極介層孔13b連接至第一導電層Ilb的第二導電層17f，以及僅形成於第二絕緣層16b上的第二導電層17d。此外，還包括形成於藉由電極介層孔13a連接至第一導電層Ila的第二導電層17b, 17c上的金屬層18b, 18c,以及形成於藉由電極介層孔13b連接至第一導電層Ilb的第二導電層17e，17f上的金屬層18e，18f。當然，更包括設置在形成於第二絕緣層16b上的金屬層18d並電性連接金屬層18b，18e的晶片19 ;以及覆蓋住外露的第一絕緣層14a，14c，外露的第二絕緣層16a，16b，16c,外露的第二導電層17b，17c，17d，17e，17f，外露的金屬層18b，18c，18e，18f，及晶片19，同時充填於電極介層孔13a，13b中的封裝膠體30。相較於現有技術，由於本案可選擇利用沉積技術來形成導電層，且無須在電極介層孔中讓上、下兩層的導電層進行接合，故，不但不會發生接合不良以致發光效率不佳的問題，也可簡化廠商的製程與成本，進而大幅提升產品的整體良率。其次，由於本案的技術藉由第一導電層先行封住電極介層孔，所以在後續形成封裝膠體的製程時，也不易發生溢膠的缺失。 上述實施例僅用以例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何本領域技術人員均可在不違背本發明的精神及範疇 下，對上述實施例進行修改。因此本發明的權利保護範圍，應如權利要求書所列。
權利要求
1.一種發光二極體的封裝結構，其包括 娃基材，其具有相對的第一及第二表面、形成於該娃基材內部並連通至該第一表面的反射腔及多個貫穿該反射腔底面及第二表面的電極介層孔； 第一導電層，其形成於該第二表面上； 第一絕緣層，其形成於該第一表面、反射腔及電極介層孔表面； 反射層，其形成於該反射腔壁面的第一絕緣層上； 第二導電層，其形成於該電極介層孔的表面並連接該第一導電層； 金屬層，其形成於該第二導電層表面上； 晶片，其設置在該反射腔中，並電性連接該金屬層；以及 封裝膠體，其形成於該反射腔及電極介層孔中，並覆蓋該第一絕緣層、反射層、金屬層及晶片。
2.根據權利要求I所述的發光二極體的封裝結構，其特徵在於，該第一導電層外露出部份該第二表面，且該第二表面對應位於該晶片下方。
3.根據權利要求I所述的發光二極體的封裝結構，其特徵在於，該反射層包括形成於該第一絕緣層上的金屬膜及包覆該金屬膜的第二絕緣層。
4.根據權利要求I所述的發光二極體的封裝結構，其特徵在於，該反射層還形成於該反射腔底面的第一絕緣層上。
5.根據權利要求I所述的發光二極體的封裝結構，其特徵在於，該第二導電層及金屬層突出該反射腔底面。
6.一種發光二極體的封裝方法，其包括以下步驟 提供具有相對的第一及第二表面的娃基材，且該第二表面上形成有第一導電層；自該第一表面向該矽基材內部形成反射腔，並形成多個貫穿該反射腔底面及第二表面的電極介層孔； 於該第一表面、反射腔及電極介層孔表面形成第一絕緣層； 於該反射腔壁面的第一絕緣層上形成反射層； 於該電極介層孔的表面形成連接該第一導電層的第二導電層； 於該第二導電層表面上形成金屬層； 於該反射腔中設置晶片，並電性連接該晶片及金屬層；以及 於該反射腔及電極介層孔中形成封裝膠體，以覆蓋該第一絕緣層、反射層、金屬層及晶片。
7.根據權利要求6所述的發光二極體的封裝方法,其特徵在於，該第一導電層的形成包括以下步驟 於該娃基材的第二表面上形成至少一層介電層； 於該第二表面上的介電層上形成圖案化幹膜； 移除未為該圖案化幹膜覆蓋的介電層，以外露出第二表面； 形成第一導電層於該外露的第二表面上；以及 移除該圖案化幹膜及其覆蓋的介電層。
8.根據權利要求6所述的發光二極體的封裝方法，其特徵在於，該反射腔及電極介層孔的形成包括以下步驟於該娃基材的第一表面上形成至少一介電層； 於該第一表面上的介電層上形成圖案化光阻，以外露出部份該介電層，其中，該外露的該介電層的投影面積涵蓋該第一導電層外露的第二表面面積； 移除外露的該介電層； 向該矽基材內部形成反射腔； 移除該圖案化光阻及第一表面上剩餘的介電層； 於該第一表面及反射腔表面形成第一阻層，且該第一阻層具有第一阻層開口，以外露出部分該反射腔底面； 自該外露的反射腔底面形成多個貫穿該反射腔底面及第二表面的電極介層孔，以外露出第一導電層；以及移除該第一阻層。
9.根據權利要求6所述的發光二極體的封裝方法，其特徵在於，該反射層包括形成於該第一絕緣層上的金屬膜及包覆該金屬膜的第二絕緣層。
10.根據權利要求6所述的發光二極體的封裝方法，其特徵在於，該反射層還形成於該反射腔底面的第一絕緣層上。
11.根據權利要求6所述的發光二極體的封裝方法，其特徵在於，該第二導電層及金屬層的製法包括 於該第一表面及反射腔表面上的第一絕緣層上形成第二阻層； 於該第二阻層上及該電極介層孔的孔壁上形成第二導電層； 移除該電極介層孔周緣上的第二阻層及該第二阻層上的第二導電層； 於該第二導電層上形成金屬層；以及 移除該第二阻層及其上的第二導電層及金屬層。
全文摘要
一種發光二極體的封裝結構及其封裝方法，該製法通過於矽基材底面形成第一導電層，接著自該矽基材頂面形成反射腔及電極介層孔；再於該反射腔壁面形成反射層以及於該電極介層孔表面形成第二導電層及金屬層，最後設置晶片及填充封裝膠體，即可得到本發明的發光二極體封裝結構。相較於現有技術，本發明無須實施至少兩次鍍覆處理以於電極介層孔中連接矽基材上下表面的導電層，且可避免導電層於電極介層孔中接合不良的問題，不但簡化製程步驟，節省時間，更提升產品整體良率。
文檔編號H01L33/00GK102903835SQ20111022954
公開日2013年1月30日 申請日期2011年8月9日 優先權日2011年7月29日
發明者王日富, 黃建屏, 李文豪, 陳賢文, 李明修 申請人:矽品精密工業股份有限公司