化合物半導體元件的封裝模塊結構及其製造方法
2023-07-13 05:43:01 1
專利名稱：化合物半導體元件的封裝模塊結構及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種化合物半導體元件的封裝模塊結構及其製造方法，尤涉及一種光
電半導體元件的薄型封裝模塊結構及其製造方法。
背景技術：
由於光電元件中發光二極體(light emitting diode ;LED)有體積小、發光效率高 及壽命長等優點，因此被認為是次世代綠色節能照明的最佳光源。另外液晶顯示器的快速 發展及全彩屏幕的流行趨勢，使白光系發光二極體除了應用於指示燈及大型顯示幕等用途 外，更切入廣大的消費性電子產品，例如手機及個人數字助理(PDA)。 圖1為公知表面封裝(SMD)元件的發光二極體元件的剖面示意圖。發光二極體裸 片12通過固晶膠11固定於絕緣層13c上N型導電銅箔13b的表面，並通過金屬導線15與 P型導電銅箔13a和N型導電銅箔13b電性相連，其中P型導電銅箔13a、N型導電銅箔13b 及絕緣層13c構成具有電路的基板13。另外，透明膠材14覆蓋於基板13、金屬導線15及 裸片12上，可以保護整個發光二極體元件10不受環境及外力的破壞。
發光二極體元件10使用一般印刷電路板作為基板13，因此其整體厚度因受限於 基板13中絕緣層13c厚度而無法更薄。然而消費性電子產品趨向於輕、薄、短、小的外型， 因此其內部的各元件或外部殼體都需要小型化。另一方面，絕緣層13c多是散熱性較差的 樹脂材料製成，因此不利於高功率發光化合物半導體元件作為傳導熱量的散熱途徑。因此 若將多個發光二極體元件10組成發光二極體模塊，其將產生更嚴重的散熱問題。
綜上所述，市場上亟需要一種薄型化合物半導體元件的封裝模塊結構，除了厚度 要更薄而能節省所佔空間外，並且還要改善散熱不佳的問題，將更有利高功率元件的應用。
發明內容
為了克服上述現有技術的缺陷，本發明提供一種化合物半導體元件的封裝模塊結 構及其製造方法，該化合物半導體元件的封裝模塊結構包含一散熱薄層，可有效進行熱逸 散，因此可改善散熱不佳的問題。另外，化合物半導體元件的封裝模塊結構由於使用薄型基 板，其厚度可以更薄而能節省所佔空間。 本發明公開一種化合物半導體元件的封裝模塊結構，其包含一散熱薄層、一介電 層、多個化合物半導體裸片、一將該半導體裸片固接於該散熱薄層的手段以及一透明膠材。 所述介電層包含多個開口，形成於該散熱薄層上。多個化合物半導體裸片位於該介電層的 多個開口中的散熱薄層上，且化合物半導體裸片由該介電層分隔。透明膠材包覆所述多個 化合物半導體裸片。 根據本發明的一實施例，化合物半導體元件的封裝模塊結構另包含一電路板(例 如軟性電路板)，該電路板包含第一 電極及第二電極，分置於該化合物半導體裸片的兩側的 介電層上。將該半導體裸片固接於該散熱薄層的手段是以固晶膠接合於該散熱薄層，且以 金屬導線連接該第一電極及第二電極。本實施例中，化合物半導體元件的封裝模塊結構的厚度介於0. 4至0. 8mm。 根據本發明的另一實施例，該散熱薄層為具有電路圖案的導電膜層，其包含第一 電極及第二電極，分置於該化合物半導體裸片的兩側。將該化合物半導體裸片固接於該散 熱薄層的手段是利用倒裝晶片接合方式將該化合物半導體裸片連接該導電膜層的第一電 極及第二電極。利用多個凸塊電性連接該化合物半導體裸片與該導電膜層的第一電極及第 二電極。本實施例中，化合物半導體元件的封裝模塊結構的厚度介於0. 15至0. 3mm。
根據本發明第一實施例的化合物半導體元件的封裝模塊結構的製造方法，其包含 以下步驟首先，提供一散熱薄層，且形成一介電層於該散熱薄層上。該介電層包含多個開 口 。其次，將多個化合物半導體裸片固接於多個開口中的散熱薄層上，且將一包含第一電極 及第二電極的電路板覆蓋於該介電層上。第一電極及第二電極分置於該化合物半導體裸片 兩側的介電層上。接著電性連接所述多個化合物半導體裸片與第一電極及第二電極，並將 一透明膠材包覆該化合物半導體裸片。 一實施例中，所述多個化合物半導體裸片與第一電 極及第二電極可以焊線技術並通過多個金屬導線進行電性連接。 根據本發明第二實施例的化合物半導體元件的封裝模塊結構的製造方法，其包含 以下步驟首先提供一散熱薄層，其中包含第一電極及第二電極，且形成一包含多個開口的 介電層於該散熱薄層上。接著將多個化合物半導體裸片固接於多個開口中的散熱薄層上， 且電性連接該第一電極及第二電極。之後將一透明膠材包覆該化合物半導體裸片。 一實施 例中，將多個化合物半導體裸片固接於多個開口的散熱薄層上利用倒裝晶片技術並通過多 個凸塊使該化合物半導體裸片與該第一電極及第二電極電性連接。 實際製作上，上述化合物半導體元件的封裝模塊結構可先行形成於一暫用基板 上，且於透明膠材包覆該化合物半導體裸片後移除暫用基板。 相較於公知技術，除了提供薄型化的應用外，本發明的化合物半導體封裝模塊結 構的整個下表面均為散熱薄層，可有效逸散化合物半導體元件所發出的熱，增加散熱速率， 進而增加化合物半導體的亮度、熱穩定度及使用壽命。
的步驟示
的步驟示
圖1為公知表面封裝(SMD)形式的發光二極體元件的剖面示意圖2A 2H為本發明第一實施例的化合物半導體元件的封裝模塊結構的製造方法
意圖；以及
圖3A 3E為本發明第二實施例的化合物半導體元件的封裝模塊結構的製造方法
上述附圖中的附圖標記說明如下 10發光二極體元件 11介電材料層 12裸片
13a P型導電銅箔 13c絕緣層 15金屬導線
20、40化合物半導體元件封膠模塊結構 21電路板 22孔洞
13基板
13b N型導電銅箔 14透明膠材
具體實施例方式
圖2A 2H為本發明第一實施例的化合物半導體元件的封裝模塊結構的製造方法 的步驟示意圖。參照圖2A，其為一具孔洞22的電路板21的立體示意圖。 一實施例中，該電 路板21為一軟性電路板(例如FR-4)，其先行準備以作為後續製作化合物半導體元件的封 裝模塊結構的構件。 如圖2B所示，一暫用基板23具有一第一表面231與一第二表面232，在圖2B中 第一表面231是上表面，而第二表面232是下表面。暫用基板23可以由金屬材料、陶瓷材 料或高分子材料所製成。暫用基板23的第一表面231上形成一散熱薄層24。散熱薄層24 可以是金屬薄層，其材料可以是銀、鎳、銅、錫、鋁或前述金屬材料的合金，或者是銦錫氧化 物(IT0)、銦鋅氧化物(IZ0)、銦鎵氧化物(IG0)及銦鴇氧化物(IW0)等透明導電材料。
如圖2C所示，在該散熱薄層24上利用開膜、射出等步驟形成介電層26，且相鄰兩 介電層26中形成開口 27。開口 27形成反射杯的結構。多個開口27的位置分布一一對應 於電路板21的孔洞22。 參照圖2D，通過固晶膠28將化合物半導體裸片29固定於開口 27中的散熱薄層 24上。之後，將電路板21覆蓋於介電層26上，其中電路板21的孔洞22對應於開口 27，如 圖2E所示。電路板21的電路設計將開口 27兩側分別設為N型電極211及P型電極212。 一實施例中，裸片29可為發光二極體，雷射二極體，或是光伏打電池(photocell)。
參照圖2F，利用焊線或是稱為打線接合(wire-bonding)技術並以金屬導線30完 成裸片29 、 N型電極211及P型電極212間的電性連接。 參照圖2G，覆蓋一透明膠材31於裸片29、 N型電極211、 P型電極212及金屬導 線30上。透明膠材31可為環氧樹脂(印oxy)或矽膠(silicone ;又稱矽氧烷)等。該透 明膠材31可混入螢光粉等光轉換材料，藉此可以被激發而產生二次光線，並和裸片29產生 的一次光線混合而形成白光或是其他種多波長的電磁輻射。混入的螢光體的材質可為紀
24散熱薄層 27開口 29裸片 31透明膠材 44散熱薄層 47開口 49裸片 70間隔槽 232第二表面 212P型電極 232第二表面 242第二表面 432第二表面 442P型電極 444第二表面 23暫用基板 26介電層 28固晶膠 30金屬導線 43暫用基板 46介電層 48凸±央 50透明膠材 231第一表面 211N型電極 231 241 431 441N型電極 443第一表面
面面面
表表表
舅舅舅鋁石榴石(YAG)，鋱鋁石榴石(TAG)，矽酸鹽族系(silicate)，氮化物為主(nitride-based) 等不同的螢光體。透明膠材31可以通過轉移成型(transfer-molding)或是注入成型 (inject-molding)等方式形成。 當該透明膠材31硬化後，可以通過彎折、分離、蝕刻、雷射切割或研磨將暫用基板 23移除，以致散熱薄層24的第一表面241外露，至此化合物半導體元件的封裝模塊結構20 便已完成，如圖2H所示。又散熱薄層24的第一表面241相對於第二表面242，該第二表面 242仍被透明膠材31所覆蓋。 由於化合物半導體元件20兩端的N型電極211及P型電極212露出透明膠材31 外，因此可以作為電性連接的外部接點。另一方面，裸片29產生的熱量直接通過很薄且導 熱佳的散熱薄層24，因此可大幅增加封裝模塊結構20的散熱效率。本發明化合物半導體元 件20的厚度可以降至0. 3mm 1. Omm，而形成超薄結構。 圖3A 3H為本發明第二實施例的化合物半導體元件的封裝模塊結構的製造方法 的步驟示意圖，其中主要利用倒裝晶片技術。 如圖3A所示， 一暫用基板43具有一第一表面431與一第二表面432，在圖3A中 第一表面431是上表面，而第二表面432是下表面。暫用基板43可以由金屬材料、陶瓷材 料或高分子材料所製成，其第一表面431上有以印刷(printing)、網印(screening)、電鑄 (electroform)、化鍍(無電解電鍍)或濺鍍(sputter)形成一具圖案的散熱薄層44。本實 施例中，該散熱薄層44是一包含N型電極441和P型電極442的導電膜層，且分置於隔離 槽70的兩側，形成封裝模塊結構所需電路。導電膜層的材料可以是銀、鎳、銅、錫、鋁或前述 金屬材料的合金，或者是銦錫氧化物(IT0)、銦鋅氧化物(IZ0)、銦鎵氧化物(IG0)及銦鴇氧 化物(IW0)等透明導電材料。 如圖3B所示，在該散熱薄層44上利用開膜、射出等步驟形成介電層46，其中相鄰 的介電層46間形成多個開口 47。多個開口 47的位置分布對應於散熱薄層44的隔離槽70。
參照圖3C，裸片49是倒裝晶片固定於散熱薄層44，其中通過多個凸塊48分別和 N型電極441及P型電極442電性相連。 參照圖3D，形成透明膠材50於開口 47中，而覆蓋裸片49、N型電極441、P型電極 442上。透明膠材50可為環氧樹脂或矽膠等，且可以通過轉移成型或是注入成型等方式覆 蓋於裸片49上。 當該透明膠材50硬化後，可以通過彎折、分離、蝕刻、雷射切割或研磨將暫用基板 43移除，以致散熱薄層44的第一表面443外露，至此化合物半導體元件的封裝模塊結構40 便已完成，如圖3E所示。又散熱薄層44的第一表面443相對於第二表面444，該第二表面 444仍被透明膠材50所覆蓋。 由於化合物半導體元件40的N型電極441及P型電極442外露，因此可以作為電 性連接的外部接點。另一方面，裸片49產生的熱量直接透過很薄且導熱佳的散熱薄層44， 因此可增加整體封裝模塊結構的散熱效率。 上述實施例顯示的工藝先後順序並無限制，惟需符合模塊工藝由高溫至低溫。
大體而言，而第二實施例採用倒裝晶片技術，相較於第一實施例可進一步降低封 裝模塊結構40的厚度至0. 1 0. 6mm。本發明的封裝模塊結構20、40可視需要為條狀的光 條(light bar)或片狀的光板結構(light plate)，提供多樣化的應用。
相較於公知技術，除了提供薄型化的應用外，本發明的化合物半導體封裝模塊結構20、40的整個下表面均為散熱薄層，可有效逸散化合物半導體元件所發出的熱，增加散熱速率，進而增加化合物半導體的亮度、熱穩定度及使用壽命。另外，實施例中FPC的應用提供可撓特性而可克服表面彎曲的後端模塊使用。 本發明的技術內容及技術特點已公開如上，然而本領域普通技術人員仍可能基於本發明的教導及公開而作種種不背離本發明精神的替換及修飾。因此，本發明的保護範圍應不限於實施例所公開的範圍，而應包括各種不背離本發明的替換及修飾，並為所附的權利要求所涵蓋。
權利要求
一種化合物半導體元件的封裝模塊結構，包含一散熱薄層；一介電層，包含多個開口，形成於該散熱薄層上；多個化合物半導體裸片，位於該介電層的多個開口中的散熱薄層上，且相鄰的兩化合物半導體裸片由該介電層分隔；一將所述多個化合物半導體裸片固接於該散熱薄層的手段；以及一透明膠材，包覆所述多個化合物半導體裸片。
2. 根據權利要求1所述的化合物半導體元件的封裝模塊結構，其中該散熱薄層為不具 電路圖案的金屬薄層，該散熱薄層的材料為銀、鎳、銅、錫、鋁或前述金屬的合金、銦錫氧化 物、銦鋅氧化物、銦鎵氧化物或銦鎢氧化物的其中之一，該半導體裸片固接於該散熱薄層的 手段為以固晶膠接合於該散熱薄層，且以金屬導線連接該第一電極及第二電極，另包含一 電路板，該電路板包含第一電極及第二電極，分置於該化合物半導體裸片兩側的介電層上， 且該電路板為軟性電路板，該化合物半導體元件的封裝模塊結構的厚度介於0. 3至1. 0mm。
3. 根據權利要求1所述的化合物半導體元件的封裝模塊結構，其中該散熱薄層為具有 電路圖案的導電膜層，包含第一電極及第二電極，分置於該化合物半導體裸片的下方兩側， 該化合物半導體裸片固接於該散熱薄層的手段為利用倒裝晶片接合方式將該化合物半導 體裸片連接該導電膜層的第一電極及第二電極，另包含多個凸塊，所述多個凸塊電性連接 該化合物半導體裸片與該導電膜層的第一電極及第二電極，該化合物半導體元件的封裝模 塊結構的厚度介於0. 1至0. 6mm。
4. 根據權利要求1所述的化合物半導體元件的封裝模塊結構，其中該化合物半導體裸 片可為發光二極體裸片、雷射二極體或光傳感裸片，該位於開口兩側的介電層形成反射杯， 該透明膠材內混有螢光粉，前述該透明膠材為環氧樹脂或矽氧烷其中之一。
5. —種化合物半導體元件的封裝模塊結構的製造方法，包含以下步驟 提供一散熱薄層；形成一介電層於該散熱薄層上，該介電層包含多個開口 ； 將多個化合物半導體裸片固接於多個開口中的散熱薄層上；將一電路板覆蓋於該介電層上，該電路板包含第一電極及第二電極，分置於該化合物 半導體裸片兩側的介電層上；電性連接所述多個化合物半導體裸片與第一電極及第二電極；以及 將一透明膠材包覆該化合物半導體裸片。
6. —種化合物半導體元件的封裝模塊結構的製造方法，包含以下步驟 提供一散熱薄層，包含第一電極及第二電極； 形成一介電層於該散熱薄層上，該介電層包含多個開口 ；將多個化合物半導體裸片固接於多個開口中的散熱薄層上，且電性連接該第一電極及 第二電極；以及將一透明膠材包覆該化合物半導體裸片。
7. 根據權利要求5所述的化合物半導體元件的封裝模塊結構的製造方法，其中該散 熱薄層先行形成於一暫用基板上，且該暫用基板於透明膠材包覆該化合物半導體裸片後移 除，該暫用基板是通過彎折、分離、蝕刻、雷射切割或研磨的方式而移除，該暫用基板由金屬材料、陶瓷材料或高分子材料所製成。
8. 根據權利要求5或6任一所述的化合物半導體元件的封裝模塊結構的製造方法，其 中該散熱薄層的材料為銀、鎳、銅、錫、鋁或前述金屬的合金，所述多個化合物半導體裸片以 固晶膠接合於該散熱薄層，電性連接所述多個化合物半導體裸片與第一電極及第二電極是 以焊線技術並通過多個金屬導線進行電性連接，該半導體裸片可為發光二極體裸片、雷射 二極體或是光傳感裸片，該透明膠材為環氧樹脂或矽氧烷。
9. 根據權利要求6所述的化合物半導體元件的封裝模塊結構的製造方法，其中該散 熱薄層先行形成於一暫用基板上，且該暫用基板於透明膠材包覆該化合物半導體裸片後移 除。
10. 根據權利要求6所述的化合物半導體元件的封裝模塊結構的製造方法，其中該散 熱薄層為一導電膜層，且以印刷、網印、電鑄、化鍍或濺鍍而形成於該暫用基板，該暫用基板 通過彎折、分離、蝕刻、雷射切割或研磨的方式而移除。
全文摘要
本發明公開一種化合物半導體元件的封裝模塊結構，其包含一散熱薄層、一介電層、多個化合物半導體裸片、一將該半導體裸片固接於該散熱薄層的手段以及一透明膠材。所述介電層包含多個開口，形成於該散熱薄層上。多個化合物半導體裸片位於該介電層的多個開口中的散熱薄層上，且相鄰的兩化合物半導體裸片由該介電層分隔。透明膠材包覆所述多個化合物半導體裸片。除了提供薄型化的應用外，本發明的化合物半導體封裝模塊結構的整個下表面均為散熱薄層，可有效逸散化合物半導體元件所發出的熱，增加散熱速率，進而增加化合物半導體的亮度、熱穩定度及使用壽命。
文檔編號H01L21/50GK101728370SQ20081017383
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月29日 優先權日2008年10月29日
發明者曾文良, 郭子毅, 陳隆欣 申請人:先進開發光電股份有限公司