CN101587925A - 发光元件的封装结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光元件的封装结构及其制造方法，特别涉及一种发光元件的封装结构，包括：一发光元件晶片；一第一电极层，设置于上述发光元件晶片的第一表面上；一第二电极层，设置于上述发光元件晶片的第二表面上；一盖板，覆盖上述发光元件晶片的发光面；一绝缘层，包覆上述发光元件晶片的侧面和背面；一第一导线层，电性连接上述第一电极层，并沿着上述绝缘层延伸至上述发光元件晶片的背面；一第二导线层，电性连接上述第二电极层，其中上述第二导线层位于上述绝缘层上，并沿着上述绝缘层延伸至上述发光元件晶片的背面。本发明所述的发光元件的封装结构及其制造方法，可提升发光元件的封装结构的散热效率和发光元件的可靠度。

Description

发光元件的封装结构及其制造方法
技术领域
本发明有关于一种的发光元件的封装结构及其制造方法，特别有关于一种小尺寸、低热阻的发光元件的封装结构及其制造方法。
背景技术
发光二极管(light emitted diode，以下简称LED)在照明或显示应用中扮演重要的角色。LED与传统光源相比较具有许多优势，例如体积小、发光效应佳、操作反应速度快。早期LED已广泛地应用于移动电话、小型装置如遥控器等，到近年因高亮度、高功率LED出现，应用范围扩大至汽车、照明、户外大型显示器等产品。由于LED的亮度、功率皆积极提升，并开始用于背光与电子照明等应用后，LED的封装散热问题日趋严重。已知的LED打线封装结构的散热效率不佳，会让LED产生的热无法排解，进而使LED的工作温度上升，因而使发光亮度减弱、封装材质劣化，进而造成使用寿命衰减。
图1为已知的LED封装结构100，其中LED晶片31经由焊接或利用导热膏与硅镶嵌晶片(silicon sub-mount chip)30连接，经由打线(wire bonding)方式使LED晶片31经由金线32电性连接至导线架34。硅镶嵌晶片30可再往下连接散热块(heat-sinkingslug)37。硅密封胶36用以固定LED晶片31，而透镜35设置于硅密封胶36上。而塑胶外罩38(plastic case)与导线架34、散热块37和硅密封胶36结合，以完成封装，生产速度无法提升。当发光元件构成像素阵列以作为照明或显示用途时，已知的LED封装结构会因为导线架或外罩(housing)的面积庞大，使每个发光元件的间距无法缩小，因而像素的连续性差，画面视觉效果不佳。
在此技术领域中，有需要一种小尺寸、低热阻的发光元件的晶圆级封装结构及其制造方法。
发明内容
本发明提供一种发光元件的封装结构，包括：一发光元件晶片；一第一电极层，设置于上述发光元件晶片的第一表面上；一第二电极层，设置于上述发光元件晶片的第二表面上；一盖板，覆盖上述发光元件晶片的发光面；一绝缘层，包覆上述发光元件晶片的侧面和背面；一第一导线层，电性连接上述第一电极层，并沿着上述绝缘层延伸至上述发光元件晶片的背面；及一第二导线层，电性连接上述第二电极层，其中上述第二导线层位于上述绝缘层上，并沿着上述绝缘层延伸至上述发光元件晶片的背面。
本发明另提供一种发光元件的封装结构的制造方法，包括下列步骤：提供一晶圆，其包括多个发光元件晶片；一第一电极层，设置于上述发光元件晶片的一表面上；一第二电极层，设置于上述发光元件晶片的另一表面上；于上述晶圆的上述发光元件晶片的发光面上覆盖一盖板；至少移除上述晶圆背面的一部分以形成一沟槽，并露出上述第一电极层及上述第二电极层的接触面；以及顺应性形成至少二条导线层，其自上述沟槽的侧壁延伸至上述晶圆的背面，并分别电性连接至上述第一电极层和上述第二电极层的接触面。
本发明所述的发光元件的封装结构及其制造方法，可提升发光元件的封装结构的散热效率和发光元件的可靠度。
附图说明
图1为已知的LED封装结构。
图2a至图2c为本发明一实施例的发光元件的晶圆级封装的制程剖面图。
图3a至图3c为本发明另一实施例的发光元件的晶圆级封装的制程剖面图。
图4a至图4b为本发明其他实施例的具有不同发光元件晶片几何结构的封装结构的剖面图。
图5a至图5b为本发明其他实施例的具有散热焊垫的发光元件的封装结构的剖面图。
图6a至图6b为本发明其他实施例的具有散热介层孔插塞的发光元件的封装结构的剖面图。
图7a至图7d为本发明其他实施例的具有内嵌式散热材料层的发光元件的封装结构的剖面图。
图8a至图8d为本发明其他实施例的具有荧光层的发光元件的封装结构的剖面图。
图9为本发明其他实施例的具有微透镜阵列的发光元件的封装结构的剖面图。
图10a至图10d为本发明其他实施例的具有透镜结构的发光元件的封装结构的剖面图。
图11a至图11b为本发明其他实施例的具有反光元件的发光元件的封装结构的剖面图。
具体实施方式
以下以各实施例详细说明并伴随着图式说明的范例，做为本发明的参考依据。在图式或说明书描述中，相似或相同的部分皆使用相同的图号。且在图式中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，图式中各元件的部分将以分别描述说明之，值得注意的是，图中未绘示或描述的元件，为本领域普通技术人员所知的形式，另外，特定的实施例仅为揭示本发明使用的特定方式，其并非用以限定本发明。
图2a至图2c为本发明一实施例的发光元件的晶圆级封装的制程剖面图。本发明实施例利用晶圆级封装(wafer level chipscale package，WLC SP)制程，封装例如发光二极管(light emitteddiode，LED)或激光二极管(laser diode，LD)等发光元件。其中晶圆级封装制程主要是指在晶圆阶段完成封装步骤后，再予以切割成独立的封装体，然而，在一特定实施例中，例如将已分离的发光元件重新分布在一承载晶圆上，再进行封装制程，亦可称之为晶圆级封装制程。
请参考图2a，提供一晶圆200，其具有多个发光元件晶片300，每一个发光元件晶片300彼此以切割道A1和A2区隔。晶圆200的材质可包括透明半导体或介电材料。其中透明半导体材料可包括第三族氮化物半导体(group III nitridesemiconductors)(例如GaN)、第三族磷化物半导体(group IIIphosphide semiconductors)(例如GaP)、第三族砷化物半导体(group III arsenide semiconductors)(例如AlGaAs)、三-五族半导体(例如ZnS、ZnSe、CdSe或CdTe)、碳化硅、锗、硅或其合金。而介电材料可包括钻石(dimond)、钇铝石榴石(yttriumaluminium garnet，YAG)、金属氧化物(metal oxide)、金属氟化物(metal fluoride)、光学玻璃(optical glass)、硫系玻璃(chalcogenide glass)。举例来说，金属氧化物(metal oxide)可包括氧化铝(aluminum oxide(蓝宝石，sapphire))、氧化钨(tungstenoxide)、氧化碲(tellurium oxide)、氧化钛(titanium oxide)、氧化镍(nickel oxide)、氧化锆(zirconium oxide，方晶锆石，cubiczirconia)、氧化铟(indium oxide)、氧化锡(tin oxide)、氧化钯(barium oxide)、氧化锶(strontium oxide)、氧化钙(calciumoxide)、氧化锌(zinc oxide)、氧化镓(gallium oxide)、氧化锑(antimony oxide)、氧化钼(molybdenum oxide)、氧化铬(chromiumoxide)、氧化铅(lead oxide)或氧化铋(bismuth oxide)等。举例来说，金属氟化物可包括氟化钙(calcium fluoride)或氟化镁(magnesium fluoride)等。举例来说，光学玻璃可包括德国首德玻璃(Schott Glass)的型号为SF57、SF59、SFL56、LaSF、LaSFN9、LaSFN18或LaSFN30的光学玻璃，以及日本小原玻璃(Oharaglass)的型号为PBH71的光学玻璃。而硫系玻璃可包括锗-铋-镓-硫-硒玻璃((Ge，Sb，Ga)(S，Se)glass)。在本发明实施例中，晶圆200的材质可包括氧化铝(Al2O3)、砷化镓(GaAs)、硅(Si)或碳化硅(SiC)等。每一个发光元件晶片300可包括一半导体层202、一第一电极层206和一第二电极层204。半导体层202形成于晶圆200上。半导体层202可为一具有p型-n型接面(pn junction)的半导体层，其包括至少两个电性连接的p型区域和n型区域。一第一电极层206，设置于半导体层202上，并电性连接至半导体层202的一表面。举例来说，第一电极层206可电性连接至半导体层202的p型区域。一第二电极层204，设置于晶圆200的背面201上，并借晶圆200电性连接至半导体层202的另一表面。举例来说，第二电极层204可电性连接至半导体层202的n型区域。在一实施例中，上述第一电极层206和第二电极层204分别电性连接至半导体层202的不同导电类型区域，因此可分别做为发光元件晶片300的p型电极和n型电极。在其他实施例中，也可于半导体层202中设置一反射层(reflector)(图未显示)以增加其发光效率。另外，也可于发光元件晶片300中设置光二极管(photodiode)等电子元件(图未显示)，且电性连接至半导体层202，以控制半导体层202的发光亮度。在本发明实施例中，用于发光二极管(LED)或激光二极管(LD)的半导体层202，其材质可包括第三族氮化物半导体(group III nitride semiconductors)、第三族磷化物半导体(group III phosphide semiconductors)、第三族砷化物半导体(group III arsenide semiconductors)、三-五族元素与磷的化合物或其他类似的材料。举例来说，半导体层202可包括氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)、氮化硼(BN)、氮化铝铟(AlInN)、氮化铟镓(GaInN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化硼铝(BAlN)、氮化硼铟(BInN)、氮化硼镓(BGaN)、氮化硼铝镓铟(BAlGaInN)、磷化铝(AlP)、磷化镓(GaP)、磷化铟(InP)、铝磷化镓(AlGaP)、磷化铟镓(GaInP)、磷化砷镓(GaAsP)、磷化铝镓铟(InGaAlP)、氮磷化(GaInPN)、磷砷化铟镓(GaInAsP)、砷化铝(AlAs)、砷化镓(GaAs)、砷化铟(InAs)、砷化铝镓(GaAlAs)、砷化镓铟(GaInAs)、砷化铝镓铟(AlGaInAs)、氮砷化铟镓(GaInAsN)、砷锑化镓(GaAsSb)等。
然后，于发光元件晶片300上形成一覆有盖板212的空穴213，覆盖发光元件晶片300的发光面(例如为半导体层202的上表面)，例如可先于发光元件晶片300的周围及切割道A1和A2上形成一粘着层208a，再于粘着层上形成一支撑层(dam)210。接着，粘结发光元件晶片300与一盖板212，其中支撑层210介于第一电极层206与盖板212之间，以于发光元件晶片300与盖板212之间形成一空穴213。在本发明实施例中，粘着层208a可包括例如环氧树脂(epoxy)、硅树脂(silicone)或苯环丁烯(benzocyclobutene，BCB)等绝缘材料。支撑层210可包括环氧树脂(epoxy)、硅树脂(silicone)或苯环丁烯(benzocyclobutene，BCB)等绝缘材料。盖板212可使半导体层202产生的光通过而出射至外界，其材质可包括镜片级玻璃或石英等透明材质(transparent material)，如此可以避免已知发光元件中的传统封装胶会因长时间使用而使材质劣化的缺点。
接着，请参考图2b，逐步沿切割道A1和A2分离各发光元件晶片300并予以绝缘。例如可利用微影和蚀刻制程等选择性移除步骤，从晶圆200的背面201移除部分晶圆200，直到露出半导体层202为止，以于切割道A1和A2处先形成沟槽(图未显示)。接着，顺应性地于晶圆200的背面201和上述沟槽的侧面203形成一绝缘层214。例如可利用化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)、溅镀法、印刷法，喷墨法、浸镀法、喷涂法(spray coating)或旋转涂布法形成绝缘层214。在本发明实施例中，绝缘层214的材质可包括环氧树脂、聚亚酰胺、树脂、氧化硅、金属氧化物或氮化硅。
然后，露出位于晶片上方的第一电极层206的一侧面207及露出位于晶片下方的第二电极层204的部分下表面。例如可再利用例如微影和蚀刻制程等选择性移除步骤，移除位于上述沟槽底部的部分绝缘层214、部分支撑层210、部分粘着层208a以及部分盖板212，以于切割道A1和A2处形成沟槽220a，并露出第一电极层206的侧面207。如图2b所示，沟槽220a从晶圆200的背面201延伸至晶圆200、半导体层202、支撑层210、粘着层208a以及部分盖板212中。
之后，可再利用例如微影和蚀刻制程等选择性移除步骤，从晶圆200的背面201移除部分绝缘层214，直到形成露出第二电极层204下表面的介层孔为止。
接着，制作可分别电性连接第一电极层206的侧面207和第二电极层204下表面的导电结构。例如以电镀(electric plating)或化学气相沉积(CVD)等方式于介层孔中填入导电材料如金属，以于每一个发光元件晶片300的第一电极层206的下表面形成一介层孔插塞222，在本发明实施例中，介层孔插塞222做为第二电极层204对外的电性连结。
接着，顺应性于晶圆200的背面201与沟槽220a的内壁形成一导电层(图未显示)，而在另一实施例中，上述介层插塞222可和导电层一起形成。其次，执行图案化导电层的步骤，利用例如微影和蚀刻制程等选择性移除步骤，移除部分位于晶圆200的背面201的导电层，以同时形成多个导线216和多个图案化导电层218。其中导线216用以提供半导体层202的输入/输出(input/output，IO)的电性连接，其中上述导线216包括第一导线216a和第二导线216b以分别电性连接晶片上方的第一电极层206和晶片下方的第二电极层204。在另一实施例中，于顺应性形成导电层于沟槽220a的内壁时，该导电层可包覆整个晶片的一侧面或甚至延伸至相邻的另一侧面，以在不互相短路的情形下几乎完全包覆整个晶片的侧面周围，因此当使用如铝的金属材料时，除了可增加散热效果外，亦可反射来自晶片的光线，有助于提高发光效率。
其中介层孔插塞222的位置以避开第一导线216a为原则，举例来说，如图2b所示，由于第一电极层206形成于发光元件晶片300上方的一侧边，而第一导线216a则从同一侧边延伸至晶片下方，因此介层孔插塞222可形成于发光元件晶片300下方的另一侧。
之后，于晶圆200下方的导线216和图案化导电层218表面形成焊球。例如可于晶圆200的背面201与沟槽220a的内壁顺应性形成一防焊层(solder mask layer)224，并覆盖部分导线216和图案化导电层218，露出预留的终端接触区域。接着，于露出的终端接触区域上形成包括焊球226a、226b和226c的球栅阵列(ballgrid array)，其中导电用焊球226a和226c形成于导线216a、216b上，以分别经由导线216a、216b电性连接至第一电极层206和第二电极层204，导热用焊球226b则形成于图案化导电层218上，图案化导电层218的面积可稍大于焊球226b的面积，而焊球226a、226b和226c共平面。
接着，请参考图2c，沿切割道A1和A2切割上述晶圆200，使其分离成多个独立的发光元件的晶圆级封装结构500a。
在以下各实施例中，各元件如有与图2a至图2c所示相同或相似的部分，则可参考前面的相关叙述，在此不做重复说明。
图3a至图3c为本发明另一实施例的发光元件的晶圆级封装的制程剖面图。
请参考图3a，于晶圆200与盖板212之间填充一粘着层208b，其中粘着层208b可先附着于半导体层202或盖板212上，再予以重叠固化。
接着，请参考图3b，形成导电用焊球226a和226c于导线216a、216b上，及导热用焊球226b于图案化导电层218上。然后，请参考图3c，沿切割道A1和A2切割上述晶圆200，使其分离成多个独立的发光元件的晶圆级封装结构500b。
发光元件的封装结构500a和500b的不同处为封装结构500b的发光元件晶片300与盖板212经由粘着层208b紧密贴合而无空穴。另外，封装结构500a和500b的焊球226b与焊球226a、226c为同时形成的球栅阵列(ball grid array)，但焊球226b并未电性连接至导线216。在本发明实施例中，焊球226b可视为散热焊球226b，其数目并无限制，可依制程而定。当发光元件的封装结构500a或500b操作时，半导体层202所产生的热可经由散热焊球226b导至发光元件的封装结构500a或500b外。在本发明实施例的发光元件的封装结构中，由于半导体层202与封装结构500a或500b外侧的距离远小于已知发光元件的打线型封装结构，再加上散热焊球226b直接位于晶圆200背面201的薄绝缘层214下方，而未被印刷电路板隔开，因此可迅速将半导体层202产生的热导至外界，封装结构的热阻可大为降低，因而得以提升发光元件的封装结构500a和500b的散热效率和发光元件的可靠度。
此外，在不同实施例中，可以经过改变晶圆200的材质或发光元件晶片300几何结构以提高发光元件晶片300的发光效率，且降低遮蔽、增加光透率，或强化光折射、反射的利用率。
图4a至图4b为本发明其他实施例的具有不同发光元件晶片300几何结构的封装结构400a和400b的剖面图。请参考图4a，由于半导体层202一般由多层磊晶层形成，且包括p型磊晶层和n型磊晶层，因此可经由移除部分半导体层202例如p型磊晶层而露出部分n型磊晶层表面，以使封装结构400a的第一电极层206和第二电极层204a可同时位于晶圆200的同一侧(朝上)，且分别电性连接半导体层202的p型区域和n型区域(图未显示)，并经由发光元件晶片300的侧面203的导线216分别电性连接至焊球226a和226c。在本实施例中，晶圆200的材质可包括或半导体材料或金属氧化物(metal oxide)，其中半导体材料可包括硅(Si)，而金属氧化物(metal oxide)可包括氧化铝(aluminum oxide(蓝宝石，sapphire))、氧化钨(tungsten oxide)、氧化碲(tellurium oxide)、氧化钛(titanium oxide)、氧化镍(nickel oxide)、氧化锆(zirconiumoxide，方晶锆石，cubic zirconia)、氧化铟(indium oxide)、氧化锡(tin oxide)、氧化钯(barium oxide)、氧化锶(strontium oxide)、氧化钙(calcium oxide)、氧化锌(zinc oxide)、氧化镓(galliumoxide)、氧化锑(antimony oxide)、氧化钼(molybdenum oxide)、氧化铬(chromium oxide)、氧化铅(lead oxide)或氧化铋(bismuthoxide)等。如图4a所示，由于封装结构400a的第一电极层206和第二电极层204a不位于同一平面，可经由填充粘着层208c使其平坦化，便于与盖板212连接而无空隙。
图4b显示以覆晶(flip-chip)方式形成的封装结构400b。如图4b所示，封装结构400b的晶圆200的背面201朝上，可利用一粘着层208d和支撑层210粘结晶圆200的背面201与盖板212，其中支撑层210介于晶圆200与盖板212之间，以于晶圆200与盖板212之间形成空穴213a。封装结构400b的第一电极层206和第二电极层204a位于晶圆200的同一侧(朝上)，且分别电性连接半导体层202的p型区域和n型区域，并经由发光元件晶片300的侧面203的导线216分别电性连接至焊球226a和226c。在本实施例中，晶圆200的材质可包括或半导体材料或金属氧化物(metal oxide)，其中半导体材料可包括硅(Si)，而金属氧化物(metal oxide)可包括氧化铝(aluminum oxide(蓝宝石，sapphire))、氧化钨(tungstenoxide)、氧化碲(tellurium oxide)、氧化钛(titanium oxide)、氧化镍(nickel oxide)、氧化锆(zirconium oxide，方晶锆石，cubiczirconia)、氧化铟(indium oxide)、氧化锡(tin oxide)、氧化钯(barium oxide)、氧化锶(strontium oxide)、氧化钙(calciumoxide)、氧化锌(zinc oxide)、氧化镓(gallium oxide)、氧化锑(antimony oxide)、氧化钼(molybdenum oxide)、氧化铬(chromiumoxide)、氧化铅(lead oxide)或氧化铋(bismuth oxide)等。另外，如图4b所示，由于封装结构400b的第一电极层206和第二电极层204b不位于同一平面，可经由填充绝缘层215使其平坦化，使后续形成的焊球226a、226b、226c仍能位于同一平面上。
在其他实施例中，另外也可于晶片300下方制作不同形状的散热结构，以达到散热的目的。
图5a至图5b为本发明其他实施例的具有散热焊垫230b的发光元件的封装结构500c和500d的剖面图。图6a至图6d为本发明其他实施例的具有散热介层孔插塞232的发光元件的封装结构500e、500f、500g和500h的剖面图。图7a至图7d为本发明其他实施例的具有内嵌式散热材料层234的发光元件的封装结构500i、500j、500k和500l的剖面图。请参考图5a至图5b，其显示以图2c和图3c的发光元件晶片300的几何结构为实施例的封装结构500c和500d，可于第一导线216a和第二导线216b形成之后，利用涂布方式于晶圆200的背面201的部分第一导线216a、第二导线216b和图案化导电层218上形成例如锡的导电材料的焊垫230a、230b和230c，其中焊垫230a和230c电性连接至第一导线216a和第二导线216b，而焊垫230b形成于图案化导电层218上，而焊垫230a、230b和230c共平面。在本发明实施例中，焊垫230b可视为散热焊垫230b。散热焊垫230b的数目并无限制，由于其总面积可较散热焊球226b的总面积大，以提供更大的散热面积及更好的散热效率。当发光元件的封装结构500c和500d操作时，半导体层202所产生的热可经由散热焊垫230b导至发光元件的封装结构500c和500d外。在本发明实施例的发光元件的封装结构中，由于半导体层202与封装结构500c或500d外侧的距离远小于已知发光元件的打线型封装结构，再加上散热焊球226b直接位于晶圆200的背面201的薄绝缘层214下方，而未被印刷电路板隔开，因此可迅速将半导体层202产生的热导至外界，封装结构的热阻可大为降低，因而得以提升发光元件的封装结构500c和500d的散热效率和发光元件的可靠度。举例来说，根据ANSYS公司的ICE PAK分析软件模拟分析发光元件的封装结构500d的散热行为，并以高功率发光二极管(发光功率大于1W)做为半导体层202，可推知热阻(thermal resistance)值约为0.08K/W，其值远小于目前已知具有导线架的发光元件的打线封装结构5K/W的热阻值。由上述模拟可知，本发明实施例的发光元件的封装结构具有良好的散热特性。
图6a至图6b为本发明其他实施例的具有散热介层孔插塞232的发光元件的封装结构500e和500f的剖面图。请参考图6a至图6b，其显示以图4a的发光元件晶片300的几何结构为实施例的封装结构500e和500f，可于导线216和图案化导电层218形成之前，以例如激光钻孔等方式，从晶圆200的背面201移除部分绝缘层214和部分晶圆200，以于晶圆200中形成多个介层孔(图未显示)。之后，再以例如电镀(electric plating)或化学气相沉积(CVD)等方式于介层孔中填入导电金属，以于晶圆200a中形成介层孔插塞232。在本发明实施例中，介层孔插塞232可视为散热介层孔插塞232，其是从晶圆200的背面201延伸至该晶圆200中，并连接至焊球226a、226b、226c或焊垫230a、230b、230c，可提供另一种从晶圆200中至发光元件的封装结构500e和500f外的散热路径，可更快速地将半导体层202所产生的热经由散热介层孔插塞232至焊球226a、226b、226c或焊垫230a、230b、230c导至发光元件的封装结构500e和500f外。在本发明实施例的发光元件的封装结构中，由于半导体层202与封装结构500e或500f外侧的距离远小于已知发光元件的打线型封装结构，再加上散热介层孔插塞232、焊球226a、226b、226c或焊垫230a、230b、230c直接位于晶圆200的背面201的薄绝缘层214下方，而未被印刷电路板隔开，因此可迅速将半导体层202产生的热导至外界，封装结构的热阻可大为降低，因而得以提升发光元件的封装结构500e和500f的散热效率和发光元件的可靠度。
图7a至图7d为本发明其他实施例的具有内嵌式散热材料层234的发光元件的封装结构500i、500j、500k和500l的剖面图。请参考图7a至图7d，其显示以图2c和图3c的发光元件晶片300的几何结构为实施例的封装结构500i、500j、500k和500l，可于形成绝缘层214之前，于第二电极层204的下方形成一散热材料层234。可利用电镀(electric plating)或物理气相沉积等方式形成例如金属的散热材料层234。散热材料层234内嵌于发光元件的封装结构500i、500j、500k和500l中，且介于第二电极层204与绝缘层214之间，可提供另一种从晶圆200a至发光元件的封装结构500i、500j、500k和500l外的散热路径，当发光元件的封装结构500i、500j、500k和500l操作时，半导体层202所产生的热可经由散热材料层234至散热焊球226b或散热焊垫230b导至发光元件的封装结构500i、500j、500k和500l外。由于半导体层202与封装结构500i、500j、500k和500l外侧的距离远小于已知发光元件的打线型封装结构，再加上散热材料层234、散热焊球226b或散热焊垫230b直接位于晶圆200的背面201的薄绝缘层214下方，而未被印刷电路板隔开，因此可迅速将半导体层202产生的热导至外界，封装结构的热阻可大为降低，因而得以提升发光元件的封装结构500i、500j、500k和500l的散热效率和发光元件的可靠度。
其中当散热材料层234亦为导电材料时，导电插塞222可停止于散热材料层234表面而不必接触下电极204。
图8a至图8d为本发明其他实施例的具有荧光层236a和236b的发光元件的封装结构500m、500n、500o和500p的剖面图，其可为白色或其他彩色的发光二极管的封装结构，使上述发光二极管产生白光或其他彩色光。请参考图8a至图8d，其显示以图2c和图3c的发光元件晶片300的几何结构为实施例的封装结构500m、500n、500o和500p，可于粘结晶圆200与盖板212之前，于发光元件晶片300与盖板212之间形成一荧光层236a或236b。如图8a和图8c所示，可利用涂布(coating)等方式，将例如磷的荧光粉覆盖于盖板212面对于发光元件晶片300的表面上，以形成荧光层236a，再粘结晶圆200与盖板212，以形成具有空穴213的发光元件的封装结构500m和500o，其中荧光层236a连接于盖板212，且与发光元件晶片300相隔一距离。甚至，在其他实施例中，也可将荧光粉均匀分布于支撑层210中，使支撑层210也具有荧光层的功能，以增加发光元件的封装结构的发光效率。或者，如图8b和图8d所示，可将例如磷的荧光粉与例如环氧树脂(epoxy)或硅树脂的光学胶混合，使荧光粉均匀分布于光学胶中。接着可利用涂布(coating)等方式，将上述具有荧光粉的光学胶覆盖于发光元件晶片300上，以形成荧光层236b，再粘结晶圆200a与盖板212，以形成不具有空穴的发光元件的封装结构500n和500p，其中荧光层236b填充于发光元件晶片300与盖板212之间。在如图8b和图8d所示的实施例中，由于荧光层236b为包含荧光粉的一胶体层(glue layer)，也可直接取代粘着层208b而用以粘结发光元件晶片300与盖板212。上述具有荧光层的发光元件的封装结构中的散热结构也可如图6a至图6b或图7a至图7d所示的介层孔插塞232或散热材料层234。
图9为本发明其他实施例的具有微透镜结构238a的发光元件的封装结构500q的剖面图。请参考图9，其显示以图2c的发光元件晶片300的几何结构为实施例的封装结构500q，可于粘结晶圆200与盖板212之前，于发光元件晶片300上形成一微透镜结构238a，且介于发光元件晶片300与盖板212之间，借此可增加导引或聚焦来自发光元件晶片300的光线的功能，因此亦通用于发光元件晶片阵列的设计。如图9所示的微透镜结构238a位于空穴213中，且对应发光元件晶片300。上述微透镜结构238a可依客制化要求而设置。上述具有微透镜结构238a的发光元件的封装结构中的散热结构也可搭配如图6a至图6b或图7a至图7d所示的介层孔插塞232或散热材料层234。另外，上述具有微透镜阵列238a的发光元件的封装结构，也可于发光元件晶片300与盖板212之间设置如图8a至图8d所示荧光层236a，或直接设覆盖于微透镜结构238a之上。
图10a至图10d为本发明其他实施例的具有透镜结构240的发光元件的封装结构500u、500v、500w和500x的剖面图。请参考图10a至图10d，其显示以图2c和图3c的发光元件晶片300的几何结构为实施例的封装结构500u、500v、500w和500x，可于形成封装结构500u、500v、500w和500x之后，于盖板212上选择性地形成透镜结构240。上述透镜结构240可依客制化要求而设置。上述具有透镜结构240的发光元件的封装结构中的散热结构也可搭配如图6a至图6b或图7a至图7d所示的介层孔插塞232或散热材料层234。另外，上述具有透镜结构240的发光元件的封装结构，也可于于发光元件晶片300与盖板212之间设置如图8a至图8d所示的荧光层236a或236b。
图11a和图11b为本发明其他实施例的具有反光元件242的发光元件的封装结构500y和500z的剖面图，其是应用于具有空穴213的发光元件的封装结构。请参考图11a和图11b，其显示以图2c的发光元件晶片300的几何结构为实施例的封装结构500y和500z，可于粘结晶圆200与盖板212之前，于支撑层210上覆盖一层例如金属或介电质的反射层，以于邻近空穴213的侧壁上形成一反光元件242，其中，反光元件242亦可倾斜一既定的角度。由于反光元件242可挡住半导体层202原本可能射入支撑层210的部分光线(如图11a和图11b的箭头所示)，并反射至半导体层202正上方的区域，再穿过盖板212出射到外界，因此上述反光元件242可提升半导体层202的发光效率。或者，在其他实施例中，也可于支撑层210中掺入介电材料或利用上述介电材料做为支撑层210，通过支撑层210和空穴213之间的不同介电系数差而具有反光功能，同样也可提升半导体层202的发光效率。
本发明实施例的发光元件的封装结构包括一发光元件晶片300，其包括一半导体层202；一介电层204，覆盖于上述半导体层202；一电极层206，设置于上述介电层204上，并电性连接至上述半导体层202；一盖板212，设置于上述发光元件晶片300上；一导线216，顺应性设置于上述发光元件晶片300的侧面203和背面201上，并电性连接至上述电极层206。
本发明实施例的发光元件的封装结构具有以下优点。发光元件搭配封装结构制程，封装结构尺寸远小于已知发光元件打线(wire bond，WB)型封装结构。当发光元件构成像素阵列以作为照明或显示用途时，本发明实施例的发光元件的封装结构可使每个发光元件的间距缩小，可增加像素的连续性，使画面目视效果更佳。本发明实施例的发光元件的封装结构可一次完成多个发光元件晶片的导线、散热结构、荧光层、微透镜阵列等元件制作，再切割为多个独立的发光元件的封装结构，不须已知发光元件打线型封装结构外加的导线架(leadframe)或打金线，可较已知制程简单且快速，其生产速度相对而言较快，元件测试(testing)制程速度也可大为提升。本发明实施例的发光元件的封装结构中，由于发光元件晶片至封装结构外侧的距离远小于已知发光元件的打线型封装结构，再加上散热材料层、散热焊球或散热焊垫等散热结构直接位于晶圆的背面下方，而未被印刷电路板隔开，因此可迅速将发光元件晶片产生的热导至外界，封装结构的热阻可大为降低，因而得以提升发光元件的封装结构的散热效率和发光元件的可靠度。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下：
100：LED封装结构；31：LED晶片；30：硅镶嵌晶片；32：金线；34：导线架；37：散热块；56：硅密封胶；35：透镜；38：塑胶外罩；200：晶圆；201：背面；202：半导体层；203、207：侧面；204、204a、204b：第二电极层；206：第一电极层；208a、208b、208c、208d：粘着层；210：支撑层；212：盖板；213、213a：空穴；214、215：绝缘层；216：导线；216a：第一导线；216b：第二导线；218：图案化导电层；220a、220b：沟槽；224：防焊层；226a、226b、226c：焊球；230a、230b、230c：散热垫；222、232：介层孔插塞；234：散热材料层；236a、236b：荧光层；238a、238b：微透镜结构；240：透镜结构；242：反光元件；300：发光元件晶片；400a、400b、500a、500b、500c、500d、500e、500f、500i、500j、500k、500l、500m、500n、500o、500p、500q、500u、500v、500w、500x、500y、500z：发光元件的封装结构；A1、A2：切割道。

Claims (17)

1.一种发光元件的封装结构，其特征在于，包括：
一发光元件晶片；
一第一电极层，设置于该发光元件晶片的第一表面上；
一第二电极层，设置于该发光元件晶片的第二表面上；
一盖板，覆盖该发光元件晶片的发光面；
一绝缘层，包覆该发光元件晶片的侧面和背面；
一第一导线层，电性连接该第一电极层，并沿着该绝缘层延伸至该发光元件晶片的背面；以及
一第二导线层，电性连接该第二电极层，其中该第二导线层位于该绝缘层上，并沿着该绝缘层延伸至该发光元件晶片的背面。
2.根据权利要求1所述的发光元件的封装结构，其特征在于，该第一表面包括该发光面，该第二表面包括该发光元件晶片的背面。
3.根据权利要求2所述的发光元件的封装结构，其特征在于，该第二导线层通过一穿过该绝缘层的导电柱而电性连接至位于该发光元件晶片背面的第二电极层。
4.根据权利要求3所述的发光元件的封装结构，其特征在于，该第一电极层位于该发光面的边缘而与该第一导线层电性连接。
5.根据权利要求1所述的发光元件的封装结构，其特征在于，该第一电极层和该第二电极层所在的该第一表面和该第二表面位于该发光面的不同位置且两者不共平面。
6.根据权利要求1所述的发光元件的封装结构，其特征在于，还包括一荧光层，设置于该发光元件晶片与该盖板之间。
7.根据权利要求1所述的发光元件的封装结构，其特征在于，还包括：
一粘着层，设置于该发光元件晶片上；以及
一支撑层，设置于该粘着层上，且位于该发光元件晶片周围。
8.根据权利要求1所述的发光元件的封装结构，其特征在于，该发光元件晶片的背面处还包括一或多个散热图案。
9.根据权利要求8所述的发光元件的封装结构，其特征在于，还包括多个导电块及散热块，设置于该发光元件晶片的背面，其中所述导电块电性连接至该第一导线层及该第二导线层，所述散热块连接至所述散热图案。
10.根据权利要求9所述的发光元件的封装结构，其特征在于，该第一导线层和该第二导线层及所述散热图案为同一金属层。
11.根据权利要求10所述的发光元件的封装结构，其特征在于，还包括多个介层孔插塞，从该发光元件晶片的背面延伸至该发光元件晶片中，并连接至所述散热图案。
12.根据权利要求11所述的发光元件的封装结构，其特征在于，还包括一散热材料层，设置于该发光元件晶片的背面，且介于该发光元件晶片与该第一导线和该第二导线之间。
13.根据权利要求7所述的发光元件的封装结构，其特征在于，还包括一反光元件，设置于该支撑层的内侧壁或外侧壁上。
14.一种发光元件的封装结构的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：
提供一晶圆，其包括多个发光元件晶片；
一第一电极层，设置于所述发光元件晶片的一表面上；
一第二电极层，设置于所述发光元件晶片的另一表面上；
于该晶圆的发光元件晶片的发光面上覆盖一盖板；
至少移除该晶圆背面的一部分以形成一沟槽，并露出该第一电极层及该第二电极层的接触面；以及
顺应性形成至少二条导线层，其自该沟槽的侧壁延伸至该晶圆的背面，并分别电性连接至该第一电极层和该第二电极层的接触面。
15.根据权利要求14所述的发光元件的封装结构的制造方法，其特征在于，形成该第一导线层和该第二导线层之前还包括顺应性于该沟槽的侧面和发光元件晶片背面形成一绝缘层。
16.根据权利要求15所述的发光元件的封装结构的制造方法，其特征在于，还包括：
于该发光元件晶片与该盖板之间形成一荧光层；
于该晶圆的背面形成一或多个散热图案；以及
于该晶圆的背面形成多个导电块及散热块，其中所述导电块电性连接至该第一导线层和该第二导线层，所述散热块连接至所述散热图案。
17.根据权利要求16所述的发光元件的封装结构的制造方法，其特征在于，该第一导线层和该第二导线层及所述散热图案为同一金属层，且还包括形成多个介层孔插塞，以从所述发光元件晶片的背面延伸至所述发光元件晶片中，并连接至所述散热图案；以及
实施一切割步骤，以分离封装后的各该发光元件晶片。
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