CN101777549B - 化合物半导体元件的封装模块结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种化合物半导体元件的封装模块结构及其制造方法，该封装模块结构包含一绝缘层、一电路层、多个化合物半导体封装元件、一介电层以及一透明胶材。该电路层设置于该绝缘层的表面。该介电层包含多个开口，形成于该电路层上。多个化合物半导体封装元件位于该介电层的多个开口中，并与该电路层电性相连，且相邻的两化合物半导体封装元件由该介电层分隔。该透明胶材包覆该多个化合物半导体封装元件，并可混入荧光体颗粒以产生不同波长的光线。本发明可解决各发光单元间相互遮蔽的问题，并增强整体的光线利用率，并借由热传导性佳的绝缘材料作为底部的绝缘层，可有效进行热逸散，因此能改善散热不佳的问题。

Description

化合物半导体元件的封装模块结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种化合物半导体元件的封装模块结构及其制造方法，尤其涉及一种整合多个光电半导体封装元件的封装模块结构及其制造方法。
背景技术
由于光电元件中发光二极管(light emitting diode；LED)有体积小、发光效率高及寿命长等优点，因此被认为是次世代绿色节能照明的最佳光源。另外液晶显示器的快速发展及全彩屏幕的流行趋势，使白光发光二极管除了应用于指示灯及大型显示幕等用途外，更切入广大的消费性电子产品，例如：电视、显示器、手机及个人数字助理(PDA)。
图1为中国台湾第558775号发明专利的一实施例的示意图。子母型发光二极管的封装结构10包含多个表面粘着型(SMD)的发光二极管元件17、封装胶体15、外部电极19、内部电极16、透明胶体12及透镜18。所述多个发光二极管元件17依照色度、亮度及Vf值筛选而分类的组群，故能使封装结构10的发光品质较稳定，以避免因发光二极管裸片的变异所造成光输出特性的差距过大。且因为多个发光二极管元件17整合于一封装胶体15内，故能达到大幅增加发光功率的效果。
由于多个发光二极管元件17集中于封装体15内，共同发光时会有大量的热产生。但封装结构10并未考虑此一散热问题，故仍会因热累积而影响发光品质的稳定性。另外，封装结构10未设置导光部，故各发光二极管元件17发出的光线无法有效集中。又多个发光二极管元件17一起发光而未能考虑光线会相互遮蔽的问题，如此只会让光线间相互吸收而无法达到增亮的功效。
图2为中国台湾第I279013号发明专利的一实施例的示意图。发光模块20包含一基板21、多个发光二极管裸片22、一封盖24及一流体25。基板31可以是热传导佳的电路板。再者，封盖24及基板31填充可传递热量的流体25，该流体25可以是液体、气体、可流动的固体或其他混合物，也即能达到自由流动并可热对流的物质即可，例如：硅油。
此种发光模块20虽然可以改善前述散热问题，然需要优选的密封技术才能避免流体25外漏。又使用流体25不但会增加发光模块20的重量，且会产生光线折射的问题而降低亮度。同样，发光二极管裸片22一起发光会有光线会相互遮蔽的问题，如此只会让光线间相互吸收而无法达到增亮的功效。
综上所述，市场上亟需要一种光线品质优的化合物半导体元件的封装模块结构，除了避免各发光单元间相互遮蔽的问题，并且还要改善散热不佳的问题，将更有利高功率元件的应用。
发明内容
本发明提供一种化合物半导体元件的封装模块结构及其制造方法，该化合物半导体元件的封装模块结构包含一具有多个反射室的介电层，故可解决各发光单元间相互遮蔽的问题，并增强整体的光线利用率。
本发明提供一种增强散热能力的封装模块结构及其制造方法，借由热传导性佳的绝缘材料作为底部的绝缘层，可有效进行热逸散，因此能改善散热不佳的问题。
本发明揭示一种化合物半导体元件的封装模块结构，其包含一绝缘层、一电路层、多个化合物半导体封装元件、一介电层以及一透明胶材。该电路层设置于该绝缘层的表面。该介电层包含多个开口，形成于该电路层上。多个化合物半导体封装元件位于该介电层的多个开口中，并与该电路层电性相连，且相邻的两化合物半导体封装元件由该介电层分隔。该透明胶材包覆该多个化合物半导体封装元件，并可混入荧光体颗粒以产生不同波长的光线。
本发明另提供一种化合物半导体元件的封装模块结构的制造方法，其包含以下步骤：首先，提供一暂时基板，且形成一电路层于该暂时基板上。其次，于该电路层上形成一包含多个开口的介电层。再将多个化合物半导体封装元件分别固定在该介电层的多个开口中，并与该电路层电性相连。另将一透明胶材包覆该多个化合物半导体封装元件。移除该暂时基板，另将一绝缘层形成于该电路层的表面。
附图说明
图1是中国台湾第558775号发明专利的一实施例的示意图；
图2是中国台湾第I279013号发明专利的一实施例的示意图；
图3A～图3F是本发明一实施例的化合物半导体元件的封装模块结构的制造方法的步骤示意图；
图4是本发明化合物半导体封装元件的一实施例的示意图；
图5是本发明化合物半导体封装元件的另一实施例的示意图；以及
图6A～图6F是本发明另一实施例的化合物半导体元件的封装模块结构的制造方法的步骤示意图。
并且，上述附图中的附图标记说明如下：
10 封装结构                 12 透明胶体
15 封装胶体                 16 内部电极
17 发光二极管元件           18 透镜
19 外部电极                 20 发光模块
21 基板                     22 发光二极管裸片
24 封盖                     25 流体
30 化合物半导体元件的封装模块结构
31 电路层                   32 介电层
33 化合物半导体封装元件 34、43 透明胶材
35 绝缘层                   37 暂用基板
38 焊料                     40 化合物半导体封装元件
41 基板                     42 裸片
44 金属导线                 45 荧光体颗粒
46 固晶胶                   50 化合物半导体封装元件
51 基板                     52 裸片
53 透明胶材                 54 凸块
55 荧光体颗粒
321 开口                    411、511 P型导电铜箔
412、512 N型导电铜箔        413、513 绝缘层
具体实施方式
图3A～图3F为本发明一实施例的化合物半导体元件的封装模块结构的制造方法的步骤示意图。参照图3A，先提供一暂时基板37，且形成一电路层31于该暂时基板37上。暂用基板37可以由金属材料、陶瓷材料或高分子材料所制成，因于后续工艺中暂用基板37要移除，故称之为暂用基板，或可称之为暂用衬底。该电路层31可以是一具有电路图形的金属层，例如：铜箔(copper foil)。该金属层可先形成或压合于暂用基板37表面，然后利用蚀刻工艺将金属层图案化，也即形成具有电极图形的电路层31。或是以印刷(printing)、网印(screening)、电铸(electroform)、化镀(无电解电镀)、溅镀(sputter)、蒸镀(evaporation)、化学气相沉积(CVD)或电镀形成一具图案的电路层31，其材料可以是银、镍、铜、锡、铝或前述金属材料的合金，或者是铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟镓氧化物(IGO)及铟钨氧化物(IWO)等透明导电材料。
参见图3B，于该电路层31上形成一包含多个开口321的介电层32，该开口321形成反射杯的结构，也即杯状开口321的斜侧壁可以将光线尽量向上反射。因此选用白色或不吸光线的材料作为介电层32的材料为优选，例如：氧化铝。开口321底部的电路层31露出至少两个极性相反的电极。
如图3C所示，将多个化合物半导体封装元件33分别固定在介电层32的多个开口321中，并与该电路层31电性相连。化合物半导体封装元件33借由焊料(solder)与开口321底部的电路层31结合，可以表面粘着技术进行该结合步骤。一实施例中，化合物半导体封装元件33可为发光二极管封装元件、激光二极管封装元件或是光伏打电池元件(photocell)。该化合物半导体封装元件33可先经过筛选，依照色度、亮度及Vf值分类为数个组群。故能使发光品质较稳定，以避免因化合物半导体封装元件33的光线变异所造成光输出特性的差距过大。另外，因介电层32的杯状开口321可以有效反射并集中光线而向上导出，因此化合物半导体封装元件33可采用没有反射件的封装结构以减少封装成本。
参见图3D，形成透明胶材34于开口321中，而覆化合物半导体封装元件33及电路层31上。透明胶材34可为环氧树脂或硅胶等，且可以借由转移成型(transfer-molding)或是注入成型(inject-molding)等方式填充于开口321中。
当该透明胶材34硬化后，可以借由弯折、分离、蚀刻、激光切割或研磨将暂用基板37移除，以致电路层31的下表面外露，如图3E所示。为保护电路层31不被刮伤，及避免电极间接触其他金属导体而短路，于电路层31的下表面另形成一绝缘层35，如此基本上就完成化合物半导体元件的封装模块结构30，如图3F所示。该绝缘层35的材料可以采用热传导性佳的绝缘材料，例如：氮化铝(AlN)、氧化铝或其他陶瓷材料。封装模块结构30可用来作为发光的灯条或面发光源，且能应用于背光模块、广告灯箱及照明设备。
图4为本发明化合物半导体封装元件的一实施例的示意图。发光二极管裸片42借由固晶胶46固定于绝缘层413上N型导电铜箔412的表面，并借由焊线技术将金属导线44与P型导电铜箔411和N型导电铜箔412电性相连，其中P型导电铜箔411、N型导电铜箔412及绝缘层413构成具有电路的基板41。另外，透明胶材43覆盖于基板41、金属导线44及裸片42上，可以保护整个化合物半导体封装元件40不受环境及外力的破坏。另外，可在透明胶材43中混入荧光体颗粒45，如此可以得到近白色光的光输出。由于荧光体颗粒45会沉淀或分布不均匀，因此经过筛选可以将色度、亮度及Vf值接近的化合物半导体封装元件40进一步封装于前述模块结构30内，如此模块结构30发出的光线不会因不同的化合物半导体封装元件40而有很大的差异。混入的荧光体颗粒45的材料可为钇铝石榴石(YAG)，铽铝石榴石(TAG)，硅酸盐族系(silicate)，氮化物为主(nitride-based)等不同的荧光体。
图5为本发明化合物半导体封装元件的另一实施例的示意图。发光二极管裸片52借由倒装芯片(flip-chip)技术将凸块54结合于绝缘层513上P型导电铜箔511及N型导电铜箔512的表面，并借由凸块54电性相连，其中P型导电铜箔511、N型导电铜箔512及绝缘层513构成具有电路的基板51。另外，透明胶材53覆盖于基板51、凸块54及裸片52上，可以保护整个化合物半导体封装元件50不受环境及外力的破坏。另外，可在透明胶材53中混入荧光体颗粒55，如此可以得到近白色光的光输出。
图6A～图6F为本发明另一实施例的化合物半导体元件的封装模块结构的制造方法的步骤示意图。参照图6A，先提供一绝缘层35，且形成一具有图案的电路层31于该暂时绝缘层35上。该绝缘层35的材料可以是氮化铝、氧化铝或其他陶瓷材料的基板。
参见图6B，于该电路层31上形成一包含多个开口321的介电层32，该开口321形成反射杯的结构，也即杯状开口321的斜侧壁可以将光线尽量向上反射。因此选用白色或不吸光线的材料作为介电层32的材料为优选，例如：氧化铝。开口321底部的电路层31露出至少两个极性相反的电极。
如图6C所示，将多个化合物半导体封装元件33分别固定在介电层32的多个开口321中，并与该电路层31电性相连。化合物半导体封装元件33借由焊料(solder)与开口321底部的电路层31结合，可以表面粘着技术进行该结合步骤。一实施例中，化合物半导体封装元件33可为发光二极管封装元件、激光二极管封装元件或是光伏打电池元件。该化合物半导体封装元件33可先经过筛选，依照色度、亮度及Vf值分类为数个组群。故能使发光品质较稳定，以避免因化合物半导体封装元件33的光线变异所造成光输出特性的差距过大。另外，因介电层32的杯状开口321可以有效反射并集中光线而向上导出，因此化合物半导体封装元件33可采用没有反射件的封装结构以减少封装成本。
参见图6D，形成透明胶材34于开口321中，而覆化合物半导体封装元件33及电路层31上。透明胶材34可为环氧树脂或硅胶等，且可以借由转移成型或是注入成型等方式填充于开口321中，并可混入荧光体颗粒以产生不同于化合物半导体封装元件33的波长的荧光光线。本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而本领域普通技术人员仍可能基于本发明的启示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示的范围，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为以下的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种化合物半导体元件的封装模块结构，包含：
一绝缘层；
一电路层，设于该绝缘层的表面；
一介电层，包含多个开口，并形成于该电路层上；
多个化合物半导体封装元件，分别位于该介电层的多个开口中，并与该电路层电性相连，所述多个化合物半导体封装元件包括基板、发光二极管裸片及透明胶材，所述基板上具有电路，所述发光二极管裸片与所述基板电性连接；以及
一透明胶材，包覆所述多个化合物半导体封装元件。
2.根据权利要求1的化合物半导体元件的封装模块结构，其中该电路层具有电极图形，该电路层材料可为铟锡氧化物、铟锌氧化物、铟镓氧化物、铟钨氧化物、银、镍、铜、锡、铝或前述金属的合金。
3.根据权利要求1的化合物半导体元件的封装模块结构，其中该开口形成反射杯的结构，且具有可将光线向上反射的斜侧壁。
4.根据权利要求1的化合物半导体元件的封装模块结构，其中该介电层的材料为白色或不吸收光线的材料。
5.根据权利要求1的化合物半导体元件的封装模块结构，其中该化合物半导体封装元件为一发光二极管封装元件、激光二极管封装元件或是光伏打电池元件。
6.一种化合物半导体元件的封装模块结构的制造方法，包含以下步骤：
提供一暂时基板；
形成一电路层于该暂时基板上；
于该电路层上形成一包含多个开口的介电层；
将多个化合物半导体封装元件分别固定在该介电层的多个开口中，并与该电路层电性相连；
将一透明胶材包覆所述多个化合物半导体封装元件；
移除该暂时基板；以及
将一绝缘层形成于该电路层的表面。
7.根据权利要求6的化合物半导体元件的封装模块结构的制造方法，其中该电路层具有电极图形，该电路层材料可为铟锡氧化物、铟锌氧化物、铟镓氧化物、铟钨氧化物、银、镍、铜、锡、铝或前述金属的合金。
8.根据权利要求6的化合物半导体元件的封装模块结构的制造方法，其中该开口形成反射杯的结构，且具有可将光线向上反射的斜侧壁。
9.根据权利要求6的化合物半导体元件的封装模块结构的制造方法，其中该介电层的材料为白色或不吸收光线的材料。
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