CN101840977A - 发光二极管封装结构 - Google Patents
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Abstract
一种发光二极管封装结构，包括一基板，其中形成有一穿过硅的插塞(through-silicon via，TSV)，一位于基板上侧的第一电极，一位于基板下侧的第二电极，其中第一电极和第二电极经由穿过硅的插塞彼此电性连接，一接合至基板上侧的发光二极管，一接合至基板的覆盖基板，其中覆盖基板包括一腔室，以容纳发光二极管。本发明提供的发光二极管封装结构能够用于芯片级封装，并且可以达到高瓦数发光二极管封装的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种元件封装结构及其制造方法，特别涉及一种发光二极管封装结构及其制造方法。
背景技术
单色发光二极管(例如红光、绿光和蓝光)和荧光或磷光材料结合，以产生其它所需的颜色。部分的材料经荧光或磷光反应发出可见光光谱的光线，其称为可见光发光二极管，另外，也有一部分的发光二极管，其发出较高能量的光子，而产生紫外光。
近年来，发光二极管的应用已从指示器快速地发展到照明。由于发光二极管具有良好的可靠度、良好的环境适应性和低消耗功率，发光二极管被视为极具发展性的产品。图1显示一传统发光二极管的封装。一发光二极管芯片102接合于一第一电极104的平板上，树脂108用来将包括第一电极104、第二电极106和发光二极管芯片102整体结构封入，形成最终的发光二极管产品。然而，不能应用于晶片级封装，并且此种传统的封装技术无法达到高瓦数发光二极管封装的要求。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种发光二极管封装结构，包括一基板，其中形成有一穿过硅的插塞(through-silicon via，TSV)，一位于基板上侧的第一电极，一位于基板下侧的第二电极，其中第一电极和第二电极经由穿过硅的插塞彼此电性连接，一接合至基板上侧的发光二极管，一接合至基板的覆盖基板，其中覆盖基板包括一腔室，以容纳发光二极管。
本发明另提供一种发光二极管封装结构，包括一基板，一位于基板的上侧的第一电极，一接合至基板的上侧的发光二极管，一通过共晶接合(eutectic bond)接合至基板的覆盖基板。
本发明提供的发光二极管封装结构能够用于芯片级封装，并且可以达到高瓦数发光二极管封装的要求。
为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1显示一传统发光二极管的封装。
图2A～图2D显示本发明一实施例发光二极管的晶片级封装。
图3A～图3D显示本发明另一实施例发光二极管的晶片级封装。
图4A～图4D显示本发明又另一实施例发光二极管的晶片级封装。
图5A～图5D显示本发明又另一实施例发光二极管的晶片级封装。
上述附图中的附图标记说明如下：
102～发光芯片；104～第一电极；
106～第二电极；108～树脂；
202～基板；204～第一电极；
206～第二电极；208～穿过硅的插塞；
210～基板上侧；212～基板下侧；
214～第一焊锡层；216～发光二极管芯片；
218～黏合层；220～接合导线；
222～覆盖基板；224～腔室；
226～第二焊锡层；302～基板；
304～第一电极；306～第二电极；
308～穿过硅的插塞；310～第一焊锡层；
312～发光二极管芯片；314～接合导线；
316～黏合层；318～覆盖基板；
320～腔室；322～抗UV材料；
324～第二焊锡层；402～基板；
404～第一电极；406～第二电极；
408～穿过硅的插塞；412～卡榫；
413～发光二极管芯片；414～覆盖基板；
415～接合导线；416～腔室；
417～黏合层；418～孔度；
420～第二焊锡层；502～基板；
504～第一电极；506～第二电极；
508～穿过硅的插塞；512～孔洞；
514～第一焊锡层；515～黏合层；
516～发光二极管芯片；518～接合导线；
522～覆盖基板；524～腔室；
526～第二焊锡层；528～卡榫。
具体实施方式
以下描述本发明的实施范例，其揭示本发明的主要技术特征，但不用以限定本发明。
图2A～图2D显示本发明一实施例发光二极管的晶片级封装。首先，请参照图2A，提供一例如硅的基板202。将基板202钻孔或蚀刻并接着进行一例如蒸镀或溅镀的沉积工艺，于基板202中形成一穿过硅的插塞208(through-silicon via，以下可简称TSV)，并于基板202上侧210形成一第一电极204，于基板202下侧212形成一第二电极206。请注意，第一电极204经由TSV 208电性连接第二电极206。后续，进行例如电镀、蒸镀或溅镀的沉积工艺，于第一电极204和基板202上形成第一焊锡层214，在此实施例中，第一焊锡层214可包括金锡合金(SnAu)，其较佳组成为锡占20％，金占80％。请参照图2B，将一发光二极管芯片216经由一例如银胶的黏合层218接合至基板202。另外，发光二极管芯片216可通过使用焊锡作为接合材料的共晶接合(eutectic bond)技术接合至基板202。后续，进行一导线接合工艺(wire bonding process)，将发光二极管芯片216的接合垫(未示出)经由接合导线220电性连接基板202上的第一电极204。根据上述，发光二极管芯片216的电极可电性连接基板202上侧210的第一电极204，且可经由TSV208电性连接基板202下侧212的第二电极206。请参照图2C，提供一例如玻璃的覆盖基板222，接着对覆盖基板222进行一钻孔或蚀刻工艺，于覆盖基板222中形成一腔室(cavity)224，其中本实施例的腔室224可以是圆形、方形或其它形状。后续，进行一例如电镀、蒸镀或溅镀的沉积工艺，于覆盖基板222上形成一第二焊锡层226。请注意第一焊锡层214和第二焊锡层226的其中一者可以湿润(wettable)金属层取代，举例来说，湿润金属层可包括金、银、镍或铜。请参照图2D，将基板202和覆盖基板222置入一工艺室(未示出)中，加热至一特定温度(例如300℃)，以使基板202和覆盖基板222通过共晶接合(eutectic bond)黏合。值得注意的是，共晶接合可增加发光二极管封装的接合力(bond strength)和可靠度。在本发明一实施例中，在接合基板202和覆盖基板222前，工艺室抽真空，因此，基板202和覆盖基板222间的腔室224为真空，使发光二极管在长时间使用下可有良好和稳定的发光品质。在本发明的另一实施例中，在接合基板202和覆盖基板222前，工艺室注入惰性气体(Noble gas)，因此，基板202和覆盖基板222间的腔室224充满惰性气体。
图3A～图3D显示本发明另一实施例发光二极管的晶片级封装。不同于图2A～图2D的实施例，本实施例于基板和覆盖基板间的腔室填入抗紫外线(UV)材料、光学液体材料(optical fluid material)或光凝胶(optical gel)。首先，请参照图3A，提供一例如硅的基板302。将基板302钻孔或蚀刻并接着进行一例如蒸镀或溅镀的沉积工艺，于基板302中形成一穿过硅的插塞308(through-silicon via，以下可简称TSV)，并于基板上侧形成一第一电极304，于基板下侧形成一第二电极306。请注意，第一电极304经由TSV 308电性连接第二电极306。后续，进行例如电镀、蒸镀或溅镀的沉积工艺，于第一电极304和基板302上形成第一焊锡层310，在此实施例中，第一焊锡层310可包括金锡合金(SnAu)，其较佳组成为锡占20％，金占80％。请参照图3B，将一发光二极管芯片312经由一例如银胶的黏合层316接合至基板302。另外，发光二极管芯片312可通过使用焊锡作为接合材料的共晶接合(eutectic bond)技术接合至基板302。后续，进行一导线接合工艺，将发光二极管芯片312的接合垫(未示出)经由接合导线314电性连接基板302上的第一电极304。根据上述，发光二极管芯片312的电极可电性连接基板302上侧的第一电极304，且可经由TSV 308电性连接基板302下侧的第二电极306。请参照图3C，提供一例如玻璃的覆盖基板318，接着对覆盖基板318进行一钻孔或蚀刻工艺，于覆盖基板318中形成一腔室320(cavity)。后续，于腔室320中填入抗UV材料322(例如抗UV环氧树脂或抗UV硅树脂)或光学液体材料，其中抗UV材料322以具有高折射系数，可增加发光二极管元件亮度的材料较佳。在本发明一范例中，抗UV材料322为DOW CORING公司的EG-6301，另外，光学液体材料为NuSil公司的LS-5257。接着，进行一例如电镀、蒸镀或溅镀的沉积工艺，于覆盖基板318上形成一第二焊锡层324。请注意第一焊锡层310和第二焊锡层324的其中一个可以湿润(wettable)金属层取代，举例来说，湿润金属层可包括金、银、镍或铜。请参照图3D，将基板302和覆盖基板318置入一工艺室(未示出)中，加热至一特定温度(例如300℃)，以使基板302和覆盖基板318通过共晶接合(eutectic bond)黏合。值得注意的是，共晶接合可增加发光二极管封装的接合力(bond strength)和可靠度，并且具有高折射系数的抗UV材料或光学液体材料可增加发光二极管的亮度。
图4A～图4D显示本发明又另一实施例发光二极管的晶片级封装，不同于图2A～图2D的实施例，本实施例于基板和覆盖基板间形成卡榫结构，以增加接合力和可靠度。首先，请参照图4A，提供一例如硅的基板402。将基板402钻孔或蚀刻并接着进行一例如蒸镀或溅镀的沉积工艺，于基板402中形成一穿过硅的插塞408(through-silicon via，以下可简称TSV)，并于基板402上侧形成一第一电极404，于基板402下侧形成一第二电极406。请注意，第一电极404经由TSV 408电性连接第二电极406。后续，进行例如电镀、蒸镀或溅镀的沉积工艺，于第一电极404和基板402上形成卡榫412，在此实施例中，卡榫412可包括金锡合金(SnAu)，其较佳组成为锡占20％，金占80％。举例来说，本实施例可使用电镀工艺，沉积焊锡材料至一足够的厚度，以形成卡榫412。请参照图4B，将一发光二极管芯片413经由一例如银胶的黏合层417接合至基板402。另外，发光二极管芯片413可通过使用焊锡作为接合材料的共晶接合(eutectic bond)技术接合至基板402。后续，进行一导线接合工艺(wire bonding process)，将发光二极管芯片413的接合垫(未示出)经由接合导线415电性连接基板402上的第一电极404。根据上述，发光二极管芯片413的电极可电性连接基板402上侧的第一电极404，且可经由TSV408电性连接基板402下侧的第二电极406。请参照图4C，提供一例如玻璃的覆盖基板414，接着对覆盖基板414进行一钻孔或蚀刻工艺，于覆盖基板414中形成一腔室416(cavity)和多个孔洞418(aperture)。后续，进行一例如电镀、蒸镀或溅镀的沉积工艺，于覆盖基板414上和孔洞418中形成一焊锡层420。请注意焊锡层420可以湿润(wettable)金属层取代，举例来说，湿润金属层可包括金、银、镍或铜。请参照图4D，将基板402和覆盖基板414置入一工艺室(未示出)中，加热至一特定温度(例如300℃)，以使基板402和覆盖基板414通过共晶接合(eutectic bond)黏合，且使基板402上的卡榫412卡入覆盖基板414中的孔洞418。值得注意的是，卡榫412可进一步增加发光二极管封装的接合力(bond strength)和可靠度。
图5A～图5D显示本发明又另一实施例发光二极管的晶片级封装，不同于图4A～图4D的实施例，本实施例于覆盖基板上形成卡榫，基板则进行钻孔或蚀刻工艺，形成与卡榫结合的孔洞。首先，请参照图5A，提供一例如硅的基板502。将基板502钻孔或蚀刻并接着进行一例如蒸镀或溅镀的沉积工艺，于基板502中形成一穿过硅的插塞508(through-silicon via，以下可简称TSV)，并于基板502上侧形成一第一电极504，于基板502下侧形成一第二电极506。请注意，第一电极504经由TSV 508电性连接第二电极506。另外，在形成TSV 508的同时，可于基板502中形成孔洞512。后续，进行例如电镀、蒸镀或溅镀的沉积工艺，于第一电极504和基板502上形成第一焊锡层514，并填入孔洞512中。在此实施例中，第一焊锡层514可包括金锡合金(SnAu)，其较佳组成为锡占20％，金占80％。请参照图5B，将一发光二极管芯片516经由一例如银胶的黏合层515接合至基板502。另外，发光二极管芯片516可通过使用焊锡作为接合材料的共晶接合(eutectic bond)技术接合至基板502。后续，进行一导线接合工艺(wire bonding process)，将发光二极管芯片516的接合垫(未示出)经由接合导线518电性连接基板502上的第一电极504。根据上述，发光二极管芯片516的电极可电性连接基板502上侧的第一电极504，且可经由TSV 508电性连接基板502下侧的第二电极506。请参照图5C，提供一例如玻璃的覆盖基板522，接着对覆盖基板522进行一钻孔或蚀刻工艺，于覆盖基板522中形成一腔室524(cavity)。后续，进行一例如电镀、蒸镀或溅镀的沉积工艺，于覆盖基板522上形成一第二焊锡层526。本实施例不仅形成第二焊锡层526，且在形成第二焊锡层526时，于覆盖基板522上形成卡榫528。举例来说，本实施例可使用电镀工艺，沉积第二焊锡层526至一足够的厚度，后续对焊锡材料进行图形化步骤，以形成卡榫528。请注意第一焊锡层514和第二焊锡层526的其中一个可以湿润(wettable)金属层取代，举例来说，湿润金属层可包括金、银、镍或铜。请参照图5D，将基板502和覆盖基板522置入一工艺室(未示出)中，加热至一特定温度(例如300℃)，以使基板502和覆盖基板522通过共晶接合(eutectic bond)黏合，且使覆盖基板522上的卡榫528卡入基板502中的孔洞512。值得注意的是，卡榫528可进一步增加发光二极管封装的接合力和可靠度。
请注意，上述各实施例仅描述到形成晶片级封装结构的步骤，而本发明的晶片级封装结构可进一步进行切割工艺，形成多个表面黏着技术(SMT)形式的发光二极管芯片。
虽然本发明已揭示较佳实施例如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定为准。
Claims (10)
1.一种发光二极管封装结构，包括：
一基板，其中形成有一穿过硅的插塞；
一第一电极，位于该基板的上侧；
一第二电极，位于该基板的下侧，其中该第一电极和该第二电极经由该穿过硅的插塞彼此电性连接；
一发光二极管，接合至该基板的上侧；及
一覆盖基板，接合至该基板，其中该覆盖基板包括一腔室，以容纳该发光二极管。
2.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，更包括至少一焊锡层，位于该基板和该覆盖基板间，且该发光二极管通过共晶接合技术接合至该基板的上侧。
3.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中该腔室中为真空或填满惰性气体。
4.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其中该腔室填满抗紫外线材料凝胶光学液体材料或光凝胶。
5.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，更包括一卡榫，设置于该基板和该覆盖基板间，其中该卡榫包括焊锡。
6.一种发光二极管封装结构，包括：
一基板；
一第一电极，位于该基板的上侧；
一发光二极管，接合至该基板的上侧；及
一覆盖基板，通过共晶接合技术接合至该基板。
7.如权利要求6所述的发光二极管封装结构，其中该发光二极管封装结构包括一焊锡层和一可与该焊锡层湿润的金属层，设置于该基板和该覆盖基板间。
8.如权利要求6所述的发光二极管封装结构，其中该腔室中为真空或填满惰性气体。
9.如权利要求6所述的发光二极管封装结构，其中该腔室填满抗紫外线材料。
10.如权利要求6所述的发光二极管封装结构，更包括一卡榫，设置于该基板和该覆盖基板间，其中该卡榫为焊锡所组成。
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