CN102163659A - 发光二极管封装、高反射型硅次基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种发光二极管封装、用于发光二极管封装的高反射型硅次基板及其制造方法，其中所述用于发光二极管封装的硅次基板的制造方法：首先提供一硅基板；在硅基板上形成一反射层；蚀刻掉部分的反射层及硅基板，形成一孔洞；进行一晶片晶背研磨制作工艺，薄化硅基板，使孔洞变成一直通硅晶穿孔；形成一绝缘层，覆盖住该反射层及该硅基板；形成一金属晶种层，覆盖住绝缘层；在绝缘层上形成一光致抗蚀剂图案，定义出一重分布线路层图案；在未被该光致抗蚀剂图案覆盖的金属晶种层上形成一金属层；再去除光致抗蚀剂图案；最后，去除未被该金属层覆盖的该金属晶种层。

Description

发光二极管封装、高反射型硅次基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及发光二极管封装技术领域，特别是涉及一种用于发光二极管封装的高反射型(high-reflection)硅次基板(silicon submount)及其制造方法。
背景技术
发光二极管(light emitting diode，简称LED)元件一般是作为指示灯、显示板的发光源，它不但能够高效率地直接将电能转化为光能，而且具有使用寿命长、省电等优点，故其在照明或显示应用领域中已逐渐扮演越来越重要的角色。
如熟习该项技艺者所知，传统发光二极管封装构件通常采用氧化铝(Al2O3)等陶瓷次基板，但是这种陶瓷次基板的散热效果差，容易导致LED元件在高温下的可靠度问题及LED元件使用寿命减短等等问题。除了散热问题之外，传统发光二极管技术还有成本及发光效率等问题尚待解决。
由此可知，该技术领域目前仍需要一种改良的发光二极管封装次基板，可以解决过去使用陶瓷次基板造成的散热问题、并同时具备低制造成本及提升发光二极管封装的发光效能。
发明内容
鉴于此，本发明的目在于提供一种用于发光二极管封装的高反射型硅次基板及其制造方法，以解决背景技艺的不足与缺点。
为达上述目的，根据本发明的一较佳实施例，本发明提供一种用于发光二极管封装的硅次基板的制造方法，包含有：提供一硅基板；在该硅基板上形成一反射层；蚀刻掉部分的该反射层及该硅基板，形成一孔洞；进行一晶片晶背研磨制作工艺，薄化该硅基板，使得该孔洞变成一直通硅晶穿孔；形成一绝缘层，覆盖住该反射层及该硅基板；形成一金属晶种层，覆盖住该绝缘层；在该绝缘层上形成一光致抗蚀剂图案，定义出一重分布线路层图案； 在未被该光致抗蚀剂图案覆盖的该金属晶种层上形成一金属层；去除该光致抗蚀剂图案；以及去除未被该金属层覆盖的该金属晶种层。
根据本发明的另一较佳实施例，本发明提供一种用于发光二极管封装的硅次基板的制造方法，包含有：提供一硅基板；在该硅基板上形成一反射层；蚀刻掉部分的该反射层及该硅基板，形成一孔洞；进行一晶片晶背研磨制作工艺，薄化该硅基板，使得该孔洞变成一直通硅晶穿孔；形成一绝缘层，覆盖住该反射层及该硅基板；形成一金属晶种层，覆盖住该绝缘层；在该绝缘层上形成一光致抗蚀剂图案，定义出一重分布线路层图案；蚀刻掉部分未被该光致抗蚀剂图案覆盖的该金属晶种层，直到曝露出部分的该绝缘层；在蚀刻该金属晶种层后，去除该光致抗蚀剂图案；以及在该金属晶种层的表面上电镀形成一金属层。
根据本发明的又另一较佳实施例，本发明提供一种用于发光二极管封装的硅次基板，包含有一硅基板，其一面上设有一反射层；一直通硅晶穿孔，穿过该反射层及该硅基板；一绝缘层，覆盖该反射层及该硅基板；以及一重分布线路层，设于该绝缘层上。
根据本发明的又另一较佳实施例，本发明提供一种发光二极管封装，包含有一硅次基板，其包含有一硅基板，其一面上设有一反射层、一直通硅晶穿孔，穿过该反射层及该硅基板、一绝缘层，覆盖该反射层及该硅基板、一重分布线路层，设于该绝缘层上；一发光二极管管芯，置于该硅次基板上；以及一打线，将该发光二极管管芯的一电极与该硅次基板的一接合垫接合。
为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。然而如下的较佳实施方式与附图仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
附图说明
图1至图6为依据本发明一较佳实施例所绘示的一种用于发光二极管封装的高反射型硅次基板的制造方法示意图；
图7至图12为依据本发明另一较佳实施例所绘示的一种用于发光二极管封装的高反射型硅次基板的制造方法示意图；
图13为依据本发明另一较佳实施例所绘示的发光二极管封装的剖面示意图。
主要元件符号说明
1高反射型硅次基板
10硅基板
10a前表面
10b背面
11反射层
12孔洞
12a直通硅晶穿孔
13绝缘层
14金属晶种层
15光致抗蚀剂图案
16金属层
17光致抗蚀剂图案
22重分布线路层图案
24重分布线路层图案
25管芯接垫
26接合垫
30发光二极管管芯
32第一电极
34第二电极
36打线
具体实施方式
本发明实施例可应用于晶片级封装(wafer level chip scale pacakge，WLCSP)制作工艺，封装如发光二极管等发光元件，其中，晶片级封装制作工艺泛指在晶片阶段完成封装步骤后，再予以切割成独立的封装体，或者，将以分离的发光元件重新分布在一承载晶片上，再进行封装者。此外，本发明的另一特色在于硅次基板的制作结合了直通硅晶穿孔(through silicon via，TSV)技术。
请参阅图1至图6，其为依据本发明一较佳实施例所绘示的一种用于发 光二极管封装的高反射型硅次基板(silicon submount)的制造方法示意图。首先，如图1所示，提供一硅晶片或硅基板10，例如，晶格排列方向为(100)的单晶硅晶片，随后，进行一溅镀制作工艺，仅仅在硅基板10的前表面10a形成一反射层11，例如，铝或者银，较佳为铝。当然，前述的反射层11并不只限于以溅镀制作工艺形成，其它例如电镀、物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积等方法也可以用来形成反射层11。
如图2所示，接着进行光刻制作工艺及蚀刻制作工艺，蚀刻掉部分的反射层11以及硅基板10，形成孔洞12。其中，孔洞12的位置也就是预计要形成直通硅晶穿孔(TSV)的位置。前述的光刻制作工艺包括在反射层11上形成一光致抗蚀剂层(图未示)，对该光致抗蚀剂层进行曝光及显影制作工艺，将一光罩图案(即定义直通硅晶穿孔的图案)转移至该光致抗蚀剂层，然后进行蚀刻制作工艺，去除未被该光致抗蚀剂层覆盖的部分的反射层11，并蚀刻硅基板10至一预定深度，最后去除剩下的光致抗蚀剂层。
如图3所示，接下来进行晶片晶背研磨制作工艺，利用研磨机台将硅基板10的背面10b研磨掉一预定厚度，薄化硅基板10使得孔洞12变成直通硅晶穿孔12a。随后，进行一沉积制作工艺，例如，化学气相沉积制作工艺，在硅基板10的前表面10a及背面10b、反射层11上以及直通硅晶穿孔12a的侧壁上形成一透光的绝缘层13，例如，二氧化硅。
如图4所示，接着，进行物理气相沉积制作工艺，在硅基板10的前表面10a及背面10b的绝缘层13的表面上及直通硅晶穿孔12a内的绝缘层13的表面上形成一金属晶种层14，例如，铜晶种层，其可以包含有钛钨合金(TiW)及铜金属(Cu)。由于反射层11与金属晶种层14之间有绝缘层13隔离，故并不会互相接触。
如图5所示，接着在硅基板10的前表面10a及背面10b的金属晶种层14的表面上形成一光致抗蚀剂图案15，其定义出预定的重分布线路层(redistribution layer，RDL)图案。然后，进行一电镀制作工艺，在未被光致抗蚀剂图案15覆盖的金属晶种层14的表面上电镀形成所要厚度的金属层16。其中，金属层16可以包含铜金属层及覆盖在铜层上的镍金层。
如图6所示，接下来去除光致抗蚀剂图案15，曝露出部分的金属晶种层14。然后，再蚀刻掉曝露出来的金属晶种层14，直到曝露出部分的绝缘层13，如此，即完成高反射型硅次基板1的制作，并在硅基板10的前表面10a 及背面10b的绝缘层13的表面上完成重分布线路层图案22及24，其中重分布线路层图案22及24是通过金属化的直通硅晶穿孔12a构成电连接。后续发光元件(图未示)即可利用表面粘着技术设置于硅基板10的前表面10a，并通过打线与重分布线路层图案22电连接。
本发明的主要优点在于反射层11可以提升至少约3-5％的发光元件的光利用率。此外，硅基板的散热效率也比传统的氧化铝陶瓷基板更佳，而且本发明硅次基板1的制作工艺步骤简单(同一光罩可定义反射层及直通硅晶穿孔图案)，结合直通硅晶穿孔技术，更具有成本上的优势。
请参阅图7至图12，其为依据本发明另一较佳实施例所绘示的一种用于发光二极管封装的高反射型硅次基板的制造方法示意图，其中仍沿用相同符号表示相同的元件、材料或区域。
首先，如图7所示，同样提供一硅晶片或硅基板10，例如，晶格排列方向为(100)的单晶硅晶片，随后，进行一溅镀制作工艺，仅仅在硅基板10的前表面10a形成一反射层11，例如，铝或者银，较佳为铝。当然，前述的反射层11并不只限于以溅镀制作工艺形成，其它例如电镀、物理气相沉积、化学气相沉积、原子层沉积等方法也可以用来形成反射层11。
如图8所示，接着进行光刻制作工艺及蚀刻制作工艺，蚀刻掉部分的反射层11以及硅基板10，形成孔洞12。其中，孔洞12的位置也就是预计要形成直通硅晶穿孔(TSV)的位置。前述的光刻制作工艺包括在反射层11上行成一光致抗蚀剂层(图未示)，对该光致抗蚀剂层进行曝光及显影制作工艺，将一光罩图案(即定义直通硅晶穿孔的图案)转移至该光致抗蚀剂层，然后进行蚀刻制作工艺，去除未被该光致抗蚀剂层覆盖的部分的反射层11，并蚀刻硅基板10至一预定深度，最后去除剩下的光致抗蚀剂层。
如图9所示，接下来进行晶片晶背研磨制作工艺，利用研磨机台将硅基板10的背面10b研磨掉一预定厚度，薄化硅基板10使得孔洞12变成直通硅晶穿孔12a。随后，进行一沉积制作工艺，例如，化学气相沉积制作工艺，在硅基板10的前表面10a及背面10b、反射层11上以及直通硅晶穿孔12a的侧壁上形成一透光的绝缘层13，例如，二氧化硅。
如图10所示，接着，进行物理气相沉积制作工艺，在硅基板10的前表面10a及背面10b的绝缘层13的表面上及直通硅晶穿孔12a内的绝缘层13的表面上形成一金属晶种层14，例如，铜晶种层，其可以包含有钛钨合金(TiW) 及铜金属(Cu)。由于反射层11与金属晶种层14之间有绝缘层13隔离，故并不会互相接触。
如图11所示，接着在硅基板10的前表面10a及背面10b的金属晶种层14的表面上形成一光致抗蚀剂图案17，其定义出预定的重分布线路层(RDL)图案。然后，蚀刻掉部分未被光致抗蚀剂图案17覆盖的金属晶种层14，直到曝露出部分的绝缘层13。随后，去除光致抗蚀剂图案17。
如图12所示，然后，进行一电镀制作工艺，直接在金属晶种层14的表面上电镀形成所要厚度的金属层16。其中，金属层16可以包含铜层及覆盖在铜层上的镍金层。如此，即完成高反射型硅次基板1的制作。
请参阅图13，其为依据本发明另一较佳实施例所绘示的发光二极管封装的剖面示意图。如图13所示，在完成本发明高反射型硅次基板1的制作之后，接着可以将一发光二极管管芯30以表面粘着技术置于高反射型硅次基板1的管芯接垫25上。发光二极管管芯30可以包括有一第一电极32以及一第二电极34，并使第一电极32电连接管芯接垫25，而第二电极34可以利用打线36接合至高反射型硅次基板1的接合垫26。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (20)

1.一种用于发光二极管封装的硅次基板的制造方法，包含有：
提供一硅基板；
在该硅基板上形成一反射层；
蚀刻掉部分的该反射层及该硅基板，形成一孔洞；
进行一晶片晶背研磨制作工艺，薄化该硅基板，使得该孔洞变成一直通硅晶穿孔；
形成一绝缘层，覆盖住该反射层及该硅基板；
形成一金属晶种层，覆盖住该绝缘层；
在该绝缘层上形成一光致抗蚀剂图案，定义出一重分布线路层图案；
在未被该光致抗蚀剂图案覆盖的该金属晶种层上形成一金属层；
去除该光致抗蚀剂图案；以及
去除未被该金属层覆盖的该金属晶种层。
2.如权利要求1所述的一种用于发光二极管封装的硅次基板的制造方法，其中该反射层包含铝或银。
3.如权利要求1所述的一种用于发光二极管封装的硅次基板的制造方法，其中该绝缘层包含有二氧化硅。
4.如权利要求1所述的一种用于发光二极管封装的硅次基板的制造方法，其中该绝缘层为一透光的绝缘层。
5.如权利要求1所述的一种用于发光二极管封装的硅次基板的制造方法，其中该金属晶种层包含有钛钨合金或铜金属。
6.如权利要求1所述的一种用于发光二极管封装的硅次基板的制造方法，其中该金属层包含铜金属层或镍金层。
7.一种发光二极管封装的制造方法，包含有：
提供一以权利要求1所述的方法所构成的硅次基板；
将一发光二极管管芯置于该硅次基板上；以及
以打线将该发光二极管管芯的一电极与该硅次基板的一接合垫接合。
8.一种用于发光二极管封装的硅次基板的制造方法，包含有：
提供一硅基板；
在该硅基板上形成一反射层；
蚀刻掉部分的该反射层及该硅基板，形成一孔洞；
进行一晶片晶背研磨制作工艺，薄化该硅基板，使得该孔洞变成一直通硅晶穿孔；
形成一绝缘层，覆盖住该反射层及该硅基板；
形成一金属晶种层，覆盖住该绝缘层；
在该绝缘层上形成一光致抗蚀剂图案，定义出一重分布线路层图案；
蚀刻掉部分未被该光致抗蚀剂图案覆盖的该金属晶种层，直到曝露出部分的该绝缘层；
在蚀刻该金属晶种层后，去除该光致抗蚀剂图案；以及
在该金属晶种层的表面上电镀形成一金属层。
9.如权利要求8所述的一种用于发光二极管封装的硅次基板的制造方法，其中该反射层包含铝或银。
10.如权利要求8所述的一种用于发光二极管封装的硅次基板的制造方法，其中该绝缘层为一透光的绝缘层。
11.如权利要求8所述的一种用于发光二极管封装的硅次基板的制造方法，其中该金属晶种层包含有钛钨合金或铜金属。
12.如权利要求8所述的一种用于发光二极管封装的硅次基板的制造方法，其中该金属层包含铜金属层或镍金层。
13.一种发光二极管封装的制造方法，包含有：
提供一以权利要求8所述的方法所构成的硅次基板；
将一发光二极管管芯置于该硅次基板上；以及
以打线将该发光二极管管芯的一电极与该硅次基板的一接合垫接合。
14.一种用于发光二极管封装的硅次基板，包含有：
硅基板，其一面上设有一反射层；
直通硅晶穿孔，穿过该反射层及该硅基板；
绝缘层，覆盖该反射层及该硅基板；以及
重分布线路层，设于该绝缘层上。
15.如权利要求14所述的一种用于发光二极管封装的硅次基板，其中该反射层包含铝或银。
16.如权利要求14所述的一种用于发光二极管封装的硅次基板，其中该绝缘层为一透光的绝缘层。
17.如权利要求14所述的一种用于发光二极管封装的硅次基板，其中该重分布线路层包含有金属晶种层以及金属层。
18.如权利要求17所述的一种用于发光二极管封装的硅次基板，其中该金属晶种层包含有钛钨合金或铜金属。
19.如权利要求17所述的一种用于发光二极管封装的硅次基板，其中该金属层包含有铜金属层或镍金层。
20.一种发光二极管封装，包含有：
硅次基板，其结构如权利要求14所述；
发光二极管管芯，置于该硅次基板上；以及
打线，将该发光二极管管芯的一电极与该硅次基板的一接合垫接合。
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