CN102194964A - 化合物半导体封装结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种化合物半导体组件之封装结构，包含一基板，具有第一表面及相对于第一表面之第二表面，复数个金属柱，导通该基板之该第一表面及相对于该第一表面之该第二表面，一反射杯，围绕于该基板之第一表面以及形成一功能区，一反射层，覆盖于该反射杯及该功能区表面，并且露出部分之第一电极区域以及部分之第二电极区域，至少一个以上之化合物半导体晶粒，固接于该功能区上，以及一透明胶，覆盖于该至少一个以上之化合物半导体晶粒，其反射层除了可增加组件之亮度外，亦有均温的功能。再者，本发明同时提供封装结构之制造方法。

Description

化合物半导体封装结构及其制造方法

技术领域

本发明系有关一种化合物半导体组件封装结构及其制造方法。

背景技术

光电组件中的化合物半导体如发光二极管(light emitting diode；LED)具有低耗电、高亮度、体积小及使用寿命长等优点，因此被认为是次世代绿色节能照明的最佳光源。

为提高发光二极管组件之发光效益，并改善组件散热的问题，图1揭露一个传统的发光二极管封装结构100包含一层绝缘基板102，一个反射杯104放置于前述绝缘基板102上方。一个放置晶粒118之凹槽116位于该绝缘基板102与反射杯104之间。复数个导通孔112贯穿前述绝缘基板102并且位于凹槽116的底部。前述导通孔填充可导电物质110，以及形成导线图案106和108位于前述凹槽116底部及前述前述绝缘基板102底部，并且与导通孔112电性连接。

一反射层114形成于反射杯104内部表面，并且环绕着晶粒118。当组件通电时，前述反射层114可用金(Au)、银(Ag)、镍(Ni)等金属材料增加光反射率而增加光的亮度。

空隙120主要是防止反射层114的金属材料与导线材图案108产生短路现象。但由于前述反射层114与前述导线材图案108距离太过于靠近，短路现象不容易避免，常造成组件之发光效能降低。

为了避免发生上述短路现象，图2揭示一发光二极管封装结构200在反射杯202的下方先形成一绝缘层204。然后在反射杯202内部表面形成一金属反射层206以增加光的亮度。虽然形成绝缘层204可以降低金属反射层206与电极208导电，但是绝缘层没有反射作用，反而降低了出光的亮度。

金属材料作为反射材料也必须注意光吸收的问题。当晶粒的波长小于400nm，金(Au)和镍(Ni)的反射率也会低于50％。晶粒的波长小于350nm时，银(Ag)的反射率也会低于50％，而且银(Ag)也会吸收波长范围介于300～350nm。另外，金属材料也有氧化的问题，当组件长时间使用，金属材料容易与空气中的氧气形成深色的金属氧化物并且覆盖于反射层表面，降低反射的功能。

另外，图3揭示一发光二极管封装结构300的绝缘层302是以白色氧化铝(Aluminum Oxide)烧结而成，且该白色氧化铝具有反射的特性。反射杯304可直接反射光线，因此不需要再形成反射层。利用烧结的材料其孔径较大，当光线反射时会因为不平坦的表面而产生散射或是漫射，同样有降低反射功效的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种出光效率高兼具散热的化合物半导体之封装结构。

一种化合物半导体组件之封装结构包含一基板，具有第一表面及相对于第一表面之第二表面。复数个金属柱，导通前述基板之前述第一表面及相对于前述第一表面之前述第二表面。一反射杯，围绕于前述基板之第一表面上以形成一功能区。一反射层，覆盖于前述反射杯及前述功能区表面，并且露出部分之第一电极区域以及部分之第二电极区域。

本发明还提供一种化合物半导体组件封装壳体之制造方法，包含：提供一基板，其中前述基板具有第一表面及相对于第一表面之第二表面。形成复数个导通孔于导通前述基板之前述第一表面及前述相对于第一表面之第二表面。充填金属材料于前述复数个导通孔形成复数个金属柱。形成一反射杯于前述基板之第一表面并产生一功能区。形成一反射层于前述反射杯及前述功能区表面，并暴露部分之第一电极区域与部分之第二电极区域。

下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为现有技术中一发光二极管封装结构的示意图。

图2为现有技术中另一发光二极管封装结构的示意图。

图3为现有技术中又一发光二极管封装结构的示意图。

图4为本发明一实施例中的化合物半导体封装组件的反射杯制程流程图。

图5A至图5I为本发明一实施例中化合物半导体封装制程及各步骤结构图。

主要元件符号说明

发光二极管封装结构     100

绝缘基板               102

反射杯                 104

导线图案               106

导线图案               108

可导电物质             110

导通孔                 112

反射层                 114

凹槽                   116

晶粒                   118

空隙                   120

发光二极管封装结构     200

反射杯                 202

绝缘层                 204

金属反射层             206

电极                   208

发光二极管封装结构     300

绝缘层                 302

反射杯                 304

片状陶瓷板             502

孔洞                   504

陶瓷基板               506

导通孔                 508

第一表面               510

第二表面               512

金属材料            514

第一导电区域        516

第二导电区域        518

第一金属垫片        520

第二金属垫片        522

反射杯              524

反射层              526

第一电极区域        528

第二电极区域        530

功能区              532

化合物半导体晶粒    534

金属导线            536

透明胶材            538

荧光转换材料        540

具体实施方式

本发明在此所探讨的方向为一种化合物半导体组件之封装壳体及其制造方法。为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成。显然地，本发明的施行并未限定于化合物半导体之封装壳体及其制造方法之技艺者所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的组成或步骤并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要之限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其它的实施例中，且本发明的范围不受限定，其以之后的专利范围为准。

请参考图5I，本发明实施例揭示一种化合物半导体组件之封装结构。该封装结构包含一基板506、位于该基板506一侧的至少一化合物半导体晶粒534、一围绕该半导体晶粒534的反射杯524、覆于该反射杯524的反射层526。该基板506具有第一表面及相对于第一表面之第二表面。前述基板506为氧化铝基板、氮化铝基板或是片状陶瓷板堆栈。该基板506设有复数个导通孔508，这些导通孔508导通基板506的第一表面及第二表面。填充导通孔508之金属之材料514可为银(Ag)、镍(Ni)、铜(Cu)、锡(Sn)、铝(Al)或前述金属之合金。反射杯524围绕于前述基板之第一表面上以形成一功能区532。反射层526覆盖于前述反射杯524及前述功能区532表面，并且露出部分之第一电极区域528以及部分之第二电极区域530。前述反射层526可为二氧化硅(SiO₂)、氧化硼(B₂O₃)及氧化镁(MgO)之混合物。化合物半导体晶粒534以环氧树脂(Epoxy)固接于前述功能区532上。并且利用金属导线536与部分之第一电极区域528及部分之第二电极区域530做电性连接。前述金属导线536可利用金线，前述化合物半导体晶粒可为发光二极管、激光二极管或是光感测晶粒。一透明胶538覆盖于前述至少一个以上之化合物半导体晶粒534。该透明胶538可为环氧树脂(Epoxy)或是硅胶(Silicone)。前述透明胶538可以掺杂荧光转换材料540使得组件产生白光或是其它所需之颜色。前述之荧光材料540可为钇铝石榴石(YAG)、铽铝石榴石(TAG)、硫化物(Sulfide)、磷化物(Phosphate)、氮氧化物(Oxynitride)、硅酸盐类(Silicate)。

本发明之化合物半导体封装结构所提供之反射杯524具有一特殊玻璃反射层，避免先前技术因使用金属层所产生的金属氧化，导致反射层黑化而降低反射功能。

请参阅图4，上述基板506及反射杯524的制程流程图如下：

第一步骤402，提供一陶瓷基板。前述陶瓷基板可为氮化铝基板或是氧化铝基板。

第二步骤404，形成复数个导通孔于前述陶瓷基板。陶瓷基板属于绝缘基板，在陶瓷基板上形成复数个导通孔使得陶瓷基板之第一表面及相对于第一表面的第二表面可以互相导通。目前可利用激光或是机械钻孔加工处理。

第三步骤406，填充金属材料于前述复数个导通孔。为使陶瓷基板之第一表面及相对于第一表面的第二表面达到电性连接，填充金属材料于前述复数个导通孔形成金属柱，同时也具有导热之功能。前述金属材料可为银(Ag)、镍(Ni)、铜(Cu)、锡(Sn)、铝(Al)或前述金属之合金。

第四步骤408，形成一陶瓷反射杯于前述陶瓷基板上。前述反射杯环绕于一功能区周围，除了可提高组件的亮度以外也可以使得光具有方向性。

第五步骤410，形成一反射层于前述陶瓷反射杯及前述陶瓷基板之表面。由于陶瓷经过烧结的表面较为粗糙，若化合物半导体所产生之光经由陶瓷反射杯反射容易产生散射或漫射的现象，反而降低了组件的亮度。另外陶瓷基板虽然有导热佳的特性，但是化合物半导体晶粒产生的热源集中在前述晶粒下方，会产生有导热不均匀的现象。本发明利用注模的方式形成一层玻璃反射层于前述陶瓷反射杯及前述陶瓷基板上方，并且露出部分之第一电极区域与部分之第二电极区域以供化合物半导体晶粒之电性连接。另外，可在陶瓷基板相对于陶瓷反射杯的另一面形成第一金属垫片以及第二金属垫片做为组件与模块之电性连接。最后再以低温陶瓷共烧(Low Temperature Cofired Ceramics；LTCC)的技术约在900度左右烧结为具有玻璃反射层之陶瓷杯壳。前述玻璃反射层可为二氧化硅(SiO₂)、氧化硼(B₂O₃)及氧化镁(MgO)之混合物。此种成分之玻璃有较好的光泽和透明性，力学性能较强，耐热性、绝缘性和化学稳定性好，亦可用来制造高级化学仪器和绝缘材料。前述玻璃表面之孔径比陶瓷表面之孔径小，当化合物半导体晶粒产生的光经由玻璃反射层反射时可以达到高反射而增加组件的亮度。玻璃有均温的特性，故将晶粒固定于功能区之玻璃反射层上可将温度均匀分散于玻璃反射层表面，再经由陶瓷基板将热传导出组件，达到散热的效果。

另外，第三步骤406在填充金属材料后亦可形成一金属层于前述陶瓷基板之第一表面上增加电性连接之面积。其中前述金属层包含第一导电区域及第二导电区域。接着再形成一陶瓷反射层于前述金属层上方。

本发明同时提供另一种实施步骤，于第一步骤402及第二步骤404中提供一种以片状陶瓷板多层堆栈法形成陶瓷基板。前述基板是使用低温陶瓷粉末混合有机或是无机添加剂，再加上浆料搅拌均匀，以刮刀成形后并冲片做成片状陶瓷板，接着经由打孔后将陶瓷板堆栈形成具一厚度之陶瓷基板，其孔洞重迭形成导通孔。再经由上述第三步骤至第五步骤完成一具有玻璃反射层之杯壳。

本实施例中半导体化合物封装制程及各步骤之结构如图5A至图5I所示。如图5A所示，提供复数片具有复数个孔洞504之片状陶瓷板502，并且整齐的堆栈成具一厚度之陶瓷基板，使得复数个孔洞形成复数个导通孔508，如图5B所示。

经由图5B之A至A’切线，清楚了解前述陶瓷基板506之侧面图包含复数个导通孔508贯穿陶瓷基板506的第一表面510及相对于第一表面510之第二表面512，如图5C所示。(以下皆以侧面图表示之)。

接下来如图5D所示，填充金属材料514于前述复数个导通孔508里，使得陶瓷基板506的第一表面510及相对于第一表面510之第二表面512可以电性连接以及热的传导。图5E在前述陶瓷基板之第一表面510形成一金属层，前述金属层包含第一导电区域516以及第二导电区域518。该金属层材料可为银金属(Ag)。在前述陶瓷基板相对于第一表面的第二表面形成第一金属垫片520以及第二金属垫片522。

图5F形成一陶瓷反射杯524于第一导电区域516以及第二导电区域518上方后，接着形成一玻璃反射层526覆盖于前述陶瓷反射杯524表面以及第一导电区域516以及第二导电区域518上方，前述第一导电区域516以及第二导电区域518上方被前述陶瓷反射杯围绕之区域亦称为功能区532。另外暴露出第一电极区528以及第二电极区530以供电性连接，如第五G图。接着从俯视的角度第五G’图所示，前述陶瓷反射杯524环绕于前述功能区532周围，前述玻璃反射层526覆盖于前述陶瓷反射杯520以及前述功能区532表面，并且暴露出第一电极区域528与第二电极区域530。

图5H可将一个以上之化合物半导体晶粒534以环氧树脂(epoxy)固定于功能区上，并且利用金属导线536与第一电极区域528及第二电极区域530做电性连接。前述金属导线可利用金线，前述化合物半导体晶粒可为发光二极管、激光二极管或是光感测晶粒。

由图5I所示，以透明胶材538如树脂(epoxy)或是硅胶(silicone)包覆前述化合物半导体晶粒534，以保护化合物半导体晶粒不受外界污染及防止湿气渗入而导致组件受损及减短组件使用寿命。另外前述透明胶材538可以掺杂荧光转换材料540使得组件产生白光或是其它所需之颜色。前述之荧光材料可为钇铝石榴石(YAG)、铽铝石榴石(TAG)、硫化物(sulfide)、磷化物(phosphate)、氮氧化物(oxynitride)、硅酸盐类(silicate)。

本发明之另一实施例，前述陶瓷基板可为氧化铝基板或氮化铝基板，再以激光或机械钻孔方式形成导通孔，接下来之制程皆与图5D至图5I相同，故不赘述。

从本发明手段与具有的功效中，可以得到本发明具有诸多的优点。首先，导通孔含有金属材料，除了做为组件的导电路径外亦可做为导热的路径，增加组件之散热功能。另外，玻璃反射层的孔径比陶瓷的孔径较小，可让光反射的效率提升，不致于因散射或漫射的因素而影响组件之亮度。再者，玻璃有很好的均温效果，可以将化合物半导体晶粒产生的热源均匀的扩散于功能区表面后再由陶瓷基板排出，增加组件之使用寿命。同时，因为玻璃反射层取代金属反射层，不会有金属氧化变黑的现象使得组件之亮度降低，亦不会有金属反射层与电极产生短路的现象。

显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。因此需要在其附加的权利要求项之范围内加以理解，除了上述详细的描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行。上述仅为本发明之较佳实施例而已，并非用以限定本发明之申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示之精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述申请专利范围内。

Claims (11)

1.一种化合物半导体组件封装结构，包含一基板、至少一个化合物半导体晶粒及一反射杯，该基板具有第一表面及相对于第一表面之第二表面，该反射杯位于该基板的第一表面并围绕化合物半导体晶粒形成一功能区，其特征在于：还包括复数个位于该基板内的金属柱，这些金属柱导通所述基板的第一表面及第二表面；一反射层，覆盖于所述反射杯及功能区表面。

2.根据权利要求1所述的化合物半导体组件封装结构，其特征在于：还包含一金属层位于该基板与该反射杯之间。

3.根据权利要求2所述的化合物半导体组件封装结构，其特征在于：所述金属层包含第一导电区域及第二导电区域。

4.根据权利要求3所述的化合物半导体组件封装结构，其特征在于：所述第一导电区域及第二导电区域于所述功能区位置，且部分露出所述反射层。

5.根据权利要求1所述的化合物半导体组件封装结构，其特征在于：所述基板为氧化铝基板、氮化铝基板或是片状陶瓷板堆栈。

6.根据权利要求1-5任一项所述的化合物半导体组件封装结构，其特征在于：所述反射层之材料为二氧化硅(SiO₂)、氧化硼(B₂O₃)及氧化镁(MgO)之混合物。

7.根据权利要求1-5任一项所述的化合物半导体组件封装结构，其特征在于：所述金属柱之材料可为银(Ag)、镍(Ni)、铜(Cu)、锡(Sn)、铝(Al)或前述金属之合金。

8.一种化合物半导体组件封装结构的制造方法，包含：

提供一基板，该基板具有第一表面及相对于第一表面之第二表面；

形成复数个导通孔导通该基板之该第一表面及该相对于第一表面之第二表面；

充填金属材料于该复数个导通孔形成复数个金属柱；

形成一反射杯于该基板之第一表面并产生一功能区；

形成一反射层于该反射杯及该功能区表面，并暴露第一电极区域与第二电极区域；

固接至少一化合物半导体晶粒于该功能区上；以及

覆盖一透明胶于该至少一个以上之化合物半导体晶粒。

9.根据权利要求8所述的化合物半导体组件封装结构制造方法，其特征在于：还包含形成一金属层介于该反射杯与该基板之间。

10.根据权利要求8所述的化合物半导体组件封装结构制造方法，其特征在于：所述金属层包含第一导电区域及第二导电区域。

11.根据权利要求8-10任一项所述的之化合物半导体组件封装结构制造方法，其特征在于：还包含形成第一金属垫片及第二金属垫片位于该基板之第二表面。

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