CN102255029A - 发光晶片封装体及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光晶片封装体及其形成方法，该发光晶片封装体包括：承载基底，具有第一表面及相反的第二表面，以及自第一表面朝第二表面延伸的凹槽；至少一导电沟道及至少一导热插塞，位于凹槽外侧且穿过承载基底的第一表面及第二表面；发光元件，具有接点电极，设置在凹槽内，其中此接点电极电性连接导电沟道且与导热插塞电性绝缘。本发明所述的发光晶片封装体及其形成方法可显著地提升发光晶片封装体的可靠度及散热性。

Description

发光晶片封装体及其形成方法
技术领域
本发明有关于发光晶片封装体及其形成方法，且特别是有关于具有导电沟道(through-substrate vias)的发光晶片封装体。
背景技术
晶片封装体不但提供封装于其中的晶片的连接接口(connection interface)，还保护晶片免受环境污染物影响。
随着功能增进，在晶片运作期间，可能会产生大量的热，其将不利地影响晶片的效能。尤其对于发光二极管(LED)元件而言，运作过程所产生的热能可能会严重地降低LED元件的发光特性及使用寿命。
因此，业界亟需具有优良散热及高结构强度的发光晶片封装体。
发明内容
本发明提供一种发光晶片封装体，包括：一承载基底，具有一第一表面及相反的一第二表面，以及自该第一表面朝该第二表面延伸的凹槽；至少一导电沟道及至少一导热插塞，位于该凹槽外侧且穿过该承载基底的第一表面及第二表面；一发光元件，具有至少一接点电极，设置在该凹槽内，其中该接点电极电性连接该导电沟道且与该导热插塞绝缘。
本发明所述的发光晶片封装体，该发光元件包括一发光二极管。
本发明所述的发光晶片封装体，该发光元件包括多个发光二极管，所述发光二极管彼此串联。
本发明所述的发光晶片封装体，还包括一反射结构，该反射结构围绕该发光元件。
本发明所述的发光晶片封装体，该发光元件设置在该凹槽的一底部上，且该反射结构位于该凹槽底部或侧壁上。
本发明所述的发光晶片封装体，该反射结构包括一第一反射层及一第二反射层，且该第一反射层及该第二反射层互相电性绝缘。
本发明所述的发光晶片封装体，该第一反射层及该第二反射层由金属材料构成。
本发明所述的发光晶片封装体，该第一反射层电性连接该接点电极及该导电沟道。
本发明所述的发光晶片封装体，该第二反射层连接该导热插塞且与该接点电极及该导电沟道电性绝缘。
本发明提供一种发光晶片封装体的形成方法，包括：提供一承载基底，具有一第一表面及相反的一第二表面；部分移除该承载基底以形成至少一第一孔洞，所述第一孔洞自该承载基底的该第一表面朝该第二表面延伸；部分移除该承载基底以形成至少一第二孔洞，所述第二孔洞自该承载基底的该第一表面朝该第二表面延伸；自该承载基底的该第二表面薄化该承载基底以露出该第一孔洞及该第二孔洞，以形成至少一第一穿孔及至少一第二穿孔；于该第一穿孔的侧壁上形成一第一导电层；于该第二穿孔的侧壁上形成一第二导电层；及将一发光元件设置在该第一表面上，其中该发光元件具有一接点电极以电性连接该第一导电层。
本发明所述的发光晶片封装体的形成方法，该发光元件包括多个发光二极管，所述发光二极管彼此串联。
本发明所述的发光晶片封装体的形成方法，该第一导电层于该第一穿孔内作为导电沟道，且该第二导电层于该第二穿孔内作为导热插塞，其中，该导热插塞分别与该导电沟道及该接点电极电性绝缘。
本发明所述的发光晶片封装体的形成方法，还包括：形成一凹槽，该凹槽自该第一表面朝该第二表面延伸；将该发光元件设置于该凹槽的一底部上；以及形成一反射结构于该凹槽的一侧壁或底部上。
本发明所述的发光晶片封装体的形成方法，该反射结构包括一第一反射层及一第二反射层，且该第一反射层及该第二反射层互相电性绝缘。
本发明所述的发光晶片封装体的形成方法，该第一穿孔及该第二穿孔围绕该凹槽。
本发明所述的发光晶片封装体的形成方法，该凹槽、所述第一孔洞及所述第二孔洞同时形成。
本发明所述的发光晶片封装体的形成方法，所述第一孔洞及所述第二孔洞同时形成。
本发明所述的发光晶片封装体的形成方法，该第一导电层及该第二导电层分别延伸至该凹槽侧壁或底部以作为该第一反射层及该第二反射层。
本发明所述的发光晶片封装体及其形成方法可显著地提升发光晶片封装体的可靠度及散热性。
附图说明
图1A及图1C至1E显示本发明一实施例的发光晶片封装体的一系列制程剖面图。
图1B显示图1A的承载基底100的俯视图。
图2显示根据本发明一实施例的发光晶片封装体的承载基底的俯视图。
具体实施方式
以下将详细说明本发明实施例的制作与使用方式。然应注意的是，本发明提供许多可供应用的发明概念，其可以多种特定型式实施。文中所举例讨论的特定实施例仅为制造与使用本发明的特定方式，非用以限制本发明的范围。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关联性。再者，当述及一第一材料层位于一第二材料层上或之上时，包括第一材料层与第二材料层直接接触或间隔有一或更多其他材料层的情形。
图1A及图1C至图1E显示本发明一实施例的发光晶片封装体的一系列制程剖面图。请参照图1A，提供承载基底100，其具有第一表面100a及相反的第二表面100b。承载基底100可包括(但不限于)半导体材料(如硅)。例如，承载基底100可为硅晶圆。当选择硅晶圆作为承载基底100时，可进行晶圆级封装(wafer-level packaging)以形成根据本发明一实施例的发光晶片封装体，因而可显著地减少制作发光晶片封装体的成本及时间。在另一实施例中，承载基底100可由其他材质制成，例如铝、氮化铝、氧化铝或前述的组合。
图1B显示图1A的承载基底100的俯视图。如图1A及图1B所示，部分移除承载基底100以形成至少一孔洞，例如孔洞104a及104a’，以及孔洞104b及104b’。孔洞104a、104a’、104b及104b’自承载基底100的第一表面100a朝第二表面100b延伸。这些孔洞可同时形成或分别形成。例如，可进行光刻及蚀刻制程以部分移除承载基底100，因而同时或分别形成孔洞104a、104a’、104b及104b’。
如图1A及图1B所示，在另一实施例中，可选择于承载基底100中形成凹槽302，其自承载基底100的第一表面100a朝第二表面100b延伸。凹槽302的底部用以承载发光元件，且凹槽302的侧壁或底部上可形成反射层，因而形成包围发光元件的反射结构以将发射自发光元件的光线朝向上的方向反射。凹槽302可于形成孔洞104a、104a’、104b及104b’之前或之后形成。或者，凹槽可与这些孔洞同时形成。此外，孔洞及凹槽的开口可具有任何适合的形状，例如圆形、长方形、正方形或其相似形状。
请参照图1C，对承载基底100的第二表面100b进行薄化制程直至孔洞104a、104a’、104b及104b’露出。薄化制程可包括(但不限于)化学机械研磨(CMP)或研磨(grinding)。在薄化制程之后，孔洞104a、104a’、104b及104b’现已成为穿孔(through-holes)。因此，标号104a及104a’亦可分别用以代表穿孔104a及104a’。相似地，标号104b及104b’亦可分别用以代表穿孔104b及104b’。在承载基底100薄化之后，减少了凹槽302的底部与承载基底100的第二表面100b之间的距离。在一实施例中，这些穿孔围绕凹槽302而不在凹槽下方。
请参照图1D，选择性于承载基底100的表面上形成绝缘层106。绝缘层106可包括(但不限于)环氧树脂、防焊材料或其他适合的绝缘物质，例如无机材料的氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层、金属氧化物或前述的组合；或亦可为有机高分子材料的聚酰亚胺树脂(polyimide)、苯环丁烯(butylcyclobutene，BCB，道氏化学公司)、聚对二甲苯(parylene)、萘聚合物(polynaphthalenes)、氟碳化物(fluorocarbons)、丙烯酸酯(acrylates)等。绝缘层106的形成方式可包含涂布方式，例如旋转涂布(spin coating)、喷涂(spray coating)或淋幕涂布(curtaincoating)，或其他适合的沉积方式，例如，液相沉积、物理气相沉积、化学气相沉积、低压化学气相沉积、等离子增强式化学气相沉积、快速热化学气相沉积或常压化学气相沉积等制程。在一实施例中，承载基底100包括硅。在此情形下，绝缘层106较佳为由热氧化制程所形成的氧化硅层。在其他实施例中，承载基底100为绝缘基底，例如氮化铝基底或氧化铝基底。在此情形下，可省去绝缘层106。
继续参照图1D，接着于承载基底100的表面上形成导电层，并接着将其图案化为延伸至穿孔104a、104b内的导电层108a、导电层108b及线路重布层108c，以作为发光元件的导电沟道。导电层可包括(但不限于)铜、铝、金、氧化铟锡或其相似物。导电层可由物理气相沉积、化学气相沉积、电镀、无电镀或其相似制程而形成。导电层可通过例如包括光刻及蚀刻制程的图案化制程而图案化。在此实施例中，导电层108a及导电层108b进一步延伸进入凹槽302之中，且线路重布层108c位于凹槽302的底部上，以作为反射结构的反射层150。因此，放置于承载基底100上的发光元件可通过导电沟道(TSV)而接收来自位于承载基底100的另一侧的电力源(power source)的电能。在一实施例中，放置的发光元件包括彼此串联的多个发光二极管。在此情形下，线路重布层108c可作为这些发光二极管之间的导电桥梁。
虽然，显示于图1D中的导电层108a及导电层108b仅顺应性形成于穿孔的侧壁上而不将穿孔完全填满，但本发明实施例不限于此特定例子。在其他实施例中，可视需求而可使导电层将穿孔大抵完全填满。
请参照图1E，将发光元件(light emitting element)110设置于凹槽302的底部上。发光元件110可包括(但不限于)发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、高分子发光二极管(PLED)或其相似物。发光元件110包括第一接点电极110a及第二接点电极110b，用以接收电源。第一接点电极110a及第二接点电极110b可位于发光元件110的相同侧。在另一实施例中，第一接点电极110a及第二接点电极110b可位于发光元件110的不同侧。
再者，当发光元件110为发光二极管时，第一接点电极110a具有与第二接点电极110b相反的导电性类型。在一实施例中，第一接点电极110a为p型电极(p-type electrode)，而第二接点电极110b为n型电极(n-type electrode)。在另一实施例中，第一接点电极110a为n型电极，而第二接点电极110b为p型电极。
在一实施例中，发光元件110包括多个发光二极管111。这些发光二极管111彼此串联，例如显示于图1E的结构。其中一发光二极管111可通过焊线或先前定义于承载基底100上的线路重布层108c而电性连接至其他发光二极管111。在一实施例中，发光元件110包括多个彼此串联的发光二极管111所组成的阵列。
在图1E所示的实施例中，发光元件110的第一接点电极110a与延伸至凹槽302的底部上的导电层108a直接接触，而发光元件110的第二接点电极110b与延伸至凹槽302的底部上的导电层108b直接接触。发光元件110可包括多个彼此串联的发光二极管111。在此情形下，在运作期间将有大量的电流流过发光元件110。
此外，延伸于凹槽302的侧壁上的导电层108a及导电层108b除了可对发光元件110提供电源之外，还可用作反射层150以将发射自发光元件的光线朝向上的方向反射。换言之，导电层108a及导电层108b亦可同时作为电性连接接点电极及导电沟道的反射层。在此情形下，导电层108a及导电层108b较佳采用具有高反射率的导电材料，例如铝、银、铜或其相似物。在其他实施例中，可于凹槽302中的导电层108a及导电层108b上额外形成反射层，以作为反射结构。
请参照图1E及图1B，发光元件110的第一接点电极110a电性连接至两个导电沟道(穿孔104a及104a’与导电层108a的组合)，且发光元件110的第二接点电极110b电性连接至两个导电沟道(穿孔104b及104b’与导电层108b的组合)。因此，流经发光元件110的高电流由多个导电沟道共同分享，可显著地提升发光晶片封装体的可靠度。有时，其中一导电沟道与发光元件之间的电性连接可能会因制程错误或误差而没有成功地建立。因为，至少有两个导电沟道设计来与发光元件的接点电极电性连接，因此即使其中一导电沟道未能成功地与发光元件的一接点电极电性连接，其他的导电沟道仍可用以提供电力源与发光元件之间的电性连接。
在此实施例中，导电沟道较佳设置于由反射结构(凹槽及导电层的组合)所包围的区域的外侧。来自导电沟道与发光元件110的热能将不会累积在发光元件110所在的凹槽内，可显著地增进热能散失。
在一实施例中，可进一步于承载基底中形成至少一导热插塞(thermal via)以进一步增进发光晶片封装体的热能散失。图2显示根据本发明一实施例的发光晶片封装体的承载基底的俯视图。在此实施例中，采用相似于形成图1A至图1E的孔洞及凹槽的形成方法来于承载基底100中形成额外的导热孔204。接着，类似于图1D，于包含导热孔204的这些孔洞的侧壁上形成导电层以形成至少一导热插塞，此导电层会延伸至凹槽侧壁或底部以进一步将热能带离凹槽外部，也避免热能堆积于凹槽底部或其下方基底。因此导热插塞有助于发光晶片封装体的散热。在一实施例中，此导热用的导电层可作为另一反射层160，但与接点电极和导电沟道电性绝缘以避免短路。导热插塞的位置及分布可视需求而采用任何形式。
如上述，在一实施例中，发光晶片封装体中可提供有多个导电沟道，其用以分享(或分散)流经发光元件的高电流，或者用以作为备份的导电沟道。在另一实施例中，导电沟道及另外设置的导热插塞均位于凹槽所包围的区域之外，而不设置于凹槽的下方基底处。因此，除基底下方强度获得加强外，发光晶片封装体的散热性与可靠度可获增加。因此，可获得具有优良散热性、结构强度佳的发光晶片封装体。
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：承载基底；100a、100b：表面；104a、104a’、104b、104b’：孔洞(或穿孔)；106：绝缘层；108a、108b：导电层；108c：线路重布层；110：发光元件；110a、110b：接点电极；111：发光二极管；204：导热孔；150、160：反射层、302：凹槽。

Claims (18)

1.一种发光晶片封装体，其特征在于，包括：
一承载基底，具有一第一表面及相反的一第二表面，以及自该第一表面朝该第二表面延伸的凹槽；
至少一导电沟道及至少一导热插塞，位于该凹槽外侧且穿过该承载基底的第一表面及第二表面；
一发光元件，具有至少一接点电极，设置在该凹槽内，其中该接点电极电性连接该导电沟道且与该导热插塞绝缘。
2.根据权利要求1所述的发光晶片封装体，其特征在于，该发光元件包括一发光二极管。
3.根据权利要求1所述的发光晶片封装体，其特征在于，该发光元件包括多个发光二极管，所述发光二极管彼此串联。
4.根据权利要求1所述的发光晶片封装体，其特征在于，还包括一反射结构，该反射结构围绕该发光元件。
5.根据权利要求4所述的发光晶片封装体，其特征在于，该发光元件设置在该凹槽的一底部上，且该反射结构位于该凹槽底部或侧壁上。
6.根据权利要求5所述的发光晶片封装体，其特征在于，该反射结构包括一第一反射层及一第二反射层，且该第一反射层及该第二反射层互相电性绝缘。
7.根据权利要求6所述的发光晶片封装体，其特征在于，该第一反射层及该第二反射层由金属材料构成。
8.根据权利要求7所述的发光晶片封装体，其特征在于，该第一反射层电性连接该接点电极及该导电沟道。
9.根据权利要求8所述的发光晶片封装体，其特征在于，该第二反射层连接该导热插塞且与该接点电极及该导电沟道电性绝缘。
10.一种发光晶片封装体的形成方法，其特征在于，包括：
提供一承载基底，具有一第一表面及相反的一第二表面；
部分移除该承载基底以形成至少一第一孔洞，所述第一孔洞自该承载基底的该第一表面朝该第二表面延伸；
部分移除该承载基底以形成至少一第二孔洞，所述第二孔洞自该承载基底的该第一表面朝该第二表面延伸；
自该承载基底的该第二表面薄化该承载基底以露出该第一孔洞及该第二孔洞，以形成至少一第一穿孔及至少一第二穿孔；
于该第一穿孔的侧壁上形成一第一导电层；
于该第二穿孔的侧壁上形成一第二导电层；及
将一发光元件设置在该第一表面上，其中
该发光元件具有一接点电极以电性连接该第一导电层。
11.根据权利要求10所述的发光晶片封装体的形成方法，其特征在于，该发光元件包括多个发光二极管，所述发光二极管彼此串联。
12.根据权利要求10或11所述的发光晶片封装体的形成方法，其特征在于，该第一导电层于该第一穿孔内作为导电沟道，且该第二导电层于该第二穿孔内作为导热插塞，其中，该导热插塞分别与该导电沟道及该接点电极电性绝缘。
13.根据权利要求12所述的发光晶片封装体的形成方法，其特征在于，还包括：
形成一凹槽，该凹槽自该第一表面朝该第二表面延伸；
将该发光元件设置于该凹槽的一底部上；以及
形成一反射结构于该凹槽的一侧壁或底部上。
14.根据权利要求13所述的发光晶片封装体的形成方法，其特征在于，该反射结构包括一第一反射层及一第二反射层，且该第一反射层及该第二反射层互相电性绝缘。
15.根据权利要求14所述的发光晶片封装体的形成方法，其特征在于，该第一穿孔及该第二穿孔围绕该凹槽。
16.根据权利要求13所述的发光晶片封装体的形成方法，其特征在于，该凹槽、所述第一孔洞及所述第二孔洞同时形成。
17.根据权利要求10所述的发光晶片封装体的形成方法，其特征在于，所述第一孔洞及所述第二孔洞同时形成。
18.根据权利要求14所述的发光晶片封装体的形成方法，其特征在于，该第一导电层及该第二导电层分别延伸至该凹槽侧壁或底部以作为该第一反射层及该第二反射层。
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