CN102468290B - 热性能改进的led器件 - Google Patents

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Abstract

一种装置，包括其中具有多个开口的晶片。对于每个开口，LED器件以使得每个连接的LED器件和导电载体的一部分至少部分地填充开口的方式连接至导电载体和晶片。制造LED器件的方法包括：在晶片中形成多个开口。该方法还包括将发光二极管(LED)连接至导电载体。LED器件和导电载体至少部分地填充每一个开口。

Description

热性能改进的LED器件
技术领域
本发明涉及电路领域，更具体地，涉及热性能改进的LED器件。
背景技术
半导体集成电路(IC)工业近年来经历了快速发展。IC材料和设计的技术进步已经产生了各种类型的用于不同目的的IC。这些IC中的一种类型包括诸如发光二极管(LED)器件的光子器件。LED器件通过施加电压时半导体材料中电子的移动来发光。由于诸如小器件尺寸、长寿命、有效能量消耗以及良好的持续性和稳定性的有利特性，LED器件获得了更多的关注。
LED器件在其操作期间生成诸如热量的热能。使用现有方法制造的LED器件可能具有相对无效率的热耗散。因此，虽然制造LED器件的现有方法通常足够满足它们所要达到的目的，但它们不能在每一方面都令人满意。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种封装晶片，包括：晶片，其中具有多个通孔；多个发光二极管(LED)器件，分别安装在多个通孔中；以及面积不相等的多个导电载体，连接至多个LED器件；其中，多个导电载体以使多个LED器件和多个导电载体的对应部分至少部分地填充每一个通孔的方式而连接至晶片。
其中：晶片包括：衬底，具有硅材料、陶瓷材料、塑料材料、和有机材料中的一种；和多个第一导电元件和第二导电元件，设置在衬底的相对侧上；以及每个导电载体均包括：核心部分，连接至对应的LED器件，核心部分为部分地填充对应通孔的导电载体的一部分；和基础部分，连接至核心部分，并连接至第一导电元件和第二导电元件中的一个。
其中：每个通孔均具有第一横向尺寸；核心部分具有小于第一横向尺寸的第二横向尺寸；以及基础部分具有大于第一横向尺寸的第三横向尺寸。
其中：每个通孔均在衬底的一个部分中具有第一部分以及在衬底的不同部分中具有第二部分；每个通孔的第二部分宽于每个通孔的第一部分；每个LED器件和每个导电载体的核心部分设置在每个通孔的第一部分内；以及每个导电载体的基础部分设置在每个通孔的第二部分内。
其中，晶片还包括环绕衬底的部分的介电材料，介电材料被设置在第一导电元件和第二导电元件之间。
其中，每个导电载体的基础部分包括选自由以下层组成的组中的结构：金属层、掺杂硅层、以及设置在两个介电层之间的硅层，两个介电层设置在两个金属层之间。
其中：第一导电元件均包括引线接合焊盘；LED器件均包括引线接合到引线接合焊盘的接触焊盘；以及每个导电载体的基础部分连接至第二导电元件中的一个。
其中，晶片包括一个或多个硅通孔(TSV)，每个硅通孔均垂直地延伸穿过衬底，每个TSV的一端均连接至对应的一个引线接合焊盘。
其中，隔离材料设置在每个通孔中，并且填充对应的LED器件和晶片之间的间隙，隔离材料的一部分形成对应的LED器件的透镜。
此外，还提供了一种封装半导体晶片，包括：衬底，其中具有多个通孔；多个导电结构，具有对应的核心部件和对应的基础部件，核心部件的每一个均插入到对应的一个通孔中，基础部件的每一个均连接至衬底的环绕通孔的对应部分；多个发光二极管(LED)器件，分别位于核心部件上和通孔内，每个LED器件均与对应的通孔的侧壁隔开；以及绝缘材料，形成在衬底的上方，绝缘材料的一部分填充LED器件与对应通孔的侧壁之间的空间。
其中：每个通孔均具有第一部分和第二部分，第二部分具有大于第一部分的尺寸；核心部件和LED器件部分地位于通孔的对应的第一部分内；以及基础部件部分地位于通孔的对应的第二部分内。
其中：衬底包括非金属材料，并被介电材料环绕；绝缘材料包括聚合物材料；核心部件的每一个均包括金属材料；以及基础部件的每一个均包括金属材料、掺杂硅材料、以及硅、电介质和金属的插入层中的一种。
该封装半导体晶片还包括：多个第一金属元件和多个第二金属元件，形成在衬底的相对侧上，其中：第一金属元件中的每一个均引线接合到对应的一个LED器件；以及第二金属元件中的每一个均附接至对应的一个基础部件。
此外，本发明还提供了一种方法，包括：在晶片中形成多个开口；将多个发光二极管(LED)器件分别连接至多个导电载体；以及利用多个LED器件中的每一个以及多个导电载体中的每一个的对应部分至少部分地填充多个开口中的每一个。
其中：形成多个开口包括：在衬底中干蚀刻多个开口，衬底包括硅材料、陶瓷材料、塑料材料和有机材料中的一种，衬底具有设置在衬底的相对侧上的多个第一导电元件和多个第二导电元件；连接多个LED器件包括：将每个LED器件连接至每个导电载体的核心部分，核心部分为每个导电载体的部分地填充每个开口的部分；以及至少部分地填充多个开口中的每一个包括：将每个导电载体的基础部分连接至对应的第一导电元件和对应的第二导电元件中的一个。
其中：每个开口均具有第一横向尺寸；核心部分具有小于第一横向尺寸的第二横向尺寸；以及基础部分具有大于第一横向尺寸的第三横向尺寸。
其中，基础部分包括选自由以下层组成的组中的结构：金属层、重掺杂硅层、以及设置在两个介电层之间的硅层，两个介电层设置在两个金属层之间。
其中，形成多个开口是以如下方式执行的：每个开口均在衬底的一个部分中具有第一部分以及在衬底的不同部分中具有第二部分，开口的第一部分窄于开口的第二部分；以及其中，至少部分地填充多个开口中的每一个包括：将每个LED器件和每个导电载体的核心部分部分地放置到对应的一个开口的第一部分内；以及将每个导电载体的基础部分部分地放置到对应的一个开口的第二部分内。
该方法还包括：形成介电材料，以环绕衬底的各部分，介电材料形成在第一导电元件和第二导电元件之间。
其中，至少部分地填充多个开口中的每一个包括：将每个LED器件与延伸通过衬底的对应的硅通孔(TSV)进行引线接合；并且还包括：利用隔离材料填充每个LED器件和晶片之间的间隙；通过对隔离材料的部分进行成形来形成LED器件的多个透镜；以及切割晶片以获得多个LED发射器件。
附图说明
读者可以结合附图从以下详细描述中更好地理解本发明的各个方面。应该强调的是，根据工业的标准实践，各个部件不按比例绘制。事实上，各个部件的尺寸可以为了讨论的清晰而任意增加或减小。
图1是示出根据本公开各个方面的制造LED器件的方法的流程图。
图2是根据本公开各个方面的其中具有开口的晶片的一部分的示意性片断截面侧视图。
图3A至图3C是包含根据本公开各个方面的LED器件的结构的不同实施例的示意性片断截面侧视图。
图4至图8是根据本公开各个方面的图2的晶片以及包含插入到晶片的开口中的LED器件的结构的不同实施例示意性片断截面侧视图。
具体实施方式
应该理解，以下公开提供了用于实现各个实施例的不同特征的许多不同的实施例或实例。以下描述了组件和配置的具体实例以简化本公开。当然，它们仅仅是实例并且不是用于限制的目的。此外，以下描述中在第二部件上方或上形成第一部件可包括第一和第二部件被形成为直接接触的实施例，并且还包括可以在第一和第二部件之间形成附加部件的实施例，使得第一和第二部件可以不直接接触。为了简化和清楚的目的，各种部件可以以不同的比例任意绘制。
图1示出了根据本公开各个方面的方法11的流程图。方法11开始于块13，其中，在晶片中形成开口。晶片可包括衬底，并且开口可使用干蚀刻工艺来形成。方法11继续到块15，其中，发光二极管(LED)器件连接至导电载体。方法11继续到块17，其中，导电载体以LED器件和导电载体的一部分至少部分地填充开口的方式而连接至晶片。
图2至图8是根据图1的方法11的实施例的处于各个制造阶段的半导体晶片的各个部分的示意性片断截面侧视图。术语“晶片”在本文可用于指晶片的衬底，或者可用于指衬底以及形成在衬底上的各种部件。以下讨论的工艺涉及LED封装的晶片级工艺，是指它们是在晶片被切割成各个LED封装之前对封装晶片所执行的工艺。应理解，为了更好地理解本公开的发明概念，已经对图2至图8作出了简化。
参照图2，示出了晶片40的一部分。晶片40包括衬底50。衬底50是非金属材料。在一个实施例中，衬底50包含陶瓷材料。在其他实施例中，衬底50可包含硅材料、塑料材料或有机材料。衬底50可以不包含有源电路，并且可用于建立互连。
晶片40还包括导电元件80至86(可以称为导电层或导电部件)。导电元件80至83形成在衬底50的一侧上。为了容易参考，衬底的这一侧可以被称为顶侧。导电元件84至86形成在衬底50与顶侧相对的一侧上。为了容易参考，该相对侧被称为底侧。
在一个实施例中，导电元件80至86包括金属焊盘，它们既可以导热也可以导电。例如，导电元件83可以为金属丝焊焊盘(metalwire-bondingpad)，导电元件81和82可以为金属反射件焊盘(其可以反射光)，导电元件84和85可包括金属焊料焊盘(metalsolderingpad)。在一些实施例中，导电元件80和81可以集成到单个导电元件中，并且导电元件82和83可以集成到单个导电元件中。
晶片40还可以包括硅通孔(TSV)90。TSV90包括诸如金属材料的导电材料。TSV90延伸穿过衬底50。在一个实施例中，TSV90是实心的。在另一实施例中，TSV90可以是中空的。TSV90允许电信号从衬底50的顶侧传输到底侧，反之亦然。尽管仅示出了一个TSV90，但应该理解，可以在晶片40中形成多个TSV90。应注意，TSV结构应当包括用于将金属导体与Si绝缘的衬底(liner)。
在晶片40中形成多个开口(也被称为通孔)。为了简化，在图2中仅示出了一个这样的开口作为开口100。开口100通过适当的工艺(诸如干蚀刻工艺或激光工艺)形成。开口100具有横向尺寸(也被称为直径/宽度)110。在一个实施例中，横向尺寸110在大约0.1毫米(mm)至大约30mm的范围内，优选地，从大约0.3mm到大约15mm。在图2所示的实施例中，横向尺寸110的大小在衬底50的全部纵向上保持基本相同。换句话说，衬底50中开口100的部分大小不发生改变。
晶片40的开口(诸如开口100)填充或配对有多个结构，每一个结构均包含LED器件。这种结构可以被称为含有LED的结构或LED载体。这种包含LED的结构的多个实施例在图3A、图3B和图3C中示出并且在下文中进行详细讨论。
现在，参照图3A，一种包含LED的结构的一部分被示出为结构130。包含LED的结构130包括LED器件140、载体150和接触焊盘160。在一个实施例中，LED器件140是LED管芯。LED管芯可包括形成P/N结的相反掺杂的半导体层。例如，这些相反掺杂的半导体层中的一个层可以为掺杂有P型掺杂物(诸如硼(B))的氮化镓(GaN)层，并且相反掺杂的半导体层中的一个层可以为掺杂有N型掺杂物(诸如砷(As)或磷(P))的氮化镓层。典型地，P型掺杂物还可以是Mg，N型掺杂物还可以是Si。
LED管芯可包括设置在相反掺杂半导体层之间的多量子阱(MQW)层。MQW层具有氮化镓和氮化铟镓(InGaN)的交替(或周期)层。例如，在一个实施例中，MQW可具有10个(或任何其他适当的数目)氮化镓层和10个(或任何其他适当的数目)氮化铟镓层，其中，氮化铟镓层形成在氮化镓层上，以及另一个氮化镓层形成在该氮化铟镓层上等等。为了简化，没有具体示出LED器件140的相反掺杂的P型和N型层以及MQW层。
当电压(或电荷)被施加给LED器件140时，电流流过MQW层。因此，MQW层发射诸如可见光谱中的光的辐射。由MQW层所发光的颜色对应于光的波长。光的波长(因而也就是光的颜色)可以通过改变组成MQW层的材料的组合和结构来变化。
LED器件140使用生长衬底(诸如蓝宝石衬底)(本文未示出)来制造。然后，LED器件140连接至载体150(也被称为载体衬底)，并且去除生长衬底。载体150包括核心部分170(也被称为核心部件)和基础部分180(也被称为基础部件)。核心部分170包括导热和导电材料，并且直接连接至LED器件140。核心部分170具有小于开口100(如图2所示)的横向尺寸110的横向尺寸190。还应该理解，横向尺寸190基本上等于LED器件140的横向尺寸。
基础部分180包括导热和导电材料，并且直接连接至核心部分170。在一个实施例中，核心部分170和基础部分180均包括金属材料。基础部分180具有大于开口100(如图2所示)的横向尺寸110的横向尺寸195。因此，LED器件140和基础部分180可具有不同大小或不相等的面积。此外，由于核心部分170和基础部分180具有不同的面积，所以载体150可以被称为不相等面积载体。尽管未示出，但应该理解，与核心部分170类似的其他核心部分也可以连接至基础部分180。
接触焊盘160形成在LED器件140上，并且可以被认为是LED器件140的一部分。接触焊盘160包括金属材料，并用作LED器件140的接触电极(例如，N接触电极)。载体150的基础部分180可用作LED器件140的相对接触电极(例如，作为P接触电极)。
图3B和图3C分别示出了与图3A的包含LED的结构130类似的包含LED的结构200和210的一部分。为了一致和清楚，在图3A至图3C中用相同的参考标号表示类似的部件。然而，包含LED的结构130、200和210具有包括不同基础部分的载体。
参照图3B，包含LED的结构200具有包括重掺杂硅材料的基础部分220。因此，基础部分220不同于(包含LED的结构130的)基础部分180，因为基础部分180包括金属。金属焊盘225和226形成在基础部分220的重掺杂硅材料上。金属焊盘225和226还可以看做是基础部分220的一部分。
参照图3C，包含LED的结构210具有不同于基础部分180和220的基础部分230。基础部分230包括设置在两个介电层232和233之间的硅层231，两个介电层232和233又进一步设置在两个金属层234和235之间。金属层234直接连接至载体150的核心部分170。介电层232和233可包括氧化物材料、氮化物材料或氮氧化物材料。介电层232和233的介电材料具有相对良好的导热性，但是它们是电绝缘的。因此，可以通过介电层232和233扩散热能，但是电信号不能通过介电层232和233。如此，基础部分230具有分离的热扩散和导电路径。
现在，参照图4，包含LED的结构130连接至晶片40。LED器件140连同载体150的核心部分170一起插入到开口100中。应该理解，尽管图4仅示出了插入一个LED器件140和一个载体150，但多个其他LED器件和其他载体也可以插入到其他未示出的开口中。如上所述，核心部分170(和LED器件140)的横向尺寸190小于开口100的横向尺寸110。因此，LED器件140和核心部分170部分地填充开口100，在衬底50和包含LED的结构130(具体地，LED器件140和核心部分170)之间留下间隙。
由于载体150的基础部分180宽于开口100(具有较大的横向尺寸)，所以基础部分180没有插入到开口100中。此外，基础部分180连接至导电元件84和85。在一个实施例中，基础部分180以及导电元件84和85使用接合工艺(bondingprocess)而连接在一起，其涉及对基础部分180以及导电元件84和85施加热和压力。在另一实施例中，基础部分180以及导电元件84和85使用电镀工艺而连接在一起。在又一实施例中，基础部分180以及导电元件84和85使用焊接工艺而连接在一起。
应该理解，以晶片级执行上述工艺。可选地，在包含LED的结构130连接至晶片40的同时，其他包含LED的结构(未示出)连接至晶片40。这些其他包含LED的结构部分地插入到与晶片40的开口100类似的其他开口中。
然后，导电元件82和接触焊盘160使用引线接合工艺通过接合线250而连接在一起。接合线250可包括金属材料，诸如铜、铝、金、合金或其组合。也以晶片级执行引线接合工艺。在接触焊盘160接合至导电元件82之后，可以通过基础部分180和导电元件86(电连接至TSV90和导电元件82和83)向LED器件140施加电压。
尽管为了简化而未示出，但应该理解，包含LED的结构200和210(图3)也可以以可选实施例中的类似方式连接至晶片40。
现在，参照图5，在晶片40的上方形成隔离材料260。隔离材料260可以是电绝缘的。在一个实施例中，隔离材料260包括聚合物材料，并且通过本领域已知的注入模制工艺来形成。隔离材料260填充开口100内衬底50与包含LED的结构130之间的间隙(如图4所示)。因此，隔离材料260使衬底50与LED器件140和核心部分170电隔离。此外，隔离材料260用作机械压力和应力的缓冲件。隔离材料260的顶部可以为(弯曲)透镜状，使得由LED器件140发出的光可以在想要的传播方向上引导和聚焦。
上面讨论以及图5所示的实施例提供了优于现有LED器件的优点。然而，应该理解，其他实施例可以提供不同的优点，并且对任何实施例没有要求具体的优点。一个优点在于有效的热扩散。当LED器件140工作时，其生成诸如热量的热能。从图5可以看出，热能可以通过载体130的核心部分170而有效地“向下”扩撒，这是因为核心部分包括导热材料。热能还可以进一步通过基础部分180以及导电元件84和85以有效方式“侧面”扩散。与此相比，传统的LED器件必须通过具有低效热扩散特性的衬底来扩散由LED器件生成的热能。因此，图5所示的实施例提供了与现有LED器件相比改进的热扩散性能。
一些现有的LED器件还采用诸如多个金属通孔或金属小块(slug)的热扩散路径。形成这些金属通孔或小块通常要复杂的制造工艺，这增加了制造成本。此外，这些复杂的制造工艺可能不是(或者可能不兼容)晶片级工艺。相比之下，图5所示的实施例采用了简单的晶片级制造工艺，从而降低了制造成本并减小了制造复杂度。
此外，在基础部分230(如图3C所示)被用作载体150的基础部分的实施例中，实现了又一优点，即分离的热和电路径。具体地，许多消费者偏好使热能在与LED器件的电信号路径分离且不同的路径上扩散的LED器件。当使用基础部分230时，介电层232和233(如图3C所示)防止电信号在与热扩散路径相同的路径上传播。可选地，热能可仍然通过介电层232和233向下扩散，这是因为介电层232和233可具有相对良好的导热性。但是，电信号不能通过介电层232和233传播，而必须在金属层234(如图3C所示)中侧向传播。
图6至图8示出了本公开的可选实施例。这些可选实施例涉及使用与图5所示实施例的元件相同或类似的许多元件。为了一致和清楚，在图6至图8中用相同的参考标号表示这些类似或相同的元件。
图6示出了类似于晶片40(如图2至图5所示)的晶片300的一部分。包含LED的结构(诸如包含LED的结构130)以与上述和包含LED的结构130和晶片40相关联的方式类似的方式连接至晶片300。例如，LED器件140和其下方的核心部分170插入到晶片300的开口中并部分地填充开口。因此，图6所示的实施例提供了与图5所示实施例类似的优点(诸如有效的热扩散)。
然而，晶片40和300之间的一个不同点在于，晶片300包括环绕衬底50各个部分的介电材料310。因此，图6所示的实施例提供另一优点在于，介电材料310例如通过防止LED器件140的N侧和P侧之间经衬底50短路而帮助减少了泄漏。
图7示出了类似于晶片40(如图2至图5所示)的晶片320的一部分。包含LED的结构(诸如包含LED的结构130)以与上述和包含LED的结构130和晶片40相关联的方式类似的方式连接至晶片300。例如，LED器件140和其下方的核心部分170插入到晶片320的开口中并部分地填充开口。因此，图7所示的实施例提供了与图5所示实施例类似的优点(诸如有效的热扩散)。
然而，晶片40和320之间的一个不同点在于，对于晶片40，形成开口100(如图2所示)以贯穿衬底50的整个截面具有基本均匀的横向尺寸110。相比之下，对于晶片320，形成开口330。开口330贯穿衬底50不具有恒定和均匀的横向尺寸。与之前不同地，开口330具有较窄部分(具有横向尺寸340)和较宽部分(具有横向尺寸341)。开口330的较窄部分被LED器件140和载体的核心部分170部分地填充。开口330的较宽部分被载体的基础部分180部分地填充。
导电元件84和85(与基础部分180连接)的形状被调整为对应于开口330的形状。开口330还可以被称为“锪平台孔(spot-facinghole)”。形成这种锪平台孔涉及制造工艺中的更多操作，并且可以考虑更容易的组装。因此，图5所示的实施例和图7所示的实施例可以涉及较简单的制造和较容易的组装之间的折中。然而，应该理解，这些实施例均具有有效的热扩散。
图8示出了包括晶片300(如图6所示)和320(如图7所示)的组合的晶片350的一部分。换句话说，晶片350使用了介电材料310以环绕衬底50，并且晶片350还利用了锪平台孔330。因此，图8所示的实施例提供了与上述和图6和图7所示实施例相关联的优点类似的优点。
应该理解，可以执行其他制造工艺以完成LED器件的制造。如上所述，本公开涉及LED封装的晶片级工艺。在单个LED晶片上，许多LED器件被安装在对应的通孔中。封装的LED晶片被切割成多个独立的LED封装、LED发射器或LED板。换句话说，可以从单个封装LED晶片中获得许多较小的LED器件。为了简化，本文没有示出切割工艺。
本公开的一个较为广泛的形式涉及封装晶片。封装晶片包括：晶片，其中具有多个通孔；多个发光二极管(LED)器件，分别安装在多个通孔中；以及面积不相等的多个导电载体，连接至多个LED器件；其中，多个导电载体以使多个LED器件和多个导电载体的对应部分至少部分地填充每一个通孔的方式而连接至晶片。
本公开另一个较为广泛的形式涉及封装半导体晶片。封装半导体晶片包括：衬底，其中具有多个通孔；多个导电结构，具有对应的核心部件和对应的基础部件，核心部件的每一个均插入到对应的一个通孔中，基础部件的每一个均连接至衬底的环绕通孔的对应部分；多个发光二极管(LED)器件，分别位于核心部分上和通孔内，每个LED器件均与对应的通孔的侧壁隔开；以及绝缘材料，形成在衬底的上方，绝缘材料的一部分填充LED器件与对应通孔的侧壁之间的空间。
本公开又一个较为广泛的形式涉及制造LED器件的方法。该方法包括：在晶片中形成多个开口；将多个发光二极管(LED)器件分别连接至多个导电载体；以及利用多个LED器件的每一个以及每个导电载体的对应部分至少部分地填充多个开口中的每一个。
前面已经概述了若干实施例的特征，使得本领域的技术人员可以更好地理解上述详细描述。本领域的技术人员应该理解，他们可以容易地使用本公开作为设计或修改用于执行与本文所引入实施例相同的目的和/或实现相同优点的其他工艺和结构的基础。本领域的技术人员还应该意识到，这些等效限制并不背离本公开的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和公开的情况下，他们可以进行各种改变、替换和变化。

Claims (18)

1.一种封装晶片，包括：
晶片，其中具有多个通孔，所述晶片包括衬底以及设置在所述衬底的相对侧上的多个第一导电元件和第二导电元件；
多个LED器件，分别安装在所述多个通孔中；以及
面积不相等的多个导电载体，连接至所述多个LED器件；
其中，所述多个导电载体以使所述多个LED器件和所述多个导电载体的对应部分至少部分地填充每一个通孔的方式而连接至所述晶片，每个导电载体的基础部分连接至所述第一导电元件和所述第二导电元件中的一个，
其中，每个通孔均具有第一横向尺寸；
每个导电载体的核心部分具有小于所述第一横向尺寸的第二横向尺寸；以及
所述基础部分具有大于所述第一横向尺寸的第三横向尺寸；
所述基础部分包括设置在两个介电层之间的硅层，所述两个介电层设置在两个金属层之间。
2.根据权利要求1所述的封装晶片，其中：
衬底具有硅材料、陶瓷材料、和有机材料中的一种；
以及
每个所述导电载体均包括：
核心部分，连接至对应的LED器件，所述核心部分为部分地填充对应通孔的导电载体的一部分；和
所述基础部分，连接至所述核心部分。
3.根据权利要求2所述的封装晶片，其中：
每个通孔均在所述衬底的一个部分中具有第一部分以及在所述衬底的不同部分中具有第二部分；
每个通孔的第二部分宽于每个通孔的第一部分；
每个LED器件和每个导电载体的核心部分设置在每个通孔的第一部分内；以及
每个导电载体的基础部分设置在每个通孔的第二部分内。
4.根据权利要求2所述的封装晶片，其中，所述晶片还包括环绕所述衬底的部分的介电材料，所述介电材料被设置在所述第一导电元件和所述第二导电元件之间。
5.根据权利要求2所述的封装晶片，其中：
所述第一导电元件均包括引线接合焊盘；
所述LED器件均包括引线接合到所述引线接合焊盘的接触焊盘；以及
每个导电载体的基础部分连接至所述第二导电元件中的一个。
6.根据权利要求5所述的封装晶片，其中，所述晶片包括一个或多个TSV，每个TSV均垂直地延伸穿过所述衬底，每个TSV的一端均连接至对应的一个引线接合焊盘。
7.根据权利要求2所述的封装晶片，其中，隔离材料设置在每个通孔中，并且填充对应的LED器件和所述晶片之间的间隙，所述隔离材料的一部分形成对应的LED器件的透镜。
8.根据权利要求2所述的封装晶片，其中，所述衬底具有塑料材料。
9.一种封装半导体晶片，包括：
衬底，其中具有多个通孔，在所述衬底的相对侧上设置有多个金属元件；
多个导电结构，具有对应的核心部件和对应的基础部件，所述核心部件的每一个均插入到对应的一个通孔中，所述基础部件的每一个均连接至所述衬底的环绕通孔的对应金属元件；
多个LED器件，分别位于所述核心部件上和通孔内，每个LED器件均与对应的通孔的侧壁隔开；以及
绝缘材料，形成在所述衬底的上方，所述绝缘材料的一部分填充所述LED器件与对应通孔的侧壁之间的空间，
其中，每个通孔均具有第一横向尺寸；
所述核心部分具有小于所述第一横向尺寸的第二横向尺寸；以及
所述基础部分具有大于所述第一横向尺寸的第三横向尺寸；
所述基础部件包括设置在两个介电层之间的硅层，所述两个介电层设置在两个金属层之间。
10.根据权利要求9所述的封装半导体晶片，其中：
每个通孔均具有第一部分和第二部分，所述第二部分具有大于所述第一部分的尺寸；
所述核心部件和所述LED器件部分地位于通孔的对应的第一部分内；以及
所述基础部件部分地位于通孔的对应的第二部分内。
11.根据权利要求9所述的封装半导体晶片，其中：
所述衬底包括非金属材料，并被介电材料环绕；
所述绝缘材料包括聚合物材料；
所述核心部件的每一个均包括金属材料；以及
所述基础部件的每一个均包括硅、电介质和金属的插入层中的一种。
12.根据权利要求9所述的封装半导体晶片，还包括：多个第一金属元件和多个第二金属元件，形成在所述衬底的相对侧上，其中：
所述第一金属元件中的每一个均引线接合到对应的一个LED器件；以及
所述第二金属元件中的每一个均附接至对应的一个基础部件。
13.一种制造封装晶片的方法，包括：
在晶片中形成多个开口，所述晶片包括衬底以及设置在所述衬底的相对侧上的多个第一导电元件和第二导电元件；
将多个LED器件分别连接至多个导电载体；以及
利用所述多个LED器件中的每一个以及所述多个导电载体中的每一个的对应部分至少部分地填充所述多个开口中的每一个，其中，将每个导电载体的基础部分连接至所述第一导电元件和所述第二导电元件中的一个，
其中，每个通孔均具有第一横向尺寸；
每个导电载体的核心部分具有小于所述第一横向尺寸的第二横向尺寸；以及
所述基础部分具有大于所述第一横向尺寸的第三横向尺寸；
所述基础部分包括设置在两个介电层之间的硅层，所述两个介电层又进一步设置在两个金属层之间。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
形成所述多个开口包括：在衬底中干蚀刻所述多个开口，所述衬底包括硅材料、陶瓷材料、和有机材料中的一种；
连接所述多个LED器件包括：将每个LED器件连接至每个导电载体的核心部分，所述核心部分为每个导电载体的部分地填充每个开口的部分。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，形成所述多个开口是以如下方式执行的：
每个开口均在所述衬底的一个部分中具有第一部分以及在所述衬底的不同部分中具有第二部分，开口的第一部分窄于开口的第二部分；以及
其中，至少部分地填充所述多个开口中的每一个包括：
将每个LED器件和每个导电载体的核心部分部分地放置到对应的一个开口的第一部分内；以及
将每个导电载体的基础部分部分地放置到对应的一个开口的第二部分内。
16.根据权利要求14所述的方法，还包括：形成介电材料，以环绕所述衬底的各部分，所述介电材料形成在所述第一导电元件和所述第二导电元件之间。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，至少部分地填充所述多个开口中的每一个包括：将每个LED器件与延伸通过所述衬底的对应的硅通孔(TSV)进行引线接合；并且
还包括：
利用隔离材料填充每个LED器件和所述晶片之间的间隙；
通过对所述隔离材料的部分进行成形来形成LED器件的多个透镜；以及
切割所述晶片以获得多个LED发射器件。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，所述衬底包括塑料材料。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8415684B2 (en) 2010-11-12 2013-04-09 Tsmc Solid State Lighting Ltd. LED device with improved thermal performance
US8507328B2 (en) 2011-05-27 2013-08-13 Tsmc Solid State Lighting Ltd. Systems and methods providing semiconductor light emitters
KR101958418B1 (ko) 2013-02-22 2019-03-14 삼성전자 주식회사 발광 소자 패키지
CN105098043B (zh) * 2015-07-17 2017-12-22 开发晶照明（厦门）有限公司 发光装置复合基板及具有该发光装置复合基板的led模组
JP6237845B1 (ja) * 2016-08-24 2017-11-29 富士電機株式会社 縦型ｍｏｓｆｅｔおよび縦型ｍｏｓｆｅｔの製造方法
JP6716517B2 (ja) * 2017-09-20 2020-07-01 株式会社東芝 半導体装置
US10692799B2 (en) * 2018-06-01 2020-06-23 Innolux Corporation Semiconductor electronic device

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1436374A (zh) * 2001-04-12 2003-08-13 松下电工株式会社 使用led的光源装置及其制造方法
CN1501520A (zh) * 2002-11-15 2004-06-02 ��ʽ���������ǵ��� 发光装置
CN101663768A (zh) * 2007-10-15 2010-03-03 佛山市国星光电股份有限公司 功率led散热基板结构及由其制造的器件

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200302685A (en) * 2002-01-23 2003-08-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Circuit component built-in module and method of manufacturing the same
KR101207186B1 (ko) * 2005-04-08 2012-11-30 니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤 스크린 인쇄에 의해 형성된 실리콘 수지 층을 가진 발광장치
JP3992059B2 (ja) * 2005-11-21 2007-10-17 松下電工株式会社 発光装置の製造方法
JP4981342B2 (ja) * 2006-04-04 2012-07-18 日立協和エンジニアリング株式会社 サブマウントおよびその製造方法
JP2007288050A (ja) * 2006-04-19 2007-11-01 Shinko Electric Ind Co Ltd 半導体装置および半導体装置の製造方法
DE102006032073B4 (de) * 2006-07-11 2016-07-07 Intel Deutschland Gmbh Elektrisch leitfähiger Verbund aus einem Bauelement und einer Trägerplatte
TW201114003A (en) * 2008-12-11 2011-04-16 Xintec Inc Chip package structure and method for fabricating the same
US8415684B2 (en) * 2010-11-12 2013-04-09 Tsmc Solid State Lighting Ltd. LED device with improved thermal performance
US8507328B2 (en) * 2011-05-27 2013-08-13 Tsmc Solid State Lighting Ltd. Systems and methods providing semiconductor light emitters

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1436374A (zh) * 2001-04-12 2003-08-13 松下电工株式会社 使用led的光源装置及其制造方法
CN1501520A (zh) * 2002-11-15 2004-06-02 ��ʽ���������ǵ��� 发光装置
CN101663768A (zh) * 2007-10-15 2010-03-03 佛山市国星光电股份有限公司 功率led散热基板结构及由其制造的器件

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