CN103314457B - 发光装置晶片级封装 - Google Patents

Abstract

一种用以支撑LED结构的生长的基板，被用以支撑在LED结构上的超结构的创建。优选地，该超结构创建为一系列层，其包含形成从LED结构至该超结构之顶部的导电路径的导电元件，以及提供发光装置的结构支撑。该结构随后经倒置，使得该超结构变为LED结构的载体基板，且薄化或移除原基板。使用促进电传导和绝缘以及热传导和消散的材料来创建该结构。

Description

发光装置晶片级封装

技术领域

本发明涉及固态发光装置领域，且具体地，涉及一种晶片级封装中的发光装置及一种制造这种装置的方法。

背景技术

发光装置（LED）且尤其是以大于约四分之一瓦操作的发光装置一般包含提供光的半导体元件及提供机械支撑、电连接、热消散、波长转换等等的一个或多个非半导体元件。

随着固态LED的普及性及使用领域不断扩大，来自大量销售的潜在收益增加，制造商之间之销售竞争也增加。在这种环境中，每单位成本的均衡少量节省对收益性会有重大影响。因此，LED的制造商致力于降低材料成本及制造成本。

图1图示包括半导体元件110及至少两个非半导体元件（陶瓷基板120及一对电极122）的传统中高功率LED。如图可见，在该实施例中，陶瓷基板120超过发光半导体结构110面积的两倍；额外面积主要用以促进经由电极122而至半导体结构110的外部连接。因此，基板120占装置的材料成本的相当大部分。另外，将半导体结构110放置在基板120上需要精确拾取及放置工艺，这会增加装置的制造成本。

Ibbetson等人于 2008年 2月 12日发表的 USP 7,329,905“CHIP-SCALE METHODS FOR PACKAGING LIGHT EMITTING DEVICES AND CHIP-SCALE PACKAGED LIGHT EMITTING DEVICES”公开了一种使用晶圆接合来消除拾取及放置工艺且减小支撑基板大小的技术。如图2A中所图示，第一晶圆包含基板212，多个LED结构216形成于该基板上且接触218在这些结构顶部。第二晶圆包含载体基板220，其包含贯穿导通孔222，且接触228、238分别在载体基板的顶部和底部。如图2B所图示，第一晶圆经倒置且接合至第二晶圆，LED结构的接触218耦合至载体基板顶部处的对应接触228。可选地，为减少对从LED结构顶部输出的光的干扰，可薄化或移除第一晶圆的生长基板212。随后，所得晶圆接合结构被切割/单粒化（虚线）成个别发光装置，且载体基板底部处的接触238用于至LED结构的外部连接。接着，这些装置可被放置在印刷电路板上且耦合至该板上的对应电极（一般使用焊料回流技术）。

虽然USP 7,329,905的技术无需拾取及放置个别LED结构且减小超过LED结构的基板面积（相比于图1的传统结构），但材料和/或制造的进一步成本降低或简化将是有利的。

发明内容

无需提供晶片级封装的发光装置中的贯穿导通孔将是有利的。还将有利的是提供与用于基板的材料相关和与通过基板而耦合至该发光装置相关的更多选择。

在本发明的实施例中，用以支撑LED结构的生长的基板被用以支撑在LED结构上的超结构的创建。优选地，该超结构创建为一系列层，其包含形成从LED结构至该超结构的顶部的导电路径的导电元件。该结构随后经倒置使得该超结构变为LED结构的载体基板，且薄化或移除原基板。使用促进电传导和绝缘以及热传导和消散的材料来创建该结构。

附图说明

参考附图，更详细地且以实例的方式解释本发明，其中：

图1图示了示例性现有技术发光装置。

图2A至图2B图示另一示例性现有技术发光装置。

图3图示利用适合于支撑发光装置且提供外部接触以将该发光装置耦合至电源的超结构来创建该发光装置的示例性流程图。

图4A-4H图示发光装置在制造期间的实例视图。

图5-8图示形成发光装置的实例替代性结构。

在全部附图中，相同附图标记指示类似或对应特征或功能。为图示的目的而包含这些附图且它们不意欲限制本发明的范围。

具体实施方式

在以下描述中，为了解释而非限制的目的，阐述具体细节（诸如特定架构、界面、技术等等）以提供本发明的概念的完全理解。然而，本领域技术人员将明白，可在背离这些具体细节的其他实施例中实践本发明。同样地，本描述的文字涉及如图中所图示的示例性实施例且非意欲限制超出明确包含在权利要求中的限制的本发明。为简单和清楚的目的，省略已知的装置、电路及方法的详细描述以免不必要细节使本发明的描述不清楚。

可参考图3的示例性流程图及图4的对应发光装置结构而最好地理解本发明的处理及装置。虽然本发明尤其适合于在晶圆或其他载体上创建多个发光装置，但图4及所附描述将解决单个示例性发光装置的创建。本领域技术人员将认识到，载体上所创建装置的数量与本发明的原理无关。

在310中，将发光元件416及相关联电极接触418A、418B创建在基板412上，通常为促进半导体装置和互连层的创建的生长基板。发光元件416被图示为层堆叠，对应于阳极与阴极之间的发光物质的典型夹层结构。任何数量的己知技术可用以创建图4A和4B的结构，图4A是侧视图且图4B是俯视图。

在该示例性实施例中，装置经配置以提供用于与发光元件416的电极之一（例如，阳极）耦合的一组四个接触区418A和用于与另一电极（例如，阴极）耦合的较大周围区418B。间隙415使这些电极418A、418B隔离。四个接触区418A和较大区418B的使用促进装置内的更均匀的电流密度分布；在一些实施例中，接触区418A可耦合至提供不同光输出波长（颜色）的个别发光装置。为便于参考，本文中假设这些电极418A意欲耦合至电力的共用源。

在320中，可测试已创建的发光元件416，尽管可替换地可在完成以下详述的超结构的创建后执行测试。在330中（图4C），将绝缘材料420（诸如电介质）施加至该结构以使电极与随后的导电层隔离，除了在选择位置428A、428B处。常规的平版印刷技术可以用于提供绝缘材料420的该图案化层。如以下进一步详述的，光输出意欲在远离电极418A-B和绝缘420的方向上从装置出射；因此，电极418A-B和绝缘420层优选地是反射性的以减少在装置内的光损失或吸收的量。可替换地，电极418A-B或绝缘层420可为透明的，取决于提供这种反射的后续层。也如以下进一步详述的，绝缘420优选地导热且不导电。

在340（图4D）中，在结构上的选择位置处创建相对较高的绝缘/隔离间隔物430。在典型实施例中，发光元件416可约为5微米厚，而间隔物430的高度可约为一百微米或更多。平版印刷技术可用以创建这些间隔物430，其使用在选择位置处固化的浆液，诸如环氧树脂。虽然间隔物430被图示为具有矩形横截面，但本领域技术人员将认识到，这些间隔物43O可具有大于顶部区的基底的梯形形状。

在350（图4E）中，用金属438A、438B来填充间隔物430A之间的空间。在这些空间内的晶种层的常规施加之后，可使用金属（诸如铜）的上镀层（overplating）。该上镀层可在间隔物430上有意地延伸，且接着经机械地和/或化学地平坦化以暴露间隔物430,使区域438A、438B隔离。金属438A延伸至绝缘层420的（多个）间隙428A中，从而接触发光元件416的（多个）电极接触418A。同样地，金属438B延伸至（多个）间隙428B中，接触（多个）电极接触418B。

在360（图4F）中，将另一绝缘层442施加在金属438A、438B上，选择位置处具有间隙448A、448B。如同绝缘420，绝缘442优选地导热且不导电。例如，绝缘442层可包含树脂或无机材料，诸如SiO₂或Si₃N₄。

在370（图4F）中，将最后金属层施加在绝缘层442上。在此实例中，形成三个导电接触444、458A、458B。接触458A处的金属延伸至间隙448A中，通过金属438A而将接触提供至电极418A，并且接触458B处的金属延伸至间隙448B中，通过金属438B而将接触提供至电极418B。这些接触458A、458B充当外部接触以将电源耦合至发光元件416。本领域技术人员将认识到，虽然以上已讨论且这些图中已图示两个接触458A、458B，但也可提供额外接触。例如，发光元件416可包含用于提供不同照明水平、不同颜色及颜色组合等等的多个分段。

444处的金属垫未耦合至下层金属结构438A、438B且用来提供用于散热的外部接触。即，假设经由绝缘层420、442的最少的绝热（heat insulation），金属结构438A、438B将用来将由发光元件416产生的热传导至金属垫444，且从金属垫444传导至下层基板，诸如印刷电路板。

在380（图4G-4H）中，结构经倒置使得芯金属结构438A、438B提供发光装置的结构支撑以允许原生长基板412被移除或厚度减小，从而减少光沿与芯金属结构438A、438B相反的方向从发光元件416的“顶部”出射时的光学损耗。如图4H的仰视图中所图示，接触444、458A、458B可横跨装置的宽度而延伸以促进到装置的外部连接。

尤其应注意，使用本发明的原理所创建的发光装置无需晶圆接合，且外部接触458A、458B的定位和定向实质上无关于内部电极418 A、418 B的定位和定向，从而提供实质的设计灵活性（相比于图2A-2B中222的贯穿导通孔的使用）。

可根据需要而进一步处理图4G的结构。例如，可施加波长转换材料（例如磷光体）的层以产生不同于由发光元件416产生的颜色的（多种）颜色，以便产生例如产生白色发光装置的颜色组合。同样地，可将透镜创建在结构的顶上以提供特定光学品质和/或保护装置的上层。

本领域技术人员将认识到，图4A-4H中所图示的特定结构仅是示例性结构。图5-8图示了可使用以上所讨论的技术来创建的若干替代结构。为便于参考，在这些图中，用淡阴影覆盖阳极元件，用适中阴影盖覆阴极元件且用深阴影覆盖热元件。以无阴影图示绝缘截面。

图5图示了本身不具有单独热元件的示例性结构。在此实例中，壁520围绕装置的周边延伸且耦合至阴极结构528B。该壁520经配置以通过装置的外周边而散热。外部散热器或散热片结构（图中未图示）可贴附至周边以进一步促进散热。本领域技术人员将认识到，壁520可以可替换地与结构528A、528B绝缘，从而形成未电耦合至发光元件516的单独散热元件。

图6图示了示例性结构，其提供经由装置的边缘而到阳极528A及阴极528B结构的外部连接。在该实例中，热元件644横跨装置的底部而延伸。

图7图示了附接至印刷电路板710的边缘连接装置的另一实例。在该实例中，仅阴极结构728B延伸至边缘，阳极结构728A延伸至装置底部处的接触758A。阴极728B可经由焊料接头730而耦合至印刷电极板710上的导体712B，且阳极接触758A可经由焊料球740而耦合至印刷电极板710上的导体712A。可使用将结构耦合至印刷电路板的各种方法，其包含使用焊料球或连续的焊料膜。

图8图示了多阳极装置的仰视图。如以上所注明，发光装置可包含复数个发光元件。当提供单独接触 858A1-4时，可通过选择性启动电极858A1-4之一或多个组合而改变强度或颜色。在此实例中，图示了共用阴极接触858B，但本领域技术人员将认识到，可提供多个阴极接触以促进各种不同配置。在该实例中，将热元件844放置在阳极接触与阴极接触之间。在一个实施例中，复数个发光装置形成于该基板上，且创建发光装置的方法进一步包含使这些发光装置单粒化。

虽然附图和先前描述中已详细图示和描述本发明，但这种图示和描述应被视为说明性或示例性而非限制性；本发明不受限于所公开的实施例。

本领域技术人员在实践本发明时，可根据附图、公开内容和所附权利要求研究而理解并实现所公开实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，且不定冠词“一”不排除复数个。在互不相同的从属权利要求中列举某些措施的纯粹事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (21)

1.一种创建发光装置的方法，其包括：

在基板上形成发光元件以及该发光元件的顶面上的至少第一和第二电极，

在这些电极上形成第一绝缘层，且该绝缘层中的至少第一和第二开口用于分别接触该至少第一和第二电极，

在该绝缘层上形成非可移除的绝缘壁，该绝缘壁经配置以提供该至少第一和第二开口之间的绝缘，以及

用导电材料填充绝缘壁之间的空间的至少一部分，该导电材料延伸至该至少第一和第二开口中以接触该至少第一和第二电极，

其中该绝缘壁为至少100微米高以提供该发光元件的永久结构支撑以消除对基板的需要。

2.如权利要求1的方法，其包含移除该基板的一些或全部。

3.如权利要求1的方法，其包含：

在该导电材料上形成第二绝缘层，且至少另一开口用于接触该导电材料的至少一部分，以及

形成至少一个导电接触，所述至少一个导电接触通过该至少另一开口而耦合至该导电材料的该至少一部分。

4.如权利要求1的方法，其包含：

在该导电材料的第一表面上形成第二绝缘层，该导电材料的第一表面与在该第一绝缘层上的第二表面相反，以及

在该第二绝缘层的第一表面上形成至少一个热接触，该第二绝缘层的第一表面与在该导电材料的第一表面上的第二表面相反，该热接触与该导电材料电绝缘。

5.如权利要求1的方法，其中该导电材料的至少一部分延伸至该发光装置的至少一个外部边缘。

6.如权利要求1的方法，其中该绝缘壁为树脂壁。

7.如权利要求1的方法，进一步包括形成复数个发光元件。

8.如权利要求7的方法，其中形成该绝缘壁包含提供该复数个发光元件的电极之间的电绝缘。

9.如权利要求1的方法，其中复数个发光装置形成于该基板上，且该方法包含使这些发光装置单粒化。

10.如权利要求1的方法，其包含在与该第一绝缘层相反的方向上形成超出该发光元件的波长转换层。

11.如权利要求1的方法，其包含形成超出该发光元件的透镜元件。

12.如权利要求1的方法，其包含：在形成该绝缘壁之后形成晶种层，该绝缘壁具有在该绝缘层上的基部表面和与基部表面相反的顶部表面，该晶种层延伸超过该绝缘壁的顶部表面；以及在使用导电材料填充绝缘壁之间的空间的至少一部分之后，从绝缘壁的顶部表面移除晶种层。

13.一种发光装置，其包括：

发光元件，其包含至少第一和第二电极，

第一绝缘层，其在与期望的光输出方向相反的方向上位于该至少第一和第二电极上，且该绝缘层中的至少第一和第二开口用于分别接触该至少第一和第二电极，

在该绝缘层上的复数个绝缘壁，该绝缘壁形成壁内部的空间，每个空间和围绕的壁包括导电的晶种层，所述晶种层延伸至该至少第一和第二开口中以接触该至少第一和第二电极，该绝缘壁提供该至少第一和第二开口之间的绝缘，以及

导电材料，其位于该导电的晶种层上，该导电材料提供至该至少第一和第二电极的电接触，

其中该绝缘壁为至少100微米高以提供该发光元件的结构支撑。

14.如权利要求13的装置，其包含：

第二绝缘层，其在该导电材料上，且至少另一开口用于接触该导电材料的至少一部分，以及

至少一个导电接触，其通过该至少另一开口而耦合至该导电材料的该至少一部分。

15.如权利要求 13的装置，其包含：

第二绝缘层，其在该导电材料的第一表面上，该导电材料的第一表面与在该第一绝缘层上的第二表面相反，以及

至少一个热接触，其在该第二绝缘层的第一表面上，该第二绝缘层的第一表面与在该导电材料的第一表面上的第二表面相反，该热接触与该导电材料电绝缘。

16.如权利要求13的装置，其中该导电材料的至少一部分延伸至该发光装置的至少一个外部边缘。

17.如权利要求13的装置，其中该绝缘壁为树脂壁。

18.如权利要求13的装置，进一步包括形成复数个发光元件。

19.如权利要求18的装置，该绝缘壁提供了该复数个发光元件的电极之间的电绝缘。

20.如权利要求13的装置，其包含波长转换层。

21.如权利要求13的装置，其包含透镜元件。