CN103441203B - 一种半导体器件的封装方法及封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体器件的封装方法及封装结构，所述封装方法包括步骤：1）提供封装支架，将半导体器件固定于所述封装支架中，并实现所述半导体器件与封装支架之间的电结构连接；2）形成覆盖于所述半导体器件的封装胶；3）采用原子层沉积技术至少于所述封装胶表面形成氧化物薄膜结构。本发明在传统的封装技术中增加了气体密封性更加优异的氧化物薄膜结构，可以大大降低因封装失效而引起的器件寿命减少的风险，并提高器件的稳定性。本发明步骤简单，适用于工业生产。

Description

一种半导体器件的封装方法及封装结构

技术领域

本发明属于半导体封装领域，特别是涉及一种半导体器件的封装方法及封装结构。

背景技术

半导体照明作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保、安全等显著优点，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，其应用领域正在迅速扩大，正带动传统照明、显示等行业的升级换代，其经济效益和社会效益巨大。正因如此，半导体照明被普遍看作是21世纪最具发展前景的新兴产业之一，也是未来几年光电子领域最重要的制高点之一。作为近年来节能照明的重要照明器件，半导体发光二极管（LED）产业得到的极大的发展。发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如砷化镓、磷化镓、磷砷化镓等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子一部分与多数载流子复合而发光。

近年来，LED芯片的工作寿命也越来越长，但LED器件长期稳定的光输出还取决于器件的封装技术和工艺。尤其是空气中的水气或氧气，接触到芯片，容易引起LED芯片的光电特性变化甚至失效，带来不稳定的工作状态。同时也会对芯片和支架的电气连接部分带来氧化失效。白光LED工艺中，需要添加的荧光粉颗粒，也容易收到空气的水气带来的影响，使得荧光特性改变，最终改变白光LED的光色性能。

传统的封装方法是使用密封胶对器件进行密封，比如环氧树脂和硅胶。但这些密封胶的多孔性，空气中的水汽容易渗透到器件内部，导致器件退化或失效。因此，本发明的目的在于提供一种能够提高光电器件空气水气隔绝的封装方法。

原子层沉积（Atomic Layer Deposition）技术是一种新型的化学气相沉积技术，由于该技术能精确控制沉积的厚度，可以得到高密度，高均匀性的薄膜，已经开始用于高性能半导体芯片的核心加工技术中，更为重要的是沉积的薄膜具有高度的共形性，及可以完整的包裹在需要沉积的材质表面，因此可以用作密封封装技术。原子层沉积技术一般是通过两种前驱物和需镀膜材料表面的交叉连续反应，形成可控数量的原子沉积层，这种原子沉积层具有高致密度的特性。

进行原子层沉积的一个循环一般有四个步骤：第一种前驱物通入反应腔，待沉积表面和第一种前驱物进行反应；待第一次反应结束后，真空去除反应气体；通入第二种前驱物进行反应；反应腔中反应气体清除。由于整个反应过程具有自限制性的特点，待一个循环结束后，理想情况下，在待沉积表面会均匀生长一个单原子层的薄膜。经过多次循环的沉积生长，可以形成致密的材料薄膜。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种半导体器件的封装方法及封装结构，用于提高现有封装工艺中的密闭性，隔绝空气中的水汽和氧气对LED器件的腐蚀老化，尤其解决由于水汽渗入了封装器件中，导致芯片产生漏电，引起电接触部分变质、锈蚀，影响器件寿命的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种半导体器件的封装方法，包括步骤：1）提供封装支架，将半导体器件固定于所述封装支架中，并实现所述半导体器件与封装支架之间的电结构连接；2）形成覆盖于所述半导体器件的封装胶；3）采用原子层沉积技术至少于所述封装胶表面形成氧化物薄膜结构。

作为本发明的半导体器件的封装方法的一种优选方案，步骤1）中，实现所述半导体器件与封装支架之间的电结构连接的方式为金属线连接、或用于实现倒装结构的焊盘连接。

作为本发明的半导体器件的封装方法的一种优选方案，步骤3）中，同时于所述封装支架表面形成氧化物薄膜结构。

作为本发明的半导体器件的封装方法的一种优选方案，步骤2）之前还包括步骤：采用原子层沉积技术形成覆盖于所述半导体器件表面的第一氧化物薄膜结构。

作为本发明的半导体器件的封装方法的一种优选方案，所述氧化物薄膜结构为氧化铝、氧化硅或氧化钛的一种形成的单层膜结构或两种以上形成的多层复合膜结构。

作为本发明的半导体器件的封装方法的一种优选方案，所述氧化物薄膜结构的厚度为5nm～100nm。

作为本发明的半导体器件的封装方法的一种优选方案，所述氧化物薄膜结构的沉积反应温度为15℃～150℃。

作为本发明的半导体器件的封装方法的一种优选方案，所述半导体器件为发光二极管、光电探测器及激光二极管中的一种。

作为本发明的半导体器件的封装方法的一种优选方案，所述封装胶为环氧树脂、硅胶、混合有荧光粉的环氧树脂或混合有荧光粉的硅胶。

本发明还提供一种半导体器件的封装结构，包括：封装支架；半导体器件，固定于所述封装支架中，且所述半导体器件与所述封装支架之间具有电结构连接；封装胶，覆盖于所述半导体器件；氧化物薄膜结构，至少结合于所述封装胶表面。

作为本发明的半导体器件的封装结构的一种优选方案，所述电结构连接为金属线连接、或用于实现倒装结构的焊盘连接。

作为本发明的半导体器件的封装结构的一种优选方案，所述氧化物薄膜结构还结合于所述封装支架表面。

作为本发明的半导体器件的封装结构的一种优选方案，所述半导体器件与封装胶之间还结合有第一氧化物薄膜结构。

作为本发明的半导体器件的封装结构的一种优选方案，所述氧化物薄膜结构为氧化铝、氧化硅或氧化钛的一种形成的单层膜结构或两种以上形成的多层复合膜结构。

作为本发明的半导体器件的封装结构的一种优选方案，所述氧化物薄膜结构的厚度为5nm～100nm。

作为本发明的半导体器件的封装结构的一种优选方案，所述半导体器件为发光二极管、光电探测器及激光二极管中的一种。

作为本发明的半导体器件的封装结构的一种优选方案，所述封装胶为环氧树脂、硅胶、混合有荧光粉的环氧树脂或混合有荧光粉的硅胶。

如上所述，本发明一种半导体器件的封装方法及封装结构，所述封装方法主要是将半导体器件固定于所述封装支架中以实现所二者之间的电结构连接；并于所述半导体器件上覆盖封装胶；然后采用原子层沉积技术至少于所述封装胶表面形成氧化物薄膜结构。本发明在传统的封装技术中增加了气体密封性更加优异的氧化物薄膜结构，可以大大降低因封装失效而引起的器件寿命减少的风险，并提高器件的稳定性。本发明步骤简单，适用于工业生产。

附图说明

图1显示为本发明的半导体器件的封装方法实施例1中的步骤流程示意图。

图2～图5显示为本发明的半导体器件的封装方法实施例1中各步骤所呈现的结构示意图。

图6显示为本发明的半导体器件的封装方法实施例2中的步骤流程示意图。

图7～图11显示为本发明的半导体器件的封装方法实施例2中各步骤所呈现的结构示意图。

元件标号说明

101 封装支架

102 半导体器件

103 电结构连接

104 封装胶

105 氧化物薄膜结构

201 第一氧化物薄膜结构

S11～S13 实施例1步骤1）～步骤3）

S21～S24 实施例2步骤1）～步骤4）

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图11。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例1

如图1～图5所示，本实施例提供一种半导体器件102的封装方法，至少包括步骤：

如图1～图3所示，首先进行步骤1）S11，提供封装支架101，将半导体器件102固定于所述封装支架101中，并实现所述半导体器件102与封装支架101之间的电结构连接103。

作为示例，所述半导体器件102为发光二极管、光电探测器及激光二极管的一种。在本实施例中，所述半导体器件102为发光二极管。需要说明的是，所述半导体器件102并不限定于此处所列举的几种，也可以一切类似封装且需要气体隔绝的半导体器件102。

作为示例，所述发光二极管具有已完成的电极结构，可以和支架进行电极结构连接。

作为示例，所述封装支架101为封装外壳，并具有已完成的电极结构，可以和半导体器件102的电极结构进行连接。

作为示例，实现所述半导体器件102与封装支架101之间的电结构连接103的方式为金属线连接，即通过金属线将所述封装支架101的电极结构与所述半导体器件102的电极结构

如图1及图4所示，然后进行步骤2）S12，形成覆盖于所述半导体器件102的封装胶104。

作为示例，所述封装胶104为环氧树脂、硅胶、混合有荧光粉的环氧树脂或混合有荧光粉的硅胶。

如图1及图5所示，最后进行步骤3）S13，采用原子层沉积技术至少于所述封装胶104表面形成氧化物薄膜结构105。

作为示例，所述原子层沉积技术先将步骤2）完成后的结构放置于特定支架上，并置于可调温的原子层沉积系统中，进行氧化物薄膜的生长。按通行的原子层沉积技术，进行一个生长循环后，可以在需沉积的表面均匀生长一个单原子层的薄膜。经过多次循环的沉积生长，可以形成致密的氧化物薄膜结构105。

作为示例，所述氧化物薄膜结构105的沉积反应温度为15℃～150℃，可以根据实际的工艺和材料进行选择，例如可选择的沉积反应温度为30℃、60℃、90℃、120℃等。

作为示例，所述氧化物薄膜结构105为氧化铝、氧化硅或氧化钛的一种形成的单层膜结构或两种以上形成的多层复合膜结构。在本实施例中，所述氧化物薄膜结构105为氧化铝单层膜结构。

作为示例，所述氧化物薄膜结构105的厚度为5nm～100nm，依据实际在中的制备工艺，所述氧化物薄膜结构105的厚度可选为例如5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm等。

如图5所示，本实施例还提供一种半导体器件102的封装结构，包括：封装支架101、半导体器件102、所述封装胶104、以及氧化物薄膜结构105。

所述封装支架101；于本实施例中，作为示例，所述封装支架101为封装外壳，并具有已完成的电极结构，可以和半导体器件102的电极结构进行连接。

所述半导体器件102固定于所述封装支架101中，且所述半导体器件102与所述封装支架101之间具有电结构连接103；在本实施例中，所述半导体器件102为发光二极管、光电探测器、及激光二极管的一种。在本实施例中，所述半导体器件102为发光二极管。需要说明的是，所述半导体器件102并不限定于此处所列举的几种，也可以一切类似封装且需要气体隔绝的半导体器件102。

于本实施例中，作为示例，所述发光二极管具有已完成的电极结构，可以和支架进行电极结构连接。

作为示例，所述电结构连接103为金属线连接，即通过金属线将所述封装支架101的电极结构与所述半导体器件102的电极结构相连。

所述封装胶104覆盖于所述半导体器件102；于本实施例中，作为示例，所述封装胶104为环氧树脂、硅胶、混合有荧光粉的环氧树脂或混合有荧光粉的硅胶。

氧化物薄膜结构105，至少结合于所述封装胶104表面。于本实施例中，作为示例，所述氧化物薄膜结构105为氧化铝、氧化硅或氧化钛的一种形成的单层膜结构或两种以上形成的多层复合膜结构。在本实施例中，所述氧化物薄膜结构105为氧化铝单层膜结构。作为示例，所述氧化物薄膜结构105的厚度为5nm～100nm，依据实际在中的制备工艺，所述氧化物薄膜结构105的厚度可选为例如5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm等。

实施例2

如图6～图8所示，首先进行步骤1）S21，提供封装支架101，将半导体器件102固定于所述封装支架101中，并实现所述半导体器件102与封装支架101之间的电结构连接103。

作为示例，所述半导体器件102为发光二极管、光电探测器及激光二极管的一种。在本实施例中，所述半导体器件102为发光二极管。需要说明的是，所述半导体器件102并不限定于此处所列举的几种，也可以一切类似封装且需要气体隔绝的半导体器件102。

作为示例，所述发光二极管具有已完成的电极结构，可以和支架进行电极结构连接。

作为示例，所述封装支架101为封装外壳，并具有已完成的电极结构，可以和半导体器件102的电极结构进行连接。

作为示例，实现所述半导体器件102与封装支架101之间的电结构连接103的方式为用于实现倒装结构的焊盘连接，即通过焊盘将所述封装支架101的电极结构与所述半导体器件102的电极结构相连，实现半导体器件102的倒装结构。

如图6及图9所示，然后进行步骤2）S22，采用原子层沉积技术形成覆盖于所述半导体器件102表面的第一氧化物薄膜结构201。

作为示例，所述第一氧化物薄膜结构201的沉积反应温度为15℃～150℃，可以根据实际的工艺和材料进行选择。

作为示例，所述第一氧化物薄膜结构201为氧化铝、氧化硅或氧化钛的一种形成的单层膜结构或两种以上形成的多层复合膜结构。在本实施例中，所述第一氧化物薄膜结构201为氧化铝单层膜结构。

作为示例，所述第一氧化物薄膜结构201的厚度为5nm～100nm，依据实际在中的制备工艺，所述氧化物薄膜结构105的厚度可选为例如5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm等。

如图6及图10所示，然后进行步骤3）S23，形成覆盖于所述半导体器件102的封装胶104。

作为示例，所述封装胶104为环氧树脂、硅胶、混合有荧光粉的环氧树脂或混合有荧光粉的硅胶。

如图6及图11所示，最后进行步骤4）S24，采用原子层沉积技术于所述封装胶104表面形成氧化物薄膜结构105。

作为示例，所述原子层沉积技术先将步骤3）完成后的结构放置于特定支架上，并置于可调温的原子层沉积系统中，进行氧化物薄膜的生长。按通行的原子层沉积技术，进行一个生长循环后，可以在需沉积的表面均匀生长一个单原子层的薄膜。经过多次循环的沉积生长，可以形成致密的氧化物薄膜结构105。

作为示例，采用原子层沉积技术于所述封装胶104表面形成氧化物薄膜结构105的同时，于所述封装支架101表面也形成氧化物薄膜结构105（未予图示），在本实施例中，所述氧化物薄膜结构105形成于所述封装支架101的全部裸露的表面。

作为示例，所述氧化物薄膜结构105的沉积反应温度为15℃～150℃，可以根据实际的工艺和材料进行选择，例如可选择的沉积反应温度为30℃、60℃、90℃、120℃等。

作为示例，所述氧化物薄膜结构105为氧化铝、氧化硅或氧化钛的一种形成的单层膜结构或两种以上形成的多层复合膜结构。在本实施例中，所述氧化物薄膜结构105为氧化铝单层膜结构。

作为示例，所述氧化物薄膜结构105的厚度为5nm～100nm，依据实际在中的制备工艺，所述氧化物薄膜结构105的厚度可选为例如5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm等。

如图11所示，本实施例还提供一种半导体器件102的封装结构，包括：

所述封装支架101，于本实施例中，作为示例，所述封装支架101为封装外壳，并具有已完成的电极结构，可以和半导体器件102的电极结构进行连接。

所述半导体器件102固定于所述封装支架101中，且所述半导体器件102与所述封装支架101之间具有电结构连接103；于本实施例中，作为示例，所述半导体器件102为发光二极管、光电探测器及激光二极管的一种。在本实施例中，所述半导体器件102为发光二极管。需要说明的是，所述半导体器件102并不限定于此处所列举的几种，也可以一切类似封装且需要气体隔绝的半导体器件102。

作为示例，所述发光二极管具有已完成的电极结构，可以和支架进行电极结构连接。

作为示例，所述电结构连接103为用于实现倒装结构的焊盘连接，即通过焊盘将所述封装支架101的电极结构与所述半导体器件102的电极结构相连，实现半导体器件102的倒装结构。

所述封装胶104覆盖于所述半导体器件102；于本实施例中，所述半导体器件102与封装胶104之间还结合有第一氧化物薄膜结构201。作为示例，所述封装胶104为环氧树脂、硅胶、混合有荧光粉的环氧树脂或混合有荧光粉的硅胶。

所述氧化物薄膜结构105至少结合于所述封装胶104表面。于本实施例中，作为示例，所述氧化物薄膜结构105还结合于所述封装支架101表面（未予图示），在本实施例中，所述氧化物薄膜结构105结合于所诉胡封装支架101的全部裸露表面。

作为示例，所述氧化物薄膜结构105为氧化铝、氧化硅或氧化钛的一种形成的单层膜结构或两种以上形成的多层复合膜结构。在本实施例中，所述氧化物薄膜结构105为氧化铝单层膜结构。

作为示例，所述氧化物薄膜结构105的厚度为5nm～100nm，依据实际在中的制备工艺，所述氧化物薄膜结构105的厚度可选为例如5nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm等。

本实施例在封装胶104的内侧与外侧都形成氧化物薄膜结构105，内侧的氧化物薄膜结构105可以加强半导体器件102及电结构连接103的保护，而外侧的氧化物薄膜结构105可以对封装结构进行整体保护。

本发明提供一种半导体器件的封装方法及封装结构，所述封装方法主要是将半导体器件固定于所述封装支架中以实现所二者之间的电结构连接；并于所述半导体器件上覆盖封装胶；然后采用原子层沉积技术至少于所述封装胶表面形成氧化物薄膜结构。本发明在传统的封装技术中增加了气体密封性更加优异的氧化物薄膜结构，可以大大降低因封装失效而引起的器件寿命减少的风险，并提高器件的稳定性。本发明步骤简单，适用于工业生产。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种半导体器件的封装方法，其特征在于，包括步骤：

1)提供一封装支架，将半导体器件固定于所述封装支架中，并实现所述半导体器件与封装支架之间的电结构连接；

2)采用原子层沉积技术形成覆盖于所述半导体器件表面的第一氧化物薄膜结构；

3)形成覆盖于所述半导体器件的封装胶；

4)采用原子层沉积技术至少于所述封装胶表面形成氧化物薄膜结构；

其中，所述第一氧化物薄膜结构以及氧化物薄膜结构均为氧化铝、氧化硅、或氧化钛两种以上形成的多层复合膜结构。

2.根据权利要求1所述的半导体器件的封装方法，其特征在于：步骤1)中，实现所述半导体器件与封装支架之间的电结构连接的方式为金属线连接或用于实现倒装结构的焊盘连接。

3.根据权利要求1所述的半导体器件的封装方法，其特征在于：步骤4)中，同时于所述封装支架表面形成氧化物薄膜结构。

4.根据权利要求1所述的半导体器件的封装方法，其特征在于：氧化物薄膜结构的厚度为5nm～100nm。

5.根据权利要求1所述的半导体器件的封装方法，其特征在于：氧化物薄膜结构的沉积反应温度为15℃～150℃。

6.根据权利要求1所述的半导体器件的封装方法，其特征在于：所述半导体器件为发光二极管、光电探测器、及激光二极管中的一种。

7.根据权利要求1所述的半导体器件的封装方法，其特征在于：所述封装胶为环氧树脂、硅胶、混合有荧光粉的环氧树脂、或混合有荧光粉的硅胶。

8.一种半导体器件的封装结构，其特征在于：包括：

封装支架；

半导体器件，固定于所述封装支架中，且所述半导体器件与所述封装支架之间具有电结构连接；

第一氧化物薄膜结构，至少结合于所述半导体器件表面；

封装胶，覆盖于所述半导体器件；

氧化物薄膜结构，至少结合于所述封装胶表面；

其中，所述第一氧化物薄膜结构以及氧化物薄膜结构均为氧化铝、氧化硅、或氧化钛两种以上形成的多层复合膜结构。

9.根据权利要求8所述的半导体器件的封装结构，其特征在于：所述电结构连接为金属线连接或用于实现倒装结构的焊盘连接。

10.根据权利要求8所述的半导体器件的封装结构，其特征在于：氧化物薄膜结构还结合于所述封装支架表面。

11.根据权利要求8所述的半导体器件的封装结构，其特征在于：氧化物薄膜结构的厚度为5nm～100nm。

12.根据权利要求8所述的半导体器件的封装结构，其特征在于：所述半导体器件为发光二极管、光电探测器、及激光二极管中的一种。

13.根据权利要求8所述的半导体器件的封装结构，其特征在于：所述封装胶为环氧树脂、硅胶、混合有荧光粉的环氧树脂、或混合有荧光粉的硅胶。