CN103855291B - 芯片板上封装结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明有关于一种芯片板上封装结构的制备方法，其方法包括：(A)提供一电路载板，其包括第一及第二电性连接垫；(B)提供一发光二极管，其包括第一及第二金属焊接层；(C)提供一焊料合金层，是设置于电路载板或发光二极管；(D)将发光二极管组设于电路载板表面，且焊料合金层夹设于电路载板及该发光二极管之间；以及(E)加热焊料合金层，使发光二极管通过第一及第二金属焊接层各自独立电性连接至第一及第二电性连接垫而封装于电路载板，且第一及第二电性连接垫表面的焊料合金层并未相连接。本发明亦关于上述制备方法所制得的芯片板上封装结构。
Description
技术领域
本发明关于一种芯片板上封装结构及其制备方法，尤指一种利用焊料合金层设置于电路载板或发光二极管表面的相对电性间以封装形成芯片板上封装结构及其制备方法。
背景技术
公元1962年，通用电气公司的尼克·何伦亚克(Nick Holonyak Jr.)开发出第一种实际应用的可见光发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，而随着科技日益更新，各种色彩发光二极管开发也应蕴而生。而对于现今人类所追求永续发展为前提的情形下，发光二极管的低耗电量以及长效性的发光等优势下，已逐渐取代日常生活中用来照明或各种电器设备的指示灯或光源等用途。更有甚者，发光二极管朝向多色彩及高亮度的发展，已应用在大型户外显示广告牌或交通号志。
21世纪起，电子产业的蓬勃发展，电子产品在生活上已经成为不可或缺的一部分，因此企业对于电子产品开发方向以多功能及高效能发展等为主，也开始将发光二极管芯片应用于各种电子产品。其中尤其是可携式电子产品种类日渐众多，电子产品的体积与重量越来越小，所需的电路载板体积亦随之变小，因此，电路载板的封装技术难度亦随之提升。
举例而言，当制备芯片板上封装结构(chip on board，COB)时，发光二极管需透过焊料而电性连接至电路载板，然而，随着上述电子产品微型化，于封装制程中设置焊料的方式便显得益发困难。据此，发展一种不受产品尺寸限制的芯片板上封装结构制备方法，对于相关产品及其产业的发展，实有其所需。
发明内容
本发明的主要目的是在提供一种芯片板上封装结构及其制备方法，透过不受产品尺寸限制的焊料设置方法，以能达到简化芯片板上封装结构的制程并同时降低其制造成本。
为达成上述目的，本发明提供一种芯片板上封装结构的制备方法，包括：(A)提供一电路载板，其包括一第一电性连接垫及一第二电性连接垫位于该电路载板表面；(B)提供一发光二极管，其包括一第一金属焊接层及一第二金属焊接层位于该发光二极管表面；(C)提供一焊料合金层，该焊料合金层设置于该电路载板或该发光二极管的至少一表面；(D)将该发光二极管组设于该电路载板表面，且该焊料合金层夹设于该电路载板及该发光二极管之间；以及(E)加热该焊料合金层，使该发光二极管通过该第一金属焊接层及该第二金属焊接层而封装于该电路载板表面，其中，于步骤(E)后，该第一金属焊接层及该第二金属焊接层通过该焊料合金层而各自独立电性连接至该第一电性连接垫及该第二电性连接垫，且该第一电性连接垫及该第二电性连接垫表面的该焊料合金层并未相连接。
于本发明上述芯片板上封装结构制备方法中，于步骤(C)中，焊料合金层可设置于该电路载板或该发光二极管的一侧或两侧，只要于步骤(E)后，该焊料合金层可将发光二极管电性连接至该电路载板且于第一电性连接垫及第二电性连接垫上的焊料合金层并不相连接即可，本发明并不特别限制焊料合金层的设置方式。具体而言，于本发明的一态样中，该焊料合金层可设置于该电路载板的该第一电性连接垫及该第二电性连接垫表面之间。于本发明的另一态样中，该焊料合金层可设置于该发光二极管的该第一金属焊接层及该第二金属焊接层表面之间。于本发明的又一态样中，该焊料合金层则可同时分别设置于该电路载板的该第一电性连接垫及该第二电性连接垫表面之间，及该发光二极管的该第一金属焊接层及该第二金属焊接层表面之间。据此，于步骤(E)后，发光二极管的第一金属焊接层及第二金属焊接层即可通过该焊料合金层而各自独立电性连接至电路载板的第一电性连接垫及第二电性连接垫，且该第一电性连接垫及该第二电性连接垫表面的焊料合金层并未相连接，从而完成所需的芯片板上封装结构。
此外，本发明亦不特别限制焊料合金层的组成，只要其能将发光二极管电性连接至电路载板，且能于加热后，不连接该第一电性连接垫及第二电性连接垫，皆可使用。具体而言，于本发明的一态样中，该焊料合金层至少一选自由锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)、铋(Bi)，或其合金所组成。
于本发明上述芯片板上封装结构制备方法中，该电路载板包含一绝缘层、以及一电路基板，其中，该绝缘层的材质可选自由类金刚石、氧化铝、陶瓷、以及含金刚石的环氧树脂所组群组的至少一者；该电路基板则可为一金属板、一陶瓷板或一硅基板。
于本发明上述芯片板上封装结构制备方法中，该发光二极管包括：一半导体外延层，该半导体外延层包括一第一半导体外延层、一活性中间层、以及一第二半导体外延层，其中，该第二半导体外延层位于该发光二极管接合该电路载板的一侧，且该第二半导体外延层夹置于该电路载板及该活性中间层之间，该活性中间层夹置于该第一半导体外延层与该第二半导体外延层之间，且该半导体外延层经由该第一金属焊接层以及该第二金属焊接层封装于该电路载板；以及一反射层，其夹置于该电路载板及该半导体外延层间。
于本发明上述芯片板上封装结构制备方法中，该第一半导体外延层可部分未覆盖该活性中间层及该第二半导体外延层，从而显露部分该第一半导体外延层，以提供作为电性连接的用途。此外，该发光二极管还可包括一第一电极，该第一电极设置于该第一半导体外延层表面，且该第一电极与该第一半导体外延层具有相同电性并相互电性连接；以及一第二电极，该第二电极设置于该第二半导体外延层表面，且该第二电极与该第二半导体外延层具有相同电性并且相互电性连接。
于本发明上述芯片板上封装结构制备方法中，第一半导体外延层、第一电极、第二电极、以及第二半导体外延层的电性并无特别限制，只要所制备的芯片板上封装结构能够达到电性连接的目的即可。具体而言，该第一半导体外延层及该第一电极可为N型电性；第二半导体外延层及该第二电极可为P型电性。据此，可使该半导体外延层得以电性连接于该电路载板上，以完成所需的芯片板上封装结构。
此外，于本发明上述芯片板上封装结构制备方法中，反射层的材质并不特别限制，举例而言，可为铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化铝锌(aluminum zinc oxide，AZO)、氧化锌(ZnO)、石墨烯(graphene)、铝、银、镍(Ni)、钴(Co)、钯(Pd)、铂(Pt)、金(Au)、锌(Zn)、锡(Sn)、锑(Sb)、铅(Pb)、铜(Cu)、铜银(CuAg)、镍银(NiAg)、其合金、或其金属混合物。上述铜银(CuAg)与镍银(NiAg)等是指共晶金属(eutectic metal)，除了用于达到反射效果之外，也可以达到形成欧姆接触(ohmic contact)的效用。
再者，于本发明上述芯片板上封装结构制备方法中，该发光二极管还可包括一基板，其是设置于该第一半导体外延层上，并相对于该发光二极管接合该电路载板的另一侧。举例而言，该发光二极管可为一于基板上的侧通式发光二极管，并以覆晶技术将该半导体外延层透过第一金属焊接层及第二金属焊接层电性连接并封装至该电路载板上，以形成该芯片板上封装结构。因此，若该基板为一透明基板，则可保留于该发光二极管上，反之则需移除。于本发明的一具体态样中，该基板可为一蓝宝石基板而保留于该发光二极管上，但本发明并不仅限于此。
据此，即可透过上述本发明的芯片板上封装结构制备方法，以更为简便的方式及较低制造成本制得所需的芯片板上封装结构。
本发明的另一目的是在提供一种芯片板上封装结构，其是透过不受产品尺寸限制的焊料设置方法，达到简化芯片板上封装结构的制程并且同时降低其制造成本。
为达成上述目的，本发明提供一种芯片板上封装结构，是依据上述本发明的芯片板上封装结构制备方法而制得。据此，即可以更为简便的方式及较低制造成本制得所需的芯片板上封装结构。
附图说明
图1A至图1E是本发明准备例的发光二极管制备流程结构示意图。
图2A至图2D是本发明实施例一的芯片板上封装结构制备流程结构示意图。
图3是本发明实施例二的芯片板上封装结构示意图。
图4A至图4C是本发明实施例三的芯片板上封装结构制备流程结构示意图。
图5A至图5D是本发明实施例四的芯片板上封装结构制备流程结构示意图。
主要元件符号说明
芯片板上封装结构 100，200，300，400
发光二极管 1
基板 10
反射层 11
半导体外延层 12
第一半导体外延层 121
活性中间层 122
第二半导体外延层 123
第二电极 13
第一电极 14
第一金属焊接层 15
第二金属焊接层 16
电路载板 7
绝缘层 70
电路基板 71
焊料合金层 72
第一电性连接垫 73
第一电性连接垫 74
具体实施方式
如上所述，焊料设置技术会因电子产品微型化的发展而变得更为困难。据此，本发明的主要技术特征即为不需透过分别将焊料设置于对应发光二极管第一金属焊接层及第二金属焊接层的电性连接垫上，即可达到将第一金属焊接层及第二金属焊接层各自电性连接至对应的电性连接垫上，且其所制备的芯片板上封装结构并不会因此发生短路现象。据此，将通过以下实施例详细描述本发明。
准备例
请参阅图1A至1E，是芯片板上封装结构所需的发光二极管1制备流程结构示意图，该发光二极管1为一覆晶式发光二极管。
首先，如图1A所示，提供一基板10，且该基板10为一蓝宝石基板。接着，如图1B所示，于该基板10的一侧形成一半导体外延层12，其中，该半导体外延层12包含一第一半导体外延层121、一活性中间层122、以及一第二半导体外延层123，其中，该第一半导体外延层121、该活性中间层122与该第二半导体外延层123是层叠设置，该第一半导体外延层121夹置于该基板10及该活性中间层122之间，该活性中间层122夹置于该第一半导体外延层121与该第二半导体外延层123之间。于完成该半导体外延层12后，是移除部分第二半导体外延层123及部分活性中间层122，以显露其下的第一半导体外延层121。于此准备例中，该半导体外延层12的材质为氮化镓(GaN)，且该第一半导体外延层121是N型，该第二半导体外延层123是P型。此外，本发明半导体外延层12适用的材质不限于此，亦可以使用选用其他本领域中常用材质。再者，于此准备例中，该活性中间层122为多量子井层，用以提升发光二极管1中电能转换成光能的效率。
请继续参阅图1C，于该第二半导体外延层123上方形成一反射层11。于此准备例中，该反射层11可以选用铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化铝锌(aluminum zinc oxide，AZO)、氧化锌(ZnO)、石墨烯(graphene)、铝、银、镍(Ni)、钴(Co)、钯(Pd)、铂(Pt)、金(Au)、锌(Zn)、锡(Sn)、锑(Sb)、铅(Pb)、铜(Cu)、铜银(CuAg)、及镍银(NiAg)所组群组的至少一者，除了用于达到反射效果之外，也可以达到形成欧姆接触(ohmic contact)的效用。然而，此形成反射层11的步骤，本发明所属技术领域的通常知识者可依需要选择性执行，换言之若不打算设置反射层，则可跳过形成反射层11的步骤而无需进行。
最后，请参阅图1D，于该显露的第一半导体外延层121上形成一第一电极14、以及于该反射层11上形成一第二电极13，其中，该第一电极14与该第一半导体外延层121为N型电性、以及该第二电极13与该第二半导体外延层123为P型电性。接着，如图1E所示，于该第一电极14表面与该第二电极13表面上，分别形成一第一金属焊接层15以及第二金属焊接层16，其中，该第一金属焊接层15的表面与该第二金属焊接层16的表面形成一共平面。于本准备例中，该第一金属焊接层15与该第二金属焊接层16是由金层与金锡层构成，且该金锡层是一共晶导电材料层。
实施例一
请参阅图2A至图2D，是本发明实施例一的芯片板上封装结构100制备流程结构示意图，其是透过覆晶方式，将上述准备例制备的发光二极管1电性连接并封装于一电路载板7上并利用激光剥离技术(laserlift-off)，移除该基板10，以制备此实施例一的芯片板上封装结构100。
首先，请参阅图2A，提供一电路载板7，其包含一绝缘层70、一电路基板71、一第一电性连接垫73以及一第二电性连接垫74，该绝缘层70的材质为类金刚石，该电路基板71为一硅基板。接着，如图2B所示，于该电路载板7的一侧设置一焊料合金层72，该焊料合金层72为锡银合金(Sn-Ag)，并设置于该第一电性连接垫73及该第二电性连接垫74表面之间。
请参考图2C，是将上述准备例制备的发光二极管1设置于该焊料合金层72上，并加热该焊料合金层72，使该第一金属焊接层15及该第二金属焊接层16通过该焊料合金层72而各自独立电性连接至该第一电性连接垫73及该第二电性连接垫74。请继续参阅图2D，于加热后，再利用激光剥离技术移除发光二极管1的基板10，以制备此实施例一的芯片板上封装结构100，其中，该焊料合金层72经加热后将自行分离于该第一电性连接垫73及该第二电性连接垫74表面，并且该第一电性连接垫73及该第二电性连接垫74表面的该焊料合金层72并未相连接。
据此，如图2A至图2D所示，上述制得的芯片板上封装结构100，其包括：一电路载板7，其包括一第一电性连接垫73及一第二电性连接垫74位于该电路载板7表面；一半导体外延层12，其位于该电路载板7的一侧，该半导体外延层12包括一第一半导体外延层121、一活性中间层122、以及一第二半导体外延层123，其中，该第二半导体外延层123夹置于该电路载板7及该活性中间层122之间，该活性中间层122夹置于该第一半导体外延层121与该第二半导体外延层123之间，且该半导体外延层12经由一第一金属焊接层15以及一第二金属焊接层16封装于该电路载板7，其中，该第一金属焊接层15及该第二金属焊接层16通过该焊料合金层72而各自独立电性连接至该第一电性连接垫73及该第二电性连接垫74，且该第一电性连接垫73及该第二电性连接垫74表面的该焊料合金层72并未相连接；一反射层11，其夹置于该电路载板7及该半导体外延层12间；一第一电极14，设置于该第一半导体外延层121上；以及一第二电极13，设置于该反射层11上，其中，该第一电极14与该第一半导体外延层121为N型电性、以及该第二电极13与该第二半导体外延层123为P型电性。
实施例二
请参考图3，其是此实施例二的芯片板上封装结构200的结构示意图。实施例二与上述实施例一的制备流程大致相似，所不同处在于，将准备例一的发光二极管1电性连接并封装于该电路载板7上后，由于所使用的基板10为蓝宝石基板，是以在不移除该基板10的情况下，同样可制备完成一芯片板上封装结构200。
据此，如图3所示，上述制得的芯片板上封装结构200，其包括：一电路载板7，其包括一第一电性连接垫73及一第二电性连接垫74位于该电路载板7表面；一半导体外延层12，其位于电路载板7的一侧，该半导体外延层12包括一第一半导体外延层121、一活性中间层122、以及一第二半导体外延层123，其中，该第二半导体外延层123夹置于该电路载板7及该活性中间层122之间，该活性中间层122夹置于该第一半导体外延层121与该第二半导体外延层123之间，且该半导体外延层12经由一第一金属焊接层15以及一第二金属焊接层16封装于该电路载板7，其中，该第一金属焊接层15及该第二金属焊接层16通过该焊料合金层72而各自独立电性连接至该第一电性连接垫73及该第二电性连接垫74，且该第一电性连接垫73及该第二电性连接垫74表面的该焊料合金层72并未相连接；一反射层11，其夹置于该电路载板7及该半导体外延层12间；一第一电极14，设置于该第一半导体外延层121上；一第二电极13，设置于该反射层11上；以及一基板10，设置于该第一半导体外延层321上，其中，该第一电极14与该第一半导体外延层121为N型电性、以及该第二电极13与该第二半导体外延层123为P型电性。
实施例三
由于本发明的芯片板上封装结构制备方法不需于第一电性连接垫及第二电性连接垫上分别设置焊料合金层，因此，于本发明的芯片板上封装结构制备方法中，亦可将焊料合金层先设置于发光二极管上。请参阅图4A至图4C，是本发明实施例三的芯片板上封装结构300制备流程结构示意图。
首先，请参阅图4A，是将焊料合金层72先设置于该发光二极管1的第一金属焊接层15及该第二金属焊接层16表面之间。接着，如图4B所示，将上述含有焊料合金层72的发光二极管1设置于该电路载板7上，并加热该焊料合金层72，使该第一金属焊接层15及该第二金属焊接层16通过该焊料合金层72而各自独立电性连接至该第一电性连接垫73及该第二电性连接垫74。请继续参阅图4C，于加热后，再利用激光剥离技术移除发光二极管1的基板10，以制备此实施例三的芯片板上封装结构300，并且该第一电性连接垫73及该第二电性连接垫74表面的该焊料合金层72并未相连接。
据此，如图4A至图4C所示，上述制得的芯片板上封装结构300，其包括：一电路载板7，其包括一第一电性连接垫73及一第二电性连接垫74位于该电路载板7表面；一半导体外延层12，其位于电路载板7的一侧，该半导体外延层12包括一第一半导体外延层121、一活性中间层122、以及一第二半导体外延层123，其中，该第二半导体外延层123夹置于该电路载板7及该活性中间层122之间，该活性中间层122夹置于该第一半导体外延层121与该第二半导体外延层123之间，且该半导体外延层12经由一第一金属焊接层15以及一第二金属焊接层16封装于该电路载板7，其中，该第一金属焊接层15及该第二金属焊接层16通过该焊料合金层72而各自独立电性连接至该第一电性连接垫73及该第二电性连接垫74，且该第一电性连接垫73及该第二电性连接垫74表面的该焊料合金层72并未相连接；一反射层11，其夹置于该电路载板7及该半导体外延层12间；一第一电极14，设置于该第一半导体外延层121上；以及一第二电极13，设置于该反射层11上，其中，该第一电极14与该第一半导体外延层121为N型电性、以及该第二电极13与该第二半导体外延层123为P型电性。
实施例四
如上所述，由于本发明的芯片板上封装结构制备方法不需于第一电性连接垫及第二电性连接垫上分别设置焊料合金层，因此，也可分别先于电路载板上及发光二极管上设置焊料合金层，再透过覆晶方式制备芯片板上封装结构。请参阅图5A至图5D，是本发明实施例四的芯片板上封装结构400制备流程结构示意图。
首先，请参阅图5A及图5B，是将焊料合金层72分别先设置于该发光二极管1的第一金属焊接层15及该第二金属焊接层16表面之间，以及于电路载板7的该第一电性连接垫73及该第二电性连接垫74表面之间。接着，如图5C所示，是将图5A的含有焊料合金层72的发光二极管1设置于图5B的含有焊料合金层72的电路载板7上，并加热电路载板7及发光二极管1表面的焊料合金层72，使该第一金属焊接层15及该第二金属焊接层16通过该焊料合金层72而各自独立电性连接至该第一电性连接垫73及该第二电性连接垫74。请继续参阅图5D，于加热后，再利用激光剥离技术移除发光二极管1的基板10，以制备此实施例四的芯片板上封装结构400，并且该第一电性连接垫73及该第二电性连接垫74表面的该焊料合金层72并未相连接。
据此，如图5A至图5D所示，上述制得的芯片板上封装结构400，其包括：一电路载板7，其包括一第一电性连接垫73及一第二电性连接垫74位于该电路载板7表面；一半导体外延层12，其位于电路载板7的一侧，该半导体外延层12包括一第一半导体外延层121、一活性中间层122、以及一第二半导体外延层123，其中，该第二半导体外延层123夹置于该电路载板7及该活性中间层122之间，该活性中间层122夹置于该第一半导体外延层121与该第二半导体外延层123之间，且该半导体外延层12经由一第一金属焊接层15以及一第二金属焊接层16封装于该电路载板7，其中，该第一金属焊接层15及该第二金属焊接层16通过该焊料合金层72而各自独立电性连接至该第一电性连接垫73及该第二电性连接垫74，且该第一电性连接垫73及该第二电性连接垫74表面的该焊料合金层72并未相连接；一反射层11，其夹置于该电路载板7及该半导体外延层12间；一第一电极14，设置于该第一半导体外延层121上；以及一第二电极13，设置于该反射层11上，其中，该第一电极14与该第一半导体外延层121为N型电性、以及该第二电极13与该第二半导体外延层123为P型电性。
上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (10)
1.一种芯片板上封装结构的制备方法，其特征在于，包括：
步骤A：提供一电路载板，其包括一第一电性连接垫及一第二电性连接垫位于该电路载板表面；
步骤B：提供一发光二极管，其包括一第一金属焊接层及一第二金属焊接层位于该发光二极管表面；
步骤C：提供一焊料合金层，该焊料合金层设置于该电路载板或该发光二极管的至少一表面，其中，该焊料合金层设置于该电路载板的该第一电性连接垫及该第二电性连接垫表面之间、设置于该发光二极管的该第一金属焊接层及该第二金属焊接层表面之间、或同时分别设置于该电路载板的该第一电性连接垫及该第二电性连接垫表面之间及该发光二极管的该第一金属焊接层及该第二金属焊接层表面之间；
步骤D：将该发光二极管设于该电路载板表面，且该焊料合金层夹设于该电路载板及该发光二极管之间；以及
步骤E：加热该焊料合金层，使该发光二极管通过该第一金属焊接层及该第二金属焊接层而封装于该电路载板表面；
其中，于步骤E后，该第一金属焊接层及该第二金属焊接层通过该焊料合金层而各自独立电性连接至该第一电性连接垫及该第二电性连接垫，且该第一电性连接垫及该第二电性连接垫表面的该焊料合金层并未相连接。
2.如权利要求1所述的芯片板上封装结构的制备方法，其特征在于，该电路载板包含一绝缘层、以及一电路基板，该绝缘层的材质选自由类金刚石、氧化铝、陶瓷、以及含金刚石的环氧树脂所组群组的至少一者。
3.如权利要求2所述的芯片板上封装结构的制备方法，其特征在于，该电路基板是一金属板、一陶瓷板或一硅基板。
4.如权利要求1所述的芯片板上封装结构的制备方法，其特征在于，该焊料合金层是至少一选自由锡Sn、银Ag、铜Cu、铋Bi，或其合金所组成。
5.如权利要求1所述的芯片板上封装结构的制备方法，其特征在于，该发光二极管包括：
一半导体外延层，该半导体外延层包括一第一半导体外延层、一活性中间层、以及一第二半导体外延层，其中，该第二半导体外延层位于该发光二极管接合该电路载板的一侧，且该第二半导体外延层夹置于该电路载板及该活性中间层之间，该活性中间层夹置于该第一半导体外延层与该第二半导体外延层之间，且该半导体外延层经由该第一金属焊接层以及该第二金属焊接层封装于该电路载板；以及
一反射层，其夹置于该电路载板及该半导体外延层间。
6.如权利要求5所述的芯片板上封装结构的制备方法，其特征在于，该第一半导体外延层是部分未覆盖该活性中间层及该第二半导体外延层。
7.如权利要求5所述的芯片板上封装结构的制备方法，其特征在于，该发光二极管还包括一第一电极，该第一电极设置于该第一半导体外延层表面。
8.如权利要求5所述的芯片板上封装结构的制备方法，其特征在于，该发光二极管还包括一第二电极，该第二电极设置于该第二半导体外延层表面。
9.如权利要求5所述的芯片板上封装结构的制备方法，其特征在于，该发光二极管还包括一基板，设置于该第一半导体外延层上。
10.一种芯片板上封装结构，其特征在于，是依据权利要求1至9中任一项所述的芯片板上封装结构的制备方法而制得。
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