CN109075232B - 半导体元件封装 - Google Patents
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Abstract
实施例提供一种半导体元件封装,包括:半导体元件,该半导体元件包括在其一个表面上排列的第一电极焊盘和第二电极焊盘;反射构件,该反射构件被布置在半导体元件的侧表面上并且具有倾斜表面;透光层,该透光层被布置在反射构件的倾斜表面上;以及波长转换构件,该波长转换构件被布置在半导体元件和透光层上,其中反射构件的倾斜表面倾斜,使得与半导体元件的侧表面的距离沿第一方向增加,第一方向是从半导体元件的一个表面朝向其另一个表面的方向,并且随着与半导体元件的侧表面的距离增加,透光层的厚度减小并且反射构件的厚度增加。
Description
技术领域
实施例涉及半导体元件封装。
背景技术
发光二极管(LED)是将电能转换成光能的化合物半导体元件,并且可以通过控制化合物半导体元件的组成比来实现各种颜色。
与诸如荧光灯和白炽灯的传统光源相比,氮化物半导体发光元件具有低功耗、半永久寿命、快速响应速度、安全和环境友好的优点。因此,氮化物半导体发光元件的应用已经扩展到被应用作为更换配置液晶显示(LCD)装置的背光的冷阴极荧光灯(CCFL)的LED背光、能够更换荧光灯或白炽灯的白色LED照明装置、车辆前灯和交通信号灯。
可以通过在倒装芯片上直接形成波长转换构件来制造芯片级封装(CSP)。CSP允许封装的小型化,但是因为CSP在所有表面发射光,所以要求根据需要调整发光方向。然而,当CSP的一些表面被阻挡时,存在光提取效率(光通量)减小的问题。
此外,在CSP的发光元件封装中,波长转换构件完全包围LED,并且其上表面通常具有正方形或矩形形状,并且因此难以区分发光元件封装的第一和第二电极。
发明内容
技术问题
实施例涉及提供一种具有改善的光提取效率的半导体元件封装。
此外,实施例涉及提供一种能够调节光通量和方向角的半导体元件封装。
此外,实施例涉及提供一种能够当保持芯片尺寸时调整尺寸的半导体元件封装。
此外,实施例涉及提供一种能够调节色温的半导体元件封装。
此外,实施例涉及提供一种具有改善的可靠性的半导体元件封装。
另外,实施例涉及提供一种易于极性识别的半导体元件封装。
技术方案
本发明的一个方面提供一种半导体元件封装,包括:发光元件,该发光元件包括在发光元件的一个表面上布置的多个电极焊盘;波长转换构件,该波长转换构件被布置在发光元件的一个表面上;以及反射构件,该发射构件被布置在发光元件的侧表面上,其中反射构件可以具有面向发光元件的侧表面的倾斜表面,反射构件的倾斜表面可以朝向第一方向远离发光元件的侧表面倾斜,并且第一方向可以是从发光元件的一个表面到另一个表面的方向。
半导体元件封装还可以包括透光层,该透光层被布置在倾斜表面和发光元件的侧表面之间的间隙空间上。
透光层的粘度可以在4000mPa·s至7000mPa·s的范围中。
倾斜表面可以具有曲率。
倾斜表面的曲率可以在0.3至0.8的范围中。
倾斜表面可以被形成为在第一方向中凸出。
倾斜表面可以被形成为在第一方向中凹进。
透光层的厚度可以随着远离发光元件的侧表面而减小,并且反射构件的厚度可以随着远离发光元件的侧表面而增加。
波长转换构件可以覆盖发光元件的另一个表面和透光层的上表面。
有益效果
根据本发明的实施例,能够通过反射构件的倾斜表面来改善光提取效率。
此外,能够通过调整反射构件的倾斜表面的角度来控制半导体元件封装的尺寸。
此外,能够通过调整倾斜表面的角度来控制光通量和方向角。
此外,能够控制发射的光的色温。
根据本发明的实施例的半导体元件封装可以被配置使得围绕半导体元件的四个侧表面的反射构件被布置以覆盖在半导体元件的上表面上布置的波长转换构件的侧表面的一部分。此外,漫射构件(diffusion member)被布置以覆盖波长转换构件和反射构件的上表面,使得波长转换构件的侧表面能够被反射构件和漫射构件完全围绕。因此,可以有效地防止波长转换构件从半导体元件的上表面分层。
在根据本发明的实施例的半导体元件封装中,通过选择性地去除围绕半导体元件的四个侧表面和上表面的波长转换构件或者通过在波长转换构件的上表面上形成识别标记,能够容易地确定在半导体元件封装的下表面上暴露的第一和第二电极焊盘的极性。
本发明的各种有益优点和效果不受详细描述的限制,并且应通过本公开的详细实施例的描述来被容易地理解。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的半导体元件封装的平面图。
图2是沿着图1中A-A线截取的横截面图。
图3是图示通过调节倾斜表面的角度来增加尺寸的半导体元件封装的图。
图4是图示通过调节倾斜表面的角度来减小尺寸的半导体元件封装的图。
图5是根据本发明第二实施例的半导体元件封装的横截面图。
图6是图示图5的修改实施例的图。
图7是用于描述根据本发明的第一实施例的半导体元件的图。
图8是根据本发明的第三实施例的半导体元件封装的横截面图。
图9是用于描述图8的半导体元件的图。
图10a至10d是用于描述制造根据本发明的第一实施例的半导体元件封装的方法的图。
图11a是根据本发明的第四实施例的半导体元件封装的透视图。
图11b是沿着图11a的线I-I'截取的横截面图。
图12是图11b的半导体元件的横截面图。
图13是沿着根据本发明的第五实施例的半导体元件封装的线I-I'截取的横截面图。
图14a至14f是图示制造根据第四实施例的半导体元件封装的方法的横截面图。
图15a至15h是图示制造根据第五实施例的半导体元件封装的方法的横截面图。
图16a是根据本发明的第六实施例的半导体元件封装的透视图。
图16b是图16a的底视图。
图16c是图16a的平面图。
图16d是沿着图16a中的线I-I'截取的横截面图。
图16e是图16b的半导体元件的横截面图。
图16f是根据本发明的第六实施例的半导体元件封装的照片。
图17a至17c是根据本发明的第七实施例的半导体元件封装的透视图。
图18a是沿着图17a中的线I-I'截取的横截面图。
图18b是沿着图17b中的线I-I'截取的横截面图。
图19a是根据本发明的第八实施例的半导体元件封装的透视图。
图19b是沿着图19a中的线I-I'截取的横截面图。
图20a和20b是根据本发明的第九实施例的半导体元件封装的透视图。
图20c是图20a的平面图。
图20d是根据本发明的第九实施例的半导体元件封装的照片。
图21是根据本发明的第十实施例的半导体元件封装的透视图。
图22是根据本发明的实施例的移动终端的透视图。
具体实施方式
本实施例可以以其他形式修改,或者各种实施例可以彼此组合,并且本公开的范围不限于下面描述的每个实施例。
尽管在其他实施例中没有描述在特定实施例中描述的项目,但是除非在其他实施例中另外描述,或者只要其中没有相互矛盾的描述,该项目可以被理解为与另一实施例相关。
例如,当在特定实施例中描述用于配置A的特征并且在其他实施例中描述用于配置B的特征时,即使当其中组合配置A和配置B的实施例未被明确地描述时,除非在其他实施例中另有描述或者只要其中没有相互矛盾的解释,否则应理解,它们将落入本公开的范围内。
在实施例的描述中,当元件被描述为在另一元件“上”或“下”形成时,术语“在......上”或“在......下”包括相互直接接触的两个组件的含义以及在两个组件之间间接地布置和形成一个或者多个其它组件的含义。此外,当描述为“在上方(上面)或下方(下面),或在上或下”时,它不仅可以包括相对于一个元件的向上方向,而且可以包括相对于一个元件的向下方向。
在下文中,将参考附图详细地描述本公开的实施例,其适合于由本领域的技术人员实现。
半导体元件可以包括各种电子元件,诸如发光元件、光接收元件等,并且所有发光元件和光接收元件可以包括第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层。
根据本实施例的半导体元件可以是发光元件。
发光元件通过电子和空穴的复合发射光,并且光的波长由材料的固有能带隙确定。因此,发射的光可以根据材料的成分而变化。在下文中,将实施例的半导体元件描述为发光元件。
图1是根据本发明的第一实施例的半导体元件封装的平面图,并且图2是沿着图1中A-A线截取的横截面图。
参考图1和图2,根据第一实施例的半导体元件封装包括:半导体元件10,该半导体元件10包括在其一个表面上布置的多个电极焊盘;波长转换构件20,该波长转换构件20被布置在半导体元件10的上表面102上;以及反射元件30,该反射元件30被布置在半导体元件10的侧表面103上。半导体元件封装可以是芯片级封装(CSP)。
半导体元件10可以发射紫外(UV)波长范围或蓝色波长范围的光。半导体元件10可以是倒装芯片,其具有布置在下表面101上的多个电极焊盘。
波长转换构件20可以覆盖半导体元件10的上表面102和/或侧表面103。波长转换构件20可以由聚合物树脂制成。聚合物树脂可以是透光环氧树脂、硅酮树脂(siliconeresin)、聚酰亚胺树脂、尿素树脂和丙烯酸树脂之中的一种或多种。例如,聚合物树脂可以是硅酮树脂。
分散在波长转换构件20中的波长转换颗粒可以吸收从半导体元件10发射的光并且将吸收的光转换成白光。例如,波长转换颗粒可以包括荧光体和量子点(QD)中的一种或多种。
荧光体可以包括钇铝石榴石(YAG)基的荧光体、Tb3Al5O12(TAG)基的荧光体、硅酸盐基的荧光体、硫化物基的荧光体和氮化物基的荧光体中的任何一种,但是实施例不特别地限于这些种类的荧光体。当半导体元件10是UV发光二极管(LED)时,可以选择蓝色荧光体、绿色荧光体和红色荧光体作为荧光体。当半导体元件10是蓝色LED时,可以选择绿色荧光体和红色荧光体作为荧光体,或者可以选择黄色荧光体(YAG)作为荧光体。
反射构件30覆盖半导体元件10的侧表面。反射构件30具有面向半导体元件10的侧表面103的倾斜表面310。倾斜表面310可以布置成远离半导体元件10的侧表面朝向第一方向D1倾斜。因此,从半导体元件10的侧表面发射的光L2通过倾斜表面310向上发射,使得可以改善光提取效率。第一方向D1可以是从半导体元件10的下表面101到上表面102的方向。
反射构件30可以具有其中反射颗粒分散在基材中的结构。基材可以是环氧树脂、硅酮树脂、聚酰亚胺树脂、尿素树脂和丙烯酸树脂之中的一种或多种。例如,聚合物树脂可以是硅酮树脂。反射颗粒可以包括诸如TiO2或SiO2的颗粒。
反射构件30可以包括具有不同折射率的第一层和第二层。反射构件30可以形成为分布式布拉格反射器(DBR)结构。反射构件30包括其中交替地布置具有不同折射率的两个介电层的结构。例如,反射构件30可以包括SiO2层、Si3N4层、TiO2层、Al2O3层和MgO层之中的两个。例如,第一层可以包括SiO2,并且第二层可以包括TiO2。
透光层50可以被布置在倾斜表面310上。透光层50不受特别地限制,只要其是透射光的材料。透光层50可以是环氧树脂、硅酮树脂、聚酰亚胺树脂、尿素树脂和丙烯酸树脂之中的任何一种。透光层50和反射构件30可以具有相同的折射率,但是本发明不限于此,并且透光层50和反射构件30可以具有不同的折射率。
透光层50被布置在反射构件30和半导体元件10的侧表面之间的间隙空间中,使得透光层50的厚度可以与倾斜表面310的厚度成反比。也就是说,越远离半导体元件10的侧表面,透光层50的厚度越厚,使得透光层50的厚度可以变得更薄。
根据本实施例,可以通过调整反射构件30的宽度W1来控制半导体元件封装的尺寸。参考图3,还能够通过将反射构件30的宽度W2调节得更宽来增加半导体元件封装的尺寸。可替选地,如图4中所示,通过将反射构件30的宽度W3调节得更窄,可以减小半导体元件封装的尺寸。
如图3中所示,当宽度W2制造得更宽时,倾斜表面310的角度θ2可以减小,并且如图4中所示,当宽度W3制造得更窄时,倾斜表面310的角度θ3可以增加。根据本实施例,能够使用相同尺寸的芯片制造具有各种尺寸的封装。
下面的表1是根据倾斜表面310的倾斜角度测量相对光通量和方向角的表格。
[表1]
倾斜表面的角度(°) | 相对光通量(%) | 方向角(°) | |
第一实验示例 | 15 | 112 | 135 |
第二实验示例 | 30 | 106 | 130 |
第三实验示例 | 45 | 100 | 128 |
第四实验示例 | 60 | 94 | 124 |
第五实验示例 | 75 | 88 | 120 |
参见表1,能够看出,随着倾斜表面310的角度增加,相对光通量减小并且方向角减小。因此,能够看出,可以通过调节倾斜表面310的角度来控制期望的光通量和期望的方向角。
图5是根据本发明的第二实施例的半导体元件封装的横截面图,并且图6是图示图5的修改实施例的图。
参考图5,根据本实施例,反射构件30的倾斜表面311可以在半导体元件10中具有曲率。因为倾斜表面311是反射构件30和透光层50之间的界面,所以反射构件30和透光层50都可以具有曲率。利用这样的配置,可以增加从半导体元件10的侧表面发射的光向上反射的效率。
倾斜表面311的曲率可以在0.3R至0.8R的范围中。当满足这样的范围时,与平坦表面相比,反射效率可以提高了约3%。
倾斜表面311可以形成为在第一方向D1上是凹进的。然而,本发明不限于此,并且如图6中所示,倾斜表面312可以被形成为在第一方向中是凸出的。
图7是用于描述根据本发明的第一实施例的半导体元件的图。
参考图7,根据本实施例的半导体元件10包括在衬底11下方布置的发光结构12、以及在发光结构12的一侧上布置的一对电极焊盘15a和15b。
衬底11包括导电衬底或绝缘衬底。衬底11可以是适合于半导体材料生长的材料或载体晶片。衬底11可以由选自蓝宝石(Al2O3)、SiC、GaAs、GaN、ZnO、Si、GaP、InP和Ge中的材料形成,但是本发明不限于此。必要时可以去除衬底11。
可以在第一导电类型半导体层12a和衬底11之间进一步设置缓冲层(未示出)。缓冲层可以减轻衬底11和设置在衬底11上的发光结构12之间的晶格失配。
缓冲层可以是Ⅲ族和V族的元素的组合,或者可以包括GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN和AlInN中的任何一种。缓冲层可以掺杂有掺杂剂,但是本发明不限于此。
缓冲层可以在衬底11上生长为单晶,并且用单晶生长的缓冲层可以改进第一导电类型半导体层12a的结晶度。
发光结构12包括第一导电类型半导体层12a、有源层12b和第二导电类型半导体层12c。通常,上述发光结构12和衬底11可以一起切割并且被划分成多片。
第一导电类型半导体层12a可以由包括III-V族、II-VI族等的化合物半导体形成,并且可以掺杂有第一掺杂剂。第一导电类型半导体层12a可以选自具有Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0≤x1≤1,0≤y1≤1,并且0≤x1+y1≤1)的组成式的半导体材料,例如,GaN、AlGaN、InGaN、InAlGaN等。此外,第一掺杂剂可以是n型掺杂剂,诸如Si、Ge、Sn、Se或Te。当第一掺杂剂是n型掺杂剂时,掺杂有第一掺杂剂的第一导电类型半导体层12a可以是n型半导体层。
有源层12b是通过第一导电类型半导体层12a注入的电子(或空穴)和通过第二导电类型半导体层12c注入的空穴(或电子)相遇的层。通过被复合,电子和空穴可以在有源层12b中转变到低能级,从而产生具有与转变能量相对应的波长的光。
有源层12b可以具有单阱结构、多阱结构、单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、QD结构和量子线结构中的任何一种,但是不限于此。
第二导电类型半导体层12a可以被形成在有源层12b上,可以由包括III-V族、II-VI族等的化合物半导体形成,并且可以掺杂有第二掺杂剂。第二导电类型半导体层12c可以选自具有Inx5Aly2Ga1-x5-y2N(0≤x5≤1,0≤y2≤1,并且0≤x5+y2≤1)的组成式的材料,或者可以选自AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP之中的材料。当第二掺杂剂是诸如Mg、Zn、Ca、Sr或Ba的p型掺杂剂时,掺杂有第二掺杂剂的第二导电类型半导体层12c可以是p型半导体层。
电子阻挡层(EBL)可以被布置在有源层12b和第二导电类型半导体层12c之间。EBL可以阻挡从第一导电类型半导体层12a供应到第二导电类型半导体层12c的电子流,从而增加有源层12b中的电子和空穴之间的复合的可能性。电子阻挡层的能带隙可以大于有源层12b和/或第二导电类型半导体层12c的能带隙。
EBL可以选自具有Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0≤x1≤1,0≤y1≤1,并且0≤x1+y1≤1)的组成式的半导体材料,例如,AlGaN、InGaN、InAlGaN等,但是本发明不限于此。
发光结构12包括在从第二导电类型半导体层12c到第一导电类型半导体层12a的方向中形成的通孔H。绝缘层14可以形成在通孔H和发光结构12的侧表面上。在这种情况下,绝缘层14可以暴露第二导电类型半导体层12c的一个表面。
第二电极13b可以被布置在第二导电类型半导体层12c的一个表面上。第二电极13b可以包括铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、铟锌氧化物(IZTO)、铟铝锌氧化物(IAZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、铟镓锡氧化物(IGTO)、铝锌氧化物(AZO)、锑锡氧化物(ATO)、镓锌氧化物(GZO)、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au和Ni/IrOx/Au/ITO之中的至少一种,但是本发明不限于此。
此外,第二电极13b还可以包括选自In、Co、Si、Ge、Au、Pd、Pt、Ru、Re、Mg、Zn、Hf、Ta、Rh、Ir、W、Ti、Ag、Cr、Mo、Nb、Al、Ni、Cu和WTi之中的金属。
第一电极焊盘15a可以电连接到第一导电类型半导体层12a。具体地,第一电极焊盘15a可以通过通孔H被电连接到第一导电类型半导体层12a。
第二电极焊盘15b可以电连接到第二导电类型半导体层12c。具体地,第二电极焊盘15b可以通过穿过绝缘层14被电连接到第二电极13b。
图8是根据本发明的第三实施例的半导体元件封装的横截面图,并且图9是用于描述图8的半导体元件的图。
根据本实施例的半导体元件封装包括具有第一发光部分12-1和第二发光部分12-2的半导体元件10、覆盖半导体元件10的侧表面103的反射构件30、布置在第一发光部分12-1上的第一波长转换构件21、布置在第二发光部分12-2上的第二波长转换构件22、以及布置在第一波长转换构件21和第二波长转换构件22之间的反射线23。
半导体元件10包括能够单独地被驱动的第一发光部分12-1和第二发光部分12-2。因此,第一发光部分12-1和第二发光部分12-2可以通过外部电源选择性地发射光。
半导体元件10包括电连接到第一发光部分12-1和第二发光部分12-2的公共电极15c、电连接到第一发光部分12的第一驱动电极15d、以及电连接到第二发光部分12-2的第二驱动电极15e。所有公共电极15c、第一驱动电极15d和第二驱动电极15e可以布置在半导体元件10下方。
波长转换构件包括布置在第一发光部分12-1上的第一波长转换构件21和布置在第二发光部分12-2上的第二波长转换构件22。从第一发光部分12-1发射并且穿过第一波长转换构件21的光可以被转换成第一白光L3。此外,从第二发光部分12-2发射并且穿过第二波长转换构件22的光可以被转换成第二白光L4。
第一白光L3和第二白光L4可以具有不同的色温。例如,第一白光L3可以是暖白光,并且第二白光L4可以是冷白光。暖白光可以定义为具有约3000K的色温,并且冷白光可以定义为具有约6000K的色温。
利用这种配置,能够选择性地提供所需的白光。例如,当需要暖白光时,可以驱动第一发光部分12-1,并且当需要冷白光时,可以驱动第二发光部分12-2。这种结构作为需要颜色表示的相机的闪光灯是有用的。
当在第一波长转换构件21和第二波长转换构件22上进一步布置扩散层(未示出)时,第一白光L3和第二白光L4中的每个的光量也可以被调节以控制最终发射的色温。
反射线23可以布置在第一波长转换构件21和第二波长转换构件22之间,以将第一波长转换构件21与第二波长转换构件22分离。反射线23还可以包括诸如黑碳的光吸收材料。
第一波长转换构件21和第二波长转换构件22可以通过将波长转换颗粒分散在聚合物树脂中来制造。聚合物树脂可以是透光环氧树脂、硅酮树脂、聚酰亚胺树脂、尿素树脂和丙烯酸树脂之中的一种或多种。例如,聚合物树脂可以是硅酮树脂。
分散在波长转换构件20中的波长转换颗粒可以吸收从半导体元件10发射的光并且将吸收的光转换成白光。例如,波长转换颗粒可以包括荧光体和量子点(QD)中的一种或多种。波长转换颗粒的种类没有被特别地限制。
为了不同地控制色温,分散在第一波长转换构件21中的波长转换颗粒的种类可以与分散在第二波长转换构件22中的波长转换颗粒的种类不同。然而,本发明是不限于此,并且分散在第一波长转换构件21中的波长转换颗粒的种类可以与分散在第二波长转换构件22中的波长转换颗粒的种类相同。在这种情况下,可以通过不同地调整控制含量来控制色温。
参考图9,半导体元件10包括衬底11、布置在衬底上的发光结构12、覆盖发光结构12的绝缘层14、以及通过绝缘层14被电连接到发光结构12的公共电极15c和第一和第二驱动电极15d和15e。
衬底11包括导电衬底或绝缘衬底。衬底11可以是适合于半导体材料生长的材料或载体晶片。衬底11可以由选自Al2O3、SiC、GaAs、GaN、ZnO、Si、GaP、InP和Ge之中的材料形成,但是本发明不限于此。必要时可以去除衬底11。
发光结构12包括第一导电类型半导体层12a、布置在第一导电类型半导体层12a上并且与第一导电类型半导体层12a隔开的第一有源层12b、第二有源层12b、布置在第一有源层12b下方的第二-第一导电类型半导体层13b、布置在第二有源层12b上的第二-第二导电类型半导体层12c。
第一发光部分12-1和第二发光部分12-2可以共享第一导电类型半导体层12a。利用这种结构,即使没有衬底,由于相对厚的第一导电类型半导体层12a也能够防止在发光结构12中产生裂缝。此外,可以实现电流分散效果。
公共电极15c可以连接到第一导电类型半导体层12a,第一驱动电极15d可以连接到第二-第一导电类型半导体层13b,并且第二驱动电极15e可以连接到第二-第二导电类型半导体层12c。在这种情况下,可以在每个半导体层和每个电极之间进一步形成欧姆电极。
在根据本实施例的半导体元件10中,第一发光部分12-1和第二发光部分12-2可以被单独地接通。然而,当一个发光部分被接通时,一些光可以通过第一导电类型半导体层12a发射到另一发光部分。因此,可能发生光干涉问题,其中实际上不应该接通的发光部分可以发射光。
第一导电类型半导体层12a的凸部d4和凹部d3可以在台面蚀刻期间形成,使得将第一发光部分12-1与第二发光部分12-2分离。将第一发光部分12-1与第二发光部分12-2完全分离可能是理想的,但是因为通过第一导电类型半导体层12a形成的电流分散效应丢失,所以发光部分的厚度部分变得更薄,使得可以容易地产生裂缝。
凹部d3的厚度相对于发光结构的总厚度可以在10%至50%的范围中。当凹部d3的厚度小于10%时,凹部d3非常薄,因此在制造过程中容易引起裂缝,并且当其厚度超过50%时,存在通过第一导电类型半导体层12a入射到相邻的发光部分中的光量被增加的问题。当凹部d3的厚度相对于发光结构的厚度在10%至30%的范围中时,大部分发射的光被发射到外部,使得能够有效地解决光干涉问题。
图10a至10d是用于描述制造根据本发明的第一实施例的半导体元件封装的方法的图。
参考图10a和10b,多个半导体元件10可以布置在胶带1上,并且可以通过将透光树脂注入到多个半导体元件10中的每个的侧表面上来形成透光层50。在这种情况下,当透光层50和胶带1分别具有粘性时,在没有从多个半导体元件10中的每个的侧表面向下流动的情况下可以固定透光层50。透光层50可以在4000mPa·s至7000mPa·s的范围中,并且粘合带1的粘度可以为约80gf/in。
透光层50可以通过表面张力而具有曲率,同时固定到多个半导体元件10中的每个的侧表面。在这种情况下,倾斜表面311的曲率可以在0.3R至0.8R的范围中。
参考图10c,反射构件30可以注入到透光层50中。如上所述,因为透光层50的表面具有曲率,所以填充在透光层50中的反射构件30在反射构件30和透光层50之间的界面处也具有曲率。透光层50和反射构件30可以使用相同的树脂,并且更多的反射颗粒可以分散在反射构件30的树脂中。
此后,如图10d中所示,波长转换构件20可以整体地形成在半导体元件10上并且可以被切割以制造多个半导体元件封装10。
图11a是根据本发明的第四实施例的半导体元件封装的透视图,并且图11b是沿着图11a中的线I-I'截取的横截面图。
参考图11a和图11b,本实施例的半导体元件封装100包括半导体元件10、覆盖半导体元件10的上表面10a的波长转换构件20、覆盖半导体元件10的侧表面和波长转换构件20的侧表面的一部分的反射构件30、以及覆盖反射构件30的上表面30a和波长转换构件20的上表面20a的漫射构件40。
半导体元件封装100可以是具有CSP结构的发光元件封装。例如,半导体元件10可以是倒装芯片结构的发光元件,其中第一和第二电极焊盘15a和15b被布置在半导体元件10的下表面上。在下面将会描述半导体元件10的结构。
波长转换构件20可以覆盖半导体元件10的上表面10a。波长转换构件20的厚度可以在70μm至100μm的范围中,但是本发明不限于此。波长转换构件20可以由其中分散有波长转换颗粒的聚合物树脂形成。在这种情况下,聚合物树脂可以是选自透光环氧树脂、硅酮树脂、聚酰亚胺树脂、尿素树脂和丙烯酸树脂之中的一种或多种。例如,聚合物树脂可以是硅酮树脂。
波长转换颗粒可以吸收从半导体元件10发射的光并将吸收的光转换成白光。例如,波长转换颗粒可以包括荧光体和QD中的一种或多种。在下文中,将波长转换颗粒描述为荧光体。
波长转换构件20的边缘可以具有从半导体元件10的边缘突出的形状。这是因为从半导体元件10的侧表面发射的光通过波长转换构件20的突出区域转换成特定波长范围的光并且发射到半导体元件封装10的外部。例如,当半导体元件10发射蓝色波长范围的光时,蓝色波长范围中的光可以通过波长转换构件20转换成白光。
在这种情况下,从半导体元件10发射的光可以包括在与半导体元件10的上表面10a紧密接触的区域中穿过波长转换构件20的第一光L1,以及从半导体元件10的边缘开始穿过波长转换构件20的突出区域的第二光L2。因此,如在本实施例中,可以在具有其中波长转换构件20的边缘从半导体元件10的边缘突出的结构的半导体元件封装100中改进白光的色感。此外,当波长转换构件20被布置在半导体元件10上时,可以确保工艺余量。
反射构件30可以被布置以围绕半导体元件10的四个侧表面,以反射从半导体元件10的侧表面发射的光。因此,由反射构件30反射的光可以再次入射到半导体元件10以通过半导体元件10的上表面10a发射。
反射构件30的上表面30a的高度高于半导体元件10的上表面10a的高度,使得反射构件30可以被布置以不仅包围半导体元件10的侧表面,而且包围波长转换构件20的侧表面的一部分。如上所述,当反射构件30被布置以包围波长转换构件20的侧表面的一部分时,能够防止波长转换构件20与半导体元件10分层。
在一般的半导体元件封装中,波长转换构件被布置在半导体元件上,并且波长转换构件的侧表面被直接暴露。因此,波长转换构件从半导体元件的上表面分层,使得半导体元件封装的可靠性降低,并且同时,光提取效率也降低。
相比之下,因为反射构件30的上表面30a的高度高于半导体元件10的上表面10a的高度并且低于波长转换构件的上表面20a的高度,所以上述实施例的半导体元件封装100具有其中波长转换构件20的侧表面的一部分被反射构件30围绕的结构。
反射构件30的上表面30a与半导体元件10的上表面10a之间的高度差W4可以是波长转换构件20的厚度T的1/4倍或更多。这是因为反射构件30充分地围绕波长转换构件20的侧表面,以防止波长转换构件20的分层。此外,当反射构件30的上表面30a与半导体元件10的上表面10a之间的高度差W4超过波长转换构件20的厚度T的3/4倍时,则漫射构件40不会充分地包围转换构件20的侧表面。
因此,反射构件30的上表面30a与半导体元件10的上表面10a之间的高度差W4可以在波长转换构件20的厚度T的1/4倍至3/4倍的范围中,但是本发明不限于此。
如上所述,当波长转换构件20的边缘从半导体元件10的边缘突出时,反射构件30可以具有彼此不同的第一宽度W2和第二宽度W3。在这种情况下,第一宽度W2是反射构件30的与半导体元件10的侧表面接触的区域的宽度,并且第二宽度W3是反射构件30的与波长转换构件20的侧表面接触的区域的宽度。因此,反射构件30的第二宽度W3可以比反射构件30的第一宽度W2窄了宽度W1,该宽度W1是从半导体元件10的边缘突出的波长转换构件20的区域的宽度。
例如,当从半导体元件10的边缘突出的波长转换构件20的宽度W1是50μm并且反射构件30的第一宽度W2是100μm时,第二宽度W3可以是50μm。
具体地,反射构件30的第二宽度W3可以等于或宽于从半导体元件10的边缘突出的波长转换构件20的区域的宽度W1。这是因为,当反射构件30的第二宽度W3比从半导体元件10的边缘突出的波长转换构件20的区域的宽度W1窄时,反射构件30可能不能充分地固定波长转换构件20的侧表面。
因此,为了允许反射构件30充分地固定波长转换构件20的侧表面,反射构件30的第一宽度W2可以是从半导体元件10的边缘突出的波长转换构件20的区域的宽度W1的两倍或更多倍,但是本发明不限于此。
反射构件30可以由能够反射光的材料制成。例如,反射构件30可以包括苯基硅氧烷或甲基硅氧烷。此外,反射构件30还可以包括反射颗粒。例如,反射构件30可以是其中分散TiO2的玻璃。
漫射构件40可以被布置以覆盖波长转换构件20的上表面20a,以漫射从半导体元件10发射并且穿过波长转换构件20的光。此外,漫射构件40可以是布置以围绕波长转换构件20的侧表面。
具体地,漫射构件40可以被布置以完全覆盖波长转换构件20的上表面20a和反射构件30的上表面30a,从而补偿波长转换构件20的上表面20a和反射构件30的上表面30a之间的高度差。因此,波长转换构件20的上表面20a与其下表面20b,即,波长转换构件20的侧表面之间的高度接触其中反射构件30的上表面30a和漫射构件40的下表面彼此接触的界面,使得波长转换构件20的侧表面可以被反射构件30和漫射构件40完全包围。
因此,波长转换构件20也可以完全被反射构件30、漫射构件40和半导体元件10围绕。因此,本实施例的半导体元件封装1000可以有效地防止波长转换构件20的分层。
对于波长转换构件20和漫射构件40之间的粘附,漫射构件40可以包括与包括在波长转换构件20中的聚合物树脂相同的材料。例如,漫射构件40可以包括透明硅酮树脂树脂。在这种情况下,漫射构件40可以被布置以完全覆盖反射构件30的上表面,并且漫射构件40的边缘可以与反射构件30的边缘重合。在这种情况下,能够有效地防止漫射构件40从反射构件30的上表面分层。
图12是图11b的半导体元件的横截面图并且图示作为发光元件的半导体元件。
如图12中所示,本实施例的半导体元件10可以是包括布置在衬底11下方的发光结构12的发光元件,以及布置在发光结构12的一侧上的第一和第二电极焊盘15a和15b。在本实施例中,第一和第二电极焊盘15a和15b被图示为布置在发光结构12下方。
衬底11包括导电衬底或绝缘衬底。衬底11可以是适合于半导体材料生长的材料或载体晶片。衬底11可以由选自Al2O3、SiC、GaAs、GaN、ZnO、Si、GaP、InP和Ge之中的材料形成,但是本发明不限于此。必要时可以去除衬底11。
发光结构12包括第一导电类型半导体层12a、有源层12b和第二导电类型半导体层12c。通常,上述发光结构12和衬底11可以被切割并且被划分成多片。
第一导电类型半导体层12a可以由包括III-V族、II-VI族等的化合物半导体形成,并且可以掺杂有第一掺杂剂。第一导电类型半导体层12a可以选自具有Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0≤x1≤1,0≤y1≤1,并且0≤x1+y1≤1)的组成式的半导体材料,例如,GaN、AlGaN、InGaN、InAlGaN等。此外,第一掺杂剂可以是n型掺杂剂,诸如Si、Ge、Sn、Se或Te。当第一掺杂剂是n型掺杂剂时,掺杂有第一掺杂剂的第一导电类型半导体层12a可以是n型半导体层。
有源层12b是通过第一导电类型半导体层12a注入的电子(或空穴)和通过第二导电类型半导体层12c注入的空穴(或电子)汇合的层。通过复合,电子和空穴可以在有源层12b中转变到低能级,从而产生具有与转变能量相对应的波长的光。
有源层12b可以具有单阱结构、多阱结构、单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、QD结构和量子线结构中的任何一种,但是不限于此。
第二导电类型半导体层12c可以形成在有源层12b上,可以由包括III-V族、II-VI族等的化合物半导体形成,并且可以掺杂有第二掺杂剂。第二导电类型半导体层12c可以选自具有Inx5Aly2Ga1-x5-y2N(0≤x5≤1,0≤y2≤1,并且0≤x5+y2≤1)的组成式的材料,或者可以选自AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP之中。当第二掺杂剂是诸如Mg、Zn、Ca、Sr或Ba的p型掺杂剂时,掺杂有第二掺杂剂的第二导电类型半导体层12c可以是p型半导体层。
EBL可以布置在有源层12b和第二导电类型半导体层12c之间。EBL可以阻挡从第一导电类型半导体层12a供应到第二导电类型半导体层12c的电子流,从而增加有源层12b中的电子和空穴之间的复合的可能性。电子阻挡层的能带隙可以大于有源层12b和/或第二导电类型半导体层12c的能带隙。EBL可以选自具有Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0≤x1≤1,0≤y1≤1,并且0≤x1+y1≤1)的组成式的半导体材料,例如,AlGaN、InGaN、InAlGaN和等等,但是本发明不限于此。
发光结构12包括在从第二导电类型半导体层12c到第一导电类型半导体层12a的方向中形成的通孔H。通孔H可以在通孔H的底表面上暴露第一导电类型半导体层12a,并且可以在通孔的侧表面上暴露第一和第二半导体层12a和12c以及有源层12b。第一电极13a可以被布置以被电连接到由通孔H暴露的第一导电类型半导体层12a。此外,可以布置电连接到第二导电类型半导体层12c的第二电极13b。
第一电极13a和第二电极13b中的每个可以包括ITO、IZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGTO、AZO、ATO、GZO、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au和Ni/IrOx/Au/ITO之中的至少一种,并且本发明不限于此。此外,第一和第二电极13a和13b还可以包括选自In、Co、Si、Ge、Au、Pd、Pt、Ru、Re、Mg、Zn、Hf、Ta、Rh、Ir、W、Ti、Ag、Cr、Mo、Nb、Al、Ni、Cu和WTi之中的金属。
绝缘层14可以被布置以围绕从通孔H的侧表面暴露的第一和第二半导体层12a和12c以及有源层12b。如附图所示,绝缘层14可以具有用于进一步围绕发光结构12的侧表面的结构,并且绝缘层14的形成位置不限于此。
此外,第一电极13a和第二电极13b可以分别电连接到第一电极焊盘15a和第二电极焊盘15b。
在下文中,将详细描述另一实施例的半导体元件封装。
图13是沿着根据本发明的第五实施例的半导体元件封装的线I-I'截取的横截面图。
如图13中所示,根据第五实施例的半导体元件封装可以被配置使得漫射构件40被布置以围绕波长转换构件20、反射构件30的上表面和反射构件30的侧表面。在这种情况下,因为漫射构件40完全围绕波长转换构件20和反射构件30的侧表面,所以可以改进波长转换构件20的固定力。
如上所述,根据本发明的本实施例的半导体元件封装100可以被配置使得围绕半导体元件10的四个侧表面的反射构件30被布置以覆盖布置在半导体元件10的上表面上的波长转换构件20的侧表面的一部分。此外,因为漫射构件40被布置以覆盖波长转换构件20和反射构件30的上表面,所以波长转换构件20的侧表面可以完全地由反射构件30和漫射构件40包围。因此,能够防止波长转换构件20与半导体元件10的上表面分层。
在下文中,将详细描述制造本实施例的半导体元件封装的方法。
图14a至14f是图示制造根据第四实施例的半导体元件封装的方法的横截面图。
如图14a中所示,多个半导体元件10可以被布置在第一固定衬底51a上。第一固定衬底51a可以是具有粘合力的胶带,但是本发明不限于此。
然后,波长转换构件20被布置在多个半导体元件10中的每个的上表面上。例如,当波长转换构件20为膜的形式时,波长转换构件20可以被附接到多个半导体元件10中的每个的上表面。特别地,为了当波长转换构件20被附接到半导体元件10时改进半导体元件封装的工艺余量、光提取效率和颜色特性,波长转换构件20的边缘可以比多个半导体元件10中的每个的边缘突出更多。
如图14b中所示,反射构件30形成在多个半导体元件10之间的间隙空间中。反射构件30可以通过施加液相反射材料以覆盖多个半导体元件10中的每个并且固化液相反射材料来形成。
此外,如图14c中所示,漫射构件40形成为完全围绕相邻的半导体元件10并且在波长转换构件20和反射构件30之间。漫射构件40可以通过喷射来喷射或者可以以液相的形式来应用。例如,可以通过将漫射材料应用到波长转换构件20和反射构件30上并使用模具固化漫射材料来形成漫射构件40。
如图14d中所示,附接在第一固定衬底51a上的多个半导体元件10被转移到第二固定衬底51b。此时,漫射构件20与第二固定衬底51b紧密接触,使得多个半导体元件10中的每个的后表面可以被暴露。在这种情况下,多个半导体元件10中的每个的后表面是一个表面,通过其图11b的第一和第二电极焊盘15a和15b被暴露。
如上所述,将多个半导体元件10转移到第二固定衬底51b的原因在于,当漫射构件40被布置以完全覆盖多个半导体元件10、波长转换构件20和如图14c中所示的反射构件30时,难以在漫射构件40的上表面上将多个半导体元件10与反射构件30区别开。
因此,如图14e中所示,可以在漫射构件40的上表面上识别多个半导体元件10和反射构件30,以沿着其间的划线在相邻的半导体元件10之间切割。可以通过切割相邻的半导体元件10的反射构件30和漫射构件40来执行相邻半导体元件10之间的切割。
此外,如图14f中所示,多个半导体元件10被转移到第三固定衬底52。在这种情况下,多个半导体元件10与第三固定衬底52紧密接触,使得漫射构件40可以暴露在半导体元件封装100的上表面上。第三固定衬底52可以具有垂直和水平扩展的弹性,使得相邻的半导体元件封装100可以彼此隔开。
图15a至15h是图示制造根据第五实施例的半导体元件封装的方法的横截面图。
如图15中所示,多个半导体元件10可以布置在第一固定衬底51a上。第一固定衬底51a可以是具有粘合力的胶带,但是本发明不限于此。
然后,波长转换构件20被布置在多个半导体元件10中的每个的上表面上。例如,当波长转换构件20为膜的形式时,波长转换构件20可以被附接到多个半导体元件10中的每个的上表面。特别地,为了改善当波长转换构件20被附接到半导体元件时半导体元件封装的工艺余量以及光提取效率和颜色特性,波长转换构件20的边缘可以从半导体元件10的边缘突出。
如图15b中所示,反射构件30被形成在多个半导体元件10之间的间隙空间中。反射构件30可以通过将液相反射材料应用到多个半导体元件10之间的间隙空间中并固化液相反射材料而形成。
接下来,如图15中所示,可以沿着其间的划线切割相邻的半导体元件10。在这种情况下,切割相邻半导体元件10之间的反射构件30。然后,如图15d中所示,在第一固定衬底51a上分离的多个半导体元件10重新布置成彼此隔开。
随后,如图15e中所示,漫射构件40形成为完全围绕相邻的半导体元件10并且在波长转换构件20和反射构件30之间。漫射构件40可以通过喷射来喷射或者可以以液相的形式来应用。例如,可以通过使用模具将漫射材料应用到波长转换构件20和反射构件30上来形成漫射构件40。
然后,如图15f中所示,附接在第一固定衬底51a上的多个半导体元件10被转移到第二固定衬底51b。此时,漫射构件20与第二固定衬底51b紧密接触,使得多个半导体元件10中的每个的后表面可以被暴露。在这种情况下,多个半导体元件10中的每个的后表面是一个表面,图11b的第一和第二电极焊盘15a和15b通过该表面被暴露。
然后,如图15g中所示,可以在漫射构件40的上表面上识别多个半导体元件10和反射构件30,以沿着其间的划线在相邻的半导体元件10之间切割。
此后,如图15h中所示,多个半导体元件10被转移到第三固定衬底52。在这种情况下,多个半导体元件10与第三固定衬底52紧密接触,使得漫射构件40可以暴露在半导体元件封装100的上表面上。第三固定衬底52可以具有垂直和水平扩展的弹性,使得相邻的半导体元件封装100可以彼此隔开。
制造半导体元件封装的一般方法包括在半导体元件上布置波长转换膜,并且在暴露波长转换膜的状态下将半导体元件转移到另一个固定衬底。因此,波长转换膜可以与半导体元件的上表面分层。
另一方面,在制造根据本发明的本实施例的半导体元件封装的方法中,半导体元件10以在其中波长转换膜20的上表面和侧表面完全被反射构件30和漫射构件40围绕的结构被转移到另一固定衬底。因此,在转移期间,能够有效地防止波长转换膜20与半导体元件10分层。
图16a是根据本发明的第六实施例的半导体元件封装的透视图。图16b是图16的底视图,并且图16c是图16a的平面图。此外,图16d是沿着图16a中的线I-I'截取的横截面图。
如图16a至图16d中所示,根据本发明的第六实施例的半导体元件封装100包括半导体元件10、围绕半导体元件10的侧表面和上表面的波长转换构件20、以及形成在波长转换构件20的上表面并且被配置成区分暴露在半导体元件10的下表面上的第一和第二电极焊盘15a和15b的识别标记61。至少一个识别标记61可以以通过去除波长转换构件20的上表面的一部分而形成的凹槽的形式形成在波长转换构件20的上表面上。
波长转换构件20可以包括在关于波长转换构件20的上表面的中心C的非对称位置处具有不同高度的第一区域和第二区域。
如在本实施例中,区分第一和第二电极焊盘的识别标记61可以是形成为以在从波长转换构件20的上表面到下表面的方向中凹进的第一区域并且具有相对低的高度。
尽管在本实施例中识别标记61已经被图示为圆形,但是识别标记61的形状不限于此,并且可以从椭圆、多边形等之中选择。
根据本发明的本实施例的半导体元件封装100可以是CSP。在CSP中,暴露在半导体元件封装100的下表面上的第一和第二电极焊盘15a和15b可以电连接到诸如印刷电路板(PCB)的电路板的线。
半导体元件10可以是发射UV波长范围或蓝色波长范围中的光的发光元件,但是本发明不限于此。当半导体元件10是发光元件时,发光元件可以是倒装芯片,其中第一和第二电极(未示出)以及第一和第二电极焊盘15a和15b被布置在发光元件的下表面上,并且下面将描述发光元件的结构。
波长转换构件20可以形成为围绕半导体元件10的四个侧表面及其上表面。波长转换构件20可以由其中分散有波长转换颗粒的聚合物树脂形成。在这种情况下,聚合物树脂可以是选自透光环氧树脂、硅酮树脂、聚酰亚胺树脂、尿素树脂和丙烯酸树脂之中的一种或多种。例如,聚合物树脂可以是硅酮树脂。
波长转换颗粒可以吸收从半导体元件10发射的光并将吸收的光转换成白光。例如,波长转换颗粒可以包括荧光体和QD中的一种或多种。在下文中,将波长转换颗粒描述为荧光体。
荧光体可以包括YAG基荧光体、TAG基荧光体、硅酸盐基荧光体、硫化物基荧光体和氮化物基荧光体之中的任何一种,但是实施例没有被特别限于荧光体的种类。YAG荧光体和TAG荧光体中的每一种可以选自(Y、Tb、Lu、Sc、La、Gd或Sm)3(Al、Ga、In、Si或Fe)5(O或S)12:Ce,并且可以通过选自(Sr、Ba、Ca或Mg)2SiO4:(Eu、F或Cl)来使用硅酸盐基荧光体。此外,硫化物基荧光体可以选自(Ca或Sr)S:Eu和(Sr、Ca或Ba)(Al或Ga)2S4:Eu,并且氮化物基荧光体可以是(Sr、Ca、Si、Al或O)N:Eu(例如,CaAlSiN4:Euβ-SiAlON:Eu)或(Cax,My)(Si或Al)12(O或N)16,其是Ca-αSiAlON:Eu基。此时,M可以是Eu、Tb、Yb和Er之中的至少一种材料,并且可以选自满足0.05<(x+y)<0.3,0.02<x<0.27和0.03<y<0.3的荧光体组分。红色荧光体可以是包括N(例如,CaAlSiN3:Eu)或KSF(K2SiF6)荧光体的氮化物基荧光体。
如上所述,在CSP中,波长转换构件20完全包围半导体元件10,使得如图16b中所示,难以区分暴露在半导体元件封装100的下表面上的第一和第二电极焊盘15a和15b的极性。因此,当半导体元件封装100安装在电路板等上时,难以精确地确定半导体元件封装100的安装方向,使得可能发生电路板和半导体元件封装100之间的连接故障。此外,即使在将半导体元件封装100安装在电路板上之后,也难以确定半导体元件封装100的极性。
为了防止这样的问题,本发明的实施例可以使用如在图16c中所示的形成在波长转换构件20的上表面上的识别标记61来区分第一和第二电极焊盘15a和15b的极性。例如,当与识别标记61相邻的第一电极焊盘15a和第二电极焊盘15b的电极焊盘的极性是(+)时,在本实施例中第一电极焊盘15a的极性可以是(+)。
为此,识别标记61可以关于半导体元件封装100的中心非对称地布置。在这种情况下,半导体元件封装100的中心可以与波长转换构件20的上表面的中心C重合。如附图中所示的,识别标记61可以被形成在关于波长转换构件20的上表面的中心C的右下部分上,并且识别标记61的形成位置不限于此。例如,如在本实施例中,识别标记61可以形成在垂直方向中不与半导体元件10重叠的区域中。
识别标记61可以通过激光或冲孔形成,识别标记61的形成方法不限于此。例如,当使用激光形成识别标记61时,激光照射在波长转换构件20的上表面上以形成识别标记61,以在从波长转换构件20的上表面到下表面的方向中凹进。在这种情况下,照射激光的区域,即,识别标记61,可以显示为比其上表面上的波长转换构件20相对更暗。因此,因为随着识别标记61的区域变宽半导体元件封装100的质量可能劣化,所以识别标记61的区域可以形成在波长转换构件20的上表面的面积的5%以内,但是本发明不限于此。
具体地,当识别标记61和波长转换构件20的上表面之间的高度差d2非常大时,形成识别标记62的区域中的发光程度可以不同于波长转换构件20的上表面的剩余区域中的发光程度使得元件封装100的半导体特性可能劣化。因此,识别标记61和波长转换构件20的上表面之间的高度差d2可以在波长转换构件20的厚度d1的1/10之内。同时,如在本实施例中,当识别标记61形成在不与半导体元件10重叠的区域中时,识别标记61和波长转换构件20的上表面之间的高度差d2可以容易地改变,但不限于此。
图16e是图16b的半导体元件的横截面图并且图示作为发光元件的半导体元件。
如图16e中所示,本实施例的半导体元件10可以是包括布置在衬底11下方的发光结构12以及布置在发光结构12的一侧上的第一和第二电极焊盘15a和15b的的发光元件。在本实施例中,第一和第二电极焊盘15a和15b被图示为布置在发光结构12下方。
衬底11包括导电衬底或绝缘衬底。衬底11可以是适合于半导体材料生长的材料或载体晶片。衬底11可以由选自Al2O3、SiC、GaAs、GaN、ZnO、Si、GaP、InP和Ge之中的材料形成,但是本发明不限于此。必要时可以去除衬底11。
发光结构12包括第一导电类型半导体层12a、有源层12b和第二导电类型半导体层12c。通常,上述发光结构12和衬底11可以被切割并且被划分成多片。
第一导电类型半导体层12a可以由包括III-V族、II-VI族等的化合物半导体形成,并且可以掺杂有第一掺杂剂。第一导电类型半导体层12a可以选自具有Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0≤x1≤1,0≤y1≤1,并且0≤x1+y1≤1)的组成式的半导体材料,例如GaN、AlGaN、InGaN、InAlGaN等。此外,第一掺杂剂可以是n型掺杂剂,诸如Si、Ge、Sn、Se或Te。当第一掺杂剂是n型掺杂剂时,掺杂有第一掺杂剂的第一导电类型半导体层12a可以是n型半导体层。
有源层12b是通过第一导电类型半导体层12a注入的电子(或空穴)和通过第二导电类型半导体层12c注入的空穴(或电子)汇合的层。通过复合,电子和空穴可以在有源层12b中转变到低能级,从而产生具有与转变能量相对应的波长的光。
有源层12b可以具有单阱结构、多阱结构、单量子阱结构、MQW结构、QD结构和量子线结构中的任何一种,但不限于此。
第二导电类型半导体层12c可以形成在有源层12b上,可以由包括III-V族、II-VI族等的化合物半导体形成,并且可以掺杂有第二掺杂剂。第二导电类型半导体层12c可以选自具有Inx5Aly2Ga1-x5-y2N(0≤x5≤1,0≤y2≤1,并且0≤x5+y2≤1)的组成式的材料,或者可以选自AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP。当第二掺杂剂是诸如Mg、Zn、Ca、Sr或Ba的p型掺杂剂时,掺杂有第二掺杂剂的第二导电类型半导体层12c可以是p型半导体层。
EBL可以布置在有源层12b和第二导电类型半导体层12c之间。EBL可以阻挡从第一导电类型半导体层12a供应到第二导电类型半导体层12c的电子流,从而增加有源层12b中的电子和空穴之间的复合的可能性。电子阻挡层的能带隙可以大于有源层12b和/或第二导电类型半导体层12c的能带隙。EBL可以选自具有Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0≤x1≤1,0≤y1≤1,并且0≤x1+y1≤1)的组成式的半导体材料,例如,AlGaN、InGaN、InAlGaN等等,但是本发明不限于此。
发光结构12包括在从第二导电类型半导体层12c到第一导电类型半导体层12a的方向中形成的通孔H。通孔H可以在通孔H的底表面上暴露第一导电类型半导体层12a,并且可以在通孔的侧表面上暴露第一和第二半导体层12a和12c以及有源层12b。第一电极13a可以被布置为电连接到由通孔H暴露的第一导电类型半导体层12a。此外,可以布置电连接到第二导电类型半导体层12c的第二电极13b。
第一电极13a和第二电极13b中的每个可以包括ITO、IZO、IZTO、IAZO、IGZO、IGTO、AZO、ATO、GZO、IrOx、RuOx、RuOx/ITO、Ni/IrOx/Au、以及Ni/IrOx/Au/ITO之中的至少一种,并且本发明不限于此。此外,第一和第二电极13a和13b还可以包括选自In、Co、Si、Ge、Au、Pd、Pt、Ru、Re、Mg、Zn、Hf、Ta、Rh、Ir、W、Ti、Ag、Cr、Mo、Nb、Al、Ni、Cu和WTi之中的金属。
绝缘层14可以布置为围绕从通孔H的侧表面暴露的第一和第二半导体层12a和12c以及有源层12b。如附图中所示的,绝缘层14可以具有用于进一步围绕发光结构12的侧表面的结构,并且绝缘层14的形成位置不限于此。
第一电极和第二电极13a和13b可以分别并且电连接到第一电极焊盘15a和第二电极焊盘15b,并且如图16a中所示,第一和第二电极焊盘15a和15b可以暴露在半导体元件封装100的下表面上。
图16f是根据本发明的第六实施例的半导体元件封装的照片,并且图示具有CSP结构的发光元件封装的照片。
如图16f中所示,能够确认识别标记61能够在视觉上与根据本发明第六实施例的半导体元件封装的上表面上的波长转换构件20区别开。例如,当波长转换构件20的上表面是黄色系列时,识别标记61可以显示为比波长转换构件20的上表面相对更暗的黑色。
通过在其上表面上照射具有尺寸为50μm×50μm的UV激光,在波长转换构件20的上表面上形成识别标记61。形成根据第六实施例的识别标记61的激光的种类不限于此。
在下文中,将详细描述本发明的半导体元件封装的另一实施例。
图17a至17c是根据本发明的第七实施例的半导体元件封装的透视图。此外,图18a是沿着图17a中的线I-I'截取的横截面图,并且图18b是沿着图17b中的线I-I'截取的横截面图。
如图17a至17c中所示,识别标记62可以形成在波长转换构件20的上表面的拐角处。例如,识别标记62可以包括波长转换构件20的上表面的四个边缘中的两个边缘,如图17a中所示,可以包括在其上表面的四个边缘中的三个边缘,如图17b中所示。可替选地,如图17c中所示,识别标记62可以包括波长转换构件20的上表面的四个边缘之中的四个边缘。可替选地,虽然附图中未示出,但是识别标记62可以仅包括波长转换构件20的上表面的四个边缘之中的一个边缘。
在这种情况下,如图18a和图18b中所示,当识别标记62和波长转换构件20的上表面之间的高度差d2非常大时,形成识别标记62的区域中的发光程度可能与在波长转换构件20的上表面的剩余区域中的发光程度不同,使得元件封装100的发光特性可能劣化。因此,识别标记62和波长转换构件20的上表面之间的高度差d2可以在波长转换构件20的厚度d1的1/10之内,但是本发明不限于此。
具体地,如上所述,根据第七实施例的半导体元件封装的识别标记62与波长转换构件20的区别在于波长转换构件20的上表面的阶梯水平,使得对如在根据第六实施例的识别标记61中的区域没有限制。因此,可以容易地改变识别标记62的形成位置。
当识别标记62包括波长转换构件20的拐角时,与如图17中所示在波长转换构件的上表面内部形成识别标记62的情况相比,识别标记62的区域相对大。因此,在这种情况下,当波长转换构件20被形成为围绕半导体元件10时,可以使用具有上述识别标记62的形状的模具在波长转换构件20上形成识别标记62。
图19a是根据本发明的第八实施例的半导体元件封装的透视图,并且图19b是沿着图19a中的线I-I'截取的横截面图。
如图19a和图19b中所示,在根据本发明的第八实施例的半导体元件封装中,可以在波长转换构件20上另外形成识别标记63。在这种情况下,识别标记63可以涂覆在波长转换构件20的平坦的上表面上,或者可以通过粘合剂(未示出)附接到其平坦的上表面。识别标记63可以由与波长转换构件20的材料不同的材料制成。例如,识别标记62可以包括反射材料。识别标记63可以包括白色硅氧烷,例如苯基硅氧烷或甲基硅氧烷,并且还可以包括反射颗粒,诸如TiO2、Al2O3、Nb2O5和ZnO。
识别标记63可以具有与波长转换构件20的上表面可区别开的颜色。例如,当识别标记63包括上述反射材料时,所形成的识别标记63的区域的光反射程度可以与波长转换构件20的上表面的光反射程度不同。因此,可以通过识别标记63容易地区分半导体元件封装100的极性。
在形成识别标记63的区域中,发光程度低于剩余区域中的发光程度,使得随着识别标记63的区域变宽,半导体元件封装100的质量可能会劣化。因此,识别标记63的区域可以在波长转换构件20的上表面的面积的5%内,但是本发明不限于此。此外,尽管在本实施例中识别标记63已经被图示为圆形,但是识别标记61的形状不限于此,并且可从椭圆、多边形等中选择。
图20a和20b是根据本发明的第九实施例的半导体元件封装的透视图,并且图20c是图20a的平面图。此外,图20d是根据本发明的第九实施例的半导体元件封装的照片。
如图20a和20b中所示,本发明的第九实施例的半导体元件封装100可以具有多边形结构,其中波长转换构件20的上表面由五个或更多个线段围绕。在这种情况下,波长转换构件20的上表面可以具有关于其上表面的中心C的不对称多边形结构。
如图20a中所示,波长转换构件20的上表面可以是关于其上表面的中心C的不对称五边形,并且波长转换构件20的不对称上表面的区域可以被识别为识别标记64。此外。如图20b中所示,波长转换构件20的上表面可以是关于其上表面的中心C的不对称六边形。在这种情况下,波长转换构件20的不对称上表面的区域可以被识别为识别标记64。
例如,当与识别标记64相邻的第一电极焊盘15a和第二电极焊盘15b的电极焊盘的极性是(+)时,在本实施例中第一电极焊盘15a的极性可以是(+)。
根据本发明的第九实施例的半导体元件封装100通过去除波长转换构件20的一部分而形成,并且随着波长转换构件20的去除区域增加,半导体元件封装100的发光的均匀性可能被降低。因此,如图20c中所示,将被去除的区域A的横向长度L3可以在半导体元件封装100的横向长度L1的1/10内,并且将被去除的区域A的纵向长度L3也可以在半导体元件封装100的纵向长度L1的1/10内,但是本发明不限于此。
图21是根据本发明的第十实施例的半导体元件封装的透视图。
如图21中所示,根据本发明的第十实施例的半导体元件封装100可以被配置成使得波长转换构件20的侧表面的一部分包括弯曲表面。因此,波长转换构件20的上表面的边缘可以在至少一个区域中具有曲率。在本实施例中,已经图示与波长转换构件20的上表面的四个边缘中的两个汇合的一个顶点对应的区域具有曲率。在这种情况下,具有曲率的区域是关于波长转换构件20的上表面的中心C的不对称位置。因此,在根据本发明的第十实施例的半导体元件封装100中,波长转换构件20的不对称上表面的位置可以被识别为识别标记65。
如上所述,在根据本发明的实施例的半导体元件封装100中,能够通过选择性地去除围绕半导体元件10的四个侧表面和上表面的波长转换构件20,或者通过在波长转换构件20的上表面上形成识别标记来容易地确定暴露在半导体元件封装100的下表面上的第一电极焊盘15a和第二电极焊盘15b的极性。
半导体元件封装100可以用作照明系统的光源。例如,半导体元件封装100可以用作图像显示装置或照明装置的光源。
当半导体元件封装100用作图像显示装置的背光单元时,半导体元件封装100可以用作边缘型背光单元或直下型背光单元。当半导体元件封装100用作照明装置的光源时,半导体元件封装100可以用作灯具或者可以以灯泡形式使用,并且半导体元件封装100也可以用作移动终端的光源。
除了上述发光元件之外,发光元件包括激光二极管。
与发光器件类似,激光二极管可以包括上述结构的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层。此外,激光二极管使用电致发光现象,其中当在p型第一导电类型半导体和n型第二导电类型半导体结合之后电流流动时发射光,但是在发光器件和激光二极管之间光的方向性和相位方面存在差异。也就是说,激光二极管可以使用被称为受激发射的现象和相长干涉现象在特定单一波长(即,单色光束)的相同方向中发射具有相同相位的光,并且利用上述特性,激光二极管可以用于光通信、医疗设备、半导体处理设备等。
光接收装置的示例可以包括光电检测器,该光电检测器是检测光并且将检测到的光的强度转换成电信号的一种换能器。这种光电检测器可以包括光电池(硅或硒)、光电导元件(硫化镉或硒化镉)、光电二极管(PD)(例如,在可见盲光谱区域或真盲光谱中具有峰值波长的PD)、光电晶体管、光电倍增管、光电管(真空或气体填充)、红外(IR)检测器等,但是本发明不限于此。
此外,诸如光电检测器的半导体元件可以使用直接带隙半导体来制造,该直接带隙半导体的光转换效率通常很高。可替选地,光电检测器具有各种结构,并且包括使用最通用结构的pn结的pin型光电检测器、使用肖特基结的肖特基光电检测器和金属-半导体-金属(MSM)型光电检测器。
像半导体元件一样,PD可以包括上述结构的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层,并且可以由pn结或pin结构形成。光电二极管通过施加反向偏压或零偏压来操作,并且当光进入光电二极管时,产生电子和空穴,并且因此电流流动。此时,电流的大小可以近似与入射到光电二极管中的光的强度成比例。
光伏电池或太阳能电池是一种光电二极管并且可以将光转换成电流。像半导体元件一样,太阳能电池可以包括上述结构的第一导电类型半导体层、有源层和第二导电类型半导体层。
此外,PD可以通过使用pn结的普通二极管的整流特性被用作电子电路的整流器,并且可以通过被用于微波电路而应用于振荡电路等。
此外,上述半导体元件不一定实现为半导体,并且在一些情况下,半导体元件还可以包括金属材料。例如,诸如光接收元件的半导体元件可以使用Ag、Al、Au、In、Ga、N、Zn、Se、P和As中的至少一种来实现,并且也可以使用掺杂有p型或n型掺杂剂的半导体材料或本征半导体材料来实现。
参考图22,移动终端1的相机闪光灯可以包括采用本发明的实施例的半导体元件封装10的光源模块。半导体元件封装10可以靠近照相机2布置。根据本发明的实施例的半导体元件封装可以同时实现冷白光和暖白光,以提供图像获取所需的最佳照明。此外,根据本发明的实施例的CSP封装具有与相机的视角对应的方向角,使得存在光损失低的优点。
应理解,本发明的实施例不限于上述实施例和附图,并且本领域的技术人员能够在不脱离在此描述的实施例的技术精神的情况下设计各种替换、修改和变更。说明性地,其中将第六实施例的识别标记添加到第一至第五实施例的配置将落入本发明的范围内。
Claims (9)
1.一种半导体元件封装,包括:
半导体元件,所述半导体元件包括在所述半导体元件的一个表面上布置的第一和第二电极焊盘;
反射构件,所述反射构件具有在所述半导体元件的侧表面上布置的倾斜表面;
透光层,所述透光层被布置在所述反射构件的倾斜表面上;以及
波长转换构件,所述波长转换构件被布置在所述半导体元件和所述透光层上,
漫射构件,所述漫射构件被布置以覆盖所述反射构件和所述波长转换构件的上表面,
其中,所述反射构件的倾斜表面从所述半导体元件的侧表面朝向第一方向倾斜,并且所述第一方向是从所述半导体元件的一个表面到另一个表面的方向;以及
随着远离所述半导体元件的侧表面,所述透光层的厚度减小,并且随着远离所述半导体元件的侧表面,所述反射构件的厚度增加,
其中,所述反射构件的上表面的高度高于所述半导体元件的上表面的高度,
其中,所述反射构件的上表面的高度高于所述波长转换构件的下表面的高度,
其中,所述反射构件的上表面的高度低于所述波长转换构件的上表面的高度,
其中,所述漫射构件包括在所述波长转换构件的侧表面处布置的侧壁,以及
其中,所述漫射构件的侧壁接触所述反射构件的上表面。
2.根据权利要求1所述的半导体元件封装,其中,所述倾斜表面具有在0.3至0.8的范围中的曲率。
3.根据权利要求2所述的半导体元件封装,其中,所述倾斜表面被形成为在所述第一方向中凸出或凹进。
4.根据权利要求1所述的半导体元件封装,其中,所述透光层的粘度在4000mPa·s至7000mPa·s的范围中。
5.根据权利要求1所述的半导体元件封装,其中,所述反射构件的上表面与所述漫射构件的下表面紧密接触的界面与所述反射构件的侧表面接触。
6.根据权利要求1所述的半导体元件封装,其中,所述波长转换构件包括第一区域和第二区域,所述第一区域和第二区域在关于所述波长转换构件的上表面的中心的非对称位置处具有不同的高度,并且所述第一区域是识别标记,所述识别标记将所述第一电极焊盘与所述第二电极焊盘区别开。
7.根据权利要求6所述的半导体元件封装,其中,所述识别标记在视觉上与所述波长转换构件的上表面区别开。
8.根据权利要求7所述的半导体元件封装,其中,与所述波长转换构件的上表面的剩余区域相比,所述识别标记相对暗。
9.根据权利要求6所述的半导体元件封装,其中,所述识别标记的区域在所述波长转换构件的上表面的面积的5%内。
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