CN114975390A - 发光二极管封装结构及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种发光二极管封装结构及其制作方法，首先，提供一半导体晶圆，半导体晶圆具有复数个半导体基板。接着，贯穿每一半导体基板，以形成第一通孔与第二通孔。先形成一绝缘层于每一半导体基板的表面及第一通孔与第二通孔的内壁，再形成图案化电极层于半导体基板的表面。形成覆盖绝缘层的导电结构于第一通孔与第二通孔中，并电性连接导电结构与图案化电极层。形成发光二极管于每一半导体基板的第二通孔中，并分别电性连接所有发光二极管与第二通孔中的导电结构。最后，分离所有半导体基板，以提升合格率与简化结构。

Description

发光二极管封装结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及封装技术领域，特别是涉及一种发光二极管封装结构及其制作方法。
背景技术
发光二极管(LED)为由半导体材料制成的发光二极管。使用发光二极管有可能产生各种不同的颜色，包括红、绿、黄及蓝。操作上，当施加顺向偏压于半导体材料的P-N接面时，发光二极管会发光。发光二极管具有功耗小、高亮度、电压低、与集成电路匹配容易、容易驱动及使用寿命长等优点，因此已被广泛应用于照明装置中及各种产业。
传统发光二极管的封装方式，为以打线接合(wire bonding)来连接发光二极管的电极与封装基板。如图1所示，发光二极管1的顶部电极10通过焊线电性连接封装基板2，由于复数个发光二极管需要一粒一粒的进行打线接合，对于多芯片的应用需求，会有生产速度与合格率无法满足要求的问题；且打线接合的方式，在体积上难以缩小化，且阻抗高，也难满足轻、薄、小与高亮度的应用需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种发光二极管封装结构及其制作方法，其可提升合格率与简化结构。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种发光二极管封装结构，其包括一半导体基板、一绝缘层、一第一图案化电极层、一第二图案化电极层与三个发光二极管。半导体基板具有贯穿自身的一个第一通孔与三个第二通孔，每一第二通孔包括互相连通的一第一子通孔与一第二子通孔。第一子通孔与第二子通孔分别靠近半导体基板的顶面与底面，第一子通孔的截面积大于第二子通孔的截面积。绝缘层设于半导体基板的表面及第一通孔、第一子通孔与第二子通孔的内壁，第一通孔与第二子通孔填满有覆盖绝缘层的导电结构。第一图案化电极层设于半导体基板的顶面，并电性连接导电结构。第二图案化电极层设于半导体基板的底面，并电性连接第一通孔与第二子通孔中的导电结构。所有发光二极管分别设于所有第二通孔的第一子通孔中，并分别电性连接第二子通孔中的导电结构。
在本发明的一实施例中，发光二极管封装结构还包括复数个导电接垫，其设于第二图案化电极层上，并电性连接第二图案化电极层。
在本发明的一实施例中，每一发光二极管包括一金属组合基板、一磊晶电极层、一电极单元与一透明导电层。金属组合基板包括一个第一金属层及二个第二金属层，二个第二金属层分别位于第一金属层的上、下表面上，第一金属层为镍铁合金，第二金属层为铜，金属组合基板的第一金属层与第二金属层的厚度比为(2.5～3.5)：1。金属组合基板位于第一子通孔中。磊晶电极层位于金属组合基板上，并位于第一子通孔中。电极单元设于磊晶电极层上，并位于第一子通孔中，透明导电层覆盖金属组合基板、导电结构、磊晶电极层、电极单元与第一图案化电极层，并电性连接导电结构、电极单元与第一图案化电极层。
在本发明的一实施例中，发光二极管包括红色发光二极管、绿色发光二极管与蓝色发光二极管。
在本发明的一实施例中，导电结构为银胶。
在本发明的一实施例中，第一图案化电极层与第二图案化电极层的材质为导电油墨。
在本发明的一实施例中，提供一种发光二极管封装结构的制作方法，首先，提供一半导体晶圆，其中半导体晶圆具有复数个半导体基板。接着，贯穿每一半导体基板，以形成一个第一通孔与三个第二通孔，每一第二通孔包括互相连通的一第一子通孔与一第二子通孔，其中第一子通孔与第二子通孔分别靠近半导体基板的顶面与底面，第一子通孔的截面积大于第二子通孔的截面积。形成一绝缘层于每一半导体基板的表面及第一通孔、第一子通孔与第二子通孔的内壁。形成一第一图案化电极层于半导体基板的顶面。形成覆盖绝缘层的导电结构于第一通孔与第二子通孔中，并电性连接导电结构与第一图案化电极层。形成一第二图案化电极层于半导体基板的底面，并电性连接第二图案化电极层、第一通孔与第二子通孔中的导电结构。分别形成三个发光二极管于每一半导体基板的所有第二通孔的第一子通孔中，并分别电性连接所有发光二极管与第二子通孔中的导电结构。最后，分离所有半导体基板。
在本发明的一实施例中，发光二极管封装结构的制作方法还包括形成复数个导电接垫于每一半导体基板上的第二图案化电极层上，并电性连接所有导电接垫与第二图案化电极层。
基于上述，发光二极管封装结构及其制作方法，其利用硅穿孔(TSV)技术提升合格率与简化结构。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的发光二极管与封装基板的结构示意图；
图2为本发明的发光二极管封装结构的一实施例的结构剖视图；
图3(a)至图3(h)为本发明的制作发光二极管封装结构的一实施例的各步骤结构剖视图；
图4为对应图3(b)的结构俯视图；
图5为对应图3(c)的结构俯视图；
图6为对应图3(d)的结构俯视图；
图7为对应图3(e)的结构俯视图；
图8为对应图3(f)的结构仰视图；
图9为对应图3(g)的结构俯视图；
图10为对应图3(h)的结构仰视图。
符号说明：
1…发光二极管，10…顶部电极，2…封装基板，3…发光二极管封装结构，30…半导体基板，301…第一通孔，302…第二通孔，3021…第一子通孔，3022…第二子通孔，31…绝缘层，32…第一图案化电极层，33…第二图案化电极层，34…发光二极管，341…金属组合基板，342…磊晶电极层，343…电极单元，344…透明导电层，35…导电结构，36…导电接垫，4…半导体晶圆。
具体实施方式
本发明的实施例将由下文配合相关图式进一步加以解说。尽可能的，在图式与说明书中，相同标号代表相同或相似构件。在图式中，基于简化与方便标示，形状与厚度可能经过夸大表示。可以理解的是，未特别显示于图式中或描述于说明书中的元件，为所属技术领域中具有通常技术者所知的形态。本领域的通常技术者可依据本发明的内容而进行多种改变与修改。
当一个元件被称为『在…上』时，它可泛指所述元件直接在其他元件上，也可以是有其他元件存在于两者之中。相反地，当一个元件被称为『直接在』另一元件，它是不能有其他元件存在于两者的中间。如本文所用，词汇『及/或』包括了列出的关联项目中的一个或多个的任何组合。
于下文中关于“一个实施例”或“一实施例”的描述是指关于至少一实施例内所相关连之一特定元件、结构或特征。因此，于下文中多处所出现的“一个实施例”或“一实施例”的多个描述并非针对同一实施例。再者，于一或多个实施例中的特定构件、结构与特征可依照一适当方式而结合。
除非特别说明，一些条件句或字词，例如「可以(can)」、「可能(could)」、「也许(might)」，或「可(may)」，通常是试图表达本案实施例具有，但是也可以解释成可能不需要的特征、元件，或步骤。在其他实施例中，这些特征、元件，或步骤可能是不需要的。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图2为本发明的发光二极管封装结构的一实施例的结构剖视图。请参照图2，发光二极管封装结构3包括一半导体基板30、一绝缘层31、一第一图案化电极层32、一第二图案化电极层33、三个发光二极管34与导电结构35，其中第一图案化电极层32与第二图案化电极层33的材质可为导电油墨，但本发明不限于此。导电结构35包括，但不限于银胶。所有发光二极管34包括红色发光二极管、绿色发光二极管与蓝色发光二极管。半导体基板30具有贯穿自身的一个第一通孔301与三个第二通孔302，每一第二通孔302包括互相连通的一第一子通孔3021与一第二子通孔3022。第一子通孔3021与第二子通孔3022分别靠近半导体基板30的顶面与底面，第一子通孔3021的截面积大于第二子通孔3022的截面积。绝缘层31设于半导体基板30的表面及第一通孔301、第一子通孔3021与第二子通孔3022的内壁，第一通孔301与第二子通孔3022填满有覆盖绝缘层31的导电结构35。第一图案化电极层32设于半导体基板30的顶面，并电性连接导电结构35。第二图案化电极层33设于半导体基板30的底面，并电性连接第一通孔301与第二子通孔302中的导电结构35。所有发光二极管34分别设于所有第二通孔302的第一子通孔3021中，并分别电性连接第二子通孔3022中的导电结构35。此外，发光二极管封装结构3还可包括复数个导电接垫36，其设于第二图案化电极层33上，并电性连接第二图案化电极层33。假设半导体基板30为硅基板，第一通孔301与第二通孔302为硅通孔。故相对打线接合(wire bonding)技术，发光二极管封装结构3利用硅穿孔(TSV)技术提升合格率与简化结构。
在本发明的某些实施例中，每一发光二极管34可包括一金属组合基板341、一磊晶电极层342、一电极单元343与一透明导电层344。金属组合基板341包括一个第一金属层及二个第二金属层，第二金属层分别位于第一金属层的上、下表面上，第一金属层为镍铁合金，其中镍铁合金为不变刚(Invar)，第二金属层为铜，金属组合基板341的第一金属层与第二金属层的厚度比为(2.5～3.5)：1。金属组合基板341位于第一子通孔3021中。金属组合基板341具有高热传导系数、低热膨胀系数与初始磁导率。磊晶电极层342位于金属组合基板341上，并位于第一子通孔3021中，电极单元343设于磊晶电极层342上，并位于第一子通孔3021中。透明导电层344覆盖金属组合基板341、导电结构35、磊晶电极层342、电极单元343与第一图案化电极层32，并电性连接导电结构35、电极单元343与第一图案化电极层32。
图3(a)至图3(h)为本发明的制作发光二极管封装结构的一实施例的各步骤结构剖视图。图4为对应图3(b)的结构俯视图。图5为对应图3(c)的结构俯视图。图6为对应图3(d)的结构俯视图。图7为对应图3(e)的结构俯视图。图8为对应图3(f)的结构仰视图。图9为对应图3(g)的结构俯视图。图10为对应图3(h)的结构仰视图。以下介绍本发明的发光二极管结构3的制作方法，首先，如图3(a)所示，提供一半导体晶圆4，其中半导体晶圆4具有复数个半导体基板30。接着，如图3(b)与图4所示，贯穿每一半导体基板30，以形成一个第一通孔301与三个第二通孔302，每一第二通孔302包括互相连通的一第一子通孔3021与一第二子通孔3022，其中第一子通孔3021与第二子通孔3022分别靠近半导体基板30的顶面与底面，第一子通孔3021的截面积大于第二子通孔3022的截面积。如图3(c)与图5所示，形成绝缘层31于每一半导体基板30的表面及第一通孔301、第一子通孔3021与第二子通孔3022的内壁。如图3(d)与图6所示，形成第一图案化电极层32于半导体基板30的顶面。如图3(e)与图7所示，形成覆盖绝缘层31的导电结构35于第一通孔301与第二子通孔3022中，并电性连接导电结构35与第一图案化电极层32。如图3(f)与图8所示，形成第二图案化电极层33于半导体基板30的底面，并电性连接第二图案化电极层33、第一通孔301与第二子通孔3022中的导电结构35。如图3(g)与图9所示，分别形成三个发光二极管34于每一半导体基板30的所有第二通孔302的第一子通孔3021中，并分别电性连接所有发光二极管34与第二子通孔3022中的导电结构35。如图3(h)与图10所示，形成复数个导电接垫36于每一半导体基板30上的第二图案化电极层33上，并电性连接所有导电接垫36与第二图案化电极层33。最后，分离所有半导体基板30，以得到复数个发光二极管封装结构3。请注意，假若可获得实质上相同的结果，则这些步骤并不一定要完全按照图3(a)至图3(h)所示的执行次序来执行。
此外，在上述方法中，图3(h)的步骤亦可省略，同样能得到复数个发光二极管封装结构3。
根据上述实施例，发光二极管封装结构及其制作方法，其利用硅穿孔(TSV)技术提升合格率与简化结构。
以上所述者，仅为本发明一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，故举凡依本发明申请专利范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种发光二极管封装结构，其特征在于，所述发光二极管封装结构包括：
一半导体基板，具有贯穿自身的一个第一通孔与三个第二通孔，每一所述第二通孔包括互相连通的一第一子通孔与一第二子通孔，其中所述第一子通孔与所述第二子通孔分别靠近所述半导体基板的顶面与底面，所述第一子通孔的截面积大于所述第二子通孔的截面积；
一绝缘层，设于所述半导体基板的表面及所述第一通孔、所述第一子通孔与所述第二子通孔的内壁，所述第一通孔与所述第二子通孔填满有覆盖所述绝缘层的导电结构；
一第一图案化电极层，设于所述半导体基板的所述顶面，并电性连接所述导电结构；
一第二图案化电极层，设于所述半导体基板的所述底面，并电性连接所述第一通孔与所述第二子通孔中的所述导电结构；以及
三个发光二极管，分别设于所述三个第二通孔的所述第一子通孔中，并分别电性连接所述第二子通孔中的所述导电结构。
2.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述发光二极管封装结构还包括复数个导电接垫，所述复数个导电接垫设于所述第二图案化电极层上，并电性连接所述第二图案化电极层。
3.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，每一所述发光二极管包括：
一金属组合基板，其包括一个第一金属层及二个第二金属层，所述二个第二金属层分别位于所述第一金属层的上、下表面上，所述第一金属层为镍铁合金，所述第二金属层为铜，所述金属组合基板的所述第一金属层与所述第二金属层的厚度比为(2.5～3.5)：1，所述金属组合基板位于所述第一子通孔中；
一磊晶电极层，其位于所述金属组合基板上，并位于所述第一子通孔中；
一电极单元，设于所述磊晶电极层上，并位于所述第一子通孔中；以及
一透明导电层，覆盖所述金属组合基板、所述导电结构、所述磊晶电极层、所述电极单元与所述第一图案化电极层，并电性连接所述导电结构、所述电极单元与所述第一图案化电极层。
4.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述三个发光二极管包括红色发光二极管、绿色发光二极管与蓝色发光二极管。
5.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述导电结构为银胶。
6.根据权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述第一图案化电极层与所述第二图案化电极层为导电油墨。
7.一种发光二极管封装结构的制作方法，其特征在于，所述发光二极管封装结构的制作方法包括下列步骤：
提供一半导体晶圆，其中所述半导体晶圆具有复数个半导体基板；
贯穿每一所述半导体基板，以形成一个第一通孔与三个第二通孔，每一所述第二通孔包括互相连通的一第一子通孔与一第二子通孔，其中所述第一子通孔与所述第二子通孔分别靠近所述半导体基板的顶面与底面，所述第一子通孔的截面积大于所述第二子通孔的截面积；
形成一绝缘层于每一所述半导体基板的表面及所述第一通孔、所述第一子通孔与所述第二子通孔的内壁；
形成一第一图案化电极层于所述半导体基板的所述顶面；
形成覆盖所述绝缘层的导电结构于所述第一通孔与所述第二子通孔中，并电性连接所述导电结构与所述第一图案化电极层；
形成一第二图案化电极层于所述半导体基板的所述底面，并电性连接所述第二图案化电极层、所述第一通孔与所述第二子通孔中的所述导电结构；
分别形成三个发光二极管于每一所述半导体基板的所述三个第二通孔的所述第一子通孔中，并分别电性连接所述三个发光二极管与所述第二子通孔中的所述导电结构；以及
分离所述复数个半导体基板。
8.根据权利要求7所述的发光二极管封装结构的制作方法，其特征在于，所述发光二极管封装结构的制作方法还包括形成复数个导电接垫于每一所述半导体基板上的所述第二图案化电极层上，并电性连接所述复数个导电接垫与所述第二图案化电极层。
9.根据权利要求7所述的发光二极管封装结构的制作方法，其特征在于，所述三个发光二极管包括红色发光二极管、绿色发光二极管与蓝色发光二极管。
10.根据权利要求7所述的发光二极管封装结构的制作方法，其特征在于，每一所述发光二极管包括：
一金属组合基板，其包括一第一金属层及二个第二金属层，所述二个第二金属层分别位于所述第一金属层的上、下表面上，所述第一金属层为镍铁合金，所述第二金属层为铜，所述金属组合基板的所述第一金属层与所述第二金属层的厚度比为(2.5～3.5)：1，所述金属组合基板位于所述第一子通孔中；
一磊晶电极层，其位于所述金属组合基板上，并位于所述第一子通孔中；
一电极单元，设于所述磊晶电极层上，并位于所述第一子通孔中；以及
一透明导电层，覆盖所述金属组合基板、所述导电结构、所述磊晶电极层、所述电极单元与所述第一图案化电极层，并电性连接所述导电结构、所述电极单元与所述第一图案化电极层。
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