TW201306194A - 晶圓級封裝結構及其製作方法 - Google Patents
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Abstract
一種晶圓級封裝結構，包括一封裝基板、一絕緣層、一導電層、設於該導電層上的一發光元件及覆蓋於該發光元件上的一封裝層，該絕緣層底部表面形成複數個散熱結構，該絕緣層形成至少一層複數導電結構，該至少一層複數導電結構與該導電層及複數散熱結構形成電性連接，該複數導電結構彼此間隔。本發明還涉及一種該晶圓級封裝結構的製作方法。
Description
本發明涉及一種封裝結構及其製作方法，尤其涉及一種晶圓級封裝結構及其製作方法。
有別於傳統以單一晶片為加工標的的封裝技術，晶圓級封裝以晶圓(wafer)為封裝處理物件，其主要目的在簡化晶片的封裝製程，以節省時間及成本。在晶圓上的積體電路製作完成以後，便可直接對整片晶圓進行封裝製程，其後再進行晶圓切割(wafer saw)的動作，以分別形成複數個晶片封裝體。製作完成的晶片封裝體可安裝於載板上。
在晶圓級封裝的應用中，封裝基板相對較厚，一般採取蝕刻的方式形成所需的圖案結構，在封裝基板的上下形成導通孔，在封裝的過程中，發光元件上會覆蓋一封裝層，該封裝層材質為摻雜螢光粉的封裝膠，傳統方法採取在該導通孔處填置導電膠的方式來解決點膠漏膠的問題，由於導電膠的散熱性能不足且長期屯熱會造成導電膠本身發生變化，進而影響封裝結構的使用壽命，同時全部填置金屬物質則相對製作成本較高。因此，如何提供一種解決點膠、漏膠，同時具備優良散熱效果及低製作成本的封裝結構仍係業界需要解決的課題。
有鑒於此，有必要提供一種解決點膠、漏膠，同時具備優良散熱效果及低製作成本的晶圓級封裝結構及其製作方法。
一種晶圓級封裝結構，包括一封裝基板、一絕緣層、一導電層、設於該導電層上的一發光元件及覆蓋於該發光元件上的一封裝層，該絕緣層底部表面形成複數散熱結構，該絕緣層形成至少一層複數干導電結構，該至少一層複數導電結構與該導電層及複數散熱結構形成電性連接，該複數導電結構彼此間隔。
一種晶圓級封裝結構的製作方法，其步驟包括：提供一封裝基板，該封裝基板包括一第一表面和一第二表面，在該第二表面形成複數凹槽；在該第二表面底部形成一蝕刻停止層，該絕緣層與該複數凹槽相貼合；在該第一表面形成一凹槽，並使該蝕刻停止層部分外露；在該凹槽的表面上形成一絕緣介電層，該絕緣介電層與蝕刻停止層部分接觸；在該蝕刻停止層及絕緣介電層接觸的部分形成至少一層複數互相分離的導孔，在該複數導孔中填注金屬，形成複數導電結構；在該第二凹槽中卡置形成複數散熱結構，該複數散熱結構與該導電結構形成電性連接；在該絕緣介電層上形成一導電層，該導電層包括複數間隔的電極，該複數電極與該複數導電結構形成電性連接；提供一發光元件，該發光元件藉由打線或覆晶的方式與該複數電極形成電性連接；提供一封裝層，該封裝層為摻雜螢光粉的封裝膠，該封裝層覆蓋於發光元件上並與該絕緣介電層部分貼合。
與習知技術相比，本發明採取半導體和金屬來填充封裝基板上下形成的導通孔，形成一層或多層導電結構，具備良好的穩固性及高效的熱電傳導性，能夠避免該封裝層的點膠、漏膠現象，同時可將發熱元件產生的熱量迅速傳至外部的散熱金屬墊。
請參閱圖1，本發明一較優實施例的晶圓級封裝結構包括一封裝基板10、一蝕刻停止層20、一絕緣介電層30、一導電層40、設於該導電層40上的一發光元件50及覆蓋於該絕緣介電層30上的一封裝層60。該蝕刻停止層20底部表面形成複數散熱金屬墊70，該絕緣介電層30形成兩層導電結構80，該兩層導電結構80與該導電層40及複數散熱金屬墊70形成電性連接。
具體的，該封裝基板10具有一第一表面11及與第一表面11相對的一第二表面12。該第一表面11採用光微影的方式形成圖案化結構，並採取蝕刻的方式形成一第一凹槽110，該第一凹槽110包括對稱的兩個斜面和一底面，該底面成水平水平狀延伸，每一斜面呈階梯狀，包括一第一斜面111、一第二斜面112及連接該第一斜面111和該第二斜面112的一水平第一定位部113，其中該兩對稱第一斜面111的水平距離大於該兩對稱第二斜面112的水平距離。該封裝基板10的第二表面12形成複數間隔的第二凹槽120，本實施例中該第二凹槽120的數量為3個。該封裝基板10可為導電基板也可為絕緣基板，導電基板可為銅箔基板或其他任何合適的導電材料；絕緣基板可由如下材料中的一種或多種製成：矽（Si）、砷化鎵（GaAs）、氧化鋅（ZnO）及磷化銦（InP）等。
該蝕刻停止層20形成於該封裝基板10的第二表面12，並與該第二表面12的3個第二凹槽120貼合。該蝕刻停止層20為一絕緣層，可由氧化矽、氮化矽等絕緣材料製成。由於該封裝基板10的第一表面11採取光微影及蝕刻的方式形成圖案化凹形結構（即第一凹槽110），使得該蝕刻停止層20的上表面部分外露。該蝕刻停止層20對應該第二凹槽120的部分蝕刻形成對稱的兩個導孔，該兩導孔相互間隔且導孔中填注金屬材料，形成第一導電結構81。
複數散熱金屬墊70形成於該蝕刻停止層20的底面並卡置收容於該複數第二凹槽120中，本實施例中，該複數散熱金屬墊70的數量為3個，每一散熱金屬墊70包括一本體部71和及自該本體部71兩側對稱延伸的的兩延伸部72，每一延伸部72先沿該第二凹槽120的側面斜向下延伸進而彎折沿該第二表面12水平延伸，從而卡置固定在該第二表面12的第二凹槽120中。
該絕緣介電層30形成於該封裝基板10的第一表面11並與所述封裝基板10的第一表面11和該蝕刻停止層20的上表面相貼合，對應該第一凹槽110的形狀呈現類似的結構。該絕緣介電層30包括一第三斜面31、一第四斜面32及連接該第三斜面31和該第四斜面32的一水平第二定位部33。該絕緣介電層30為一絕緣層，可由氧化矽、氮化矽等絕緣材料製成。該絕緣介電層30對應外露蝕刻停止層20的位置蝕刻形成複數導孔，本實施例中，該複數導孔的數量為4個，相鄰導孔相互間隔且導孔中填注金屬材料，形成第二導電結構82。第二導電結構82與第一導電結構81電連接。
一導電層40形成於該絕緣介電層30上，該導電層40包括複數間隔的電極。本實施例中，該複數電極的數量為3個，包括位於兩側且對稱的兩第一電極41和位於該兩第一電極41之間的一第二電極42。每一第一電極41包括一卡置部410、一反射部411和一連接部412。所述卡置部410與該第二定位部33相貼合以固定該第一電極41。該反射部411與該第三斜面31相貼合併具有反射功能，可使該封裝結構的出光更加均勻。該連接部412與其中該第二導電結構82相接觸以達有效的電連接。該第二電極42呈矩形平板狀，該第二電極42與該第二導電結構82接觸並用於承載所述發光元件50。
該發光元件50設於該第二電極42上，該發光元件50可以為發光二極體晶粒、有機發光二極體晶粒等發光器件。本實施例中該發光元件50為發光二極體晶粒，與兩側對稱的兩第一電極41藉由打線的方式形成電連接。
該封裝層60設於該發光元件50上，該封裝層60與該絕緣介電層30上表面相貼合，該封裝層60為摻雜螢光粉的封裝膠，該螢光膠帶包含石榴石基螢光粉、矽酸鹽基螢光粉、原矽酸鹽基螢光粉、硫化物基螢光粉、硫代鎵酸鹽基螢光粉、氮氧化物基螢光粉和氮化物基螢光粉中的一種或多種。
請參閱圖2，為本發明的晶圓級封裝結構的另一實施例，包括一封裝基板10、一蝕刻停止層20、一絕緣介電層30、一導電層40、設於該導電層40上的一發光元件50及覆蓋於該絕緣介電層30上的一封裝層60。該蝕刻停止層20底部表面形成複數散熱金屬墊70，該絕緣介電層30形成一層互相間隔的導電結構83，該導電結構83與該導電層40及複數散熱金屬墊70形成電性連接。
具體的，該封裝基板10具有一第一表面11及與第一表面11相對的一第二表面12。該第一表面11採用光微影的方式來形成圖案化結構，並採取蝕刻的方式形成一第一凹槽110，該第一凹槽110包括位於上方的的第一部分13及於第一部分13進一步向下間隔延伸形成的兩個第二部分14。所述兩個第二部分14之間形成第一凸伸部115，該第一凸伸部115用以承載所述發光元件50。第一凹槽110的第一部分13具有一第一斜面111，第二部分14具有一第二斜面112，一水平第一定位部113連接在該第一斜面111和該第二斜面112之間。其中該兩對稱第一斜面111的水平距離大於該兩對稱第二斜面112的水平距離。該封裝基板10的第二表面12形成複數間隔的第二凹槽120，本實施例中該複數第二凹槽120的數量為2個，且位置與第一凹槽110的第二部分14對應。該封裝基板10可為導電基板也可為絕緣基板，導電基板可為銅箔基板或其他任何合適的導電材料；絕緣基板可由如下材料中的一種或多種製成：矽（Si）、砷化鎵（GaAs）、氧化鋅（ZnO）及磷化銦（InP）等。
該蝕刻停止層20形成於該封裝基板10的第二表面12，並與該第二表面12的2個第二凹槽120貼合，該蝕刻停止層20為一絕緣層，可由氧化矽、氮化矽等絕緣材料製成。由於該封裝基板10的第一表面11採取光微影及蝕刻的方式形成圖案化凹形結構，使得該蝕刻停止層20的上表面部分外露。
複數散熱金屬墊70形成於該蝕刻停止層20的底面並卡置收容於該複數第二凹槽120中，本實施例中，該複數散熱金屬墊70的數量為2個，每一散熱金屬墊70包括一本體部71和及自該本體部71兩側對稱延伸的的兩延伸部72，每一延伸部72先沿該第二凹槽120的側面斜向下延伸進而彎折沿該第二表面12水平延伸，從而卡置固定在該第二表面12的第二凹槽120中。
該絕緣介電層30形成於該封裝基板10的第一表面11並與所述封裝基板10的第一表面11和該蝕刻停止層20的上表面相貼合，對應該第一凹槽110的形狀呈現類似的結構，包括位於上方的的第三部分34及於第三部分34進一步向下間隔延伸形成的兩個第四部分35。所述兩個第四部分35之間形成第二凸伸部36，該第二凸伸部36用以承載所述發光元件50。第三部分34具有一第三斜面31，第四部分35具有一第四斜面32，一水平第二定位部33連接在該第三斜面31和該第四斜面32之間。其中該兩對稱第三斜面31的水平距離大於該兩對稱第四斜面32的水平距離。該絕緣介電層30為一絕緣層，可由氧化矽、氮化矽等絕緣材料製成。該絕緣介電層30對應外露蝕刻停止層20的位置蝕刻形成複數導孔，本實施例中，該複數導孔的數量為4個，相鄰導孔相互間隔且導孔中填注金屬材料，形成一導電結構83。
一導電層40形成於該絕緣介電層30上，該導電層40包括複數間隔的電極。本實施例中，該複數電極的數量為4個，包括位於兩側且對稱的兩第一電極41、位於該凸伸部上的一第二電極42。每一第一電極包括一卡置部410、一反射部411和一連接部412。所述卡置部410與該第二定位部33相貼合以固定該第一電極41。該反射部411與該第三斜面31相貼合併具有反射功能，可使該封裝結構的出光更加均勻。該連接部412與其中該導電結構83相接觸以達有效的電連接。該第二電極42呈矩形塊狀，用以承載該發光元件50。
該發光元件50設於該第二電極42上，該發光元件50可以為發光二極體晶粒、有機發光二極體晶粒等發光器件。本實施例中該發光元件50為發光二極體晶粒，與兩側對稱的兩第一電極41藉由打線的方式形成電連接。
該封裝層60設於該發光元件50上，該封裝層60與該絕緣介電層30上表面相貼合，該封裝層60為摻雜螢光粉的封裝膠，該螢光膠帶包含石榴石基螢光粉、矽酸鹽基螢光粉、原矽酸鹽基螢光粉、硫化物基螢光粉、硫代鎵酸鹽基螢光粉、氮氧化物基螢光粉和氮化物基螢光粉中的一種或多種。
請參閱圖3，為本發明晶圓級封裝結構的另一實施例，該實施例中晶圓級封裝結構與圖2所示實施例相似，不同之處在於，所述第二電極42與左側第一電極41連為一體，該發光元件50的一電連接點與第二電極42直接接觸形成電連接。該發光元件50的另一電連接點採取打線的方式與右側第一電極41形成有效的電連接。
請參閱圖4，為本發明晶圓級封裝結構的另一實施例，該實施例中晶圓級封裝結構與圖2所示實施例相似，不同之處在於，該蝕刻停止層20對應該第二凹槽120的部分蝕刻形成對稱的兩個方形導孔，該兩導孔相互間隔且導孔中填注金屬材料，形成另一層導電結構84。
請參閱圖5，為本發明晶圓級封裝結構的另一實施例，該實施例中晶圓級封裝結構與圖2所示實施例相似，不同之處在於，該對稱的兩個第一電極41均延伸至該第二凸伸部36，採取覆晶的方式使發光元件50與兩電極形成有效的電性連接。
與習知技術相比，本發明採取半導體和金屬來填充封裝基板上下形成的導通孔，形成一層或多層導電結構，具備良好的穩固性及高效的熱電傳導性，能夠避免該封裝層的點膠、漏膠現象，同時可將發熱元件產生的熱量迅速傳至外部的散熱金屬墊。
下面以本發明實施例的晶圓級封裝結構為例，結合圖1說明該晶圓級封裝結構的製造過程。
第一步驟，請參考圖6，提供一封裝基板10，該封裝基板10可為導電基板也可為絕緣基板，導電基板可為銅箔基板或其他任何合適的導電材料；絕緣基板可由如下材料中的一種或多種製成：矽（Si）、砷化鎵（GaAs）、氧化鋅（ZnO）及磷化銦（InP）等。該封裝基板具有第一表面11和第二表面12，利用光微影、蝕刻技術在該第二表面12形成圖案化結構，該第二表面12包括複數第二凹槽120，本實施例中，該複數第二凹槽120的數量為3個。
第二步驟，請參考圖7，在該封裝基板10的第二表面12形成一蝕刻停止層20，該蝕刻停止層20與該3個第二凹槽120相貼合，該蝕刻停止層20為一絕緣層，可由二氧化矽、氮化矽、二氧化鈦、二氧化鉭等絕緣材料製成，優選地，本實施例中為二氧化矽。
第三步驟，請參考圖8，利用光微影在該封裝基板10的第一表面11形成圖案化結構，並採取蝕刻的方式形成一第一凹槽110，該第一凹槽110包括對稱的兩個斜面和一底面，該底面成水平狀延伸，每一斜面包括一第一斜面111、一第二斜面112及連接該第一斜面111和該第二斜面112的一水平第一定位部113，其中該兩對稱第一斜面111的水平距離大於該兩對稱第二斜面112的水平距離。對應該第二表面12複數第二凹槽120的位置蝕刻至蝕刻停止層20外露。
第四步驟，請參考圖9，在封裝基板10的第一表面11形成一絕緣介電層30，該絕緣介電層30與該第一凹槽110的底面和兩斜面相貼合，並與該外露的蝕刻停止層20相貼合。對應該第一凹槽110的形狀呈現類似的結構，其包括一第三斜面31、一第四斜面32及連接該第三斜面31和該第四斜面32的一水平第二定位部33，同時該絕緣介電層30的底面與該第一凹槽110的底面貼合併呈現相同結構。該絕緣介電層30為一絕緣層，可由二氧化矽、氮化矽、二氧化鈦、二氧化鉭等絕緣材料製成，優選的，本實施例中為二氧化矽。
第五步驟，請參考圖10，利用蝕刻技術在該蝕刻停止層20及絕緣介電層30形成一層或多層複數導孔，該複數導孔彼此間隔，並在該複數導孔中填注金屬。本實施例中，該蝕刻停止層20的導孔數量為2個，該絕緣介電層30的導孔數量為4個。填注金屬後，該蝕刻停止層20的的2個導孔內形成兩個第一導電結構81，該絕緣介電層30的4個導孔內形成4個第二導電結構82，該第一導電結構81和該第二導電結構82形成電性連接。
第六步驟，在該蝕刻停止層20的底面形成複數散熱金屬墊70，該複數散熱金屬墊70卡置收容於該複數第二凹槽120中，本實施例中，該複數散熱金屬墊70的數量為3個，每一散熱金屬墊70包括一本體部71和及自該本體部71兩側對稱延伸的的兩延伸部72，每一延伸部72先沿該第二凹槽120的側面斜向下延伸進而彎折沿該第二表面12水平延伸，從而卡置固定在該第二表面12的第二凹槽120中，該複數散熱金屬墊70與該第一導電結構81及該第二導電結構82形成電性連接。
第七步驟，請參考圖11，在該絕緣介電層30上形成一導電層40，該導電層40包括複數間隔的電極。本實施例中，該複數電極的數量為3個，包括位於兩側對稱的兩第一電極41和位於該兩第一電極41之間的一第二電極42。每一第一電極41包括一卡置部410、一反射部411和一連接部412，所述卡置部410與該第二定位部33相貼合以固定該第一電極41，該反射部411與該第三斜面31相貼合併具有反射功能，可使該封裝結構的出光更加均勻，該連接部412與其中該第二導電結構82相接觸以達有效的電連接。該第二電極42呈矩形平板狀，該第二電極42與該第二導電結構82接觸並用於承載所述發光元件50。
第八步驟，請參考圖12，將一發光元件50設於該第二電極42上，該發光元件50可以為發光二極體晶粒、有機發光二極體晶粒等發光器件。本實施例中該發光元件50為發光二極體晶粒，與兩側對稱的兩第一電極藉由打線的方式形成電連接。
最後，將一封裝層60設於該發光元件50上，該封裝層60與該絕緣介電層30上表面相貼合，該封裝層60為摻雜螢光粉的封裝膠，該螢光膠帶包含石榴石基螢光粉、矽酸鹽基螢光粉、原矽酸鹽基螢光粉、硫化物基螢光粉、硫代鎵酸鹽基螢光粉、氮氧化物基螢光粉和氮化物基螢光粉中的一種或多種。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。
10．．．封裝基板
20．．．蝕刻停止層
30．．．絕緣介電層
40．．．導電層
50．．．發光元件
60．．．封裝層
70．．．散熱金屬墊
80．．．導電結構
11．．．第一表面
12．．．第二表面
110．．．第一凹槽
111．．．第一斜面
112．．．第二斜面
113．．．第一定位部
120．．．第二凹槽
81．．．第一導電結構
71．．．本體部
72．．．延伸部
31．．．第三斜面
32．．．第四斜面
33．．．第二定位部
82．．．第二導電結構
41．．．第一電極
42．．．第二電極
410．．．卡置部
411．．．反射部
412．．．連接部
115．．．第一凸伸部
36．．．第二凸伸部
83，84．．．導電結構
43．．．第三電極
13．．．第一部分
14．．．第二部分
34．．．第三部分
35．．．第四部分
圖1為本發明一實施例晶圓級封裝結構的剖面示意圖。
圖2至圖5為本發明不同實施例晶圓級封裝結構的剖面示意圖。
圖6至圖12為本發明一實施例的晶圓級封裝結構製造方法的各步驟示意圖。
10．．．封裝基板
20．．．蝕刻停止層
30．．．絕緣介電層
40．．．導電層
50．．．發光元件
60．．．封裝層
70．．．散熱金屬墊
80．．．導電結構
11．．．第一表面
12．．．第二表面
110．．．第一凹槽
111．．．第一斜面
112．．．第二斜面
113．．．第一定位部
120．．．第二凹槽
81．．．第一導電結構
71．．．本體部
72．．．延伸部
31．．．第三斜面
32．．．第四斜面
33．．．第二定位部
82．．．第二導電結構
41．．．第一電極
42．．．第二電極
410．．．卡置部
411．．．反射部
412．．．連接部
Claims (10)
- 一種晶圓級封裝結構，包括一封裝基板、一絕緣層、一導電層、設於該導電層上的一發光元件及覆蓋於該發光元件上的一封裝層，該絕緣層底部表面形成複數散熱結構，其改進在於：該絕緣層形成至少一層複數導電結構，該至少一層複數導電結構與該導電層及複數散熱結構形成電性連接，該複數導電結構彼此間隔。
- 如申請專利範圍第1項所述的晶圓級封裝結構，其中，該絕緣層包括一蝕刻停止層和一絕緣介電層，該封裝基板包括一第一表面和一第二表面，該蝕刻停止層形成於該第二表面，該絕緣介電層形成於該第一表面，且該蝕刻停止層與該絕緣介電層部分接觸，該導電結構位於蝕刻停止層與絕緣介電層接觸的部分。
- 如申請專利範圍第2項所述的晶圓級封裝結構，其中，所述蝕刻停止層和絕緣介電層接觸的部分形成複數導孔，導孔內設置導電材料形成所述導電結構。
- 如申請專利範圍第3項所述的晶圓級封裝結構，其中，所述蝕刻停止層上的導孔數量與絕緣介電層上的導孔數量不同。
- 如申請專利範圍第2項所述的晶圓級封裝結構，其中，該導電層包括相互間隔的兩電極，該發光元件藉由覆晶的方式與該兩電極形成電性連接。
- 如申請專利範圍第2項所述的晶圓級封裝結構，其中，該導電層包括對稱的兩第一電極和位於該兩第一電極之間的一第二電極，該兩第一電極和該第二電極相互間隔。
- 如申請專利範圍第6項所述的晶圓級封裝結構，其中，該發光元件設於該第二電極上，藉由打線的方式與所述兩側第一電極形成電連接。
- 一種晶圓級封裝結構的製作方法，步驟包括：
提供一封裝基板，該封裝基板包括一第一表面和一第二表面，在該第二表面形成複數凹槽；
在該第二表面底部形成一蝕刻停止層，該絕緣層與該複數凹槽相貼合；
在該第一表面形成一凹槽，並使該蝕刻停止層部分外露；
在該凹槽的表面上形成一絕緣介電層，該絕緣介電層與蝕刻停止層部分接觸；
在該蝕刻停止層及絕緣介電層接觸的部分形成至少一層若干互相分離的導孔，在該複數導孔中填注金屬，形成複數導電結構；
在該第二凹槽中卡置形成複數散熱結構，該複數散熱結構與該導電結構形成電性連接；
在該絕緣介電層上形成一導電層，該導電層包括複數間隔的電極，該複數電極與該複數導電結構形成電性連接；
提供一發光元件，該發光元件藉由打線或覆晶的方式與該複數電極形成電性連接；
提供一封裝層，該封裝層為摻雜螢光粉的封裝膠，該封裝層覆蓋於發光元件上並與該絕緣介電層部分貼合。 - 如申請專利範圍第8項所述的晶圓級封裝結構的製作方法，其中，該複數導電結構彼此間隔。
- 如申請專利範圍第8項所述的晶圓級封裝結構的製作方法，其中，該蝕刻停止層上的導孔數量與絕緣介電層上的導孔數量不同。
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