TW201318221A - 發光二極體之矽支架及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種發光二極體之矽支架，包括矽底座、第一絕緣層、第一電極、第二電極及反射層。矽底座具有上表面及下表面，且凹槽配置於上表面處。第一絕緣層覆蓋矽底座的上表面與下表面。第一電極與第二電極配置於凹槽之底面的第一絕緣層上。反射層配置於凹槽之側壁的第一絕緣層上，其中第一電極、第二電極及反射層彼此分開且由相同的材料所組成。
Description
本發明是有關於一種半導體構件及其製造方法，且特別是有關於一種發光二極體之矽支架及其製造方法。
發光二極體(light emitting diode；LED)係利用半導體材料中之電子電洞在結合時，因釋放能量而發亮之原理製作而成。由於發光二極體具有體積小、壽命長、驅動電壓低、耗電量低、反應速率快、耐震性特佳及單色性佳等優點，故常被應用至各種電器、資訊看板及通訊產品中，作為發光元件。
一般而言，在發光二極體之封裝結構中，將發光二極體晶片配置於支架的凹槽內。支架之成份通常為樹脂材料(例如環氧樹脂)，其在紫外光之長期照射下，特別容易發生變質或脆裂等問題，而大幅縮短其使用壽命，並降低了上述封裝結構在某些領域之應用性。
此外，在高電流操作環境下，對於支架之散熱性的要求也隨之提高。散熱佳的支架使發光二極體的光提取效率(light extraction efficiency)得以提高，發光二極體中發光層的量子效率也不致因元件過熱而降低。因此，需要一種兼具絕緣性及散熱性之支架，已高度受到業界的注意。
本發明提供一種發光二極體之矽支架，兼具絕緣性及散熱性，並可降低LED之光線損失。
本發明另提供一種上述矽支架的製造方法，製程簡單，可減少生產流程及成本。
本發明提供一種發光二極體之矽支架，包括矽底座、第一絕緣層、第一電極、第二電極及反射層。矽底座具有上表面及下表面，且凹槽配置於上表面處。第一絕緣層覆蓋矽底座的上表面與下表面。第一電極與第二電極配置於凹槽之底面的第一絕緣層上。反射層配置於凹槽之側壁的第一絕緣層上，其中第一電極、第二電極及反射層彼此分開且由相同的材料所組成。
在本發明之一實施例中，上述第一絕緣層的熱傳導率大於約15 W/mk。
在本發明之一實施例中，上述第一絕緣層的材料包括氧化鋁、氮化鋁或氮化矽。
在本發明之一實施例中，上述第一電極、第二電極及反射層的材料包括銀。
在本發明之一實施例中，本發明之發光二極體之矽支架更包括阻障金屬層，配置於矽底座與第一電極、第二電極及反射層之間。
在本發明之一實施例中，上述阻障金屬層的材料包括鈦化鎢/銅。
在本發明之一實施例中，本發明之發光二極體之矽支架更包括第二絕緣層，配置於矽底座的外側面上。
在本發明之一實施例中，上述第一絕緣層與第二絕緣層的材料不同。
本發明另提供一種發光二極體之矽支架的製造方法。提供具有上表面及下表面的矽基底。於矽基底的上表面處形成多數個凹槽。於矽基底的上表面與下表面上形成第一絕緣層。於矽基底的上表面上形成金屬層。圖案化金屬層，以於各凹槽之底面的第一絕緣層上形成第一電極與第二電極，以及於各凹槽之側壁的第一絕緣層上形成反射層。
在本發明之一實施例中，上述第一絕緣層的熱傳導率大於約15 W/mk。
在本發明之一實施例中，上述第一絕緣層的材料包括氧化鋁、氮化鋁或氮化矽。
在本發明之一實施例中，形成上述第一絕緣層的方法包括進行低壓氣相沈積製程或濺鍍製程。
在本發明之一實施例中，於圖案化金屬層的步驟之後，上述方法更包括：對矽基底進行切割製程，以形成多數個矽底座；以及於每一個矽底座的外側壁上塗覆第二絕緣層。
在本發明之一實施例中，上述第一絕緣層與第二絕緣層的材料不同。
在本發明之一實施例中，形成上述金屬層的方法包括進行多步驟的電鍍製程。
在本發明之一實施例中，上述金屬層的材料包括銀。
在本發明之一實施例中，於形成第一絕緣層的步驟之後以及形成金屬層的步驟之前，上述方法更包括於矽基底之上表面上形成阻障金屬材料層。
在本發明之一實施例中，上述阻障金屬材料層的材料包括鈦化鎢/銅。
基於上述，本發明之矽支架使用較習知之氧化矽材料具有更佳熱傳導率之氧化鋁、氮化鋁或氮化矽來覆蓋矽底座之上表面與下表面，因此有助於元件之散熱，提升元件性能。此外，本發明之製作方法簡單，使用高反射率之銀材料來同時定義第一電極、第二電極極與反射層，可減少生產流程及成本，並減低LED之光線損失。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A~1D為依據本發明一實施例所繪示之發光二極體之矽支架的製造方法的剖面示意圖。
請參照圖1A，提供矽基底101。矽基底101具有上表面101a及下表面101b。然後，於矽基底101的上表面101a處形成多數個凹槽103。凹槽103例如是具有傾斜側壁。形成凹槽103的步驟如下所述。首先，於矽基底101之上表面101a上依序形成墊氧化層、氮化矽層及圖案化光阻層(未繪示)。接著，以圖案化光阻層為罩幕，進行蝕刻製程，以形成圖案化墊氧化層及圖案化氮化矽層。然後，移除圖案化光阻層。之後，以圖案化墊氧化層及圖案化氮化矽層為罩幕，進行濕蝕刻製程(例如使用氫氧化鉀溶液)，以於矽基底101之上表面101a處形成多數個凹槽103。繼之，移除圖案化墊氧化層及圖案化氮化矽層。
接下來，請參照圖1B，於矽基底101的上表面101a與下表面101b上形成第一絕緣層104。第一絕緣層104的熱傳導率例如是大於約15 W/mk。舉例來說，第一絕緣層104的材料可以為氧化鋁(熱傳導率為約22～32 W/mk)、氮化鋁(熱傳導率為約160～200 W/mk)或氮化矽(熱傳導率為約16～33 W/mk)。在一實施例中，當第一絕緣層104為氧化鋁層或氮化鋁層，其形成方法包括進行濺鍍製程。在另一實施例中，當第一絕緣層104為氮化矽層，其形成方法包括進行低壓氣相沈積製程(low pressure chemical vapor deposition；LPCVD)。
特別要說明的是，習知的絕緣材料一般使用氧化矽，其熱傳導率僅1.4 W/mk，散熱性不佳。然而，本發明之第一絕緣層104的熱傳導率大於15 W/mk，因此較習知的氧化矽材料高了至少10倍以上，可大幅提升本發明之矽支架的散熱性。
接著，於矽基底101的上表面101a上依序形成阻障金屬材料層105及金屬層106。形成阻障金屬材料層105的方法例如是進行濺鍍製程，其材料例如是鈦化鎢/銅(TiW/Cu)。金屬層106的材料例如是銀(Ag)。形成金屬層106的方法例如是進行多步驟的電鍍製程。具體言之，經由多步驟的電鍍製程所形成之金屬層106包括多數個金屬子層(metal sublayer)，以逐步堆疊的方式來提高金屬層106的均勻性及平滑度。
然後，請參照圖1C，圖案化金屬層106，以於各凹槽103之底面的第一絕緣層104上形成第一電極108與第二電極110，以及於各凹槽之103之側壁的第一絕緣層104上形成反射層112。第一電極108、第二電極110與反射層112彼此分開。第一電極108與第二電極110例如是分別作為正極與負極。此外，於上述圖案化步驟中，可同時將阻障金屬材料層105圖案化，以於矽基底101與第一電極108、第二電極110及反射層112之間形成阻障金屬層107。將金屬層106及阻障金屬材料層105圖案化的方法包括於矽基底101上形成圖案化光阻層(未繪示)，然後，以圖案化光阻層為罩幕，進行蝕刻製程以形成之。
在一實施例中，反射層112僅形成於各凹槽之103之側壁的第一絕緣層104上，如圖1C所示。在另一實施例中(未繪示)，反射層112可以更延伸至覆蓋各凹槽之103之頂角。
特別要說明的是，習知的反射層通常與正極與負極使用不同的材質。舉例來說，反射層的材料為鋁，而正極與負極的材料為金。因此，習知的作法至少需要兩個圖案化步驟來完成反射層、正極與負極的製作。然而，本發明僅需要一個圖案化步驟就可以同時定義反射層、正極與負極，可以減少生產流程及成本。
此外，本發明的第一電極108、第二電極110與反射層112均是由銀所構成，此種材料的反射性極佳，可以減少發光二極體之光線損失，提高光提取效率。
之後，請參照圖1D，對矽基底101進行切割製程，以形成多數個矽底座102。於每一個矽底座102的外側壁上塗覆第二絕緣層114。第一絕緣層104與第二絕緣層114的材料不同。第二絕緣層114的材料可以為例如白膠(white glue)之散熱絕緣膠。至此，完成各別的發光二極體之矽支架100的製作。
將參照圖1D說明本發明之發光二極體之矽支架的結構。本發明之發光二極體之矽支架100包括矽底座102、第一絕緣層104、阻障金屬層107、第一電極108、第二電極110、反射層112及第二絕緣層114。
矽底座102具有上表面101a及下表面101b，且凹槽103配置於上表面101a處。第一絕緣層104覆蓋矽底座102的上表面101a及下表面101b。第一電極108與第二電極110配置於凹槽103之底面的第一絕緣層104上。反射層112配置於凹槽103之側壁的第一絕緣層104上，其中第一電極108、第二電極110及反射層112彼此分開且由相同的材料所組成。阻障金屬層107配置於矽底座102與第一電極108、第二電極110及反射層112之間。第二絕緣層114配置於矽底座102的外側面上。
圖2為依據本發明一實施例之發光二極體之封裝結構的剖面示意圖。
請參照圖2，本發明之發光二極體之封裝結構包括上述矽支架100、發光二極體晶片200、螢光粉300及密封膠400。發光二極體晶片200具有置於同一表面的正極202與負極204。發光二極體晶片200以覆晶方式(flip-chip)接合至上述矽支架100，其中發光二極體晶片200之正極202與矽支架100之第一電極108(作為正極)直接熔合，且發光二極體晶片200之負極204與矽支架100之第二電極110(作為負極)直接熔合。摻雜有螢光粉300之密封膠400填入凹槽103中且覆蓋發光二極體晶片200。
在一實施例中，發光二極體晶片200例如是藍光發光二極體晶片，而螢光粉300例如是黃色螢光粉，則本發明之發光二極體之封裝結構可以發出白光供照明之用。
綜上所述，由於本發明之矽底座本身即為良好散熱材質，且其上表面及下表面覆蓋由氮化鋁、氧化鋁或氮化矽組成之熱傳導率佳之絕緣散熱層，因此所形成之矽支架有助於元件之散熱，提升元件性能。
此外，在本發明之矽支架中，使用高反射率之銀材料來同時定義正極、負極及反射層，可減少生產流程及成本，並減低LED之光線損失。
另外，在本發明之矽支架中，正極與負極之水平設計可與覆晶式LED結合使用，同時矽支架之正極與負極可與LED之正極與負極直接熔合，不需要黏著膠等額外的接合成本。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．發光二極體之矽支架
101．．．矽基底
101a．．．上表面
101b．．．下表面
102．．．矽底座
103．．．凹槽
104．．．第一絕緣層
105．．．阻障金屬材料層
106．．．金屬層
107．．．阻障金屬層
108．．．第一電極
110．．．第二電極
112．．．反射層
114．．．第二絕緣層
200．．．發光二極體晶片
202．．．正極
204．．．負極
300．．．螢光粉
400．．．密封膠
圖1A~1D為依據本發明一實施例所繪示之發光二極體之矽支架的製造方法的剖面示意圖。
圖2為依據本發明一實施例之發光二極體之封裝結構的剖面示意圖。
100．．．發光二極體之矽支架
101a．．．上表面
101b．．．下表面
102．．．矽底座
103．．．凹槽
104．．．第一絕緣層
107．．．阻障金屬層
108．．．第一電極
110．．．第二電極
112．．．反射層
114．．．第二絕緣層
Claims (18)
- 一種發光二極體之矽支架，包括：一矽底座，具有一上表面及一下表面，且一凹槽配置於該上表面處；一第一絕緣層，覆蓋該矽底座的該上表面與該下表面；一第一電極與一第二電極，配置於該凹槽之底面的該第一絕緣層上；以及一反射層，配置於該凹槽之側壁的該第一絕緣層上，其中該第一電極、該第二電極及該反射層彼此分開且由相同的材料所組成。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之矽支架，其中該第一絕緣層的熱傳導率大於15 W/mk。
- 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體之矽支架，其中該第一絕緣層的材料包括氧化鋁、氮化鋁或氮化矽。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之矽支架，其中該第一電極、該第二電極及該反射層的材料包括銀。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之矽支架，更包括一阻障金屬層，配置於該矽底座與該第一電極、該第二電極及該反射層之間。
- 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體之矽支架，該阻障金屬層的材料包括鈦化鎢/銅。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體之矽支架，更包括一第二絕緣層，配置於該矽底座的外側面上。
- 如申請專利範圍第7項所述之發光二極體之矽支架，其中該第一絕緣層與該第二絕緣層的材料不同。
- 一種發光二極體之矽支架的製造方法，包括：提供一矽基底，該矽基底具有一上表面及一下表面；於該矽基底的該上表面處形成多數個凹槽；於該矽基底的該上表面與該下表面上形成一第一絕緣層；於該矽基底的該上表面上形成一金屬層；以及圖案化該金屬層，以於各凹槽之底面的該第一絕緣層上形成一第一電極與一第二電極，以及於各凹槽之側壁的該第一絕緣層上形成一反射層。
- 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體之矽支架的製造方法，其中該第一絕緣層的熱傳導率大於15 W/mk。
- 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體之矽支架的製造方法，其中該第一絕緣層的材料包括氧化鋁、氮化鋁或氮化矽。
- 如申請專利範圍第10項所述之發光二極體之矽支架的製造方法，其中形成該第一絕緣層的方法包括進行低壓氣相沈積製程或濺鍍製程。
- 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體之矽支架的製造方法，於圖案化該金屬層的步驟之後，更包括：對該矽基底進行一切割製程，以形成多數個矽底座；以及於每一個矽底座的外側壁上塗覆一第二絕緣層。
- 如申請專利範圍第13項所述之發光二極體之矽支架的製造方法，其中該第一絕緣層與該第二絕緣層的材料不同。
- 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體之矽支架的製造方法，其中形成該金屬層的方法包括進行多步驟的電鍍製程。
- 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體之矽支架的製造方法，其中該金屬層的材料包括銀。
- 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體之矽支架的製造方法，於形成該第一絕緣層的步驟之後以及形成該金屬層的步驟之前，更包括於該矽基底之該上表面上形成一阻障金屬材料層。
- 如申請專利範圍第17項所述之發光二極體之矽支架的製造方法，其中該阻障金屬材料層的材料包括鈦化鎢/銅。
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