TW202135412A - 雷射封裝結構 - Google Patents

雷射封裝結構 Download PDF

Info

Publication number
TW202135412A
TW202135412A TW109106722A TW109106722A TW202135412A TW 202135412 A TW202135412 A TW 202135412A TW 109106722 A TW109106722 A TW 109106722A TW 109106722 A TW109106722 A TW 109106722A TW 202135412 A TW202135412 A TW 202135412A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
optical element
conductive
layer
laser chip
package structure
Prior art date
Application number
TW109106722A
Other languages
English (en)
Inventor
楊琇如
陳守龍
鍾昕展
Original Assignee
晶智達光電股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 晶智達光電股份有限公司 filed Critical 晶智達光電股份有限公司
Priority to TW109106722A priority Critical patent/TW202135412A/zh
Priority to US17/190,186 priority patent/US11901694B2/en
Priority to CN202110230980.4A priority patent/CN113346350A/zh
Publication of TW202135412A publication Critical patent/TW202135412A/zh
Priority to US18/397,545 priority patent/US20240128713A1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/483—Containers
    • H01L33/486—Containers adapted for surface mounting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/52—Encapsulations
    • H01L33/54—Encapsulations having a particular shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/0014—Measuring characteristics or properties thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0225—Out-coupling of light
    • H01S5/02257—Out-coupling of light using windows, e.g. specially adapted for back-reflecting light to a detector inside the housing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/06825—Protecting the laser, e.g. during switch-on/off, detection of malfunctioning or degradation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/005—Processes relating to semiconductor body packages relating to encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/02208—Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/02218—Material of the housings; Filling of the housings
    • H01S5/02234—Resin-filled housings; the housings being made of resin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

一種雷射封裝結構，其包括：一基板，一雷射晶片，係設於基板之一第一表面上；一支架，設於第一表面上且圍繞雷射晶片，支架之一高度係大於雷射晶片之一厚度，支架包括垂直貫穿其間之一電性導通結構；以及一光學元件，係設於支架上，其中光學元件係藉由電性導通結構而電性連接於基板。

Description

雷射封裝結構
本發明是關於一種雷射封裝結構，特別是關於一種垂直共振腔面射型雷射（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL）元件封裝結構。
參閱第1圖，習知雷射晶片110，例如垂直共振腔面射型雷射（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL）元件，在封裝時係先將雷射晶片110固晶於陶瓷基板100上、進行打線形成線路120後，於雷射晶片110周圍設置間隔件（Spacer）130供形成區隔空間140，此區隔空間140係作空氣層（Air Layer）用。接著覆以光學元件150而完成單顆晶片的封裝製程，形成雷射晶片封裝結構10，供後續連接於外部電路板，其中，光學元件150包含微型透鏡陣列（Micro Lens Array, MLA）或繞射光學元件（Diffraction Optical Element，DOE），可將雷射晶片110射出的光束轉換成均勻的面光源、陣列點光源或者不規則散佈的點光源。
參閱第2圖，為進一步考量雷射晶片在模組應用上之保護機制（Eye-Safety），在雷射晶片封裝結構20內設置光電二極體（Photodiode）220，利用打線方式於封裝結構20內形成分別連接雷射晶片110和光電二極體220之線路210、215，當雷射晶片110射出一雷射光通過上方光學元件150時，雷射光會被轉換成均勻的面光源、陣列點光源或者散佈的點光源並打在外部的物體上時會被反射成回射光，可利用光電二極體220吸收此回射光用以監控光學元件150的功能。當光學元件150破損或劣化時，此回射光的角度與原先不同導致光電二極體220無法接收回射光，藉此判知光學元件150已損壞進而停止雷射晶片110繼續運作。
本發明提供一種雷射封裝結構，係以晶圓級封裝(Wafer Level Package；WLP)製程製得晶片級封裝結構（Chip Scale Package，CSP），可提高雷射晶片之封裝產出，並可減小其封裝結構尺寸。
本發明提供一種雷射封裝結構，係利用可電性導通之支架的設置，提供雷射晶片在模組應用上的新穎保護機制，從而減小模組的體積，並大幅降低外部線路斷線而導致模組失效的風險，同時亦可節省其製造成本。
根據本發明，係提出一種雷射封裝結構，包括：一基板，一雷射晶片，係設於基板之一第一表面上；一支架，設於第一表面上且圍繞雷射晶片，支架之一高度係大於雷射晶片之一厚度，支架包括垂直貫穿其間之一電性導通結構；以及一光學元件，係設於支架上，其中光學元件係藉由電性導通結構而電性連接於基板。
根據本發明，係提出一種雷射封裝結構，包括：一雷射晶片，雷射晶片包括位於其第一表面上的一第一導電結構和一第二導電結構；一膠層，係至少圍繞雷射晶片的四個側面；一間隔件，係相應地設於膠層上且圍繞雷射晶片；以及一光學元件，係朝向雷射晶片的一第二表面而設於間隔件上，第二表面與第一表面相對；其中雷射晶片係藉由第一導電結構與第二導電結構電性連接於一外部電路板，且其中間隔件係藉由對應的一黏著層分別連接於光學元件和膠層。
下文係參照圖式、並且以示例實施例說明本發明之概念，在圖式或說明中，相似或相同的部分係使用相同的元件符號；再者，圖式係為利於理解而繪製，圖式中各層之厚度與形狀並非元件之實際尺寸或成比例關係。
請參閱第3圖，係根據本發明之一第一實施例的雷射封裝結構之剖面示意圖。本實施例之封裝結構30係以晶圓級封裝製程所製得之雷射封裝結構，其包括：雷射晶片310用以發射一雷射光，雷射晶片310包括位於其第一表面310A上的第一導電結構312和第二導電結構314，雷射晶片310的四個側面係被膠層320圍繞。膠層320上相應地設有間隔件330，間隔件330圍繞雷射晶片310而形成一空間，此空間於封裝完成後即形成封裝結構30的一內腔體340。間隔件330上覆以一光學元件350，光學元件350係朝向雷射晶片310的一第二表面310B而設於間隔件330上，雷射晶片310的第二表面310B與其第一表面310A相對。光學元件350包含微型透鏡陣列（Micro Lens Array, MLA）或繞射光學元件（Diffraction Optical Element，DOE），可將雷射晶片310射出的光束轉換成均勻的面光源、陣列點光源或者不規則散佈的點光源。在封裝結構30之內腔體340中的雷射晶片310係藉由其第一導電結構312與第二導電結構314電性連接於一外部電路板32，且其中間隔件330係藉由對應的黏著層360、362分別連接於光學元件350和膠層320。在本實施例中，黏著層360、362之材料可為一般不具導電性的黏著劑，僅供間隔件330分別固定連接於光學元件350和下方的膠層320用。在本實施例中，當一電流自外部電路板32藉由流經第一導電結構312和第二導電結構314而驅動雷射晶片310時，雷射晶片310可發出一雷射光通過光學元件350。在光學元件350可包含一導電線路層(參考後續第11A圖所示)，其中導電線路層材料包含透明導電材料，例如ITO（Indium Tin Oxide），以避免阻擋雷射晶片310射出的光束，導電線路層係用於偵測光學元件350的運作情形。當光學元件350正常運作時，導電線路層會導通讓電流通過；當光學元件350受損時，導電線路層也可能會破損而導致電阻發生變化或者斷路。外部電路板32具有一回饋電路(圖未示)與雷射晶片310電連接，並藉由一接線結構370電連接光學元件350的導電線路層與外部電路板32上的回饋電路，在一實施例中，回饋電路包含一電阻感測器及一斷路器所組成。藉此，當光學元件350損傷時，光學元件350裡的導電線路層也可能會受損而電阻發生變化或者斷路，此時與導電線路層電連接的回饋電路，藉由其包含的電阻感測器可立即偵測到光學元件350上導電線路層的電阻發生變化，並可利用其斷路器中止雷射晶片310發出雷射光。
請參閱第4A圖至第4F圖，係說明在本發明之一實施例的雷射晶片封裝結構30之製作流程的各步驟之結構的剖面示意圖。
在本實施例中，係以晶圓級封裝製程來製得VCSEL元件之晶片級封裝結構。首先，如第4A圖所示，於膠帶（Tape）502上進行雷射晶片310之排片，雷射晶片310上具有第一導電結構312和第二導電結構314。接著，如第4B圖所示，轉移排片後的結構，將排片後的結構倒置於覆有膠層504的玻璃片506上並去除膠帶502以露出雷射晶片310的第一表面310A。
接著，利用例如刷膠的方式，於所形成的結構中填入或灌入封裝膠材320’，使封裝膠材320’包覆各個雷射晶片310，如第4C圖所示。接著，藉由例如研磨拋平及/或噴砂方式移除覆蓋雷射晶片310表面的封裝膠材320’，形成如第4D圖所示之結構；其中，封裝膠材320’經部分移除後，係形成圍繞雷射晶片310的四個側面、且與雷射晶片310表面共平面之膠層320。
接著，藉由晶圓接合方式，於如第4D圖所示之結構上連接間隔件330和光學元件350，形成如第4E圖所示之結構。在此例中，封裝膠材320’已經拋平為與雷射晶片310共平面、且圍繞雷射晶片310的四個側面之膠層320，間隔件330係對應地連接於膠層320上、且相應地圍繞雷射晶片310的四個側面，形成了封裝結構的內腔體340或空氣層。
接著，移除膠帶層504和玻璃片506，形成如第4F圖之結構。
接著進行切割，將如第4F圖所示之結構切割為數個獨立的結構後，即形成第3圖所示本發明之雷射晶片封裝結構30。封裝結構30後續係藉由外接的接線結構370而使光學元件350電性連接於外部電路板32，即形成如第3圖所示之結構。
可替代地，形成第4D圖所示結構中的膠層320時，可在第4B圖所示結構中以鋼板刷膠方式，在雷射晶片310之間的隙縫填入封裝膠材形成膠層320，鋼板係建置為可遮蔽雷射晶片310，避免封裝膠材接觸雷射晶片310的上表面310A。
第5A~5C圖顯示另一實施例的結構與製程，如第5A圖所示，於雷射晶片310的上表面310A上設置保護層522（例如乾膜式保護層）後，利用曝光顯影方式打開欲填入封裝膠材的位置，並填入封裝膠材而形成膠層320，形成如第5A圖所示結構。接著進行拋光製程清除保護層522上的溢出的封裝膠材，並移除保護層522後，藉由對位接合的方式，連接光學元件350與膠層320，後續再移除膠帶層504和玻璃片506，形成如第5B圖之結構。接著進行切割製程，將第5B圖所示之結構切割為獨立結構之後，形成本發明之雷射晶片封裝結構30A，如第5C圖所示。
第6A~6B圖顯示另一實施例的結構與製程，接續第4C圖所示之封裝膠材320’結構後，視實際應用所需，不拋平或移除雷射晶片310上表面310A的封裝膠材320’，而是保留封裝膠材作為膠層320，於膠層320上連接間隔件330和光學元件350，並移除膠帶層504和玻璃片506後，形成如第6A圖所示之結構。接著將第6A圖所示之結構切割後，形成本發明之雷射晶片封裝結構30B，如第6B圖所示。
第7A~7B圖顯示另一實施例的結構與製程。接續第4C圖所示之封裝膠材320’結構後，對覆蓋於雷射晶片310上表面310A上之封裝膠材進行圖案化，形成圖形化膠材層354’， 例如微型透鏡陣列（Micro Lens Array, MLA）或繞射光學元件（Diffraction Optical Element，DOE），提供與光學元件350中的圖形化膠材層354不同的光學作用，例如將雷射晶片310發出的光束形成均勻的面光源、陣列點光源或不規則點光源，如第7A圖所示。接著將第7A圖所示之結構切割後，形成本發明之雷射晶片封裝結構30C，如第7B圖所示。
第8圖顯示另一實施例的結構，，亦可進一步於光學元件350的外側表面（即未形成圖形化膠材層354的一側）上形成另一圖形化膠材層354”， 提供與雷射晶片310上表面310A上之圖形化膠材層354’不同、及/或與光學元件350中的圖形化膠材層354不同的光學作用，例如將雷射晶片310發出的光束形成均勻的面光源、陣列點光源或不規則點光源，經切割後形成如第8圖所示之雷射晶片封裝結構30D。
如第9A、9B圖所示，根據本發明另一實施例，封裝結構中之間隔件亦可形成為包覆有貫穿其間的電性導通結構，直接供電性導通用。請參閱第9A圖和第9B圖，係根據本發明之一實施例及其變化例的雷射封裝結構40A、40B之剖面示意圖。封裝結構40A、40B可以相同或類似的製程製造，其具有與前述封裝結構30相似的構成，惟其與封裝結構30之差異在於，在本實施例中，圍繞雷射晶片310而形成內腔體440的間隔件430係包括有貫穿其間的電性導通結構442；藉由導電層460連接光學元件350的導電線路層及電性導通結構442；膠層420中亦形成貫穿部420A對應電性導通結構442，貫穿部420A中填入導電性膠材而形成導電層462與電性導通結構442連接。在本實施例中，電性導通結構442及導電層460、462A、462B的材質可選擇導電性膠材，例如銀膠、錫膏或異方性導電膠（Self Assembly Anisotropic Conductive Paste，SAP）等，或者電鍍的金屬材料，例如金、銀、銅以及上述材料的合金。在本實施例中，雷射晶片310的導電結構312、314和封裝結構的導電層462A、462B係分別作為正極和負極而直接連接於外部電路板32，形成如第9A圖所示之封裝結構40A。或者是，導電層462A和462B可另藉由例如錫膏34而連接於外部電路板32，形成如第9B圖所示之封裝結構40B。亦即，在本實施例中，封裝結構40A、40B之光學元件350係藉由導電層460、電性導通結構442及導電層462A、462B而電性連接於外部電路板32。在第9A、9B圖所示實施例中，膠層420中須形成有貫穿部420A，其位置係對應於間隔件430中所包覆的電性導通結構442的位置 以及光學元件350的電極位置。關於膠層中貫穿部（如第9A、9B圖所示之貫穿部420A）的形成，可在藉由鋼板刷膠方式施用封裝膠材時，於建置鋼板時遮蔽晶片、以及遮蔽與光學元件350的電極相對應的位置，避免封裝膠材填入其中，從而形成膠層之貫穿部420A，形成如第10A圖（上視示意圖）和第10B圖（剖視示意圖）所示之結構。在貫穿部420A中填以導電性黏著材料而形成導電層462後，於所形成的結構上連接具有電性導通結構442的間隔件430、以及光學元件350後，即形成如第9A、9B圖所示之雷射晶片封裝結構40A、40B。如前述說明，在此實施例中，封裝結構40A、40B之光學元件350係藉由電性導通結構442而電性連接於外部電路板32，因此無須設置外接於電路板之接線結構。
在本發明中，封裝膠材及/或導電性黏著材料皆可以鋼板刷膠的方式塗佈，從而分別形成封裝結構中的膠層和導電層；藉此，除可穩定控制膠量以外，亦可提升製程的產出量（Units Per Hour, UPH），有利於製程成本的降低。此外，由於刷膠塗佈過程中係施以一定的壓力使膠材填入，因此可於雷射晶片310周圍預留空間供導電性黏著膠材（例如錫膏）填入，於後續進行表面黏著（Surface Mounting Technology，SMT）時，導電層462(如第9A圖所示)或錫膏34(如第9B圖所示)將與外部電路板32的電極(圖未示)連接而形成導通電路。
請參閱第11A圖和第11B圖，係進一步說明根據本發明之一實施例的光學元件350的剖面示意圖和上視示意圖，其中第11A圖係示意說明沿著第11B圖中線A-A’的箭頭方向B所示之剖面結構。在本實施例中，光學元件350包括一玻璃層352、位於玻璃層352上且朝向雷射晶片側的圖形化膠材層354、以及位於玻璃層352和圖形化膠材層354之間的導電線路層356。由第11B圖觀之，導電線路層356進一步與位於玻璃層352之周圍區域的一第一導電線路部分358A和一第二導電線路部分358B連接，且第一導電線路部分358A與第二導電線路部分358B彼此在空間上不互相連接，係藉由導電線路層356互相電性連接，並分別設於周圍區域中彼此相對的兩側邊上。
在一實施例中，第一導電線路部分358A和第二導電線路部分358B係可由電鍍或塗佈導電材料而形成，導電材料係包含銅、銀、金、錫等金屬。此外，由第11B圖觀之，第一導電線路部分358A和第二導電線路部分358B係經設計而呈直線形（如第11B圖所示）、圓形（如第11C圖所示）、方形（如第11D圖所示）、L字形（如第11E圖所示）、U字形（如第11F圖所示）、或前述形狀組合中其一。此外，第一導電線路部分358A和第二導電線路部分358B的數量亦可不限於各一個，可於玻璃層352的相對側部上各設有複數個第一導電線路部分358A和第二導電線路部分358B（如第11G圖所示）。
在本發明中，光學元件350包括例如、但不限於：微型透鏡陣列（Micro Lens Array）、具有導電線路之氧化銦錫（ITO）玻璃、繞射光學元件（Diffraction Optical Element，DOE）等。在一實施例中，光學元件350亦可為複合式的光學元件，即在圖形化膠材層354包含不同的圖案以形成不同的透鏡結構，例如微型透鏡陣列（Micro Lens Array, MLA）和繞射光學元件（Diffraction Optical Element，DOE），同時將雷射光束轉換成不同的光型態，例如面光源、陣列點光源和不規則散佈的點光源。
在上述實施例中，雷射晶片310係覆晶形式（Flip Chip Type）之晶片，膠層320、420及封裝膠材320’可選擇透光或不透光之膠材，例如環氧樹脂（Epoxy）或矽膠（Silicon）等材質。間隔件330、430可為例如玻璃、陶瓷、或是可利用3D列印或鑄模成形（Molding）而成之塑料等。
請參閱第12圖，係根據本發明之一實施例的雷射封裝結構之剖面示意圖。根據本實施例之封裝結構70包括：基板700、以及設於基板700之一第一表面700A上之雷射晶片710。基板700可為一陶瓷基板，基板700中形成有貫穿基板700的第一電性導通柱702A、702B以及第二電性導通柱704A、704B，其中第一電性導通柱702A、702B連接於雷射晶片710，其分別作為正、負極而供雷射晶片710對外電性連接。封裝結構70包括支架730，支架730係設於第一表面700A上且圍繞雷射晶片710，其高度H大於雷射晶片710的厚度t，從而提供了內腔體740，內腔體740是作為封裝結構70的氣層（氣層中可以填入惰性氣體或空氣，也可以被抽真空）用。封裝結構70包括光學元件750，光學元件750藉由施用於支架730上之導電膠所形成之導電結構760而連接於支架730。在本實施例中，光學元件750係具有導電線路之ITO光學元件。
根據本發明，支架730係以例如塑膠射出方式、或鑄模成形、3D列印等方式所形成，且係形成為包括垂直貫穿其間之電性導通結構742，使得光學元件750可藉此電性導通結構742而與貫穿基板700的第二電性導通柱704A、704B分別作正、負極之電性連接。導電結構760之導電膠的材質可選擇例如銀膠、錫膏、異方導電膠或其他導電性材料。
根據本發明，支架730係利用塑膠射出、鑄模成形或3D列印等方式所形成。支架730包覆電性導通結構742，並被施用例如銀膠、錫膏或異方導電膠等之導電膠以貼合光學元件750。光學元件750透過導電結構760和支架730內部之電性導通結構742電性連接於底層基板700的第二電性導通柱704A、704B。可替代地，亦可利用雷射直接成形（Laser Direct Structuring，LDS）技術成形支架730後，利用電鍍方式或化學鍍製方式形成金屬鍍層，進而形成電路或導電結構760，以供對光學元件750以及對底側基板700之電性連接。
根據本發明，施用於支架730上的導電結構760係可選擇地形成為直線形、圓形、方形、L字形、U字形、或前述形狀組合中其一。此外，在支架730單側上的導電結構數量亦可不限於各一個，可於其相對側部上各設有複數個導電結構。前述導電結構的各種上視形狀係分別對應於第11B圖至第11G圖等上視示意圖之說明。
光學元件750可具有與第11A圖所示類似之構成，於此即不贅述。
請參閱第13A圖至第13C圖、以及第14A圖至第14D圖，係分別以剖面圖和上視圖示意說明本發明實施例中支架的不同設計。
第13A圖和第13B圖係根據第14A圖中A-A’線沿著箭頭方向B所示之支架剖面圖，其說明本發明之支架的實施態樣。如第13A圖所示，根據本發明，支架730係形成為由圍繞雷射晶片的四個側壁構成之結構，側壁中包覆有貫穿其間的前述電性導通結構（圖中未示）。
如第13A圖所示，支架730於其頂部（相對於與底側基板連接之一側）係形成一定位部732，供光學元件750容置其中並保持位置。在本實施例中，定位部732係為一凹槽，凹槽具有一底部732C用以放置光學元件750，以及一向支架730下方漸縮之斜面732B連接底部732C。定位部732的輪廓係對應於並稍大於光學元件750，斜面732B與光學元件750之間的間隙732A中填有密封膠層736。斜面732B有利於將膠材（例如密封膠層736）充填於定位部732中，以密封封裝結構的內腔體740。
在一實施例中，如第13B圖所示，支架730的頂部除了定位部732之外，支架730的頂部還可進一步具有導槽734從底部732C向支架730下方延伸，以供填入導電膠（例如：銀膠、錫膏、異方導電膠等）。光學元件750即藉此導電結構760而與支架730內的電性導通結構（圖未示）電性連接。如第13B圖所示，在光學元件750置放於定位部732的底部732C後，光學元件750與定位部732的斜面732B之間形成的空隙732A係與填有導電膠的導槽734彼此隔離不相通。在本實施例中，光學元件750與斜面732B之間的間隙732A係供充填膠材，例如可視情況於其間充填透光膠，以於光學元件750和支架730之間形成密封膠層736，用以密封封裝結構的內腔體740。
可替代地，如第13C圖所示，導槽734與定位部732亦可設計為能夠在光學元件750置位之後形成一連通空間732D，在此實施例中，係僅施行一次充填，即使導電膠（例如銀膠）填入支架730的定位部732和導槽734中，形成導電結構760。
併參第14A圖，其係表示如第13A圖和第13B圖所示剖面結構之上視圖。在如第13A圖所示之支架730中，定位部732的形狀對應於光學元件750並稍大於光學元件750，光學元件750與定位部732的斜面732B之間形成一間隙732A，以供填入膠材形成密封膠層736。由第14A圖觀之，光學元件750係置位於支架730的定位部732中，密封膠層736圍繞光學元件750的周圍以阻隔水氣及保護光學元件750。另外，在如第13B圖所示之支架730中，定位部732下方係形成導槽734。導槽734係供填入導電膠而形成導電結構760用。由第14A圖觀之，光學元件750係置位於支架730的定位部732，遮蔽了下方位於導槽734中的導電結構760，密封膠層736圍繞光學元件750的周圍以阻隔水氣及保護光學元件750。
在本發明中，定位部732的大小與型態可因應實際應用而作調整，如第14B圖至第14D圖所示之其他支架設計的上視圖之示意說明。舉例而言，定位部732的寬度W係形成為使得光學元件750的兩側部在置放於定位部732時可直接抵鄰於支架730的其中兩個相對 （如第14B圖所示），其中導電膠係填入光學元件750下方之導槽（未示），光學元件750未抵鄰支架側壁的部分與定位部732之間係填有透光膠而形成密封膠層736；或者，如第14C圖所示，定位部732的寬度W可形成為窄於光學元件750、且長度L長於光學元件750而未被光學元件750遮蔽以形成填膠空間C，供填入導電膠而形成導電結構760用。至於支架730的其餘結構設計則與前述實施例類似，於此不再贅述。
此外，為進一步利於刷膠作業的進行、同時利於對支架形成不同形態的導電結構，亦可對支架進行各種導槽結構設計。第14D圖係顯示一未放置光學元件750的支架730的上視圖，支架730的頂部除形成有前述定位部732、導槽734等結構供填入導電膠外，在支架730的相對兩側部上亦可形成有深度略淺於導槽734之次導槽738。次導槽738連接導槽734與側壁730A，次導槽738之結構有利於導電膠填入導槽734的深處。
在本發明中，除以塑膠射出方式、或鑄模成形、3D列印等方式形成塑膠材質的支架包覆電性導通結構以供電性導通以外，亦可採用金屬支架，直接提供電性連接。惟需注意金屬支架上需設有斷開的介面，以區隔出正負極電性，金屬支架本身即具備可直接與底層基板上的導電層或金屬鍍層相連形成導通的金屬電性導通結構。
基於前述，本發明提供了一種具有保護機制的雷射封裝結構、以及一種晶圓級封裝製程以製得此雷射封裝結構。藉由本發明，無須如習知雷射封裝結構中利用另設的光電二極體和外接電路等設計作為保護機制，而是在支撐光學元件的支架上成型包覆電性導通結構，利用此電性導通結構連接具電性的光學元件，藉此可大幅降低整個封裝結構或模組之體積，並可降低因外部線路斷線而導致模組失效的風險。此外，藉由晶圓級封裝製程的設計，亦可減少製造程序和成本。
除前述特徵外，在本發明中，更藉由支架上各種導槽結構的設計，提高刷膠品質和效率。特別是，在本發明中，可視情況以導電性或不導電性的膠材填滿封裝結構的光學元件四周和支架之間的空間，使封裝結構內腔體呈現密封的狀態，避免水氣滲入影響光學元件的功能。
在本發明之雷射封裝結構中，為隔開雷射晶片與光學元件所需之空氣層係可由預定高度的間隔件之設置而形成、或直接由預定厚度的封裝膠材之充填而形成，增加了封裝結構設計上的彈性。此外，利用鋼板刷膠方式填入導電膠，係可於刷膠時利用因壓力而溢出於預定空間中的導電膠（例如錫膏）作為後續表面焊接製程中供電極連接導通線路之結構，降低製程複雜度。
需注意的是，本發明所提之前述實施例係僅用於例示說明本發明，而非用於限制本發明之範圍。熟習本發明所屬領域技藝之人對本發明所進行之諸般修飾和變化皆不脫離本發明之精神與範疇。不同實施例中相同或相似的構件、或不同實施例中以相同元件符號表示的構件係具有相同的物理或化學特性。此外，在適當的情況下，本發明之上述實施例係可互相組合或替換，而非僅限於上文所描述的特定實施例。在一實施例中所描述的特定構件與其他構件的連接關係亦可應用於其他實施例中，其皆落於本發明如附申請專利範圍之範疇。
10:雷射封裝結構 100:陶瓷基板 110:雷射晶片 120:線路 130:間隔件 140:區隔空間 150:光學元件 20A:雷射封裝結構 20B:雷射封裝結構 210:電性連通結構 220:光電二極體 230:線路 30:封裝結構 32:外部電路板 34:錫膏 310:雷射晶片 310A:第一表面 310B:第二表面 312:第一導電結構 314:第二導電結構 320:膠層 320’:封裝膠材 330:間隔件 340:內腔體 350:光學元件 352:玻璃層 354:圖形化膠材層 354’:圖形化膠材層 356:導電線路層 358A:第一導電線路部分 358B:第二導電線路部分 360:黏著層 362:黏著層 370:接線結構 40:封裝結構 420:膠層 420A:貫穿部 430:間隔件 440:內腔體 442:電性導通結構 460:黏著層 462:黏著層 462A:正極 462B:負極 502:膠帶 504:膠層 506:玻璃片 522:保護層 70:封裝結構 700:基板 700A:第一表面 702A、702B:第一電性導通柱 704A、704B:第二電性導通柱 710:雷射晶片 730:支架 730A:側壁 732:定位部 732A:空間 732B:斜面 732C:底部 732D:連通空間 734:導槽 736:密封膠層 738:次導槽 740:內腔體 742:電性導通結構 750:光學元件 760:導電結構 H:支架的高度 t:晶片的厚度 W:定位部的寬度 L:定位部的長度
為能更進一步瞭解本發明之特徵與技術內容，請參閱下述有關本發明實施例之詳細說明及如附圖式。惟所揭詳細說明及如附圖式係僅提供參考與說明之用，並非用以對本發明加以限制；其中：
第1圖係一種習知雷射封裝結構的剖面示意圖。
第2圖係一種習知設有保護機制的雷射封裝結構的剖面示意圖。
第3圖係根據本發明之一實施例的雷射封裝結構之剖面示意圖。
第4A圖至第4F圖係本發明之一實施例的雷射封裝結構製作流程步驟之剖面示意圖。
第5A圖至第5C圖係本發明之一實施例的雷射封裝結構製作流程步驟之剖面示意圖。
第6A圖至第6B圖係本發明之一實施例的雷射封裝結構製作流程步驟之剖面示意圖。
第7A圖至第7B圖係本發明之一實施例的雷射封裝結構製作流程步驟之剖面示意圖。
第8圖係根據本發明之一實施例的雷射封裝結構之剖面示意圖。
第9A圖與第9B圖係根據本發明之一實施例及其變化例的雷射封裝結構之剖面示意圖。
第10A圖及第10B圖係本發明實施例中膠層之貫穿部的上視及剖視示意圖。
第11A圖到第11G圖係本發明之一實施例的光學元件的剖面和上視示意圖。
第12圖係根據本發明之一實施例的雷射封裝結構之剖面示意圖。
第13A圖到第13C圖係根據第14A圖中A-A’線所示之支架剖面圖。
第14A圖至第14D圖，係本發明各種實施例中支架的上視圖。
70:封裝結構
700:基板
700A:第一表面
702A、702B:第一電性導通柱
704A、704B:第二電性導通柱
710:雷射晶片
730:支架
740:內腔體
742:電性導通結構
750:光學元件
760:導電結構

Claims (10)

  1. 一種雷射之封裝結構，包括： 一基板， 一雷射晶片，係設於該基板之一第一表面上； 一支架，設於該第一表面上且圍繞該雷射晶片，該支架之一高度係大於該雷射晶片之一厚度，該支架包括垂直貫穿其間之一電性導通結構；以及 一光學元件，係設於該支架上，其中該光學元件係藉由該電性導通結構而電性連接於該基板。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，更包括一密封膠層，係填入該光學元件周圍與該支架之間，以密封該封裝結構之一內腔。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該基板係一陶瓷基板，且包括垂直貫穿其間而延伸至該基板的一第二表面上之至少兩個第一電性導通柱和至少兩個第二電性導通柱，所述第一電性導通柱係使該雷射晶片電性連接於該封裝結構之外部，所述第二電性導通柱係使該電性導通結構電性連接於該封裝結構之外部。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該光學元件包括一玻璃層、位於該玻璃層上且朝向該基板的一圖形化膠材層、以及位於該玻璃層和該圖形化膠材層之間的一導電線路層，由該封裝結構之一上視圖觀之，該導電線路層係位於該玻璃層之一周圍區域。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之封裝結構，其中，由該封裝結構之一上視圖觀之，該導電線路層包括一第一導電線路部分和一第二導電線路部分，該第一導電線路部分與該第二導電線路部分係不互相電性連接，且係分別設於該周圍區域中彼此相對的兩側邊。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之封裝結構，其中，由該封裝結構之一上視圖觀之，該第一導電線路部分和該第二導電線路部分係呈直線形、圓形、方形、L字形、ㄇ字形、或前述形狀組合中其一。
  7. 一種雷射之封裝結構，包括： 一雷射晶片，該雷射晶片包括位於其第一表面上的一第一導電結構和一第二導電結構； 一膠層，係至少圍繞該雷射晶片的側面； 一間隔件，係相應地設於該膠層上且圍繞該雷射晶片；以及 一光學元件，係朝向該雷射晶片的一第二表面而設於該間隔件上，該第二表面與該第一表面相對； 其中該雷射晶片係藉由該第一導電結構與該第二導電結構電性連接於一外部電路板， 其中該間隔件係藉由對應的一黏著層分別連接於該光學元件和該膠層。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之封裝結構，更包括一接線結構，該光學元件係藉由該接線結構而電性連接於該外部電路板。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之封裝結構，其中該間隔件係包括貫穿其間的一電性導通結構，該光學元件係藉由該電性導通結構電性連接於該外部電路板。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之封裝結構，其中該光學元件包括一玻璃層、位於該玻璃層上且朝向該基板的一圖形化膠材層、以及位於該玻璃層和該圖形化膠材層之間的一導電線路層，由該封裝結構之一上視圖觀之，該導電線路層係位於該玻璃層之一周圍區域。
TW109106722A 2020-03-02 2020-03-02 雷射封裝結構 TW202135412A (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW109106722A TW202135412A (zh) 2020-03-02 2020-03-02 雷射封裝結構
US17/190,186 US11901694B2 (en) 2020-03-02 2021-03-02 Package structure
CN202110230980.4A CN113346350A (zh) 2020-03-02 2021-03-02 封装结构
US18/397,545 US20240128713A1 (en) 2020-03-02 2023-12-27 Package structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW109106722A TW202135412A (zh) 2020-03-02 2020-03-02 雷射封裝結構

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202135412A true TW202135412A (zh) 2021-09-16

Family

ID=77464245

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109106722A TW202135412A (zh) 2020-03-02 2020-03-02 雷射封裝結構

Country Status (3)

Country Link
US (2) US11901694B2 (zh)
CN (1) CN113346350A (zh)
TW (1) TW202135412A (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115343692A (zh) * 2022-10-20 2022-11-15 合肥的卢深视科技有限公司 激光投射模组、深度相机及电子装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005038956A (ja) * 2003-07-17 2005-02-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光部品とその製造方法
KR100735310B1 (ko) * 2006-04-21 2007-07-04 삼성전기주식회사 다층 반사 면 구조를 갖는 엘이디 패키지 및 그 제조방법
TWI462348B (zh) * 2011-01-27 2014-11-21 矽品精密工業股份有限公司 發光裝置及其製法
US8853726B2 (en) * 2011-08-25 2014-10-07 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device package and lighting system having the same
TWI490988B (zh) * 2012-03-21 2015-07-01 Chipmos Technologies Inc 半導體封裝結構
EP2919284B1 (en) * 2014-03-14 2019-07-03 Citizen Electronics Co., Ltd. Light emitting apparatus
US10693046B2 (en) * 2015-12-30 2020-06-23 Maven Optronics Co., Ltd. Chip scale packaging light emitting device and manufacturing method of the same
US10665765B2 (en) * 2017-02-10 2020-05-26 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Semiconductor device package and a method of manufacturing the same
EP3605620B1 (en) * 2017-03-21 2024-05-29 LG Innotek Co., Ltd. Semiconductor element package
US11309680B2 (en) * 2017-09-28 2022-04-19 Nichia Corporation Light source device including lead terminals that cross space defined by base and cap
CN111446345A (zh) * 2019-01-16 2020-07-24 隆达电子股份有限公司 发光元件的封装结构
US10811578B1 (en) * 2019-03-27 2020-10-20 Lextar Electronics Corporation LED carrier and LED package having the same
US20210013375A1 (en) * 2019-07-11 2021-01-14 Advanced Semiconductor Engineering, Inc. Semiconductor device package and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
US20240128713A1 (en) 2024-04-18
CN113346350A (zh) 2021-09-03
US20210273403A1 (en) 2021-09-02
US11901694B2 (en) 2024-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105990309B (zh) 封装基板及应用其的封装结构
TWI657603B (zh) 半導體封裝裝置及其製造方法
JP3994346B2 (ja) 発光ダイオードの表面実装方法
EP2654093B1 (en) Package and method for manufacturing package
US20050230844A1 (en) Flip-chip image sensor packages and methods of fabrication
TW201436294A (zh) 具有成側向形態或頂向形態裝置定向之疊層無引線載架封裝的光電子裝置（一）
JP2011146752A (ja) 側面型発光ダイオード及び側面型発光ダイオードの製造方法
JP4565727B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP2020061574A (ja) Ｌｅｄを取り囲む全内部反射レイヤを伴うｌｅｄのためのサブストレート
JP6194426B2 (ja) オプトエレクトロニクス部品およびその製造方法
JP2014099468A (ja) 半導体デバイスの製造方法および半導体デバイス
US20240128713A1 (en) Package structure
TW201044651A (en) Semiconductor light emitting device
TWI559464B (zh) 封裝模組及其基板結構
JP5286122B2 (ja) 半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法
KR101192816B1 (ko) Ｌｅｄ 패키지 및 그 제조방법
US10680033B2 (en) Chip packaging method and chip package
JP4969055B2 (ja) 光通信モジュール
CN115547945A (zh) 一种封装结构及封装方法
JP6620176B2 (ja) 半導体装置
KR20120119396A (ko) 발광소자 모듈 및 그의 제조방법
CN218385260U (zh) 光电封装结构
TW202226690A (zh) 半導體元件封裝結構
TWI813870B (zh) 半導體裝置封裝
TWI751480B (zh) 光電感測封裝結構