TWI395346B - 發光元件的封裝結構 - Google Patents

Description

發光元件的封裝結構

本發明係有關於一種的發光元件的封裝結構及其製造方法，特別係有關於一種小尺寸、低熱阻的發光元件的封裝結構及其製造方法。

發光二極體(light emitted diode，以下簡稱LED)在照明或顯示應用中扮演重要的角色。LED與傳統光源相比較具有許多優勢，例如體積小、發光效應佳、操作反應速度快。早期LED已廣泛地應用於手機、小型裝置如遙控器等，到近年因高亮度、高功率LED出現，應用範圍擴大至汽車、照明、戶外大型顯示器等產品。由於LED的亮度、功率皆積極提升，並開始用於背光與電子照明等應用後，LED的封裝散熱問題日趨嚴重。習知的LED打線封裝結構的散熱效率不佳，會讓LED產生的熱無法排解，進而使LED的工作溫度上升，因而使發光亮度減弱、封裝材質劣化，進而造成使用壽命衰減。

第1圖為習知的LED封裝結構100，其中LED晶片31係經由焊接或利用導熱膏與矽鑲嵌晶片(silicon sub-mount chip)30連接，經由打線(wire bonding)方式使LED晶片31經由金線32電性連接至導線架34。矽鑲嵌晶片30可再往下連接散熱塊(heat-sinking slug)37。矽密封膠36係用以固定LED晶片31，而透鏡35係設置於矽 密封膠36上。而塑膠外罩38(plastic case)係與導線架34、散熱塊37和矽密封膠36結合，以完成封裝，生產速度無法提升。當發光元件構成畫素陣列以作為照明或顯示用途時，習知的LED封裝結構會因為導線架或外罩(housing)的面積龐大，使每個發光元件的間距無法縮小，因而畫素的連續性差，畫面目視效果不佳。

在此技術領域中，有需要一種小尺寸、低熱阻的發光元件的晶圓級封裝結構及其製造方法。

本發明之一實施例提供一種發光元件的封裝結構，包括：一發光元件晶片；一第一電極層，設置於上述發光元件晶片的第一表面上；一第二電極層，設置於上述發光元件晶片的第二表面上；一蓋板，覆蓋上述發光元件晶片之發光面；一絕緣層，包覆上述發光元件晶片的側面和背面；一第一導線層，電性連接上述第一電極層，並沿著上述絕緣層延伸至上述發光元件晶片的背面；及一第二導線層，電性連接上述第二電極層，其中上述第二導線層位於上述絕緣層上，並沿著上述絕緣層延伸至上述發光元件晶片的背面。

本發明之另一實施例提供一種發光元件的封裝結構的製造方法，包括下列步驟：提供一晶圓，其包括複數個發光元件晶片；一第一電極層，設置於上述發光元件晶片的一表面上；一第二電極層，設置於上述發光元件 晶片的另一表面上；於上述晶圓之上述發光元件晶片的發光面上覆蓋一蓋板；至少移除上述晶圓背面的一部份以形成一溝槽，並露出上述第一電極層及上述第二電極層的接觸面；以及順應性形成至少二條導線層，其自上述溝槽的側壁延伸至上述晶圓的背面，並分別電性連接至上述第一電極層和上述第二電極層的接觸面。

以下以各實施例詳細說明並伴隨著圖式說明之範例，做為本發明之參考依據。在圖式或說明書描述中，相似或相同之部分皆使用相同之圖號。且在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，並以簡化或是方便標示。再者，圖式中各元件之部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式，另外，特定之實施例僅為揭示本發明使用之特定方式，其並非用以限定本發明。

第2a至2c圖為本發明一實施例之發光元件的晶圓級封裝的製程剖面圖。本發明實施例係利用晶圓級封裝(wafer level chip scale package,WLCSP)製程，封裝例如發光二極體(light emitted diode,LED)或雷射二極體(laser diode,LD)等發光元件。其中晶圓級封裝製程主要係指在晶圓階段完成封裝步驟後，再予以切割成獨立的封裝體，然而，在一特定實施例中，例如將已分離的發光元件重新分布在一承載晶圓上，再進行封裝製程，亦可稱 之為晶圓級封裝製程。

請參考第2a圖，提供一晶圓200，其具有複數個發光元件晶片300，每一個發光元件晶片300彼此係以切割道A₁ 和A₂ 區隔。晶圓200的材質可包括透明半導體或介電材料。其中透明半導體材料可包括第三族氮化物半導體(group III nitride semiconductors)(例如GaN)、第三族磷化物半導體(group III phosphide semiconductors)(例如GaP)、第三族砷化物半導體(group III arsenide semiconductors)(例如AlGaAs)、三-五族半導體(例如ZnS、ZnSe、CdSe或CdTe)、碳化矽、鍺、矽或其合金。而介電材料可包括鑽石(dimond)、釔鋁石榴石(yttrium aluminium garnet,YAG)、金屬氧化物(metal oxide)、金屬氟化物(metal fluoride)、光學玻璃(optical glass)、硫系玻璃(chalcogenide glass)。舉例來說，金屬氧化物(metal oxide)可包括氧化鋁(aluminum oxide(藍寶石，sapphire))、氧化鎢(tungsten oxide)、氧化碲(tellurium oxide)、氧化鈦(titanium oxide)、氧化鎳(nickel oxide)、氧化鋯(zirconium oxide，方晶鋯石，cubic zirconia)、氧化銦(indium oxide)、氧化錫(tin oxide)、氧化鈀(barium oxide)、氧化鍶(strontium oxide)、氧化鈣(calcium oxide)、氧化鋅(zinc oxide)、氧化鎵(gallium oxide)、氧化銻(antimony oxide)、氧化鉬(molybdenum oxide)、氧化鉻(chromium oxide)、氧化鉛(lead oxide)或氧化鉍(bismuth oxide)等。舉例來說，金屬氟化物可包括氟化鈣(calcium fluoride)或氟化鎂(magnesium fluoride)等。舉例來說，光學玻璃可包括德國首德玻璃(Schott Glass)之型號為SF57、SF59、SFL56、LaSF、LaSFN9、LaSFN18或LaSFN30的光學玻璃，以及日本小原玻璃(Ohara glass)之型號為PBH71的光學玻璃。而硫系玻璃可包括鍺-鉍-鎵-硫-硒玻璃((Ge,Sb,Ga)(S,Se)glass)。在本發明實施例中，晶圓200的材質可包括氧化鋁(Al₂ O₃ )、砷化鎵(GaAs)、矽(Si)或碳化矽(SiC)等。每一個發光元件晶片300可包括一半導體層202、一第一電極層206和一第二電極層204。半導體層202係形成於晶圓200上。半導體層202可為一具有p型-n型接面(pn junction)的半導體層，其包括至少兩個電性連接的p型區域和n型區域。一第一電極層206，設置於半導體層202上，並電性連接至半導體層202的一表面。舉例來說，第一電極層206可電性連接至半導體層202的p型區域。一第二電極層204，設置於晶圓200的背面201上，並藉晶圓200電性連接至半導體層202的另一表面。舉例來說，第二電極層204可電性連接至半導體層202的n型區域。在一實施例中，上述第一電極層206和第二電極層204係分別電性連接至半導體層202的不同導電類型區域，因此可分別做為發光元件晶片300的p型電極和n型電極。在其他實施例中，也可於半導體層202中設置一反射層(reflector)(圖未顯示)以增加其發光效率。另外，也可於發光元件晶片300中設置光二極體(photo diode)等電子元件(圖未顯示)，且電 性連接至半導體層202，以控制半導體層202的發光亮度。在本發明實施例中，用於發光二極體(LED)或雷射二極體(LD)之半導體層202，其材質可包括第三族氮化物半導體(group III nitride semiconductors)、第三族磷化物半導體(group III phosphide semiconductors)、第三族砷化物半導體(group III arsenide semiconductors)、三-五族元素與磷的化合物或其他類似的材料。舉例來說，半導體層202可包括氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、氮化銦(InN)、氮化硼(BN)、氮化鋁銦(AlInN)、氮化銦鎵(GaInN)、氮化鋁鎵(AlGaN)、氮化硼鋁(BAlN)、氮化硼銦(BInN)、氮化硼鎵(BGaN)、氮化硼鋁鎵銦(BAlGaInN)、磷化鋁(AlP)、磷化鎵(GaP)、磷化銦(InP)、鋁磷化鎵(AlGaP)、磷化銦鎵(GaInP)、磷化砷鎵(GaAsP)、磷化鋁鎵銦(InGaAlP)、氮磷化(GaInPN)、磷砷化銦鎵(GaInAsP)、砷化鋁(AlAs)、砷化鎵(GaAs)、砷化銦(InAs)、砷化鋁鎵(GaAlAs)、砷化鎵銦(GaInAs)、砷化鋁鎵銦(AlGaInAs)、氮砷化銦鎵(GaInAsN)、砷銻化鎵(GaAsSb)等。

然後，於發光元件晶片300上形成一覆有蓋板212之空穴213，覆蓋發光元件晶片300之發光面(例如為半導體層202的上表面)，例如可先於發光元件晶片300的周圍及切割道A₁ 和A₂ 上形成一黏著層208a，再於黏著層上形成一支撐層(dam)210。接著，黏結發光元件晶片300與一蓋板212，其中支撐層210介於第一電極層206與蓋板212之間，以於發光元件晶片300與蓋板212之 間形成一空穴213。在本發明實施例中，黏著層208a可包括例如環氧樹脂(epoxy)、矽樹脂(silicone)或苯環丁烯(benzocyclobutene,BCB)等絕緣材料。支撐層210可包括環氧樹脂(epoxy)、矽樹脂(silicone)或苯環丁烯(benzocyclobutene,BCB)等絕緣材料。蓋板212可使半導體層202產生的光通過而出射至外界，其材質可包括鏡片級玻璃或石英等透明材質(transparent material)，如此可以避免習知發光元件中之傳統封裝膠會因長時間使用而使材質劣化的缺點。

接著，請參考第2b圖，逐步沿切割道A₁ 和A₂ 分離各發光元件晶片300並予以絕緣。例如可利用微影和蝕刻製程等選擇性移除步驟，從晶圓200的背面201移除部分晶圓200，直到露出半導體層202為止，以於切割道A₁ 和A₂ 處先形成溝槽(圖未顯示)。接著，順應性地於晶圓200的背面201和上述溝槽的側面203形成一絕緣層214。例如可利用化學氣相沉積法(CVD)、物理氣相沉積法(PVD)、濺鍍法、印刷法，噴墨法、浸鍍法、噴塗法(spray coating)或旋轉塗佈法形成絕緣層214。在本發明實施例中，絕緣層214的材質可包括環氧樹脂、聚亞醯胺、樹脂、氧化矽、金屬氧化物或氮化矽。

然後，露出位於晶片上方之第一電極層206的一側面207及露出位於晶片下方之第二電極層204的部份下表面。例如可再利用例如微影和蝕刻製程等選擇性移除步驟，移除位於上述溝槽底部的部分絕緣層214、部分支 撐層210、部分黏著層208a以及部分蓋板212，以於切割道A₁ 和A₂ 處形成溝槽220a，並露出第一電極層206的側面207。如第2b圖所示，溝槽220a係從晶圓200的背面201延伸至晶圓200、半導體層202、支撐層210，黏著層208a以及部分蓋板212中。

之後，可再利用例如微影和蝕刻製程等選擇性移除步驟，從晶圓200的背面201移除部分絕緣層214，直到形成露出第二電極層204下表面之介層孔為止。

接著，製作可分別電性連接第一電極層206的側面207和第二電極層204下表面的導電結構。例如以電鍍(electric plating)或化學氣相沉積(CVD)等方式於介層孔中填入導電材料如金屬，以於每一個發光元件晶片300之第一電極層206的下表面形成一介層孔插塞222，在本發明實施例中，介層孔插塞222係做為第二電極層204對外的電性連結。

接著，順應性於晶圓200的背面201與溝槽220a的內壁形成一導電層(圖未顯示)，而在另一實施例中，上述介層插塞222可和導電層一起形成。其次，執行圖案化導電層的步驟，利用例如微影和蝕刻製程等選擇性移除步驟，移除部分位於晶圓200的背面201之導電層，以同時形成複數個導線216和複數個圖案化導電層218。其中導線216係用以提供半導體層202的輸入/輸出(input/output,IO)之電性連接，其中上述導線216係包括第一導線216a和第二導線216b以分別電性連接晶片上 方之第一電極層206和晶片下方之第二電極層204。在另一實施例中，於順應性形成導電層於溝槽220a的內壁時，該導電層可包覆整個晶片之一側面或甚至延伸至相鄰的另一側面，以在不互相短路的情形下幾乎完全包覆整個晶片的側面週圍，因此當使用如鋁之金屬材料時，除了可增加散熱效果外，亦可反射來自晶片的光線，有助於提高發光效率。

其中介層孔插塞222的位置以避開第一導線216a為原則，舉例來說，如第2b圖所示，由於第一電極層206係形成於發光元件晶片300上方之一側邊，而第一導線216a則從同一側邊延伸至晶片下方，因此介層孔插塞222可形成於發光元件晶片300下方之另一側。

之後，於晶圓200下方之導線216和圖案化導電層218表面形成銲球。例如可於晶圓200的背面201與溝槽220a的內壁順應性形成一防銲層(solder mask layer)224，並覆蓋部分導線216和圖案化導電層218，露出預留的終端接觸區域。接著，於露出的終端接觸區域上形成包括銲球226a、226b和226c的球栅陣列(ball grid array)，其中導電用銲球226a和226c係形成於導線216a、216b上，以分別經由導線216a、216b電性連接至第一電極層206和第二電極層204，導熱用銲球226b則形成於圖案化導電層218上，圖案化導電層218的面積可稍大於銲球226b的面積，而銲球226a、226b和226c係共平面。

接著，請參考第2c圖，沿切割道A₁ 和A₂ 切割上述晶圓200，使其分離成多個獨立的發光元件的晶圓級封裝結構500a。

在以下各實施例中，各元件如有與第2a至2c圖所示相同或相似的部分，則可參考前面的相關敍述，在此不做重複說明。

第3a至3c圖為本發明另一實施例之發光元件的晶圓級封裝的製程剖面圖。

請參考第3a圖，於晶圓200與蓋板212之間填充一黏著層208b，其中黏著層208b可先附著於半導體層202或蓋板212上，再予以重疊固化。

接著，請參考第3b圖，形成導電用銲球226a和226c於導線216a、216b上，及導熱用銲球226b於圖案化導電層218上。然後，請參考第3c圖，沿切割道A₁ 和A₂ 切割上述晶圓200，使其分離成多個獨立的發光元件的晶圓級封裝結構500b。

發光元件的封裝結構500a和500b的不同處為封裝結構500b的發光元件晶片300與蓋板212係經由黏著層208b緊密貼合而無空穴。另外，封裝結構500a和500b的銲球226b與銲球226a、226c為同時形成的球栅陣列(ball grid array)，但銲球226b並未電性連接至導線216。在本發明實施例中，銲球226b可視為散熱銲球226b，其數目並無限制，可依製程而定。當發光元件的封裝結構500a或500b操作時，半導體層202所產生的熱可經由散 熱銲球226b導至發光元件的封裝結構500a或500b外。在本發明實施例之發光元件的封裝結構中，由於半導體層202與封裝結構500a或500b外側的距離遠小於習知發光元件的打線型封裝結構，再加上散熱銲球226b直接位於晶圓200背面201之薄絕緣層214下方，而未被印刷電路板隔開，因此可迅速將半導體層202產生的熱導至外界，封裝結構的熱阻可大為降低，因而得以提升發光元件的封裝結構500a和500b的散熱效率和發光元件的可靠度。

此外，在不同實施例中，可以經過改變晶圓200的材質或發光元件晶片300幾何結構以提高發光元件晶片300的發光效率，且降低遮蔽、增加光透率，或強化光折射、反射的利用率。

第4a至4b圖為本發明其他實施例之具有不同發光元件晶片300幾何結構的封裝結構400a和400b的剖面圖。請參考第4a圖，由於半導體層202一般係由多層磊晶層形成，且包括p型磊晶層和n型磊晶層，因此可經由移除部份半導體層202例如p型磊晶層而露出部分n型磊晶層表面，以使封裝結構400a的第一電極層206和第二電極層204a可同時位於晶圓200的同一側(朝上)，且分別電性連接半導體層202的p型區域和n型區域(圖未顯示)，並經由發光元件晶片300的側面203之導線216分別電性連接至焊球226a和226c。在本實施例中，晶圓200的材質可包括或半導體材料或金屬氧化物(metal oxide)，其中半導體材料可包括矽(Si)，而金屬氧化物(metal oxide)可包括氧化鋁(aluminum oxide(藍寶石，sapphire))、氧化鎢(tungsten oxide)、氧化碲(tellurium oxide)、氧化鈦(titanium oxide)、氧化鎳(nickel oxide)、氧化鋯(zirconium oxide，方晶鋯石，cubic zirconia)、氧化銦(indium oxide)、氧化錫(tin oxide)、氧化鈀(barium oxide)、氧化鍶(strontium oxide)、氧化鈣(calcium oxide)、氧化鋅(zinc oxide)、氧化鎵(gallium oxide)、氧化銻(antimony oxide)、氧化鉬(molybdenum oxide)、氧化鉻(chromium oxide)、氧化鉛(lead oxide)或氧化鉍(bismuth oxide)等。如第4a圖所示，由於封裝結構400a的第一電極層206和第二電極層204a不位於同一平面，可經由填充黏著層208c使其平坦化，便於與蓋板212連接而無空隙。

第4b圖係顯示以覆晶(flip-chip)方式形成的封裝結構400b。如第4b圖所示，封裝結構400b的晶圓200的背面201朝上，可利用一黏著層208d和支撐層210黏結晶圓200的背面201與蓋板212，其中支撐層210介於晶圓200與蓋板212之間，以於晶圓200與蓋板212之間形成空穴213a。封裝結構400b的第一電極層206和第二電極層204a位於晶圓200的同一側(朝上)，且分別電性連接半導體層202的p型區域和n型區域，並經由發光元件晶片300的側面203之導線216分別電性連接至焊球226a和226c。在本實施例中，晶圓200的材質可包括 或半導體材料或金屬氧化物(metal oxide)，其中半導體材料可包括矽(Si)，而金屬氧化物(metal oxide)可包括氧化鋁(aluminum oxide(藍寶石，sapphire))、氧化鎢(tungsten oxide)、氧化碲(tellurium oxide)、氧化鈦(titanium oxide)、氧化鎳(nickel oxide)、氧化鋯(zirconium oxide，方晶鋯石，cubic zirconia)、氧化銦(indium oxide)、氧化錫(tin oxide)、氧化鈀(barium oxide)、氧化鍶(strontium oxide)、氧化鈣(calcium oxide)、氧化鋅(zinc oxide)、氧化鎵(gallium oxide)、氧化銻(antimony oxide)、氧化鉬(molybdenum oxide)、氧化鉻(chromium oxide)、氧化鉛(lead oxide)或氧化鉍(bismuth oxide)等。另外，如第4b圖所示，由於封裝結構400b的第一電極層206和第二電極層204b不位於同一平面，可經由填充絕緣層215使其平坦化，使後續形成之焊球226a、226b、226c仍能位於同一平面上。

在其他實施例中，另外也可於晶片300下方製作不同形狀的散熱結構，以達到散熱的目的。

第5a至5b圖為本發明其他實施例之具有散熱焊墊230b的發光元件的封裝結構500c和500d的剖面圖。第6a至6d圖為本發明其他實施例之具有散熱介層孔插塞232的發光元件的封裝結構500e、500f、500g和500h的剖面圖。第7a至7d圖為本發明其他實施例之具有內嵌式散熱材料層234的發光元件的封裝結構500i、500j、500k和500l的剖面圖。請參考第5a至5b圖，其顯示以 第2c和3c圖之發光元件晶片300的幾何結構為實施例的封裝結構500c和500d，可於第一導線216a和第二導線216b形成之後，利用塗佈方式於晶圓200的背面201的部分第一導線216a、第二導線216b和圖案化導電層218上形成例如錫之導電材料的焊墊230a、230b和230c，其中焊墊230a和230c係電性連接至第一導線216a和第二導線216b，而焊墊230b係形成於圖案化導電層218上，而銲墊230a、230b和230c係共平面。在本發明實施例中，焊墊230b可視為散熱焊墊230b。散熱焊墊230b的數目並無限制，由於其總面積可較散熱銲球226b的總面積大，以提供更大的散熱面積及更好的散熱效率。當發光元件的封裝結構500c和500d操作時，半導體層202所產生的熱可經由散熱焊墊230b導至發光元件的封裝結構500c和500d外。在本發明實施例之發光元件的封裝結構中，由於半導體層202與封裝結構500c或500d外側的距離遠小於習知發光元件的打線型封裝結構，再加上散熱銲球226b直接位於晶圓200的背面201之薄絕緣層214下方，而未被印刷電路板隔開，因此可迅速將半導體層202產生的熱導至外界，封裝結構的熱阻可大為降低，因而得以提升發光元件的封裝結構500c和500d的散熱效率和發光元件的可靠度。舉例來說，根據ANSYS公司的ICE PAK分析軟體模擬分析發光元件的封裝結構500d的散熱行為，並以高功率發光二極體(發光功率大於1W)做為半導體層202，可推知熱阻(thermal resistance)值約為0.08 K/W，其值遠小於目前習知具有導線架之發光元件的打線封裝結構5K/W之熱阻值。由上述模擬可知，本發明實施例的發光元件的封裝結構具有良好的散熱特性。

第6a至6b圖為本發明其他實施例之具有散熱介層孔插塞232的發光元件的封裝結構500e和500f的剖面圖。請參考第6a至6b圖，其顯示以第4a圖之發光元件晶片300的幾何結構為實施例的封裝結構500c和500d，可於導線216和圖案化導電層218形成之前，以例如雷射鑽孔等方式，從晶圓200的背面201移除部分絕緣層214和部分晶圓200，以於晶圓200中形成複數個介層孔(圖未顯示)。之後，再以例如電鍍(electric plating)或化學氣相沉積(CVD)等方式於介層孔中填入導電金屬，以於晶圓200a中形成介層孔插塞232。在本發明實施例中，介層孔插塞232可視為散熱介層孔插塞232，其係從晶圓200的背面201延伸至該晶圓200中，並連接至銲球226a、226b、226c或焊墊230a、230b、230c，可提供另一種從晶圓200中至發光元件的封裝結構500e、500f、500g和500h外的散熱路徑，可更快速地將半導體層202所產生的熱經由散熱介層孔插塞232至銲球226a、226b、226c或焊墊230a、230b、230c導至發光元件的封裝結構500e和500f外。在本發明實施例之發光元件的封裝結構中，由於半導體層202與封裝結構500e或500f外側的距離遠小於習知發光元件的打線型封裝結構，再加上散熱 介層孔插塞232、銲球226a、226b、226c或焊墊230a、230b、230c直接位於晶圓200的背面201之薄絕緣層214下方，而未被印刷電路板隔開，因此可迅速將半導體層202產生的熱導至外界，封裝結構的熱阻可大為降低，因而得以提升發光元件的封裝結構500e和500f的散熱效率和發光元件的可靠度。

第7a至7d圖為本發明其他實施例之具有內嵌式散熱材料層234的發光元件的封裝結構500i、500j、500k和500l的剖面圖。請參考第7a至7d圖，其顯示以第2c和3c圖之發光元件晶片300的幾何結構為實施例的封裝結構500i、500j、500k和500l，可於形成絕緣層214之前，於第二電極層204的下方形成一散熱材料層234。可利用電鍍(electric plating)或物理氣相沉積等方式形成例如金屬之散熱材料層234。散熱材料層234內嵌於發光元件的封裝結構500i、500j、500k和500l中，且介於第二電極層204與絕緣層214之間，可提供另一種從晶圓200a至發光元件的封裝結構500i、500j、500k和500l外的散熱路徑，當發光元件的封裝結構500i、500j、500k和500l操作時，半導體層202所產生的熱可經由散熱材料層234至散熱銲球226b或散熱焊墊230b導至發光元件的封裝結構500i、500j、500k和500l外。由於半導體層202與封裝結構500e或500f外側的距離遠小於習知發光元件的打線型封裝結構，再加上散熱材料層234、散熱銲球226b或散熱焊墊230b直接位於晶圓200的背面201之薄絕緣 層214下方，而未被印刷電路板隔開，因此可迅速將半導體層202產生的熱導至外界，封裝結構的熱阻可大為降低，因而得以提升發光元件的封裝結構500i、500j、500k和500l的散熱效率和發光元件的可靠度。

其中當散熱材料層234亦為導電材料時，導電插塞222可停止於散熱材料層234表面而不必接觸下電極204。

第8a至8d圖為本發明其他實施例之具有螢光層236a和236b的發光元件的封裝結構500m、500n、500o和500p的剖面圖，其可為白色或其他彩色之發光二極體的封裝結構，使上述發光二極體產生白光或其他彩色光。請參考第8a至8d圖，其顯示以第2c和3c圖之發光元件晶片300的幾何結構為實施例的封裝結構500m、500n、500o和500p，可於黏結晶圓200與蓋板212之前，於發光元件晶片300與蓋板212之間形成一螢光層236a或236b。如第8a和8c圖所示，可利用塗佈(coating)等方式，將例如磷之螢光粉覆蓋於蓋板212面對於發光元件晶片300的表面上，以形成螢光層236a，再黏結晶圓200與蓋板212，以形成具有空穴213之發光元件的封裝結構500m和500o，其中螢光層236a係連接於蓋板212，且與發光元件晶片300相隔一距離。甚至，在其他實施例中，也可將螢光粉均勻分佈於支撐層210中，使支撐層210也具有螢光層的功能，以增加發光元件的封裝結構的發光效率。或者，如第8b和8d圖所示，可將例如 磷之螢光粉與例如環氧樹脂(epoxy)或矽樹脂之光學膠混合，使螢光粉均勻分佈於光學膠中。接著可利用塗佈(coating)等方式，將上述具有螢光粉之光學膠覆蓋於發光元件晶片300上，以形成螢光層236b，再黏結晶圓200a與蓋板212，以形成不具有空穴之發光元件的封裝結構500n和500p，其中螢光層236b係填充於發光元件晶片300與蓋板212之間。在如第8b和8d圖所示之實施例中，由於螢光層236b係為包含螢光粉之一膠體層(glue layer)，也可直接取代黏著層208b而用以黏結發光元件晶片300與蓋板212。上述具有螢光層的發光元件的封裝結構中的散熱結構也可如第6a至6b圖或第7a至7d圖所示之介層孔插塞232或散熱材料層234。

第9圖為本發明其他實施例之具有微透鏡結構238a的發光元件的封裝結構500q的剖面圖。請參考第9圖，其顯示以第2c圖之發光元件晶片300的幾何結構為實施例的封裝結構500q，可於黏結晶圓200與蓋板212之前，於發光元件晶片300上形成一微透鏡結構238a，且介於發光元件晶片300與蓋板212之間，藉此可增加導引或聚焦來自發光元件晶片300之光線的功能，因此亦通用於發光元件晶片陣列之設計。如第9圖所示之微透鏡結構238a係位於空穴213中，且對應發光元件晶片300。上述微透鏡結構238a可依客製化要求而設置。上述具有微透鏡結構238a的發光元件的封裝結構中的散熱結構也可搭配如第6a至6b圖或第7a至7d圖所示之介層孔插 塞232或散熱材料層234。另外，上述具有微透鏡陣列238a的發光元件的封裝結構，也可於發光元件晶片300與蓋板212之間設置如第8a至8d圖所示螢光層236a，或直接設覆蓋於微透鏡結構238a之上。

第10a至10d圖為本發明其他實施例之具有透鏡結構240的發光元件的封裝結構500u、500v、500w和500x的剖面圖。請參考第10a至10d圖，其顯示以第2c和3c圖之發光元件晶片300的幾何結構為實施例的封裝結構500u、500v、500w和500x，可於形成封裝結構500u、500v、500w和500x之後，於蓋板212上選擇性地形成透鏡結構240。上述透鏡結構240可依客製化要求而設置。上述具有透鏡結構240的發光元件的封裝結構中的散熱結構也可搭配如第6a至6b圖或第7a至7d圖所示之介層孔插塞232或散熱材料層234。另外，上述具有透鏡結構240的發光元件的封裝結構，也可於於發光元件晶片300與蓋板212之間設置如第8a至8d圖所示之螢光層236a或236b。

第11a和11b圖為本發明其他實施例之具有反光元件242的發光元件的封裝結構500y和500z的剖面圖，其係應用於具有空穴213之發光元件的封裝結構。請參考第11a和11b圖，其顯示以第2c圖之發光元件晶片300的幾何結構為實施例的封裝結構500y和500z，可於黏結晶圓200與蓋板212之前，於支撐層210上覆蓋一層例如金屬或介電質之反射層，以於鄰近空穴213的側壁上 形成一反光元件242，其中，反光元件242亦可傾斜一既定的角度。由於反光元件242可擋住半導體層202原本可能射入支撐層210的的部分光線(如第11a和11b圖的箭頭所示)，並反射至半導體層202正上方的區域，再穿過蓋板212出射到外界，因此上述反光元件242可提升半導體層202的發光效率。或者，在其他實施例中，也可於支撐層210中摻入介電材料或利用上述介電材料做為支撐層210，藉由支撐層210和空穴213之間之不同介電係數差而具有反光功能，同樣也可提升半導體層202的發光效率。

本發明實施例之發光元件的封裝結構包括一發光元件晶片300，其包括一半導體層202；一介電層204，覆蓋於上述半導體層202；一電極層206，設置於上述介電層204上，並電性連接至上述半導體層202；一蓋板212，設置於上述發光元件晶片300上；一導線216，順應性設置於上述發光元件晶片300的側面203和背面201上，並電性連接至上述電極層206。

本發明實施例之發光元件的封裝結構係具有以下優點。發光元件係搭配封裝結構製程，封裝結構尺寸遠小於習知發光元件打線(wire bond,WB)型封裝結構。當發光元件構成畫素陣列以作為照明或顯示用途時，本發明實施例之發光元件的封裝結構可使每個發光元件的間距縮小，可增加畫素的連續性，使畫面目視效果更佳。本發明實施例之發光元件的封裝結構可一次完成多個發光 元件晶片之導線、散熱結構、螢光層、微透鏡陣列等元件製作，再切割為多個獨立的發光元件的封裝結構，不須習知發光元件打線型封裝結構外加之導線架(leadframe)或打金線，可較習知製程簡單且快速，其生產速度相對而言較快，元件測試(testing)製程速度也可大為提升。本發明實施例之發光元件的封裝結構中，由於發光元件晶片至封裝結構外側的距離遠小於習知發光元件的打線型封裝結構，再加上散熱材料層、散熱銲球或散熱焊墊等散熱結構直接位於晶圓的背面下方，而未被印刷電路板隔開，因此可迅速將發光元件晶片產生的熱導至外界，封裝結構的熱阻可大為降低，因而得以提升發光元件的封裝結構的散熱效率和發光元件的可靠度。

雖然本發明已以各實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此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‧‧‧LED封裝結構

31‧‧‧LED晶片

30‧‧‧矽鑲嵌晶片

32‧‧‧金線

34‧‧‧導線架

37‧‧‧散熱塊

56‧‧‧矽密封膠

35‧‧‧透鏡

38‧‧‧塑膠外罩

200‧‧‧晶圓

201‧‧‧背面

202‧‧‧半導體層

203、207‧‧‧側面

204、204a、204b‧‧‧第二電極層

206‧‧‧第一電極層

208a、208b、208c、208d‧‧‧黏著層

210‧‧‧支撐層

212‧‧‧蓋板

213、213a‧‧‧空穴

214、215‧‧‧絕緣層

216‧‧‧導線

216a‧‧‧第一導線

216b‧‧‧第二導線

218‧‧‧圖案化導電層

220a、220b‧‧‧溝槽

224‧‧‧防焊層

226a、226b、226c‧‧‧焊球

230a、230b、230c‧‧‧散熱墊

222、232‧‧‧介層孔插塞

234‧‧‧散熱材料層

236a、236b‧‧‧螢光層

238a、238b‧‧‧微透鏡結構

240‧‧‧透鏡結構

242‧‧‧反光元件

300‧‧‧發光元件晶片

400a、400b、500a、500b、500c、500d、500e、500f、500i、500j、500k、500l、500m、500n、500o、500p、500q、 500u、500v、500w、500x、500y、500z‧‧‧發光元件的封裝結構

A₁ 、A₂ ‧‧‧切割道

第1圖為習知的LED封裝結構。

第2a至2c圖為本發明一實施例之發光元件的晶圓級封裝的製程剖面圖。

第3a至3c圖為本發明另一實施例之發光元件的晶圓級封裝的製程剖面圖。

第4a至4b圖為本發明其他實施例之具有不同發光元件晶片幾何結構的封裝結構的剖面圖。

第5a至5b圖為本發明其他實施例之具有散熱焊墊的發光元件的封裝結構的剖面圖。

第6a至6b圖為本發明其他實施例之具有散熱介層孔插塞的發光元件的封裝結構的剖面圖。

第7a至7d圖為本發明其他實施例之具有內嵌式散熱材料層的發光元件的封裝結構的剖面圖。

第8a至8d圖為本發明其他實施例之具有螢光層的發光元件的封裝結構的剖面圖。

第9圖為本發明其他實施例之具有微透鏡陣列的發光元件的封裝結構的剖面圖。

第10a至10d圖為本發明其他實施例之具有透鏡結構的發光元件的封裝結構的剖面圖。

第11a至11b圖為本發明其他實施例之具有反光元件的發光元件的封裝結構的剖面圖。

200‧‧‧晶圓

201‧‧‧背面

202‧‧‧半導體層

203、207‧‧‧側面

204‧‧‧第二電極層

206‧‧‧第一電極層

208a‧‧‧黏著層

210‧‧‧支撐層

212‧‧‧蓋板

213‧‧‧空穴

214‧‧‧絕緣層

216‧‧‧導線

216a‧‧‧第一導線

216b‧‧‧第二導線

218‧‧‧圖案化導電層

220a‧‧‧溝槽

222‧‧‧介層孔插塞

224‧‧‧防焊層

226a、226b、226c‧‧‧焊球

300‧‧‧發光元件晶片

500a‧‧‧發光元件的封裝結構

A₁ 、A₂ ‧‧‧切割道

Claims (9)

1. 一種發光元件的封裝結構，包括：一基板，其作為支撐一發光元件晶片的一承載座，其中該基板和該發光元件晶片分別具有一基板側邊和一晶片側邊；一第一電極層，設置於該發光元件晶片的一第一表面上；一第二電極層，設置於該基板的一第二表面上，其中該第一表面和該第二表面不共平面，且該第一表面相反於該第二表面；一第一導線層，電性連接該第一電極層；及一第二導線層，電性連接該第二電極層，其中該第一導線層與該第二導線層皆沿著該晶片側邊和該基板側邊形成。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件的封裝結構，其中該第一導線層或該第二導線層的至少一個更延伸至該基板下方。
3. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件的封裝結構，其中該第一導線層或該第二導線層的至少一個順應性沿該晶片側邊和該基板側邊形成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件的封裝結構，更包括；一蓋板，設置於該發光元件晶片之一發光面上；及一絕緣層，覆蓋該晶片側邊和該基板側邊。
5. 如申請專利範圍第4項所述之發光元件的封裝結構，更包括一間隔結構，環繞該發光元件晶片的一發光面。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發光元件的封裝結構，更包括一反光元件，設置於該間隔結構的內側壁或外側壁上。
7. 一種發光元件的封裝結構，包括：一基板，其作為支撐一發光元件晶片的一承載座，其中該基板和該發光元件晶片分別具有一基板側邊和一晶片側邊；一第一電極層，設置於該發光元件晶片的一第一表面上；一第二電極層，設置於該基板的一第二表面上，其中該第一表面和該第二表面不共平面，且該第一表面相反於該第二表面；一第一導線層，電性連接該第一電極層；及一第二導線層，電性連接該第二電極層，其中該第一導線層與該第二導線層皆順應性沿著該晶片側邊和該基板側邊形成，且更延伸至該基板下方。
8. 一種發光元件的封裝結構，包括：一基板，其作為支撐一發光元件晶片的一承載座，其中該基板和該發光元件晶片分別具有一基板側邊和一晶片側邊；一第一電極層，設置於該發光元件晶片的一第一表 面上；一第二電極層，設置於該發光元件晶片的一第二表面上，其中該第一表面和該第二表面不共平面；一第一導線層，電性連接該第一電極層；一第二導線層，電性連接該第二電極層，其中該第一導線層或該第二導線層的至少一個係沿著該晶片側邊和該基板側邊形成；一蓋板，設置於該發光元件晶片之一發光面上；一絕緣層，覆蓋該晶片側邊和該基板側邊；及一間隔結構，環繞該發光元件晶片的該發光面。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光元件的封裝結構，其中該第一表面和該第二表面係形成於該發光元件晶片的該發光面上或形成於該發光元件晶片相反的表面上。