TWI422070B - 化合物半導體封裝結構及其製造方法 - Google Patents

Description

化合物半導體封裝結構及其製造方法

本發明係關於一種化合物半導體封裝結構及其製造方法。

化合物半導體例如發光二極體(light emitting diode,LED)與傳統燈泡比較具有較大的優勢，例如體積小、壽命長、省電、無水銀污染等特性。因此，隨著發光效率不斷地提升，發光二極體在某些領域已漸漸取代日光燈與白熱燈泡。舉例來說，需要高速反應的掃描器光源、液晶顯示器的背光源、汽車的儀表板照明光源、交通號誌燈以及一般的照明裝置等都已應用發光二極體。習知發光二極體使用環氧樹脂做為封膠材料。封膠製程通常係以射出成型、轉移成型或鑄造方式完成。固化環氧樹脂封膠具有相對高之硬度，其提供刮傷與磨耗阻力、高剛性、及高初始光傳導性。傳統封膠LED元件具有各種尺寸與類型，如卵形LED燈、圓形LED燈、晶片LED及塑膠引腳晶片承載器(Plastic Leaded Chip Carrier；PLCC)封裝。

圖1A為習知一種化合物半導體封裝結構的俯視圖，圖1B為圖1A沿A至A’面之截面圖。請參照圖1A與圖1B，習知化合物半導體封裝結構100包括一底座部124、一反射杯122、一導線架(lead frame)110、與一化合物半導體晶片130。導線架110包括一第一導腳(lead)112與一第二導腳114，而前述第一導腳112與前述第二導腳114之一部分被包覆於前述底座部124與前述反射杯122之間。前述反射杯122位於前述底座部124之上側並圍繞形成一容置區120。前述化合物半導體晶片130配置於前述容置區120內，且以金屬導線116將前述化合物半導體晶片130分別電性連接至第一導腳112與第二導腳114。另外，前述底座124、反射杯122、容置區120、第一導腳112及第二導腳114即形成一化合物半導體之封裝殼體。

前述化合物半導體封裝殼體之形成可藉由圖2為習知一種化合物半導體封裝殼體之模具說明。模具200具有一方形模穴224即形成一底座部124，其中包含一膠體注入口240。相對於前述方形模穴224為一環形模穴222即形成一反射杯122及一容置區120。前述方形模穴224與環形模穴222之間夾著第一金屬片212與第二金屬片214做為導線架110並延伸出前述模具，且彼此保持一間距。在灌膠及脫模之後，前述第一金屬片212與第二金屬片214由底面兩側邊延伸再彎折並貼附於底座124形成第一導腳112及第二導腳114。

然而導腳112、114與底座部124兩側邊之緊鄰結構易有結構變形之問題發生，影響成品結構與壽命，習知為避免導腳112、114彎折與底座部124彎角處接觸產生應力，或保留提供給各延伸導腳彎折過程之加工空間，底座124臨導腳112、114之兩側邊會加以內縮設計，參閱圖3A可理解習知封裝殼體之底座324臨導腳之轉 折處，與第一導腳312、第二導腳314彎折有一間隙318。另外，為進一步了解前述封裝殼體底座部之外形，參考圖3B為圖3A習知封裝殼體底座之截面圖及圖3C為圖3A習知封裝殼體底座之仰視圖。從圖3B的截面圖僅能表現出前述封裝殼體之底座部內縮之兩側邊，同時配合圖3C的仰式圖可以表現出前述封裝殼體之底座部另兩側邊為垂直面，其中D為前述封裝殼體之底座部之底面部，C和C’為前述封裝殼體之底座部內縮之兩側邊，E為前述封裝殼體之底座部垂直之兩側邊。

不過，近來於該等PLCC之化合物半導體封裝結構，為增益PLCC承載器之耐熱性，進一步對於鑄模之塑料提升為陶瓷塑料。另外，為增益將來發光效益，在塑料中混摻非導電金屬氧化物粉料，例如氧化鎂、氫氧化鎂、二氧化鈦等，以增加封裝殼體表面之光反射效果。由於塑料分料中無機粉料比例增加，以上這些作法將使鑄模成型技術難度增加，尤其成型後封裝殼體脫模難度增加，影響成型成品的良率。參酌另一種習知封裝殼體之模具結構400，如圖4。塑料係由底座部424之注入口440注入，習知封裝殼體結構對於底座部424臨導腳彎折兩側壁的內縮設計亦有利於封裝殼體之初胚自模具脫出，不過隨著塑料無機添料之的增加該結構設計對脫模仍助益仍為有限。

本發明之一目的係為提高化合物半導體封裝結構之製造良率，降低製造成本。

本發明之另一目的係為提高化合物半導體封裝結構之光反射率以 提高元件之出光效率。

鑒於上述之發明背景中，為了符合產業利益之需求，本發明提供一種化合物半導體之封裝結構，包含：一底座，一反射杯設置於所述底座上表面形成一容置區，至少一化合物半導體晶片設置於所述容置區，至少一導線架設置於所述底座上表面與所述反射杯之間以及延伸至所述底座下表面，一封膠填充於所述容置區並覆蓋所述至少一化合物半導體晶片，其改良在於所述底座部四面側壁向內傾且鄰接底座下表面形成一似四方錐形。

本發明還提供一種化合物半導體封裝結構之製造方法，包含：提供一模具具有四方錐形第一模穴及一自所述第一模穴之一側延伸之環形第二模穴，其中所述第一模穴含有一注入口；放置複數片金屬片位於所述第一模穴與所述第二模穴之間，其中所述複數片金屬片之間有一間隔距離並且所述複數片金屬片至少有一端延伸出所述模具；由所述注入口注入塑料填充所述第一模穴及所述第二模穴；冷卻該模具，所述填充於第一模穴中之塑料形成一底座部，所述填充於第一模穴中之塑料形成一反射杯，所述反射杯於所述底座部一側圍設一容置部；打開該模具並且頂出所述底座部及反射杯之一體成型結構；彎折所述複數片金屬片之延伸端貼附於該底座部下表面以形成一導線架；固定至少一化合物半導體晶片於所述容置部；填充一封膠於所述容置部以及覆蓋所述至少一化合物半導體晶片。

100‧‧‧習知化合物半導體封裝結構

110‧‧‧導線架

116‧‧‧導線

112‧‧‧第一導腳

114‧‧‧第二導腳

120‧‧‧容置區

122‧‧‧反射杯

124‧‧‧底座

130‧‧‧化合物半導體晶片

200‧‧‧習知模具

212‧‧‧第一金屬片

214‧‧‧第二金屬片

222‧‧‧環形模穴

224‧‧‧方形模穴

240‧‧‧注入口

312‧‧‧第一導腳

314‧‧‧第二導腳

318‧‧‧間隙

324‧‧‧底座

400‧‧‧習知模具

440‧‧‧注入口

424‧‧‧底座

500‧‧‧化合物半導體封裝結構

510‧‧‧導線架

512‧‧‧第一導腳

514‧‧‧第二導腳

516‧‧‧導線

520‧‧‧封裝殼體

522‧‧‧反射杯

524‧‧‧底座

530‧‧‧化合物半導體晶片

570‧‧‧容置區

582‧‧‧第一內傾角

584‧‧‧第二內傾角

590‧‧‧膠

圖1A為習知一種化合物半導體封裝結構的俯視圖。

圖1B為圖1A習知一種化合物半導體封裝結構之A至A’截面圖。

圖2為習知一種化合物半導體封裝結構之模具。

圖3A為習知另一種化合物半導體封裝結構之封裝殼體的截面圖。

圖3B為圖3A封裝殼體之底座之截面圖。

圖3C為圖3A封裝殼體之底座之仰視圖。

圖4為習知另一種習知封裝殼體之模具結構。

圖5A為本發明化合物半導體之封裝結構之俯視圖。

圖5B為本發明化合物半導體之封裝結構圖5A之B至B’截面圖。

圖5C為本發明化合物半導體之之封裝殼體之截面圖。

圖5D為本發明化合物半導體之封裝殼體之仰視圖。

圖5E及圖5F係為本發明化合物半導體封裝結構之封裝殼體之底座之仰視圖。

圖6係為化合物半導體封裝結構之製造流程圖。

本發明在此所探討的方向為一種化合物半導體封裝結構及其製造方法。為了能徹底地瞭解本發明，將在下列的描述中提出詳盡的步驟及其組成。顯然地，本發明的施行並未限定於化合物半導體之封裝結構及其製造方法之技藝者所熟習的特殊細節。另一方面，眾所周知的組成或步驟並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。本發明的較佳實施例會詳細描述如下，然而除了 這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，且本發明的範圍不受限定，其以之後的專利範圍為準。

本發明提供一種化合物半導體之封裝結構500，請參考圖5A為本發明化合物半導體之封裝結構之俯視圖、圖5B為本發明化合物半導體之封裝結構圖5A之B至B’截面圖以及圖5C為本發明化合物半導體封裝殼體截面圖。封裝結構500包括一封裝殼體520，一化合物半導體晶片530設置於前述封裝殼體520中以及一封膠590。前述封裝殼體520包含一底座524、一反射杯522、第一導腳512及第二導腳514。前述底座524四面側壁向內傾且鄰接底面部形成似四方錐形。前述反射杯部522圍繞於前述底座524之上方形成容置區570。前述形成底座524及反射杯522之塑料可為聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚鄰苯二甲醯胺酯(Polyphthalamide,PPA)、聚對苯二甲酸丁二醇(Polybutylene Terephthalte,PBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)，或是其他以之熱塑性樹脂等。前述塑料可添加非導電金屬氧化物，例如氧化鎂、氫氧化鎂、二氧化鈦等材料增加反射率同時提高元件之出光效率。前述化合物半導體晶片530可為發光二極體、雷射二極體或是光感測晶粒等。前述封膠590之膠材可為環氧樹脂(epoxy)、矽膠(silicone)或氮化物(nitride)等透明膠。再者，前述透明膠材可以摻雜螢光轉換材料使得元件產生白光或是其他所需之顏色。前述之螢光轉換材料可為釔鋁石榴石(YAG)、鋱鋁石榴石(TAG)、硫化物(sulfide)、磷化物(phosphate)、氮氧化物(oxynitride)、矽酸鹽類(silicate)。另外，利用金屬導線 516將化合物半導體晶片530與導線架510進行電性連接。

圖5D係為本發明化合物半導體之封裝結構之仰視圖，前述導線架510貼合前述之底座524上方並延伸至底座524之下方形成第一導腳512及第二導腳514，做為電性連接之功能。前述導線架510為金屬材質，例如為銀(Ag)或是鋁(Al)等可導電材料。再者，請參考圖5E及圖5F係為本發明化合物半導體封裝結構底座524之結構。由圖5E所示，前述底座524四面側壁向內傾，同時參考圖5B和5C，其第一內傾角582(註：底座524底面部和側壁間之夾角)大於95°，與第一內傾角α相對之第二內傾角584亦大於95°，其它二相對內傾角亦大於95°。鄰接底面部524形成似四方錐形。前述底座524除了圖5E結構外，亦可為圖5F所示之結構，將直角改為圓弧狀。

本發明之發光二極體封裝結構除了可節省塑材之使用量外，另外在塑料中添加較高含量之非導電金屬氧化物例如氧化鎂、氫氧化鎂、二氧化鈦等提高元件之出光效率。

為提高非導電金屬氧化物在塑料中之含量以提高元件之出光效率，在製程中更容易完整脫模而使得承載器的製程良率提高，本發明同時提供一種化合物半導體封裝結構之製造方法，請參考圖6係為化合物半導體封裝結構之製造流程圖。

第一步驟602，提供一模具包含一注入口。前述模具包含一第一模穴以及一相對於第一模穴之第二模穴，其中前述第一模穴含有一注入口。前述第一模穴具有一似四方錐形之模型空間形成一底 座，該第二模穴具有一曲面空間形成反射杯。前述模具使用金屬材料可增加模具之硬度及耐熱程度，使得模具耐用而且不會因高溫而變形。

第二步驟604，複數個金屬片置於前述第一模穴與前述第二模穴之間，其中前述複數個金屬片彼此之間有一間隔且至少有一端延伸出前述模具。

第三步驟606，填充塑料。經由前述第一步驟之注入口注入塑料至模具裡。前述塑料可為聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚鄰苯二甲醯胺酯(Polyphthalamide,PPA)、聚對苯二甲酸丁二醇(Polybutylene Terephthalte,PBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)，或是其他以之熱塑性樹脂等。再者可在塑料裡添加非導電金屬氧化物，例如氧化鎂、氫氧化鎂、二氧化鈦等材料增加反射率同時提高元件之出光效率。為考慮各項機械性質測試，包含熔融指數(melting index，MI)、衝擊強度(impact strength)、抗拉強度(tensile strength)以及熱變形溫度等測試，塑料之比例大約為熱塑性樹脂50~99重量百分比%以及非導電金屬氧化物1~50重量百分比%。前述比例可依照需求調整。

第四步驟608，合模。熱塑性樹脂在常溫下通常為顆粒狀，加熱到一定溫度後變成熔融的狀態，將其冷卻後則固化成型。射出成形的原理是將熱塑性樹脂以定量、間歇的方式，自進料漏斗加入，送至加熱管中加熱使其融化後，透過活塞住或推頭向前推進，經過噴嘴射入模具的模穴中。當模穴充滿後，模具的冷卻系統將 塑膠料冷卻成固體，待降低到適當溫度後，即可開模。前述開模所得之模型為一反射杯圍繞出一容置區並位於一底座之一側所形成之一體成型，然後合模繼續下一個射出循環。

第五步驟610，彎折複數個金屬片。經上述開模後，前述複數個金屬片固定在前述底座及前述反射杯之間並延伸出前述底座及前述反射杯兩側，然後利用機械將覆數個金屬片之延伸端貼附於前述底座得到複數個導腳。

第六步驟612，固晶。將至少一化合物半導體晶片設置於前述容置區。前述至少一化合物半導體晶片可為發光二極體、雷射二極體或是光感測晶粒等。

第七步驟614，打線。利用金屬導線將前述至少一化合物半導體晶片與複數個導腳電性連接。

第八步驟616，封膠。前述封膠膠材可為環氧樹脂(epoxy)、矽膠(silicone)或氮化物(nitride)等透明膠。再者，前述透明膠材可以摻雜螢光轉換材料使得元件產生白光或是其他所需之顏色。 前述之螢光轉換材料可為釔鋁石榴石(YAG)、鋱鋁石榴石(TAG)、硫化物(sulfide)、磷化物(phosphate)、氮氧化物(oxynitride)、矽酸鹽類(silicate)。

在塑料裡添加高含量之非導電金屬氧化物雖然可增加發光二極體承載器的光反射率，但是也增加塑料的脆裂性，使得脫模不易而降低承載器之製造良率。

為解決上述問題，本發明在第一步驟602中的模具特別設計一似 四方錐形的底座，因此前述底座的四面皆內傾，使得底座的下面積小於上面積。前述四方錐形的第一內傾角以及第二內傾角的角度大於95°。此特殊形狀可減少底部面積與模具接觸面，有益於後續之脫模。另外前述底座之底面角度趨於緩和，脫模時可降低缺角的情況。

再者，於第三步驟606中必控制模具預熱之溫度與塑料熔融之溫度需要相似，這是要避免填充塑料的過程中因模具溫度較低而降低熔融塑料之溫度使之影響塑料之液態流動性或是提早固化，導致填充不完全。

從本發明手段與具有的功效中，可以得到本發明具有諸多的優點。首先，化合物半導體封裝結構的底座為似四方錐形，一方面在金屬片彎折時保留一加工空間，另一方面減少底座的厚度而提高元件之散熱功能。在製程上，本發明可以提高非導電金屬氧化物在塑料中的含量同時提高製程良率，亦可增加元件之反射率及降低製造成本。

顯然地，依照上面實施例中的描述，本發明可能有許多的修正與差異。因此需要在其附加的權利要求項之範圍內加以理解，除了上述詳細的描述外，本發明還可以廣泛地在其他的實施例中施行。上述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在下述申請專利範圍內。

500‧‧‧化合物半導體封裝

510‧‧‧導線架

512‧‧‧第一導腳

514‧‧‧第二導腳

516‧‧‧導線

522‧‧‧反射杯

524‧‧‧底座

530‧‧‧化合物半導體晶片

570‧‧‧容置區

582‧‧‧第一內傾角

590‧‧‧膠

Claims (6)

1. 一種化合物半導體封裝結構之製造方法，包含：提供一模具具有四方錐形第一模穴及一自所述第一模穴之一側延伸之環形第二模穴，其中所述第一模穴含有一注入口；放置複數片金屬片位於所述第一模穴與所述第二模穴之間，其中所述複數片金屬片之間有一間隔距離並且所述複數片金屬片至少有一端延伸出所述模具；由所述注入口注入塑料填充所述第一模穴及所述第二模穴；冷卻該模具，所述填充於第一模穴中之塑料形成一底座，所述填充於第二模穴中之塑料形成一反射杯，所述反射杯於所述底座一側圍設一容置區，該底座具有一相對該反射杯的表面和四側壁；打開該模具並且頂出所述底座及反射杯之一體成型結構；彎折所述複數片金屬片之延伸端貼附於該底座下表面以形成一導線架；固定至少一化合物半導體晶片於所述容置區；填充一封膠於所述容置區以及覆蓋所述至少一化合物半導體晶片。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之化合物半導體封裝結構之製造方法，其中塑料被填充至所述第一模穴及所述第二模穴時呈熔融狀態。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之化合物半導體封裝結構之製造方法，其中該塑料為聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚鄰苯二甲 醯胺酯(Polyphthalamide,PPA)、聚對苯二甲酸丁二醇(Polybutylene Terephthalte,PBT)或聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之化合物半導體封裝結構之製造方法，其中向所述塑料中添加氧化鎂、氫氧化鎂或二氧化鈦。
5. 根據申請專利範圍第1項所述之化合物半導體封裝結構之製造方法，其中所述底座之一第一內傾角之角度為大於95°，該第一內傾角為底座相對該反射杯的表面和該底座四側壁之一者間之夾角。
6. 根據申請專利範圍第1項所述之化合物半導體封裝結構之製造方法，其中所述底座之與所述第一內傾角相對之一第二內傾角之角度為大於95°，且其它二相對的內傾角度亦大於95°。