TWI429115B - Semiconductor bearing structure - Google Patents

Description

半導體承載結構

本發明係關於一種半導體承載結構，特別是指一種將承載基材形成一導熱區，該導熱區亦能選擇形成於一導熱體上，以形成預定厚度的電供應層者，來具備反射與導電的散熱結構。

近年來，使用銅、鎳、銀、金、鉻應用在半導體基板上構成互連電路的材料，已是相當明顯的趨勢，其中銅、鎳、銀、金、鉻係具有較低的電阻以及較高的電遷移(electromigration)抵抗。其互連處通常係藉由電鍍技術將銅、鎳、銀、金、鉻披覆或析出至形成在基板表面中經粗化之細微凹洞中及表面。

但應用互連技術在發光二極體晶片的基材上的金屬層鮮少有相關技術，本案創作人鑑於發光二極體晶片封裝結構所衍生的各項缺點，乃亟思加以改良創新，終於成功研發完成本件半導體承載結構。

本發明之目的即在於提供一種承載體的反射杯通過使用具有優良導熱性的金屬來形成側壁、並且在該反射杯的底面連接導熱體，從而具有導熱功能半導體承載結構。

本發明之次一目的係在於提供一種可提升散熱面積且具導熱體的半導體承載結構。

本發明之另一目的係在於提供一種內部熱量快速向外傳導以延長其使用壽命的半導體承載結構。

本發明之又一目的係在於提供一種可增加散熱途徑且具散熱結構的半導體承載結構。

本發明之再一目的係在於提供一種可依承載體結構形成一種可自由設計導電線路且具有傳導電性之半導體承載結構；即於提供一種可供自由設計立體導電線路形成電極的創新製程與結構。

可達成上述創作目的之半導體承載結構，係由塑料所製成具有一導熱區之承載體，該承載體於各表面形成一介面層再於上方界定形成一絕緣線路與金屬層，該絕緣線路係位於導熱區所在表面以及由導熱區兩相鄰表面所環繞延伸的環形區域而同時使該承載體之部分表面暴露，以將介面層上的金屬層形成至少二電極，其中該導熱體進而包括黏設一發光二極體晶片，該晶片至少有一接點透過金屬導線連接相對應之金屬層，使晶片的熱能由導熱體迅速導出。

1‧‧‧承載體

11‧‧‧反射杯

12‧‧‧穿孔

13‧‧‧介面層

14‧‧‧絕緣線路

141‧‧‧第一絕緣線路

142‧‧‧第二絕緣線路

15‧‧‧金屬層

16‧‧‧側臂

161‧‧‧分割面

17‧‧‧導熱區

18‧‧‧粗糙面

2‧‧‧導熱體

3‧‧‧晶片

31‧‧‧金屬導線

圖一為本發明半導體承載結構之立體示意圖。

圖二為圖一之側面局部剖面示意圖。

圖三為本發明承載體的導熱區為由一反射杯的立體示意圖。

圖四為本發明的導熱區是承載體於內部設置至少一導熱體的立體示意圖。

圖五為本發明的承載體形成至少一側臂的立體示意圖。

圖六為包含側臂的承載體其導熱區為由一反射杯所形成的立體示意圖。

圖七為包含側臂的承載體其內部設置一導熱體的立體示意圖。

圖八為包含側臂的承載體其導熱區是一導熱體延伸一反射杯的立體示意圖。

圖九為該承載體之立體示意圖。

圖十、圖十A為該承載體進行表面蝕刻或噴砂使表面粗糙化之示意圖。

圖十一為該承載體以無電解電鍍沉積介面層於表面之示意圖。

圖十二為該承載體以雷射技術剝離部份介面層以形成絕緣線路之示意圖。

圖十三為該介面層以電鍍製程或化學沉積導體金屬為金屬層之示意圖。

圖十四為本發明之半導體承載結構之示意圖。

圖十五為具有立體導熱結構與導熱體的承載體其立體示意圖。

圖十六為具有立體導熱結構與導熱體的承載體其形成所需第一絕緣線路與第二絕緣線路之示意圖。

圖十七為具有立體導熱結構與導熱體的承載體於二側形成分割面之示意圖。

圖十八為該半導體承載結構其導熱體黏設一發光二極體晶片之局部立體示意圖。

圖十九為該導熱體之立體示意圖。

圖二十為本發明電子元件其第一製備流程方塊示意圖。

圖二十一為本發明電子元件其第二製備流程方塊示意圖。

請參閱圖一與圖二，本發明所提供較佳實施之半導體承載結構，係由塑料所製成具有一導熱區17之承載體1，該承載體1於各表面形成一介面層13再於上方界定形成一絕緣線路14與金屬層15，該絕緣線路14係位於導熱區17(或導熱區17所在表面)以及由導熱區17兩相鄰表面所環繞延伸的至少一環形區域，而該絕緣線路14同時使該承載體1之部分表面暴露，以將介面層13上的金屬層15形成至少二電極(如正極或負極)；而該承載體1亦能搭配下列結構以提供使用者不同的需求。本發明另一較佳實施之半導體承載結構，係由塑料所製成一承載體1，該承載體1於各表面形成一介面層13再於上方界定形成一絕緣線路14與金屬層15，該絕緣線路14係由兩相鄰表面所環繞延伸的環形區域而同時使該承載體1之部分表面暴露，以將介面層13上的金屬層15形成至少二電極(如正極或負極)。

如圖三所示，本發明第二實施例的承載體1的導熱區17能由一立體導熱結構所形成的反射杯11，該導熱區17能由承載體1四周延伸形成一立體導熱結構，以形成至少一反射面。

如圖四所示，本發明第三實施例的導熱區是承載體1於內部設置的至少一導熱體2，其中該承載體1具有一穿孔12，該導熱體2設於該穿孔12內，使該導熱體2頂部形成反射杯底，而該導熱體2底 部與承載體1底部共同形成一底部結構，使該導熱體2的頂部為具有傳導熱的導熱面。

如圖九所示，本發明第四實施例的承載體1的導熱區17是一導熱體2延伸一立體導熱結構所形成的反射杯11，該反射杯11底部形成一穿孔12，該導熱體2設於該穿孔12內，而該承載體1與該導熱體2間更包含一接觸面，當該導熱體2頂部形成反射杯11底，則能使產生於導熱體2頂部的熱傳導至與導熱體2底部。

如圖五所示，本發明第五實施例的承載體1至少一側延伸形成至少一側臂16，該承載體1與該側臂16於各表面形成一介面層13，再於該承載體1與該側臂16上界定形成一第一絕緣線路141、第二絕緣線路142與金屬層15，當該側臂16分割該承載體1後，接觸承載體1的二側形成分割面161，使該分割面161與第一絕緣線路141、第二絕緣線路142用以形成一環形區域，以將介面層13上的金屬層15形成至少二電極。其中第五實施例承載體1的導熱區17能由一立體導熱結構所形成的反射杯11(如圖六所示)、或該導熱區17是承載體1於內部設置至少一導熱體2(如圖七所示)、或該導熱區17是一導熱體2延伸一立體導熱結構所形成的反射杯11(如圖八所示)，該反射杯11底部形成一穿孔12，該導熱體2設於該穿孔12內。

該承載體1係由單一塑料射出成型，在圖一至圖四與圖九中的承載體1無延伸側臂16，而圖五至圖八的承載體1其至少一側延伸形成至少一側臂16；其中該承載體1的導熱區17能為：(1)一平面，如圖一與圖五所示；或(2)於係承載體1表面傾斜一反射面以形成一反射杯11，且該承載體1表面與反射面界定的夾角是介於10度 ~85度之間，如圖三與圖六所示；或(3)一平面的導熱區17在承載體1的內部設置至少一導熱體2，如圖四與圖七所示；或(4)承載體1的導熱區17是一導熱體2延伸一立體導熱結構所形成的反射杯11，如圖八至圖十所示。以下本發明列舉包含導熱體2的承載體1做一介面層13、絕緣線路14、金屬層15的形成說明。

該介面層13係以無電解電鍍沉積於承載體1之表面，其中經由觸媒活化過的承載體1轉移至無電解電鍍製程後，會在承載體1的表面以形成一層化學鎳或銅金屬介面層13。當承載體1包含有導熱體2，則承載體1與導熱體2之表面上會同時形成一介面層13，如圖十一所示。

如圖十二所示，該絕緣線路14係以雷射技術剝離部份介面層13以形成所需絕緣線路14；其中該雷射主要為二氧化碳(CO2)雷射、銣雅鉻(Nd：YAG)雷射、摻釹釩酸釔晶體(Nd：YVO4)雷射、準分子(EXCIMER)雷射、光纖雷射(Fiber Laser)等雷射電子束，其波長係選自於248nm至10600nm。

如圖十三所示，該金屬層15係以電鍍製程或化學沉積導體金屬作為介面層13之電供應層，該電鍍製程使導體金屬選擇性地沉積於該介面層13上。在該介面層13上所形成之金屬層15可包括與該導熱體2結構材料中相容之任何合適金屬，該導體金屬較佳包括電鍍或化學鍍銅、鎳、銀、金、鉻、化學置換金等所構成之群組之任一者所形成，該金屬層15亦能提高反射杯11的反射率，前述導體金屬為容易得到且能提供一精細顆粒的結構，對於電供應層該精細顆粒結構促進達成一更平滑之表面，進而形成一種可自由設計導電線路及金屬層15，且具有高反射、高導熱之半導體承載結 構，如圖十四所示。

本發明為在結合後的承載體1與導熱體2之表面上以無電解電鍍沉積形成一介面層13，該介面層13上進而包括以雷射技術移除剝離一部份介面層13且環繞該介面層13周圍的絕緣線路14，與分別設於該絕緣線路14兩側的金屬層15，該金屬層15以電鍍製程用於互連承載體1與導熱體2使之連結成一體，且該承載體1與該導熱體2間的接觸面則以金屬層15充填。

請參閱圖十五至圖十七，為具有立體導熱結構與導熱體2的承載體1，在結合後的承載體1與導熱體2之表面上以無電解電鍍沉積形成一介面層13，該介面層13上進而於頂面與底面以雷射技術剝離移除一部份介面層13並延伸超過承載體1的邊緣到側臂16的表面區域內以形成所需第一絕緣線路141與第二絕緣線路142(如圖十六所示)，其後再將承載體1的側臂16分割(或以切割或沖剪方式分離承載體1)，使該承載體1於二側形成分割面161(如圖十七所示)，該分割面161、第一絕緣線路141與第二絕緣線路142用以形成分別設於該絕緣線路14兩側的金屬層15，而該金屬層15以電鍍製程用於互連承載體1與導熱體2使之連結成一體，且該承載體1與該導熱體2具有一接觸面其係以一金屬層15充填。

請參閱圖十九所示，該導熱體2其直徑尺寸為上層小直徑、下層大直徑，進而當導熱體2黏設一發光二極體晶片3，使該晶片3設置於正極金屬層15且至少有一接點透過金屬導線31連接相對應之負極金屬層15，並使晶片3的熱能能由導熱體2底部迅速導出。

本發明半導體承載結構之製備方法的較佳實施例，其係如圖二十 與圖二十一所示，其依序包含塑料射出步驟S1、無電解電鍍步驟S2、導熱體2植入步驟S3(如承載體1無導熱體2則省略該步驟)、雷射絕緣步驟S4、電鍍步驟S5以及分割步驟S6等之步驟，以完成前述半導體承載結構的承載結構的製作，本發明將此一製備方法定義為SPL process(Single-shot Plating and Laser)製程：塑料射出步驟S1，提供至少一平面型態的導熱區17的承載體1、或一立體導熱結構的承載體1、或承載體1具有一穿孔12、或承載體1具有一立體導熱結構連接穿孔12、或至少一側延伸形成至少有一側臂16的承載體1；前述立體導熱結構、穿孔12、側臂16均為模具形狀之變化所形成。該承載體1為由塑料或液晶高分子聚合物材料所射出成型，其中該塑料主要為PA(Polyamide)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、PET、LCP、PC、ABS、PC/ABS等泛用工程塑料。其中該承載體1為包含壇先參雜金屬觸媒的塑料、或包含預先參雜有機物的塑料所製得，該金屬觸媒或有機物主要包括鈀、銅、銀、鐵等；或該承載體1亦能為無參雜金屬觸媒的塑料、或無參雜有機物的塑料所製得。

無電解電鍍步驟S2，於該承載體1上形成一介面層13，並且覆蓋該承載體1，係在前述塑料射出步驟S1後，即產生一胚料之承載體1。如圖二十所示，該承載體1如為包含預先參雜金屬觸媒的塑料、或包含預先參雜有機物的塑料所製得，次之，將承載體1通過無電解電鍍前的蝕刻或噴砂處理及活化處理產生一粗糙面18(如圖十A所示)，讓承載體1表面沉積化學鎳或銅金屬介面層13。圖二十一所示，該承載體1如為無參雜金屬觸媒的塑料、或無參雜有機物的塑料所製得，次之，將承載體1通過無電解電鍍前處 理，使用預浸(Pre-Dip)、化學蝕刻或噴砂的方法使表面粗糙化以產生一粗糙面18，33，承載體1表面施以觸媒化最後再進行表面活化步驟，則進入無電解電鍍，以讓承載體1表面沉積化學鎳或銅金屬。

導熱體2植入步驟S3：為將導熱體2植入承載體1的穿孔12，其方式分別有：(a)埋入式射出、(b)熱融方式植入、(c)超音波方式植入。如採用埋入式射出植入導熱體，則於塑料射出步驟S1時以埋入式射出進行承載體的製作。其中熱融或超音波方式植入可以在塑料射出步驟S1後就植入、或無電解電鍍步驟S2完成或整個電鍍步驟S5完成後植入。

雷射絕緣步驟S4，於該承載體1的介面層13形成一絕緣線路14。當承載體1無側臂16則以雷射於上表面、二側表面及下表面的局部介面層13剝離，使承載體1上形成延伸環繞承載體1的絕緣線路14，如圖十二所示。當承載體1至少一側延伸形成至少一側臂16，則於介面層13形成第一絕緣線路141、第二絕緣線路142，該第一絕緣線路141與第二絕緣線路142為由雷射剝離承載體1表面的介面層13並延伸超過承載體1的邊緣到側臂16的表面區域內，隨後並可依據需求於形成絕緣線路14的介面層13上，如圖十六所示。

電鍍步驟S5，於該承載體1的介面層13或介面層13與導熱體2上形成一金屬層15，而完成該半導體承載結構之製作；為利用電鍍及化學沉積銅、鎳、銀、金、鉻、化學置換金等所構成之群組之任一者所形成的電鍍浴製程沉積金屬層15，而所形成的部分將作為發光晶片3黏著與打線之用，並能提高反射率、或用以傳導電或 熱的物體，如此即可完成半導體承載結構。

分割步驟S6，如圖十七所示，若承載體1有側臂16則將側臂16分割，使側臂16與承載體1間的黏著面161、第一絕緣線路141與第二絕緣線路142將承載體1區隔形成正極與負極以構成承載結構。

本發明所提供之半導體承載結構，與前述引證案及其他習用技術相互比較時，更具有下列之優點：本發明應用此技術所製作的發光體二極體導線架，具有不限數量多寡，可自由設計承載體的反射面形狀，亦可供多顆發光體併排使用，本發明利用電鍍或化學沉積之高利用率來沉積金屬層，具有降低成本且可提供優異電子性能，以及高反射、高導熱面積特性之優點。

本發明半導體承載結構其導熱及反射效果優異，其導熱部份可以經由導熱體將晶片的熱能導出或藉由反射罩將熱導出，而反射部份可以經由反射罩來提升其亮度。

本發明為一體成型無縫隙的半導體承載結構，為承載體植入或埋入導熱體加以金屬化製程、雷射製程與電鍍製程所形成的封裝結構，在覆蓋晶片完成後的封膠製程不會有漏膠之疑慮等優點。且此無縫隙的另一個優點為避免半導體元件因縫隙導致熱漲冷縮或潮濕等效應引起失效，進而提升壽命週期。

綜上所述，本案不但在空間型態上確屬創新，並能較習用物品增進上述多項功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。

1‧‧‧承載體

11‧‧‧反射杯

14‧‧‧絕緣線路

15‧‧‧金屬層

2‧‧‧導熱體

3‧‧‧晶片

31‧‧‧金屬導線

Claims (15)

1. 一種半導體承載結構，係由塑料所製成具有一導熱區之承載體，其中該承載體至少一側延伸形成至少一側臂，該承載體與該側臂於各表面形成一介面層，再於該承載體與該側臂上界定形成一第一絕緣線路、第二絕緣線路與金屬層，該第一絕緣線路係位於導熱區所在表面，當該側臂分割該承載體後，接觸該承載體的二側形成分割面，使該分割面與第一絕緣線路、第二絕緣線路用以形成一環形區域而同時使該承載體之部分表面暴露，以將介面層上的金屬層形成至少二電極。
2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體承載結構，其中該導熱區是一立體導熱結構所形成的反射杯。
3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體承載結構，其中該導熱區是承載體於內部設置至少一導熱體，使該導熱體的頂部為具有傳導熱的導熱面。
4. 如申請專利範圍第1項所述之半導體承載結構，其中該承載體的導熱區是一導熱體延伸一立體導熱結構所形成的反射杯，該反射杯底部形成一穿孔，該導熱體設於該穿孔內，使該導熱體頂部形成反射杯底。
5. 如申請專利範圍第4項所述之半導體承載結構，其中該承載體與導熱體之表面上形成一介面層，該介面層上進而包括移除一部份介面層以形成絕緣線路，與分別設於該絕緣線路兩側的金屬層，該金屬層用於互連承載體與導熱體。
6. 如申請專利範圍第5項所述之半導體承載結構，其中該承載體與該導熱體間更包含一接觸面，該接觸面係以一金屬層充填。
7. 一種半導體承載結構，係由塑料所製成一承載體，其中該承載體至少一側延伸形成至少一側臂，該承載體與該側臂於各表面形成一介面層，再於該承載體與該側臂上界定形成一第一絕緣線路、第二絕緣線路與金屬層，當該側臂分割該承載體後，接觸該承載體的二側形成分割面，使該分割面與第一絕緣線路、第二絕緣線路用以形成一環形區域而同時使該承載體之部分表面暴露，以將介面層上的金屬層形成至少二電極。
8. 如申請專利範圍第1或7項所述之半導體承載結構，其中該承載體與側臂於金屬層形成後，進而經由分割程序將側臂分割。
9. 如申請專利範圍第1或7項所述之半導體承載結構，其中該絕緣線路主要為由雷射剝離承載體表面的介面層並延伸超過承載體的邊緣到側臂的表面區域內以構成一第一絕緣線路與一第二絕緣線路。
10. 如申請專利範圍第1或7項所述之半導體承載結構，其中該承載體為將側臂分割後，使側臂與承載體之間的黏著面、第一絕緣線路與第二絕緣線路將承載體區隔形成至少二電極。
11. 如申請專利範圍第1或7項所述之半導體承載結構，其中該承載體為包含預先參雜金屬觸媒的塑料或液晶高分子聚合物、或包含預先參雜有機物的塑料或液晶高分子聚合物材料所製得，該金屬觸媒或有機物主要包括鈀、銅、銀、鐵。
12. 如申請專利範圍第1或7項所述之半導體承載結構，其中該承載體為無參雜金屬觸媒的塑料或液晶高分子聚合物、或無參雜有機物的塑料或液晶高分子聚合物所製得。
13. 如申請專利範圍第1項所述之半導體承載結構，其中該導熱體進而包括黏設一發光二極體晶片，該晶片至少有一接點透過金屬導線連接相對應之金屬層。
14. 如申請專利範圍第1或7項所述之半導體承載結構，其中該介面層係以無電解電鍍直接沉積於承載體之表面，該絕緣線路係以雷射剝離部份介面層以形成所需絕緣線路，該金屬層係以電鍍或化學法沉積導體金屬於介面層上。
15. 如申請專利範圍第1或7項所述之半導體承載結構，其中該承載體上表面、側表面及下表面的局部介面層進而以雷射剝離以形成絕緣線路，該絕緣線路能將承載體區隔形成至少二電極。