TWI441358B - 晶片封裝結構及其製造方法 - Google Patents

Description

晶片封裝結構及其製造方法

本發明係有關於一種晶片封裝結構及其製造方法，特別有關於一種利用複合式軟性薄膜結構形成的晶片封裝結構。

習知的發光二極體(light-emitting diode，簡稱LED)晶片的封裝方法是將發光二極體晶片黏著在導線架(lead frame)上，利用打線接合(wire bonding)的方式讓晶片上的電極與導線架上的接點(contact)產生電性連接，然後利用點膠的方式在發光二極體晶片上塗佈螢光粉。

然而，以點膠方式進行螢光粉的塗佈時，容易因為螢光粉沈澱而產生矽膠與螢光粉分離脫層的現象，並且在進行螢光粉膠體的烘烤時也容易造成螢光粉沈降，無法準確地控制螢光粉的分佈位置，導致傳統的發光二極體晶片的封裝製程之良率降低。

此外，利用打線接合的方式電性連接晶片上的電極與導線架上的接點，其導線容易受到應力作用而斷線，使得傳統的發光二極體晶片的封裝結構之信賴性不佳。

本發明之實施例提供晶片封裝結構及其製造方法，其可以克服上述的問題，利用複合式軟性薄膜結構形成晶片封裝結構，晶片的電極與基板的接點之間不需打線，而是利用軟性圖案化薄膜電路層產生電性連接，因此無斷線問題。

此外，複合式軟性薄膜結構中的軟性螢光粉薄膜層可以控制螢光粉的分佈與含量，提高發光二極體晶片的封裝製程之良率。另外，複合式軟性薄膜結構中的軟性透光導熱絕緣層還可以增加晶片的散熱路徑，而軟性透光隔熱層則可以降低熱傳導至螢光粉，延長螢光粉的壽命。

依據本發明之實施例，晶片封裝結構包括：晶片設置於基板上，其中晶片具有至少一電極設置於晶片的頂部表面上；軟性透光導熱絕緣層順應性地覆蓋於晶片和基板上，且暴露出晶片的電極；以及軟性圖案化薄膜電路層順應性地設置於透光導熱絕緣層上，且軟性圖案化薄膜電路層與晶片的電極接觸。

依據本發明之實施例，晶片封裝結構的製造方法包括：形成複合式軟性薄膜結構，此複合式軟性薄膜結構的形成步驟包括：提供載板，形成軟性透光導熱絕緣層於載板上，其中軟性透光導熱絕緣層具有至少一開口，形成軟性圖案化薄膜電路層於軟性透光導熱絕緣層上，且填平軟性透光導熱絕緣層的開口，以及將複合式軟性薄膜結構從載板上剝離；提供固著於基板上的晶片，其中晶片具有至少一電極形成於晶片的頂部表面上；以及貼附複合式軟性薄膜結構於晶片上，其中軟性透光導熱絕緣層面對晶片，而填平軟性透光導熱絕緣層的開口的軟性圖案化薄膜電路層接觸晶片的電極。

為了讓本發明之上述目的、特徵、及優點能更明顯易懂，以下配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1A至1C圖顯示依據本發明之一實施例，形成晶片封裝結構500的各階段之剖面示意圖，在此實施例中，晶片為發光二極體晶片，因此晶片封裝結構500需要有螢光粉層形成在晶片上。

參閱第1A圖，首先提供載板100，例如為塑膠基板或金屬基板，在載板100上依序形成軟性透光導熱絕緣層102、軟性圖案化薄膜電路層104、軟性透光隔熱層106以及軟性螢光粉薄膜層108，這四層薄膜組成複合式軟性薄膜結構200，這四層薄膜的材料及形成方法如下所述。

在載板100上先形成軟性透光導熱絕緣層102，並且對軟性透光導熱絕緣層102進行物理或化學蝕刻製程，在軟性透光導熱絕緣層102中形成複數個貫穿的開口。軟性透光導熱絕緣層102的材料可以是氧化鋁(Al₂ O₃ )粉、氮化鋁(AlN)粉或碳化矽(SiC)粉分散於透明高分子材料中，透明高分子材料例如為環氧樹脂(epoxy resin)、矽膠(silicone)或聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，簡稱PMMA)，可利用塗佈製程將軟性透光導熱絕緣層102塗佈在載板100上。在一實施例中，軟性透光導熱絕緣層102的厚度約為80μm。

在軟性透光導熱絕緣層102上形成軟性圖案化薄膜電路層104，且填平軟性透光導熱絕緣層102的開口。軟性圖案化薄膜電路層104的材料例如為金屬，在一實施例中，可藉由沈積、微影與蝕刻製程形成軟性圖案化薄膜電路層104。在其他實施例中，也可以利用印刷製程直接形成軟性圖案化薄膜電路層104。在一實施例中，軟性圖案化薄膜電路層104的厚度約為30μm。

在軟性圖案化薄膜電路層104上形成軟性透光隔熱層106，軟性透光隔熱層106的材料為低熱傳導性的透明高分子材料，例如為環氧樹脂、矽膠或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，可利用塗佈製程或卷對卷(roll to roll)製程在軟性圖案化薄膜電路層104上形成軟性透光隔熱層106。在一實施例中，軟性透光隔熱層106的厚度約為80μm。

在軟性透光隔熱層106上形成軟性螢光粉薄膜層108，可藉由將螢光粉混合在透明彈性薄膜內部或噴塗在透明彈性薄膜表面而形成軟性螢光粉薄膜層108，透明彈性薄膜的材料例如為環氧樹脂、矽膠或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，螢光粉可分佈於軟性螢光粉薄膜層108的局部或全部區域內，並且可用對稱或不對稱的方式將螢光粉分佈在軟性螢光粉薄膜層108中。軟性螢光粉薄膜層108可以是單層或多層薄膜結構，可利用卷對卷(roll to roll)製程或塗佈製程形成軟性螢光粉薄膜層108。在一實施例中，軟性螢光粉薄膜層108的厚度約為50μm。

參閱第1B圖，將載板100移除，得到複合式軟性薄膜結構200。在一實施例中，可將複合式軟性薄膜結構200從載板100上剝離。在其他實施例中，也可將載板100蝕刻移除而得到複合式軟性薄膜結構200。

接著，提供固著於基板300上的晶片302，基板300例如為導線架(lead frame)，在此實施例中，晶片302為具有平台(mesa)結構的發光二極體晶片，其具有電性相反的兩個電極304和306形成於晶片的頂部表面上。例如發光二極體晶片302的結構可以是包括基板，N型氮化鎵層位於基板上，主動層位於N型氮化鎵層的一部分上而裸露部分N型氮化鎵層，P型氮化鎵層位於主動層上，透明導電層位於P型氮化鎵層上。然後，在透明導電層的特定部位上形成電極304，在裸露的N型氮化鎵層形成電極306。

將複合式軟性薄膜結構200中的軟性透光導熱絕緣層102面對晶片302，並且填在軟性透光導熱絕緣層102的開口103中的軟性圖案化薄膜電路層104的接觸部104A、104B、104C、104D分別對準晶片302的電極304和306以及基板300上的兩個接點(未繪出)，利用貼附製程400將複合式軟性薄膜結構200貼附至晶片302和基板300上，貼附製程400可利用真空吸著402方式進行，如第1B圖所示，利用基板300的孔洞308進行抽真空，或者可使用黏著劑將複合式軟性薄膜結構200貼附至晶片302和基板300上，在一實施例中，軟性透光導熱絕緣層102可作為黏著層，藉由軟性透光導熱絕緣層102將複合式軟性薄膜結構200黏著在晶片302和基板300上。

於貼附製程400之後，複合式軟性薄膜結構200順應性地形成在晶片302和基板300上，並且軟性圖案化薄膜電路層104的接觸部104A、104B、104C、104D分別接觸晶片302的電極304和306以及基板300上的兩個接點，完成如第1C圖所示之晶片封裝結構500。

可依據晶片封裝體的設計決定基板300的孔洞308是否要封起來，若要封住孔洞308，可以使用環氧樹脂、矽膠或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等材料填補孔洞308。

第2A至2C圖顯示依據本發明之另一實施例，形成晶片封裝結構500的各階段之剖面示意圖，在此實施例中，晶片為垂直式(vertical)發光二極體晶片。

參閱第2A圖，在載板100上依序形成軟性透光導熱絕緣層102、軟性圖案化薄膜電路層104、軟性透光隔熱層106以及軟性螢光粉薄膜層108，這四層薄膜組成複合式軟性薄膜結構200。第2A圖的複合式軟性薄膜結構200與第1A圖的差異在於其中軟性透光導熱絕緣層102只具有一個開口，並且軟性圖案化薄膜電路層104的圖案也因為配合垂直式晶片而與第1A圖不同。在此實施例中，由於封裝的晶片為發光二極體晶片，因此複合式軟性薄膜結構200需要具有軟性螢光粉薄膜層108。在其他實施例中，封裝的晶片也可以是垂直式齊納(Zener)二極體晶片，因此複合式軟性薄膜結構200可以不含有軟性透光隔熱層106和軟性螢光粉薄膜層108。

參閱第2B圖，將載板100移除，得到複合式軟性薄膜結構200。接著，提供固著於基板300上的晶片302，在此實施例中，晶片302為垂直式發光二極體晶片，其只具有一個電極304形成於晶片的頂部表面上。例如垂直式發光二極體晶片302含有金屬基板(或可導電基板)，第一型半導體磊晶層位於金屬基板(或可導電基板)上，主動層位於第一型半導體磊晶層上，第二型半導體磊晶層位於主動層上，電極304位在第二型半導體磊晶層上，其中第一型半導體磊晶層可為P型氮化鎵層、第二型半導體磊晶層可為N型氮化鎵層，或是第一型半導體磊晶層可為N型氮化鎵層、第二型半導體磊晶層可為P型氮化鎵層，但並不以此為限。

將複合式軟性薄膜結構200中的軟性透光導熱絕緣層102面對晶片302，並且填在軟性透光導熱絕緣層102的開口103中的軟性圖案化薄膜電路層104的接觸部104D對準基板300上的一個接點(未繪出)，利用貼附製程400將複合式軟性薄膜結構200貼附至晶片302和基板300上，貼附製程400可利用真空吸著402方式進行或者使用黏著劑。

於貼附製程400之後，複合式軟性薄膜結構200順應性地形成在晶片302和基板300上，並且軟性圖案化薄膜電路層的一部份接觸晶片302的電極304，軟性圖案化薄膜電路層104的接觸部104D則接觸基板300上的接點，完成如第2C圖所示之晶片封裝結構500。

可依據晶片封裝體的設計決定基板300的孔洞308是否要封起來，若要封住孔洞308，可以使用環氧樹脂、矽膠或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等材料填補孔洞308。

依據本發明之實施例，利用複合式軟性薄膜結構200進行晶片302的封裝不需要打線，藉由軟性圖案化薄膜電路層104即可使得晶片302上的電極304和306與基板300上的接點產生電性連接，因此不會有斷線問題發生。

此外，複合式軟性薄膜結構200中的軟性透光導熱絕緣層102可以增加晶片302的散熱路徑，還可以電性隔絕晶片302與軟性圖案化薄膜電路層104。複合式軟性薄膜結構200中的軟性透光隔熱層106則可以減少晶片302的熱傳導至軟性螢光粉薄膜層108，有助於延長螢光粉的壽命。

另外，使用軟性螢光粉薄膜層108可以精確控制螢光粉分佈的品質，例如可先以藍光光源對軟性螢光粉薄膜層108的螢光粉含量及薄膜厚度進行確認，然後再調整螢光粉的添加量及薄膜形成的厚度，藉此可大幅地提高發光二極體晶片封裝的良率。同時，藉由軟性螢光粉薄膜層108的設計，可以減少不必要的螢光粉耗損，並且可以控制晶片302的正面與側面受光激發的螢光粉的比例。

雖然本發明已揭露較佳實施例如上，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為準。

100．．．載板

102．．．軟性透光導熱絕緣層

104．．．軟性圖案化薄膜電路層

104A、104B、104C、104D．．．接觸部

106．．．軟性透光隔熱層

108．．．軟性螢光粉薄膜層

200．．．複合式軟性薄膜結構

300．．．基板

302．．．晶片

304、306．．．電極

308．．．基板孔洞

400．．．貼附製程

402．．．抽真空

500．．．晶片封裝結構

第1A至1C圖係顯示依據本發明之一實施例，形成晶片封裝結構的各階段之剖面示意圖，其中晶片為具平台結構的發光二極體晶片。

第2A至2C圖係顯示依據本發明之一實施例，形成晶片封裝結構的各階段之剖面示意圖，其中晶片為垂直式發光二極體晶片。

102．．．軟性透光導熱絕緣層

104．．．軟性圖案化薄膜電路層

104A、104B、104C、104D．．．接觸部

106．．．軟性透光隔熱層

108．．．軟性螢光粉薄膜層

200．．．複合式軟性薄膜結構

300．．．基板

302．．．晶片

304、306．．．電極

308．．．基板孔洞

400．．．貼附製程

402．．．抽真空

Claims (22)

1. 一種晶片封裝結構，包括：一晶片，設置於一基板上，其中該晶片具有至少一電極設置於該晶片的一頂部表面上；一軟性透光導熱絕緣層，順應性地覆蓋於該晶片和該基板上，且暴露出該晶片的該電極；以及一軟性圖案化薄膜電路層，順應性地設置於該透光導熱絕緣層上，且該軟性圖案化薄膜電路層與該晶片的該電極接觸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之晶片封裝結構，其中該晶片包括發光二極體晶片或齊納二極體晶片。
3. 如申請專利範圍第2項所述之晶片封裝結構，其中該晶片為發光二極體晶片，且該晶片封裝結構更包括：一軟性透光隔熱層，順應性地覆蓋於該軟性圖案化薄膜電路層上；以及一軟性螢光粉薄膜層，順應性地覆蓋於該軟性透光隔熱層上。
4. 如申請專利範圍第3項所述之晶片封裝結構，其中該發光二極體晶片包括一具平台結構的發光二極體晶片，具有兩個電性相反的電極設置於該晶片的該頂部表面上，且該兩個電極分別與該軟性圖案化薄膜電路層接觸。
5. 如申請專利範圍第3項所述之晶片封裝結構，其中該發光二極體晶片包括一垂直式發光二極體晶片，僅具有該電極設置在該晶片的該頂部表面上。
6. 如申請專利範圍第3項所述之晶片封裝結構，其中該軟性透光隔熱層的材料包括透明高分子材料。
7. 如申請專利範圍第3項所述之晶片封裝結構，其中該軟性螢光粉薄膜層包括單層或多層結構。
8. 如申請專利範圍第1項所述之晶片封裝結構，其中該軟性透光導熱絕緣層的材料包括氧化鋁(Al₂ O₃ )粉、氮化鋁(AlN)粉或碳化矽(SiC)粉分散於透明高分子材料中。
9. 如申請專利範圍第1項所述之晶片封裝結構，其中該軟性圖案化薄膜電路層的材料包括金屬。
10. 一種晶片封裝結構的製造方法，包括：形成一複合式軟性薄膜結構，該複合式軟性薄膜結構的形成步驟包括：提供一載板；形成一軟性透光導熱絕緣層於該載板上，其中該軟性透光導熱絕緣層具有至少一開口；形成一軟性圖案化薄膜電路層於該軟性透光導熱絕緣層上，且填平該軟性透光導熱絕緣層的該開口；以及將該複合式軟性薄膜結構從該載板上剝離；提供固著於一基板上的一晶片，其中該晶片具有至少一電極形成於該晶片的一頂部表面上；以及貼附該複合式軟性薄膜結構於該晶片上，其中該軟性透光導熱絕緣層面對該晶片，而填平該軟性透光導熱絕緣層的該開口的該軟性圖案化薄膜電路層接觸該電極。
11. 如申請專利範圍第10項所述之晶片封裝結構的製造方法，其中該貼附步驟包括利用真空吸著或使用黏著劑。
12. 如申請專利範圍第10項所述之晶片封裝結構的製造方法，其中該軟性透光導熱絕緣層的材料包括氧化鋁(Al₂ O₃ )粉、氮化鋁(AlN)粉或碳化矽(SiC)粉分散於透明高分子材料中，且形成該軟性透光導熱絕緣層的步驟包括塗佈製程。
13. 如申請專利範圍第10項所述之晶片封裝結構的製造方法，其中該軟性圖案化薄膜電路層的材料包括金屬，且形成該軟圖案化薄膜電路層的步驟包括沈積、微影與蝕刻製程或者印刷製程。
14. 如申請專利範圍第10項所述之晶片封裝結構的製造方法，更包括在該載板上對該軟性透光導熱絕緣層蝕刻出該開口。
15. 如申請專利範圍第10項所述之晶片封裝結構的製造方法，其中該晶片包括發光二極體晶片或齊納二極體晶片。
16. 如申請專利範圍第15項所述之晶片封裝結構的製造方法，其中該晶片為發光二極體晶片，且該複合式軟性薄膜結構的形成步驟更包括：在該載板上形成一軟性透光隔熱層於該軟性圖案化薄膜電路層上；在該載板上形成一軟性螢光粉薄膜層於該軟性透光隔熱層上；以及將該軟性透光導熱絕緣層、該軟性圖案化薄膜電路層、該軟性透光隔熱層和該軟性螢光粉薄膜層所組成的該複合式軟性薄膜結構從該載板上剝離，再貼附於該晶片上。
17. 如申請專利範圍第16項所述之晶片封裝結構的製造方法，其中該貼附步驟包括利用真空吸著或使用黏著劑。
18. 如申請專利範圍第16項所述之晶片封裝結構的製造方法，其中該軟性透光隔熱層的材料包括透明高分子材料中，且形成該軟性透光隔熱層的步驟包括塗佈或是卷對卷(roll to roll)製程。
19. 如申請專利範圍第16項所述之晶片封裝結構的製造方法，其中該軟性螢光粉薄膜層包括單層或多層結構，且形成該軟性螢光粉薄膜層的步驟包括塗佈或是卷對卷(roll to roll)製程。
20. 如申請專利範圍第16項所述之晶片封裝結構的製造方法，其中該發光二極體晶片包括一具平台結構的發光二極體晶片，具有兩個電性相反的電極設置於該晶片的該頂部表面上，且該兩個電極分別與該軟性圖案化薄膜電路層接觸。
21. 如申請專利範圍第16項所述之晶片封裝結構的製造方法，其中該發光二極體晶片包括一垂直式發光二極體晶片，僅具有該電極設置在該晶片的該頂部表面上。
22. 如申請專利範圍第16項所述之晶片封裝結構的製造方法，其中該軟性透光導熱絕緣層為一黏著層，且該複合式軟性薄膜結構經由該軟性透光導熱絕緣層貼附於該晶片上。