TWI479677B - 發光二極體封裝結構 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種元件封裝結構及其製造方法，特別有關於一種發光二極體封裝結構及其製造方法。
單色發光二極體(例如紅光、綠光和藍光)係和螢光或磷光材料結合，以產生其它所需的顏色。部份的材料係經螢光或磷光反應發出可見光光譜的光線，其係稱為可見光發光二極體，另外，也有一部份的發光二極體，其係發出較高能量的光子，而產生紫外光。
近年來，發光二極體的應用已從指示器快速地發展到照明。由於發光二極體具有良好的可靠度、良好的環境適應性和低消耗功率，發光二極體被視為極具發展性的產品。第1圖顯示一傳統發光二極體的封裝。一發光二極體晶片102係接合於一第一電極104之平板上，樹脂108係用來將包括第一電極104、第二電極106和發光二極體晶片102整體結構封入，形成最終的發光二極體產品。然而，不能應用於晶圓級封裝，並且此種傳統的封裝技術無法達到高瓦數發光二極體封裝的要求。
根據上述問題，本發明提供一種發光二極體封裝結構，包括一基板，其中形成有一穿過矽之插塞(through-silicon via，TSV)，一位於基板上側之第一電極，一位於基板下側之第二電極，其中第一電極和第二電極係經由穿過矽之插塞彼此電性連接，一接合至基板上側之發光二極體，一接合至基板之覆蓋基板，其中覆蓋基板包括一腔室，以容納發光二極體。
本發明另提供一種發光二極體封裝結構，包括一基板，一位於基板之上側之第一電極，一接合至基板之上側之發光二極體，一藉由共晶接合(eutectic bond)接合至基板之覆蓋基板。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
以下係描述本發明之實施範例，其係揭示本發明之主要技術特徵，但不用以限定本發明。
第2A~2D圖顯示本發明一實施例發光二極體之晶圓級封裝。首先，請參照第2A圖，提供一例如矽之基板202。將基板202鑽孔或蝕刻並接著進行一例如蒸鍍或濺鍍之沉積製程，於基板202中形成一穿過矽之插塞208(through-silicon via，以下可簡稱TSV)，並於基板202上側210形成一第一電極204，於基板202下側212形成一第二電極206。請注意，第一電極204係經由TSV 208電性連接第二電極206。後續，進行例如電鍍、蒸鍍或濺鍍之沉積製程，於第一電極204和基板202上形成第一焊錫層214，在此實施例中，第一焊錫層214可包括金錫合金(SnAu)，其較佳組成為錫佔20%，金佔80%。請參照第2B圖，將一發光二極體晶片216經由一例如銀膠之黏合層218接合至基板202。另外，發光二極體晶片216可藉由使用焊錫作為接合材料之共晶接合(eutectic bond)技術接合至基板202。後續，進行一導線接合製程(wire bonding process)，將發光二極體晶片216之接合墊(未繪示)經由接合導線220電性連接基板202上之第一電極204。根據上述，發光二極體晶片216之電極可電性連接基板202上側210之第一電極204，且可經由TSV 208電性連接基板202下側212之第二電極206。請參照第2C圖，提供一例如玻璃之覆蓋基板222，接著對覆蓋基板222進行一鑽孔或蝕刻製程，於覆蓋基板222中形成一腔室(cavity)224，其中本實施例之腔室224可以是圓形、方形或其它形狀。後續，進行一例如電鍍、蒸鍍或濺鍍之沉積製程，於覆蓋基板222上形成一第二焊錫層226。請注意第一焊錫層214和第二焊錫層226之其中一者可以濕潤(wettable)金屬層取代，舉例來說，濕潤金屬層可包括金、銀、鎳或銅。請參照第2D圖，將基板202和覆蓋基板222置入一製程室(未繪示)中，加熱至一特定溫度(例如300℃)，以使基板202和覆蓋基板222藉由共晶接合(eutectic bond)黏合。值得注意的是，共晶接合可增加發光二極體封裝之接合力(bond strength)和可靠度。在本發明一實施例中，在接合基板202和覆蓋基板222前，製程室係抽真空，因此，基板202和覆蓋基板222間之腔室224係為真空，使發光二極體在長時間使用下可有良好和穩定的發光品質。在本發明之另一實施例中，在接合基板202和覆蓋基板222前，製程室係注入惰性氣體(Noble gas)，因此，基板202和覆蓋基板222間之腔室224係充滿惰性氣體。
第3A~3D圖顯示本發明另一實施例發光二極體之晶圓級封裝。不同於第2A~2D圖之實施例，本實施例係於基板和覆蓋基板間之腔室填入抗紫外線(UV)材料、光學液體材料(optical fluid material)或光凝膠(optical gel)。首先，請參照第3A圖，提供一例如矽之基板302。將基板302鑽孔或蝕刻並接著進行一例如蒸鍍或濺鍍之沉積製程，於基板302中形成一穿過矽之插塞308(through-silicon via，以下可簡稱TSV)，並於基板上側形成一第一電極304，於基板下側形成一第二電極306。請注意，第一電極304係經由TSV 308電性連接第二電極306。後續，進行例如電鍍、蒸鍍或濺鍍之沉積製程，於第一電極304和基板302上形成第一焊錫層310，在此實施例中，第一焊錫層310可包括金錫合金(SnAu)，其較佳組成為錫佔20%，金佔80%。請參照第3B圖，將一發光二極體晶片312經由一例如銀膠之黏合層316接合至基板302。另外，發光二極體晶片312可藉由使用焊錫作為接合材料之共晶接合(eutectic bond)技術接合至基板302。後續，進行一導線接合製程，將發光二極體晶片312之接合墊(未繪示)經由接合導線314電性連接基板302上之第一電極304。根據上述，發光二極體晶片312之電極可電性連接基板302上側之第一電極304，且可經由TSV 308電性連接基板302下側之第二電極306。請參照第3C圖，提供一例如玻璃之覆蓋基板318，接著對覆蓋基板318進行一鑽孔或蝕刻製程，於覆蓋基板318中形成一腔室320(cavity)。後續，於腔室320中填入抗UV材料322(例如抗UV環氧樹脂或抗UV矽樹脂)或光學液體材料，其中抗UV材料322以具有高折射係數，可增加發光二極體元件亮度之材料較佳。在本發明一範例中，抗UV材料322係為DOW CORING公司的EG-6301，另外，光學液體材料係為NuSil公司的LS-5257。接著，進行一例如電鍍、蒸鍍或濺鍍之沉積製程，於覆蓋基板318上形成一第二焊錫層324。請注意第一焊錫層310和第二焊錫層324之其中一者可以濕潤(wettable)金屬層取代，舉例來說，濕潤金屬層可包括金、銀、鎳或銅。請參照第3D圖，將基板302和覆蓋基板318置入一製程室(未繪示)中，加熱至一特定溫度(例如300℃)，以使基板302和覆蓋基板318藉由共晶接合(eutectic bond)黏合。值得注意的是，共晶接合可增加發光二極體封裝之接合力(bond strength)和可靠度，並且具有高折射係數的抗UV材料或光學液體材料可增加發光二極體的亮度。
第4A~4D圖顯示本發明又另一實施例發光二極體之晶圓級封裝，不同於第2A~2D圖之實施例，本實施例係於基板和覆蓋基板間形成卡榫結構，以增加接合力和可靠度。首先，請參照第4A圖，提供一例如矽之基板402。將基板402鑽孔或蝕刻並接著進行一例如蒸鍍或濺鍍之沉積製程，於基板402中形成一穿過矽之插塞408(through-silicon via，以下可簡稱TSV)，並於基板402上側形成一第一電極404，於基板402下側形成一第二電極406。請注意，第一電極404係經由TSV 408電性連接第二電極406。後續，進行例如電鍍、蒸鍍或濺鍍之沉積製程，於第一電極404和基板402上形成卡榫412，在此實施例中，卡榫412可包括金錫合金(SnAu)，其較佳組成為錫佔20%，金佔80%。舉例來說，本實施例可使用電鍍製程，沉積焊錫材料至一足夠的厚度，以形成卡榫412。請參照第4B圖，將一發光二極體晶片413經由一例如銀膠之黏合層417接合至基板402。另外，發光二極體晶片413可藉由使用焊錫作為接合材料之共晶接合(eutectic bond)技術接合至基板402。後續，進行一導線接合製程(wire bonding process)，將發光二極體晶片413之接合墊(未繪示)經由接合導線415電性連接基板402上之第一電極404。根據上述，發光二極體晶片413之電極可電性連接基板402上側之第一電極404，且可經由TSV 408電性連接基板402下側之第二電極406。請參照第4C圖，提供一例如玻璃之覆蓋基板414，接著對覆蓋基板414進行一鑽孔或蝕刻製程，於覆蓋基板414中形成一腔室416(cavity)和複數個孔洞418(aperture)。後續，進行一例如電鍍、蒸鍍或濺鍍之沉積製程，於覆蓋基板414上和孔洞418中形成一焊錫層420。請注意焊錫層420可以濕潤(wettable)金屬層取代，舉例來說，濕潤金屬層可包括金、銀、鎳或銅。請參照第4D圖，將基板402和覆蓋基板414置入一製程室(未繪示)中，加熱至一特定溫度(例如300℃)，以使基板402和覆蓋基板414藉由共晶接合(eutectic bond)黏合，且使基板402上之卡榫412卡入覆蓋基板414中的孔洞418。值得注意的是，卡榫412係可進一步增加發光二極體封裝之接合力(bond strength)和可靠度。
第5A~5D圖顯示本發明又另一實施例發光二極體之晶圓級封裝，不同於第4A~4D圖之實施例，本實施例係於覆蓋基板上形成卡榫，基板則進行鑽孔或蝕刻製程，形成與卡榫結合的孔洞。首先，請參照第5A圖，提供一例如矽之基板502。將基板502鑽孔或蝕刻並接著進行一例如蒸鍍或濺鍍之沉積製程，於基板502中形成一穿過矽之插塞508(through-silicon via，以下可簡稱TSV)，並於基板502上側形成一第一電極504，於基板502下側形成一第二電極506。請注意，第一電極504係經由TSV 508電性連接第二電極506。另外，在形成TSV 508之同時，可於基板502中形成孔洞512。後續，進行例如電鍍、蒸鍍或濺鍍之沉積製程，於第一電極504和基板502上形成第一焊錫層514，並填入孔洞512中。在此實施例中，第一焊錫層514可包括金錫合金(SnAu)，其較佳組成為錫佔20%，金佔80%。請參照第5B圖，將一發光二極體晶片516經由一例如銀膠之黏合層515接合至基板502。另外，發光二極體晶片516可藉由使用焊錫作為接合材料之共晶接合(eutectic bond)技術接合至基板502。後續，進行一導線接合製程(wire bonding process)，將發光二極體晶片516之接合墊(未繪示)經由接合導線518電性連接基板502上之第一電極504。根據上述，發光二極體晶片516之電極可電性連接基板502上側之第一電極504，且可經由TSV 508電性連接基板502下側之第二電極506。請參照第5C圖，提供一例如玻璃之覆蓋基板522，接著對覆蓋基板522進行一鑽孔或蝕刻製程，於覆蓋基板522中形成一腔室524(cavity)。後續，進行一例如電鍍、蒸鍍或濺鍍之沉積製程，於覆蓋基板522上形成一第二焊錫層526。本實施例不僅形成第二焊錫層526，且在形成第二焊錫層526時，於覆蓋基板522上形成卡榫528。舉例來說，本實施例可使用電鍍製程，沉積第二焊錫層526至一足夠的厚度，後續對焊錫材料進行圖形化步驟，以形成卡榫528。請注意第一焊錫層514和第二焊錫層526之其中一者可以濕潤(wettable)金屬層取代，舉例來說，濕潤金屬層可包括金、銀、鎳或銅。請參照第5D圖，將基板502和覆蓋基板522置入一製程室(未繪示)中，加熱至一特定溫度(例如300℃)，以使基板502和覆蓋基板522藉由共晶接合(eutectic bond)黏合，且使覆蓋基板522上之卡榫528係卡入基板502中的孔洞512。值得注意的是，卡榫528係可進一步增加發光二極體封裝之接合力和可靠度。
請注意，上述各實施例僅描述到形成晶圓級封裝結構之步驟，而本發明之晶圓級封裝結構可進一步進行切割製程，形成複數個表面黏著技術(SMT)形式的發光二極體晶片。
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。
102．．．發光晶片
104．．．第一電極
106．．．第二電極
108．．．樹脂
202．．．基板
204．．．第一電極
206．．．第二電極
208．．．穿過矽之插塞
210．．．基板上側
212．．．基板下側
214．．．第一焊錫層
216．．．發光二極體晶片
218．．．黏合層
220．．．接合導線
222．．．覆蓋基板
224．．．腔室
226．．．第二焊錫層
302．．．基板
304．．．第一電極
306．．．第二電極
308．．．穿過矽之插塞
310．．．第一焊錫層
312．．．發光二極體晶片
314．．．接合導線
316．．．黏合層
318．．．覆蓋基板
320．．．腔室
322．．．抗UV材料
324．．．第二焊錫層
402．．．基板
404．．．第一電極
406．．．第二電極
408．．．穿過矽之插塞
412．．．卡榫
413．．．發光二極體晶片
414．．．覆蓋基板
415．．．接合導線
416．．．腔室
417．．．黏合層
418．．．孔度
420．．．第二焊錫層
502．．．基板
504．．．第一電極
506．．．第二電極
508．．．穿過矽之插塞
512．．．孔洞
514．．．第一焊錫層
515．．．黏合層
516．．．發光二極體晶片
518．．．接合導線
522．．．覆蓋基板
524．．．腔室
526．．．第二焊錫層
528．．．卡榫
第1圖顯示一傳統發光二極體的封裝。
第2A~2D圖顯示本發明一實施例發光二極體之晶圓級封裝。
第3A~3D圖顯示本發明另一實施例發光二極體之晶圓級封裝。
第4A~4D圖顯示本發明又另一實施例發光二極體之晶圓級封裝。
第5A~5D圖顯示本發明又另一實施例發光二極體之晶圓級封裝。
202．．．基板
204．．．第一電極
206．．．第二電極
208．．．穿過矽之插塞
210．．．基板上側
212．．．基板下側
214．．．第一焊錫層
216．．．發光二極體晶片
218．．．黏合層
220．．．接合導線
222．．．覆蓋基板
224．．．腔室
226．．．第二焊錫層
Claims (19)
- 一種發光二極體封裝結構，包括：一基板，其中形成有一穿過矽之插塞(through-silicon via，TSV)；一第一電極，位於該基板之上側；一第二電極，位於該基板之下側，其中該第一電極和該第二電極係經由該穿過矽之插塞彼此電性連接；一發光二極體，接合至該基板之上側；及一覆蓋基板，接合至該基板，其中該覆蓋基板包括一腔室，以容納該發光二極體，其中該覆蓋基板與基板間包括一堆疊層，該堆疊層包括一銲錫層和一潤濕金屬層，該潤濕金屬層包括金、銀或鎳。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中該覆蓋基板是玻璃。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中該發光二極體係藉由共晶接合(eutectic bond)技術接合至該基板之上側。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，其中該腔室係填滿光學液體材料(optical fluid material)或光凝膠(optical gel)。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體封裝結構，更包括一卡榫，設置於該基板和該覆蓋基板間。
- 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體封裝結構，其中該卡榫係包括焊錫。
- 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體封裝結 構，其中該卡榫係形成於該基板上，且該覆蓋基板中係形成有孔洞，以接合該基板上之卡榫。
- 如申請專利範圍第5項所述之發光二極體封裝結構，其中該卡榫係形成於該覆蓋基板上，且該基板中係形成有孔洞，以接合該覆蓋基板上之卡榫。
- 一種發光二極體封裝結構，包括：一基板；一第一電極，位於該基板之上側；一發光二極體，接合至該基板之上側；及一覆蓋基板，技術接合至該基板，其中該覆蓋基板包括一腔室，以容納該發光二極體，且該覆蓋基板與基板間包括一堆疊層，該堆疊層包括一銲錫層和一潤濕金屬層，該潤濕金屬層包括金、銀或鎳。
- 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體封裝結構，其中該腔室中係為真空。
- 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體封裝結構，其中該腔室係填滿惰性氣體。
- 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體封裝結構，其中該腔室係填滿抗紫外線(UV)材料。
- 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體封裝結構，其中該抗紫外線(UV)材料是抗UV環氧樹脂或抗UV矽樹脂。
- 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體封裝結構，更包括一卡榫，設置於該基板和該覆蓋基板間。
- 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體封裝結 構，其中該卡榫係為焊錫所組成。
- 一種發光二極體封裝結構，包括：一基板，其中形成有一穿過矽之插塞(through-silicon via，TSV)；一第一電極，位於該基板之上側；一第二電極，位於該基板之下側，其中該第一電極和該第二電極係經由該穿過矽之插塞彼此電性連接；一發光二極體，接合至該基板之上側；及一覆蓋基板，接合至該基板，其中該覆蓋基板包括一腔室，以容納該發光二極體，其中該覆蓋基板與基板間包括一堆疊層，該堆疊層包括一銲錫層和一潤濕金屬層，該潤濕金屬層包括金、銀或鎳，其中該腔室中係為真空。
- 一種發光二極體封裝結構，包括：一基板，其中形成有一穿過矽之插塞(through-silicon via，TSV)；一第一電極，位於該基板之上側；一第二電極，位於該基板之下側，其中該第一電極和該第二電極係經由該穿過矽之插塞彼此電性連接；一發光二極體，接合至該基板之上側；及一覆蓋基板，接合至該基板，其中該覆蓋基板包括一腔室，以容納該發光二極體，其中該覆蓋基板與基板間包括一堆疊層，該堆疊層包括一銲錫層和一潤濕金屬層，該潤濕金屬層包括金、銀或鎳，其中該腔室係填滿惰性氣體。
- 一種發光二極體封裝結構，包括：一基板，其中形成有一穿過矽之插塞(through-silicon via，TSV)；一第一電極，位於該基板之上側；一第二電極，位於該基板之下側，其中該第一電極和該第二電極係經由該穿過矽之插塞彼此電性連接；一發光二極體，接合至該基板之上側；及一覆蓋基板，接合至該基板，其中該覆蓋基板包括一腔室，以容納該發光二極體，其中該覆蓋基板與基板間包括一堆疊層，該堆疊層包括一銲錫層和一潤濕金屬層，該潤濕金屬層包括金、銀或鎳，其中該腔室係填滿抗紫外線(UV)材料。
- 如申請專利範圍第18項所述之發光二極體封裝結構，其中該抗紫外線(UV)材料是抗UV環氧樹脂或抗UV矽樹脂。
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