TWI513062B - 發光元件封裝結構及其製造方法 - Google Patents

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Description

發光元件封裝結構及其製造方法
本發明係關於發光元件封裝結構及其製造方法。
發光元件(Light Emitting Device,LED)係以化學元素週期表上Ⅲ族和Ⅴ族元素相結合，形成具有將電能轉換為光能特性的p-n接面二極體。LED可通過對化合物半導體的組成比的調節，以顯現多種色彩。
當發光元件被施以順向偏壓時，n型區域的電子和p型區域的電洞(Hole)相結合而釋出相當於傳導帶(Conduction band)和價能帶(Valance band)之間能隙的能量，該能量主要以熱或光的形式發出；若以光的形式發出，則形成發光元件。
氮化物半導體由於具有較高的熱穩定性和較寬的帶隙能量，在光元件及高功率電子元件的開發領域備受矚目。特別是，利用氮化物半導體的藍色(Blue)發光元件、綠色(Green)發光元件、紫外線(UV)發光元件等已被商用化而被廣泛使用。
習知的發光元件封裝技術，在基板上形成發光元件，通過切割(Sawing)程序，將發光元件晶片分離後，黏合於封裝主體(Package body)，並進行接合導線連接(Wire bonding)、成型(Molding)後對其進行測試。然而，習知技術對於發光元件晶片的製造程序和封裝程序係分別進行，因而需要比較複雜的製造程序及多種基板的問題。
本發明之主要目的係提供一種能夠在基板的狀態下形成發光元件磊晶層(LED Epi growth)，且能夠進行晶片製造(Chip process)、及封裝程序的發光元件封裝結構及其製造方法。
根據本發明的發光元件封裝結構，其包括：一槽，形成於一基板上；一發光元件，直接形成於該槽之一區域上；一電極，形成在該基板上；一接合導線，連接該電極及該發光元件；及一填充劑，填埋該槽。
另外，根據本發明的發光元件封裝之製造方法，包括以下步驟：於一基板上形成一槽，於該槽之一區域上形成一發光元件，於該基板上形成一電極，於該電極及該發光元件之間進行接合導線連接，及以一填充劑填埋該槽。
根據本實施例的發光元件封裝結構及其製造方法，能夠在基板的狀態下進行發光元件磊晶層生長、晶片製造程序、及封裝，因此具有能與晶圓廠製造程序(Fab processing)相匹配的優點。
另外，相較於習知技術之發光元件晶片粘結於封裝主體時所使用銀或環氧化物，本發明採用相同種類的化合物半導體的方式，故熱傳導性和導電性良好。
另外，本發明適用於如垂直型晶片(Vertical Chip)的相同的電流輸入方式，所以具有電流擴散效應，封裝效率優良。
在本發明的實施例說明中，各層(膜)、區域、圖案或元件形成於基板、各層(膜)、區域、墊片或圖案的「上面/上(on/over)」或「下(under)」的描述中，「上面/上」及「下」包括直接(directly)或者間接(indirectly)形成的情況。另外，對於各層的上面或下面，係以圖式為基準進行說明。
為了說明上的便利和明確，圖式中各層的厚度或尺寸，係以誇張或省略或概略的方式表示，且各構成要素的尺寸並未完全為其實際的尺寸。為使　貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認知與瞭解，茲配合圖式詳細說明如後：
圖1為根據本發明實施例的發光元件封裝結構之剖面示意圖，圖2至圖9為根據本實施例的發光元件封裝製造方法依程序之剖面示意圖。
根據本實施例的發光元件封裝結構及其製造方法，能夠在基板的狀態下進行發光元件磊晶層生長、晶片製造、及封裝程序，因此具有能與晶圓廠製造程序相匹配的優點。
另外，相較於習知技術之發光元件晶片粘結於封裝主體時所使用銀或環氧化物，本發明採用相同種類的化合物半導體的方式，所以熱傳導性和導電性良好。
另外，本發明適用於如垂直型晶片的相同的電流輸入方式，所以具有電流擴散效應，封裝效率優良。
以下參照圖2至圖9對根據本實施例的發光元件封裝的製造方法進行說明。
首先，如圖2所示，於一基板110上形成一槽C，例如，可以在基板110上形成第一圖案310，並以其作為遮罩(Mask)對基板110進行蝕刻，而形成槽C。例如，若基板110為矽基板，則可以沿著其結晶方向以特定的角度形成一槽，但並不限定於此。該第一圖案310除了形成於基板110上之外，亦可形成於基板的下側。
該基板110可以為導電性基板、或具有結晶性的基板。例如，該基板110可以為矽基板、GaN基板、GaO基板、SiC基板、ZnO基板、GaAs基板等，但並不限定於此。通過上述的蝕刻程序，可形成第一晶片區域100及第二晶片區域200。以下的說明主要係以第一晶片區域100為主進行說明，在完成晶片製造及封裝程序之前可以不進行第一晶片區域100和第二晶片區域200從基板110分離的切割程序，而待封裝程序完成後再進行切割。
圖3為第一晶片區域100的放大圖；如上所述，本實施例並未進行第一晶片區域100從基板110分離的切割程序，圖3僅以概念化的方式表示第一晶片區域100。
當進行形成貫通孔(未圖示)的程序，並以此貫通孔為基準表示剖面圖時，可形成如圖3所示的形狀。此時，當沿著基板110的結晶方向進行濕式蝕刻時，如圖3所示，貫通孔可以部分傾斜的狀態形成，但並不限定於此，貫通孔亦可以垂直的直線形式形成。
接著如圖4所示，除了槽C的第一區域A之外，在基板110的表面上形成絕緣層120。例如，該絕緣層120在該第一區域A中形成第二圖案(未圖示)並通過熱氧化程序而形成SiO2 膜，但並不限定於此。
該絕緣層120具有遮罩的作用，如圖5所示，可在除去該第二圖案之後，於基板110上該槽的第一區域A上形成緩衝層130。
為了防止後續將形成於基板110上的發光元件140與基板110之間的晶格不匹配而導致結晶晶格可能的缺陷，緩衝層130可由矽碳化合物(SiC)形成，以使結晶晶格能匹配，但並不限定於此。例如，緩衝層130亦可由氮化鋁(AlN)、氮化鋁鎵(AlGaN)形成。
例如，該緩衝層130可利用如射頻化學氣相沉積(RF-CVD)在高溫下形成，但並不限定於此。在絕緣層120上塗布光阻(Photoresist；未圖示)並形成遮罩後，去除第一區域A中預定形成緩衝層130區域的部分絕緣層，然後使緩衝層130生長在該第一區域A內。
另一方面，若基板110採用SiC基板，發光元件140和基板110之間的結晶晶格可以匹配，故可不須形成緩衝層130而直接形成發光元件140。
此外，在形成緩衝層130之前，亦可先形成第一反射層(Reflector，未圖示)。例如，實施例中可以Ti、Pa等金屬形成第一反射層，且該第一反射層於後續的緩衝層130製作程序將不致被氧化。
其次，如圖6所示，於該基板110的第一區域A或該緩衝層130上形成發光元件140。根據實施例，為了形成該發光元件140可以不需要另外的圖案，此因發光元件140的磊晶層不能在該絕緣層120上進行生長。
在實施例中，相較於習知技術之發光元件晶片粘結於封裝主體時所使用銀或環氧化物，本發明採用相同種類的化合物半導體的方式，所以熱傳導性和導電性良好；且另可解決因晶片粘結劑的耐熱性而引起變色或變形的可靠性問題。
圖7為發光構造物140的放大圖。
實施例中的發光元件可以由GaN、GaAs、GaAsP、GaP等物質形成。例如，藍綠光LED可以採用GaN或InGaN，紅黃光LED可採用InGaAlP或者AlGaAs，且根據物質的組成變化，可以顯示多種色彩(Full Color)。
該發光元件140可包括第一導電型半導體層146、活性層144、第二導電型半導體層142，其形成順序並不限定於圖7之所示。該第二導電型半導體層142經由於反應腔室中，導入包括如三甲基鎵(TMGa)氣體、氨氣(NH3 )、氮氣(N2 )和鎂(Mg)等P型雜質的雙乙基環戊二烯鎂(EtCp2 Mg){Mg(C2 H5 C5 H4 )2 }，則可形成p型GaN層，但並不限定於此。
對於該活性層144，其係經由第一導電型半導體層146注入的電子和第二導電型半導體層142注入的電洞相復合後，而形成一活性層，其所發出的光係由該活性層或發光層物質所固有的能帶隙(Energy gap)來決定。
該活性層144亦可以具有對不同能帶的氮化物半導體薄膜層進行單次或多次交錯沉積而形成的量子井結構。例如，該活性層144可以為通入三甲基鎵氣體(TMGa)、氨氣(NH3 )、氮氣(N2 )和三甲基銦氣體(TMIn)而形成具有InGaN/GaN結構的多量子井結構，但並不限定於此。
該第一導電型半導體層146可以利用化學氣相沉積法(CVD)、分子束磊晶法(MBE)、濺鍍法、或氫化物氣相磊晶法(HVPE)等方法形成n型的GaN層。另外，該第一導電型半導體層146可以經由於反應腔室中，導入包括如三甲基鎵氣體(TMGa)、氨氣(NH3 )、氮氣(N2 )和矽(Si)等n型雜質的矽烷(SiH4 )氣體的方式形成，但並不限定於此。
再其次，如圖8所示，於該基板110上形成電極150。例如，在絕緣層120的部分區域形成電極150，則該電極150與該基板110之間能藉由絕緣層120進行電性隔離。
本實施例的發光元件140的下部，形成有具導電性的緩衝層或基板由n型或p型電極形成，所以在發光元件上部可以形成具有與下部不同極性的p型或n型電極。
該電極150可以由具高反射性的物質形成，以同時具備反射層的功能。此外，於沒有形成電極150的槽的側面上，可另形成第二反射層(未圖示)。
然後，在電極150與發光元件140之間可進行接合導線160的連接。
再其次，如圖9所示，進行利用填充劑170填埋該槽之成形步驟後，可結束封裝程序。例如，可以利用環氧樹脂、矽樹脂等填埋該槽，但並不限定於此。
另外，在實施例中，為了發出白光，在成形時可以包括螢光體(未圖示)。例如，藍光LED中添加黃色螢光體(例如，YAG，TAG等螢光體)或者紫外光(UV)LED中可以使用紅/綠/藍三色的螢光體。
最後，分別按照各晶片的區域切割基板，形成具有發光元件的發光元件封裝結構，再通過測定和測試後即可完成產品。
根據本實施例的發光元件封裝及其製造方法，能夠在基板的狀態下進行發光元件磊晶層生長、晶片製造、及封裝程序，因此具有能與晶圓廠製造程序相匹配的優點。
另外，相較於習知技術之發光元件晶片粘結於封裝主體時所使用銀或環氧化物，本發明採用相同種類的化合物半導體的方式，所以熱傳導性和導電性良好。
另外，本實施例適用於如垂直型晶片的相同的電流輸入方式，所以具有電流擴散效應，封裝效率優良。
唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能以之限制本發明的範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施狀況。
110．．．基板
120．．．絕緣層
130．．．緩衝層
140．．．發光元件
142．．．第二導電型半導體層
144．．．活性層
146．．．第一導電型半導體層
150．．．電極
160．．．接合導線
170．．．填充劑
C．．．槽
A．．．槽C的第一區域
100．．．第一晶片區域
200．．．第二晶片區域
310．．．第一圖案
圖1根據本發明實施例的發光元件封裝結構之剖面示意圖。
圖2至圖9根據本實施例的發光元件封裝製造方法依程序之剖面示意圖。
110．．．基板
120．．．絕緣層
130．．．緩衝層
140．．．發光元件
150．．．電極
160．．．接合導線
170．．．填充劑

Claims (13)

  1. 一種發光元件封裝結構，其包括：一槽，形成於一基板上；一發光元件，形成於該槽內的部份基板表面上；一電極，形成在該基板上；一接合導線，連接該電極及該發光元件；及一絕緣層，形成於除了該發光元件所形成的該槽內的部份基板表面之外的該基板表面上。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件封裝結構，其中一填充劑填埋於該槽內。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光元件封裝結構，其中該槽內更包括有一螢光物質。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件封裝結構，更包括一緩衝層，形成於該發光元件所形成的該槽內的部份基板表面之上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之發光元件封裝結構，其中該緩衝層包括一矽碳層。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件封裝結構，其中該電極包括一反射層。
  7. 一種發光元件封裝的製造方法，包括以下步驟：於一基板上形成一槽；於該槽內的部份基板表面上形成一發光元件；於該基板上形成一電極；及於該電極及該發光元件之間進行接合導線的連接；其中，在形成該槽之後，於除了該發光元件所形成的 該槽內的部份基板表面之外的該基板表面上，形成一絕緣層。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之發光元件封裝的製造方法，更包括：於該槽內填埋一填充劑。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之發光元件封裝的製造方法，更包括：於該槽內形成一螢光物質。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之發光元件封裝的製造方法，其中於該槽內的部份基板表面上形成一發光元件之步驟更包括：於該發光元件所形成的該槽內的部份基板表面之上，形成一緩衝層。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之發光元件封裝的製造方法，其中該緩衝層包括一矽碳層。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之發光元件封裝的製造方法，其中於該基板上形成一電極之步驟，更包括：於部分的該絕緣層上形成電極。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之發光元件封裝的製造方法，其中該電極包括一反射層。
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