TWI517445B - 發光二極體封裝、用於發光二極體封裝之高反射型次基板及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於發光二極體封裝技術領域，特別是有關於一種用於發光二極體封裝之高反射型(high-reflection)矽次基板(silicon submount)及其製造方法。
發光二極體(light emitting diode，簡稱LED)元件一般是作為指示燈、顯示板的發光源，它不但能夠高效率地直接將電能轉化為光能，而且具有使用壽命長、省電等優點，故其在照明或顯示應用領域中已逐漸扮演越來越重要的角色。
如熟習該項技藝者所知，傳統發光二極體封裝構件通常採用氧化鋁(Al2O3)等陶瓷次基板，但是這種陶瓷次基板的散熱效果差，容易導致LED元件在高溫下的可靠度問題及LED元件使用壽命減短等等問題。除了散熱問題之外，傳統發光二極體技術還有成本及發光效率等問題尚待解決。
由此可知，該技術領域目前仍需要一種改良的發光二極體封裝次基板，可以解決過去使用陶瓷次基板造成的散熱問題、並同時具備低製造成本及提升發光二極體封裝的發光效能。
鑑於此，本發明於是提供一種用於發光二極體封裝之高反射型矽次基板及其製造方法，以解決先前技藝之不足與缺點。
根據本發明的一較佳實施例，本發明提供一種用於發光二極體封裝之矽次基板的製造方法，包含有：提供一矽基板；於該矽基板上形成一反射層；蝕刻掉部分的該反射層及該矽基板，形成一孔洞；進行一晶圓晶背研磨製程，薄化該矽基板，使得該孔洞變成一直通矽晶穿孔；形成一絕緣層，覆蓋住該反射層及該矽基板；形成一金屬晶種層，覆蓋住該絕緣層；於該絕緣層上形成一光阻圖案，定義出一重分佈線路層圖案；在未被該光阻圖案覆蓋的該金屬晶種層上形成一金屬層；去除該光阻圖案；以及去除未被該金屬層覆蓋的該金屬晶種層。
根據本發明的另一較佳實施例，本發明提供一種用於發光二極體封裝之矽次基板的製造方法，包含有：提供一矽基板；於該矽基板上形成一反射層；蝕刻掉部分的該反射層及該矽基板，形成一孔洞；進行一晶圓晶背研磨製程，薄化該矽基板，使得該孔洞變成一直通矽晶穿孔；形成一絕緣層，覆蓋住該反射層及該矽基板；形成一金屬晶種層，覆蓋住該絕緣層；於該絕緣層上形成一光阻圖案，定義出一重分佈線路層圖案；蝕刻掉部分未被該光阻圖案覆蓋的該金屬晶種層，直到曝露出部分的該絕緣層；在蝕刻該金屬晶種層後，去除該光阻圖案；以及於該金屬晶種層的表面上電鍍形成一金屬層。
根據本發明的又另一較佳實施例，本發明提供一種用於發光二極體封裝之矽次基板，包含有一矽基板，其一面上設有一反射層；一直通矽晶穿孔，穿過該反射層及該矽基板；一絕緣層，覆蓋該反射層及該矽基板；以及一重分佈線路層，設於該絕緣層上。
根據本發明的又另一較佳實施例，本發明提供一種發光二極體封裝，包含有一矽次基板，其包含有一矽基板，其一面上設有一反射層、一直通矽晶穿孔，穿過該反射層及該矽基板、一絕緣層，覆蓋該反射層及該矽基板、一重分佈線路層，設於該絕緣層上；一發光二極體晶粒，置於該矽次基板上；以及一打線，將該發光二極體晶粒的一電極與該矽次基板的一接合墊接合。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施方式，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然而如下之較佳實施方式與圖式僅供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
本發明實施例係可應用於晶圓級封裝(wafer level chip scale pacakge，WLCSP)製程，封裝如發光二極體等發光元件，其中，晶圓級封裝製程係泛指在晶圓階段完成封裝步驟後，再予以切割成獨立的封裝體，或者，將以分離的發光元件重新分佈在一承載晶圓上，再進行封裝者。此外，本發明之另一特色在於矽次基板的製作結合了直通矽晶穿孔(through silicon via，TSV)技術。
請參閱第1圖至第6圖，其為依據本發明一較佳實施例所繪示的一種用於發光二極體封裝之高反射型矽次基板(silicon submount)的製造方法示意圖。首先，如第1圖所示，提供一矽晶圓或矽基板10，例如，晶格排列方向為(100)的單晶矽晶圓，隨後，進行一濺鍍製程，僅僅在矽基板10的前表面10a形成一反射層11，例如，鋁或者銀，較佳為鋁。當然，前述的反射層11並不只限於以濺鍍製程形成，其它例如電鍍、物理氣相沈積、化學氣相沈積、原子層沈積等方法亦可以用來形成反射層11。
如第2圖所示，接著進行微影製程及蝕刻製程，蝕刻掉部分的反射層11以及矽基板10，形成孔洞12。其中，孔洞12的位置也就是預計要形成直通矽晶穿孔(TSV)的位置。前述的微影製程包括在反射層11上形成一光阻層(圖未示)，對該光阻層進行曝光及顯影製程，將一光罩圖案(即定義直通矽晶穿孔的圖案)轉移至該光阻層，然後進行蝕刻製程，去除未被該光阻層覆蓋的部分的反射層11，並蝕刻矽基板10至一預定深度，最後去除剩下的光阻層。
如第3圖所示，接下來進行晶圓晶背研磨製程，利用研磨機台將矽基板10的背面10b研磨掉一預定厚度，薄化矽基板10使得孔洞12變成直通矽晶穿孔12a。隨後，進行一沈積製程，例如，化學氣相沈積製程，在矽基板10的前表面10a及背面10b、反射層11上以及直通矽晶穿孔12a的側壁上形成一透光的絕緣層13，例如，二氧化矽。
如第4圖所示，接著，進行物理氣相沈積製程，在矽基板10的前表面10a及背面10b的絕緣層13的表面上及直通矽晶穿孔12a內的絕緣層13的表面上形成一金屬晶種層14，例如，銅晶種層，其可以包含有鈦鎢合金(TiW)及銅金屬(Cu)。由於反射層11與金屬晶種層14之間有絕緣層13隔離，故並不會互相接觸。
如第5圖所示，接著在矽基板10的前表面10a及背面10b的金屬晶種層14的表面上形成一光阻圖案15，其定義出預定的重分佈線路層(redistribution layer，RDL)圖案。然後，進行一電鍍製程，在未被光阻圖案15覆蓋的金屬晶種層14的表面上電鍍形成所要厚度的金屬層16。其中，金屬層16可以包含銅金屬層及覆蓋在銅層上的鎳金層。
如第6圖所示，接下來去除光阻圖案15，曝露出部分的金屬晶種層14。然後，再蝕刻掉曝露出來的金屬晶種層14，直到曝露出部分的絕緣層13，如此，即完成高反射型矽次基板1的製作，並在矽基板10的前表面10a及背面10b的絕緣層13的表面上完成重分佈線路層圖案22及24，其中重分佈線路層圖案22及24係透過金屬化的直通矽晶穿孔12a構成電連接。後續發光元件(圖未示)即可利用表面黏著技術設置於矽基板10的前表面10a，並透過打線與重分佈線路層圖案22電連接。
本發明之主要優點在於反射層11可以提升至少約3-5%的發光元件的光利用率。此外，矽基板的散熱效率亦比傳統的氧化鋁陶瓷基板更佳，而且本發明矽次基板1的製程步驟簡單(同一光罩可定義反射層及直通矽晶穿孔圖案)，結合直通矽晶穿孔技術，更具有成本上的優勢。
請參閱第7圖至第12圖，其為依據本發明另一較佳實施例所繪示的一種用於發光二極體封裝之高反射型矽次基板的製造方法示意圖，其中仍沿用相同符號表示相同的元件、材料或區域。
首先，如第7圖所示，同樣提供一矽晶圓或矽基板10，例如，晶格排列方向為(100)的單晶矽晶圓，隨後，進行一濺鍍製程，僅僅在矽基板10的前表面10a形成一反射層11，例如，鋁或者銀，較佳為鋁。當然，前述的反射層11並不只限於以濺鍍製程形成，其它例如電鍍、物理氣相沈積、化學氣相沈積、原子層沈積等方法亦可以用來形成反射層11。
如第8圖所示，接著進行微影製程及蝕刻製程，蝕刻掉部分的反射層11以及矽基板10，形成孔洞12。其中，孔洞12的位置也就是預計要形成直通矽晶穿孔(TSV)的位置。前述的微影製程包括在反射層11上行成一光阻層(圖未示)，對該光阻層進行曝光及顯影製程，將一光罩圖案(即定義直通矽晶穿孔的圖案)轉移至該光阻層，然後進行蝕刻製程，去除未被該光阻層覆蓋的部分的反射層11，並蝕刻矽基板10至一預定深度，最後去除剩下的光阻層。
如第9圖所示，接下來進行晶圓晶背研磨製程，利用研磨機台將矽基板10的背面10b研磨掉一預定厚度，薄化矽基板10使得孔洞12變成直通矽晶穿孔12a。隨後，進行一沈積製程，例如，化學氣相沈積製程，在矽基板10的前表面10a及背面10b、反射層11上以及直通矽晶穿孔12a的側壁上形成一透光的絕緣層13，例如，二氧化矽。
如第10圖所示，接著，進行物理氣相沈積製程，在矽基板10的前表面10a及背面10b的絕緣層13的表面上及直通矽晶穿孔12a內的絕緣層13的表面上形成一金屬晶種層14，例如，銅晶種層，其可以包含有鈦鎢合金(TiW)及銅金屬(Cu)。由於反射層11與金屬晶種層14之間有絕緣層13隔離，故並不會互相接觸。
如第11圖所示，接著在矽基板10的前表面10a及背面10b的金屬晶種層14的表面上形成一光阻圖案17，其定義出預定的重分佈線路層(RDL)圖案。然後，蝕刻掉部分未被光阻圖案17覆蓋的金屬晶種層14，直到曝露出部分的絕緣層13。隨後，去除光阻圖案17。
如第12圖所示，然後，進行一電鍍製程，直接在金屬晶種層14的表面上電鍍形成所要厚度的金屬層16。其中，金屬層16可以包含銅層及覆蓋在銅層上的鎳金層。如此，即完成高反射型矽次基板1的製作。
請參閱第13圖，其為依據本發明另一較佳實施例所繪示的發光二極體封裝的剖面示意圖。如第13圖所示，在完成本發明高反射型矽次基板1的製作之後，接著可以將一發光二極體晶粒30以表面黏著技術置於高反射型矽次基板1的晶粒接墊25上。發光二極體晶粒30可以包括有一第一電極32以及一第二電極34，並使第一電極32電連接晶粒接墊25，而第二電極34可以利用打線36接合至高反射型矽次基板1的接合墊26。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
1．．．高反射型矽次基板
10．．．矽基板
10a．．．前表面
10b．．．背面
11．．．反射層
12．．．孔洞
12a．．．直通矽晶穿孔
13．．．絕緣層
14．．．金屬晶種層
15．．．光阻圖案
16．．．金屬層
17．．．光阻圖案
22．．．重分佈線路層圖案
24．．．重分佈線路層圖案
25．．．晶粒接墊
26．．．接合墊
30．．．發光二極體晶粒
32．．．第一電極
34．．．第二電極
36．．．打線
第1圖至第6圖為依據本發明一較佳實施例所繪示的一種用於發光二極體封裝之高反射型矽次基板的製造方法示意圖。
第7圖至第12圖為依據本發明另一較佳實施例所繪示的一種用於發光二極體封裝之高反射型矽次基板的製造方法示意圖。
第13圖為依據本發明另一較佳實施例所繪示的發光二極體封裝的剖面示意圖。
1．．．高反射型矽次基板
10．．．矽基板
10a．．．前表面
10b．．．背面
11．．．反射層
12a．．．直通矽晶穿孔
13．．．絕緣層
14．．．金屬晶種層
16．．．金屬層
22．．．重分佈線路層圖案
24．．．重分佈線路層圖案
Claims (19)
- 一種用於發光二極體封裝之矽次基板的製造方法，包含有：提供一矽基板；於該矽基板上形成一反射層；蝕刻掉部分的該反射層及該矽基板，形成一孔洞；進行一晶圓晶背研磨製程，薄化該矽基板，使得該孔洞變成一直通矽晶穿孔；形成一絕緣層，覆蓋住該反射層及該矽基板；形成一金屬晶種層，覆蓋住該絕緣層；於該絕緣層上形成一光阻圖案，定義出一重分佈線路層圖案；在未被該光阻圖案覆蓋的該金屬晶種層上形成一金屬層；去除該光阻圖案；以及去除未被該金屬層覆蓋的該金屬晶種層。
- 如申請專利範圍第1項所述之一種用於發光二極體封裝之矽次基板的製造方法，其中該反射層包含鋁或銀。
- 如申請專利範圍第1項所述之一種用於發光二極體封裝之矽次基板的製造方法，其中該絕緣層包含有二氧化矽。
- 如申請專利範圍第1項所述之一種用於發光二極體封裝之矽次基板的製造方法，其中該絕緣層為一透光的絕緣層。
- 如申請專利範圍第1項所述之一種用於發光二極體封裝之矽次基板的製造方法，其中該金屬晶種層包含有鈦鎢合金或銅金屬。
- 如申請專利範圍第1項所述之一種用於發光二極體封裝之矽次基板的製造方法，其中該金屬層包含一銅金屬層或一鎳金層。
- 一種發光二極體封裝的製造方法，包含有：提供一以申請專利範圍第1項所述之方法所構成的矽次基板；將一發光二極體晶粒置於該矽次基板上；以及以打線將該發光二極體晶粒的一電極與該矽次基板的一接合墊接合。
- 一種用於發光二極體封裝之矽次基板的製造方法，包含有：提供一矽基板；於該矽基板上形成一反射層；蝕刻掉部分的該反射層及該矽基板，形成一孔洞；進行一晶圓晶背研磨製程，薄化該矽基板，使得該孔洞變成一直通矽晶穿孔；形成一絕緣層，覆蓋住該反射層及該矽基板；形成一金屬晶種層，覆蓋住該絕緣層；於該絕緣層上形成一光阻圖案，定義出一重分佈線路層圖案；蝕刻掉部分未被該光阻圖案覆蓋的該金屬晶種層，直到曝露出部分的該絕緣層； 在蝕刻該金屬晶種層後，去除該光阻圖案；以及於該金屬晶種層的表面上電鍍形成一金屬層。
- 如申請專利範圍第8項所述之一種用於發光二極體封裝之矽次基板的製造方法，其中該反射層包含鋁或銀。
- 如申請專利範圍第8項所述之一種用於發光二極體封裝之矽次基板的製造方法，其中該絕緣層為一透光的絕緣層。
- 如申請專利範圍第8項所述之一種用於發光二極體封裝之矽次基板的製造方法，其中該金屬晶種層包含有鈦鎢合金或銅金屬。
- 如申請專利範圍第8項所述之一種用於發光二極體封裝之矽次基板的製造方法，其中該金屬層包含一銅金屬層或一鎳金層。
- 一種發光二極體封裝的製造方法，包含有：提供一以申請專利範圍第8項所述之方法所構成的矽次基板；將一發光二極體晶粒置於該矽次基板上；以及以打線將該發光二極體晶粒的一電極與該矽次基板的一接合墊接合。
- 一種用於發光二極體封裝之矽次基板，包含有：一矽基板，其一面上設有一反射層； 一直通矽晶穿孔，穿過該反射層及該矽基板；一絕緣層，覆蓋該反射層及該矽基板；以及一重分佈線路層，設於該絕緣層上，該重分佈線路層包含有一金屬晶種層以及一金屬層。
- 如申請專利範圍第14項所述之一種用於發光二極體封裝之矽次基板，其中該反射層包含鋁或銀。
- 如申請專利範圍第14項所述之一種用於發光二極體封裝之矽次基板，其中該絕緣層為一透光的絕緣層。
- 如申請專利範圍第14項所述之一種用於發光二極體封裝之矽次基板，其中該金屬晶種層包含有鈦鎢合金或銅金屬。
- 如申請專利範圍第14項所述之一種用於發光二極體封裝之矽次基板，其中該金屬層包含有一銅金屬層或一鎳金層。
- 一種發光二極體封裝，包含有：一矽次基板，其結構如申請專利範圍第14項所述；一發光二極體晶粒，置於該矽次基板上；以及一打線，將該發光二極體晶粒的一電極與該矽次基板的一接合墊接合。
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