TWI525756B - 有受控模造邊界的層壓無引線載體組件中的光半導體元件及形成該元件之方法 - Google Patents

Description

有受控模造邊界的層壓無引線載體組件中的光半導體元件及形成該元件之方法

本申請案係為2012年3月2日申請且標題為「具有模造於基板之封裝凹陷的半導體雷射晶片封裝及該封裝的形成方法(SEMICONDUCTOR LASER CHIP PACKAGE WITH ENCAPSULATED RECESS MOLDED ON SUBSTRATE AND METHOD FOR FORMING SAME)」之美國專利申請案第13/411,275號之延續部分，該美國專利全文以引用的方式併入本說明書中。本發明主張2009年10月1日申請之美國專利第8,431,951號為優先權，該美國專利標題為「具有封裝在側視者元件位向或頂視者元件位向之層壓無引線載體的光電元件(OPTOELECTRONIC DEVICES WITH LAMINATE LEADLESS CARRIER PACKAGING IN SIDE-LOOKER OR TOP-LOOKER DEVICE ORIENTATION)」，該美國專利全文以引用的方式併入本說明書中。

本發明是關於電路組件，更特定而言之，本發明是關於半導體雷射晶片。

表面裝置技術(SMT)係用於建構電子電路，在表面裝置技術中，將該些組件(表面裝置組件；SMC)直接安裝在印刷電路板(PCB)的表面上。如此製得的電子元件被稱為表面安裝元件(SMD)。表面裝置技術已大幅取代利用導線將組件裝配至電路板孔洞中的穿孔技術建構法。

由於表面裝置技術使用較小的導線或是完全不使用導線，故表面裝置技術組件通常小於穿孔技術的對等元件。表面裝置技術組件可包含各種形式的短路針或導線、扁平接點、焊料球介質(BGA)、或該組件主體上的終止區。

邊緣發射雷射在正交於安裝表面的方向上具有非常快速擴大的光束。可利用導線將邊緣發射雷射安裝在封裝中，該導線將雷射定位為垂直主要驅動器板。該封裝必須具有窗蓋或封裝件，以保護置於引線框架邊緣或是封裝基底基座上的雷射。當雷射安裝在大的平坦表面時，例如直接安裝在主要驅動器板或直接安裝在第二基板上時，至少一部分的光束會與該表面相交，其中該第二基板可為PCB、陶瓷基板或接著安裝在主要驅動器板的其他基板。為了克服此限制，通常將邊緣發射雷射安裝在驅動器板或是第二基板的邊緣，雷射的邊緣與面板或基板的邊緣相鄰或非常相近，因此光束可在超越面板或基板的面積上擴大。此設置卻具有數個缺點。舉例來說，相較於其他敏感度，雷射蝕刻面一般對於汙染物以及濕度較敏感，而接近面板或基板的邊緣處會提高蝕刻面的易損性。此外，將雷射設置在面板或基板邊緣的必要 性限制了面板設計的靈活性，且可能導致某些封裝選項無法實現，例如，某些晶片載體，諸如層壓無引線載體(LLC)。層壓無引線載體使用平坦金屬墊，該平坦金屬墊提供與印刷電路板的接觸。層壓無引線載體不具有延伸出封裝的接點且可直接安裝在印刷電路板上。層壓無引線載體包含多個層疊在一起的導電層以及介電層。

儘管表面裝置技術(SMT)在製造以及電路佈局上提供許多優點，但半導體邊緣發射雷射晶片的限制卻為SMT雷射帶來挑戰。除了與將半導體雷射晶片置於表面安裝封裝邊緣相關的邏輯問題之外，散熱考量可能會與表面安裝特徵相互牴觸。具體來說，SMT通常難以將半導體雷射晶片所產生的熱傳導至可進一步散熱的封裝表面，例如，使用吸熱設備或迴流方法來散熱。

光半導體元件是電-至-光轉換器或光-至-電轉換器，可將電子訊號轉換為光訊號，以及將光訊號轉換為電子訊號。一些光半導體元件為光發射器，諸如雷射以及發光二極體(LED)，而其他的光半導體元件為光偵測器，例如，PN光二極體、光電晶體、PIN光二極體、崩潰式光二極體(APD)、單光崩潰式光二極體(SPAD)、矽光電倍增器(SiPM)以及電荷耦合元件(CCD)。光半導體元件的典型應用包含電子通訊、測距儀、醫學影像、科學儀器以及天文物體應用。

光半導體元件的整合和封裝與積體電路(IC)和微機電系統(MEMS)中的對等件分享許多共同的挑戰，例如，電性問題、熱問題以及應力問題。存在許多與光半導體元件 相關的特性與挑戰。

由結構設計的觀點來看，大部分的光半導體元件包含較大主動區與功能層深度，該主動區具有高達數公分的特徵尺寸，而該功能層深度可與高達幾百微米的晶片或晶圓一樣厚。在大部分情況中，觸點同時位於前側或與背側。就PIN、APD、SPAD與SiPM元件而言，供應電壓可高達數百伏特。一般來說，光半導體元件需要光耦合及/或阻隔能力，例如，抗反射塗層(ARC)，以及過濾。此外，光半導體元件的組裝通常需要精準的機械尺寸以及對準。

由製造過程的觀點來看，光元件的組裝線以相對低的生產量進行，而每年1萬件則視為量產。典型的製造需要數個元件至數千個元件。該晶圓製造線處理2至6吋的晶圓，在IC產業中，2至6吋的晶圓尺寸明顯小於6至12吋晶圓。通常將非均相半導體(例如，矽與III-V族)整合在相同產品中。

相較於IC，光半導體元件被視為半導體產業中的特殊項目。然而，光半導體仍面臨著來自商業與軍用市場領域的成本降低壓力。因此，此產業存在著克服一些或全部前述缺點的需求。

本發明實施例提供具有受控模造邊界的層壓無引線載體(LLC)組件中的光半導體元件以及形成該元件的方法。簡短描述，本發明係關於包含光半導體晶片的層壓無引線載 體封裝。該封裝包含基板，支撐光半導體晶片。基板包含複數個層疊在一起的導電層以及介電層，包含底部導電層、頂部導電層以及介於頂部導電層與底部導電層之間的介電層。該封裝包含：複數個導電槽狀穿孔，提供頂部導電層與底部導電層之間的電氣連接；線接合墊，設置於基板的頂表面上；焊線，該焊線耦接至該光半導體晶片與該線接合墊；以及封裝件，該封裝件覆蓋該光半導體晶片、該焊線以及至少一部分的該基板的頂表面，其中該封裝件為模造化合物，且該模造化合物由至少一個槽狀穿孔處縮回。設置該層壓無引線載體封裝為安裝在印刷電路板上的側視者配置中、該光半導體晶片的主動區垂直於該印刷電路板，以及設置該槽狀穿孔與該印刷電路板為電氣接觸。

本發明的第二態樣是關於層壓無引線載體封裝，包含：光半導體晶片以及基板，該基板支撐該光半導體晶片。基板包含複數個層疊在一起的導電層以及介電層，包含底部導電層、頂部導電層以及介於頂部導電層與底部導電層之間的介電層。該層壓無引線載體(LLC)包含：複數個導電槽狀穿孔，提供頂部導電層與底部導電層之間的電氣連接；線接合墊，設置於基板的頂表面上；焊線，該焊線耦接至該光半導體晶片與該線接合墊；以及封裝件，該封裝件覆蓋該光半導體晶片、該焊線以及至少一部分的該基板的頂表面，其中該封裝件為模造化合物。該模造化合物由金屬接點縮回，配置該金屬接點為機械及/或電氣連接該層壓無引線封裝與印刷電路板。設置該層壓無引線載體封裝為安裝在印刷電路板上 的側視者配置中，該光半導體晶片的主動區垂直於該印刷電路板，以及設置該層壓無引線載體封裝為安裝在印刷電路板上的頂視者配置中，該光半導體晶片的主動區平行於該印刷電路板。

就結構上簡短描述，本發明的第三態樣是關於製造複數個層壓無引線載體封裝的製程。該製程包含以下步驟：準備基板，其中準備基板的步驟包含將頂部導電層、底部導電層以及介於頂部導電層與底部導電層之間的介電層層疊在一起，以及其中該頂部導電層包含晶粒附著墊、線接合墊以及至少兩個槽狀穿孔；施加環氧黏著劑至該晶粒附著墊；安置光半導體晶片於該晶粒附著墊上；利用焊線將光半導體晶片線接合至該線接合墊；以暫時性填充劑暫時填充槽狀穿孔；模造一模造化合物以形成封裝件，該封裝件覆蓋光半導體晶片、線接合墊以及至少一部分的基板的頂表面；由槽狀穿孔移除暫時性填充劑；以及切割基板成為個別層壓無引線載體封裝。

當參照後附圖式以及實施方式後，在此技術領域中具有通常知識者將更理解本發明的其他系統、方法以及特徵。這意指全部的額外系統、方法以及特徵皆包含在本說明書中、落入本發明的範疇以及由後附申請專利範圍所保護。

100‧‧‧光電封裝

105‧‧‧基板

110‧‧‧介電層

115‧‧‧頂部導電層

120‧‧‧晶粒附著墊

125‧‧‧線接合墊

130‧‧‧底部導電層

135‧‧‧導電穿孔

140‧‧‧黏著層

145‧‧‧晶片

147‧‧‧晶面

150‧‧‧晶片

160‧‧‧焊線

165‧‧‧封裝件

170‧‧‧頂表面

180‧‧‧側面

190‧‧‧凹陷區域

310‧‧‧光束

410‧‧‧側視者

420‧‧‧頂視者

500‧‧‧製程

510‧‧‧方框

520‧‧‧方框

530‧‧‧方框

540‧‧‧方框

550‧‧‧方框

560‧‧‧方框

700‧‧‧光半導體元件

715‧‧‧受控模造邊界

721‧‧‧晶粒附著墊

722‧‧‧線接合墊

740‧‧‧黏著層

755‧‧‧焊線

765‧‧‧封裝件

770‧‧‧頂表面

780‧‧‧封裝件

900‧‧‧製程

910‧‧‧方框

920‧‧‧方框

930‧‧‧方框

940‧‧‧方框

950‧‧‧方框

960‧‧‧方框

970‧‧‧方框

980‧‧‧方框

後附圖式提供本發明的進一步理解，且併入此說明書中並構成此說明書的一部分。該些圖式說明本發明的實施 例，且與說明書一起解釋本發明的原理。

第1圖為根據本發明的示例性半導體雷射封裝的示意圖。

第2圖為示例性半導體雷射封裝的透視示意圖。

第3圖為示例性半導體雷射封裝的透視示意圖，指出雷射光束的路徑。

第4圖說明在印刷電路板上安裝為側視者或頂視者的示例性半導體雷射封裝。

第5圖為用於製造描述於本發明中的半導體雷射封裝的示例性矩陣組件製程的流程圖。

第6A圖說明在第5圖的示例性矩陣組件製程的準備階段期間的基板片。

第6B圖說明在第5圖的示例性矩陣組件製程的環氧樹脂施加階段期間的基板片。

第6C圖說明在第5圖的示例性矩陣組件製程的晶片安置階段期間的基板片。

第6D圖說明在第5圖的示例性矩陣組件製程的線接合階段期間的基板片。

第6E圖說明在第5圖的示例性矩陣組件製程的模造階段期間的基板片。

第6F圖說明在第5圖的示例性矩陣組件製程的切割階段期間的基板片。

第6G圖說明個別光電封裝，該個別光電封裝為第5圖的示例性矩陣組件製程的產物。

第7圖為根據本發明的示例性光半導體元件100的橫截面示意圖。

第8圖為在印刷電路板上安裝為側視者或頂視者的示例性光半導體元件的示意圖。

第9圖為用於製造描述於本發明中的光半導體元件的示例性矩陣組件製程的流程圖。

第10A圖為第9圖的方框910所示之準備階段期間的基板片示意圖。

第10B圖為第9圖的方框920所示之暫時性穿孔填充階段期間的基板片示意圖。

第10C圖為第9圖的方框930所示之施加晶粒附著環氧樹脂階段期間的基板片示意圖。

第10D圖為第9圖的方框940所示之晶片安置階段期間的基板片示意圖。

第10E圖為第9圖的方框950所示之晶片線接合階段期間的基板片示意圖。

第10F圖為第9圖的方框960所示之模造階段期間的基板片示意圖。

第10G圖為第9圖的方框970所示之暫時性填充劑移除階段期間的基板片示意圖。

第10H圖為第9圖的方框980所示之切割階段期間的基板片示意圖。

第11A圖說明由第9圖的示例性矩陣組件製程所產生的個別光半導體元件的各向視圖。

第11B圖說明由第9圖的示例性矩陣組件製程所產生的個別光半導體元件的頂視圖。

現將詳細參閱本發明的實施例，該些附圖說明實施例的實例。儘可能在圖式以及說明書中使用相同的元件符號來代表相同或類似的部分。

說明用於製造半導體光電封裝的設備與方法的示例性實施例。將光電晶片，例如，雷射晶片，安置在嵌入基板邊緣的凹陷區域旁。定位雷射晶片，使該雷射晶片晶面俯瞰該凹陷區域。複數個導電穿孔提供基板上的頂部導電層與底部導墊層之間的電氣連接及/或熱導管。模造後的光學環氧化合物封裝至少一部分的基板的頂表面、雷射晶片以及凹陷區域。可將半導體雷射封裝安置在印刷電路板上，使雷射光束平行於印刷電路板或使雷射光束垂直於印刷電路板。

其他示例性實施例可包含其他種類的光電封裝，例如，但不限於，發光二極體(LED)、光二極體、光電晶體、PIN光二極體、崩潰式光二極體(APD)、電荷耦合元件(CCD)以及矽光電倍增器(SiPM)。

第1圖說明根據本發明的光電封裝100的示例性實施例的橫截面圖。該光電封裝100包含基板105、晶片145以及封裝件165。

晶片145可為任何雷射元件，包含邊緣發射雷射等等。舉例來說，晶片145可為任何適當材料所形成的雷射晶 片，諸如IV族(矽)半導體以及III-V族半導體。雷射晶片145可具有任何結構，例如，磊晶晶圓(EPI)或穿透結構。

光電封裝100可為層壓無引線載體(LLC)。無引線載體使用平坦金屬墊，該平坦金屬墊提供與印刷電路板的接觸。層壓無引線載體不具有延伸出封裝的接點且層壓無引線載體可直接安裝在印刷電路板上。層壓晶片載體包含多個層疊在一起的導電層以及介電層。在一實例中，層壓無引線載體包含頂部導電層、底部導電層以及介於頂部導電層與底部導電層之間的介電層，以下更詳細描述之。取決於設計的複雜度，層壓晶片載體可具有多個不同的導電層及/或介電層。

光電封裝100包含基板105，用於支撐晶片145。基板105可為，但不於限於，任何薄膜陶瓷基板、厚膜陶瓷基板以及不同種類的印刷電路板(PCB)。在一較佳實施例中，光電封裝100不包含任何引線框架。基板105可包含介電層110；頂部導電層115以及底部導電層130，分別提供在介電層110的上方與下方；以及複數個導電穿孔135，提供頂部導電層115與底部導電層130之間的電氣連接及/或熱導管。可在頂視者元件位向或側視者元件位向中(以下將更詳細說明這兩種位向)採用導電穿孔135。導電穿孔135可作為電導管及/或熱傳導導管。此熱傳導是很重要的，可分散雷射晶片所產生的熱能，而該熱能證實對於晶片性層以及可靠性是不利的。

頂部導電層115包含晶粒附著墊120，用於附接晶片145於基板105上。更特定而言之，可使用黏著層140將 晶片145附接於基板105的晶粒附著墊120上。頂部導電層115亦包含線接合墊125，用於附接焊線160，該焊線160提供晶片150與頂部導電層115之間的電氣連接。儘管在此實施例中使用單一焊線160，但不反對使用兩個或兩個以上的焊線，如適用於替代實施例中。每一導電穿孔135可為不同槽形狀的小開口，例如小圓形開口。

基板105具有凹陷區域190，如第2圖所示，在凹陷區域中移除基板材料，以形成基板105邊緣處的縮回區域。較佳地安置晶片145，使晶片145的雷射發射邊緣相鄰或幾乎相鄰於凹陷區域190，如第2圖所示。將晶片145放置在凹陷區域的邊緣允許光束310(第3圖)由晶片145向外投射，而不與基板105交叉。相似地，形成凹陷區域190，故可由雷射晶片145晶面產出整個光束，而不發生扭曲光束輪廓的基板反射情況。凹陷區域190允許將雷射晶片145放置在嵌入封裝100邊緣的位置上，而不會產生光束310(第3圖)與基板105交叉的情況。

提供封裝件165以封裝並保護晶片145、焊線160、凹陷區域190以及基板105或一部分的基板105。在一示例性實施例中，使用封裝件165來封裝邊緣發射雷射晶片。由於邊緣發射雷射晶片通常在高電壓下操作，封裝件165可為具有低離子濃度與高抗濕性的模造化合物。舉例來說，該封裝件可為光學環氧化合物。在一些示例性實施例中，封裝件165可為模造化合物，提供晶片145與焊線160保護，而不會施加高應力於焊線160。在一些示例性實施例中，模造化合物可 為光學透明，使該模造化合物不會過濾或減弱特定波長的光。舉例來說，可使用APTEK 6100-1 A/B作為模造化合物。APTEK 6100-1 A/B是兩種組成，為清澈如水的未填滿剛性系統，設計用於光電封裝中LED晶片的封裝。APTEK 6100-1 A/B提供環境保護且當APTEK 6100-1 A/B鑄型後可作為元件的透鏡部分，展現優良的清晰度以及光穿透性。

第1圖顯示封裝件165，僅覆蓋一部分的基板105的頂表面，但根據最終應用的要求，封裝件165可覆蓋整個基板105的頂表面。封裝件165可由一或多個導電穿孔135處縮回或拉回，例如，可確保導電穿孔135至印刷電路板的可焊性。封裝件165由導電穿孔135的縮回可進一步避免在模造製程期間干擾導電穿孔135的可焊性，以下將進一步說明之。封裝件165的側面180可為垂直、傾斜、或在封裝件的不同部分中傾斜不同的角度。封裝件165的頂表面170(光學介面)可模造為平坦表面或圓柱形透鏡、球形透鏡、非球形透鏡、圓頂形透鏡、環面透鏡等等。

雷射晶片145的邊緣位於封裝件165中的優點在於，例如，在組裝於印刷電路板(PCB)上的期間或在製造後與組裝於PCB之前的處理部分期間，保護雷射晶片145中的主動區或晶面147。假如將晶片145安裝在不具有凹陷區域190的基板105邊緣處，封裝件165將無法保護雷射晶片145的晶面147。

第3圖為光電封裝100的簡化示意圖，顯示半導體雷射封裝件100中來自晶片145的雷射光束310的投影。光 束310在光束的投影方向中的發散角上快速地擴大。假如凹陷190未出現，且假如凹陷190所在區域卻被基板材料所填滿，光束310將與基板105相交。基於一些原因，此相交情況是有問題的。首先，正交會阻礙光束310的路徑，吸收一部分將傳送的能量。第二，由光束310所吸收的能量將會加熱基板105。第三，相交區域會反射一部分的光束，造成非期望的結果。

可設計凹陷區域190的尺寸，使晶片145被放置在相鄰或非常相鄰該凹陷區域190。根據最終應用的要求，凹陷區域190可具有各種寬度與深度。舉例來說，光束大幅散佈應用的凹陷區域190可深於光束具有較窄散佈應用的凹陷區域190。儘管在此實施例中，凹陷區域190被繪示為矩形，但不反對其他形狀的凹陷區域190，例如，半圓形、三角楔形或其他形狀。凹陷區域190與基板105的頂表面相交，但可不延伸至與基板105的底表面相交，如第3圖所示。然而，不反對凹陷區域190延伸至與基板105的底表面相交的光電封裝100的實施例。

如第4圖所示，可以側視者410或頂視者420的方式將光電封裝100安置於印刷電路板上。一般來說，可根據相對於印刷電路板表面來自雷射晶片的主動區的光方向或發射方向來選擇位向。舉例來說，假如來自雷射的主動區的發射與印刷電路板垂直，則使用頂視者位向420。在此配置中，雷射晶片的主動區與印刷電路板垂直。

反之，假如光與印刷電路板平行，則使用側視者配 置410。在此位向中，光電晶片的主動區與印刷電路板平行。回到第3圖，光電封裝100與印刷電路板的電氣連接性可穿過導電穿孔135，故可沿著穿孔135的連續長度(諸如，以側視者配置)或在穿孔135的末端(諸如，以頂視者配置)焊接導電穿孔135。如前所述之，由一或多個穿孔135處縮回的封裝件165可助於安置光電封裝100於側視者位向及/或頂視者位向中。

儘管描繪在第2圖的示例性實施例包含單一晶片145以及單一凹陷區域190，但不反對包含兩個或兩個以上的晶片145的替代性實施例。例如，可將兩個或兩個以上的晶片145對準，以投射平行光束並共享單一凹陷區域190，或者沿著基板105的單一邊緣可包含多個凹陷區域190。類似地，光電封裝100可沿著基板105的兩個或兩個以上的邊緣包含多個凹陷區域190，以容納投射定位於不同方向中的光束310的多個晶片145。應承認在一些實施例中，可在單一半導體雷射封裝中放置超過一個雷射晶片、焊線或晶粒附著墊。

基板設計考量各種導熱材料。此外，穿孔135提供熱導管，以將雷射晶片145所產生的熱傳導至表面安裝封裝的邊緣，接著在該邊緣處可藉由在此技術領域中具有通常知識者所熟知的方法將熱由半導體雷射封裝分散開來。舉例來說，由銅所製成的穿孔135可具有導熱性質，以降低雷射晶片至最終PCA的熱阻抗。

確保安裝板維持在低於臨界溫度，例如25℃，是有利的。例如，藉由附接晶片145與基板105的導電黏著劑的 熱性質可幫助維持溫度低於臨界溫度。導電黏著劑140可為，例如，導電環氧樹脂或焊料。

第5圖為矩陣組件製程500的示例性實施例的流程圖，用於製造描述在本發明中的半導體雷射封裝。應注意到流程圖中的任何製程描述或方框應理解為包含一或多個指示的代表性模組、區段、代碼部分或步驟，用於實現製程中的特定邏輯功能，且替代性執行亦包含在本發明的範疇中，如在此技術領域中具有通常知識者所理解，根據所涉及的功能性，可不依照所顯示或所討論的順序執行功能，包含實質同時或相反順序。

設計矩陣組件製程以符合低成本、高容積、小型化以及SMT相容產品的市場需求。如方框510所示，以此領域所熟知的方法準備基板，包含在基板中形成凹陷區域。凹陷區域可藉由以下方法形成：藉由蝕刻基板，例如，濕式或乾式蝕刻、藉由雷射剝除或藉由在此技術領域中具有通常知識者所熟知的其他方法。基板可為，但不限於，薄膜陶瓷基板、厚膜陶瓷基板以及任何一種印刷電路板。基板材料應具有適合的熱性質，例如，具有範圍約10W/℃/m至100W/℃/m的熱抗性。如方框520所示，施加晶粒附著環氧樹脂。可利用點膠、打印或印刷方式施加環氧黏著劑。應注意到其他導電與導熱媒介，例如，焊料，可取代晶粒附著環氧樹脂。

如方框530所示，人工地、或使用半自動或全自動晶粒附著機器來安置雷射晶片於基板上。如方框540所示，人工地、或使用半自動或全自動晶粒附著機器來添加焊線至 基板上。根據應用，焊線可使用不同材料(例如，鋁或金)、不同尺寸(例如，直徑為0.7mil與1mil)、或不同配置(例如，球形-楔形與楔形-楔形)。如方框550所示，添加模造化合物至基板，經由模造成為封裝件。可以液體的方式注入模造化合物，接著再硬化。硬化溫度以及時間取決於模造材料，通常可由材料資料表獲得這些資訊。模造化合物可由一些或全部的槽狀穿孔處縮回，以避免在模造期間干擾導電穿孔的可焊性。在添加模造化合物至基板之前，可暫時填充槽狀穿孔以在模造期間進一步保護導電穿孔的可焊性。在模造完成後，例如，在部分或完全設置模造化合物後，由槽狀穿孔移除暫時性填充劑。如方框560所示，將基板切割為個別半導體雷射封裝。例如，可利用鋸刀或雷射光束來完成切割。

第6A至6F圖說明在前述示例性矩陣組件製程500的不同階段期間的基板片，第6G圖說明由示例性矩陣組件製程所產生的個別半導體雷射封裝。第6A圖說明在基板準備後的基板片，包含形成凹陷區域。然而，不反對在準備基板的剩餘部分之前或之後，形成凹陷區域。第6B圖說明在施加晶粒附著環氧樹脂後的組件。第6C圖說明在將雷射晶片安置在基板後的組件。第6D圖說明在將焊線添加至基板後的組件。第6E圖說明在添加模造化合物至基板作為封裝件後的組件。第6F圖說明在將組件切割為個別半導體雷射封裝後的組件。一個組件為超過一個材料的集合，該組件可為一個封裝或一個封裝陣列。

應理解在製程500之前可執行任何次數的製程，作 為組件製程的一部分。舉例來說，在一個前製程中，可利用凹陷及/或浮凸的方式來處理基板，以供晶片放置。且，可在製程500之後執行任何次數的製程，作為組件製程的一部分。舉例來說，在一後續製程中，可以矩陣形式或個別方式測試切割後元件。

應理解製程500可包含額外步驟及/或子步驟。舉例來說，在切割開始後(如第6F圖所示)，但在切割完成之前，可研磨封裝件的正面，在該正面處光線由LLC顯露出來。舉例來說，該研磨可發生在多個凹陷區域的正面被排列成多個列或多個帶時，使得在最終切割之前，可同時研磨覆蓋一個帶上的多個凹陷區域的封裝件。這比在最終切割後單獨研磨每個凹陷區域上的封裝件來地更有效率。

第7圖說明根據本發明實施例的示例性光半導體元件100的橫截面圖。光半導體元件700包含基板710、晶片750以及封裝件780。

晶片750可為任何光半導體元件，包含：雷射、發光二極體(LED)、PN光二極體、光電晶體、PIN光二極體、崩潰式光二極體(APD)、單光崩潰式光二極體(SPAD)、矽光電倍增器(SiPM)以及電荷耦合元件(CCD)等等。舉例來說，晶片750可為由任何適當材料所形成的APD晶片，例如，IV族(矽)半導體以及III-V族半導體(InGaAs)。APD晶片可具有任何結構，例如磊晶(EPI)結構或穿透(RT)結構。

光半導體元件700可為LLC。無引線載體使用平坦 金屬墊，該平坦金屬墊提供與印刷電路板的接觸。無引線載體不具有延伸出元件的接點且無引線載體可直接安裝在印刷電路板上。層壓晶片載體包含多個層疊在一起的導電層以及介電層。在一實例中，層壓無引線載體包含頂部導電層、底部導電層以及介於頂部導電層與底部導電層之間的介電層，以下更詳細敘述之。根據設計的複雜性，LLC可具有多個不同的導電層及/或介電層。

光半導體元件700包含基板710，用於支撐晶片750。基板710可為，但不限於，任何薄膜陶瓷基板、厚膜陶瓷基板、以及不同種類的印刷電路板(PCB)。基板710可包含介電層；頂部導電層與底部導電層，分別提供在介電層的上方與下方；以及複數個導電穿孔735，提供頂部導電層與底部導電層之間的電氣連接。頂部導電層包含晶粒附著墊721，用於附著晶片750於基板710上。特定來說，可使用黏著層740來附著晶片750於基板710的晶粒附著墊721上。頂部導電層亦包含線接合墊722，用於附接焊線755，該焊線755提供晶片750與頂部導電層之間的電氣連接。每一個導電穿孔735可為不同槽形狀的小開口，例如小圓形開口。

提供封裝件765以封裝晶片750、焊線755以及基板710或一部分的基板。在一示例性實施例中，使用封裝件765來封裝APD晶片。由於APD晶片通常在高電壓下操作，故封裝件765可為具有低離子濃度與高抗濕性的模造化合物。在一些示例性實施例中，封裝件765可為模造化合物，提供晶片750與焊線755保護，而不會施加高應力於焊線755。

在一些示例性實施例中，模造化合物可為光學透明，使該模造化合物不會過濾或減弱特定波長的光。舉例來說，可使用APTEK 6100-1 A/B作為模造化合物。APTEK 6100-1 A/B是兩種組成，為清澈如水的未填滿剛性系統，設計用於光電封裝中LED晶片的封裝件。模造化合物提供環境保護且當模造化合物鑄型後可作為元件的透鏡部分，展現優良的清晰度以及光穿透性。在另一實例中，模造化合物可具有減弱、阻擋或過濾某些波長的光的材料。舉例來說，可使用APTEK 6103-A/B作為模造化合物。APTEK 6103-A/B是兩種組成，為深紅色的未填滿剛性系統，設計用於光電封裝中紅外線(IR)LED晶片的封裝件。封裝件765提供環境保護且當封裝件765鑄型後可作為元件的透鏡部分，設計為阻擋可見光的同時穿透紅外光。

第7圖顯示封裝件765，僅覆蓋基板710的一部分頂表面，但根據最終應用的需求，在替代性實施例中，封裝件765可覆蓋基板710的整個頂表面。封裝件765的側面520可為垂直、傾斜、或在封裝件765的不同部分中傾斜不同的角度。封裝件765的頂表面770(光學介面)可模造為平坦表面或圓柱形透鏡、球形透鏡、非球形透鏡、圓頂形透鏡等等。

光半導體元件700可具有受控模造邊界715，該受控模造邊界715由金屬接點處縮回，該金屬接點諸如接觸線(trace)與穿孔，用於在側視者位向及/或頂視者位向中，機械性及/或電性接觸該光半導體元件與安裝板。特別是當焊接該些接點至下層組件時，該縮回可避免模造化合物干擾金屬 接點的完整性。

如第8圖所示，光元件700可被配置在印刷電路板上作為側視者或頂視者。一般來說，可根據相對於印刷電路板表面敲擊在光元件的主動區的光方向或由光元件的主動區發射的光方向來選擇位向。舉例來說，假如敲擊在光二極體的光或由LED發射的光與印刷電路板垂直，則使用頂視者位向。反之，假如光與印刷電路板平行，則使用側視者位向。

第9圖顯示用於製造描述於本發明中的光元件的示例性矩陣組件製程的實施例。如前所討論，設計矩陣組件製程以符合低成本、高容積、小型化以及SMT相容產品的市場需求。如方框910所示，準備基板。基板可為，但不限於，薄膜陶瓷基板、厚膜陶瓷基板、以及任何種類的印刷電路板。

如方框920所示，暫時性填充槽狀穿孔，以在模造步驟期間避免模造化合物流到基板背側。特別是當焊接該些接點至下層組件時，暫時性填充槽狀穿孔亦維持作為金屬接點的槽狀穿孔的完整性。如方框930所示，施加晶粒附著環氧樹脂。可利用點膠、打印或印刷方式施加環氧黏著劑。如方框940所示，人工地、或使用半自動或全自動晶粒附著機器來安置晶片於基板上，該晶片可例如為雷射、發光二極體(LED)、PN光二極體、光電晶體、PIN光二極體、崩潰式光二極體(APD)、單光崩潰式光二極體(SPAD)、矽光電倍增器(SiPM)、電荷耦合元件(CCD)等等。如方框950所示，人工地、或使用半自動或全自動晶粒附著機器來添加焊線。

根據應用，焊線可使用不同材料(例如，鋁或金)、不同尺寸(例如，直徑為0.7mil與1mil)、或不同配置(例如，球形-楔形與楔形-楔形)。如方框960所示，添加模造化合物至基板，經由模造成為封裝件。如方框970所示，移除槽狀穿孔中的暫時性填充劑材料。如方框980所示，將組裝與模造後的基板切割為個別光元件。可利用鋸刀或雷射光束來完成切割。

第10A至10H圖說明在前述示例性矩陣組件製程的不同階段期間的示例性基板片。第10A圖說明在基板準備後的基板片。第10B圖說明暫時性填充槽狀穿孔後的基板片。第10C圖說明在施加晶粒附著環氧樹脂後的組件。第10D圖說明在將晶片安置在基板後的組件，該晶片例如為雷射、發光二極體(LED)、PN光二極體、光電晶體、PIN光二極體、崩潰式光二極體(APD)、單光崩潰式光二極體(SPAD)、矽光電倍增器(SiPM)、電荷耦合元件(CCD)等等。第10E圖說明在將焊線添加至基板後的組件。第10F圖說明在添加模造化合物至基板作為封裝件後的組件。第10G圖說明在移除槽狀穿孔中的暫時性填充劑材料後的組件。第10H圖說明在將組件切割為個別光元件後的組件。

第11A與11B圖說明由示例性矩陣組件製程所產生的個別光元件的各向視圖與頂視圖。

應理解在矩陣製程之前可執行任何次數的製程，作為組件製程的一部分。舉例來說，在一個前製程中，可利用凹陷及/或浮凸的方式來處理基板，以供晶片放置。且，可在 矩陣製程之後執行任何次數的製程，作為組件製程的一部分。舉例來說，在一後續製程中，可以矩陣形式或個別方式測試切割後元件。

儘管已結合一些實施例來描述本發明，但並非意圖將本發明限制為在此所闡述的特定形式。反之，本發明的範疇僅由申請專利範圍所界定。此外，儘管可能已結合特定實施例來描述本發明特徵，但在此技術領域中具有通常知識者應理解可根據本發明合併所描述實施例的各種特徵。

再者，儘管單獨列出多個裝置、元件或製程步驟，但可藉由，例如，單一單元或陣列的方式執行多個裝置、元件或製程步驟。此外，儘管個別特徵可包含在不同請求項中，但可能可以有利地合併該些請求項，且不同請求項中的內容並非意味著該些特徵的合併是不可行的及/或有利的。且，在一個請求項類別中的特徵內容並非意味著此類別的限制，而是該特徵可適當地同等應用於其他請求項類別中。

綜上所述，已揭露用於製造半導體雷射封裝的製程與方法的示例性實施例。LLC SMD半導體雷射提供較小足跡，優於光學構件的機械對準、透過構件陣列組件製程具有較低成本、以及在雷射光學軸的位向上的較佳靈活性。對於本發明的結構可作各種修飾與變化，而不會偏離本發明的範疇與精神，這對在此技術領域中具有通常知識者來說是顯而易見的。基於前述內容，本發明涵蓋此發明的修飾例與變化例，該修飾例與變化例落於後附申請專利範圍以及該申請專利範圍的等效例範疇中。

100‧‧‧光電封裝

105‧‧‧基板

110‧‧‧介電層

115‧‧‧頂部導電層

120‧‧‧晶粒附著墊

125‧‧‧線接合墊

130‧‧‧底部導電層

135‧‧‧導電穿孔

140‧‧‧黏著層

145‧‧‧晶片

147‧‧‧晶面

150‧‧‧晶片

160‧‧‧焊線

165‧‧‧封裝件

170‧‧‧頂表面

180‧‧‧側面

190‧‧‧凹陷區域

Claims (21)

1. 一種製造複數個層壓無引線載體封裝的製程，包含以下步驟：準備一基板，其中準備該基板的步驟包含將一頂部導電層、一底部導電層以及介於該頂部導電層與該底部導電層之間的一介電層層疊在一起，且其中該頂部導電層包含一晶粒附著墊、一線接合墊以及至少兩個槽狀穿孔；施加環氧黏著劑至該晶粒附著墊；安裝一光半導體晶片於該晶粒附著墊上；使用一焊線將該光半導體晶片線接合至該線接合墊；利用暫時性填充劑暫時地填充該些槽狀穿孔；模造一模造化合物，以形成一封裝件覆蓋該光半導體晶片、該焊線以及至少一部分的該基板的頂表面；從該些槽裝穿孔移除該些暫時性填充劑；以及將該基板切割為個別層壓無引線載體封裝。
2. 如請求項1所述之製程，其中該至少兩個槽狀穿孔包含一導電穿孔，提供該頂部導電層與該底部導電層之間的電氣連接。
3. 如請求項1所述之製程，其中該至少兩個槽狀穿孔包含位於該頂部導電層上的一槽狀穿孔。
4. 如請求項3所述之製程，更包含一步驟：其中該至少兩個槽狀穿孔包含位於該頂部導電層上的一槽狀穿孔，用於焊接該頂部導電層至一印刷電路板上的安裝墊。
5. 如請求項4所述之製程，其中設置該光半導體晶片的一主動區成垂直於該印刷電路板。
6. 如請求項4所述之製程，其中設置該光半導體晶片的一主動區成平行於該印刷電路板。
7. 如請求項1所述之製程，更包含一步驟：形成一邊界於介於該封裝件與一金屬接點之間的該頂部導電層上。
8. 如請求項7所述之製程，其中該金屬接點包含位於該頂部導電層上的一接觸線(trace)，用於以一側視者位向及/或一頂視者位向，來機械性及/或電性連接該光半導體元件至一安裝板。
9. 如請求項7所述之製程，其中該金屬接點包含該些槽狀穿孔的至少一槽狀穿孔。
10. 如請求項7所述之製程，其中該邊界用於避免對該金屬接點的完整性有該模造化合物的污染。
11. 如請求項1所述之製程，其中該線接合墊包含一部分的該頂部導電層。
12. 如請求項1所述之製程，其中該模造化合物對於一波長帶為光學透明且該模造化合物過濾特定波長的光。
13. 如請求項1所述之製程，更包含一步驟：將該封裝件的頂表面模造為一平坦表面。
14. 如請求項1所述之製程，更包含一步驟：將該封裝件的頂表面模造為一透鏡。
15. 如請求項14所述之製程，其中該透鏡是選自由下列所組成的群組：一圓柱形透鏡、一球形透鏡、一環面透鏡、一非球形透鏡、以及一圓頂形透鏡。
16. 如請求項1所述之製程，更包含一步驟：從該封裝件模造一底座，用於當安裝該封裝為側視者時，穩定該封裝。
17. 如請求項1所述之製程，其中該光半導體晶片是選自由下列所組成的群組：雷射、發光二極體、PN光二極體、光電晶體、PIN光二極體、崩潰式光二極體、單光崩潰式光二極體、電荷耦合元件以及矽光電倍增器。
18. 如請求項1所述之製程，其中該基板是選自由下列所組成的群組：薄膜陶瓷基板、厚膜陶瓷基板以及印刷電路板。
19. 如請求項1所述之製程，更包含一步驟：設置一光學過濾器於該光半導體晶片的一主動區上方。
20. 如請求項1所述之製程，其中該模造的步驟更包含封裝一光學過濾器。
21. 一種製造一層壓無引線載體封裝的製程，包含以下步驟：準備一基板，其中準備該基板的步驟包含將一頂部導電層、一底部導電層以及介於該頂部導電層與該底部導電層之間的一介電層層疊在一起，且其中該頂部導電層包含一晶粒附著墊、一線接合墊以及至少兩個槽狀穿孔；施加環氧黏著劑至該晶粒附著墊；安裝一光半導體晶片於該晶粒附著墊上；使用一焊線將該光半導體晶片線接合至該線接合墊；利用暫時性填充劑暫時地填充該些槽狀穿孔；模造一模造化合物，以形成一封裝件覆蓋該光半導體晶片、該焊線以及至少一部分的該基板的頂表面；以及由該些槽裝穿孔移除該些暫時性填充劑。