TWI744194B - 發光二極體封裝結構及其製作方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係揭露一種發光二極體封裝結構及其製作方法，首先，提供一半導體晶圓，半導體晶圓具有複數個半導體基板。接著，貫穿每一半導體基板，以形成第一通孔與第二通孔。先形成一絕緣層於每一半導體基板之表面及第一通孔與第二通孔之內壁，再形成圖案化電極層於半導體基板之表面。形成覆蓋絕緣層之導電材料於第一通孔與第二通孔中，並電性連接導電材料與圖案化電極層。形成發光二極體於每一半導體基板之第二通孔中，並分別電性連接所有發光二極體與第二通孔中的導電材料。最後，分離所有半導體基板，以提升良率與簡化結構。
Description
本發明係關於一種封裝技術，且特別關於一種發光二極體封裝結構及其製作方法。
發光二極體(LED)為由半導體材料製成的發光二極體。使用發光二極體有可能產生各種不同的顏色，包含紅、綠、黃及藍。操作上，當施加順向偏壓於半導體材料的P-N接面時，發光二極體會發光。發光二極體具有功耗小、高亮度、電壓低、與積體電路匹配容易、容易驅動及使用壽命長等優點，因此已被廣泛應用於照明裝置中及各種產業。
傳統發光二極體的封裝方式，為以打線接合(wire bonding)來連接發光二極體的電極與封裝基板。如第1圖所示，發光二極體1之頂部電極10透過銲線電性連接封裝基板2，由於複數個發光二極體需要一粒一粒的進行打線接合，對於多晶片的應用需求，會有生產速度與良率無法滿足要求的問題；且打線接合的方式，在體積上難以縮小化，且阻抗高，亦難滿足輕、薄、小與高亮度的應用需求。
因此，本發明係在針對上述的困擾，提出一種發光二極體封裝結構及其製作方法，以解決習知所產生的問題。
本發明提供一種發光二極體封裝結構及其製作方法，其係提升良率與簡化結構。
本發明提供一種發光二極體封裝結構， 其係包含一半導體基板、一絕緣層、一第一圖案化電極層、一第二圖案化電極層與三個發光二極體。半導體基板具有貫穿自身之一個第一通孔與三個第二通孔，每一第二通孔包含互相連通之一第一子通孔與一第二子通孔。第一子通孔與第二子通孔分別靠近半導體基板之頂面與底面，第一子通孔之截面積大於第二子通孔之截面積。絕緣層設於半導體基板之表面及第一通孔、第一子通孔與第二子通孔之內壁，第一通孔與第二子通孔填滿有覆蓋絕緣層之導電材料。第一圖案化電極層設於半導體基板之頂面，並電性連接導電材料。第二圖案化電極層設於半導體基板之底面，並電性連接第一通孔與第二子通孔中的導電材料。所有發光二極體分別設於所有第二通孔之第一子通孔中，並分別電性連接第二子通孔中的導電材料。
在本發明之一實施例中，發光二極體封裝結構更包含複數個導電接墊，其係設於第二圖案化電極層上，並電性連接第二圖案化電極層。
在本發明之一實施例中，每一發光二極體包含一金屬組合基板、一磊晶電極層、一電極單元與一透明導電層。金屬組合基板包含一個第一金屬層及二個第二金屬層，二個第二金屬層分別位在第一金屬層的上、下表面上，第一金屬層係為鎳鐵合金，第二金屬層係為銅，金屬組合基板的第二金屬層、第一金屬層、第二金屬層的厚度比為1：2.5~3.5：1。金屬組合基板位於第一子通孔中。磊晶電極層位於金屬組合基板上，並位於第一子通孔中。電極單元設於磊晶電極層上，並位於第一子通孔中，透明導電層覆蓋金屬組合基板、導電材料、磊晶電極層、電極單元與第一圖案化電極層，並電性連接導電材料、電極單元與第一圖案化電極層。
在本發明之一實施例中，發光二極體包含紅色發光二極體、綠色發光二極體與藍色發光二極體。
在本發明之一實施例中，導電材料為銀膠。
在本發明之一實施例中，第一圖案化電極層與第二圖案化電極層為導電油墨。
在本發明之一實施例中，提供一種發光二極體封裝結構之製作方法，首先，提供一半導體晶圓，其中半導體晶圓具有複數個半導體基板。接著，貫穿每一半導體基板，以形成一個第一通孔與三個第二通孔，每一第二通孔包含互相連通之一第一子通孔與一第二子通孔，其中第一子通孔與第二子通孔分別靠近半導體基板之頂面與底面，第一子通孔之截面積大於第二子通孔之截面積。形成一絕緣層於每一半導體基板之表面及第一通孔、第一子通孔與第二子通孔之內壁。形成一第一圖案化電極層於半導體基板之頂面。形成覆蓋絕緣層之導電材料於第一通孔與第二子通孔中，並電性連接導電材料與第一圖案化電極層。形成一第二圖案化電極層於半導體基板之底面，並電性連接第二圖案化電極層、第一通孔與第二子通孔中的導電材料。分別形成三個發光二極體於每一半導體基板之所有第二通孔之第一子通孔中，並分別電性連接所有發光二極體與第二子通孔中的導電材料。最後，分離所有半導體基板。
在本發明之一實施例中，發光二極體封裝結構之製作方法更包含形成複數個導電接墊於每一半導體基板上的第二圖案化電極層上，並電性連接所有導電接墊與第二圖案化電極層。
基於上述，發光二極體封裝結構及其製作方法，其係利用矽穿孔(TSV)技術提升良率與簡化結構。
茲為使 貴審查委員對本發明的結構特徵及所達成的功效更有進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例圖及配合詳細的說明，說明如後：
本發明之實施例將藉由下文配合相關圖式進一步加以解說。盡可能的，於圖式與說明書中，相同標號係代表相同或相似構件。於圖式中，基於簡化與方便標示，形狀與厚度可能經過誇大表示。可以理解的是，未特別顯示於圖式中或描述於說明書中之元件，為所屬技術領域中具有通常技術者所知之形態。本領域之通常技術者可依據本發明之內容而進行多種之改變與修改。
當一個元件被稱為『在…上』時，它可泛指該元件直接在其他元件上，也可以是有其他元件存在於兩者之中。相反地，當一個元件被稱為『直接在』另一元件，它是不能有其他元件存在於兩者之中間。如本文所用，詞彙『及/或』包含了列出的關聯項目中的一個或多個的任何組合。
於下文中關於“一個實施例”或“一實施例”之描述係指關於至少一實施例內所相關連之一特定元件、結構或特徵。因此，於下文中多處所出現之“一個實施例”或 “一實施例”之多個描述並非針對同一實施例。再者，於一或多個實施例中之特定構件、結構與特徵可依照一適當方式而結合。
除非特別說明，一些條件句或字詞，例如「可以(can)」、「可能(could)」、「也許(might)」，或「可(may)」，通常是試圖表達本案實施例具有，但是也可以解釋成可能不需要的特徵、元件，或步驟。在其他實施例中，這些特徵、元件，或步驟可能是不需要的。
第2圖為本發明之發光二極體封裝結構之一實施例之結構剖視圖。請參閱第2圖，發光二極體封裝結構3包含一半導體基板30、一絕緣層31、一第一圖案化電極層32、一第二圖案化電極層33、三個發光二極體34與導電材料35，其中第一圖案化電極層32與第二圖案化電極層33可為導電油墨，但本發明不限於此。導電材料35包含，但不限於銀膠。所有發光二極體34包含紅色發光二極體、綠色發光二極體與藍色發光二極體。半導體基板30具有貫穿自身之一個第一通孔301與三個第二通孔302，每一第二通孔302包含互相連通之一第一子通孔3021與一第二子通孔3022。第一子通孔3021與第二子通孔3022分別靠近半導體基板30之頂面與底面，第一子通孔3021之截面積大於第二子通孔3022之截面積。絕緣層31設於半導體基板30之表面及第一通孔301、第一子通孔3021與第二子通孔3022之內壁，第一通孔301與第二子通孔3022填滿有覆蓋絕緣層31之導電材料35。第一圖案化電極層32設於半導體基板30之頂面，並電性連接導電材料35。第二圖案化電極層33設於半導體基板30之底面，並電性連接第一通孔301與第二子通孔302中的導電材料35。所有發光二極體34分別設於所有第二通孔302之第一子通孔3021中，並分別電性連接第二子通孔3022中的導電材料35。此外，發光二極體封裝結構3更可包含複數個導電接墊36，其係設於第二圖案化電極層33上，並電性連接第二圖案化電極層33。假設半導體基板30為矽基板，第一通孔301與第二通孔302為矽通孔。故相對打線接合(wire bonding)技術，發光二極體封裝結構3利用矽穿孔(TSV)技術提升良率與簡化結構。
在本發明之某些實施例中，每一發光二極體34可包含一金屬組合基板341、一磊晶電極層342、一電極單元343與一透明導電層344。金屬組合基板341包含一個第一金屬層及二個第二金屬層，第二金屬層分別位在第一金屬層的上、下表面上，第一金屬層係為鎳鐵合金，其中鎳鐵合金為不變剛(Invar)，第二金屬層係為銅，金屬組合基板341的第二金屬層、第一金屬層、第二金屬層的厚度比為1：2.5~3.5：1。金屬組合基板341位於第一子通孔3021中。金屬組合基板341具有高熱傳導係數、低熱膨脹係數與初始磁導率。磊晶電極層342位於金屬組合基板341上，並位於第一子通孔3021中，電極單元343設於磊晶電極層342上，並位於第一子通孔3021中。透明導電層344覆蓋金屬組合基板341、導電材料35、磊晶電極層342、電極單元343與第一圖案化電極層32，並電性連接導電材料35、電極單元343與第一圖案化電極層32。
第3(a)圖至第3(h)圖為本發明之製作發光二極體封裝結構之一實施例之各步驟結構剖視圖。第4圖為對應第3(b)圖之結構俯視圖。第5圖為對應第3(c)圖之結構俯視圖。第6圖為對應第3(d)圖之結構俯視圖。第7圖為對應第3(e)圖之結構俯視圖。第8圖為對應第3(f)圖之結構仰視圖。第9圖為對應第3(g)圖之結構俯視圖。第10圖為對應第3(h)圖之結構仰視圖。以下介紹本發明之發光二極體結構3之製作方法，首先，如第3(a)圖所示，提供一半導體晶圓4，其中半導體晶圓4具有複數個半導體基板30。接著，如第3(b)圖與第4圖所示，貫穿每一半導體基板30，以形成一個第一通孔301與三個第二通孔302，每一第二通孔302包含互相連通之一第一子通孔3021與一第二子通孔3022，其中第一子通孔3021與第二子通孔3022分別靠近半導體基板30之頂面與底面，第一子通孔3021之截面積大於第二子通孔3022之截面積。如第3(c)圖與第5圖所示，形成絕緣層31於每一半導體基板30之表面及第一通孔301、第一子通孔3021與第二子通孔3022之內壁。如第3(d)圖與第6圖所示，形成第一圖案化電極層32於半導體基板30之頂面。如第3(e)圖與第7圖所示，形成覆蓋絕緣層31之導電材料35於第一通孔301與第二子通孔3022中，並電性連接導電材料35與第一圖案化電極層32。如第3(f)圖與第8圖所示，形成第二圖案化電極層33於半導體基板30之底面，並電性連接第二圖案化電極層33、第一通孔301與第二子通孔3022中的導電材料35。如第3(g)圖與第9圖所示，分別形成三個發光二極體34於每一半導體基板30之所有第二通孔302之第一子通孔3021中，並分別電性連接所有發光二極體34與第二子通孔3022中的導電材料35。如第3(h)圖與第10圖所示，形成複數個導電接墊36於每一半導體基板30上的第二圖案化電極層33上，並電性連接所有導電接墊36與第二圖案化電極層33。最後，分離所有半導體基板30，以得到複數個發光二極體封裝結構3。請注意，假若可獲得實質上相同的結果，則這些步驟並不一定要完全按照第3(a)圖至第3(h)圖所示的執行次序來執行。
此外，在上述方法中，第3(h)圖之步驟亦可省略，同樣能得到複數個發光二極體封裝結構3。
根據上述實施例，發光二極體封裝結構及其製作方法，其係利用矽穿孔(TSV)技術提升良率與簡化結構。
以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
1:發光二極體
10:頂部電極
2:封裝基板
3:發光二極體封裝結構
30:半導體基板
301:第一通孔
302:第二通孔
3021:第一子通孔
3022:第二子通孔
31:絕緣層
32:第一圖案化電極層
33:第二圖案化電極層
34:發光二極體
341:金屬組合基板
342:磊晶電極層
343:電極單元
344:透明導電層
35:導電材料
36:導電接墊
4:半導體晶圓
第1圖為本發明之發光二極體與封裝基板之結構示意圖。
第2圖為本發明之發光二極體封裝結構之一實施例之結構剖視圖。
第3(a)圖至第3(h)圖為本發明之製作發光二極體封裝結構之一實施例之各步驟結構剖視圖。
第4圖為對應第3(b)圖之結構俯視圖。
第5圖為對應第3(c)圖之結構俯視圖。
第6圖為對應第3(d)圖之結構俯視圖。
第7圖為對應第3(e)圖之結構俯視圖。
第8圖為對應第3(f)圖之結構仰視圖。
第9圖為對應第3(g)圖之結構俯視圖。
第10圖為對應第3(h)圖之結構仰視圖。
3:發光二極體封裝結構
30:半導體基板
301:第一通孔
302:第二通孔
3021:第一子通孔
3022:第二子通孔
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32:第一圖案化電極層
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343:電極單元
344:透明導電層
35:導電材料
36:導電接墊
Claims (10)
- 一種發光二極體封裝結構，包含： 一半導體基板，具有貫穿自身之一個第一通孔與三個第二通孔，每一該第二通孔包含互相連通之一第一子通孔與一第二子通孔，其中該第一子通孔與該第二子通孔分別靠近該半導體基板之頂面與底面，該第一子通孔之截面積大於該第二子通孔之截面積； 一絕緣層，設於該半導體基板之表面及該第一通孔、該第一子通孔與該第二子通孔之內壁，該第一通孔與該第二子通孔填滿有覆蓋該絕緣層之導電材料； 一第一圖案化電極層，設於該半導體基板之該頂面，並電性連接該導電材料； 一第二圖案化電極層，設於該半導體基板之該底面，並電性連接該第一通孔與該第二子通孔中的該導電材料；以及 三個發光二極體，分別設於該些第二通孔之該第一子通孔中，並分別電性連接該第二子通孔中的該導電材料。
- 如請求項1所述之發光二極體封裝結構，更包含複數個導電接墊，其係設於該第二圖案化電極層上，並電性連接該第二圖案化電極層。
- 如請求項1所述之發光二極體封裝結構，其中每一該發光二極體包含： 一金屬組合基板，其係包含一個第一金屬層及二個第二金屬層，該些第二金屬層分別位在該第一金屬層的上、下表面上，該第一金屬層係為鎳鐵合金，該第二金屬層係為銅，該金屬組合基板的該第二金屬層、該第一金屬層、該第二金屬層的厚度比為1：2.5~3.5：1，該金屬組合基板位於該第一子通孔中； 一磊晶電極層，其係位於該金屬組合基板上，並位於該第一子通孔中； 一電極單元，設於該磊晶電極層上，並位於該第一子通孔中；以及 一透明導電層，覆蓋該金屬組合基板、該導電材料、該磊晶電極層、該電極單元與該第一圖案化電極層，並電性連接該導電材料、該電極單元與該第一圖案化電極層。
- 如請求項1所述之發光二極體封裝結構，其中該些發光二極體包含紅色發光二極體、綠色發光二極體與藍色發光二極體。
- 如請求項1所述之發光二極體封裝結構，其中該導電材料為銀膠。
- 如請求項1所述之發光二極體封裝結構，其中該第一圖案化電極層與該第二圖案化電極層為導電油墨。
- 一種發光二極體封裝結構之製作方法，包含下列步驟： 提供一半導體晶圓，其中該半導體晶圓具有複數個半導體基板； 貫穿每一該半導體基板，以形成一個第一通孔與三個第二通孔，每一該第二通孔包含互相連通之一第一子通孔與一第二子通孔，其中該第一子通孔與該第二子通孔分別靠近該半導體基板之頂面與底面，該第一子通孔之截面積大於該第二子通孔之截面積； 形成一絕緣層於每一該半導體基板之表面及該第一通孔、該第一子通孔與該第二子通孔之內壁； 形成一第一圖案化電極層於該半導體基板之該頂面； 形成覆蓋該絕緣層之導電材料於該第一通孔與該第二子通孔中，並電性連接該導電材料與該第一圖案化電極層； 形成一第二圖案化電極層於該半導體基板之該底面，並電性連接該第二圖案化電極層、該第一通孔與該第二子通孔中的該導電材料； 分別形成三個發光二極體於每一該半導體基板之該些第二通孔之該第一子通孔中，並分別電性連接該些發光二極體與該第二子通孔中的該導電材料；以及 分離該些半導體基板。
- 如請求項7所述之發光二極體封裝結構之製作方法，更包含形成複數個導電接墊於每一該半導體基板上的該第二圖案化電極層上，並電性連接該些導電接墊與該第二圖案化電極層。
- 如請求項7所述之發光二極體封裝結構之製作方法，其中該些發光二極體包含紅色發光二極體、綠色發光二極體與藍色發光二極體。
- 如請求項7所述之發光二極體封裝結構之製作方法，其中每一該發光二極體包含： 一金屬組合基板，其係包含一第一金屬層及二個第二金屬層，該些第二金屬層分別位在該第一金屬層的上、下表面上，該第一金屬層係為鎳鐵合金，該第二金屬層係為銅，該金屬組合基板的該第二金屬層、該第一金屬層、該第二金屬層的厚度比為1：2.5~3.5：1，該金屬組合基板位於該第一子通孔中； 一磊晶電極層，其係位於該金屬組合基板上，並位於該第一子通孔中； 一電極單元，設於該磊晶電極層上，並位於該第一子通孔中；以及 一透明導電層，覆蓋該金屬組合基板、該導電材料、該磊晶電極層、該電極單元與該第一圖案化電極層，並電性連接該導電材料、該電極單元與該第一圖案化電極層。
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