TWI806751B - 半導體密封封裝結構及其製作方法 - Google Patents

Abstract

一種半導體密封封裝結構，包括一基板、至少一半導體元件、一黏著材料、一蓋板以及一金屬層。基板的環繞部相對遠離承載部的一外側具有一凹槽。半導體元件與基板的承載部電性連接。黏著材料配置於凹槽內。蓋板配置於環繞部的外側上且覆蓋半導體元件。金屬層配置於蓋板上且覆蓋黏著材料。基板、黏著材料、金屬層以及蓋板密封半導體元件。

Description

半導體密封封裝結構及其製作方法

本發明是有關於一種封裝結構及其製作方法，且特別是有關於一種半導體密封封裝結構及其製作方法。

一般來說，發光二極體所發出的紫外光隨波長越短，對有機材料破壞越大。為此，選擇合適的材料進行封裝顯得尤為重要。根據封裝材料的類型，深紫外光（Deep Ultraviolet，DUV）封裝結構可以分為半無機封裝以及無機封裝來進行密封。然而，無機封裝製程繁雜且成本高，如材料液化壓力控制及共平面影響黏著性材料流動均勻性等；半無機封裝則無法防止深紫外光反射及折射照射到有機材料所造成的材料老化裂解，破壞密封導致腔體洩漏等問題。

本發明提供一種半導體密封封裝結構，其具有較佳的結構可靠度。

本發明還提供一種半導體密封封裝結構的製作方法，用以製作上述的半導體密封封裝結構，其具有製程簡單且可降低製程複雜度等優勢。

本發明的半導體密封封裝結構，其包括一基板、至少一半導體元件、一黏著材料、一蓋板以及一金屬層。基板包括一承載部以及一環繞部。環繞部配置於承載部上且與承載部定義出一容置槽。環繞部相對遠離承載部的一外側具有一凹槽。半導體元件配置於容置槽內且與基板的承載部電性連接。黏著材料配置於凹槽內。蓋板配置於環繞部的外側上且覆蓋半導體元件。金屬層配置於蓋板上且覆蓋黏著材料。基板、黏著材料、金屬層以及蓋板密封半導體元件。

在本發明的一實施例中，上述的凹槽具有彼此相對的一第一側與一第二側。第一側的高度等於或大於第二側的高度。

在本發明的一實施例中，上述的蓋板為一平板。

在本發明的一實施例中，上述的蓋板包括一平板部以及一透鏡部。透鏡部配置於平板部相對遠離金屬層的一側上且對應半導體元件設置。

在本發明的一實施例中，上述的至少一半導體元件包括至少一發光二極體以及一齊納二極體。

在本發明的一實施例中，上述的發光二極體的發光波長介於200奈米至400奈米之間。

在本發明的一實施例中，上述的蓋板對於波長為200奈米至280奈米的光線的光穿透率大於85%。

在本發明的一實施例中，上述的蓋板的材質包括石英或藍寶石。

在本發明的一實施例中，上述的金屬層為一多層金屬薄膜。

在本發明的一實施例中，上述的基板的材質包括陶瓷材料或金屬材料。

本發明的半導體密封封裝結構的製作方法，其包括以下步驟。提供一基板。基板包括一承載部以及一環繞部。環繞部配置於承載部上且與承載部定義出一容置槽。環繞部相對遠離承載部的一外側具有一凹槽。配置至少一半導體元件於容置槽內，其中半導體元件與基板的承載部電性連接。填充一黏著材料於凹槽內。壓合已形成有一金屬層的一蓋板於基板上。蓋板配置於環繞部的外側上且覆蓋半導體元件。金屬層覆蓋黏著材料。基板、黏著材料、金屬層以及蓋板密封半導體元件。

在本發明的一實施例中，上述的基板的承載部包括具有工作電路的陶瓷基板，而基板的環繞部以陶瓷燒結或電鍍銅的方式形成於承載部上。

在本發明的一實施例中，上述的環繞部以金屬黏著或鍍銅的方式形成於承載部上。

在本發明的一實施例中，上述的凹槽具有彼此相對的一第一側與一第二側。第一側的高度等於或大於第二側的高度。

在本發明的一實施例中，上述的蓋板為一平板。

在本發明的一實施例中，上述的蓋板包括一平板部以及一透鏡部。透鏡部配置於平板部相對遠離金屬層的一側上且對應半導體元件設置。

在本發明的一實施例中，上述的半導體元件包括至少一發光二極體以及一齊納二極體。

在本發明的一實施例中，上述的發光二極體的發光波長介於200奈米至400奈米之間。

在本發明的一實施例中，上述的蓋板對於波長為200奈米至280奈米的光線的光穿透率大於85%。

在本發明的一實施例中，上述的蓋板的材質包括石英或藍寶石。

基於上述，在本發明的半導體密封封裝結構的設計中，配置在蓋板上的金屬層覆蓋配置於凹槽內的黏著材料，藉此可有效地防止或避免黏著材料被例如是深紫外光照射而產生老化裂解現象，可維持黏著材料的黏性，以有效地提高本發明的半導體密封封裝結構的結構可靠度。此外，基板的環繞部上的凹槽設計，除了可容置黏著材料並定位黏著材料的位置外，亦可有效地控制黏著材料的量，可提升製程可靠度。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1A至圖1C是依照本發明的一實施例的一種半導體密封封裝結構的製作方法的剖面示意圖。圖1D是圖1C中的蓋板的仰視示意圖。

請先參考圖1A，關於本實施例的半導體密封封裝結構的製作方法，首先，提供一基板110a。基板110a包括一承載部112a以及一環繞部114a。環繞部114a配置於承載部112a上且與承載部112a定義出一容置槽C。特別是，環繞部114a相對遠離承載部112a的一外側S具有一凹槽115a。以俯視觀之，凹槽115a例如是呈現具有圓角的矩型環狀，但不以此為限。

詳細來說，基板110a的承載部112a例如是具有工作電路的陶瓷基板，即承載部112a的材質可為陶瓷材料。基板110a的環繞部114a例如是以陶瓷燒結或電鍍銅的方式形成於承載部112a的周圍上，即環繞部114a的材質可為陶瓷材料或金屬材料。也就是說，基板110a的承載部112a與環繞部114a非一體成形，且可採用相同或不同的材料來製作。於一實施例中，環繞部114a亦可以金屬黏著或鍍銅的方式形成於承載部112a上。在本實施例中，承載部112a的周圍可對齊於環繞部114a的周圍，但不以此為限。

於一實施例中，可依照所需尺寸在陶瓷基板上製成承載部112a的尺寸及電路，其中陶瓷基板式的承載部112a的數量可為多個且例如是呈矩陣排列。接著，可利用陶瓷燒結或電鍍銅在每一個承載部112a上製作環繞部114a，並在環繞部114a上緣利用蝕刻方式來形成凹槽115a。此處，凹槽115a具有彼此相對的一第一側E1與一第二側E2，其中第一側E1的高度可例如是等於第二側E2的高度，但並不以此為限。

接著，請再參考圖1A，可選擇性地形成一金屬層120於環繞部114a的外側S上且延伸覆蓋凹槽115a的內壁。此處，形成金屬層120的方式例如是電鍍，但並不以此為限。於此，金屬層120與凹槽115a及環繞部114a的外側S例如是呈共形設置。於一實施例中，金屬層120例如是金，但並不以此為限。

接著，請參考圖1B，配置至少一半導體元件（示意地繪示兩個半導體元件130、135）於容置槽C內，其中半導體元件130、135與基板110a的承載部112a例如是透過焊料132、137而電性連接。此處，半導體元件130例如是一發光二極體（示意地繪示一個發光二極體），其中發光二極體的發光波長例如是介於200奈米至400奈米之間。意即，發光二極體為可發出深紫外光的發光二極體。半導體元件135則例如是一齊納二極體，用以保護發光二極體，但不以此為限。於一實施例中，發光二極體的個數可依據需求而設置呈多個，此仍屬於本發明所欲保護的範圍。

接著，請再參考圖1B，填充一黏著材料140於凹槽115a內。當凹槽115a內有設置金屬層120時，其中黏著材料140可位於金屬層120上。此處，黏著材料140可例如是以劃膠的方式形成於凹槽115a內，其中黏著材料140可例如是有機黏著性矽膠、橡膠或環氧樹脂，或金屬無機材料，但並不以此為限。於一實施例中，黏著材料140例如是含助焊劑或不含助焊劑，但並不以此為限。須說明的是，當黏著材料140採用無機金屬材料時，須設置金屬層120；而當黏著材料140採用有機材料時，則金屬層120可選擇性地設置。凹槽115a的設置，除了可容置黏著材料140以定位黏著材料140的位置外，亦可有效地控制黏著材料140的量。

之後，請同時參考圖1B與圖1D，提供一蓋板150a於基板110a上，其中蓋板150a的下表面151上已形成有一金屬層160。金屬層160例如是多層金屬薄膜，可包括一第一層162與一第二層164。第一層162直接形成於蓋板150a上，而第二層164形成於第一層162上。此處，蓋板150a例如是一平板，可選擇紫外線最佳透射的材料來製作，可例如是石英或藍寶石，但並不以此為限。特別是，蓋板150a對於波長為200奈米至280奈米的光線（即深紫外光）的光穿透率大於85%。於另一實施例中，其他波長則可依波長需求及依其材料特性選用或應用光學鍍膜層來增強或阻絕透射。

於一實施例中，蓋板150a的鍍金屬區（即金屬層160的所在區域）可依照所要搭配基板110a的凹槽115a尺寸設計成具有圓角的矩形環狀。可將蓋板150a清潔後在所設計的矩形環狀範圍內以蒸鍍例如是鈦、鉻或白金等材質的方式來形成第一層162，以做為蓋板150a與第二層164的中間界面層。之後，在第一層162上以蒸鍍例如是金的方式來形成第二層164，以做為與黏著材料140的接著面。最後，依據蓋板150a所需的尺寸進行單體化切割成所需的尺寸，而完成在蓋板150a形成金屬層160。

最後，請同時參考圖1B以及圖1C，以熱壓合的方式，壓合已形成有金屬層160的蓋板150a於基板110上，其中蓋板150a配置於環繞部114a的外側S上且覆蓋半導體元件130、135。此處，蓋板150a的周圍可對齊基板110a的周圍，但不以此為限。當黏著材料140為有機材料且設置有金屬層120時，金屬層160直接接觸金屬層120，而使黏著材料140包覆於金屬層120與金屬層160之間，即可形成無機材料（即金屬層120與金屬層160）包覆有機材料（即黏著材料140）。基板110a、黏著材料140、金屬層160以及蓋板150a密封半導體元件130、135。也就是說，半導體元件130、135密封在基板110a、黏著材料140、金屬層160以及蓋板150a所定義出的腔室內。

在本實施例中，因黏著材料140填充在凹槽115a內，因此蓋板150a熱壓下壓至基板110a上時，黏著材料140可將凹槽115a填滿，且凹槽115a可限制黏著材料140的流動，以有效地控制黏著材料140。再者，蓋板150a壓合後，可使黏著材料140隱藏在凹槽115a內，且受蓋板150a上的金屬層160的保護，或者是，及凹槽115a內的金屬層120的保護，讓黏著材料140不受半導體元件130所發出的深紫外光照射。藉此，可有效地防止或避免黏著材料140被深紫外光照射而產生老化裂解現象，可維持黏著材料140的黏性。此外，金屬層160的設置亦可防止深紫外線折射穿透照射下方黏著材料140，可避免或防止黏著材料140因老化裂解而讓水氣滲透腔室，進而影響半導體元件130的出光率。之後，可經烤箱烘烤以固化黏著材料140。最後，若陶瓷基板上的承載部112a呈矩陣排列，則可對陶瓷基板進行單體化切割而完成半導體密封封裝結構100a的製作。

在結構上，請再參考圖1C，在本實施例的半導體密封封裝結構100a包括基板110a、半導體元件130、135、黏著材料140、蓋板150a以及金屬層160。基板110a包括承載部112a以及環繞部114a。環繞部114a配置於承載部112a上且與承載部112a定義出容置槽C。環繞部114a相對遠離承載部112a的外側S具有凹槽115a。此處，凹槽115a具有彼此相對的第一側E1與第二側E2，其中第一側E1的高度例如是等於第二側E2的高度，但並不以此為限。半導體元件130、135配置於容置槽C內且與基板110a的承載部112a例如是透過焊料132、137電性連接。此處，半導體元件130例如是發光波長介於200奈米至400奈米之間的發光二極體，而半導體元件135例如是齊納二極體，但並不以此為限。黏著材料140配置於凹槽115a內，其中黏著材料140可包括有機材料或無機金屬材料。當黏著材料140採用無機金屬材料時，須設置金屬層120；而當黏著材料140採用有機材料時，則金屬層120可選擇性地設置。蓋板150a配置於環繞部114a的外側S上且覆蓋半導體元件130、135。此處，蓋板150a為一平板，且蓋板150a的材質例如是石英或藍寶石，而蓋板150a對於波長為200奈米至280奈米的光線的光穿透率例如是大於85%。金屬層160配置於蓋板150a上且覆蓋黏著材料140。此處，金屬層160例如是多層金屬薄膜，可包括第一層162與第二層164。第一層162直接接觸蓋板150a，而第二層164配置於第一層162上。基板110a、黏著材料140、金屬層160以及蓋板150a密封半導體元件130、135。

簡言之，本實施例的黏著材料140配置於凹槽115a內，且蓋板150a上的金屬層160覆蓋黏著材料140，藉此可防止或避免黏著材料140受深紫外光照射而產生有機材料裂解老化，可維持黏著材料140的黏性，以有效地提高本實施例的半導體密封封裝結構100a的結構可靠度。再者，基板110a的環繞部114a上的凹槽115a設計，除了可容置黏著材料140以定位黏著材料140的位置外，亦可有效地控制黏著材料140的量，不需刻意控制蓋板150a的下壓壓力來防止黏著材料140溢出過量或黏著不足的問題，可提升製程可靠度。此外，當黏著材料140採用有機材料時，因為是採用半無機封裝，因此相較於無機封裝，可有效地簡化製程，以降低製程複雜度。

在此必須說明的是，下述實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內容，其中採用相同的標號來表示相同或近似的元件，並且省略了相同技術內容的說明。關於省略部分的說明可參考前述實施例，下述實施例不再重複贅述。

圖2是依照本發明的一實施例的一種半導體密封封裝結構的剖面示意圖。請同時參考圖1C及圖2，本實施例的半導體密封封裝結構100b與圖1C的半導體密封封裝結構100a相似，兩者的差異在於：在本實施例中，基板110b的承載部112b以及環繞部114b例如為一體成形。基板110b的材質例如是陶瓷材料或金屬材料。

圖3是依照本發明的一實施例的一種半導體密封封裝結構的剖面示意圖。請同時參考圖2及圖3，本實施例的半導體密封封裝結構100c與圖2的半導體密封封裝結構100b相似，兩者的差異在於：在本實施例中，蓋板150c的邊緣153相對於基板110b的邊緣113內縮一距離D。也就是說，本實施例的蓋板150c的長度比基板110b的長度短。此時，黏著材料140仍位於凹槽115a內且被蓋板150c的金屬層160所覆蓋，藉此可防止或避免黏著材料140受深紫外光照射而產生裂解老化，可維持黏著材料140的黏性，以有效地提高本實施例的半導體密封封裝結構100c的結構可靠度。

圖4是依照本發明的一實施例的一種半導體密封封裝結構的剖面示意圖。請同時參考圖3及圖4，本實施例的半導體密封封裝結構100d與圖3的半導體密封封裝結構100c相似，兩者的差異在於：在本實施例中，凹槽115d具有彼此相對的第一側E1’與第二側E2，其中第一側E1’的高度大於第二側E2的高度。也就是說，凹槽115d第一側E1’的高度與第二側E2的高度不相同。此處，環繞部114a的外側S1、S2呈階梯狀，其中外側S1高於外側S2。此時，黏著材料140仍位於凹槽115d內且被蓋板150c的金屬層160所覆蓋，藉此可防止或避免黏著材料140受深紫外光照射而產生裂解老化，可維持黏著材料140的黏性，以有效地提高本實施例的半導體密封封裝結構100d的結構可靠度。

於一未繪示的實施例中，蓋板上的金屬層與環繞部的外側上的金屬層之間可具有一微小間隙，以做為一氣流通道，可釋放凹槽內的壓力。舉例來說，例如是在圖4的蓋板150c的邊緣153與鄰近邊緣153的金屬層120之間具有微小間隙，且此微小間隙的位置是相對遠離密封半導體元件130的腔室。

圖5是依照本發明的一實施例的一種半導體密封封裝結構的剖面示意圖。請同時參考圖2及圖5，本實施例的半導體密封封裝結構100e與圖2的半導體密封封裝結構100b相似，兩者的差異在於：在本實施例中，蓋板150e包括一平板部152以及一透鏡部154。透鏡部154配置於平板部152相對遠離金屬層160的一側上且對應半導體元件130、135設置，可使半導體密封封裝結構100e具有較佳的光型。

綜上所述，在本發明的半導體密封封裝結構的設計中，配置在蓋板上的金屬層覆蓋配置於凹槽內的黏著材料，藉此可有效地防止或避免黏著材料被例如是深紫外光照射而產生老化裂解現象，可維持黏著材料的黏性，以有效地提高本發明的半導體密封封裝結構的結構可靠度。此外，基板的環繞部上的凹槽設計，除了可容置黏著材料並定位黏著材料的位置外，亦可有效地控制黏著材料的量，可提升製程可靠度。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100a、100b、100c、100d、100e:半導體密封封裝結構 110a、110b:基板 112a、112b:承載部 113、153:邊緣 114a、114b:環繞部 115a、115d:凹槽 120、160:金屬層 130、135:半導體元件 132、137:焊料 140:黏著材料 150a、150c、150e:蓋板 151:下表面 152:平板部 154:透鏡部 162:第一層 164:第二層 C:容置槽 D:距離 E1、E1’:第一側 E2:第二側 S、S1、S2:外側

圖1A至圖1C是依照本發明的一實施例的一種半導體密封封裝結構的製作方法的剖面示意圖。 圖1D是圖1C中的蓋板的仰視示意圖。 圖2是依照本發明的一實施例的一種半導體密封封裝結構的剖面示意圖。 圖3是依照本發明的另一實施例的一種半導體密封封裝結構的剖面示意圖。 圖4是依照本發明的另一實施例的一種半導體密封封裝結構的剖面示意圖。 圖5是依照本發明的另一實施例的一種半導體密封封裝結構的剖面示意圖。

100a:半導體密封封裝結構

110a:基板

112a:承載部

114a:環繞部

115a:凹槽

120、160:金屬層

130、135:半導體元件

132、137:焊料

140:黏著材料

150a:蓋板

151:下表面

162:第一層

164:第二層

C:容置槽

E1:第一側

E2:第二側

S:外側

Claims (19)

1. 一種半導體密封封裝結構，包括：一基板，包括一承載部以及一環繞部，該環繞部配置於該承載部上且與該承載部定義出一容置槽，其中該環繞部相對遠離該承載部的一外側具有一凹槽，該凹槽具有彼此相對的一第一側與一第二側，該第一側的高度等於或大於該第二側的高度；至少一半導體元件，配置於該容置槽內，且與該基板的該承載部電性連接；一黏著材料，配置於該凹槽內；一蓋板，配置於該環繞部的該外側上，且覆蓋該至少一半導體元件；以及一金屬層，配置於該蓋板上，且覆蓋該黏著材料，其中該基板、該黏著材料、該金屬層以及該蓋板密封該至少一半導體元件。
2. 如請求項1所述的半導體密封封裝結構，其中該蓋板為一平板。
3. 如請求項1所述的半導體密封封裝結構，其中該蓋板包括一平板部以及一透鏡部，該透鏡部配置於該平板部相對遠離該金屬層的一側上且對應該至少一半導體元件設置。
4. 如請求項1所述的半導體密封封裝結構，其中該至少一半導體元件包括至少一發光二極體以及一齊納二極體。
5. 如請求項4所述的半導體密封封裝結構，其中該至少一發光二極體的發光波長介於200奈米至400奈米之間。
6. 如請求項1所述的半導體密封封裝結構，其中該蓋板對於波長為200奈米至280奈米的光線的光穿透率大於85%。
7. 如請求項1所述的半導體密封封裝結構，其中該蓋板的材質包括石英或藍寶石。
8. 如請求項1所述的半導體密封封裝結構，其中該金屬層為一多層金屬薄膜。
9. 如請求項1所述的半導體密封封裝結構，其中該基板的材質包括陶瓷材料或金屬材料。
10. 一種半導體密封封裝結構的製作方法，包括：提供一基板，該基板包括一承載部以及一環繞部，該環繞部配置於該承載部上且與該承載部定義出一容置槽，其中該環繞部相對遠離該承載部的一外側具有一凹槽；配置至少一半導體元件於該容置槽內，其中該至少一半導體元件與該基板的該承載部電性連接；填充一黏著材料於該凹槽內；以及壓合已形成有一金屬層的一蓋板於該基板上，該蓋板配置於該環繞部的該外側上且覆蓋該至少一半導體元件，該金屬層覆蓋該黏著材料，其中該基板、該黏著材料、該金屬層以及該蓋板密封該至少一半導體元件。
11. 如請求項10所述的半導體密封封裝結構的製作方法，其中該基板的該承載部包括具有工作電路的陶瓷基板，而該基板的該環繞部以陶瓷燒結或電鍍銅的方式形成於該承載部上。
12. 如請求項10所述的半導體密封封裝結構的製作方法，其中該環繞部以金屬黏著或鍍銅的方式形成於該承載部上。
13. 如請求項10所述的半導體密封封裝結構的製作方法，其中該凹槽具有彼此相對的一第一側與一第二側，該第一側的高度等於或大於該第二側的高度。
14. 如請求項10所述的半導體密封封裝結構的製作方法，其中該蓋板為一平板。
15. 如請求項10所述的半導體密封封裝結構的製作方法，其中該蓋板包括一平板部以及一透鏡部，該透鏡部配置於該平板部相對遠離該金屬層的一側上且對應該至少一半導體元件設置。
16. 如請求項10所述的半導體密封封裝結構的製作方法，其中該至少一半導體元件包括至少一發光二極體以及一齊納二極體。
17. 如請求項16所述的半導體密封封裝結構的製作方法，其中該至少一發光二極體的發光波長介於200奈米至400奈米之間。
18. 如請求項10所述的半導體密封封裝結構的製作方法，其中該蓋板對於波長為200奈米至280奈米的光線的光穿透率大於85%。
19. 如請求項10所述的半導體密封封裝結構的製作方法，其中該蓋板的材質包括石英或藍寶石。

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