WO2011041934A1 - 半导体承载结构 - Google Patents

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Description

半导体承载结构 技术领域
本发明涉及一种半导体承载结构， 特别是指一种将承载基材形成一导热区， 所述导热区亦能选择形成于一导热体上， 以形成预定厚度的电供应层， 来具备 反射与导电的散热结构。 背景技术
近年来， 使用铜、 镍、 银、 金、 铬应用在半导体基板上构成互连电路的材 料， 已是相当明显的趋势， 其中铜、 镍、 银、 金、 铬具有较低的电阻以及较高 的电迁移 (electromigration)抵抗。 其互连处通常通过电镀技术将铜、 镍、 银、 金、 铬披覆或析出至形成在基板表面中经粗化的细微凹洞中及表面。
但应用互连技术在发光二极管晶片的基材上的金属层鲜少有相关技术， 本 案创作人鉴于发光二极管晶片封装结构所衍生的各项缺点， 乃亟思加以改良创 新， 终于成功研发完成本件半导体承载结构。 发明内容
本发明的目的即在于提供一种承载体的反射杯通过使用具有优良导热性的 金属来形成侧壁、 并且在所述反射杯的底面连接导热体， 从而具有导热功能半 导体承载结构。
本发明的次一目的在于提供一种可提升散热面积且具导热体的半导体承载 结构。
本发明的另一目的在于提供一种内部热量快速向外传导以延长其使用寿命 的半导体承载结构。
本发明的又一目的在于提供一种可增加散热途径且具散热结构的半导体承 载结构。
本发明的再一目的在于提供一种可依承载体结构形成一种可自由设计导电 线路且具有传导电性的半导体承载结构； 即在提供一种可供自由设计立体导电 线路形成电极的创新工艺与结构。
与现有技术相比， 可达成上述发明目的的半导体承载结构， 由塑料所制成 具有一导热区的承载体， 所述承载体在各表面形成一介面层在上方界定形成一 绝缘线路与金属层， 所迷绝缘线路位于导热区所在表面以及由导热区两相邻表 面所环绕延伸的环形区域而同时使所述承载体的部分表面暴露,— 以将介 ^上 的金属层形成至少两电极， 其中所述导热体进而包括粘设一发光二极管晶片， 所述晶片至少有一接点通过金属导线连接相对应的金属层， 使晶片的热能由导 热体迅速导出。 附图说明
图 1为本发明半导体承载结构的立体示意图；
图 2为图 1的侧面局部剖面示意图；
图 3为本发明承载体的导热区为由一反射杯的立体示意图； 。
图 4为本发明的导热区是承载体在内部设置至少一导热体的立体示意图； 图 5为本发明的承载体形成至少一侧臂的立体示意图；
图 6为包含侧臂的承载体其导热区为由一反射杯所形成的立体示意图； 图 7为包含侧臂的承载体其内部设置一导热体的立体示意图；
图 8为包含侧臂的承载体其导热区是一导热体延伸一反射杯的立体示意图； 图 9为所述承载体的立体示意图；
图 10、 图 10A为所述承载体进行表面蚀刻或喷砂使表面粗糙化的示意图； 图 1 1为所述承载体以无电解电镀沉积介面层于表面的示意图；
图 12为所述承载体以激光剥离部分介面层以形成绝缘线路的示意图； 图 13为所述介面层以电镀加工或化学沉积导体金属为金属层的示意图； 图 14为本发明的半导体承载结构的示意图；
图 15为具有立体导热结构与导热体的承载体其立体示意图；
图 16为具有立体导热结构与导热体的承载体其形成所需第一绝缘线路与第 二绝缘线路的示意图；
图 17为具有立体导热结构与导热体的承载体在两侧形成分割面的示意图； 图 18为所述半导体承载结构其导热体粘设一发光二极管晶片的局部立体示 意图；
图 19为所述导热体的立体示意图；
图 20为本发明电子元件其第一制备流程方块示意图；
图 21为本发明电子元件其笫二制备流程方块示意图。 具体实施方式
请参阅图 1与图 2, 本发明所提供较佳实施的半导体承载结构， 由塑料所制 成具有一导热区 17的承载体 1，所述承载体 1在各表面形成一介面层 13在所述 介面层 13上方界定形成一绝缘线路 14与金属层 15，所述绝缘线路 14位于导热 区 17(或导热区 17所在表面）以及由导热区 17两相邻表面所环绕延伸的至少一 环形区域， 而所述绝缘线路 14同时使所述承载体 1的部分表面暴露， 以将介面 层 13上的金属层 15形成至少两电极 (如正极或负极)； 而所述承载体 1亦能搭配 下列结构以提供使用者不同的需求。 本发明另一较佳实施的半导体承载结构， 由塑料所制成一承载体 1， 所述承载体 1在各表面形成一介面层 13在上方界定 形成一绝缘线路 14与金属层 15， 所述绝缘线路 14由两相邻表面所环绕延伸的 环形区域而同时使所述承载体 1的部分表面暴露，以将介面层 13上的金属层 15 形成至少两电极 (如正极或负极）。
如图 3所示， 本发明第二实施例的承载体 1的导热区 17能由一立体导热结 构所形成的反射杯 1 1 ,所述导热区 17能由承载体 1四周延伸形成一立体导热结 构， 以形成至少一反射面。
如图 4所示， 本发明第三实施例的导热区是承载体 1在内部设置的至少一 导热体 2,其中所述承载体 1具有一穿孔 12,所述导热体 2设于所述穿孔 12内， 使所述导热体 2顶部形成反射杯底， 而所述导热体 2底部与承载体 1底部共同 形成一底部结构， 使所述导热体 2的顶部具有传导热的导热面。
如图 9所示， 本发明第四实施例的承载体 1的导热区 17是一导热体 2延伸 一立体导热结构所形成的反射杯 1 1 , 所述反射杯 1 1底部形成一穿孔 12 , 所述 导热体 2设于所述穿孔 12内， 而所述承载体 1与所述导热体 2间更包含一接触 面， 当所述导热体 2顶部形成为所述反射杯 1 1底部， 则能使产生于导热体 2顶 部的热传导至与导热体 2底部。
如图 5所示， 本发明第五实施例的承载体 1 至少一侧延伸形成至少一侧臂
16, 所述承载体 1与所述侧臂 16在各表面形成一介面层 13 , 在所述承载体 1与 所述侧臂 16上界定形成一第一绝缘线路 141、 第二绝缘线路 142与金属层 15， 当所述侧臂 16分割所述承载体 1后， 接触承载体 1的两侧形成分割面 161， 使 所述分割面 161与第一绝缘线路 141、 第二绝缘线路 142用以形成一环形区域， 以将介面层 13上的金属层 15形成至少两电极。 其中第五实施例承载体 1 的导 热区 17能由一立体导热结构所形成的反射杯 1 1(如图 6所示）、或所述导热区 17 是承载体 1在内部设置至少一导热体 2(如图 7所示）、 或所述导热区 17是一导 热体 2延伸一立体导热结构所形成的反射杯 11(如图 8所示）， 所述反射杯 11底 部形成一穿孔 12， 所述导热体 2设于所述穿孔 12内。
所述承载体 1 由单一塑料射出成型， 在图 1至图 4与图 9中的承载体 1无 延伸侧臂 16， 而图 5至图 8的承载体 1其至少一侧延伸形成至少一侧臂 16; 其 中所述承载体 1的导热区 17能为： （1)一平面， 如图 1与图 5所示； 或 (2)在承载 体 1表面倾斜一反射面以形成一反射杯 11 , 且所述承载体 1表面与反射面界定 的夹角是介于 10度〜 85度之间， 如图 3与图 6所示； 或 (3)—平面的导热区 17 在承载体 1 的内部设置至少一导热体 2， 如图 4与图 7所示； 或 (4)承载体 1的 导热区 17是一导热体 2延伸一立体导热结构所形成的反射杯 11， 如图 8至图 10所示。以下本发明列举包含导热体 2的承载体 1做一介面层 13、绝缘线路 14、 金属层 15的形成说明。
所述介面层 13以无电解电镀沉积于承载体 1的表面， 其中经由触媒活化过 的承载体 1转移至无电解电镀加工后， 会在承载体 1 的表面以形成一层化学镍 或铜金属介面层 13。 当承载体 1 包含有导热体 2, 则承载体 1与导热体 2的表 面上会同时形成一介面层 13 , 如图 11所示。
如图 12所示， 所述绝缘线路 14以激光剥离部分介面层 13以形成所需绝缘 线路 14; 其中所述激光主要为二氧化碳 (CO2)激光、 掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG) 激光、掺钕钒酸钇 (Nd:YVO4)激光、准分子 (EXCIMER)激光、光纤激光 (Fiber Laser) 等激光电子束， 其波长选自于 248 nm至 10600 nm。
如图 13所示， 所述金属层 15 以电镀加工或化学沉积导体金属作为介面层 13的电供应层， 所述电镀加工使导体金属选择性地沉积于所述介面层 13上。 在 所述介面层 13上所形成的金属层 15可包括与所述导热体 2结构材料中相容的 任何合适金属， 所述导体金属较佳包括电镀或化学镀铜、 镍、 银、 金、 鉻、 化 学置换金等所构成的群组的任一者所形成， 所述金属层 15 亦能提高反射杯 11 的反射率， 前述导体金属为容易得到且能提供一精细颗粒的结构， 对于电供应 层所述精细颗粒结构促进达成一更平滑的表面， 进而形成一种可自由设计导电 线路及金属层 15， 且具有高反射、 高导热的半导体承载结构， 如图 14所示。
本发明在结合后的承载体 1与导热体 2的表面上以无电解电镀沉积形成一 介面层 13 , 所述介面层 13上进而包括以激光移除剥离一部分介面层 13且环绕 所述介面层 13周围的绝缘线路 14, 与分别设于所述绝缘线路 14两侧的金属层 15， 所述金属层 15以电镀加工用于互连承载体 1与导热体 2使之连结成一体， 且所述承载体 1与所述导热体 2间的接触面则以金属层 15充填。
请参阅图 15至图 17， 为具有立体导热结构与导热体 2的承载体 1 , 在结合 后的承载体 1与导热体 2的表面上以无电解电镀沉积形成一介面层 13 , 所述介 面层 13上进而在顶面与底面以激光剥离移除一部分介面层 13并延伸超过承载 体 1的边缘到侧臂 16的表面区域内以形成所需第一绝缘线路 141与第二绝缘线 路 142(如图 16所示），其后再将承载体 1的侧臂 16分割（或以切割或沖剪方式分 离承载体 1), 使所述承载体 1在两侧形成分割面 161(如图 17所示）， 所述分割 面 161、第一绝缘线路 141与第二绝缘线路 142用以形成分别设于所述绝缘线路 14两侧的金属层 15，而所述金属层 15以电镀加工用于互连承载体 1与导热体 2 使之连结成一体， 且所述承载体 1 与所述导热体 2具有一接触面其以一金属层 15充填。
请参阅图 19所示， 所述导热体 2其直径尺寸为上层小直径、 下层大直径， 进而当导热体 2粘设一发光二极管晶片 3，使所述发光二极管晶片晶片 3设置于 正极金属层 15且至少有一接点通过金属导线 31连接相对应的负极金属层 15， 并使晶片 3的热能能由导热体 2底部迅速导出， 配合参阅图 18所示。
本发明半导体承载结构的制备方法的较佳实施例， 其如图 20与图 21所示， 其依序包含塑料射出步骤 Sl、 无电解电镀步骤 S2、 导热体 2值入步骤 S3(如承 载体 1无导热体 2则省略所述步骤）、 激光绝缘步骤 S4、 电镀步骤 S5以及分割 步骤 S6等的步骤， 以完成前述半导体承载结构的承载结构的制作， 本发明将此 一制备方法定义为 SPL process (Single shot Plating and Laser)力口工：
塑料射出步骤 Sl， 提供至少一平面型态的导热区 17的承载体 1、 或一立体 导热结构的承载体 1、 或承载体 1具有一穿孔 12、 或承载体 1具有一立体导热 结构连接穿孔 12、 或至少一侧延伸形成至少有一侧臂 16的承载体 1 ; 前述立体 导热结构、 穿孔 12、 侧臂 16均为模具形状的变化所形成。 所述承载体 1为由塑 料或液晶高分子聚合物材料所射出成型， 其中所述塑料主要为 PA(Polyamide)、 聚对苯二曱酸丁二酯 (PBT)、 PET、 LCP、 PC、 ABS、 PC/ABS等泛用工程塑料。 其中所述承载体 1 为包含预先掺杂金属触媒的塑料、 或包含预先掺杂有机物的 塑料所制得， 所述金属触媒或有机物主要包括钯、 铜、 银、 铁等； 或所述承载 体 1亦能为无掺杂金属触媒的塑料、 或无掺杂有机物的塑料所制得。
无电解电镀步骤 S2, 在所述承载体 1上形成一介面层 13 , 并且覆盖所述承 载体 1， 在前述塑料射出步骤 SI后， 即产生一胚料的承载体 1。 如图 20所示， 所述承载体 1 如为包含预先掺杂金属触媒的塑料、 或包含预先摻杂有机物的塑 料所制得， 次之， 将承载体 1 通过无电解电镀前的蚀刻或喷砂处理及活化处理 产生一粗糙面 18(如图 10A所示）, 让承载体 1表面沉积化学镍或铜金属介面层 13。 图 21所示， 所述承载体 1如为无掺杂金属触媒的塑料、 或无掺杂有机物的 塑料所制得， 次之， 将承载体 1通过无电解电镀前处理， 使用预浸 (Pre-Dip)、 化 学蚀刻或喷砂的方法使表面粗糙化以产生一粗糙面 18， 另之， 承载体 1表面施 以触媒化最后再进行表面活化步骤， 则进入无电解电镀， 以让承载体 1 表面沉 积化学镍或铜金属。
导热体 2值入步骤 S3 : 为将导热体 2值入承载体 1的穿孔 12, 其方式分别 有： （a)埋入式射出、 （b)热融方式值入、 （c)超音波方式值入。 如采用埋入式射出 值入导热体， 则在塑料射出步骤 S 1时以埋入式射出进行承载体的制作。 其中热 融或超音波方式值入可以在塑料射出步骤 S1 后就值入、 或无电解电镀步骤 S2 完成或整个电镀步骤 S5完成后值入。
激光绝缘步骤 S4 , 在所述承载体 1 的介面层 13形成一绝缘线路 14。 当承 载体 1无侧臂 16则以激光于上表面、 侧表面及下表面的局部介面层 13剥离， 使承载体 1上形成延伸环绕承载体 1的绝缘线路 14, 如图 12所示。 当承载体 1 至少一侧延伸形成至少一侧臂 16， 则在介面层 13形成第一绝缘线路 141、 第二 绝缘线路 142，所述第一绝缘线路 141与第二绝缘线路 142为由激光剥离承载体 1表面的介面层 13并延伸超过承载体 1的边缘到侧臂 16的表面区域内，随后并 可依据需求于形成绝缘线路 14的介面层 13上， 如图 16所示。
电镀步骤 S5， 在所述承载体 1的介面层 13或介面层 13与导热体 2上形成 一金属层 15， 而完成所述半导体承载结构的制作； 为利用电镀及化学沉积铜、 镍、 银、 金、 铬、 化学置换金等所构成的群组的任一者所形成的电镀浴加工沉 积金属层 15， 而所形成的部分将作为发光晶片 3粘着与打线之用， 并能提高反 射率、 或用以传导电或热的物体， 如此即可完成半导体承载结构。
分割步骤 S6， 如图 17所示， 若承载体 1有侧臂 16则将侧臂 16分割， 使側 臂 16与承载体 1间的粘着面 161、 第一绝缘线路 141与第二绝缘线路 142将承 载体 1区隔形成正极与负极以构成承载结构。
本发明所提供的半导体承载结构， 与前述引证案及其他现有技术相互比较 时， 更具有下列的优点： 本发明应用此技术所制作的发光体二极管导线架， 具有不限数量多寡， 可 自由设计承载体的反射面形状， 亦可供多颗发光体并排使用， 本发明利用电镀 或化学沉积的高利用率来沉积金属层， 具有降低成本且可提供优异电子性能， 以及高反射、 高导热面积特性的优点。
本发明半导体承载结构其导热及反射效果优异， 其导热部分可以经由导热 体将晶片的热能导出或通过反射罩将热导出， 而反射部分可以经由反射罩来提 升其亮度。
本发明为一体成型无缝隙的半导体承载结构， 为承载体值入或埋入导热体 加以金属化加工、 激光加工与电镀加工所形成的封装结构， 在覆盖晶片完成后 的封胶工艺不会有漏胶的疑虑等优点。 且此无缝隙的另一个优点为避免半导体 元件因缝隙导致热涨冷缩或潮湿等效应引起失效， 进而提升寿命周期。
以上说明对本发明而言只是说明性的， 而非限制性的， 本领域普通技术人 员理解， 在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下， 可做出许 多修改， 变化， 或等效， 但都将落入本发明的保护范围内。

Claims

权利要求
1、 一种半导体承载结构， 其特征在于， 其包括由塑料所制成一承栽体， 所 述承载体在各表面形成有一介面层， 在所述介面层上方界定形成有一绝缘线路 与金属层， 所述绝缘线路位于一导热区所在表面以及由所述导热区两相邻表面 所环绕延伸的环形区域而同时使所述承载体的部分表面暴露， 以将介面层上的 金属层形成至少两电极。
2、 如权利要求 1所述的半导体承载结构， 其特征在于， 所述承载体至少一 侧延伸形成至少一侧臂， 所述承载体与所述側臂在各表面形成一介面层， 在所 述承载体与所述侧臂上界定形成一第一绝缘线路、 第二绝缘线路与金属层， 当 所述侧臂分割所述承载体后， 所述侧臂接触承载体的两侧形成分割面， 使所述 分割面与第一绝缘线路、 第二绝缘线路用以形成一环形区域， 以将介面层上的 金属层形成至少两电极。
3、 如权利要求 2所述的半导体承载结构， 其特征在于， 所述承载体与侧臂 于金属层形成后， 进而经由分割程序将侧臂分割。
4、 如权利要求 2所述的半导体承载结构， 其特征在于， 所述绝缘线路主要 由激光剥离承载体表面的介面层并延伸超过承载体的边缘到侧臂的表面区域内 以构成一第一绝缘线路与一第二绝缘线路。
5、 如权利要求 2所述的半导体承载结构， 其特征在于， 所述承载体将侧臂 分割后， 使侧臂与承载体之间的粘着面、 第一绝缘线路与第二绝缘线路将承载 体区隔形成至少两电极。
6、 如权利要求 1所述的半导体承载结构， 其特征在于， 所述承载体包含预 先掺杂金属触媒的塑料、 液晶高分子聚合物、 包含预先掺杂有机物的塑料、 液 晶高分子聚合物材料所制得， 所述金属触媒或有机物包括钯、 铜、 银、 铁。
7、 如权利要求 1所述的半导体承载结构， 其特征在于， 所述承载体为无掺 杂金属触媒的塑料或液晶高分子聚合物、 或无掺杂有机物的塑料或液晶高分子 聚合物所制得。
8、 如权利要求 1所迷的半导体承载结构， 其特征在于， 所述介面层以无电 解电镀沉积于承载体的表面， 该绝缘线路以激光剥离部分介面层以形成所需绝 缘线路， 所述金属层以电镀或化学沉积导体金属于所述介面层上。
9、 如权利要求 1所述的半导体承载结构， 其特征在于， 所述承载体的上表 面、 侧表面及下表面的局部介面层进而以激光剥离， 使承载体上形成延伸环绕 承载体的绝缘线路， 所述绝缘线路能将承载体区隔形成至少两电极。,
10、 如权利要求 1 所述的半导体承载结构， 其特征在于 所述承载体包括 由塑料所制成的具有一导热区的承载体， 所述承载体在各表面形成有一介面层， 在所述介面层上方界定形成有一绝缘线路与金属层， 所述绝缘线路位于所述导 热区所在表面以及由所述导热区两相邻表面所环绕延伸的环形区域而同时使所 述承载体的部分表面暴露， 以将介面层上的金属层形成至少两电极。
1 1、 如权利要求 10所述的半导体承载结构， 其特征在于， 所述导热区是一 立体导热结构所形成的反射杯。
12、 如权利要求 10所述的半导体承载结构， 其特征在于， 所述导热区是承 载体在内部设置的至少一导热体， 使所述导热体的顶部具有传导热的导热面。
13、 如权利要求 10所述的半导体承载结构， 其特征在于， 所述承载体的导 热区是一导热体延伸一立体导热结构所形成的反射杯， 所述反射杯底部形成一 穿孔， 所述导热体设于所述穿孔内， 使所述导热体顶部形成为所述反射杯底部。
14、 如权利要求 13所述的半导体承载结构， 其特征在于， 所述承载体与所 述导热体的表面上形成一介面层， 所述介面层上进而包括移除一部分介面层以 形成的绝缘线路， 与分别设于所述绝缘线路两侧的金属层， 所述金属层用于互 连承载体与导热体。
15、 如权利要求 14所述的半导体承载结构， 其特征在于， 所述承载体与所 述导热体间更包含一接触面， 所述接触面以一金属层充填。
16、 如权利要求 10所述的半导体承载结构， 其特征在于， 所述承载体包含 预先掺杂金属触媒的塑料、 液晶高分子聚合物、 包含预先掺杂有机物的塑料、 液晶高分子聚合物材料所制得， 所述金属触媒或有机物包括钯、 铜、 银、 铁。
17、 如权利要求 10所述的半导体承载结构， 其特征在于， 所述承载体为无 掺 φ金属触媒的塑料或液晶高分子聚合物、 或无掺杂有机物的塑料或液晶高分 子聚合物所制得。
18、 如权利要求 10所述的半导体承载结构， 其特征在于， 所述导热体进而 包括粘设一发光二极管晶片， 所述发光二极管晶片至少有一接点通过金属导线 连接相对应的金属层。
19、 如权利要求 10所述的半导体承载结构， 其特征在于， 所述介面层以无 电解电镀沉积于承载体之表面， 该绝缘线路以激光剥离部分介面层以形成所需 绝缘线路， 所述金属层以电镀或化学沉积导体金属于所述介面层上。
20、 如权利要求 10所述的半导体承载结构， 其特征在于， 所述承载体的上 表面、 侧表面及下表面 ό々局部介面层进而以激光剥离， 使承载体上形成延伸环 绕承载体的绝缘线路， 所述绝缘线路能将承载体区隔形成至少两电极。
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