專(zhuān)利名稱：光電元件的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電元件的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，尤其涉及在發(fā)光二
極管(LED)上使用硅基材的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
由于光電元件中發(fā)光二極管(light emitting diode; LED)有體積小、發(fā) 光效率高及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此被認(rèn)為是下一代綠色節(jié)能照明的最佳光源。 另外液晶顯示器的快速發(fā)展及全彩屏幕的流行趨勢(shì)，使白光發(fā)光二極管除了 應(yīng)用于指示燈及大型顯示屏等用途外，還應(yīng)用到廣大的消費(fèi)性電子產(chǎn)品中， 例如手機(jī)及個(gè)人數(shù)字助理(PDA)。
目前有關(guān)發(fā)光二極管的研發(fā)重點(diǎn)在于發(fā)光效率以及散熱速度。在發(fā)光效 率中，可以在外延階段、晶粒制造階段或是在封裝階段分別進(jìn)行改進(jìn)。而關(guān) 于散熱方面目前主要是在封裝階段予以改良，通過(guò)封裝結(jié)構(gòu)或材料的改進(jìn)而 增強(qiáng)散熱效率。
發(fā)光二極管的封裝目前有許多的方式，其中使用反射杯的發(fā)光二極管元 件可通過(guò)提升反射率來(lái)有效增加元件的發(fā)光效率。同時(shí)，如果反射杯有較佳 的設(shè)計(jì)，同樣能有效提升發(fā)光二極管元件的散熱效率。目前在這方面改進(jìn)的 技術(shù)有美國(guó)專(zhuān)利第6,562,643號(hào)、第6,268,660號(hào)以及美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào) 2004/02183卯。另夕卜， 一種現(xiàn)有技術(shù)如美國(guó)專(zhuān)利第6,531,328號(hào)所公開(kāi)的，主 要是使用硅基板80做為封裝的基材。在硅基板80上使用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS) 的制造工藝制造反射杯81，其結(jié)構(gòu)如圖l所示。 一絕緣層82以及一金屬層 83依次包覆硅基板80，其中金屬層83同時(shí)作為電極831及832。發(fā)光二極 管84以打線方式電連接在反射杯81內(nèi)，并且使用環(huán)氧樹(shù)脂85覆蓋并保護(hù) 位于反射杯81內(nèi)的發(fā)光二極管84。在各反射杯81兩邊形成有半穿孔 (semi-through holes) 86，然而該項(xiàng)美國(guó)專(zhuān)利并未說(shuō)明該半穿孔86的用途。
形成如圖1所示的結(jié)構(gòu)的加工步驟，如圖2中附圖標(biāo)記S91 S96所示，包含先提供一硅基板，然后以濕式蝕刻的方式在硅基板上形成反射杯。接 著，在硅基板的另一面以干式蝕刻的方式形成電極的介層孔。之后，以熱氧 化法或是氮化方式形成一層氧化硅層或是氮化硅層包覆該硅基板。然后，以 電鍍的方式形成一導(dǎo)體層包覆該硅基板。最后，以激光處理的方式在所述反 射杯上形成金屬反射層而在硅基板的另一面形成電極。
然而，這樣的設(shè)計(jì)有一些缺點(diǎn)。首先，反射層金屬與電極是屬于同一種 材料，目前沒(méi)有一種金屬可以同時(shí)滿足具有良好的反射率以及可適用于后續(xù) 的焊接加工。再者，對(duì)于不同波長(zhǎng)的發(fā)光二極管，不同的金屬會(huì)有不同的反 射率，這意味著電極的材料也會(huì)隨之改變。較佳的電極的材料是以焊錫為主， 但焊錫并不適用于可見(jiàn)光的反光材料。好的反射材料，例如金(Au)、銀(Ag)、 鈀(Pd)、鉑(Pt)，并不適合作為電極的材料。
另外，底部介層孔的蝕刻采用干蝕刻，其蝕刻后的輪廓(profile)的后續(xù)
加工的彈性空間較低。再者，需要使用激光處理反射金屬層，因此加工成本較高。
申請(qǐng)人于先前提出的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)(中國(guó)臺(tái)灣專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?96105415) 中，己改進(jìn)前述現(xiàn)有技術(shù)的大部分問(wèn)題。然而該申請(qǐng)所使用的硅基材電阻率 需大于800Q，cm，否則將因從電極中溢出的焊錫蔓延到硅基材的側(cè)面而造成 短路。高電阻率硅基材的成本遠(yuǎn)大于低電阻率硅基材的成本，但該申請(qǐng)?zhí)岢?的封裝結(jié)構(gòu)卻無(wú)法應(yīng)用至低電阻率硅基材。
綜上所述，市場(chǎng)上迫切需要一種可靠且加工簡(jiǎn)易的高功率光電元件或發(fā) 光二極管元件，以便能改善上述現(xiàn)有的發(fā)光二極管元件的各種缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種光電元件的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，可使用硅基板做為 封裝的基板以增強(qiáng)散熱效率，并可使用成熟的微機(jī)電工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明提供一種光電元件的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，在各個(gè)光電元件的 電極外側(cè)設(shè)有凹槽，該凹槽覆蓋有絕緣層，可以避免焊錫溢出電極而蔓延到 側(cè)面的硅基材上，因此不會(huì)有短路發(fā)生。
本發(fā)明提供一種低材料成本的光電元件的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，可使 用成本低廉的低電阻率硅基材實(shí)現(xiàn)封裝結(jié)構(gòu)，亦即此種光電元件的制造成本會(huì)因此大幅降低。
本發(fā)明提供一種針對(duì)反射金屬層與電極可選擇不同的材質(zhì)的光電元件， 其中反射金屬層可以針對(duì)特定光線的波長(zhǎng)進(jìn)行選擇而不會(huì)影響電極材質(zhì)的 選擇，因而可以分別選擇最佳化材料。
本發(fā)明可使用濕蝕刻形成底部的電極介層孔，對(duì)于后續(xù)的加工空間
(process window贈(zèng)為充裕。
本發(fā)明提供一種利用絕緣層保護(hù)反射金屬層的光電元件，避免金屬層產(chǎn) 生氧化、硫化或是與其它化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)。且該絕緣層的厚度可以調(diào)整為 對(duì)特定光線進(jìn)行有益的干涉。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種光電元件的封裝結(jié)構(gòu)，其包含具有 一第一表面與一第二表面的硅基材；該第一表面與該第二表面相對(duì)，并且該 第一表面具有一反射腔，該第二表面具有至少兩個(gè)與該反射腔相連通的電極 介層孔，并在所述電極介層孔外側(cè)各設(shè)有一凹槽； 一第一絕緣層包覆該硅基 材的該第一表面、該第二表面與該凹槽；另外， 一反射層設(shè)于該反射腔表面， 以及一第二絕緣層覆蓋該反射層； 一第一導(dǎo)電層設(shè)于該第二絕緣層及該第一 絕緣層表面，及一第二導(dǎo)電層設(shè)于該第二表面并與該第一導(dǎo)電層相連接；一 晶粒固定于該反射腔內(nèi)，并電連接到該第一導(dǎo)電層。
該第一絕緣層優(yōu)選為氧化硅，又該第二絕緣層優(yōu)選為二氧化硅、氮化硅 或氮氧化硅。
該反射層優(yōu)選為鋁、銀、金、錫、銅或鉑，其厚度介于300A。(埃米) 至20,000A。之間。
該第一導(dǎo)電層優(yōu)選為延伸至該第一絕緣層，并與該第二導(dǎo)電層相連接， 且二者為可焊接的材料，例如銀、鎳/金、鈦/金、鈦/鎳/金、鈦/銅/鎳/金、 鈦鴇/銅/鎳/金或鉻/銅/鎳/金。
本發(fā)明還包含一填入該反射腔內(nèi)的封膠層。
該晶粒通過(guò)多個(gè)凸塊與該第一導(dǎo)電層電連接，或通過(guò)多個(gè)金屬導(dǎo)線與該
第一導(dǎo)電層電連接。
本發(fā)明還提出一種光電元件的封裝結(jié)構(gòu)，其包含具有一第一表面與一
第二表面的硅基材，該第一表面與該第二表面相對(duì)，并且該第一表面具有一 反射腔，該第二表面具有至少兩個(gè)與該反射腔相連通的電極介層孔，并在所述電極介層孔外側(cè)各形成有一凹槽； 一第一絕緣層包覆該硅基材的該第一表 面、該第二表面與該凹槽；另外， 一金屬層設(shè)于該反射腔內(nèi)，并包括一反射 區(qū)及導(dǎo)電區(qū)，以及一第二絕緣層覆蓋該反射區(qū)； 一電極層設(shè)于該第二表面， 并與該金屬層的導(dǎo)電區(qū)相連接； 一晶粒固定于該反射腔內(nèi)，并電連接于該導(dǎo)電區(qū)。
該金屬層優(yōu)選為鋁、銀、金、錫、銅或鉑。該電極層與該金屬層中的該 導(dǎo)電區(qū)相連接，且二者為可焊接的材料，例如銀、鎳/金、鈦/金、鈦/鎳/ 金、鈦/銅/鎳/金、鈦鉤/銅/鎳/金或鉻/銅/鎳/金。
本發(fā)明還提供一種光電元件的制造方法提供一硅基材，并于該硅基材 的一第一表面形成至少一反射腔；之后，在該硅基材的一第二表面形成多個(gè) 電極介層孔，所述電極介層孔穿透該硅基材至該反射腔，并在所述電極介層 孔外側(cè)各設(shè)有一凹槽，其中該第二表面與該第一表面相對(duì)；然后形成一第一 絕緣層以包覆該硅基材與該凹槽；接著，在該反射腔上覆蓋一反射層，以及 在該反射層上形成一第二絕緣層；再者，在該第二絕緣層上形成一第一導(dǎo)電 層，以及在該第二表面下以及該兩電極介層孔內(nèi)形成一第二導(dǎo)電層，其中該 第二導(dǎo)電層與該第一導(dǎo)電層相連接；固定一晶粒于該反射腔內(nèi)，并電連接到 該第一導(dǎo)電層。
該第一絕緣層優(yōu)選為由熱氧化法所形成的氧化硅層，并且該第二絕緣層 優(yōu)選為由氣相沉積所形成的二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅層。
該第一導(dǎo)電層與該第二導(dǎo)電層優(yōu)選為通過(guò)電鍍、蒸鍍或是化學(xué)鍍所形 成，且該第一導(dǎo)電層與該第二導(dǎo)電層相連接。
該晶粒優(yōu)選為以倒裝晶片方式固定于該反射腔內(nèi)，或通過(guò)打線方式與該 第一導(dǎo)電層電連接。
本發(fā)明還包含將封膠層填入該反射腔及該電極介層孔內(nèi)的步驟。
本發(fā)明另外提供一種光電元件的制造方法提供一硅基材，并于該硅基 材的一第一表面形成至少一反射腔；之后，在該硅基材的一第二表面形成多 個(gè)電極介層孔，所述電極介層孔穿透該硅基材至該反射腔，并在所述每一個(gè) 電極介層孔外側(cè)各設(shè)有一凹槽，其中該第二表面與該第一表面相對(duì)；然后形 成一第一絕緣層以包覆該硅基材與該凹槽；接著，覆蓋一金屬層于該反射腔 上，其中該金屬層包括反射區(qū)及導(dǎo)電區(qū)，并在該反射區(qū)上形成一第二絕緣層；再者，在該第二表面下以及位于該兩電極介層孔內(nèi)形成一電極層，其中該電
極層與該導(dǎo)電區(qū)相連接；在該反射腔內(nèi)固定一晶粒，并電連接于該導(dǎo)電區(qū)。 該金屬層與該電極層優(yōu)選為通過(guò)電鍍、蒸鍍或是化學(xué)鍍所形成。 本發(fā)明另提供一種固態(tài)發(fā)光元件的封裝結(jié)構(gòu)，包含 一具有一第一表面 與一第二表面的硅基材， 一包覆該硅基材的第一絕緣層、 一反射層、 一位于 該反射層上的第二絕緣層， 一作為兩個(gè)電極墊并且與該反射層電性地隔離的 第一導(dǎo)電層，以及一第二導(dǎo)電層；該第一表面與該第二表面相對(duì)，而該第一 表面具有一反射腔于其上，該第二表面具有兩個(gè)電極介層孔，并且所述電極 介層孔透過(guò)該第二表面至該反射腔；該反射層位于該反射腔上；該第一導(dǎo)電 層位于該兩電極介層孔上，且該第一導(dǎo)電層作為兩個(gè)電極墊并且與該反射層 電性地隔離；該第二導(dǎo)電層位于該第二表面下以及位于所述兩電極介層孔 內(nèi)。
該第一導(dǎo)電層與該第二導(dǎo)電層為可焊接的材料。另外，該第二導(dǎo)電層與 該第一導(dǎo)電層電連接。
該第一導(dǎo)電層與該第二導(dǎo)電層是通過(guò)使用蝕刻法或是剝離(lift-off)法來(lái) 形成圖案轉(zhuǎn)移的。


圖1為現(xiàn)有的發(fā)光二極管的封裝結(jié)構(gòu)示意圖2顯示形成如圖1中的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)的工藝流程圖3(a) 3(n)為本發(fā)明光電元件的制造方法的步驟示意圖4(a) 4(c)為本發(fā)明另一實(shí)施例光電元件的制造方法的步驟示意圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例光電元件的封裝結(jié)構(gòu)的示意圖6為本發(fā)明另一實(shí)施例光電元件的封裝結(jié)構(gòu)的示意圖7(a) 7(i)為本發(fā)明另一實(shí)施例光電元件的制造方法的步驟示意以及
圖8為本發(fā)明另一實(shí)施例光電元件的封裝結(jié)構(gòu)的示意圖。 其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下
11硅基材 12、 13介電材料層
14、 15光致抗蝕劑層 16反射腔17、18電極介層孔19、19' 凹槽
32、32'封膠層34凸塊
35金屬導(dǎo)線39膠帶
71硅基材76反射腔
77、78電極介層孔79凹槽
80硅基板81反射杯
82絕緣層83金屬層
84發(fā)光二極管85環(huán)氧樹(shù)脂
86半穿孔
11A杯座部11B基部
21A、21B第一絕緣層22A-、22B 反射層
23A、23B第二絕緣層31A-、31B 晶粒
33A、33B 光電元件22A'反射層
111第一表面112第二表面
121、122 導(dǎo)電層131、132 電極
121'、122'導(dǎo)電層131、132 電極
711第一表面712第二表面
721第一絕緣層722反射層
723第二絕緣層741、742 正面電極
751、752背面電極831、832 電極
具體實(shí)施例方式
圖3問(wèn) 3(n)為本發(fā)明光電元件的制造方法的步驟示意圖。如圖3(a)所 示， 一硅基材11具有一第一表面111與一第二表面112，在圖中第一表面 111是上表面，而第二表面112是下表面。硅基材11可以是五英寸、六英寸、 八英寸或是十二英寸等高電阻率的硅晶片，其電阻率小于200Q，cm，并可使 用〈10O的結(jié)晶表面(crystal orientation surface)的硅晶片。另外，硅原子依據(jù) 不同的結(jié)晶方式，又可區(qū)分成單晶硅、多晶硅及非晶硅。使用硅基材11的 優(yōu)點(diǎn)是散熱良好，以及可以進(jìn)行成熟的半導(dǎo)體加工或微機(jī)電工藝加工。
如圖3(b)所示，在硅基材11上覆上介電材料層(dielectric layer)12及13(或絕緣層)，此步驟可以利用等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)的方式 進(jìn)行沉積。介電材料層12及13的選擇可為抗硅非等向性蝕刻劑的介電材料 即可，抗硅非等向性蝕刻劑為強(qiáng)堿，例如氫氧化鉀(KOH; Potassium hydroxide) 、 TMAH(Tetramethyl ammonium hydroxide) 、 EDP(Ethylenediamine pyrocatochol)、或N2H4等。介電材料層12及13可使用氮化硅(silicon nitride; Si3N4)、 二氧化硅及氮氧化硅等。在本實(shí)施例中，介電材料層12及13是使 用氮化硅。接著實(shí)施如圖3(c)所示的下一步驟，在介電材料層12及13上分 別覆上圖案化的光致抗蝕劑(photoresist)層14及15。
如圖3(d)所示，將沒(méi)有覆蓋光致抗蝕劑層14及15之處的介電材料層12 及13以蝕刻方式去除，然后再移除光致抗蝕劑層14及15。如此就能將沒(méi)有 覆蓋介電材料層12的第一表面111以蝕刻方式形成反射腔(reflective opening)16，所述反射腔的深度到達(dá)凹槽19的頂面位置，如圖3(e)所示。并 再將沒(méi)有覆蓋介電材料層13的第二表面112以蝕刻方式形成電極介層孔17 及18，以及形成凹槽19。
如圖3(e) 3(f)所示，移去剩余的介電材料層12及13，而原本的硅基材 11又可分為基部IIB及杯座部IIA。若介電材料層12及13為氮化硅，則可 以使用經(jīng)加熱的磷酸(phosphoric acid)來(lái)進(jìn)行剝除。在基部11B及杯座部11A 周?chē)謩e形成第一絕緣層21A及21B，在本實(shí)施例中為選擇使用二氧化硅 (Si02)作為第一絕緣層21A及21B。將基部11B及杯座部11A暴露在高溫 且含氧的環(huán)境里一段時(shí)間后，可以在基部IIB、杯座部IIA及凹槽19的硅 材料的表面形成一層與硅附著性良好、且介電特性符合要求的第二絕緣體 21A及21B，例如二氧化硅。
以下兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)式描述硅在氧或水蒸氣中的氧化反應(yīng)
1. 干式氧化(dry oxidation)
Si(固體)+ 02(氣體)—Si02(固體)
2. 濕式氧化(wet oxidation)
Si(固體)+ 2H20(氣體)—Si02(固體)+ 2H2(氣體) 在本實(shí)施例中，第一絕緣體21A及21B是以濕式氧化的方式形成的熱 氧化物，反應(yīng)的工藝溫度介于900。C至IIO(TC。因所需反應(yīng)的時(shí)間較短，所 形成的厚度介于30A。至10,000A。之間。如圖3(h) 3(i)所示，在第一絕緣體21A及21B的表面分別披覆上反射 層22A及22B，此步驟可以利用物理氣相沉積技術(shù)(PVD)進(jìn)行沉積。然后在 反射層22A及22B的上方覆蓋第二絕緣層23A及23B，可以利用等離子體 輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)的方式沉積一鈍化層(passivation)以作為該第 二絕緣層23A及23B ，例如二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅 (Silicon-Oxy-Nitride; SiOxNy)，其主要的功能是形成或保護(hù)層，可防止反射 層22A及22B中的金屬被氧化。
氮氧化硅是一種性質(zhì)介于二氧化硅與氮化硅之間的一種介電材料，其特 性是應(yīng)力的大小比氮化硅小，且對(duì)水蒸氣及雜質(zhì)的阻擋能力比二氧化硅更理 想，所以是常見(jiàn)的保護(hù)層材料。雖然氧化硅可以以低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD) 的方式沉積，并在溫度高于85(TC以上的環(huán)境形成。但是為了使做為防護(hù)層 用的氮氧化硅的工藝溫度能夠低于40(TC(以避免影響己在硅基材上形成的 金屬層)，在現(xiàn)有氮氧化硅的沉積工藝中，都是以等離子體輔助化學(xué)氣相沉積 的方式來(lái)進(jìn)行。
如圖3(j) 3(k)所示，再形成導(dǎo)電層121及122，其中導(dǎo)電層121及122 分別設(shè)于第二絕緣層23A及23B的表面，或延伸至第一絕緣層21A及21B 的表面。導(dǎo)電層121及122材料可以選擇為可焊接的材料，并視后續(xù)封裝工 藝的不同而選擇適合的材料，例如銀(Ag)、鎳/金(Ni/Au)、鈦/金(Ti/Au)、 鈦/鎳/金(Ti/Ni/Au)、鈦/銅/鎳/金(Ti/Cu/Ni/Au)、鈦鎢/銅/鎳/金(TiW/Cu/Ni/Au) 或鉻/銅/鎳/金(Cr/Cu/Ni/Au)等。導(dǎo)電層121及122的圖案轉(zhuǎn)移可利用光學(xué)微 影工藝(即以蝕刻方式形成圖案轉(zhuǎn)移)或是剝離工藝的方式來(lái)形成，而導(dǎo)電層 121及122的形成方式可以使用電鍍、蒸鍍或是化學(xué)鍍。
反射層22A及22B的目的主要是用來(lái)增加光電元件的亮度。反射層22A 及22B的材料可以選擇和導(dǎo)電層121及122相同或不同的材料，若反射層 22A及22B選擇和導(dǎo)電層121及122相同的材料，可以使用Al/Ni/Au。反之 如果反射層22A及22B選擇和導(dǎo)電層121及122不同的材料，則可以以用鋁 (Al)、銀(Ag)、金(Au)、錫(Sn)、銅(Cu)或鉑(Pt)等金屬，依光線波長(zhǎng)的不同 而選擇所需的材料，并且反射層22A及22B的厚度介于300A。至20,000A° 之間。
在下半部的第一絕緣層21A及21B上形成背部電極131及132，其中電極131電連接導(dǎo)電層121，并且電極132電連接導(dǎo)電層122，所述電極131 及132的材料可以選擇為可焊接的材料，或是一般導(dǎo)電性佳的材料皆可，例 如Ag、 Ni/Au、 Ti/Au、 T固i/Au、 Ti/Cu扁Au、 TiW/Cu/Ni/Au、 Cr/Cu/Ni/Au 等，電極131及132的圖案轉(zhuǎn)移可利用光學(xué)微影工藝(即利用蝕刻方式形成圖 案轉(zhuǎn)移)或是剝離工藝的方式來(lái)形成，而電極131及132的形成方式可以使用 電鍍、蒸鍍或是化學(xué)鍍。
如圖3(1)所示，光電半導(dǎo)體的晶粒31A固定在該反射腔16內(nèi)的導(dǎo)電層 122上，并通過(guò)打線接合(wire bonding)的方式電連接于導(dǎo)電層121及122， 亦即通過(guò)金屬導(dǎo)線35和導(dǎo)電層121及122電連接。
如圖3(m) 3(n)所示，可先用膠帶39將電極介層孔17及18貼住，在 反射腔16、電極介層孔17及18內(nèi)形成封膠層32。待封膠層32固化后，再 將膠帶39移除。除了使用膠帶39外，也可以使用其它封膠阻擋材料以避免 封膠層32自電極介層孔17中漏出，例如薄板材或模具等。最后，切割基 部11B以形成獨(dú)立單體的光電元件33A。該光電元件33A的兩側(cè)有至少一個(gè) 凹槽19，并且凹槽19分別位于電極介層孔17及18的外側(cè)。當(dāng)將光電元件 33A焊接固定至一電路板時(shí)，該覆蓋有第一絕緣層21A的凹槽19可以避免 焊錫溢出而蔓延至杯座部IIA(硅基材)的側(cè)面，因此不會(huì)有短路發(fā)生。亦即， 凹槽19可容納多余的焊錫，從而焊錫不會(huì)蔓延至未覆蓋有絕緣層的杯座部 11A側(cè)面。尤其是使用低電阻率的硅基材作為基部IIB及杯座部IIA的材料 時(shí)，溢出焊錫造成光電元件33A短路的問(wèn)題最為嚴(yán)重，本發(fā)明可完全解決這 一短路的問(wèn)題。
圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)，半穿孔86的外側(cè)仍有硅基材外露，因此如溢出 的焊錫未完全容納在半穿孔86內(nèi)，則焊錫仍將直接蔓延至未覆蓋有絕緣層 的硅基材上而造成短路。反觀本發(fā)明，因?yàn)榘疾?9可容納多余的焊錫，從 而不會(huì)蔓延至未覆蓋有絕緣層的杯座部11A側(cè)面。另外，兩者的結(jié)構(gòu)亦相差較大。
除了打線接合的方式，還可采用倒裝晶片(flip-chip)的方式使晶粒31B 固定并與導(dǎo)電層121及122電連接，如圖4(a)所示。圖中位于電極介層孔外 側(cè)的凹槽19'為多個(gè)。接著，如圖4(b) 4(c)所示，先用膠帶39將電極介層 孔貼住，于反射腔及所述電極介層孔內(nèi)形成封膠層32。待封膠層32固化后，再將膠帶39移除。最后，切割基部11B以形成獨(dú)立單體的光電元件33B， 其中晶粒31B通過(guò)凸塊34與導(dǎo)電層121及122電連接。
前述實(shí)施例是將導(dǎo)電層121、 122與反射層22A、 22B在不同步驟時(shí)沉 積附著，然而也可以在同一沉積步驟中形成，如圖5及圖6所示，其中圖5 顯示打線接合型式的封裝結(jié)構(gòu)，而圖6顯示倒裝晶片接合型式的封裝結(jié)構(gòu)。 圖5及圖6中導(dǎo)電層121'、 122'與反射層22A'是在同一沉積步驟中形成，亦 即它們所選用的材料也相同。
本發(fā)明還提供一種固態(tài)發(fā)光元件的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，如圖7(a) 7(i)所示。 一硅基材71具有一第一表面711與一第二表面712，在圖中第一 表面711是上表面，而第二表面712是下表面。硅基材71可以是五英寸、 六英寸、八英寸或是十二英寸等的晶片。硅基材71可使用<100>的結(jié)晶表面。 使用硅基材的幾個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)就是散熱好，以及可以進(jìn)行成熟的微機(jī)電工藝 加工。
如圖7(b)所示，以濕蝕刻的方式在硅基材71的第一表面711上形成一 反射腔76，以及在第二表面712及反射腔76外側(cè)分別形成凹槽79。硅基材 71的濕蝕刻的蝕刻溶劑可為氫氧化鉀(KOH)。在這個(gè)步驟包含光學(xué)微影工 藝，也就是利用蝕刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖案轉(zhuǎn)移，包含的步驟有光致抗蝕劑涂布、軟 烘烤光致抗蝕劑、曝光、顯影、硬烘烤、蝕刻硅基材以及去除光致抗蝕劑。 以濕蝕刻的方式形成的反射腔76及凹槽79，其蝕刻的輪廓(profile)是可以調(diào) 整的，這是因?yàn)闈裎g刻的等向性所造成的。
如圖7(c)所示，繼續(xù)以濕蝕刻的方式在硅基材71的第二表面712上形 成電極介層孔77及78。電極介層孔77及78可以是兩個(gè)，或是兩個(gè)以上， 特別是使用的發(fā)光元件超過(guò)兩個(gè)以上時(shí)可能會(huì)有四個(gè)或是六個(gè)電極介層孔 77及78。由于使用濕蝕刻形成電極介層孔，電極介層孔77及78的開(kāi)口較 大，對(duì)于后續(xù)的加工空間較為寬裕。同樣的，這個(gè)步驟包含光學(xué)微影工藝。
如圖7(d)所示，形成一包覆硅基材71的氧化硅層作為第一絕緣層721。 氧化硅層形成的方式可為熱氧化法或是化學(xué)氣相沉積法，而優(yōu)選熱氧化法， 因?yàn)橐詿嵫趸ㄐ纬傻难趸?，其結(jié)構(gòu)較為致密。在本發(fā)明中，可使用干式 或是濕式熱氧化法。另外，亦可以使用氮化硅作為第一絕緣層721。
如圖7(e)所示，形成一反射層722在反射腔76內(nèi)。反射層722的材質(zhì)
16可為銀、鋁、金或是錫，其中材料的選擇取決于所使用的光線的波長(zhǎng)。反射
層722的形成方式可以使用電鍍(electroplating)，蒸鍍法(evaporating)，或是
電子束外延法形成。由于反射層722只形成在硅基材71的第一表面711上， 加工條件較簡(jiǎn)單。另外，形成反射層722后亦可以另外利用蝕刻工藝將反射 腔76以外的反射層722部分移除，而這個(gè)步驟是可選擇的步驟。
如圖7(f)所示，形成一第二絕緣層723覆蓋反射層722。第二絕緣層723 可為氧化硅或是氮化硅，可由化學(xué)氣相沉積法形成。其中氧化硅可使用等離 子體增益化學(xué)氣相沉積法，而氮化硅可使用低壓化學(xué)氣相沉積法。沉積的厚 度，可以調(diào)整為對(duì)于特定光束具有有益的干涉。反射層722是由第二絕緣層 723包覆保護(hù)，可以避免反射金屬的氧化、硫化或是與其它的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)， 其中特別是以選擇金屬鋁或是錫作為反射金屬的情況，因?yàn)檫@兩種金屬特別 容易氧化。
如圖7(g)所示，形成一第一金屬層作為正面電極741及742。正面電極 741及742的材料的選擇為可焊接的材料，其選擇由后續(xù)的封裝工藝所決定， 例如打線封裝或是倒裝晶片封裝，因?yàn)檎骐姌O主要是與發(fā)光元件焊接。 正面電極741及742的形成方式可使用電鍍或是蒸鍍等的方式。正面電極741 及742的圖案可使用上述的利用蝕刻法或是剝離工藝來(lái)形成圖案轉(zhuǎn)移。剝離 工藝與蝕刻工藝所形成的圖案轉(zhuǎn)移類(lèi)似，但順序不同。剝離工藝的步驟為先 形成光致抗蝕劑層，然后是曝光顯影，這時(shí)金屬層才形成在光致抗蝕劑層上， 之后在光致抗蝕劑層移除的時(shí)候會(huì)將位于光致抗蝕劑上的金屬層一起移除。 剝離工藝不需要針對(duì)金屬層蝕刻，減少一個(gè)步驟。不論是利用蝕刻法或是利 用剝離法來(lái)進(jìn)行圖案轉(zhuǎn)移，其成本皆較傳統(tǒng)的激光工藝便宜，且均為成熟的 工藝。
因?yàn)榇嬖诘诙^緣層723，正面電極741及742與反射層722電絕緣。 這可以避免因漏電對(duì)元件產(chǎn)生損害。
如圖7(h)所示，形成一第二金屬層作為背面電極751及752。背面電極 751及752的材料可選擇為可焊接的材料或是一般性的電極材料。背面電極 751及752的形成方式與正面電極741及742的形成方式相同，而圖案轉(zhuǎn)移 的方式可與正面電極741及742的形成方式相同或者不相同。背面電極751 及752需要將電極介層孔77及78填滿而與正面電極741及742電連接。
17如圖7(i)所示，將發(fā)光二極管的晶粒31A打線封裝后，再使用環(huán)氧樹(shù)脂
的封膠層32覆蓋。封膠層32可以摻雜熒光粉，熒光粉可為釔鋁石榴石(YAG) 族或是硅酸鹽族。該硅酸鹽族的主體化學(xué)式為A2Si04，其中A為選自鍶、鈣、 鋇、鎂(Mg)、鋅(Zn)及鎘(Cd)中至少其一。封膠層32封入的方式可 為轉(zhuǎn)模(transfer molding)或是點(diǎn)膠注入的方式。
如圖8所示，將發(fā)光二極管的晶粒31B倒裝晶片封裝后使用環(huán)氧樹(shù)脂封 膠層32覆蓋。同樣的，封膠層32可以摻雜熒光粉，熒光粉可為釔鋁石榴石 族或是硅酸鹽族。而封膠層32覆蓋封入的方式可為轉(zhuǎn)?；蚴屈c(diǎn)膠注入的方 式。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)已描述如上，然而熟悉該項(xiàng)技術(shù)的人員仍 可能基于本發(fā)明的啟示及描述而作出各種不脫離本發(fā)明精神的替換及修改。 因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所描述的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不脫 離本發(fā)明的替換及修飾，并為以下的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求
1、一種光電元件的封裝結(jié)構(gòu)，包含一硅基材，其具有一第一表面與一第二表面，其中該第一表面具有一反射腔，并且該第二表面具有和該反射腔連通的多個(gè)電極介層孔，在所述電極介層孔外側(cè)各設(shè)有至少一凹槽；一第一絕緣層，其包覆該第一表面、該第二表面與該凹槽；一反射層，其設(shè)于該反射腔內(nèi)；一第二絕緣層，其設(shè)于該反射層上；一第一導(dǎo)電層，其設(shè)于該第二絕緣層表面；一第二導(dǎo)電層，其設(shè)于該第一絕緣層表面，并位于所述電極介層孔內(nèi)，其中該第一導(dǎo)電層延伸至該第一絕緣層，并與該第二導(dǎo)電層相連接；以及一晶粒，其固定于該反射腔內(nèi)，并電連接于該第一導(dǎo)電層。
2、 一種光電元件的封裝結(jié)構(gòu)，包含一硅基材，其具有一第一表面與一第二表面，其中該第一表面具有一反 射腔，并且該第二表面具有和該反射腔連通的多個(gè)電極介層孔，在所述電極 介層孔外側(cè)各設(shè)有至少一凹槽；一第一絕緣層，其包覆該第一表面、該第二表面與該凹槽；一金屬層，其設(shè)于該反射腔內(nèi)，并包括反射區(qū)及導(dǎo)電區(qū)；一第二絕緣層，其設(shè)于該反射區(qū)上；一電極層，其設(shè)于該第一絕緣層表面，并位于所述電極介層孔內(nèi)，其中 該電極層與該金屬層中的該導(dǎo)電區(qū)相連接；以及一晶粒，其固定于該反射腔內(nèi)，并電連接于該金屬層的該導(dǎo)電區(qū)。
3、 一種光電元件的封裝結(jié)構(gòu)，包含一硅基材，其具有一第一表面與一第二表面，而該第一表面與該第二表 面相對(duì)，其中該第一表面上具有一反射腔，該第二表面上具有至少兩個(gè)電極 介層孔，且所述電極介層孔穿透至該反射腔，并且該第二表面具有位于所述 電極介層孔外側(cè)的至少一凹槽；一第一絕緣層，其包覆該第一表面、該第二表面與所述凹槽；一反射層，其位于該反射腔上；一第二絕緣層，其位于該反射層上；一第一導(dǎo)電層，其位于所述電極介層孔上，該第一導(dǎo)電層作為兩個(gè)電極墊并且與該反射層電絕緣；以及一第二導(dǎo)電層，其位于該第二表面下以及位于所述電極介層孔內(nèi)，其中 該第二導(dǎo)電層與該第一導(dǎo)電層電連接。
4、 一種光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，包含下列步驟 提供一硅基材；在該硅基材的一第一表面形成至少一反射腔；在該硅基材的一第二表面形成多個(gè)電極介層孔及多個(gè)凹槽，其中所述電 極介層孔穿透該硅基材至該反射腔，并且所述凹槽位于所述電極介層孔外形成一第一絕緣層以包覆該反射腔、所述多個(gè)電極介層孔及所述多個(gè)凹槽；在該反射腔內(nèi)覆蓋一反射層；在該反射層上形成一第二絕緣層；在該第二絕緣層上形成一第一導(dǎo)電層；在該第二表面上及所述多個(gè)電極介層孔內(nèi)形成一第二導(dǎo)電層，其中該第 二導(dǎo)電層與該第一導(dǎo)電層電連接；以及在該反射腔內(nèi)固定一晶粒，并電連接該晶粒與該第一導(dǎo)電層。
5、 一種光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，包含 提供一硅基材；蝕刻該硅基材的一第一表面，以在該表面上形成一反射腔； 蝕刻該硅基材的一第二表面，以在該第二表面上形成多個(gè)電極介層孔， 并且所述電極介層孔穿透該硅基材到該反射腔，以及在該第二表面上形成多 個(gè)凹槽，其中該第二表面與該第一表面相對(duì)，并且所述凹槽位于所述電極介 層孔外側(cè)；形成一第一絕緣層以包覆該反射腔、所述多個(gè)電極介層孔及所述多個(gè)凹槽；在該反射腔上形成一反射層； 在該反射層上形成一第二絕緣層；在所述多個(gè)電極介層孔上形成一第一導(dǎo)電層，該第一導(dǎo)電層作為兩個(gè)電極墊并且與該反射層電絕緣；以及在該第二表面下形成一第二導(dǎo)電層，并且該第二導(dǎo)電層位于所述多個(gè)電 極介層孔內(nèi)，其中該第二導(dǎo)電層與該第一導(dǎo)電層電連接。
6、 一種光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，包含下列步驟 提供一硅基材；在該硅基材的一第一表面形成至少一反射腔；在該硅基材的一第二表面形成多個(gè)電極介層孔及多個(gè)凹槽，其中所述電 極介層孔穿透該硅基材至該反射腔，并且所述凹槽位于所述電極介層孔外形成一第一絕緣層以包覆該反射腔、所述多個(gè)電極介層孔及所述多個(gè)凹槽；在該反射腔內(nèi)覆蓋一金屬層，其中該金屬層包括反射區(qū)及導(dǎo)電區(qū)； 在該反射區(qū)上形成一第二絕緣層；在該第二表面上及所述多個(gè)電極介層孔內(nèi)形成一電極層，其中該導(dǎo)電區(qū) 與該電極層相連接；以及在該反射腔內(nèi)固定一晶粒，并電連接該晶粒與該導(dǎo)電區(qū)。
7、 一種光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，包含下列步驟 提供一硅基材；在該硅基材的一第一表面形成至少一反射腔；在該硅基材的一第二表面形成多個(gè)電極介層孔及多個(gè)凹槽，其中該電極 介層孔穿透該硅基材至該反射腔，并且該凹槽位于該電極介層孔外側(cè)； 在所述反射腔內(nèi)固定一晶粒；以封膠阻擋材料封閉所述多個(gè)電極介層孔的開(kāi)口；以及 在所述反射腔、所述多個(gè)電極介層孔內(nèi)形成封膠層。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7的光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，還包含下列步驟形成一第一絕緣層以包覆該反射腔、所述多個(gè)電極介層孔及所述多個(gè)凹槽；覆蓋一反射層于該反射腔內(nèi)； 在該反射層上形成一第二絕緣層；在該第二絕緣層上形成一第一導(dǎo)電層；以及在該第二表面上及所述多個(gè)電極介層孔內(nèi)形成一第二導(dǎo)電層，其中該第 二導(dǎo)電層與該第一導(dǎo)電層電連接。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7的光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，還包含下列步驟形成一第一絕緣層以包覆該反射腔、所述多個(gè)電極介層孔及所述多個(gè)凹1曰；在該反射腔內(nèi)覆蓋一金屬層，其中該金屬層包括反射區(qū)及導(dǎo)電區(qū)； 在該反射區(qū)上形成一第二絕緣層；以及在該第二表面上及所述多個(gè)電極介層孔內(nèi)形成一電極層，其中該導(dǎo)電區(qū) 與該電極層相連接。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3的光電元件的封裝結(jié)構(gòu)或權(quán)利要求4、 5、 6、 8或9的光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該第一絕緣層是由熱氧化法所形 成的氧化硅層，以及其中該第二絕緣層是由氣相沉積所形成的二氧化硅、氮 化硅或氮氧化硅層。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1或3的光電元件的封裝結(jié)構(gòu)或權(quán)利要求4、 5或8的光 電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該反射層的材料為鋁、銀、金、錫、銅或 鉑，形成該反射層的步驟是以電鍍法、蒸鍍法或是電子束外延法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll的光電元件的封裝結(jié)構(gòu)或光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造 方法，其中該反射層的厚度介于300A。至20，000A。之間。
13、 根據(jù)權(quán)利要求11的光電元件的封裝結(jié)構(gòu)或光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造 方法，其中該第一導(dǎo)電層與該第二導(dǎo)電層為可焊接的材料，其材料為銀、鎳、 鈦/金、鈦/鎳/金、鈦/銅/鎳/金、鈦鎢/銅/鎳/金或鉻/銅/鎳/金，該第一導(dǎo)電層與 該第二導(dǎo)電層是通過(guò)電鍍、蒸鍍或是化學(xué)鍍所形成，是通過(guò)使用蝕刻法或剝 離法來(lái)形成圖案轉(zhuǎn)移的。
14、 根據(jù)權(quán)利要求2的光電元件的封裝結(jié)構(gòu)或權(quán)利要求6或9的光電元件 封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該電極層與該金屬層為可焊接的材料，為銀、鎳 /金、鈦/金、鈦/鎳/金、鈦/銅/鎳/金、鈦鴇/銅/鎳/金或鉻/銅/鎳/金，該金屬層 與該電極層是通過(guò)電鍍、蒸鍍或是化學(xué)鍍所形成。
15、 根據(jù)權(quán)利要求2的光電元件的封裝結(jié)構(gòu)或權(quán)利要求6或9的光電元件 封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該金屬層的材料為鋁、銀、金、錫、銅或鉑，是通過(guò)電鍍、蒸鍍或是化學(xué)鍍所形成。
16、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3的光電元件的封裝結(jié)構(gòu)或權(quán)利要求4、 5、 6、 7、 8或9的光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，還包含一填入該反射腔內(nèi)的封膠層。
17、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的光電元件的封裝結(jié)構(gòu)或權(quán)利要求4、 6、 8或9 的光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該晶粒通過(guò)多個(gè)凸塊與該第一導(dǎo)電層 或該金屬層電連接。
18、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的光電元件的封裝結(jié)構(gòu)或權(quán)利要求4、 6、 8或9 的光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該晶粒經(jīng)通過(guò)多個(gè)金屬導(dǎo)線與該第一 導(dǎo)電層或該金屬層電連接。
19、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的光電元件的封裝結(jié)構(gòu)或權(quán)利要求4、 6、 8或9的光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該晶粒為發(fā)光二極管。
20、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3的光電元件的封裝結(jié)構(gòu)或權(quán)利要求4、 5、 6、 8或9的光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其中所述凹槽設(shè)于該第二導(dǎo)電層外
21、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3的光電元件的封裝結(jié)構(gòu)或權(quán)利要求4、 5、 6、 8或9的光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其中所述電極介層孔是由濕蝕刻法形成。
22、 根據(jù)權(quán)利要求7的光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，還包含在該封膠 層固化后移除該封膠阻擋材料的步驟。
23、 根據(jù)權(quán)利要求7的光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其中該封膠阻擋 材料為一膠帶。
全文摘要
本發(fā)明提出一種光電元件的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，該封裝結(jié)構(gòu)包含具有一第一表面與一第二表面的硅基材；該第一表面與該第二表面相對(duì)，并且該第一表面具有一反射腔；該第二表面具有至少兩個(gè)與該反射腔相連通的電極介層孔，并在所述各電極介層孔外側(cè)各設(shè)有一凹槽；一第一絕緣層包覆該硅基材的該第一表面、該第二表面與所述凹槽。另外，一反射層設(shè)于該反射腔表面，并且一第二絕緣層覆蓋該反射層；一第一導(dǎo)電層設(shè)于該第二絕緣層及該第一絕緣層表面；以及一第二導(dǎo)電層設(shè)于該第二表面，并與該第一導(dǎo)電層相連接；一晶粒固定在該反射腔內(nèi)，并且該晶粒電連接到該第一導(dǎo)電層。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101459210SQ200710199880
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者曾堅(jiān)信, 曾文良, 陳隆欣 申請(qǐng)人:先進(jìn)開(kāi)發(fā)光電股份有限公司