專利名稱：化合物半導(dǎo)體元件的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化合物半導(dǎo)體元件的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，尤其涉及 一種光電半導(dǎo)體元件的薄型封裝結(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) 光效率高及壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此被認(rèn)為是第二代綠色節(jié)能照明的最佳光源。 另外液晶顯示器的快速發(fā)展及全彩熒幕的流行趨勢，使白光系發(fā)光二極管除 了應(yīng)用于指示燈及大型顯示屏幕等用途外，更切入廣大的消費(fèi)性電子產(chǎn)品， 例如手機(jī)及個(gè)人數(shù)字助理(PDA)。
圖1為公知表面粘著(SMD)元件的發(fā)光二極管元件的剖面示意圖。發(fā) 光二極管晶粒12通過固晶膠11固定于絕緣層13c上N型導(dǎo)電銅箔13b的表 面，并通過金屬導(dǎo)線15與P型導(dǎo)電銅箔13a和N型導(dǎo)電銅箔13b電相連， 其中P型導(dǎo)電銅箔13a、 N型導(dǎo)電銅箔13b及絕緣層13c構(gòu)成具有電路的基 板13。另外，透明封膠材料14覆蓋于基板13、金屬導(dǎo)線15及晶粒12上， 可以保護(hù)整個(gè)發(fā)光二極管元件IO不受環(huán)境及外力的破壞。
發(fā)光二極管元件10使用一般印刷電路板作為基板13，因此其整體厚度 因受限于基板13中絕緣層13c厚度而無法更薄。但，消費(fèi)性電子產(chǎn)品趨向 于輕、薄、短、小的外型，因此其內(nèi)部的各元件或外部殼體都需要小型化。 另一方面，絕緣層13c多為散熱性較差的樹脂材料制成，因此不利于高功率 發(fā)光化合物半導(dǎo)體元件作為傳導(dǎo)熱量的散熱途徑。
圖2為美國公開專利第US20040090756號(hào)公開高集成封裝結(jié)構(gòu)的剖面示 意圖。此種結(jié)構(gòu)在暫時(shí)基材上涂布絕緣層，并且在絕緣層上設(shè)計(jì)并布局出需 要的線路。接著，發(fā)光二極管晶粒221、 222被粘著在基板23上，并利用打 線技術(shù)(或芯片倒裝(flip chip))技術(shù)將晶粒221、 222與基板23內(nèi)部導(dǎo)線通過 金屬導(dǎo)線25相互導(dǎo)通。晶粒221、 222上方利用模壓(molding)工藝將傳統(tǒng)的
4環(huán)氧樹脂(epoxy)覆蓋在晶粒221、 222上。為了要使整體芯片達(dá)到薄型化， 把暫時(shí)基材利用激光或紫外光(UV)光照射使其與絕緣層分離，并在預(yù)留的焊 盤上粘著錫球26，如此即可達(dá)到高集成度與薄型化的目的。但此工藝較為復(fù) 雜，并且亦會(huì)增加成本。
綜上所述，市場上亟需一種薄型光電化合物半導(dǎo)體元件，除了元件的厚 度要更薄而能節(jié)省所占空間外，并且還要改善散熱不佳的問題，將更有利應(yīng) 用于高功率元件的制作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種化合物半導(dǎo)體元件的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，該半導(dǎo)體 元件將外部電極或接點(diǎn)直接露出于封膠材料，而不需要印刷電路板介于晶粒 及外部電極間傳遞電氣信號(hào)，因此可改善散熱不佳的問題。
本發(fā)明提供一種超薄型半導(dǎo)體元件的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，由于使用 薄型基板或金屬膜層，因此此元件的厚度可以更薄而能節(jié)省所占空間。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明揭示一種化合物半導(dǎo)體元件的封裝結(jié)構(gòu)，其包 含薄膜基板、晶粒及透明封膠材料。該薄膜基板包含第一導(dǎo)電膜、第二導(dǎo)電 膜及絕緣介電材料。該晶粒固定于該第一導(dǎo)電膜的表面。該透明封膠材料覆 蓋于該第一導(dǎo)電膜、該第二導(dǎo)電膜及該晶粒上。該第一導(dǎo)電膜及該第二導(dǎo)電 膜相對(duì)于該透明封膠的表面分別作為電極，該絕緣介電材料介于該第一導(dǎo)電 膜及該第二導(dǎo)電膜之間。
該薄膜基板的厚度優(yōu)選為20 50 li m。
該絕緣介電材料為氧化硅(SiO)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、氧化鉭 (TaO)、氧化鋁(AIO)、氧化鈦(TiO)、氮化鋁(A1N)、氮化鈦(TiN)、環(huán)氧樹脂 (epoxy)、硅樹脂(silicone)或高分子絕緣材料。
該晶?？蔀榘l(fā)光二極管晶粒、激光二極管或光感測晶粒。
該化合物半導(dǎo)體元件的封裝結(jié)構(gòu)還包含至少一個(gè)電連接該晶粒與該薄 膜基板的金屬導(dǎo)線。該第一導(dǎo)電膜還包含可供該金屬導(dǎo)線熔接的第一打線凹 槽。此外，該第二導(dǎo)電膜還包含可供該金屬導(dǎo)線熔接的第二打線凹槽。
該化合物半導(dǎo)體元件的封裝結(jié)構(gòu)還包含多個(gè)電連接該晶粒與該薄膜基 板的凸塊。該第一導(dǎo)電膜還包含固晶凹槽，該晶粒固定于該固晶凹槽內(nèi)。該固晶凹 槽內(nèi)覆蓋反光層。
該化合物半導(dǎo)體元件的封裝結(jié)構(gòu)還包含疊置于該薄膜基板上的被圖案 化的絕緣材料層，其中該絕緣材料層包括供該晶粒固定的固晶凹槽及至少一 個(gè)可供該金屬導(dǎo)線熔接的打線凹槽。
本發(fā)明還揭示一種化合物半導(dǎo)體元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，包含下列步 驟提供薄膜基板，其包括第一導(dǎo)電膜、第二導(dǎo)電膜及絕緣介電材料；將晶 粒固接于該第一導(dǎo)電膜上，使得該晶粒的正極電連接至該第一導(dǎo)電膜，而該
晶粒的負(fù)極電連接至該第二導(dǎo)電膜；以及將透明膠材包覆該晶粒。
該薄膜基板由下列步驟制成提供薄板；在該薄板上形成至少一個(gè)溝槽
以分隔該第一導(dǎo)電膜及該第二導(dǎo)電膜；以及在該溝槽中填入絕緣介電材料。 該溝槽利用鉆孔工藝、蝕刻工藝或是金屬?zèng)_壓工藝而形成。 該制造方法還包含于該第一導(dǎo)電膜形成固晶凹槽的步驟。 該制造方法還包含于該第一導(dǎo)電膜及該第二導(dǎo)電膜形成多個(gè)打線凹槽
的步驟，其中該打線凹槽為可供至少一個(gè)金屬導(dǎo)線熔接之處。
該制造方法還包含于該薄膜基板上疊置被圖案化的絕緣材料層，其中該
絕緣材料層包括供該晶粒固定的固晶凹槽及可供至少一個(gè)金屬導(dǎo)線熔接的
多個(gè)打線凹槽。
該將該晶粒固接于該薄膜基板的步驟包含以打線接合或是芯片倒裝接 合方式將該晶粒電連接至該薄膜基板。
該固晶凹槽或該打線凹槽通過光刻蝕刻、電鑄工藝或是鉆孔工藝而形成。
本發(fā)明能夠使元件的厚度更薄而節(jié)省所占空間，并解決散熱不佳的問題。


圖1為公知表面粘著(SMD)元件的發(fā)光二極管元件的剖面示意圖； 圖2為美國公開專利第US20040090756號(hào)公開的高集成封裝結(jié)構(gòu)的剖面 示意圖3A-圖3C為本發(fā)明薄膜基板的制造方法的步驟示意圖；圖4A為本發(fā)明化合物半導(dǎo)體元件封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖4B為圖4A的化合物半導(dǎo)體元件的俯視圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例化合物半導(dǎo)體元件封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖； 圖6為本發(fā)明再一實(shí)施例化合物半導(dǎo)體元件封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖； 圖7為本發(fā)明再一實(shí)施例化合物半導(dǎo)體元件封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖； 圖8為本發(fā)明再一實(shí)施例化合物半導(dǎo)體元件封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；以
圖9A-圖9D為本發(fā)明采用電鑄工藝形成固晶凹槽或打線凹槽的示意圖。
其中，附圖標(biāo)記說明如下
10發(fā)光二極管元件
12、221、 222 晶粒
13aP型導(dǎo)電銅箔
13c絕緣層
15金屬導(dǎo)線
23基板
26錫球
31、31'第一導(dǎo)電膜
33溝槽
35絕緣介電材料
37金屬層
40化合物半導(dǎo)體元件
44金屬導(dǎo)線
47固晶膠
50、60、 70、 80化合物半導(dǎo)體元件
54凸塊
411固晶凹槽
413、421 打線凹槽
具體實(shí)施例方式
圖3A-圖3C為本發(fā)明薄膜基板的制造方法的步驟示意圖。如圖3A所示，
7提供厚度為20 50um的薄板34，例如銅箔或傳導(dǎo)好的金屬薄膜。再利 用鉆孔工藝、蝕刻工藝或是金屬?zèng)_壓等工藝在薄板34上形成溝槽33，通過 該溝槽33使兩側(cè)的第一導(dǎo)電膜31及第二導(dǎo)電膜32相互無法導(dǎo)通，亦即電 獨(dú)立，如圖3B所示。并且在溝槽33中填入絕緣介電材料35就可完成薄膜 基板30的制作，例如氧化硅(SiO)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、氧化 鉭(TaO)、氧化鋁(AIO)、氧化鈦(TiO)、氮化鋁(A1N)、氮化鈦(TiN)、環(huán)氧樹 脂(epoxy)、硅樹脂(silicone)或高分子絕緣材料等，由此可增加第一導(dǎo)電膜31 及第二導(dǎo)電膜32間絕緣性與薄膜基板30的支撐剛性，如圖3C所示。
圖4A為本發(fā)明化合物半導(dǎo)體元件封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖?；衔锇雽?dǎo) 體元件40利用固晶或黏晶(die bonding)技術(shù)把化合物半導(dǎo)體晶粒43粘著在 薄膜基板30的第一導(dǎo)電膜31上，亦即晶粒43通過固晶膠47固定于第一導(dǎo) 電膜31的表面。該化合物半導(dǎo)體晶粒43可為發(fā)光二極管晶粒、激光二極管 晶?；蚬飧袦y晶粒。再經(jīng)由金屬導(dǎo)線44使晶粒43與薄膜基板30電連接， 如此薄膜基板30即成為晶粒43及金屬導(dǎo)線44的封裝載體。最后再利用模 壓工藝使透明封膠材料46覆蓋晶粒43、金屬導(dǎo)線44及薄膜基板30上，從 而達(dá)到防濕氣與保護(hù)的效果，該透明膠材料46可為環(huán)氧樹脂(epoxy)或是硅 氧烷(silicone)。
圖4B為圖4A的化合物半導(dǎo)體元件的俯視圖。使透明封膠材料46局部 被移除，可以更清楚看到晶粒43、金屬導(dǎo)線44及薄膜基板30的連結(jié)關(guān)系， 兩根金屬導(dǎo)線44分別自晶粒43表面向第一導(dǎo)電膜31及第二導(dǎo)電膜32延伸 并連接。
圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例化合物半導(dǎo)體元件封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖?；?合物半導(dǎo)體元件50利用芯片倒裝工藝將晶粒43通過凸塊(bump)54固定在薄 膜基板30上。與圖4A不同，該晶粒43的主動(dòng)面翻轉(zhuǎn)朝向薄膜基板30，并 利用錫球與晶粒43上的焊盤相接合而成為凸塊54，再經(jīng)過回焊后則凸塊54 與薄膜基板30會(huì)因錫膏融熔后又固化而電導(dǎo)通。最后再利用模壓工藝使透 明封膠材料46覆蓋晶粒43及薄膜基板30上，從而達(dá)到防濕氣與保護(hù)的效 果。本實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)為電流路徑較短及散熱佳，相比前一個(gè)實(shí)施例可以減少 金屬導(dǎo)線的線弧高度(loop height)。
圖6為本發(fā)明再一實(shí)施例化合物半導(dǎo)體元件封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。本實(shí)施例可更進(jìn)一步減少封裝結(jié)構(gòu)的厚度與增加封裝元件的亮度，其在薄膜基
板30a的第一導(dǎo)電膜31'上形成固晶凹槽411，并且在固晶凹槽411的四周側(cè) 壁與底部沉積反光層412?？梢岳霉饪涛g刻、電鑄工藝或是鉆孔工藝來形 成該固晶凹槽411。晶粒43粘著在該固晶凹槽411的底部，如此可形成一種 類似杯狀反射腔體。該晶粒43發(fā)出的側(cè)向光線能夠有效的經(jīng)由反光層412 朝向上方反射，以增加化合物半導(dǎo)體元件封60的發(fā)光亮度。本實(shí)施例另一 優(yōu)點(diǎn)為當(dāng)晶粒43被放置在固晶凹槽411中，對(duì)于利用金屬導(dǎo)線44使晶粒 43與薄膜基板30a間電連接，將會(huì)有效降低金線的線弧高度，而可以更加達(dá) 到整體封裝結(jié)構(gòu)的薄型化。
圖7為本發(fā)明再一實(shí)施例化合物半導(dǎo)體元件封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。相 較于上述實(shí)施例，本實(shí)施例可再進(jìn)一步減少封裝結(jié)構(gòu)的厚度。在薄膜基板30b 的第一導(dǎo)電膜31"上形成打線凹槽413，可提供金屬導(dǎo)線44第二焊點(diǎn)的熔接 位置；同樣，第二導(dǎo)電膜32'上亦形成打線凹槽421，可提供另一金屬導(dǎo)線 44第二焊點(diǎn)的熔接位置。由于金屬導(dǎo)線44第二焊點(diǎn)的位置下降，因此可減 少化合物半導(dǎo)體元件封70的封裝結(jié)構(gòu)的厚度。
前述實(shí)施例采用光刻蝕刻、電鑄工藝或是鉆孔工藝來形成固晶凹槽或打 線凹槽，亦可以在薄膜基板30上形成圖案化的絕緣材料層36，其利用光刻 蝕刻在絕緣層36上形成的固晶凹槽411及打線凹槽413、 421，如圖8所示。 如此不僅可減少化合物半導(dǎo)體元件封80的封裝結(jié)構(gòu)的厚度，還可以避免連 接第二導(dǎo)電膜32的金屬導(dǎo)線44與第一導(dǎo)電膜31間有不當(dāng)接觸而短路。
圖9A-圖9D為本發(fā)明采用電鑄工藝形成固晶凹槽或打線凹槽的示意圖。 在薄膜基板30上形成圖案化的絕緣材料層36'，例如光致抗蝕劑材料。利 用電鑄工藝在第一導(dǎo)電膜31及第二導(dǎo)電膜32露出的表面成長金屬層37，再 去除緣材料層36'(例如去除光致抗蝕劑步驟)以形成固晶凹槽411及打線凹 槽413、 421。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特點(diǎn)己揭示如上，然而本領(lǐng)域技術(shù)人員仍可能 基于本發(fā)明的教示及揭示而作出種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾。因 此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離 本發(fā)明的替換及修飾，并為所附的權(quán)利要求書所涵蓋。
權(quán)利要求
1、一種化合物半導(dǎo)體元件的封裝結(jié)構(gòu)，包含薄膜基板，包含第一導(dǎo)電膜、第二導(dǎo)電膜及絕緣介電材料，其中該絕緣介電材料介于該第一導(dǎo)電膜及該第二導(dǎo)電膜之間；晶粒，固定于該第一導(dǎo)電膜的表面；以及透明封膠材料，覆蓋于該第一導(dǎo)電膜、該第二導(dǎo)電膜及該晶粒。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體元件的封裝結(jié)構(gòu)，其中該薄膜 基板的厚度為20 50iim，該絕緣介電材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、 氧化鉭、氧化鋁、氧化鈦、氮化鋁、氮化鈦、環(huán)氧樹脂、硅樹脂或高分子絕 緣材料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體元件的封裝結(jié)構(gòu)，其中該晶粒 可為發(fā)光二極管晶粒、激光二極管或光感測晶粒。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物光電元件的封裝結(jié)構(gòu)，其還包含至少 一個(gè)電連接該晶粒與該薄膜基板的金屬導(dǎo)線及多個(gè)電連接該晶粒與該薄膜 基板的凸塊。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物光電元件的封裝結(jié)構(gòu)，其中該第一導(dǎo) 電膜還包含固晶凹槽，該晶粒固定于該固晶凹槽內(nèi)，該固晶凹槽內(nèi)覆蓋反光 層。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的化合物光電元件的封裝結(jié)構(gòu)，其中該第一導(dǎo) 電膜還包可供該金屬導(dǎo)線熔接的第一打線凹槽，該第二導(dǎo)電膜還包含可供該 金屬導(dǎo)線熔接的第二打線凹槽。
7、 一種化合物光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其包含步驟-提供薄膜基板，其包括第一導(dǎo)電膜、第二導(dǎo)電膜及絕緣介電材料； 將晶粒固接于該第一導(dǎo)電膜上，使得該晶粒的正極電連接至該第一導(dǎo)電膜，而該晶粒的負(fù)極電連接至該第二導(dǎo)電膜；以及 將一透明膠材包覆該晶粒。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的化合物光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其中 該薄膜基板由下列步驟制成提供薄板；在該薄板上形成至少一個(gè)溝槽以分隔該第一導(dǎo)電膜及該第二導(dǎo)電膜；以及在該溝槽中填入絕緣介電材料。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的化合物光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其中 該溝槽利用鉆孔工藝、蝕刻工藝或是金屬?zèng)_壓工藝所形成。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的化合物光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其還 包含于該第一導(dǎo)電膜形成固晶凹槽的步驟，該晶粒固定于該固晶凹槽內(nèi)。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的化合物光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其還 包含于該第一導(dǎo)電膜及該第二導(dǎo)電膜形成多個(gè)打線凹槽的步驟，其中該打線 凹槽為可供至少一個(gè)金屬導(dǎo)線熔接之處。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的化合物光電元件封裝結(jié)構(gòu)的制造方法， 其中該固晶凹槽或該打線凹槽通過光刻蝕刻、電鑄工藝或是鉆孔工藝所形 成。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種化合物半導(dǎo)體元件的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，該封裝結(jié)構(gòu)包含薄膜基板、晶粒、至少一個(gè)金屬導(dǎo)線及透明封膠材料。該薄膜基板包含第一導(dǎo)電膜、第二導(dǎo)電膜及絕緣介電材料。該晶粒固定于該第一導(dǎo)電膜的表面，并通過該金屬導(dǎo)線與該第一導(dǎo)電膜或該第二導(dǎo)電膜電連接。該透明封膠材料覆蓋于該第一導(dǎo)電膜、該第二導(dǎo)電膜及該晶粒上。該第一導(dǎo)電膜及該第二導(dǎo)電膜相對(duì)于該透明封膠的表面分別作為電極，該絕緣介電材料介于該第一導(dǎo)電膜及該第二導(dǎo)電膜之間。本發(fā)明能夠使元件的厚度更薄而節(jié)省所占空間，并解決散熱不佳的問題。
文檔編號(hào)H01L23/488GK101546737SQ20081008631
公開日2009年9月30日 申請日期2008年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月25日
發(fā)明者林升柏, 陳濱全 申請人:先進(jìn)開發(fā)光電股份有限公司