專利名稱：發(fā)光二極管模塊、用于發(fā)光二極管模塊的基板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種發(fā)光二極管模塊、用于發(fā)光二極管的基板及其制造方法。更具 體而言，本發(fā)明的基板是用于一具有一高功率發(fā)光二極管的發(fā)光二極管模塊，以提升該發(fā) 光二極管模塊的散熱效率。
背景技術(shù)：
近幾年來，發(fā)光二極管(light-emitting diode, LED)的普遍率日益提高，逐漸取 代各種傳統(tǒng)光源。舉例而言，在日常生活中，LED的應(yīng)用隨處可見，例如道路照明及號志系 統(tǒng)、家用照明光源、各式車輛的照明及警示燈、大型液晶屏幕的背光模塊等。其中，主要用于 道路、車輛照明等用途的高功率LED的發(fā)展深受期待，相較于傳統(tǒng)白熾燈源，高功率LED不 僅可提供良好的照明效果，更可有效地提高能源的使用效率?，F(xiàn)今，一般常見的高功率LED模塊是由一陶瓷材料(例如氧化鋁(Al2O3))的基 板承載其高功率LED。然而，陶瓷材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)通常僅介于30 40W/mk間，故隨著高 功率LED的功率增加，陶瓷材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)便顯得不足，以至于基板無法有效率地將高 功率LED所產(chǎn)生的熱能散出。此外，氧化鋁基板的熱膨脹系數(shù)(coefficient of thermal expansion, CTE)過大(6 7ppm/°C )，亦容易過熱而彎曲變形。因此，在基板散熱能力不 足的情況下，無法向外傳遞的熱能可能會導(dǎo)致高功率LED模塊損毀，影響其正常功能。有鑒于此，兼具散熱能力的高功率LED模塊，減少其因熱能過度累積而毀損的機(jī) 會，為此一業(yè)界亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于先前技術(shù)所面臨的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)光二極管模塊及其基 板及制造發(fā)光二極管模塊的基板的方法，以使二極管模塊提高發(fā)光效率和散熱能力，減少 其因熱能過度累積而毀損的機(jī)會。根據(jù)本發(fā)明一方面提供一種制造基板的方法，該基板用以承載至少一發(fā)光二極 管，該方法包含下列步驟(a)以鉆孔方式于一硅本體的一上表面形成至少一凹洞；(b)以 蝕刻方式去除該至少一凹洞的部分該硅本體，以形成一至少一貫穿孔；以及(c)通過該至 少一貫穿孔于該硅本體的一上表面及一下表面的至少一部份形成一貫穿金屬層。根據(jù)本發(fā)明另一方面提供一種用于發(fā)光二極管模塊的基板，該基板用以承載該發(fā) 光二極管，該基板包含一硅本體，具有至少一貫穿孔形成于該硅本體上，其中該至少一貫 穿孔是以鉆孔方式于該硅本體的一上表面形成至少一凹洞，并以蝕刻方式去除該至少一凹 洞的部分該硅本體而形成；以及一貫穿金屬層，通過該至少一貫穿孔而形成于該硅本體的 一上表面及一下表面的至少一部份。根據(jù)本發(fā)明又一方面提供一種發(fā)光二極管模塊，包含至少一發(fā)光二極管；以及 一基板，用以承載該等發(fā)光二極管，該基板包含一硅本體，具有至少一貫穿孔形成于該硅本體上，其中該至少一貫穿孔是以鉆孔方式于該硅本體的一上表面形成至少一凹洞，并以 蝕刻方式去除該至少一凹洞的部分該硅本體而形成；一貫穿金屬層，通過該至少一貫穿孔 而形成于該硅本體的一上表面及一下表面的至少一部份，并電性連接至該發(fā)光二極管。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是該方法可利用鉆孔方式，并配合蝕刻方式于該基板上 形成貫穿孔，并于基板表面進(jìn)行表面處理，以通過該貫穿孔形成一貫穿金屬層連接基板的 上表面及下表面，提升發(fā)光二極管模塊的光學(xué)效率。本發(fā)明的基板主要由一硅(Si)材料所 制成。由于硅材料熱傳導(dǎo)系數(shù)大約為140W/mk，因此相較于陶瓷材料，硅材料可提升該發(fā)光 二極管模塊的散熱效率，可于較短的時間內(nèi)向外排放LED光源所產(chǎn)生的熱量，且其熱膨脹 系數(shù)較低，相較傳統(tǒng)基板，由硅材料所構(gòu)成的基板不易受熱能影響彎曲變形，進(jìn)而減少發(fā)光 二極管模塊及其周遭電子組件因熱能而毀損的機(jī)會。此外，本發(fā)明的基板還具有一貫穿孔， 并通過該貫穿孔形成一貫穿金屬層電性連接該基板的上表面及下表面。該貫穿金屬層除了 用以電性連接一發(fā)光二極管外，更有助于將發(fā)光二極管產(chǎn)生的熱能分散至基板的上表面及 下表面，以進(jìn)一步提升散熱效果。


為讓本發(fā)明的上述目的、技術(shù)特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下面將結(jié)合附圖對本發(fā) 明的較佳實施例進(jìn)行詳細(xì)說明，其中圖1是為本發(fā)明一實施例中一發(fā)光二極管模塊的示意圖；以及圖2A至圖I是一種用于制造發(fā)光二極管模塊的基板的工藝的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明第一實施例如圖1所示，其顯示本發(fā)明的發(fā)光二極管模塊1的示意圖。發(fā) 光二極管模塊1包含至少一發(fā)光二極管11及一基板13。于本實施例中，至少一發(fā)光二極管 11是一高功率發(fā)光二極管，但并不僅限于此。至少一發(fā)光二極管11可通過散熱性佳的基板 13作為快速散熱的媒介，以確保發(fā)光二極管模塊1不受散熱不良的影響而損壞。為更清楚 地闡述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，后續(xù)說明及相關(guān)附圖僅描繪出單一發(fā)光二極管11作為代表，熟 悉此技術(shù)者當(dāng)可知悉本發(fā)明的基板13可用以承載一個或多個發(fā)光二極管的實施態(tài)樣。如圖1所示，發(fā)光二極管11由基板13所承載，且基板13包含一硅本體131、一絕 緣層133、一襯墊金屬(seed metal)層135以及一貫穿金屬層137。發(fā)光二極管11則可通 過打線接合(wire bonded)或覆晶接合(flip chip bonded)等方式電性連接至貫穿金屬 層137。硅本體131具有至少一貫穿孔(參看圖2A-圖I的元件131a)形成于硅本體131 上。本發(fā)明的一特征在于利用現(xiàn)有硅穿孔(Through SiliconVia, TSV)的技術(shù)形成此貫穿 孔131a，具體而言，本發(fā)明的貫穿孔131a可通過鉆孔方式先于硅本體131的上表面形成至 少一凹洞，再以蝕刻方式或化學(xué)機(jī)械研磨方式去除該至少一凹洞的部分硅本體131形成， 或者可通過鉆孔方式直接形成皆屬本發(fā)明的適例。此外，上述的鉆孔方式可為激光鉆孔、干 式蝕刻、微機(jī)電系統(tǒng)(MicroElectro Mechanical Systems, MEMS)等任何一種處理方式，但 并不僅限于此。本發(fā)明的另一特征在于利用硅材料本身具有較佳的熱傳導(dǎo)系數(shù)(大約為140W/ mk)，并且具有較低的熱膨脹系數(shù)(大約為3. 2ppm/°C )，因此具有硅基板的發(fā)光二極管模塊將可有效地提升其散熱效率，并同時可大幅減少基板因受熱所可能造成的彎曲變形。然而， 由于硅材料本身的吸旋光性較現(xiàn)有陶瓷基板為高(亦即反射或散射光線的能力較差)，不 利發(fā)光二極管的光學(xué)效益，于本發(fā)明的較佳實施態(tài)樣中，需進(jìn)行硅本體的表面處理，并形成 一金屬薄膜，提升發(fā)光二極管的光學(xué)性質(zhì)。具體而言，為使發(fā)光二極管11所產(chǎn)生的光線可于硅本體131上均勻散色 (scattering)，提升發(fā)光二極管11的較佳光學(xué)性質(zhì)，絕緣層133較佳地需平坦地覆蓋硅本 體131及貫穿孔131a的表面，本發(fā)明特于硅本體131的上表面、下表面及貫穿孔131a以蝕 刻方式進(jìn)行表面處理，使其表面的均方粗糙度(mean squareroughness)大于50納米(nm)。 詳細(xì)而言，經(jīng)過表面處理后的硅本體表面大體包含一粗糙表面及一非粗糙表面，二者面積 比不大于70% (粗糙表面對非粗糙表面的比值，粗糙表面/非粗糙表面)，且其非粗糙表面 的均方粗糙度小于30nm。需注意的是，上述的蝕刻工藝可為現(xiàn)有干式蝕刻、濕式蝕刻等表面 處理方式，但并不僅限于此。此外，絕緣層133可由二氧化硅(SiO2)材料、碳化硅(SiC)材料、氮氧化硅(SiON) 材料及其組合其中之一所構(gòu)成，但并不僅限于此，以阻絕硅本體131與襯墊金屬層135以及 貫穿金屬層137間非預(yù)期的電性連接。在形成貫穿金屬層137之前，較佳地需事先覆蓋襯 墊金屬層135于絕緣層133上，如此一來，有助于貫穿金屬層137與絕緣層133間的接合鍵 結(jié)，使貫穿金屬層137更緊密地形成于硅本體131上表面及下表面的至少一部份，而不易剝 離。另外，本發(fā)明的貫穿金屬層137除可增進(jìn)發(fā)光二極管的光學(xué)效益外，亦可作為熱傳遞的 優(yōu)良媒介，以快速均勻地將發(fā)光二極管所散發(fā)的熱量通過金屬表面快速地向外傳遞，還可 作為一電路重布層(redistribution layer, RDL)，有利芯片與基板間引腳的排列配置，其 材料可為Cu、Al、Sn、Ni、Au、Ag或合金等。需特別注意的是，前述的實施例主要是利用硅材料本身所具有較佳的熱傳導(dǎo)系 數(shù)，及較低的熱膨脹系數(shù)，以提升發(fā)光二極管模塊的散熱效率，并減少基板因受熱所造成的 彎曲變形。然而，如同本技術(shù)領(lǐng)域的通常知識者所能理解者，前述內(nèi)容僅為本發(fā)明的一實施 態(tài)樣，本技術(shù)領(lǐng)域的通常知識者于了解本發(fā)明后應(yīng)可進(jìn)行適度的潤飾。舉例而言，于其它實 施例中，于硅本體131的上表面的部份絕緣層133上可直接圖樣化一金屬層以電性連接發(fā) 光二極管11，而無須于硅本體131形成貫穿孔及貫穿金屬層137，同樣可使硅本體發(fā)揮優(yōu)良 散熱媒介的功效，并減少基板因受熱所造成的彎曲變形。本發(fā)明第二實施例如圖2A至圖I所示，其顯示本發(fā)明用以制造二極管模塊1中 基板13的工藝方法。首先，如圖2A及圖2B所示，于硅本體131上形成一屏蔽(mask) 201， 以界定一孔徑203。接著，如圖2C及圖2D所示，以激光鉆孔、干式蝕刻、微機(jī)電系統(tǒng)等其中 一種處理方式于硅本體131的上表面鉆孔，以形成至少一凹洞205，并于形成凹洞205后去 除屏蔽201。然后，如圖2E所示，如前所述于本發(fā)明的較佳實施例中，是以干蝕刻或濕蝕刻 方式至少去除5微米(μπι)的部分硅本體131，以形成至少一貫穿孔131a，并還通過蝕刻處 理硅本體131的上表面、下表面及至少一貫穿孔131a，使上表面、下表面及貫穿孔131a的均 方粗糙度大于50nm，并確保硅本體131的該非粗糙表面的均方粗糙度小于30nm，且硅本體 131的粗糙表面及非粗糙表面二者面積比不大于70%。于硅本體131形成貫穿孔131a后，再通過化學(xué)沉積或氧化等方式形成絕緣層133 覆蓋于硅本體131及貫穿孔131表面，如圖2F所示。之后，如圖2G所示，形成一襯墊金屬層135覆蓋于絕緣層133上。于襯墊金屬層135形成后，分別于襯墊金屬層135的上表面 及下表面形成另一屏蔽201以界定形成貫穿金屬層137的區(qū)域，如圖2H所示。接著，通過 貫穿孔131a形成貫穿金屬層137于部份襯墊金屬層135上，如圖21所示。最后如同圖2J 及圖I所示，移除屏蔽201，并移除裸露的部份襯墊金屬層135，以形成最后已圖案化的貫 穿金屬層137以完成本發(fā)明的基板13。綜上所述，本發(fā)明利用硅材料作為一發(fā)光二極管模塊的基板，以通過熱傳導(dǎo)系數(shù) 較大、不易變形的特性，改善現(xiàn)有技術(shù)中使用陶瓷材料作為基板的缺點。此外，本發(fā)明的基 板還具有一貫穿孔，并通過該貫穿孔形成一貫穿金屬層連接基板的上表面及下表面，如此 一來，還可將熱能分散至基板的上表面及下表面，以進(jìn)一步提高散熱效果，并提升發(fā)光二極 管的光學(xué)效益。因此，本發(fā)明的基板可大幅提升該發(fā)光二極管模塊的散熱效率，進(jìn)而減少 發(fā)光二極管模塊及其周遭電子組件因熱能而毀損的機(jī)會。另外，本發(fā)明通過鉆孔方式及蝕 刻方式于該基板的一硅本體上形成一貫穿孔，并進(jìn)一步地通過蝕刻方式處理硅本體的上表 面、下表面及貫穿孔，使其表面粗糙度符合預(yù)定的范圍內(nèi)，如此一來，即可有效地提升發(fā)光 二極管的光學(xué)效益，并可于時間上大幅度地提升形成貫穿孔的效率，有效降低制造成本并 增加單位時間內(nèi)的產(chǎn)出。上述的實施例僅用來例舉本發(fā)明的實施態(tài)樣，以及闡釋本發(fā)明的技術(shù)特征，并非 用來限制本發(fā)明的保護(hù)范疇。任何熟悉此技術(shù)者可輕易完成的改變或均等性的安排均屬于 本發(fā)明所主張的范圍，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍應(yīng)以申請專利范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種制造一基板的方法，該基板用以承載至少一發(fā)光二極管，該方法包含下列步驟(a)以鉆孔方式于一硅本體的一上表面形成至少一凹洞；(b)以蝕刻方式去除該至少一凹洞的部分該硅本體，以形成一至少一貫穿孔；以及(c)通過該至少一貫穿孔于該硅本體的一上表面及一下表面的至少一部份形成一貫穿
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該鉆孔是激光鉆孔、干式蝕刻及微機(jī)電系 統(tǒng)處理其中之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該蝕刻是干式蝕刻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該蝕刻是濕式蝕刻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該蝕刻至少去除5微米(μm)的部分該硅 本體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該步驟(b)還包含以蝕刻處理該硅本體的 一上表面及一下表面，使該上表面及該下表面的均方粗糙度大于50nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該步驟(b)還包含以蝕刻處理該硅本體， 使該硅本體形成一粗糙表面及一非粗糙表面，二者面積比不大于70%。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，還包含以蝕刻處理該硅本體，使該硅本體 的該非粗糙表面的均方粗糙度小于30nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該步驟(b)還包含以蝕刻處理該硅本體， 使該至少一貫穿孔的均方粗糙度大于50nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包含下列步驟(d)形成一絕緣層，覆蓋于該硅本體及該至少一貫穿孔；以及(e)形成一襯墊金屬層，覆蓋于該絕緣層上，用以接合該貫穿金屬層。
11.一種用于一發(fā)光二極管模塊的基板，該基板用以承載該發(fā)光二極管，該基板包含 一硅本體，具有至少一貫穿孔形成于該硅本體上，其中該至少一貫穿孔是以鉆孔方式于該硅本體的一上表面形成至少一凹洞，并以蝕刻方式去除該至少一凹洞的部分該硅本體 而形成；以及一貫穿金屬層，通過該至少一貫穿孔而形成于該硅本體的一上表面及一下表面的至少 一部份。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的基板，其特征在于，還包含 一絕緣層，覆蓋該硅本體及該至少一貫穿孔；以及 一襯墊金屬層，覆蓋于該絕緣層上，用以接合該貫穿金屬層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的基板，其特征在于，該絕緣層是由二氧化硅材料、碳化硅材 料、氮氧化硅材料及其組合其中之一所構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的基板，其特征在于，該硅本體的該上表面及該下表面的均 方粗糙度大于50納米(nm)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的基板，其特征在于，該硅本體具有一粗糙表面與一非粗糙 表面，二者面積比不大于70 %。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的基板，其特征在于，該硅本體的該非粗糙表面的均方粗糙度小于30nm。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的基板，其特征在于，該至少一貫穿孔的均方粗糙度大于 50nmo
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的基板，其特征在于，該貫穿金屬層包含一電路重布層。
19.一種發(fā)光二極管模塊，包含 至少一發(fā)光二極管；以及一基板，用以承載該等發(fā)光二極管，該基板包含一硅本體，具有至少一貫穿孔形成于該硅本體上，其中該至少一貫穿孔是以鉆孔方式 于該硅本體的一上表面形成至少一凹洞，并以蝕刻方式去除該至少一凹洞的部分該硅本體 而形成；一貫穿金屬層，通過該至少一貫穿孔而形成于該硅本體的一上表面及一下表面的至少 一部份，并電性連接至該發(fā)光二極管。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的發(fā)光二極管模塊，其特征在于，該基板還包含 一絕緣層，覆蓋該硅本體及該至少一貫穿孔；以及一襯墊金屬層，覆蓋于該絕緣層上，用以接合該貫穿金屬層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的發(fā)光二極管模塊，其特征在于，該絕緣層是由二氧化硅材 料、碳化硅材料、氮氧化硅材料及其組合其中之一所構(gòu)成。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的發(fā)光二極管模塊，其特征在于，該硅本體的該上表面及該 下表面的均方粗糙度大于50nm。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的發(fā)光二極管模塊，其特征在于，該硅本體具有一粗糙表面 與一非粗糙表面，二者面積比不大于70%。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的發(fā)光二極管模塊，其特征在于，該硅本體的該非粗糙表面 的均方粗糙度小于30nm。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的發(fā)光二極管模塊，其特征在于，該至少一貫穿孔的均方粗 糙度大于50nm。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的發(fā)光二極管模塊，其特征在于，該貫穿金屬層是一電路重布層。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的發(fā)光二極管模塊，其特征在于，該發(fā)光二極管是一高功率 發(fā)光二極管。
全文摘要
本發(fā)明是一種發(fā)光二極管模塊、用于發(fā)光二極管模塊的基板及的其制造方法。發(fā)光二極管模塊具有至少一發(fā)光二極管及一基板?；灏还璞倔w以及一貫穿金屬層。硅本體用以承載該至少一發(fā)光二極管，且具有至少一貫穿孔形成于硅本體上。該至少一貫穿孔是以鉆孔方式于該硅本體的一上表面形成至少一凹洞，并以蝕刻方式去除該至少一凹洞的部分該硅本體而形成。貫穿金屬層通過該至少一貫穿孔而至少形成于硅本體的一上表面及一下表面的至少一部份。
文檔編號H01L33/64GK102122622SQ20101000357
公開日2011年7月13日 申請日期2010年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月11日
發(fā)明者張憲元, 彭寶慶, 黃俊龍 申請人:張憲元, 彭寶慶, 黃俊龍