專利名稱：Led芯片封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及LED芯片封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電信號轉(zhuǎn)化為光信號。發(fā)光二極管主要由兩部分組成，發(fā)光二極管的一端是P型半導(dǎo)體，為P區(qū)，在P型半導(dǎo)體以空穴為主要載流子，另一端是η型半導(dǎo)體，為η區(qū)，在N型半導(dǎo)體以電子為主要載流子，將這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個“ρ-η結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個發(fā)光二極管的時候，電子就會從η區(qū)流向P區(qū)，在P區(qū)里跟空穴復(fù)合，以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而LED發(fā)光的顏色，是由形成ρ-η結(jié)的材料決定的。由LED構(gòu)成的LED芯片的光源耗電少，壽命長、且不含有毒物質(zhì)，使得LED得到廣泛的應(yīng)用，例如應(yīng)用在背光源、顯示屏、汽車燈及各種景觀照明場所。但是LED芯片封裝成為現(xiàn)在具有挑戰(zhàn)性的研究熱點，LED芯片封裝關(guān)鍵問題在于散熱和與集成電路結(jié)合，在申請?zhí)枮?00810002321. X的中國專利中給出一種LED芯片封裝，請參考圖1，包括LED芯片21 ；封裝件主體22;第一引線框23a和第二引線框23b;形成在封裝件主體22的凹陷部的密封物M。現(xiàn)有的LED芯片封裝都無法直接對芯片級的LED芯片進(jìn)行散熱，需要額外連接散熱的元件，例如將風(fēng)扇或者散熱銅片粘附在LED芯片表面，或者采用額外的連線連接散熱源極，上述的散熱元件都無法與芯片工藝集成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種與芯片工藝集成的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種LED芯片封裝結(jié)構(gòu)封裝方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與第一表面相對的第二表面；在所述半導(dǎo)體襯底的第一表面形成散熱元件，所述散熱元件包括P型熱電結(jié)構(gòu)、η型熱電結(jié)構(gòu)、與P型熱電結(jié)構(gòu)和η型熱電結(jié)構(gòu)相鄰并介于ρ型熱電結(jié)構(gòu)和η型熱電結(jié)構(gòu)之間的隔離層；在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面形成位于所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的凹陷部，所述凹陷部用于容納LED單元。本發(fā)明還提供一種LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括第一表面和第二表面；所述半導(dǎo)體襯底的第一表面形成有散熱元件，所述散熱元件包括P型熱電結(jié)構(gòu)、η型熱電結(jié)構(gòu)、與P型熱電結(jié)構(gòu)和η型熱電結(jié)構(gòu)相鄰并介于P型熱電結(jié)構(gòu)和η型熱電結(jié)構(gòu)之間的隔離層；所述半導(dǎo)體襯底的第二表面形成有位于半導(dǎo)體襯底內(nèi)的凹陷部， 所述凹陷部用于容納LED單元。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點散熱元件直接形成在LED芯片背面，能夠與芯片工藝結(jié)合，避免額外的連線和額外的連接方法。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。圖1是現(xiàn)有的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)；圖2是本發(fā)明提供的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)封裝方法的流程示意圖；圖3至圖8是本發(fā)明提供的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)封裝方法過程示意圖.
具體實施例方式由背景技術(shù)可知，現(xiàn)有的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)都無法直接對芯片級的LED芯片進(jìn)行散熱，需要額外連接散熱的元件，例如將風(fēng)扇或者散熱銅片粘附在LED芯片表面，連接散熱元件無法與芯片工藝集成，散熱元件需要額外的粘附連接方法或者額外的連線，增加LED 芯片封裝難度。對此，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過大量的實驗，提供優(yōu)化的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，散熱元件直接形成在LED芯片背面，能夠與芯片工藝結(jié)合，避免額外的連線和額外的連接方法。以下依據(jù)附圖詳細(xì)地描述具體實施例，上述的目的和本發(fā)明的優(yōu)點將更加清楚。首先，本發(fā)明的發(fā)明人提出一種LED芯片封裝結(jié)構(gòu)封裝方法，其具體流程請參照圖2所示，包括步驟S101，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與第一表面相對的
第二表面；步驟S102，在所述半導(dǎo)體襯底的第一表面形成散熱元件，所述散熱元件包括P型熱電結(jié)構(gòu)、η型熱電結(jié)構(gòu)、與ρ型熱電結(jié)構(gòu)和η型熱電結(jié)構(gòu)相鄰并介于P型熱電結(jié)構(gòu)和η型熱電結(jié)構(gòu)之間的隔離層；步驟S103，在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面形成位于所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的凹陷部， 所述凹陷部用于容納LED單元。下面參照附圖，對上述LED芯片封裝結(jié)構(gòu)封裝方法加以詳細(xì)闡述。首先參照圖3，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100為硅基襯底，例如為η型硅襯底或者P型硅襯底。所述半導(dǎo)體襯底100形狀優(yōu)選為圓盤狀，基于半導(dǎo)體業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，半導(dǎo)體襯底100的直徑可以為450毫米、300毫米、200毫米。所述半導(dǎo)體襯底100具有上表面和下表面，具體地，所述半導(dǎo)體襯底100的上表面為半導(dǎo)體器件的生長面，半導(dǎo)體襯底100 的下表面為與生長面相對的基地面，所述半導(dǎo)體100的上表面定義為第一表面I，所述半導(dǎo)體100的下表面定義為第二表面II。參照圖4，在所述半導(dǎo)體襯底100第一表面I形成隔離薄膜110。所述隔離薄膜110用于形成散熱元件中的隔離層，所述隔離薄膜110材料選自氧化鋁、氧化硅或者氮化硅，所述隔離薄膜110的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝。然后，在所述隔離薄膜110表面形成與所述ρ型SiGe層對應(yīng)的光刻膠圖形(未圖示)；以所述光刻膠圖形為掩膜，去除隔離薄膜，直至暴露出所述半導(dǎo)體襯底100第一表面 I ；在光刻膠圖形暴露出所述半導(dǎo)體襯底100第一表面I形成P型SiGe層；去除光刻膠圖形。
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所述形成ρ型SiGe層的工藝可以為化學(xué)氣相沉積工藝，在光刻膠圖形暴露出所述半導(dǎo)體襯底100第一表面I形成ρ型SiGe層。需要特別指出的是，在去除光刻膠圖形的同時，形成在光刻膠圖形表面的ρ型 SiGe薄膜同時也會去除，只留下光刻膠圖形暴露出所述半導(dǎo)體襯底100的ρ型SiGe薄膜， 即ρ型SiGe層111。參考圖5，然后，在所述隔離薄膜110表面和ρ型SiGe層111表面形成與所述η型 SiGe層對應(yīng)的光刻膠圖形(未圖示)；以所述光刻膠圖形為掩膜，去除隔離薄膜，直至暴露出所述半導(dǎo)體襯底100第一表面I，形成隔離層113 ；在光刻膠圖形暴露出所述半導(dǎo)體襯底 100第一表面I形成η型SiGe層112 ；去除光刻膠圖形。所述η型SiGe層112的具體形成工藝可以參考ρ型SiGe層111的形成工藝，在這里不再贅述。同樣的，在去除光刻膠圖形時，形成在光刻膠圖形表面的η型SiGe薄膜同時也會去除，只留下光刻膠圖形暴露出所述半導(dǎo)體襯底100的η型SiGe薄膜，即η型SiGe層112。需要特別指出的是，在其他實施例中，也可以參考本實施例，先形成η型SiGe層， 再形成P型SiGe層，最后形成隔離層；或者先形成ρ型SiGe層，再形成η型SiGe層。采用上述的工藝，形成包括有ρ型SiGe層、η型SiGe層、與ρ型SiGe層和η型 SiGe層相鄰并介于ρ型SiGe層和η型SiGe層之間的隔離層的散熱元件，所述散熱元件還可以在P型SiGe層、η型SiGe層和隔離層表面形成介質(zhì)層，然后在介質(zhì)層內(nèi)形成導(dǎo)電插塞， 通過導(dǎo)電插塞在散熱元件內(nèi)通入電流。在本實施例中，所述ρ型SiGe層形成ρ型熱電結(jié)構(gòu)、η型SiGe層形成η型熱電結(jié)構(gòu)，在其他實施例中，P型熱電結(jié)構(gòu)和η型熱電結(jié)構(gòu)也可以為其他材料，例如P型熱電結(jié)構(gòu)可以為P型Si、ρ型B4C或者ρ型B9C ；η型熱電結(jié)構(gòu)可以為η型Si。需要特別指出的是，ρ型熱電結(jié)構(gòu)和η型熱電結(jié)構(gòu)優(yōu)選為η型材料對應(yīng)P型材料， 例如當(dāng)P型熱電結(jié)構(gòu)為P型Si，那么η型材料對應(yīng)為η型Si，冷卻效果較佳，當(dāng)ρ型熱電結(jié)構(gòu)為P型SiGe層，那么η型材料對應(yīng)為η型SiGe層，冷卻效果較佳。參考圖6，沿所述半導(dǎo)體襯底100的第二表面II在所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成凹陷部。所述凹陷部用于保護(hù)LED單元并且避免影響形成在凹陷部表面的LED單元的發(fā)光效率。所述凹陷部的形成工藝為等離子體刻蝕工藝或者濕法刻蝕工藝，具體為在所述半導(dǎo)體襯底100的第二表面II形成與凹陷部對應(yīng)的光刻膠圖形；以所述光刻膠圖形為掩膜，沿所述半導(dǎo)體襯底100的第二表面II刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100，形成凹陷部；去除光刻膠圖形。優(yōu)選的，所述凹陷部位置位于隔離層上方上方，所述冷卻效果較優(yōu)。參考圖7，在所述凹陷部的表面形成LED單元120。所述LED單元120采用現(xiàn)有的工藝直接形成然后采用導(dǎo)電的粘附材料粘附在凹陷部的表面，也可以直接在凹陷部的表面采用現(xiàn)有的LED形成工藝形成LED單元120。形成在凹陷部的表面LED單元120的位置位于隔離層上方，散熱元件對LED單元 120的散熱效果最佳。
本實施例形成的散熱元件完全基于半導(dǎo)體工藝的光刻、沉積、刻蝕工藝，與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝兼容，不需要額外的粘附連接方法或者額外的連線，降低了 LED芯片封裝難度?；谏鲜龅谝粚嵤├墓に嚕纬杀景l(fā)明的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，參考圖7，包括半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100包括第一表面I和第二表面II ；所述半導(dǎo)體襯底100的第一表面I形成有散熱元件，所述散熱元件包括p型SiGe層lll、n型SiGe層112、與ρ型 SiGe層111和η型SiGe層112相鄰并介于ρ型SiGe層111和η型SiGe層112之間的隔離層113，且所述ρ型SiGe層111、η型SiGe層112和隔離層113都位于所述半導(dǎo)體襯底 100的第一表面I。所述半導(dǎo)體襯底的第二表面II形成有凹陷部，所述凹陷部表面形成有 LED 單元 120。在本實施例中，所述ρ型SiGe層形成ρ型熱電結(jié)構(gòu)、η型SiGe層形成η型熱電結(jié)構(gòu)，在其他實施例中，P型熱電結(jié)構(gòu)和η型熱電結(jié)構(gòu)也可以為其他材料，例如P型熱電結(jié)構(gòu)可以為P型Si、ρ型B4C或者ρ型B9C ；η型熱電結(jié)構(gòu)可以為η型Si。參考圖8，所述ρ型SiGe層111、η型SiGe層112和隔離層113表面還形成有介質(zhì)層130，所述介質(zhì)層130內(nèi)分別形成有與ρ型SiGe層111連接的第一導(dǎo)電插塞114和與 η型SiGe層112連接的第二導(dǎo)電插塞115，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電插塞114與第二導(dǎo)電插塞115之間通入有電流，電流會流過當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電插塞114、ρ型SiGe層111，然后通過凹陷部底部的半導(dǎo)體襯底流入η型SiGe層112，從第二導(dǎo)電插塞115流出，那么根據(jù)珀耳貼效應(yīng)，ρ型SiGe 層和半導(dǎo)體襯底100的界面位置、η型SiGe層和半導(dǎo)體襯底100的界面位置以及凹陷部底部將會吸熱，對LED單元120降溫。最優(yōu)的，LED單元120的位置于凹陷部底部上方，散熱元件對LED單元120的散熱
效果最佳。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種LED芯片封裝結(jié)構(gòu)封裝方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與第一表面相對的第二表面； 在所述半導(dǎo)體襯底的第一表面形成散熱元件，所述散熱元件包括P型熱電結(jié)構(gòu)、η型熱電結(jié)構(gòu)、與P型熱電結(jié)構(gòu)和η型熱電結(jié)構(gòu)相鄰并介于ρ型熱電結(jié)構(gòu)和η型熱電結(jié)構(gòu)之間的隔離層；在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面形成位于所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的凹陷部，所述凹陷部用于容納LED單元。
2.如權(quán)利要求1所述的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)封裝方法，其特征在于，所述ρ型熱電結(jié)構(gòu)為 P型SiGe層。
3.如權(quán)利要求1所述的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)封裝方法，其特征在于，所述η型熱電結(jié)構(gòu)為 η型SiGe層。
4.如權(quán)利要求1所述的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)封裝方法，其特征在于，所述隔離層材料為氧化鋁、氧化硅或者氮化硅。
5.如權(quán)利要求1所述的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)封裝方法，其特征在于，所述凹陷部位置位于隔離層上方。
6.一種LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括 半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括第一表面和第二表面；所述半導(dǎo)體襯底的第一表面形成有散熱元件，所述散熱元件包括Φ型熱電結(jié)構(gòu)、η型熱電結(jié)構(gòu)、與P型熱電結(jié)構(gòu)和η型熱電結(jié)構(gòu)相鄰并介于ρ型熱電結(jié)構(gòu)和η型熱電結(jié)構(gòu)之間的隔離層；所述半導(dǎo)體襯底的第二表面形成有位于半導(dǎo)體襯底內(nèi)的凹陷部，所述凹陷部用于容納 LED單元。
7.如權(quán)利要求6所述的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述ρ型熱電結(jié)構(gòu)為ρ型SiGe層。
8.如權(quán)利要求6所述的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述η型熱電結(jié)構(gòu)為η型SiGe層。
9.如權(quán)利要求6所述的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隔離層材料為氧化鋁、氧化硅或者氮化硅。
10.如權(quán)利要求6所述的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，LED單元的位置位于隔離層上方。
全文摘要
一種LED芯片封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法，其中LED芯片封裝結(jié)構(gòu)封裝方法包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與第一表面相對的第二表面；在所述半導(dǎo)體襯底的第一表面形成散熱元件，所述散熱元件包括p型熱電結(jié)構(gòu)、n型熱電結(jié)構(gòu)、與p型熱電結(jié)構(gòu)和n型熱電結(jié)構(gòu)相鄰并介于p型熱電結(jié)構(gòu)和n型熱電結(jié)構(gòu)之間的隔離層；在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面形成位于所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的凹陷部，所述凹陷部用于容納LED單元。本發(fā)明提供一種能夠與半導(dǎo)體工藝兼容的LED芯片散熱封裝結(jié)構(gòu)，且散熱效果顯著。
文檔編號H01L25/16GK102222753SQ20101015473
公開日2011年10月19日 申請日期2010年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者三重野文健, 郭景宗 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司