专利名称：光电二极管封装结构及其形成方法
光电二极管封装结构及其形成方法技术领域
本发明关于光电二极管，尤其关于具底座模块的封装结构的光电二极管。
背景技术：
图5显示已知的光电二极管封装结构500。如图所示，光电二极管封装结构500含 散热基板510，电路板520，光电二极管芯片530。电路板520具有第一导电接点521与第二 导电接点522。芯片530具有两个电性相异的N型电极及P型电极，分别位于芯片530的相 对的两侧。P型电极电性接触第二导电接点522。N型电极530则透过引线540与第一导电 接点521电性相接。封胶550涂布在光电二极管芯片530上从而完成封装。已知的光电二极管封装结构有工艺复杂成很过高等诸多缺点。需要一种新颖的光 电二极管封装结构及制造方法来改善已知的问题。
发明内容
于一方面，本发明提供一种光电二极管封装结构的形成方法，依序包含以下步 骤提供散热基板；放置电路板于该散热基板上，该电路板具有开口，暴露出该散热基板 的顶面；及第一接触垫，设置于该开口的周围；放置具有覆盖金属表面(metal cladding surface)的载板于开口中；放置光电二极管芯片于该载板上，该光电二极管芯片的底面积 小于该覆盖金属表面，故一部分的该覆盖金属表面露出；及使该露出的该覆盖金属表面电 连接该第一接触垫。于另一方面，本发明提供一种光电二极管封装结构的形成方法，包含以下步骤 提供散热基板；放置电路板于该散热基板上，该电路板具有开口，暴露出该散热基板的顶 面；及第一接触垫，设置于该开口的周围；提供光电二极管底座模块，包含载板，具有覆盖 金属表面；及光电二极管芯片于该载板上，该光电二极管芯片的底面积小于该覆盖金属表 面，故一部分的该覆盖金属表面露出；放置该光电二极管底座模块于开口中；及使该露出 的该覆盖金属表面电连接该第一接触垫。更于另一方面，本发明提供一种光电二极管封装结构，包含散热基板；电路板粘接 该散热基板上，该电路板具有开口，暴露出该散热基板的顶面；及第一接触垫，设置于该 开口的周围；光电二极管底座模块，设置于该开口中，并粘接该散热基板的该顶面，该光电 二极管底座模块包含载板，具有覆盖金属表面；及光电二极管芯片于该载板上，该光电二 极管芯片的底面积小于该覆盖金属表面，故一部分的该覆盖金属表面露出，其中该露出的 该覆盖金属表面透过打线电连接该第一接触垫。再于另一方面，本发明提供一种光电二极管封装结构，包含散热基板；电路板粘 接该散热基板上，该电路板具有开口，暴露出该散热基板的顶面；及第一接触垫及一第二 接触垫设置于该开口的周围；光电二极管底座模块设置于该开口中，并粘接该散热基板的 该顶面，该光电二极管底座模块包含载板，具有覆盖金属表面；光电二极管芯片于该载板 上，该光电二极管芯片的底面积小于该覆盖金属表面，故一部分的该覆盖金属表面露出；及导线架，其中该露出的该覆盖金属表面透过该导线架电连接该第一接触垫，该第二接触垫 透过该导线架电连接该光电二极管芯片。
图1A，1A，，IB, 1B，，1C，1D，1E，1F，IG及IH是依据本发明的第一实施例显示光电二极管封装结构的制造过程中各步骤的结构图示。图2A，2A’，2B, 2B’，2C，2C’及2D是依据本发明的第二实施例显示光电二极管封装 结构的制造过程中各步骤的结构图示。图2E及图2F为俯视图，显示本发明以打线工艺完成光电二极管与电路板的电连 接的实例。图3A为本发明的第三实施例所用的导线架示意图。图;3B为依据本发明的第三实施例显示光电二极管封装结构示意图。图4A及4B例示本发明的第四实施例所用的导线架。图5显示已知的光电二极管封装结构。主要元件符号说明100光电二极管封装结构101散热基板IOla 顶面103图案化焊料层105 孔洞107电路板109 开口111第一接触垫113第二接触垫115第一焊料片117 载板117a 铜箔117b 陶瓷118第二焊料片120光电二极管芯片123，125 金线130保护二极管140连接器150透明玻璃盖151 支柱200光电二极管封装结构201 载板201a覆盖金属表面203光电二极管芯片5
230光电二极管底座模块240焊料片250光电二极管封装结构251散热基板252电路板253 开 口251a 顶面254第一接触垫255第二接触垫256光电二极管芯片257 载板257a覆盖金属表面258，259 金线301导线架303 开 口305 第一部分307 第二部分309废料区401导线架405 第一部分407 第二部分410 开口500光电二极管封装结构510散热基板520电路板521第一导电接点522第二导电接点530光电二极管芯片540 引线550 封胶
具体实施例方式以下将参考所附图示示范本发明的优选实施例。所附图示中相似元件采用相同的 元件符号。应注意为清楚呈现本发明，所附图示中的各元件并非按照实物的比例绘制，而且 为避免模糊本发明的内容，以下说明亦省略已知的零组件、相关材料、及其相关处理技术。图1A，1A，，IB, 1B，，1C，1D，1E，1F，IG及IH是依据本发明的第一实施例显示光电二 极管封装结构100的制造过程中各步骤的结构图示，其中图1A，1B，1G为俯视图，其余为沿 虚线1-1’的剖面图。参考图IA及1A’，提供散热基板101并在其上形成图案化焊料层103。图案化焊料层103用以使后续形成其上的电路板粘接散热基板101。于此实施例中，散热基板101是 尺寸较大的基板，可同时生产多个光电二极管封装结构100。图IA中以虚线A-A’，B-B', C-C’及D-D’作分隔，代表每个光电二极管封装结构预定区域。散热基板101可为任何导热 良好的材料制成，例如铜板、铝板、或其他合适材料。散热基板101上可预设多个孔洞105， 用来与外部元件锁合。焊料层103可由一般的锡膏或其他合适材料构成，可用印刷或其他 的方式来完成图案化。图案化焊料层103暴露出散热基板101的顶面101a。参考图IB及IB，，放置电路板107于焊料层103及散热基板101上，电路板107预 先形成开口 109暴露出散热基板101的顶面101a。电路板107还预先形成第一接触垫111 及第二接触垫113设置于开口 109的周围。第一接触垫111及第二接触垫113环绕开口 109的用意在于便于后续与芯片电连接的工艺。在此实施例中，电路板107为单层线路板， 然而本发明的电路板并不限于此。举例而言，电路板107也可为双面线路板、或具有埋孔或 盲孔的多层线路板。电路板107的材料可含玻纤环氧树脂、铜皮或铝皮、也包含低温共烧陶咨绝PL·寸。参考图1C，放置第一焊料片115于开口 109中并位在散热基板101的顶面IOla 上。第一焊料片115可为锡片或任何合其他合适材料，用以粘接散热基板101与后续将置 入的载板。参考图1D，放置载板117于开口 109中，使载板117透过第一焊料片115连接散 热基板101的顶面101a。在此实施例中，载板117具有覆盖金属表面(metal cladding surface) 117a。举例而言，载板117可为覆铜陶瓷基板DBC。覆铜陶瓷基板的制法为在高温 下利用共晶工艺使铜形成在氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)等陶瓷基板表面上，其结构一般 分三层上层为铜箔117a ；中间为陶瓷117b，提供散热及绝缘性；下层为铜箔117a。覆铜陶 瓷基板的特点是机械应力强，形状稳定，铜和陶瓷不易剥离，且具有高热传导性。接着，如图 所示，放置第二焊料片118于开口 109中并位在载板117上。第二焊料片118可为锡片或 任何合其他合适材料，用以粘接载板117与后续将设置的芯片。第二焊料片118的尺寸配 合芯片大小。在此实施例中，第二焊料片118的尺寸小于载板117的上表面，故设置其上时 可使一部分的覆盖金属表面117a露出。参考图1E，放置光电二极管芯片120于第二焊料片118上。在此实施例中，光电二 极管芯片120的N极与P极分别位于芯片的上下两侧，但本发明不以此为限。光电二极管芯 片120的底面积小于覆盖金属表面117a，故一部分的覆盖金属表面117a露出。放置光电二 极管芯片120于载板上后，接着执行单一回流(reflow)程序，以使该图案化焊料层103、第 一焊料片115及第二焊料片118熔化，进而同时使散热基板101粘接电路板107与载板117， 光电二极管芯片120粘接载板117。此单一回流可为真空回流，条件为240°C，0. Oltorr。参考图1F，接着执行打线工艺，形成金线123及125以分别使露出的覆盖金属表面 117a连接第一接触垫111，进而电连接至P极；及使第一接触垫113连接光电二极管芯片的 N极。应注意，在此实施例中以打金线工艺来实施电连接步骤，但本发明并不仅限于此。除 打金线工艺外，也可采用其他合适的连接方式，例如楔型焊接(Wedge Bonding)或以金属凸 块及导线架来作电连接。完成上述电连接工艺后，可选择性执行防焊油墨涂布工艺于图IF所示结构的任 何合适的表面(未显示)，然后再进行图IG所示步骤。如图IG所示，设置保护二极管130于电路板107上，并使保护二极管130电连接第一接触垫111与第二接触垫113。除了保护 二极管130以外，也可设置其他零件于图IG所示结构的表面上，例如可设置连接器140于 其上。然后，可执行另一道回流程序，温度可设定200°C，以完成上述零件如保护二极管130 及连接器140的焊接。接着，参考图1H，形成透明玻璃盖150架设于图IG所示的结构上以保护上述的各 种电子元件，特别是保护二极管130。透明玻璃盖150可涂覆抗反射材料。透明玻璃盖150 具有往下延伸的支柱151，其可预先形成在电路板107上。支柱151可为透明粘着剂，例如 EVA (乙烯-醋酸乙烯酯共聚物 Ethylene-Vinyl Acetate copolymer)。图IH所示即为第一实施例所示范的光电二极管封装结构100，其包含散热基板 101 ；电路板107粘接于散热基板101上。电路板107具有开口 109，暴露出散热基板101的 顶面IOla ；及第一接触垫111及第一接触垫113设置于开口 109的周围。光电二极管芯片 120及其载板117设置于开口 109中，其粘接于散热基板101的顶面101a。载板117具有 覆盖金属表面117a。光电二极管芯片120位于载板117上。光电二极管芯片120的底面积 小于覆盖金属表面117a的面积，故一部分的覆盖金属表面117a露出，该露出的覆盖金属表 面117a透过金线125电连接第一接触垫111。光电二极管芯片120透过金线123电连接第 二接触垫113。透明玻璃盖150架设于电路板107上方。
图2A，2A’，2B, 2B’，2C，2C’及2D是依据本发明的第二实施例显示光电二极管封装 结构200的制造过程中各步骤的结构图示，其中图2A，2B, 2C为俯视图，其余为沿虚线X_X’ 的剖面图。第二实施例与第一实施例的不同点在于，第一实施例是将载板与光电二极管芯 片分别地装设在散热基板上；第二实施例则是事先将光电二极管芯片与载板结合形成光电 二极管底座模块后，再装设在散热基板上。第二实施例的优点在于，所形成的光电二极管底 座模块可先用X光或其它合适光学仪器检验已确认品质无误后再装设在散热基板上。参考图2A及图2A’，提供载板201。于此实施例中，载板201是尺寸较大的载 板，可同时生产多个光电二极管底座模块。载板201具有覆盖金属表面(metal cladding surface) 201a。举例而言，载板201可为覆铜陶瓷基板DBC，如前所述。接着参考图2B及 2B’，形成多个光电二极管芯片203于载板201的预定位置上。然后切割载板201以形成多 个光电二极管底座模块230。每个光电二极管底座模块230的结构如图2C及2C’所示，其中 光电二极管芯片203于载板201上，光电二极管芯片203的底面积小于覆盖金属表面201a， 故一部分的覆盖金属表面201a露出。接着，参考图2D，将光电二极管底座模块230置入如 第一实施例的图IB所示的散热基板101与电路板207的结构组件的开口 109中，以形成如 图2D所示的光电二极管封装结构200。光电二极管底座模块230置入开口 109前可先置入 一焊料片240于开口 109中，焊料片240用来使光电二极管底座模块230粘结于散热基板 101上。第二实施例的图2D步骤完成后可接续第一实施例的图IF的步骤以完成光电二极 管底座模块230与电路板的电连接。换言之，第二实施例的光电二极管封装结构200引用 如第一实施例所示的打线工艺完成光电二极管底座模块230与电路板的电连接。图2E及图2F为俯视图，显示本发明以打线工艺完成光电二极管与电路板的电连 接的其他实例。此两例与之前实施例的不同点在于第一接触垫(连接P极)与第二接触垫 (连接N极)的安排方式。如图2E所示，光电二极管封装结构250，其包含散热基板251 ； 电路板252粘接于散热基板251上。电路板252具有开口 253，暴露出散热基板251的顶面251a;及第一接触垫邪4及第二接触垫255设置于开口 253的周围。光电二极管芯片256 及其载板257设置于开口 253中，其粘接于散热基板251的顶面251a。载板257具有覆盖 金属表面257a。光电二极管芯片256位于载板257上。光电二极管芯片256的底面积小 于覆盖金属表面257a的面积，故一部分的覆盖金属表面257a露出，该露出的覆盖金属表面 257a透过金线258电连接第一接触垫254。光电二极管芯片256的上表面透过金线259电 连接第二接触垫255。图2E与图2F的差别在于图2F的实例多了一排第一接触垫2M及金 线258与该露出的覆盖金属表面257a电连接。图3A为执行本发明的第三实施例所用的导线架301，可用于第二实施例的尚未执 行打金线工艺的结构上(如图2D)。本发明的第三实施例与第一实施例的差别在于执行电 连接的步骤是利用导线架来取代打线工艺。如图3A所示，导线架301包含开口 303、用来连 接第一接触垫111与露出的覆盖金属表面201a的第一部分305及用来连接第二接触垫113 与光电二极管芯片230的上表面的第二部分307。导线架301还包含g-g’之间及h_h’之 间的废料区309，可在工艺中适当的时机予以去除。图;3B显示第三实施例的导线架301与 图2D结合后的示意图。图4A为执行本发明的第四实施例所用的导线架401。如图4A所示，导线架401包 含用来连接第一接触垫与露出的覆盖金属表面的第一部分405及用来连接第二接触垫与 光电二极管芯片的上表面的第二部分407。可将导线架401适当地切割并排列成如图4B的 图案，其包含开口 410用来收纳光电二极管芯片。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求；凡其 它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述的权利要求 内。
权利要求
1.一种光电二极管封装结构的形成方法，依序包含以下步骤 提供散热基板；放置电路板于该散热基板上，该电路板具有 开口，暴露出该散热基板的顶面；及 第一接触垫，设置于该开口的周围； 放置具有覆盖金属表面的载板于开口中；放置光电二极管芯片于该载板上，该光电二极管芯片的底面积小于该覆盖金属表面， 故一部分的该覆盖金属表面露出；及使该露出的该覆盖金属表面电连接该第一接触垫。
2.如权利要求1所述的方法，其中该提供该散热基板的步骤还包含形成图案化焊料层 于该散热基板上，该图案化焊料层用以粘接该电路板与该散热基板。
3.如权利要求2所述的方法，其中在该放置该载板于开口中的步骤前，还包含放置第 一焊料片于该开口中，该第一焊料片用以粘接该载板与该散热基板。
4.如权利要求3所述的方法，其中在该放置该光电二极管芯片于该载板上的步骤前， 还包含放置第二焊料片于该载板上，该第二焊料片用以粘接该载板与该光电二极管芯片。
5.如权利要求4所述的方法，其中在该使该露出的覆盖金属表面电连接该第一接触垫 的步骤之前，还包含执行单一回流程序，以使该图案化焊料层、该第一焊料片及该第二焊料 片熔化。
6.如权利要求1所述的方法，其中该电路板还包含第二接触垫设置于该开口的周围， 该方法还包含使该第二接触垫电连接该光电二极管芯片。
7.如权利要求6所述的方法，其中执行该电连接的步骤是利用打线。
8.如权利要求6所述的方法，其中执行该电连接的步骤是利用导线架。
9.如权利要求6所述的方法，还包含设置保护二极管于该电路板上，并使该保护二极 管电连接该第一接触垫与该第二接触垫。
10.一种光电二极管封装结构的形成方法，包含以下步骤 提供散热基板；放置电路板于该散热基板上，该电路板具有 开口，暴露出该散热基板的顶面；及 第一接触垫，设置于该开口的周围； 提供光电二极管底座模块，包含 载板，具有覆盖金属表面；及光电二极管芯片于该载板上，该光电二极管芯片的底面积小于该覆盖金属表面，故一 部分的该覆盖金属表面露出；放置该光电二极管底座模块于开口中；及 使该露出的该覆盖金属表面电连接该第一接触垫。
11.如权利要求10所述的方法，其中在该使该露出的覆盖金属表面电连接该第一接触 垫的步骤之前，还包含执行单一回流程序，以使该散热基板粘接该电路板，该光电二极管底 座模块粘接该散热基板。
12.如权利要求10所述的方法，其中该电路板还包含第二接触垫设置于该开口的周围，该方法还包含使该第二接触垫电连接该光电二极管芯片。
13.如权利要求10所述的方法，还包含设置保护二极管于该电路板上，并使该保护二 极管电连接该第一接触垫与该第二接触垫。
14.如权利要求13所述的方法，还包含架设玻璃盖于该电路板上，该玻璃盖覆盖该光 电二极管底座模块及该保护二极管。
15.一种光电二极管封装结构，包含 散热基板；电路板粘接该散热基板上，该电路板具有 开口，暴露出该散热基板的顶面；及 第一接触垫，设置于该开口的周围；光电二极管底座模块，设置于该开口中，并粘接该散热基板的该顶面，该光电二极管底 座模块包含载板，具有覆盖金属表面；及光电二极管芯片于该载板上，该光电二极管芯片的底面积小于该覆盖金属表面，故一 部分的该覆盖金属表面露出，其中该露出的该覆盖金属表面透过打线电连接该第一接触垫。
16.如权利要求15所述的封装结构，其中该电路板还包含第二接触垫设置于该开口的 周围，该第二接触垫透过打线电连接该光电二极管芯片。
17.如权利要求16所述的方法，还包含保护二极管设置于该电路板上，该保护二极管 电连接该第一接触垫与该第二接触垫。
18.如权利要求17所述的方法，还包含架设玻璃盖于该电路板上，该玻璃盖覆盖该光 电二极管底座模块及该保护二极管。
19.一种光电二极管封装结构，包含 散热基板；电路板粘接该散热基板上，该电路板具有开口，暴露出该散热基板的顶面；及第一接触垫及第二接触垫，设置于该开口的周围；光电二极管底座模块，设置于该开口中，并粘接该散热基板的该顶面，该光电二极管底 座模块包含载板，具有覆盖金属表面；光电二极管芯片于该载板上，该光电二极管芯片的底面积小于该覆盖金属表面，故一 部分的该覆盖金属表面露出；及导线架，其中该露出的该覆盖金属表面透过该导线架电连接该第一接触垫，该第二接 触垫透过该导线架电连接该光电二极管芯片。
全文摘要
本发明提供一种光电二极管封装结构及其形成方法。本发明的方法包含提供散热基板；放置电路板于该散热基板上，该电路板具有开口，暴露出该散热基板的顶面；及第一接触垫，设置于该开口的周围；放置具有覆盖金属表面(metal cladding surface)的载板于开口中，该载板连接该散热基板的该顶面；放置光电二极管芯片于该载板上，该光电二极管芯片的底面积小于该覆盖金属表面，故一部分的该覆盖金属表面露出；及使该露出的该覆盖金属表面电连接该第一接触垫。
文档编号H01L31/18GK102044591SQ20091020517
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月16日 优先权日2009年10月16日
发明者刘台徽 申请人:太聚能源股份有限公司