专利名称：半导体元件的制造方法
技术领域：
本发明有关一种半导体元件的制造方法，且特别是有关一种半导体元件的金 属散热座的制造方法。
背景技术：
目前半导体元件，例如晶体管、集成电路、或发光二极管(Light-emitting Diode; LED)、激光二极管(Laser Diode; LD)或太阳能电池(Solar Cell)等光电 元件，的封装除倒装片(Flip-chip)使用金属块方式与基板接合外，皆须使用胶体 或锡膏来进行芯片与支架或底座的接合。应用在大小型背光或照明组件时，均需使用大量的半导体芯片才能提供足够 的亮度与照度。然而，在高输入功率条件下操作时，由许许多多的半导体零组件 与光电元件所组成的组件的温度会快速上升，不仅会影响组件的操作品质与寿命， 还可能导致其中的光电元件因高温而烧毁。为解决半导体元件组件在操作时所面临的温度升高的问题，目前多使用外挂 风扇或增加散热板面积等方式来降低组件的温度。然而，在外挂风扇的方式中， 风扇的运转所产生的震动将造成光源稳定性差而导致光源闪烁，且电扇运转需消 耗额外的功率，除此之外，外挂风扇与增加散热板也使得系统体积大为增加。另 一方面，增加散热板面积的方式中，虽然散热座可采用高导热系数的金属，然而 光电元件与散热座之间的接合媒介为掺有金属的胶体，但胶体的导热系数远低于纯金属，因此将导致装置运转时所产生的热量大多累积在接合界面上，造成散热 座无法确实发挥其散热功能，而导致散热座的散热效能不彰，致使光电元件在长 期操作下容易损坏或无法在较大输入功率条件下操作。此外，半导体芯片以胶体与锡裔固定或用倒装片式封装的工艺中，均需要加 热至15(TC以上，如此一来，在加热固定半导体芯片的过程中，容易对元件特性造成损害。因此，随着半导体元件在各种组件上的应用需求的日益提高，迫切需要一种 可简单且易于实施的技术来制作出具有高散热效能的半导体元件。发明内容因此，本发明的目的是提供一种半导体元件的制造方法，其是在模具或 半导体芯片上涂布胶体，而可使半导体芯片固设在模具上。如此一来，可解 决胶带与模具黏贴不平整的问题，还可避免气泡在胶带与黏贴的模具间产生。 因此，可有效降低金属散热座的沉积工序的困难度，并可提升工序良率。本发明的另一目的是提供一种半导体元件的制造方法，借助将胶体直接 涂布在半导体芯片或模具上，可使半导体芯片顺利固定在模具上，如此一来 可直接将金属散热座沉积在半导体芯片的底面上，因而半导体芯片无须通过 胶体或锡膏即可设置在散热座上。因此，不仅可迅速且有效地降低运转元件 的温度，以确保元件的操作品质，延长元件的寿命。本发明的又一目的是提供一种半导体元件的制造方法，是借助胶体将半 导体芯片固定在模具上，以直接在半导体芯片的底面上沉积金属散热座。由 于胶体可平整而无气泡地涂布在任意形状的模具上，因此可制作出任意形状 的散热座，以满足各式各样的产品需求。此外，胶体的成本远低于胶带，因 此可降低工艺成本。本发明的再一目的是提供一种半导体元件的制造方法，可在相当低温的 状况下将半导体芯片固定于金属散热座上，因此可避免对元件的光与电特性 造成损害。根据本发明的上述目的，提出一种半导体元件的制造方法，至少包括 提供一模具；涂布一胶体于模具的一表面上；提供至少一半导体芯片，其中 此半导体芯片具有相对的第一侧以及第二侧，且半导体芯片的第一侧压设于 胶体的一部分中，并使半导体芯片的第二侧暴露出；形成一黏着层覆盖在半 导体芯片的第二侧以及胶体的暴露部分上；形成一金属散热座于黏着层上； 移除胶体与模具；设置电路板于黏着层的暴露部分；提供多个导线电性连接 电路板与半导体芯片；以及形成一封胶层完全覆盖住半导体芯片、导线、以及黏着层的暴露部分。依照本发明一较佳实施例，上述的胶体的材料可为高分子材料、硅胶类 材料、环氧树脂类材料或压克力类材料。根据本发明的目的，提出一种半导体元件的制造方法，至少包括提供 至少一半导体芯片，其中此半导体芯片具有相对的第一侧以及第二侧；涂布一胶体于半导体芯片的第一侧上；提供一模具，并将半导体芯片的第一侧贴 设于模具的一表面上，且使半导体芯片的第二侧暴露出；形成一黏着层覆盖 在半导体芯片的第二侧、胶体的暴露部分以及模具的表面的暴露部分上；形 成一金属散热座于黏着层上；以及移除胶体与模具。依照本发明一较佳实施例，上述于贴设半导体芯片时，还至少包括提 供至少一电路板，其中此电路板至少包括互相堆叠的一绝缘层以及一导电层； 以及涂布上述的胶体于电路板上，并使胶体完全包覆住导电层，且使绝缘层 暴露出。
图1A至图9B是显示依照本发明一较佳实施例的一种半导体元件的制作工序 的剖面图与相对应的上视图。
具体实施方式
本发明揭示一种半导体元件的制造方法，利用胶体的辅助，可直接在半 导体芯片的底面沉积金属散热座。由于半导体芯片的底面与金属散热座之间 并无须利用胶体或锡膏来进行接合，因此可大大地提升半导体芯片的散热效 能。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合参照图1A 至图9B的图示。请参照图IA至图9B，其是显示依照本发明一较佳实施例的一种半导体元 件的制作工序的剖面图与相对应的上视图。首先，提供一个或多个半导体芯 片，其中半导体芯片可例如为晶体管、单块集成电路(Monolithic IC)、或光 电元件芯片，例如中央处理器芯片(CPU)、发光二极管芯片、激光二极管芯片、 或太阳能电池(Solar Cell)。在本发明的一实施例中，半导体芯片具有电性相反的二电极，且此二电极可位于半导体芯片的同一侧或不同侧，如图1A所 示的光电元件芯片100a以及图1B所示的光电元件芯片100b。其中，光电元 件芯片100a所具有的电性相反的二电极102a与104a均设在光电元件芯片100a 的同一侧上；而光电元件芯片100b所具有的二电极102b与104b则分别设在 光电元件芯片100b的相对二侧上。当电极102a/102b的电性为N型时，电极 104a/104b的电性为P型；而当电极102a/102b的电性为P型时，电极104a/104b 的电性则为N型。接着，将胶体106涂布在光电元件芯片100a与100b具有 至少一电极的一侧上，如图1A与图1B所示。在本发明中，胶体106具有黏 性，且胶体106的材料可为例如高分子材料(Polymer)、硅胶类(Silica)材料、 环氧树脂(Epoxy)类材料、酚醛树脂(Phenolic)类材料、压克力(Acrylic)类 材料或光阻(Photoresist)类材料。由于胶体106为非固态物质，因此涂布在 光电元件芯片100a/100b上时，可避免气泡产生在光电元件芯片100a/100b 与胶体106的界面。
在本发明中，半导体芯片为晶体管或单块集成电路时，半导体芯片可由 硅系列材料所组成，或者由化合物半导体材料所组成，其中化合物半导体材 料可例如为氮化镓系列(GaN-Based)材料、磷化铝镓铟系列(AlGalnP-Based) 材料、硫化铅系列(PbS-Based)材料、或碳化硅系列(SiC-Based)材料。另一 方面，半导体芯片为光电元件芯片时，光电元件芯片可由硅系列材料所组成， 或者由化合物半导体材料所组成，其中化合物半导体材料可例如为氮化镓系 列材料、磷化铝镓铟系列材料、硫化铅系列材料、或碳化硅系列材料。
在以下的示范实施例中，半导体芯片是以三个光电元件芯片100b作为例 子来说明本发明的工艺。
同时，提供模具108，如图2A与图2B所示。在本发明中，模具可具有平 坦表面，例如平面式基板，或者可依产品需求而设计模具的形状，进而得到 表面具有立体构造物的模具。在本示范实施例中，依产品需求，模具108的 表面112凸设有立体构造物110，如图2A所示。
接着，将光电元件芯片100b涂布有胶体106的一侧贴设在模具108的表 面112的立体构造物110上，而使相对于此贴设侧的光电元件芯片100b的另 一侧朝上并暴露出来，如图3A的剖面图与对应的图3B的上视图所示。在本发明的另一实施例中，胶体106也可先涂布在模具108的表面112 上，再将这些光电元件芯片100b的具有至少一电极的一侧压设于胶体106的 一部分中，并使相对于此贴设侧的光电元件芯片100b的另一侧暴露出来。由 于胶体106非为固态，因此可平整且无气泡地涂布在任意形状的模具108的 表面112上，工艺明显较使用胶带简单易施行。
待光电元件芯片100b贴设在模具108的表面112后，直接利用例如蒸镀 (Evaporation)沉积方式、溅镀(Sputtering)沉积方式或无电电镀 (Electroless Plating)方式，形成黏着层114覆盖在光电元件芯片100b的 暴露表面、胶体106的暴露部分以及模具108的表面112的暴露区域上。黏 着层114的材质较佳是选用具附着性的金属材料。在本发明中，黏着层114 的材料可例如选用氧化铟锡(ITO)、氮化钽(TaN)、氮化钛(TiN)、镍(Ni)、铬 (O)、钛(Ti)、钽(Ta)、铝(A1)、铟(In)、镍合金、铬合金、钛合金、钽合 金、铝合金、或铟合金。黏着层114的厚度较佳是小于10um。随后，可直接 制作半导体芯片的散热座，或者可依产品需求而选择性地设置反射层于半导 体芯片上。例如，如图4A的剖面图与对应的图4B的上视图所示，可利用蒸 镀沉积法、溅镀沉积法、无电电镀法、或电镀法形成金属反射层116覆盖在 光电元件芯片100b上方的黏着层114上，其中金属反射层116的材料可采用 反射率较佳的金属，例如为铝(A1)、银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、铑(Rh)、钼(Pt)、 铬、镍、钛、或上述金属的合金，且可为单一金属层或多层复合金属层。在 本发明中，金属反射层116的厚度较佳是小于10um。
接下来，利用例如电镀方式或无电电镀方式，形成一层较厚的金属覆盖 在金属反射层116上，以作为金属散热座118，如图5A的剖面图以及图5B的 上视图所示。由于本发明是采用电镀方式或无电电镀方式来制作金属散热座 118，因此金属散热座118实质上仅成长于金属反射层116上。在本发明中， 金属散热座118的材质较佳是采用散热性佳的金属，例如铜或铜合金，或者 铁/镍合金、镍、铝、钨、或这些金属的合金。金属散热座118通常具有较大 的厚度，例如厚度较佳可大于10ym，以提供较大的热传导量与热容量。
完成金属散热座118的制作后，移除胶体106与模具108，而暴露出光电 元件芯片100b原本受到胶体106覆盖的部分，并同时暴露出黏着层114，如图6A的剖面阁以及图6B的上视图所示。然后，可依实际产品需求，选择性 地进行裁切，而形成合适大小的金属散热座118。
接下来，依产品需求，设置一个或多个电路板124，如图7A的剖面图以 及图7B的上视图所示。其中，电路板124至少包括依序堆叠在黏着层114上 的绝缘层120以及导电层122。绝缘层120介于黏着层114与导电层122之间， 以电性隔离黏着层114与导电层122。配合模具108的形状的变化，电路板124 的导电层122可具有任意图案，如图7B所示。
虽然在上述示范实施例中，电路板124是在模具108与胶体106均移除 后才予以设置。然而，本发明并不限于上述，在本发明的另一实施例中，可 在光电元件芯片100b的一侧上涂布胶体106时，同时于电路板124上涂布胶 体106，并使胶体106完全包覆住电路板124的导电层122，以避免后续形成 的导电黏着层114与导电层122接触而产生电性导通。绝缘层120并未完全 为胶体106所遮覆而暴露出。然后，如同光电元件芯片100b，通过胶体106 而将电路板124黏设在模具108的表面112上，而使后续沉积在模具108的 表面112上的黏着层114同时覆盖在电路板124的绝缘层120的暴露部分上。 再如同上述的示范实施例，进行后续工序。
在本发明的又一实施例中，若胶体106是先涂布在模具108的表面112 上，则可在压设光电元件芯片100b时，同时将电路板124压设于胶体106的 另一部分中，并使导电层122完全包覆在胶体106中，且使绝缘层120暴露 出，以避免后续形成的导电黏着层114与导电层122接触而产生电性导通。 如此一来，可使后续沉积在模具108的表面112上的黏着层114同时覆盖在 电路板124的绝缘层120的暴露部分上。再如同上述的示范实施例，进行后 续工序。
待电路板124设置完成后，可设置数个导线126，使光电元件芯片108b 的不同电性的电极102b与104b分别与相对应电性的电路板124的导电层122 电性连接。再设置数条外部导线128，并使这些外部导线128与电路板124中 同极性者相连接，如图8A的剖面图与图8B的上视图所示。如此一来，通过 导线126与外部导线128，即可使光电元件芯片108b顺利与外部线路电性连 接。然后，即可进行封胶程序，以形成封胶层130，其中封胶层130完全覆盖 住光电元件芯片108b、所有导线126以及暴露出的黏着层114，并包覆住外 部导线128与导线126接合的部分，且覆盖部分的电路板124，而完成半导体 元件132的制作，如图9A的剖面图与图9B的上视图所示。
由上述本发明较佳实施例可知，本发明的一优点就是因为本发明的半导 体元件的制造方法是在模具或半导体芯片上涂布胶体，而可使半导体芯片固 设在模具上。因此，可解决胶带与模具黏贴不平整的问题，还可避免气泡在 胶带与黏贴的模具间产生。故可有效降低金属散热座的沉积工序的困难度， 并可提升工序良率。
由上述本发明较佳实施例可知，本发明的另一优点就是因为本发明的半 导体元件的制造方法借助将胶体直接涂布在半导体芯片或模具上，可使半导 体芯片顺利固定在模具上，如此一来可直接将金属散热座沉积在半导体芯片 的底面上，因而半导体芯片无须通过胶体或锡膏即可设置在散热座上。因此， 不仅可迅速且有效地降低运转元件的温度，以确保元件的操作品质，延长元 件的寿命。
由上述本发明较佳实施例可知，本发明的又一优点就是因为本发明的半 导体元件的制造方法是借助胶体将半导体芯片固定在模具上，以直接在半导 体芯片的底面上沉积金属散热座。由于胶体可平整而无气泡地涂布在任意形 状的模具上，因此可制作出任意形状的散热座，以满足各式各样的产品需求。 此外，胶体的成本远低于胶带，因此可降低工艺成本。
由上述本发明较佳实施例可知，本发明的再一优点就是因为本发明的半 导体元件的制造方法是将胶体均匀涂布在任意形状的模具或半导体芯片上， 经过蒸镀、电镀或无电镀金属工艺后，可一体成型地制作出任意形状的金属 反射层与金属散热座，因此可大幅增加产品的功能性与应用价值。
由上述本发明较佳实施例可知，本发明的再一优点就是因为本发明的半 导体元件的制造方法可在相当低温的状况下，例如低于3(TC下，将半导体芯 片固定于金属 $:热座上，因此可避免对元件的光与电特性造成损害。
虽然本发明已以一较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明， 任何在此技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种等同的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利 要求范围所界定的为准。
权利要求
1. 一种半导体元件的制造方法，至少包括提供一模具；涂布一胶体于该模具的一表面上；提供至少一半导体芯片，其中该半导体芯片具有相对的一第一侧以及一第二侧，且该半导体芯片的该第一侧压设于该胶体的一部分中，并使该半导体芯片的该第二侧暴露出；形成一黏着层覆盖在该半导体芯片的该第二侧以及该胶体的暴露部分上；形成一金属散热座于该黏着层上；以及移除该胶体与该模具。
2. 如权利要求1所述的半导体元件的制造方法，其特征在于该模具的该 表面具有一立体构造物。
3. 如权利要求1所述的半导体元件的制造方法，其特征在于该模具的该 表面是一平面。
4. 如权利要求1所述的半导体元件的制造方法，其特征在于该胶体的材 料为高分子材料、硅胶类材料、环氧树脂类材料、酚醛树脂类材料、压克力 类材料或光阻类材料。
5. 如权利要求1所述的半导体元件的制造方法，其特征在于该黏着层的 材料为氧化铟锡、氮化钽、氮化钛、镍、铬、钛、钽、铝、铟、镍合金、铬 合金、钛合金、钽合金、铝合金、或铟合金。
6. 如权利要求1所述的半导体元件的制造方法，其特征在于该黏着层的 厚度小于10um。
7. 如权利要求1所述的半导体元件的制造方法，其特征在于形成该黏着 层的步骤是利用蒸镀沉积法、溅镀沉积法、或无电电镀法。
8. 如权利要求1所述的半导体元件的制造方法，其特征在于该金属散热 座的材质为铜、铜合金、铁/镍合金、镍、铝、钨、或其合金。
9. 如权利要求1所述的半导体元件的制造方法，其特征在于该金属散热 座的厚度大于10U m。
10. 如权利要求1所述的半导体元件的制造方法，其特征在于形成该金属 散热座的步骤是利用电镀方式或无电电镀方式。
11. 如权利要求1所述的半导体元件的制造方法，其特征在于于形成该黏 着层的步骤与形成该金属散热座的步骤之间，还至少包括形成一金属反射层 覆盖在该黏着层上。
12. 如权利要求11所述的半导体元件的制造方法，其特征在于该金属反 射层的厚度小于10um。
13. 如权利要求11所述的半导体元件的制造方法，其特征在于形成该金 属反射层的步骤是利用蒸镀沉积法、溅镀沉积法、无电电镀法、或电镀法。
14. 如权利要求11所述的半导体元件的制造方法，其特征在于该金属反 射层的材料为铝、银、金、铜、铑、铂、铬、镍、钛、或上述金属的合金。
15. 如权利要求1所述的半导体元件的制造方法，其特征在于于压设该半 导体芯片时，还至少包括提供至少一电路板，其中该电路板至少包括互相堆叠的一绝缘层以及一导电层；以及将该电路板的该导电层完全压设于该胶体的另一部分中，并使该绝缘层 暴露出，其中该黏着层覆盖在该电路板的该绝缘层的暴露部分上。
16. 如权利要求15所述的半导体元件的制造方法，其特征在于于移除该 胶体与该模具的步骤后，还至少包括设置多个导线电性连接该导电层与该半导体芯片。
17. 如权利要求16所述的半导体元件的制造方法，其特征在于于设置该 些导线的步骤后，还至少包括形成一封胶层完全覆盖住该半导体芯片、该些 导线、以及该黏着层的暴露部分，并覆盖住该些导线与该导线层的接合区域。
18. 如权利要求1所述的半导体元件的制造方法，其特征在于于移除该胶 体与该模具的步骤后，还至少包括设置至少一电路板于暴露出的该黏着层的 一部分上，其中该电路板至少包括依序堆叠在该黏着层上的一绝缘层以及一 导电层。
19. 如权利要求18所述的半导体元件的制造方法，其特征在于于设置该 电路板的步骤后，还至少包括设置多个导线电性连接该导电层与该半导体芯片。
20. 如权利要求19所述的半导体元件的制造方法，其特征在于于设置该 些导线的步骤后，还至少包括形成一封胶层完全覆盖住该半导体芯片、该些 导线、以及该黏着层的暴露部分，并覆盖住该些导线与该导线层的接合区域。
全文摘要
一种半导体元件的制造方法，至少包括提供一模具；涂布一胶体于模具的一表面上；提供至少一半导体芯片，其中半导体芯片具有相对的第一侧以及第二侧，且半导体芯片的第一侧压设于胶体的一部分中，并使半导体芯片的第二侧暴露出；形成一黏着层覆盖在半导体芯片的第二侧以及胶体的暴露部分上；形成一金属散热座于黏着层上；移除胶体与模具；设置电路板于黏着层的暴露部分；提供多个导线电性连接电路板与半导体芯片；以及形成一封胶层完全覆盖住半导体芯片、导线、以及黏着层的暴露部分。
文档编号H01L21/02GK101226884SQ20071000831
公开日2008年7月23日 申请日期2007年1月17日 优先权日2007年1月17日
发明者陈冠群 申请人:陈冠群