专利名称：发光器件的封装结构及其制造方法
技术领域：
本发明关于一种发光器件的封装结构，且特别是有关于一种高发光效率的 发光器件的封装结构及其制造方法。
背景技术：
传统的发光器件，例如发光二极管(LED)等器件的封装结构的散热效果普 遍不佳，因而严重影响发光器件的操作性能。举例而言，发光二极管的发光效 率一般约只有20%转换成光能，剩下的80%的能量以热能的形态发出，这些 热能会对发光器件的性能造成严重的负面影响，而导致发光器件的发光效能下 降。
为提高发光器件的封装结构的散热能力，目前发展出许多不同散热型态的 封装方式，例如合晶共融与芯片倒装焊接等。请参照图l，其所示为传统发光 器件的芯片倒装封装结构的剖面示意图。在传统的发光器件的封装结构100 中，封装基板102的表面104上设有接合垫106与108,接合凸块118与120 则分别设置在接合垫106与108上。另一方面，发光器件芯片110的表面112 上亦设有n型电极垫114与p型电极垫116。发光器件芯片110通过芯片倒装 方式设置在封装基板102的表面104之上，而使n型电极垫114与p型电极垫 116分别接合在封装基板102的接合垫106与108上的接合凸块118与120上。 因此，发光器件芯片110的n型电极垫114和p型电极垫116分别经接合凸块 118与120而与封装基板102的接合垫106和108接合。
一般发光器件的封装结构100的散热能力仍难以满足现今高功率发光器 件的需求，因此导致发光器件的发光效率的改善有限。此外，在发光器件的封 装结构100中，不论是封装基板102上的接合垫106与108，或是发光器件芯 片110上的n型电极垫114与p型电极垫116，其材料多采用金(Au)，而且接 合凸块118与120的材料也采用金。由于金的价格高昂，因此金的大量使用使 得传统发光器件的封装结构100的成本大幅增加。有鉴于传统发光器件的封装结构的散热能力不佳且成本高，因此亟需一种 发光器件的封装结构的设计，该设计既可降低成本，更可使发光器件的封装结 构的热能有效地传导至外界而快速散热，借以大幅提升发光器件的发光效率。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种发光器件的封装结构及其制造方法，其
利用芯片倒装(Flip Chip)封装方式进行芯片的固定，故除了可免除传统打线封 装所造成的厚度，有效縮减封装体的厚度，更可增进发光器件的封装结构的散 热能力。
本发明的另一目的是在提供一种发光器件的封装结构及其制造方法，其利 用p型与n型热电半导体材料作为芯片倒装封装的接合凸块，而提供pn型致 冷器的功能。因此，在电流输入此发光器件的封装结构的同时，可将热有效地 传导至散热基板而散热到外界，更进一步地提高发光器件的封装结构的散热能 力。故，整个发光器件的封装结构可承受更大的驱动电流，而可大幅提升发光 器件的发光效率，进而获得更高的发光效果。
本发明的又一目的是在提供一种发光器件的封装结构及其制造方法，其焊 接电极可采用铜或银等金属来取代金，因此可大幅减少金的使用量，进而可降 低制造成本。
根据本发明的上述目的，提出一种发光器件的封装结构，至少包括 一封 装基板；至少一第一接合垫；以及至少一第二接合垫设于封装基板的一表面上； 一发光器件芯片设于封装基板的上述表面之上，其中发光器件芯片的一表面上 包括至少一第一电性电极垫以及至少一第二电性电极垫；以及至少一第一电性 接合凸块以及至少一第二电性接合凸块，该第一电性接合凸块与该第二电性接 合凸块分别对应接合在第一接合垫与第二电性电极垫之间、以及第二接合垫与 第一电性电极垫之间，其中第一电性接合凸块与第二电性接合凸块的材料选自 于由多个热电材料所组成的一族群。
依照本发明一较佳实施例，上述的第一接合垫、第二接合垫、第一电性电 极垫与第二电性电极垫的材料为铜或银。
根据本发明的目的，提出一种发光器件的封装结构的制造方法，至少包括: 提供一封装基板，其中该封装基板的一表面上设有至少一第一接合垫以及至少-第二接合垫；形成至少-一第一电性接合凸块与至少一第二电性接合凸块，该
第一电性接合凸块与该第二电性接合凸块分别对应接合在第一接合垫与第二 接合垫上，其中第一电性接合凸块与第二电性接合凸块的材料选自于由多个热
电半导体材料所组成的一族群；提供一发光器件芯片，其中发光器件芯片的一 表面上设有至少一第一电性电极垫以及至少一第二电性电极垫；以及进行一芯 片倒装焊接步骤，以使第一电性电极垫与第二电性电极垫分别接合在第二电性 接合凸块与第一电性接合凸块上。
依照本发明一较佳实施例，上述形成第一电性接合凸块与第二电性接合凸 块的步骤至少包括进行一离子植入步骤。
本发明的有益效果在于，利用不同电性的热电半导体材料作为芯片倒装封 装的接合凸块，在电流输入此发光器件的封装结构的同时，可将热有效地传导 至散热基板而将热散到外界，更进一歩地提高发光器件的封装结构的散热能 力。同时，因为发光器件的封装结构及其制造方法可采用铜或银等金属来取代 金作为焊接电极，因此可大幅减少金的使用量，进而可降低制作成本。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的 限定。
为使本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附
附图的详细说明如下
图1所示为传统发光器件的芯片倒装封装结构的剖面示意图； 图2至图4所示为依照本发明一较佳实施例的一种发光器件的封装结构的
制作流程剖面图5所示为依照本发明一较佳实施例的一种发光器件的封装结构的运作 示意图6所示为依照本发明另一较佳实施例的一种发光器件的封装结构的剖 面示意图。其中,'附图标记
跳发光器件的封装结构
102:封装基板跳表面
懸接合垫跳接合垫
110:发光器件芯片112:表面
114:n型电极垫116:p型电极垫
118:接合凸块120:接合凸块
200:封装基板202:表面
204:第一接合垫205:接合垫
206-第二接合垫208:第一电性接合凸块
210:第二电性接合凸块212:发光器件芯片
214:表面216:第一电性电极垫
218:第二电性电极垫220:发光器件的封装结构
222:电源224:电流
226:发光器件的封装结构
228:箭头
具体实施例方式
本发明公开一种发光器件的封装结构及其制造方法。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附2至图6。
请参照图2至图4，其所示为依照本发明一较佳实施例的一种发光器件的 封装结构的制作流程剖面图。在一示范实施例中，制作发光器件的封装结构 220(请先参照图4)时，可提供封装基板200,其中封装基板200可采用热传导 性佳的基板，以利发光器件的封装结构220的散热。封装基板200可采用例如 氧化铝基板、氮化铝基板或钻石镀膜基板。接下来，在封装基板200的表面 202上形成一或多个第一接合垫204、与一或多个第二接合垫206。在一实施 例中，第一接合垫204与第二接合垫206的材料采用非金的材料，较佳可采用 铜(Cu)或银(Ag)等金属。
接着，利用沉积方式形成一或多个第一电性接合凸块208、与一或多个第 二电性接合凸块210，分别对应设置在封装基板200上方的第一接合垫204与第二接合垫206上，其中第一电性不同于第二电性。举例而言，当第一电性为 n型时，第二电性可为p型；而当第一电性为p型时，第二电性可为n型。在 本示范实施例中，第一电性为n型，第二电性则为p型。在一实施例中，第一 电性接合凸块208和第二电性接合凸块210的数量分别与封装基板200上的第 一接合垫204和第二接合垫206的数量相同。在另一些实施例中，如图6所示 的发光器件的封装结构226，多组第一电性接合凸块208与第二电性接合凸块 210电性并联时，第一电性接合凸块208和第二电性接合凸块210的总和的数 量与封装基板200上的接合垫205的总数量可不相同。在本示范实施例中，封 装基板200上设有一第一电性接合凸块208和一第二电性接合凸块210，如图 2所示。第一电性接合凸块208与第二电性接合凸块210所采用的材料均选自 于热电材料。在一些实施例中，这些热电材料选自于由碲(Te)、锑(Sb)、铋(Bi)、 硒(Se)及上述材料的合金所组成的一族群，例如碲化铋(Bi2Te3)及其合金、碲化 锑(Sb2Te3)及其合金、与硒化铋(Bi2Se3)及其合金等热电半导体材料。在制作第 一电性接合凸块208与第二电性接合凸块210时，更可选择性地利用例如离子 植入方式，将第一电性与第二电性掺质，例如n型与p型掺质，分别植入第一 电性接合凸块208与第二电性接合凸块210中。
同时，提供发光器件芯片212，其中发光器件芯片212可为，例如发光二 极管、高功率发光二极管以及镭射二极管等光电器件。如图3所示，发光器件 芯片212的表面214上设有一或多个第一电性电极垫216、与一或多个第二电 性电极垫218。发光器件芯片212上的第一电性电极垫216与第二电性电极垫 218的数量和位置通常与封装基板200上的第二电性接合凸块210与第一电性 接合凸块208的数量与位置对应，以利后续的芯片倒装焊接。在一实施例中， 第一电性电极垫216与第二电性电极垫218的材料采用非金的材料，较佳可采 用铜或银等金属。由于第一电性电极垫216、第二电性电极垫218、第一电性 接合凸块208、第二电性接合凸块210、第一接合垫204与第二接合垫206的 材料均可采用非金的材料，因此可大幅降低金的使用量。
接下来，可进行芯片倒装焊接步骤，将发光器件芯片212连同其上的第一 电性电极垫216与第二电性电极垫218倒装在封装基板200的表面202上，而 使发光器件芯片212的表面214与封装基板200的表面202相面对，并使发光 器件芯片212的第一电性电极垫216与第二电性电极垫218分别对应接合在封装基板200上方的第二电性接合凸块210与第一电性接合凸块208上，而大致 完成发光器件的封装结构220的制作，如图4所示。
请参照图5，其所示为依照本发明一较佳实施例的一种发光器件的封装结 构的运作示意图。将发光器件的封装结构220与直流的电源222电性连接时， 电流224先依序经封装基板200与第一接合垫204而流至第一电性接合凸块 208，再依序经第二电性电极垫218、发光器件芯片212与第一电性电极垫216 而流至第二电性接合凸块210，接着经第二接合垫206而流至封装基板200， 再回到电源222，如图5所示。
由于在发光器件的封装结构220中，第一电性接合凸块208与第二电性接 合凸块210由热电材料所组成。因此，当直流电流从第一接合垫204流入n 型的第一电性接合凸块208而到p型的第二电性电极垫218时，第一电性接合 凸块208可吸收上方的发光器件芯片212所产生的热能，并传送至下方的散热 基板200，如箭头228所示的方向。另一方面，当电流从n型的第一电性电极 垫216流入p型的第二电性接合凸块210而到第二接合垫206时，第二电性接 合凸块210同样可吸收上方的发光器件芯片212所产生的热能，并传送至下方 的散热基板200，如箭头228所示的方向。如此一来，整个发光器件的封装结 构220可产生如同pn型热电致冷器的功效，而有效地将发光器件芯片212端 的热能导到封装基板200，进而可大大地提升发光器件芯片212的发光效率。
由上述本发明的示范实施例可知，本发明的一优点就是因为发光器件的封 装结构及其制造方法利用芯片倒装封装方式进行芯片固定，因此除了可有效縮 减封装体的厚度，更可增进发光器件的封装结构的散热能力。
由上述本发明的示范实施例可知，本发明的另一优点就是因为发光器件的 封装结构及其制造方法其利用p型与n型热电半导体材料作为芯片倒装封装的 接合凸块，而提供pn型致冷器的功能。因此，在电流输入此发光器件的封装 结构的同时，可将热有效地传导至散热基板而将热散到外界，更进一步地提高 发光器件的封装结构的散热能力。故，整个发光器件的封装结构可承受更大的 驱动电流，而可大幅提升发光器件的发光效率，进而获得更好的发光效果。
由上述本发明的示范实施例可知，本发明的又一优点就是因为发光器件的 封装结构及其制造方法可采用铜或银等金属来取代金作为焊接电极，因此可大 幅减少金的使用量，进而可降低制作成本。虽然本发明己以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本发 明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领 域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和 变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1. 一种发光器件的封装结构，其特征在于，至少包括一封装基板；至少一第一接合垫以及至少一第二接合垫，设于该封装基板的一表面上；一发光器件芯片，设于该封装基板的该表面之上，其中该发光器件芯片的一表面上包括至少一第一电性电极垫以及至少一第二电性电极垫；以及至少一第一电性接合凸块以及至少一第二电性接合凸块，该第一电性接合凸块与该第二电性接合凸块分别对应接合在该第一接合垫与该第二电性电极垫之间、以及该第二接合垫与该第一电性电极垫之间，其中该第一电性接合凸块与该第二电性接合凸块的材料选自于由多个热电材料所组成的一族群。
2. 根据权利要求1所述的发光器件的封装结构，其中该些热电半导体材 料选自于由碲、锑、铋、硒及其合金所组成的一族群。
3. 根据权利要求1所述的发光器件的封装结构，其特征在于，该封装基 板为一氧化铝基板、 一氮化铝基板或一钻石镀膜基板。
4. 根据权利要求1所述的发光器件的封装结构，其特征在于，该第一接 合垫、该第二接合垫、该第一电性电极垫与该第二电性电极垫的材料为铜或银。
5. 根据权利要求1所述的发光器件的封装结构，其特征在于，该第-一电 性接合凸块的电性为n型，且该第二电性接合凸块的电性为p型。
6. —种发光器件的封装结构的制造方法，其特征在于，至少包括 提供一封装基板，其中该封装基板的一表面上设有至少一第一接合垫以及至少一第二接合垫；形成至少一第一电性接合凸块与至少一第二电性接合凸块，该第一电性接 合凸块与该第二电性接合凸块分别对应接合在该第一接合垫与该第二接合垫 上，其中该第一电性接合凸块与该第二电性接合凸块的材料选自于由多个热电 半导体材料所组成的一族群；提供一发光器件芯片，其中该发光器件芯片的一表面上设有至少一第一电 性电极垫以及至少一第二电性电极垫；以及进行一芯片倒装焊接歩骤，以使该第一电性电极垫与该第二电性电极垫分 别接合在该第二电性接合凸块与该第一电性接合凸块上。
7. 根据权利要求6所述的发光器件的封装结构的制造方法，其特征在于,该热电半导体材料选自于由碲、锑、铋、硒及其合金所组成的一族群。
8. 根据权利要求6所述的发光器件的封装结构的制造方法，其特征在于， 该封装基板为一氧化铝基板、 一氮化铝基板或一钻石镀膜基板。
9. 根据权利要求6所述的发光器件的封装结构的制造方法，其特征在于， 该第一接合垫、该第二接合垫、该第一电性电极垫与该第二电性电极垫的材料 为铜或银。
10. 根据权利要求6所述的发光器件的封装结构的制造方法，其特征在于， 该第一电性接合凸块的电性为n型，且该第二电性接合凸块的电性为p型。
全文摘要
一种发光器件的封装结构及其制造方法。此发光器件的封装结构至少包括一封装基板；至少一第一接合垫以及至少一第二接合垫设于封装基板的一表面上；一发光器件芯片设于封装基板的表面之上，其中发光器件芯片的一表面上包括至少一第一电性电极垫以及至少一第二电性电极垫；以及至少一第一电性接合凸块以及至少一第二电性接合凸块。该第一电性接合凸块与该第二电性接合凸块分别对应接合在第一接合垫与第二电性电极垫之间、以及第二接合垫与第一电性电极垫之间，其中第一电性接合凸块与第二电性接合凸块的材料选自于由多个热电材料所组成的一族群。
文档编号H01L33/00GK101452979SQ20071019563
公开日2009年6月10日 申请日期2007年12月4日 优先权日2007年12月4日
发明者许伯聪, 赵自皓 申请人:亿光电子工业股份有限公司