[发明专利]光电元件的制造方法及其封装结构

说明书

技术领域

本发明有关于一种光电元件的制造方法及其封装结构，尤其有关于一种通过焊线或共熔合金的接合方式固定光电晶粒的制造方法及其光电元件。

背景技术

由于光电元件中发光二极管(light emitting diode；LED)有体积小、发光效率高及寿命长等优点，因此被认为是次世代绿色节能照明的最佳光源。另外液晶显示器的快速发展及全彩荧幕的流行趋势，使白光系发光二极管除了应用于指示灯及大型显示幕等用途外，更切入广大的消费性电子产品，例如：手机及个人数字助理(PDA)。

封装结构可以视为半导体晶粒的保护体及信号传输接口，它不仅担任固定、密封和保护晶粒的作用，并增强导电能。而且还是沟通芯片内部电路与封装体外部电路的桥梁，亦即晶粒上的接点可以用导线连接至封装体外部的电极上，这些电极又可以通过印刷电路板上的导线与其他零件建立电连接。因此，对于很多集成电路产品而言，封装技术是非常重要的一环，尤其光电产品的封装结构更严重影响着晶粒的光电转换的执行效能，例如：封装材料的表面特性、折射率及吸收率等等，对于所固定的半导体光电晶粒的光电表现有直接的影响。

目前实用的光电元件的封装型式约可分类为Transistor Outline(TO)、椭圆形灯泡(oval lamp)、方形灯泡(square lamp)、印刷电路板(PCB)及树脂封装等，其中又以树脂封装是主要可以作为表面粘着元件的封装型式。TO封装通常用在测试晶粒或激光二极管的封装。椭圆形灯泡封装是以卵型透明环氧树脂封住由两个电极构成的导线架，其中一个电极的端部形成反射杯，半导体光电晶粒即固定于杯中，这种传统的封装结构有两支针脚，也可因应光电元件的电路特性而有三个针脚的封装。方形灯泡的原理大致上类似椭圆形灯泡，但是它的透明环氧树脂的封装体外部成方形，且在上表面中央可以加上各种型式的凸透镜，以调整发光角度，其导线架也是由两个电极组成，但是每个电极有两支针脚，所以整个封装结构一共有四支针脚。PCB封装是以PCB作为基板，光电半导体晶粒安装在PCB上，上方再以一层方形透明的树脂覆盖。也有使用导电架封装成类似PCB封装的结构，伸出的电极再加以折脚。导线架通常是金属，再以树脂材料包覆成主封装体。树脂封装也会使用导线架，而树脂材料通常会加入白色不透明材料，白色树脂通常在光电晶粒四周形成杯状结构，杯中最后再灌入透明的环氧树脂或掺入荧光粉的环氧树脂。又树脂封装由于电极折脚的方式不同，而可以作为表面粘着的正面发光元件或侧面发光元件。

以金属导线架为主的封装模式，在元件微型化的过程中会遇到瓶颈。亦即由于受限导线架的精密度，元件尺寸已经没有办法再缩小，而且反射面亦更难形成。若使用树脂材料来包导线架，也有不耐高温的问题。当使用树脂材料封装发射波长小于400nm的光电晶粒，则将会加速树脂材料的劣化。另外，由于树脂材料的散热性不佳，光电晶粒温度的升高会导致发光效率降低，通常必须在封装结构中再加入散热机构以解决这个问题。

光电元件封装结构如果以PCB作为固定光电晶粒的基板也有些缺点，主要在于它的强度不足无法耐红外线回焊工艺中高温，所以无法使用芯片倒装封装的工艺，因此无法降低光电元件的封装结构的厚度以满足元件微型化的趋势。

另外，光电晶粒或光电半导体芯片如果通以反向的电压或过大的电压，很容易就会烧毁，在干燥的地区，甚至人体的静电即可将光电半导体芯片烧毁。所以为了提升产品可靠度，可以采取静电保护的措施。通常可以反并联一个齐纳(zener)二极管来作为静电保护，在反向电压过大时，zener二极管会导通，因而电流会流过zener二极管，不致烧毁光电半导体芯片。但是目前zener二极管皆与光电半导体芯片安装在同一平面，这对光电半导体芯片而言，发出的光或吸收的光会被旁边的zener二极管影响。一般而言，zener二极管是黑色的，但是不论其颜色为何，它都会有吸光、反射等作用，而影响到光电半导体芯片的功效。

综上所述，市场上亟需要一种能承受回焊工艺中高温条件的封装结构，并且有较佳的散热特性，进而提升使用中的发光效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光电元件的制造方法及其封装结构，光电元件通过芯片倒装接合(flip chip bonding)技术将陶瓷基板与光电半导体晶粒彼此结合，故此种封装结构能承受回焊工艺中高温条件，并有较佳的散热特性。

本发明的目的在于提供一种光电元件的封装结构，其中光电元件及相关的电子元件分置于基板的两侧，因此光电元件不致受到电子元件的影响。