TWI362094B - Substrate for semiconductor device and application thereof - Google Patents
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1362094 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 +發明係有關於 種半導體元件之承載基板與其應 =^別是有關於可提升半導體元衫位精度之承載基板 興具應用。 【先前技術】 。現今的電子玉業中’光電半導^件已成為—般電子 產。《必備之基本元件’卩發光:極體(Light Emi出叫 D1〇de;LED)為例,發光二極體具有工作電壓低耗電量小, 發光效率高,反應時間短,%色純,結構牢固抗衝擊, 耐振動,性能穩定可靠’重量輕,體積小及成本低等特點。 隨著技術的進步,發光二極體可展現的亮度等級越來越 高,其應用領域也越來越歧,例如:大面積圖文顯示全 彩屏,狀態指示、標該照明、信號顯示、液晶顯示器的背 光源或車内照明。 習知的發光二極體封裝結構係以金屬導電支架(Lead Frame)配合塑料射出成形方式製作出封裝基座。導電支架 係用以電性連接發光二極體晶片 <電極。封裝基座係以射 出成形方式形成,藉以使封裝材料包覆及固定住導電支 架。封裝基座内形成一凹口區域用以放置發光二極體晶 片。在發光二極體晶片置入封裝基座内後,接著,填入一 透明封裝材料(例如環氧樹脂)於封裝基座内,並結合光學透 鏡於封裝基座上,以提高發光效率。在發光二極體完成封 裝後,可利用表面黏著技術(Surface Mount Technology; 5 1362094 , SMT)將發光二極體之正負極焊合於基板上形成電性通 \ 路,以形成發光二極體模組,其中基板通常為印刷電路板 (Printed Circuit Board ; PCB)。 . 請參照第1A圖和第1B圖,第1Λ圖係繪示依照習知 技術一種發光二極體焊合於基板的側視示意圖,第圖係 繪示依照習知技術之焊墊的俯視示意圖。一般當發光二極 體910焊合於基板920時,基板920設有焊墊921,而發光 二極體910的電極接腳91丨係藉由焊錫9〇1來焊接於焊墊 • 921上’通常基板920的焊塾921係呈矩形,且其面積通常 需大於電極接腳911與焊墊921的實際接觸面積3,藉以預 留熔融焊錫901的流動空間。然而極接腳91丄择技 於焊墊921上時, 二極體910容易發生在焊墊921上浮動的情形,進而導致 發光二極體91〇在焊接後具有偏移、旋轉、前傾、後赵或 左右洋立等定位問題,嚴重地影響組裝精度。 # 【發明内容】 因此,本發明之一方面係在於提供一種半導體元件的 承載基板及其應用,藉以在進行焊接時限制半導體元件的 移動^^並避免半導體元件在焊塾上的浮動情形,因而 • 可減少定位偏差問題。 _ 1據本發a月之實施例,此承載基板係用以承載半導體 \ 〃中承载基板至少包含有基板主體和焊墊,焊墊係 形^於基板主體的一側表面上,其中焊塾在一方向上具有 第寬度和第—寬度,第一寬度係大於第二寬度’且谭塾 i^r-實際接合區域,用以直接承載半導體元件, 、不接5區域在此方向上的寬度係實質接近於第二寬度。 又’根據本發明之實施例,此半導體元件模組至少包 =少:半!體元件和承載基板。承載基板係用以承载 焊墊:中承載基板至少包含有基板主體和焊墊, 上=成=板主體的一側表面上,其中焊塾在一方向 且焊塾至少寬度’第一寬度係大於第二寬度, 元件,二直接承載半導體 寬度。 域在此方向上的寬度係實質接近於第 發光:極=發明之實施例,上述半導體元件模組係-=本發明之半導體元件的承龜板及其應用可在途 焊㈣::=::r:r 一 *㈣性與 m 于疋位半導體凡件於承載基板的焊墊上, 因而可大幅地提升半導體元件的μ準確度。 【實施方式】 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點 ::更:::易懂’本說明書將特舉出一系列實加 =Γ主意的是’此些實施例只是用以說明本發明之 貫施方式’而非用以限定本發明。 體元,其緣示依照本發明第-實施例之半導 載某板〔0(W:、基板上時的剖面示意圖。本實施例之薄 G係用以承載至少—半導體元件·,例如可選自 由雙極性電晶體卿)、金氧半電晶體(M〇s) :電⑽s)、高功率電晶體'異質接面電晶體⑽: 及尚電子移動率電晶體(HEMT)所組成之n或 電兀件,例如可選自於由發光二極體、雷射二 ‘ 能電池、以及光檢測玆所紐# + 體、太陽 乂及先檢測益所組成之一族群,藉以形成 Μ模組(例如發光二極體模組)。其中此光電元件。在另一 些實施例中,半導體元件亦可為積體電路晶片。
如第2圖所示,在本實施例中半導體元件扇可預 先進行封裝,再結合(焊接)於承載基板1〇〇上,亦即半導體 7L件200可預先形成半導體元件封襄結構(例如發光二極體 封裝結構),再結合於承載基板刚上。當半導體元件2〇〇 形成+導體元件封裝結構時’半導體元件晶片21〇(例如發 光二極體晶片)可設置於承載器22〇上,承載器22〇例如為 導電支架(Lead Frame),且承載n 22〇可藉由—體成型的方 式(例如射出成型或共燒成型)來結合一座體23〇,而形成封
裝基座’並外露出二個電極接腳24〇,以提供電性連接路徑。 如第2圖所不’本實施例之承載基板1〇〇例如為印刷 電路板(Printed Circuit board ; pCB)或軟性印刷電路板 (Flexible printed Circuiis ; Fpc),以提供半導體元件 2⑼ 可電性連接之電路(未繪示)。承載基板l〇〇至少包含有基板 主體110、焊墊120及防焊層13〇。基板主體11〇的材質係 由電性絕緣材料所製成,例如為:BT(Bismaleimide Triazine) 熱固性樹脂材料、環氧樹脂、陶竞或有機玻璃纖維,其中 基板主體110可設有貫孔(未繪示),用以埋設被動元件。再 者,基板主體11〇亦可為複合結構,其中此複合結構可由 1362094 導電材料與電性絕緣材料所組成,例如具有金屬核心的印 =路板(M咖Core pcB ; McpCB),且此導電材料係選自 ;金屬材料、陶莞材料'半導體材料及上述材料之任意 ^合所組狀—族群。焊墊120係形成於基板主體11〇 -表面上’藉以使半導體元件2〇〇的電極(未繪示)或電極接 腳240可焊接結合於承載基板100的焊塾120上,其中當 焊接結合時可藉由料1G1來作為接著材料,例如為錯錫 (Pb-Sn)合金、錫銀合金、錫銅合金或其他無鉛焊料。焊墊 120係以金屬材料(例如銅)所圖案化形成,其中焊墊工汕可 具有表面處理,例如:表面塗佈有機保焊劑(〇rganic Solderability Preservatives)或表面電鍍鎳金,以避免焊墊 120發生表面氧化情形,防焊層13〇係形成於基板主體 的一側表面上,且形成於焊墊12〇之外,用以避免在進行 知接結合時所使用之焊料1 01可能因高溫而任意流動,導 致短路情形。防焊層130的材料例如為綠漆(s〇ldermask〇r Solder Resist) ’ 其可利用網印(screen printing)、簾幕塗佈 (Curtain Coating)、喷霧塗佈(Spray c〇ating)、靜電喷塗 (Electrostatic Spraying)或滾輪塗佈(R〇Uer c〇ating)等方式 來形成於基板主體110上。由於防焊層13〇係形成於焊墊 120之外的區域,因此,當進行焊接時,熔融狀態的焊料 101僅能在焊墊120的區域内流動。 值得注意的是,在另一些實施例中,本實施例的半導 體元件200亦可在封裝前直接結合於承載基板1〇〇上,此 時,半導體元件200的二電極可接合於承載基板1〇〇的焊 墊120;或者,半導體元件200的一電極係直接接合於焊墊 1362094 :而半導體元件2°°的另-電極係藉由打線方式來連接 墊的=照:3圖’其繪示依照本發明之第-實施例之焊 第圖:t實施例的焊墊120在-方向上具有第 焊塾m至少包含有於第二寬度t’且 122。眘軟位人 貝牙'接&區域121及焊料流動區域 極式。雷:姓s區域121係用以直接承載半導體元件200電 m上的區域,”實件200實際接合於焊墊 /、中貫際接合區域121在平行於第一寬度τ 第:寬度t之方向上的寬度係實質接近於第二寬度 塾可例如在本㈣例中,焊 t十面、.·"構,因而在實際接合區域121 Π料流動區域122之外自然地具有-寬度縮減區域b,亦 p在-方向上縮減焊墊的第一寬度τ至第二寬度t。且至少 =實際接合區域121係位於由第二寬度t所構成的輝 塾區域内’而受到第二寬度t的限制,使得半導體元件· 之電極與浑墊的接合不致偏出第二寬度t之外,亦即不致 偏-出”寒位限制部123之外。 焊料流動區域122係形成於實際接合區域i2i的至少 -側’藉以允許焊,料101在溶融狀態時於此焊料流動區域 122内流動’其中焊料流動區域122可為任意形狀,以提供 :餘之熔融焊_ 1〇1的流動空間,以增強焊接強度。於本 實施例中’疋位限制部123例如係與焊塾之第二寬卢〖 鄰接並且延著垂直第二寬度t之方向延伸,以限制溶二 錫122的机動在第二寬度t的範圍之内進而可限制半導 1362094 體元件200在焊墊12〇 2〇〇 ^ ^ ^ 上的位移夏’因而避免半導體元件 200發生在焊墊m切動偏移的情形 題。值得洼音的a _ 年双疋伹侷差問 w疋’本實施例的定位限制部123可藉由焊 … 外圍形狀所定義,亦即藉由焊塾120的外圍 制溶融谭錫101的流動,並同時藉由焊錫流動區 域122來提供多餘之炼融焊錫ι〇ι的流動空間。
(t/τ:二貫施例中’第二寬度1相較於第—寬度T的比例 t T)例如係小於等於0.8,例如當焊整12〇之第一寬度丁為 〇.85mm時,第二寬度t可為〇 5mm。 再者,焊墊120之面積a(亦即實際接合區域i2i和谭 錫流動區域122之面積總和)相較於實際接合區域i2i之面 積a的比例(a / a)較佳係實質介於1」與2 $之間。例如當實 際接合區❺⑵之面帛&為〇.33_2時,焊塾m之面:a 可為 0.65mm2。 因此’當半導體元件200焊接接合於承載基板1〇〇上 時’承載基板10G之料!2G可提供多餘之溶融焊錫ι〇ι 的流動空間’以增強焊接強度’並可同時限制半導體元件 細在炼融浑们01上浮動偏移的情形,因而可精確地定位 半導體元件200於承載基板100上,以減少定位偏差的情 形0 請參照第4圖,其繪示依照本發明之第二實施例之焊 墊的俯視示意圖。以下僅就本實施例與第—實施例之相異 處進行說明,關於相似處在此不再贅述。相較於第一實施 例,第二實施例之焊墊i 2 0 a可例如為c形平面結構,並^ -方向上具有第一寬度T和第二寬度t’第—寬度τ係大於 11
Claims (1)
1^02094 2011/12/05修正替換頁 十、申請專利範圍: 1· 一種承載基板,用以承載至少一半導體元件,其中 該承載基板至少包含: 一基板主體;以及 至少一焊墊,形成於該基板主體的一表面上,其中該 焊墊在-方向上具有寬度和—第二寬度,該第一寬 度係大於該第_寬度’且該焊墊至少包含有一實際接合區 域,用以承載該半導體元件,該實際接合區域在該方向上 的寬度係實質接近於該第二寬度。 2.如申請專利範圍第i項所述之承載基板,其中該半 導體疋件係選自雙極性電晶體(BJT)、金氧半電晶體 (MOS)、互補式金氧半電晶體(CM〇s)、高功率電晶體、異 質接面電晶體(HBT)、高電子移動率電晶體(HEMT)、發光 -極體、雷射—極體、太陽能電池、光檢測器及積體電路 晶片所組成之一族群。 3. 如申請專利範圍第1項所述之承載基板,其中該半 導體π件係形成一半導體元件封裝結構。 4. 如中請專利範圍第1項所述之承載基板,其中該半 導體7C件係、設置於—承載器上,該承載器設有二電極接 腳,每一該些電極接腳係接合於該焊墊。 14 2011/12/05修正替換頁 載‘-述之承載基板’其中該承 造触6如中請專利範圍第1項所述之承載基板,其中該半 導體元件沾5 ,丨、 的至少一電極係接合於該焊墊。 7 _/t
‘如中請專利範圍第1項所述之承載基板,其中該承 系印刷電路板(Printed circuit board ; PCB)。 8’如中請專利範圍第1項所述之承載基板,其中該承 板係軟性印刷電路板(Flexible Printed Circuits ; FPC)。 9.如申請專利範圍第i項所述之承載基板,其中該承 載基板係一具有金屬核心的印刷電路板(Metal Core PCB ; MCPCB)。
i〇.如申請專利範圍第1項所述之承载基板,其中該 基板主體的材質為BT(Bismaleimide Triazine)熱固性樹脂 材料、環氧樹脂、陶瓷或有機玻璃纖維。 U.如申請專利範圍第1項所述之承載基板,其中該 基板主體具有一複合結構,且該複合結構係由導電材料與 電性絕緣材料所組成 15 1362094 2011/12/05修正替換頁 12.如申請專利範圍第1項所述之承載基板,其中該 焊塾之表面塗佈有機保焊劑(〇rganic Solderability Preservatives)。 U·如申請專利範圍第丨項所述之承載基板,其中該 焊墊之表面電鍍有鎳金。 14. 如申請專利範圍第1項所述之承載基板,更至少 包含: 一防焊層’形成於該基板主體的該表面上,且形成於 該焊墊之外。 15. 如申請專利範圍第14項所述之承載基板,其中該 防焊層的材料為綠漆(s〇lder mask or s〇ider Resist) 0 16. 如申請專利範圍第丨項所述之承載基板,其中該 焊墊係呈L形平面結構。 η·如申請專利範圍第1項所述之承載基板,其中該 焊墊係呈匚形平面結構。 _18·如申請專利範圍第1項所述之承載基板,其中該 第寬度相較於該第一寬度的比例係小於等於0.8。 19.如申凊專利範圍第1項所述之承載基板,其中該 16 -l 2〇ll/12/05修正替換頁 焊墊之面積相較於該實 ^, 貝際接合區域之面積的比例係實質介 於與2.5之間。 20. —種半導體元件模組,至少包含 至少一半導體元件;以及 其中該承載基 承载基板,用以承栽該半導體元件 板至少包含: 一基板主體;以及 至少一焊墊’形成於該基板主體的一表面 上:其中該焊塾在—方向上具有一第一寬度和一 第-寬度,该第-寬度係大於該第二寬度且該 焊塾至少包含有一實際接合區域,用以直接承載 該半導體元件,該實際接合區域在該方向上的寬 度係實質接近於該第二寬度。 21.如巾料利_第2(>項所叙半㈣元件模组, 其中該+導體元件模組係―發光二極體模組。 iJ2·一如申明專利範圍第2〇項所述之半導體元件模組, 體二:導互體Sr選自雙極性電晶體(B JT)、金氧半^ ()、互補式金氧半電晶體(⑽s)、高功率電 2質接面電晶體⑽乃、高電子移動率電晶體_了)、發 光一極體、雷射二極體、太陽 路晶片所組成之H 電池、光檢測器及積體電 17 1362094 2011/丨2/05修正替換頁 >23.如申請專利範圍第20項所述之半導體元件模組, /、_ Λ半導體元件係形成一半導體元件封裝結構。 24. 如申請專利範圍第2〇項所述之半導體元件模組, 其中該半導體元件係設置於__承㈣上,該承載器設有二 電極接腳’每—該些電極接腳係接合於該焊塾。 25. 如申請專利範圍第24項所述之半導體元件模组, 其中該承载it係-導電支架(Lead Frame)。 '如申請專利範圍帛20項所述之半導體元件模組, 其令該半導體元件的至少_電極係接合於該焊墊。 27.如申4專利|&圍第2G項所述之半導體元件模組, 其中該承載基板係—印刷電路板(Printed eireuit board ; PCB)。 如U利範®第2G項所述之半導體元件模組, 其中該承載基板係-軟性印刷電路板ρΗηΜ Circuits ; FPC)。 及如申請專利範圍第2〇項所述之半導體元件模組, t / W基板係具有金屬核心的印刷電路板(跑ai Core PCB ; MCPCB) ° 18 1362094 2011/12/05修正替換頁 如.如申請專利範圍第2〇項所述之半導體元件模組, 其中该基板主體的材料_—和以^)熱固 !·生樹月曰材料、環氧樹脂、陶究或有機玻璃纖維。 31.如申請專利範圍第2〇項所述之半導體元件模組, 其中該基板主體具有—複合結構,且該複合結構係由導電 材料與電性絕緣材料所組成。 盆32.θ如申請專利範圍第20項所述之半導體元件模組, 其中該焊塾之表面塗佈有機保焊劑(Organic Solderability Preservatives) 〇 33.如申請專利範圍第2〇項所述之半導體元件模組, 其中該焊墊之表面電鍍有鎳金。 34_如申請專利範圍第2〇項所述之半導體元件模組, 更至少包含: ' 方;fcp屢形成於該基板主體的該表面上,且形成於 該焊墊之外。 ' 35·如申請專利範圍第34項所述之半導體元件模組, 其中該防焊層的材料為綠漆(Solder mask or Solder Resist)。 36.如申請專利範圍第2〇項所述之半導體元件模組, 其中该焊墊係呈L形平面結構。 丄 2011/12/05修正替換頁 37.如申請專利範圍第2〇項所述之半導體元件模組, ,、中該焊墊係呈匸形平面結構。 盆8.如申呀專利範圍第20項所述之半導體元件模組, ’、中該第二寬度相較於該第一寬度的比例係小於等於〇8。 39.如申請專利範圍第2〇項所述之半導體元件模組, /、中該焊塾之面積相較於兮眚d 权π 3貫際接合區域之面積的比例係 貫質介於1.1與2.5之間。 4〇. 一種發光二極體模組,至少包含 至少一發光二極體;以及 一承載基板,用以承載該發光二極體, 板至少包含:
其中該承載基 一基板主體;以及 至少一焊墊,形成於該基板主體的一表面 上,其中該焊塾在一方向上具有一第—寬度和一 第一寬度,該第一寬度係大於該第二寛度,且該 焊塾至少包含有一實際接合區域,用以直接承载 該發先二極體’該實際接合區域在該方向 度係實質接近於該第二寬度。 的見
4!.如申請專利範圍第4〇項所述之發光二 中該發光二極體係形成一發光二極體封裝結構。、 20 1362094 201丨/12/05修正替換頁 42.如申請專利範圍第40項所述之發光二極體模組, 其中該發光二極體係設置於一承載器上,該承載器設有二 電極接腳,每一該些電極接腳係接合於該焊墊。 43.如申請專利範圍第42項所述之發光二極體模組, 其中該承载器係一導電支架(Lead Frame)。
44.如申請專利範圍第40項所述之發光二極體模組, 其中該發光二極體的至少一電極係接合於該焊墊。 45.如申請專利範圍第40項所述之發光二極體模組, 其中該承載基板係一印刷電路板(Printed circuit board ; PCB) °
46.如申請專利範圍第40項所述之發光二極體模組, 其中該承載基板係一軟性印刷電路板(Flexible Printed Circuits ; FPC)。 47.如申請專利範圍第40項所述之發光二極體模組, 其中該承載基板係一具有金屬核心的印刷電路板(Metal Core PCB ; MCPCB)。 48.如申請專利範圍第40項所述之發光二極體模組, 其中該基板主體的材質為BT(Bismaleimide Triazine)熱固 21 2011/12/05修正替換頁 t祕月曰材料、環氡樹脂、陶究或有機玻璃纖維。 49·如申請專利範圍第40項所述之發光二極體模組, -中該基板主體具有一複合結構,S該複合結構係由導電 材料與電性絕緣材料所組成。 5〇.如申睛專利範圍第40項所述之發光二極體模組, 八中該焊塾之表面塗佈有機保焊劑(Organic Solderability Preservatives)。 51 ·如申凊專利範圍第4〇項所述之發光二極體模組, 其中該焊墊之表面電鍍有鎳金。 52. 如申請專利範圍第4〇項所述之發光二極體模組, 更至少包含: 一防焊層,形成於該基板主體的該表面上,且形成於 該焊墊之外。 53. 如申請專利範圍第52項所述之發光二極體模組, 其中該防坏層的材料為綠漆(Solder mask or Solder Resist)。 54. 如申請專利範圍第4〇項所述之發光二極體模組, 其中該焊墊係呈L形平面結構。 55,如申請專利範圍第4〇項所述之發光二極體模組, 1362094 201丨/12/05修正替換頁 其中該焊墊係呈C形平面結構。 :56.如申印專利範圍第40項所述之發光二極體模組, S t又相較於該第-寬度的比例係小於等於〇·8。 57.如申4專利範圍第4〇項所述之發光二極體模組, 其中該焊塾之面藉 — 、相較於該實際接合區域之面積的比例係 實質介於1.1肖2.5之間。 種發光二極體模組,至少包含: 至y發光一極體;以及 承載基板,用以承載該發光二極體,其中該承載基 板至少包含: 一基板主體;以及 至少一焊墊,形成於該基板主體的一表面上,其 中°玄焊塾在一方向上具有一第—寬度和-第二寬度, 該第一寬度係大於該第二寬度,且該焊墊至少包含: 一實際接合區域,用以直接承載該發光二極 體,其中至少部份之該實際接合區域係位於該焊 塾具有該第二寬度之一區域内;以及 、至少一焊料流動區域,形成於該實際接合區 域的至少一側,藉以允許一焊料在熔融狀態時於 該焊料流動區域内流動。 59·如申請專利範圍第58項所述之發光二極體模組, 23 1362094 201丨/12/05修正替換頁 其中該發光二極體係形成一發光二極體封裝結構。 6〇.如申請專利範圍第58項所述之發光二極體模組, 其中該發光:極體係設置於—承載器上,該承載器設有二 電極接腳,每-該些電極接腳係接合於該焊墊。 61. 如申請專利範圍第6〇項所述之發光二極體模組, 其中該承载器係一導電支架(Lead Frame) ^ 62. 如申請專利範圍第58項所述之發光二極體模組, 其中該發光二極體的至少一電極係接合於該焊墊。 63·如申請專利範圍第58項所述之發光二極體模組, 其中該承載基板係一印刷電路板(printed circuit b〇ard ; PCB)。 64. 如申請專利範圍第58項所述之發光二極體模組, 其中該承載基板係一軟性印刷電路板(Flexible printed Circuits ; FPC)。 65. 如申請專利範圍第58項所述之發光二極體模組, 其中該承載基板係一具有金屬核心的印刷電路板(Metal Core PCB ; MCPCB)。 66. 如申請專利範圍第58項所述之發光二極體模組, 24 1362094 2011/12/05修正替換頁 ’、中§ 土板主體的材質為BT(Bismaleimide Triazine)熱固 性Μ 5曰材料、環氧樹脂陶瓷或有機玻璃纖維。 67. 如申請專利範圍第58項所述之發光二極體模組, 其中該基板主體具有一複合結構,且該複合結構係由導電 材料與電性絕緣材料所組成。 68. 如申请專利範圍第%項所述之發光二極體模組, '、中°玄知塾之表面塗佈有機保焊劑(Organic Solderability Preservatives)。 69. 如申請專利範圍第58項所述之發光二極體模組, 其中該焊墊之表面電鍍有鎳金。 70·如申請專利範圍第58項所述之發光二極體模組, 更至少包含: 一防焊層,形成於該基板主體的該表面上,且形成於 該焊墊之外。 71. 如申請專利範圍第70項所述之發光二極體模組, 其中該防沣層的材料為綠漆(Solder mask or Solder Resist)。 72. 如申請專利範圍第58項所述之發光二極體模組, 其中該焊塾係呈L形平面結構。 25 2011/12/05修正替換頁 2011/12/05修正替換頁 73.如 其中該焊二:=項所述之發光二極體, 74. 如申請專利範圍第58項所述之發光二極體模組, 該第二寬度相較於該第一寬度的比例係小於等於0.8。 75. 如申請專利範圍第5g項所述之發光二極體模組, 其中該~塾之面積相較於該實際接合區域之面積的比例係 實質介於1.1與2.5之間。
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