TWI458133B - 基板 - Google Patents

Description

基板

本發明是有關於一種基板，且特別是有關於一種適於與發光二極體晶片共晶接合之基板。

在環保意識高漲的今日，人們除了積極地尋找再生能源之外，亦不斷地投入節能產品的開發。以照明產品為例，一種節能環保的光源，即發光二極體(light emitting diode，LED)晶片，已被開發出來。發光二極體晶片藉由在P-N接面中重組電子與電洞來發光。相較於傳統光源，發光二極體晶片具有低消耗功率(power consumption)及長壽命等優點，因此已被廣泛地運用在各領域中。

發光二極體晶片是一種電流驅動元件，其需藉由適當的驅動電路驅動之。一般而言，發光二極體晶片會封裝於具有驅動電路的基板上。發光二極體晶片封裝於基板上的技術主要可分為打線技術(wire bonding)與覆晶(flip-chip)技術。打線技術是將發光二極體晶片利用銀膠或是共晶技術將發光二極體晶片背面固定於基板上，再利用打線的方式讓發光二極體晶片利用金屬線與基板上的連結點連接。覆晶技術，也稱倒晶封裝法，是將發光二極體晶片正面與基板利用金球或共晶技術固定於基板上。上述共晶技術是將發光二極體晶片正/背面蒸鍍或溅鍍上一層共晶焊料(eutectic solder)。接著，在基板的焊墊上鍍上一層黃金。然後，將基板置於加熱板上加熱至共晶焊料的熔點之後，再將發光二極體晶片壓合於焊墊上並使焊墊上之黃金與發光二極體晶片上的共晶焊料結合在一起。之後，將基板之溫度下降至共晶焊料的熔點之下，而使共晶焊料固化，即完成固晶(die bonding)作業。然而，為增加發光二極體晶片的光利用效率，習知基板的最外層多設有金屬反射層。當發光二極體晶片以上述之共晶技術進行封裝時，基板之金屬反射層會曝露在高溫的環境中，而易與外界氣體作用，進而發生氧化的問題。

本發明提供一種基板，其可改高溫製程中金屬反射層易被氧化的問題。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明之一實施例提出一種基板，其包括基底、金屬反射層以及抗氧化層。基底具有相對之第一表面與第二表面。金屬反射層配置於基底之第一表面上。抗氧化層覆蓋金屬反射層。金屬反射層位於抗氧化層與基底的第一表面之間。至少一發光二極體晶片或是一覆晶式發光二極體晶片適於配置於基板上。

在本發明之一實施例中，上述之金屬反射層具有第一線路結構以及與第一線路結構連接之多個第一接墊。抗氧化層曝露出第一接墊，發光二極體晶片透過導線與第一接墊電性連接，進而與第一線路結構電性連接，而覆晶式發光二極體晶片則是透過第一接墊與第一線路結構電性連接。

在本發明之一實施例中，上述之基板可進一步包括導電層。所述之導電層配置於基底之第一表面與金屬反射層之間，且導電層具有第二線路結構以及與第二線路結構連接之多個第二接墊。抗氧化層以及金屬反射層曝露出第二接墊，發光二極體晶片透過導線與第二接墊電性連接，進而與第二線路結構電性連接，而覆晶式發光二極體晶片透過第二接墊與第二線路結構電性連接。

在本發明之一實施例中，上述之發光二極體晶片/覆晶式發光二極體晶片發出光束。部份之光束傳遞至抗氧化層且被抗氧化層反射而遠離基底。

在本發明之一實施例中，上述之抗氧化層為分散式布拉格反射層(distributed Bragg reflector，DBR)。

在本發明之一實施例中，上述之抗氧化層包括多個高折射率層以及多個低折射率層，其中高折射率層與低折射率層交替堆疊，每一高折射率層或低折射率層的光穿透度高於92%。

在本發明之一實施例中，上述之高折射率層之折射率大於或等於2，而低折射率層之折射率小於或等於1.7。

在本發明之一實施例中，上述之高折射率層之材料是選自於：矽(Si)、五氧化二鉭(Ta₂ O₅ )、二氧化鈦(TiO₂ )、五氧化三鈦(Ti₃ O₅ )或五氧化二鈮(Nb₂ O₅ )，而低折射率層之材料是選自於：二氧化矽(SiO₂ )或氟化鎂(MgF₂ )。

在本發明之一實施例中，上述之基底之第一表面的粗糙度(roughness)小於0.3微米。

在本發明之一實施例中，上述之金屬反射層的材質是選自於：銀、鋁、金、銅或其組合。

在本發明之一實施例中，上述之抗氧化層的材質是選自於：矽(Si)、五氧化二鉭(Ta₂ O₅ )、二氧化鈦(TiO₂ )、五氧化三鈦(Ti₃ O₅ )、五氧化二鈮(Nb₂ O₅ )、二氧化矽(SiO₂ )、氟化鎂(MgF₂ )或其組合。

基於上述，本發明一實施例之基板藉由在金屬反射層上配置抗氧化層，而使得金屬反射層在高溫製程中不易發生氧化的問題。本發明一實施例之抗氧化層除了具有防止金屬反射層氧化的功能外，同時還兼具反射光束之功效。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

第 一實施例

圖1為本發明第一實施例之基板的剖面示意圖。請參照圖1，至少一覆晶(flip chip)式發光二極體晶片200適於配置於本實施例之基板100上。在圖1中繪示一個覆晶式發光二極體晶片200作為代表，然而本發明之基板並不限制其可承載之覆晶式發光二極體晶片的數量。換言之，本發明之基板100可承載多個覆晶式發光二極體晶片200。在本實施例中，覆晶(flip chip)式發光二極體晶片200包括第一型摻雜半導體層202、第二型摻雜半導體層204、發光層206、第一電極208以及第二電極210。發光層206配置於第一型摻雜半導體層202與第二型摻雜半導體層204之間。第一電極208與第二電極210分別配置於第一型摻雜半導體層202與第二型摻雜半導體層204上。第一電極208與第二電極210面向基板100，並透過固晶結構300與基板100連接。

在本實施例中，第一型摻雜半導體層202例如為N型半導體層，而第二型摻雜204半導體層例如為P型半導體層。發光層206例如為氮化鎵(gallium nitride,GaN)層與氮化銦鎵(indium gallium nitride,InGaN)層交替堆疊的多重量子井結構(Multiple Quantum Well，MQW)。第一電極208與第二電極210之材質為導電材料可選自於金、銀、鉑、銅、鉻、鋁、其他導電材料及其組合，但本發明不以上述為限。

本實施例之基板100包括基底102、金屬反射層104以及抗氧化層106。基底102具有相對之第一表面102a與第二表面102b。在本實施例中，第一表面102a的粗糙度(roughness)可小於0.3微米，以使金屬反射層104可平整地舖設於第一表面102a上進而達到良好的之反射功能。值得一提的是，當第一表面102a的粗糙度越小時，金屬反射層104的反射效果越佳。舉例而言，當第一表面102a的粗糙度達到0.01微米以下時，金屬反射層104則可呈現鏡面反射的效果。在本實施例中，基底102之材質可為陶瓷(ceramic)、藍寶石(sapphire)、矽(Si)或碳化矽(SiC)，但本發明不以上述為限。

本實施例之金屬反射層104配置於基底102的第一表面102a上。在本實施例中，金屬反射層104除了可反射覆晶式發光二極體晶片200所發出之部份光束L而使其遠離基底102之外，金屬反射層104本身亦可為線路層。詳言之，本實施例之金屬反射層104可具有線路結構104a以及與線路結構104a連接的多個接墊104b，其中接墊104b被抗氧化層106所曝露。覆晶式發光二極體晶片200可透過接墊104b與線路結構104a電性連接。在本實施例中，金屬反射層104對於覆晶式發光二極體晶片200所發出之部份光束L之反射率高於90%，其材質可選自於銀、鋁、金、銅或其組合。

本實施例之抗氧化層106覆蓋金屬反射層104，而金屬反射層104位於抗氧化層106與基底102的第一表面102a之間。在本實施例中，抗氧化層106之材質可選自於矽(Si)、五氧化二鉭(Ta₂ O₅ )、二氧化鈦(TiO₂ )、五氧化三鈦(Ti₃ O₅ )、五氧化二鈮(Nb₂ O₅ )、二氧化矽(SiO₂ )、氟化鎂(MgF₂ )或其組合。值得一提的是，由於本實施例之抗氧化層106覆蓋了金屬反射層104，因此當覆晶式發光二極體晶片200以共晶製程(製程溫度約攝氏280度)與基板100接合時，金屬反射層104不易與外界氣體接觸而發生氧化或遷移的問題。如此一來，在共晶製程完成後，金屬反射層104便可保有原本之良好的反射特性，進而提高覆晶式發光二極體晶片200之光利用效率。

值得特別注意的是，本實施例之抗氧化層106除了具有防止金屬反射層氧化的功能外，同時還兼具反射光束的功效。覆晶式發光二極體晶片200所發出之部份光束L可能會朝向往基板100的方向傳遞，而無法被使用者所利用。然而，本實施例之抗氧化層106反射光束L，而使光束L往遠離基板100的方向行進，進而提高覆晶式發光二極體晶片200的光利用效率。具體而言，相較於習知技術中僅具金屬反射層的基板，本實施例之抗氧化層106可將基板100之反射率由90%提升至98%以上。

圖2為圖1之抗氧化層106的放大示意圖。請參照圖2，舉例而言，本實施例之抗氧化層106可為分散式布拉格反射層(distributed Bragg reflector，DBR)。更進一步地說，本實施例之抗氧化層106包括多個高折射率層106a以及多個低折射率層106b，其中高折射率層106a與低折射率層106b可交替堆疊，每一高折射率層106a或低折射率層106b的光穿透度均高於92%。在本實施例中，高折射率層106a之折射率可大於或等於2，而低折射率層106b之折射率可小於或等於1.7。高折射率層106a之材料是可選自於矽(Si)、五氧化二鉭(Ta₂ O₅ )、二氧化鈦(TiO₂ )、五氧化三鈦(Ti₃ O₅ )或五氧化二鈮(Nb₂ O₅ )，而低折射率層106b之材料可選自於二氧化矽(SiO₂ )或氟化鎂(MgF₂ )。另外，若覆晶式發光二極體晶片200所發出之光束L之中心波長為λ，則每一高折射率層106a之厚度D1以及每一低折射率層106b之厚度D2可設計為λ/4，而使本實施之抗氧化層106的反射效果佳。但本發明不以上述為限，在其他實施例中，抗氧化層106亦可是單一材質的抗氧化層，或採用其他適當的結構。

值得一提的是，圖1中是以覆晶式發光二極體晶片200與本實施例之基板100接合為示例。但，本發明並不特別限定與基板接合之發光二極體晶片的種類。圖3示出本發明第一實施例之基板與另一種形式之發光二極體晶片接合的情形。請參照圖3，舉例而言，本實施例之基板100亦可與打線式(wire bonding)發光二極體晶片400接合。發光二極體晶片400可透過導線410(材質例如為金屬)與金屬反射層104之接墊104b與金屬反射層104之線路結構104a電性連接。另一方面，打線式發光二極體晶片400之背面400a可透過固晶結構300與抗氧化層106連接，進而使打線式發光二極體晶片400固定在基板100上。

第二實施例

圖4為本發明第二實施例之基板的剖面示意圖。請參照圖4，本實施例之基板100A與第一實施例之基板100類似。因此與圖1相同的元件以相同的符號表示。兩者相異之處僅在於本實施例之線路結構與接墊並非製作在金屬反射層104中，而是製作於位於第一表面102a與金屬反射層104之間的導電層108中。以下就兩者相異之處做說明，相同之處便不再重述。

請參照圖4，至少一覆晶式發光二極體晶片200適於配置於本實施例之基板100A上。本實施例之基板100A包括基底102、金屬反射層104以及抗氧化層106。基底102具有相對之第一表面102a與第二表面102b。金屬反射層104配置於基底102之第一表面102a上。抗氧化層106覆蓋金屬反射層104，而金屬反射層104位於抗氧化層106與基底102的第一表面102a之間。

與第一實施例不同的是，本實施例之基板100A可進一包括導電層108。本實施例之導電層108配置於基底102之第一表面102a與金屬反射層104之間。此外，本實施例之基板100A可進一包括絕緣層110，絕緣層110配置於導電層108與金屬反射層104之間，而使導電層108與金屬反射層104電性絕緣。本實施例之導電層108具有線路結構108a與多個接墊108b，其中抗氧化層106、金屬反射層108以及絕緣層110曝露出接墊108a。。覆晶式發光二極體晶片200透過接墊108b與線路結構108a電性連接。本實施例之基板100A與第一實施例之基板100具有類似之功效及優點，於此便不再重述。

值得一提的是，圖4中是以覆晶式發光二極體晶片200與本實施例之基板100A接合為示例。但，本發明並不特別限定與基板接合之發光二極體晶片的種類。圖5示出本發明第二實施例之基板與另一種形式之發光二極體晶片接合的情形。請參照圖5，舉例而言，本實施例之基板100A亦可與打線式(wire bonding)發光二極體晶片400接合。發光二極體晶片400可透過導線410(材質例如為金屬)與導電層108之接墊108b與導電層108之線路結構108a電性連接。另一方面，打線式發光二極體晶片400之背面400a可透過固晶結構300與抗氧化層106連接，進而使打線式發光二極體晶片400固定在基板100A上。

綜上所述，本發明一實施例之基板藉由在金屬反射層上配置抗氧化層，而使得金屬反射層於共晶製程中不易發生氧化的問題。本發明一實施例之抗氧化層除了具有防止金屬反射層氧化的功能外，同時還兼具反射光束之功效。本發明一實施例之抗氧化層可將覆晶式發光二極體晶片所發出的部分光束反射往向遠離基板的方向，進而提高覆晶式發光二極體晶片的光利用效率。

雖然本發明已以覆晶式發光二極體晶片當作實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，正面或是背面共晶固晶等技術領域均屬本發明之保護範圍。任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、100A．．．基板

102．．．基底

102a、102b．．．基底之表面

104．．．金屬反射層

104a、108a．．．線路結構

104b、108b．．．接墊

106．．．抗氧化層

106a．．．高折射率層

106b．．．低折射率層

108．．．導電層

110．．．絕緣層

200．．．覆晶式發光二極體晶片

202．．．第一型摻雜半導體層

204．．．第二型摻雜半導體層

206．．．發光層

208、210．．．電極

300．．．固晶結構

400．．．打線式發光二極體晶片

400a．．．背面

410．．．導線

D1、D2．．．厚度

L．．．光束

圖1為本發明第一實施例之基板的剖面示意圖。

圖2為圖1之抗氧化層的放大示意圖。

圖3示出本發明第一實施例之基板與另一種形式之發光二極體晶片接合的情形。

圖4為本發明第二實施例之基板的剖面示意圖。

圖5示出本發明第二實施例之基板與另一種形式之發光二極體晶片接合的情形。

100．．．基板

102．．．基底

102a、102b．．．基底之表面

104．．．金屬反射層

104a．．．線路結構

104b．．．接墊

106．．．抗氧化層

200．．．覆晶式發光二極體晶片

202．．．第一型摻雜半導體層

204．．．第二型摻雜半導體層

206．．．發光層

208、210．．．電極

300．．．固晶結構

L．．．光束

Claims (16)

1. 一種基板，至少一覆晶式發光二極體晶片適於配置於該基板上，該基板包括：一基底，具有相對之一第一表面與一第二表面；一金屬反射層，配置於該基底之該第一表面上，其中該金屬反射層具有一第一線路結構以及與該第一線路結構連接之多個第一接墊；以及一抗氧化層，覆蓋該金屬反射層的該第一線路結構且曝露出該些第一接墊，而該金屬反射層位於該抗氧化層與該基底的該第一表面之間，其中該覆晶式發光二極體晶片透過該些第一接墊與該第一線路結構電性連接，而該金屬反射層曝露出該基底的該第一表面的一部分，且該抗氧化層覆蓋且直接連接該基底的該第一表面的該部分。
2. 如申請專利範圍第1項所述之基板，其中該覆晶式發光二極體晶片適於發出一光束，部份之該光束傳遞至該抗氧化層，且被該抗氧化層反射而遠離該基底。
3. 如申請專利範圍第2項所述之基板，其中該抗氧化層為一分散式布拉格反射層。
4. 如申請專利範圍第3項所述之基板，其中該抗氧化層包括多個高折射率層以及多個低折射率層，其中該些高折射率層與該些低折射率層交替堆疊。
5. 如申請專利範圍第4項所述之基板，其中該高折射率層之折射率大於或等於2，而該低折射率層之折射率小於或等於1.7。
6. 如申請專利範圍第4項所述之基板，其中該高折射率層之材料是選自於：矽、五氧化二鉭、二氧化鈦、五氧化三鈦或五氧化二鈮，而該低折射率層之材料是選自於：二氧化矽或氟化鎂。
7. 如申請專利範圍第1項所述之基板，其中該基底之該第一表面的粗糙度小於0.3微米。
8. 如申請專利範圍第1項所述之基板，其中該抗氧化層之材質是選自於：矽、五氧化二鉭、二氧化鈦、五氧化三鈦、五氧化二鈮、二氧化矽、氟化鎂或其組合。
9. 一種基板，至少一發光二極體晶片適於配置於該基板上，該基板包括：一基底，具有相對之一第一表面與一第二表面；一金屬反射層，配置於該基底之該第一表面上；以及一抗氧化層，覆蓋該金屬反射層，而該金屬反射層位於該抗氧化層與該基底的該第一表面之間，其中該金屬反射層具有一第一線路結構以及與該第一線路結構連接之多個第一接墊，該抗氧化層覆蓋該第一線路結構且曝露出該些第一接墊，而該發光二極體晶片透過導線與該第一接墊電性連接，該金屬反射層曝露出該基底的該第一表面的一部分，且該抗氧化層覆蓋且直接連接該基底的該第一表面的該部分。
10. 如申請專利範圍第9項所述之基板，其中該發光二極體晶片適於發出一光束，部份之該光束傳遞至該抗氧化層並被該抗氧化層反射而遠離該基底。
11. 如申請專利範圍第9項所述之基板，其中該抗氧化層為一分散式布拉格反射層。
12. 如申請專利範圍第11項所述之基板，其中該抗氧化層包括多個高折射率層以及多個低折射率層，其中該些高折射率層與該些低折射率層交替堆疊。
13. 如申請專利範圍第12項所述之基板，其中該高折射率層之折射率大於或等於2，而該低折射率層之折射率小於或等於1.7。
14. 如申請專利範圍第12項所述之基板，其中該高折射率層之材料是選自於：矽、五氧化二鉭、二氧化鈦、五氧化三鈦或五氧化二鈮，而該低折射率層之材料是選自於：二氧化矽或氟化鎂。
15. 如申請專利範圍第9項所述之基板，其中該基底之該第一表面的粗糙度小於0.3微米。
16. 如申請專利範圍第9項所述之基板，其中該抗氧化層之材質是選自於：矽、五氧化二鉭、二氧化鈦、五氧化三鈦、五氧化二鈮、二氧化矽、氟化鎂或其組合。