CN102194965A - 化合物半导体封装结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种化合物半导体的封装结构，包含：一底座，一反射杯设置于所述底座上表面形成一容置区，至少一化合物半导体芯片设置于所述容置区，至少一导线架设置于所述底座上表面与所述反射杯的间以及延伸至所述底座下表面，一封胶填充于所述容置区并覆盖所述至少一化合物半导体芯片，所述底座四面侧壁向内倾且邻接底座下表面形成一四方锥形。再者，本发明同时提供封装结构的制造方法。
Description
技术领域
本发明是关于一种化合物半导体封装结构及其制造方法。
背景技术
化合物半导体例如发光二极管(light emitting diode，LED)与传统灯泡比较具有较大的优势，例如体积小、寿命长、省电、无水银污染等特性。因此，随着发光效率不断地提升，发光二极管在某些领域已渐渐取代日光灯与白热灯泡。举例来说，需要高速反应的扫描仪光源、液晶显示器的背光源、汽车的仪表板照明光源、交通号志灯以及一般的照明装置等都已应用发光二极管。习知发光二极管使用环氧树脂做为封胶材料。封胶制程通常是以射出成型、转移成型或铸造方式完成。固化环氧树脂封胶具有相对高的硬度，其提供刮伤与磨耗阻力、高刚性、及高初始光传导性。传统封胶LED组件具有各种尺寸与类型，如卵形LED灯、圆形LED灯、芯片LED及塑料引脚芯片承载器(Plastic Leaded ChipCarrier；PLCC)封装。
图1A为习知一种化合物半导体封装结构的俯视图，图1B为图1A沿A至A’的截面图。请参照图1A与图1B，习知化合物半导体封装结构100包括一底座124、一反射杯122、一导线架110、与一化合物半导体芯片130。导线架110包括一第一导脚112与一第二导脚114，而部分的第一导脚112与第二导脚114被包覆于底座124与反射杯122的间。反射杯122位于底座124的上侧并围绕形成一容置区120。化合物半导体芯片130配置于容置区120内，且以金属导线116将化合物半导体芯片130分别电性连接至第一导脚112与第二导脚114。另外，底座124、反射杯122、容置区120、第一导脚112及第二导脚114即形成一化合物半导体的封装壳体。
前述化合物半导体封装壳体的形成可藉由图2为习知一种化合物半导体封装壳体模具说明。模具200具有一方形模穴224即形成一底座124，其中包含一胶体注入口240。相对于方形模穴224为一环形模穴222即形成一反射杯122及一容置区120。前述方形模穴224与环形模穴222的间夹着第一金属片212与第二金属片214做为导线架110并延伸出模具200，且彼此保持一间距以防止电性短路。在灌胶及脱模的后，第一金属片212与第二金属片214由底座两侧往相对于反射杯122方向延伸，并且弯折贴附于底座124底部，形成第一导脚112及第二导脚114。
然而第一导脚112、第二导脚114与底座124两侧边紧邻的结构易有结构变形的问题发生，进而影响成品的整体结构与寿命。习知技艺为避免第一导脚112及第二导脚114与底座124弯折的弯角处产生应力，或保留提供给各延伸导脚弯折过程的加工空间，底座124紧临第一导脚112及第二导脚114的两侧边会加以内缩设计。参阅图3A可理解习知封装壳体的底座324紧临第一导脚312及第二导脚314的转折处留有一间隙318。另外，为进一步了解前述封装壳体底座部的外形，参考图3B为图3A习知封装壳体底座的截面图以及图3C为图3A习知封装壳体底座的仰视图。从图3B仅能表现出前述封装壳体的底座324内缩的两侧边，同时配合图3C的仰式图可以表现出前述封装壳体的底座另两侧边为垂直面，其中D所指的为前述封装壳体底座的底面部。C和C’所指的为前述封装壳体底座内缩的两侧边，E所指的为前述封装壳体底座垂直的两侧边。
不过，近来于该等PLCC的化合物半导体封装结构，为了增加封装壳体的耐热性，进一步改善铸模的塑料并且在塑料中添加陶瓷粉末。另外，为提高化合物半导体封装结构的发光效率，在塑料中更混掺非导电金属氧化物粉料，例如氧化镁、氢氧化镁、二氧化钛等，以增加封装壳体表面的光反射效果。由于混合的塑料成分中无机材料比例增加，前述形成封装壳体的作法将使铸模成型的技术难度增加，尤其是在成型后的脱模难度增加，影响成型成品的良率。参酌另一种习知模具400，如图4。塑料由底座424的注入口440注入，习知封装壳体结构对于底座424紧临导脚弯折两侧壁的内缩设计亦有利于封装壳体自模具中脱出，不过随着塑料无机材料的的增加该结构设计对脱模帮助仍为有限。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种具有良好光反射率的化合物半导体的封装结构及其制造方法。
一种化合物半导体的封装结构，包含：一底座，一反射杯设置于所述底座上表面形成一容置区，至少一化合物半导体芯片设置于所述容置区，至少一导线架设置于所述底座上表面与所述反射杯的间以及延伸至所述底座下表面，一封胶填充于所述容置区并覆盖所述至少一化合物半导体芯片，所述底座四面侧壁向内倾且邻接底座下表面形成一四方锥形。
更提供一种化合物半导体封装结构的制造方法，包含：提供一模具，其具有四方锥形第一模穴及一自所述第一模穴的一侧延伸的环形第二模穴，其中所述第一模穴含有一注入口；放置多片金属片位于所述第一模穴与所述第二模穴的间，其中所述多片金属片的间有一间隔距离并且所述多片金属片至少有一端延伸出所述模具；由所述注入口注入塑料填充所述第一模穴及所述第二模穴；冷却该模具，所述填充于第一模穴中的塑料形成一底座，所述填充于第一模穴中的塑料形成一反射杯，所述反射杯于所述底座一侧围设一容置区；打开该模具并且顶出所述底座及反射杯的一体成型结构；弯折所述多片金属片的延伸端贴附于该底座下表面以形成一导线架；固定至少一化合物半导体芯片于所述容置区；填充一封胶于所述容置区以及覆盖所述至少一化合物半导体芯片。
因此，本发明化合物半导体封装结构可提高化合物半导体封装结构之制造良率，降低制造成本，本发明的化合物半导体封装结构制造方法可提高化合物半导体封装结构之光反射率以提高化合物半导体封装结构之出光效率。
下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1A为习知一种化合物半导体封装结构的俯视图；
图1B为图1A习知一种化合物半导体封装结构的A至A’截面图；
图2为习知一种化合物半导体封装结构的模具；
图3A为习知另一种化合物半导体封装结构的封装壳体的截面图；
图3B为图3A封装壳体的底座的截面图；
图3C为图3A封装壳体的底座的仰视图；
图4为习知另一种习知封装壳体的模具结构；
图5A为本发明化合物半导体的封装结构的俯视图；
图5B为本发明化合物半导体的封装结构图5A的B至B’截面图；
图5C为本发明化合物半导体的的封装壳体的截面图；
图5D为本发明化合物半导体的封装壳体的仰视图；
图5E及图5F系为本发明化合物半导体封装结构的封装壳体的底座的仰视图；
图6系为化合物半导体封装结构的制造流程图。
主要元件符号说明
习知化合物半导体封装结构 100
导线架 110
导线 116
第一导脚 112
第二导脚 114
容置区 120
反射杯 122
底座 124
化合物半导体芯片 130
习知模具 200
第一金属片 212
第二金属片 214
环形模穴 222
方形模穴 224
注入口 240
第一导脚 312
第二导脚 314
间隙 318
底座 324
习知模具 400
注入口 440
底座 424
化合物半导体封装结构 500
导线架 510
第一导脚 512
第二导脚 514
导线 516
封装壳体 520
反射杯 522
底座 524
化合物半导体芯片 530
容置区 570
第一内倾角 582
第二内倾角 584
胶 590
具体实施方式
本发明在此所探讨的方向为一种化合物半导体封装结构及其制造方法。为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成。显然地，本发明的施行并未限定于化合物半导体的封装结构及其制造方法的技艺者所熟习的特殊细节。另一方面，众所周知的组成或步骤并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述的外，本发明还可以广泛地施行在其它的实施例中，且本发明的范围不受限定，其以的后的专利范围为准。
本发明提供一实施例为一种化合物半导体封装结构500，请参考图5A为本发明化合物半导体的封装结构的俯视图、图5B为本发明化合物半导体的封装结构图5A的B至B’截面图以及图5C为本发明化合物半导体封装壳体截面图。化合物半导体封装结构500包括一封装壳体520，一化合物半导体芯片530设置于封装壳体520中以及一封胶590覆盖于化合物半导体芯片530。封装壳体520包含一底座524、一反射杯522、一导线架510，其中导线架510更包含第一导脚512及一第二导脚514。底座524四面侧壁向内倾且邻接底面部形成似四方锥形。反射杯522围绕于底座524上表面形成一容置区570。在实施例中形成底座524及反射杯522的塑料可为聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚邻苯二甲酰胺酯(Polyphthalamide，PPA)、聚对苯二甲酸丁二醇(Polybutylene Terephthalte，PBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate，PMMA)，或是其它以的热塑性树脂等。前述塑料可添加非导电金属氧化物，例如氧化镁、氢氧化镁、二氧化钛等材料增加反射率同时提高组件的出光效率。化合物半导体芯片530可为发光二极管、激光二极管或是光感测晶粒等。封胶590的胶材可为环氧树脂(epoxy)、硅胶(silicone)或氮化物(nitride)等透明胶。再者，前述透明胶材可以掺杂荧光转换材料使得本实施例化合物半导体封装结构500可以产生白光或是其它所需的颜色。前述的荧光转换材料可为钇铝石榴石(YAG)、铽铝石榴石(TAG)、硫化物(sulfide)、磷化物(phosphate)、氮氧化物(oxynitride)、硅酸盐类(silicate)。另外，利用金属导线516将化合物半导体芯片530与导线架510进行电性连接。
图5D系为本发明化合物半导体的封装结构的仰视图，导线架510贴合底座524上表面并延伸至底座524的下表面形成第一导脚512及第二导脚514，做为化合物半导体的封装结构电性连接的功能。导线架510为金属材质，例如为银(Ag)或是铝(Al)等可导电材料。再者，请参考图5E及图5F系为本发明化合物半导体封装结构底座524的结构。由图5E所示，底座524四面侧壁向内倾，同时参考图5B和5C，其第一内倾角582(注：底座524底面部和侧壁间的夹角)大于95°，与第一内倾角α相对的第二内倾角584亦大于95°，其它二相对内倾角如β亦大于95°。邻接底面部形成似四方锥形。底座524除了图5E结构外，亦可为图5F所示的结构，将直角改为圆弧状。
本发明的发光二极管封装结构除了可节省塑料的使用量外，另外在塑料中添加较高含量的非导电金属氧化物例如氧化镁、氢氧化镁、二氧化钛等提高组件的出光效率。
为提高非导电金属氧化物在塑料中的含量以提高组件的出光效率，在制程中更容易完整脱模而使得封装壳体的制程良率提高，本发明同时提供一种化合物半导体封装结构的制造方法，请参考图6系为化合物半导体封装结构的制造流程图。
第一步骤602，提供一模具包含一注入口。前述模具包含一第一模穴以及一相对于第一模穴的第二模穴，其中前述第一模穴含有一注入口。前述第一模穴具有一似四方锥形的模型空间形成一底座，该第二模穴具有一曲面空间形成反射杯。前述模具使用金属材料可增加模具的硬度及耐热程度，使得模具耐用而且不会因高温而变形。
第二步骤604，复数个金属片置于前述第一模穴与前述第二模穴的间，其中前述复数个金属片彼此的间有一间隔距离且至少有一端延伸出前述模具。
第三步骤606，填充塑料。经由前述第一步骤的注入口注入塑料至模具里。前述塑料可为聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚邻苯二甲酰胺酯(Polyphthalamide，PPA)、聚对苯二甲酸丁二醇(Polybutylene Terephthalte，PBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate，PMMA)，或是其它以的热塑性树脂等。再者可在塑料里添加非导电金属氧化物，例如氧化镁、氢氧化镁、二氧化钛等材料增加反射率同时提高组件的出光效率。为考虑各项机械性质测试，包含熔融指数(meltingindex，MI)、冲击强度(impact strength)、抗拉强度(tensile strength)以及热变形温度等测试，塑料的比例大约为热塑性树脂50～99重量百分比％以及非导电金属氧化物1～50重量百分比％。前述比例可依照需求调整。
第四步骤608，合模。热塑性树脂在常温下通常为颗粒状，加热到一定温度后变成熔融的状态，将其冷却后则固化成型。射出成型的原理是将热塑性树脂以定量、间歇的方式，自进料漏斗加入，送至加热管中加热使其融化后，透过活塞住或推头向前推进，经过喷嘴射入模具的模穴中。当模穴充满后，模具的冷却***将塑料冷却成固体，待降低到适当温度后，即可开模。前述开模所得的模型为一反射杯围绕出一容置区并位于一底座的一侧所形成的一体成型，然后合模继续下一个射出循环。
第五步骤610，弯折复数个金属片。经上述开模后，前述复数个金属片固定在前述底座及前述反射杯的间并延伸出前述底座及前述反射杯两侧，然后利用机械将覆数个金属片的延伸端贴附于前述底座得到复数个导脚。
第六步骤612，固晶。将至少一化合物半导体芯片设置于前述容置区。前述至少一化合物半导体芯片可为发光二极管、激光二极管或是光感测晶粒等。
第七步骤614，打线。利用金属导线将前述至少一化合物半导体芯片与复数个导脚电性连接。
第八步骤616，封胶。前述封胶胶材可为环氧树脂(epoxy)、硅胶(silicone)或氮化物(nitride)等透明胶。再者，前述透明胶材可以掺杂荧光转换材料使得化合物半导体封装结构可以产生白光或是其它所需的颜色。前述的荧光转换材料可为钇铝石榴石(YAG)、铽铝石榴石(TAG)、硫化物(sulfide)、磷化物(phosphate)、氮氧化物(oxynitfide)、硅酸盐类(silicate)。
在塑料里添加高含量的非导电金属氧化物虽然可增加发光二极管封装壳体的光反射率，但是也增加塑料的脆裂性，使得脱模不易而降低封装壳体的制造良率。
为解决上述问题，本发明在第一步骤602中的模具特别设计一似四方锥形的底座，因此前述底座的四面皆内倾，使得底座的下面积小于上面积。前述四方锥形的第一内倾角以及第二内倾角的角度大于95°。此特殊形状可减少底部面积与模具接触面，有益于后续的脱模。另外前述底座的底面角度趋于缓和，脱模时可降低缺角的情况。
再者，于第三步骤606中必控制模具预热的温度与塑料熔融的温度需要相似，这是要避免填充塑料的过程中因模具温度较低而降低熔融塑料的温度使的影响塑料的液态流动性或是提早固化，导致填充不完全。
从本发明手段与具有的功效中，可以得到本发明具有诸多的优点。首先，化合物半导体封装结构的底座为似四方锥形，一方面在金属片弯折时保留一加工空间，另一方面减少底座的厚度而提高组件的散热功能。在制程上，本发明可以提高非导电金属氧化物在塑料中的含量同时提高制程良率，亦可增加化合物半导体封装结构的反射率及降低制造成本。
显然地，依照上面实施例中的描述，本发明可能有许多的修正与差异。因此需要在其附加的权利要求项的范围内加以理解，除了上述详细的描述外，本发明还可以广泛地在其它的实施例中施行。上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的申请专利范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在下述申请专利范围内。
Claims (9)
1.一种化合物半导体的封装结构，包含：
一底座；
一反射杯设置于所述底座上表面形成一容置区；
至少一化合物半导体芯片设置于所述容置区；
至少一导线架设置于所述底座上表面与所述反射杯的间以及延伸至所述底座的下表面；
一封胶填充于所述容置区并覆盖所述至少一化合物半导体芯片；
其特征在于：化合物半导体的封装结构更包含所述底座四面侧壁向内倾且邻接底座下表面而形成一四方锥形。
2.根据权利要求1所述化合物半导体封装结构，其特征在于：所述底座的下表面和四面侧壁间的一者的夹角所界定的第一内倾角的角度，其大于95°。
3.根据权利要求1所述化合物半导体封装结构，其特征在于：所述底座的与所述第一内倾角相对的一第二内倾角的角度为大于95°，且其它二相对的内倾角度亦大于95°。
4.一种化合物半导体封装结构的制造方法，包含：
提供一模具具有四方锥形第一模穴及一自所述第一模穴的一侧延伸的环形第二模穴，其中所述第一模穴含有一注入口；
放置多片金属片位于所述第一模穴与所述第二模穴的间，其中所述多片金属片的间有一间隔距离并且所述多片金属片至少有一端延伸出所述模具；
由所述注入口注入塑料填充所述第一模穴及所述第二模穴；
冷却所述模具，所述填充于第一模穴中的塑料形成一底座，所述填充于第一模穴中的塑料形成一反射杯，所述反射杯于所述底座一侧围设一容置区；
打开所述模具并且顶出所述底座及反射杯的一体成型结构；
弯折所述多片金属片的延伸端贴附于该底座下表面以形成一导线架；
固定至少一化合物半导体芯片于所述容置区；
填充一封胶于所述容置区以及覆盖所述至少一化合物半导体芯片。
5.根据权利要求4所述的化合物半导体封装结构的制造方法，其特征在于：更包含所述模具的预热温度与所述塑料的熔融温度相似。
6.根据权利要求4所述的化合物半导体封装结构的制造方法，其特征在于：所述塑料为聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚邻苯二甲酰胺酯(Polyphthalamide，PPA)、聚对苯二甲酸丁二醇(Polybutylene Terephthalte，PB T)或聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate，PMMA)。
7.根据权利要求4所述的化合物半导体封装结构的制造方法，其特征在于：所述塑料中添加氧化镁、氢氧化镁或二氧化钛。
8.根据权利要求4所述的化合物半导体封装结构的制造方法，其特征在于：所述底座的一第一内倾角的角度为大于95°，该第一内倾角为底座相对该反射杯的表面和该底座四侧壁的一者间的夹角。
9.根据权利要求4所述的化合物半导体封装结构的制造方法，其特征在于：所述底座的与所述第一内倾角相对的一第二内倾角的角度为大于95°，且其它二相对的内倾角度亦大于95°。
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