專利名稱：發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝結(jié)構(gòu)及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管的制造及組裝領(lǐng)域，具體是以硅加工工藝為基礎(chǔ)， 將發(fā)光二極管直接倒裝于帶有反光杯的硅集成封裝結(jié)構(gòu)中的一種發(fā)光二極管倒 裝焊集成封裝結(jié)構(gòu)和制作方法。
背景技術(shù)：
氮化鎵基(GaN)發(fā)光二極管(LED)的結(jié)構(gòu)，大多是先在藍(lán)寶石(sapphire) 的基板上通過外延生長(zhǎng)多層氮化鎵(GaN)的晶體層，然后通過制造工藝在LED 芯片的P型區(qū)域及N型區(qū)域上分別引出金屬電極，如圖l-l和l-2所示，在芯 片1上形成金屬電極--P電極2和N電極3。傳統(tǒng)的LED通常的組裝方法是，將 LED芯片1用界面導(dǎo)熱材料(TIM) 4貼裝固定在封裝支架5內(nèi)，通過金線6 鍵合(Wire Bonding)連接LED'芯片上的P電極2和N電極3與封裝支架的電 極焊盤7。其中，LED芯片1的金屬電極向上，固定放置在一基板上。金線鍵 合完成后，使用高透明的樹脂將LED芯片包封起來，以保護(hù)發(fā)光器件和封裝結(jié)' 構(gòu)。
隨著LED亮度和功率的提高，封裝結(jié)構(gòu)和材料對(duì)LED的性能和使用壽命 起著至關(guān)重要的作用。大功率LED的封裝結(jié)構(gòu)對(duì)于散熱有較高要求，目前常用 的封裝結(jié)構(gòu)有兩種普通仿流明型和表面貼裝型。普通仿流明型的結(jié)構(gòu)如圖1-1 所示，支架中間是一個(gè)反光杯10，先將芯片1用界面導(dǎo)熱材料4貼裝固定在杯 中，芯片1底部直接與導(dǎo)熱金屬9接觸，可以加快散熱；通過金線6跨過反光杯，鍵合連接LED的金屬電極2、 3和支架外部電極7。這種封裝結(jié)構(gòu)可以用一 般的焊錫焊線的方法連接兩個(gè)引出電極8，也可以貼裝于金屬PCB板上再進(jìn)行 焊接。普通表面貼裝型的結(jié)構(gòu)如圖l-2所示，同樣是將芯片l貼裝固定在杯中， 金線6直接打在反光杯中的外部電極焊盤7上，然后通過金屬電連接到背面形 成電極8，其余與普通仿流明型的結(jié)構(gòu)差不多，可直接表面貼裝在PCB板上。 從目前的兩種封裝結(jié)構(gòu)看，LED芯片都是正面朝上，需要打金線連接LED芯片 和外部導(dǎo)電電極；金線的存在不僅會(huì)阻礙一部分出光，而且對(duì)后工序的封裝工 作(如熒光粉涂敷、封樹脂等)造成不便；特別是對(duì)于多芯片的封裝，芯片之 間和芯片與外部電極之間都是通過金線連接，金線數(shù)量的增加以及多個(gè)焊點(diǎn)的 可靠性就成為了多芯片組裝發(fā)展的制約。同時(shí)由于要打金線，整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)的 體積不可能做得太?。黄胀ǚ铝髅鹘Y(jié)構(gòu)有兩個(gè)杯口，本身體積就較大；而表面 貼裝型由于需要在反光杯中實(shí)現(xiàn)金線鍵合，因而要預(yù)留打線的空間，整個(gè)封裝 結(jié)構(gòu)也不可能太小。
隨LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大功率高亮度的LED的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)對(duì) LED性能要求也不斷提高。目前對(duì)于大功率LED的發(fā)展主要集中在如何進(jìn)一步 提高LED的亮度和如何更好地解決散熱問題。倒裝焊LED方案(Flip-chip LED) 是其中解決出光和散熱問題比較有效的方法之一，如圖1-3所示。倒裝焊工藝是
將LED芯片的P和N電極通過倒裝焊的形式直接連接到一個(gè)硅片襯底3上，該 襯底多采用硅襯底，也可以是其它導(dǎo)熱較好的材料。倒裝后LED從藍(lán)寶石面出 光，沒有了P和N電極擋光，出光效率提高；而且發(fā)光氮化鎵層直接通過導(dǎo)熱 較好的襯底散熱，比傳統(tǒng)的LED通過藍(lán)寶石散熱要好得多。但目前的倒裝焊LED 芯片的應(yīng)用大多還是采用上面提到的兩種封裝方式，如圖1-3所示是倒裝焊LED芯片采用普通仿流明型的封裝結(jié)構(gòu)。從中可見，這種封裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)用仍然需要
打金線，只是打金線的焊盤位置由LED芯片上改到了硅襯底上，但以上提到的
這些封裝結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)仍然沒有解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)以上所述傳統(tǒng)大功率LED封裝結(jié)構(gòu)存在的不足，提供 一種省略了固晶和焊金線的步驟，有利于后工序的熒光粉涂敷和封膠等工藝的 生產(chǎn)，提高了芯片特別是多芯片模組的連接可靠性，并解決了功率型芯片的散 熱問題的發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝方法。 發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝結(jié)構(gòu)，以硅片襯底直接作為L(zhǎng)ED芯片的結(jié)構(gòu)支. 撐的表面貼裝支架和散熱通道，將至少一個(gè)LED芯片直接倒裝焊接在具有反光 杯的硅片襯底上。
所述的硅片襯底的正面設(shè)置有正面電極連接層，正面電極連接層從硅片襯 底的正面引到背面與硅片襯底背面的電極金屬焊盤連接，至少一個(gè)LED芯片直 接通過金屬凸點(diǎn)倒裝焊接在具有反光杯的硅片襯底的正面電極連接層上。
所述的硅片襯底可以集成有LED所需的各種配套電路，如LED的保護(hù)電 路、電源轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)電路等；在硅片襯底背面設(shè)置有背面導(dǎo)熱金屬焊盤。
所述的正面電極連接層從硅片襯底的正面引到背面與硅片襯底背面的電極 金屬焊盤連接的方式可以是硅槽側(cè)壁引線或者硅片襯底通孔引線的方式。
所述的反光杯可以是通過直接在硅片襯底上形成硅槽作為反光杯口 ，硅槽 表面沉積上高反射率的金屬層作為反光層，反光金屬層可以是鋁或銀等。
所述的反光杯可以是一片反光杯圓片與硅片襯底通過圓片級(jí)鍵合(WaferBonding)連接在一起形成的。反光杯圓片與硅片襯底之間是通過中間介質(zhì)層粘 合連接在 -起。反光杯圓片由已經(jīng)加工好杯口和反光層組成，反光杯圓片與硅 片襯底的尺寸相當(dāng)。反光杯圓片為片狀材料制成的，所用的材料可以是玻璃、 塑料、陶瓷、硅或者金屬等。
所述的LED芯片可以是單一的一個(gè)芯片，或者是兩個(gè)或兩個(gè)以上芯片形成 的陣列模組(如lx2、 1x3、 1x4、 2x2、 3x3......等)；芯片可以是不同尺寸、不
同顏色芯片的組合。相應(yīng)的封裝結(jié)構(gòu)的外形可以是方形、長(zhǎng)方形或其它要求的 形狀。
所述的金屬凸點(diǎn)可以是制造在LED芯片的P、 N電極上，然后LED芯片的 電極凸點(diǎn)直接與硅片上的電極金屬焊盤倒裝連接；或者金屬凸點(diǎn)是制造在硅片 上，然后LED芯片的電極焊盤倒裝直接與硅片的金屬凸點(diǎn)連接。所述的金屬凸 點(diǎn)是通過電鍍工藝或者其它方式形成；金屬凸點(diǎn)的材料可以為鉛、錫、金、鎳、 銅中單一的材料、多層材料或者合金。金屬焊盤的材料可以為鎳、金、銀、鋁、 鈦、鎢、鎘等中單一的材料、多層材料或者合金。所述的金屬凸點(diǎn)同金屬焊盤 的鍵合過程可以是用回流焊的方式或是用加熱后加超聲波的焊接。
一種發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝方法，其制作步驟如下(l)進(jìn)行LED芯片 制造；(2)制作硅片襯底，在硅片襯底上形成反光杯，(3)將LED芯片直接倒裝 焊硅片襯底內(nèi)；(4)最后進(jìn)行LED的后封裝。
所述的(2)步驟的制作步驟如下a、首先制作硅片襯底和反光杯圓片；b、 然后將有著相同特征尺寸的反光杯圓片與硅片襯底進(jìn)行位置對(duì)準(zhǔn)，進(jìn)行圓片級(jí) 的鍵合，使硅片襯底和反光杯圓片連接在一起，圓片級(jí)鍵合可以是采用中間介 質(zhì)層連接，并通過回流固化工藝實(shí)現(xiàn)，也可以是通過其它工藝方法實(shí)現(xiàn)。c、在硅片襯底的背面開出凹槽。d、在硅片襯底的凹槽內(nèi)和背面金屬布線。
所述的(2)步驟的包括的制作步驟如下a、在硅片襯底上形成硅槽反光杯口
和底部通孔。b、然后在硅片襯底的正面和背面進(jìn)行金屬布線。
本發(fā)明的制造方法結(jié)合了硅集成電路技術(shù)(Silicon IC Technology)、硅槽布. 線技術(shù)(Silicon Trench Metallization Technology)以及倒裝焊技術(shù)(Flip-Chip Teclmology)等。通過在硅片表面形成合適的反光杯，再通過硅片挖槽和金屬布 線等工藝，將LED導(dǎo)電電極從硅片正面引到背面，實(shí)現(xiàn)表面貼裝型的封裝結(jié)構(gòu)。 然后將最少一個(gè)LED芯片通過金屬凸點(diǎn)直接倒裝在反光杯中的硅片上，實(shí)現(xiàn)電 連接。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、 硅片襯底上可以預(yù)先集成各種電源轉(zhuǎn)換、驅(qū)動(dòng)和LED保護(hù)等電路，為. LED的最終應(yīng)用提供了集成的解決方案。
2、 省略了固晶和焊金線的步驟，整個(gè)結(jié)構(gòu)中沒有一根金線，有利于后工序 的熒光粉涂敷和封膠工藝的進(jìn)行，同時(shí)提高了芯片特別是多芯片模組的連接可靠性。
3、 倒裝焊接的LED芯片直接通過硅片襯底散熱到下面的金屬PCB板，解 決了功率型芯片的散熱問題。
4、 同一個(gè)硅片襯底的封裝結(jié)構(gòu)中，LED芯片可以是單一的芯片，也可以是. 兩個(gè)或兩個(gè)以上芯片形成的陣列模組。為大功率LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用提供了 系統(tǒng)的解決方案，可以形成不同亮度要求和不同形狀要求的光源。
5、 直接用硅襯底作為支撐的支架，省略了單獨(dú)支架的加工制造，也不用預(yù) 留打金線位置和空間，使整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)非常小型化，滿足市場(chǎng)日益對(duì)小型化封裝的要求。
6、整個(gè)制作過程基本都是圓片(wafer)級(jí)的加工和操作工藝，使整個(gè)工藝 很容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和大生產(chǎn)化。


圖l一l a為傳統(tǒng)功率型LED仿流明封裝結(jié)構(gòu)剖面示意圖l一lb為傳統(tǒng)功率型LED仿流明封裝結(jié)構(gòu)俯視示意圖l一2 a為傳統(tǒng)功率型LED SMD封裝結(jié)構(gòu)剖面示意圖l一2 b為傳統(tǒng)功率型LED SMD封裝結(jié)構(gòu)俯視示意圖l一3 a為功率型倒裝LED芯片仿流明封裝結(jié)構(gòu)剖面示意圖l一3 b為功率型倒裝LED芯片仿流明封裝結(jié)構(gòu)俯視示意圖2—1 a為本發(fā)明的側(cè)壁引線型倒裝LED芯片封裝結(jié)構(gòu)剖面圖2—1 b為本發(fā)明的側(cè)壁引線型倒裝LED芯片封裝結(jié)構(gòu)俯視示意圖2_1 c為本發(fā)明的側(cè)壁引線型倒裝LED芯片封裝結(jié)構(gòu)后視示意圖2—2 a為本發(fā)明的通孔引線型倒裝LED芯片封裝結(jié)構(gòu)剖面圖2—2 b為本發(fā)明的通孔引線型倒裝LED芯片封裝結(jié)構(gòu)俯視示意圖2 — 2c為本發(fā)明的通孔引線型倒裝LED芯片封裝結(jié)構(gòu)后視示意圖3 — 1 a為已加工好金屬凸點(diǎn)的硅片剖面示意圖3 — 1 b為硅片與反光杯圓片鍵合連接剖面示意圖3 — 1 c為硅片背面開槽示意圖3—1 d為在硅槽內(nèi)和硅片背面金屬布線示意圖3 — 1 e為L(zhǎng)ED芯片倒裝焊示意圖； 圖4一1 a為硅片反光杯槽和通孔示意圖；圖4_1 b為硅片正面和背面金屬布線示意圖； 圖4 —1 c為L(zhǎng)ED芯片倒裝焊示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝結(jié)構(gòu)及其 封裝方法進(jìn)行詳細(xì)地說明。
本發(fā)明提供的發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法。該封裝方法 結(jié)構(gòu)采用了硅集成電路和硅槽布線技術(shù)、圓片級(jí)鍵合技術(shù)以及倒裝焊技術(shù)等， 形成了一種系統(tǒng)化、集成化和小型化的LED封裝結(jié)構(gòu)。
發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝結(jié)構(gòu)，以硅片襯底18直接作為L(zhǎng)ED芯片1的 整個(gè)結(jié)構(gòu)支撐的表面貼裝支架和散熱通道，將至少一個(gè)LED芯片1直接倒裝焊 接在具有反光杯的硅片襯底上。硅片襯底18的正面設(shè)置有正面電極連接層15， 正面電極連接層15從硅片襯底的正面引到背面與硅片襯底18背面的電極金屬 焊盤20連接，至少一個(gè)LED芯片直接通過金屬凸點(diǎn)14倒裝焊接在具有反光杯 的硅片襯底的正面電極連接層15上。在硅片襯底18集成有LED芯片1所需的 各種配套電路，如發(fā)光二極管保護(hù)電路、電源驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)換電路等。硅片襯底18 的背面設(shè)置有背面導(dǎo)熱金屬焊盤19。 實(shí)施例l
如圖2-la和圖2-lb所示，發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝結(jié)構(gòu)，以硅片襯底18 直接作為L(zhǎng)ED芯片1的整個(gè)結(jié)構(gòu)支撐的表面貼裝(SMD)支架和散熱通道。在 硅片襯底18上形成有反光杯，硅片襯底18的正面設(shè)置有正面電極連接層15， 至少一個(gè)LED芯片1直接通過金屬凸點(diǎn)14倒裝焊接在具有反光杯的硅片襯底 18的正面電極連接層15上，實(shí)現(xiàn)電連接。硅片襯底18的正面電極連接層15通過硅槽側(cè)壁引線的方式與設(shè)置在硅片襯底18側(cè)面和背面的電極金屬焊盤20連 接。正面電極連接層15與電極金屬焊盤20在硅片襯底18側(cè)壁實(shí)現(xiàn)電連接。反 光杯可以是一片反光杯圓片16與硅片襯底18通過圓片級(jí)鍵合連接在一起形成 的。反光杯圓片16與硅片襯底18之間是通過中間介質(zhì)層17粘合連接在一起。 反光杯圓片16由已經(jīng)加工好杯口和反光層組成，反光杯圓片16與硅片襯底18 的尺寸相當(dāng)。反光杯圓片16為片狀材料制成的，所用的材料可以是玻璃、塑料、 陶瓷、硅或者金屬材料等。硅片襯底18背面采用硅加工工藝形成硅槽，用硅槽 布線工藝在硅槽的兩邊側(cè)壁和硅片襯底的背面布上所需的電極金屬焊盤20，以 實(shí)現(xiàn)電路從硅片襯底正面的電極連接層15連接到硅片襯底18的背面，形成表 面貼裝形式的焊盤結(jié)構(gòu)。在硅片襯底18的背面還設(shè)置有導(dǎo)熱金屬焊盤19。
圖2-la和圖2-lb中顯示的是倒裝了一個(gè)LED芯片的單晶粒的情況；對(duì)于 多LED芯片模組來說，只是倒裝多個(gè)LED芯片1在具有反光杯硅片襯底18上，' 其封裝結(jié)構(gòu)和制造方法與單芯片的情況完全相同。 實(shí)施例2
如圖2-2a和圖2-2b所示，發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝結(jié)構(gòu)，以硅片襯底18 直接作為L(zhǎng)ED芯片1的整個(gè)結(jié)構(gòu)支撐的表面貼裝(SMD)支架和散熱通道，在 硅片襯底18上形成有反光杯，硅片襯底18的正面設(shè)置有正面電極連接層15。 至少一個(gè)LED芯片1直接通過金屬凸點(diǎn)14倒裝焊接在具有反光杯的硅片襯底 18的正面電極連接層15上，實(shí)現(xiàn)電連接。正面電極連接層15通過硅片襯底通 孔引線的方式與設(shè)置在硅襯底18背面的電極金屬焊盤20連接。反光杯可以是 通過直接在硅片襯底18上形成硅槽21作為反光杯口，硅槽21的表面沉積上高 反射率的金屬層作為反光層，反光金屬層可以是鋁或銀等。硅片襯底18的表面加工出反光杯所需的硅槽21，然后在硅槽21的底部開出兩個(gè)通孔22，通孔22 穿通到硅片襯底18的背面。在硅槽21的底部形成與LED芯片電極連接所需的 正面電極連接層15和通孔內(nèi)金屬布線17，同時(shí)在硅片襯底18的背面沉積上貼 裝用的電極金屬焊盤20和背面導(dǎo)熱金屬焊盤19，形成表面貼裝結(jié)構(gòu)。
圖2-2a和圖2-2b中顯示出的是倒裝了一個(gè)LED芯片的單晶粒的情況；對(duì) 于多芯片模組來說，只是倒裝多個(gè)LED芯片在反光杯中，其封裝結(jié)構(gòu)和制造方 法與單芯片的情況完全相同。
以上硅槽側(cè)壁引線和硅片襯底通孔引線兩種引線方式的結(jié)構(gòu)，其整個(gè)制造 過程基本相似。只是兩種引線結(jié)構(gòu)在制造上有較大差別。下面對(duì)基于硅工藝的 發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝方法進(jìn)行詳細(xì)地說明。
基于硅工藝的發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝方法，其總體制作步驟如下(1) 進(jìn)行LED芯片制造；(2)制作硅片襯底，在硅片襯底上形成反光杯；(3)將LED. 芯片的直接倒裝焊硅片襯底內(nèi)；(4)最后進(jìn)行LED的后封裝。 實(shí)施例3:
如圖3-la、圖3-lb、圖3-lc、圖3-ld和圖3-le所示，這里主要是通過硅槽 側(cè)壁引線的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)正面電極連接層15與電極金屬焊盤20的連接。制作步驟 如下
(1) 進(jìn)行LED芯片1制造。LED芯片1是將藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)有多層氮 化鎵的外延片，經(jīng)過光刻、刻蝕、金屬層沉積和鈍化層保護(hù)等一系列工藝步驟，' 將LED芯片1的P電極2和N電極3制作出來。
(2) 制作硅片襯底18，在硅片襯底18上形成反光杯。制作步驟如下a、 首先制作硅片襯底18和反光杯圓片16; b、然后將有著相同特征尺寸的反光杯圓片與硅片襯底進(jìn)行位置對(duì)準(zhǔn)，進(jìn)行圓片級(jí)的鍵合，使硅片襯底18和反光杯圓 片16連接在一起，圓片級(jí)鍵合可以是采用中間介質(zhì)層17連接，并通過回流固
化工藝實(shí)現(xiàn)，也可以是通過其它工藝方法實(shí)現(xiàn)。c、在硅片襯底18的背面開出 凹槽。d在硅片襯底18的凹槽內(nèi)和背面金屬布線。
硅片襯底18的制作完全與硅集成電路工藝兼容，通過光刻、刻蝕、硅摻雜、 介質(zhì)層沉積等工藝制作出所需的保護(hù)和驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)形成與LED芯片P電極 2和N電極3相對(duì)應(yīng)的正面電極連接層15。然后可以是進(jìn)行金屬凸點(diǎn)14的加工。 金屬凸點(diǎn)14可以制作在硅片襯底18的正面電極連接層15之上，也可以制作于 LED芯片1的P電極和N電極上;但無論是制作在正面電極連接層15或者LED 芯片1的P電極和N電極，都需要在圓片制造工藝完成后再進(jìn)行一步金屬凸點(diǎn) 的制作。金屬凸點(diǎn)14的材料可以為鉛、錫、金、鎳、銅中單一的材料、多層材 料或者合金，常用的金屬凸點(diǎn)14的高度為2~60微米；金屬凸點(diǎn)14的加工工藝，' 可以是電鍍工藝，也可以是機(jī)械栽植或者其它方式等。正面電極連接層15—側(cè) 的材料可以為鎳、金、銀、鋁、鈦、鎢、鎘等中單一的材料、多層材料或者合 金，焊盤的厚度在0.5 10微米之間，最優(yōu)值是2微米。
反光杯圓片16的材料可以是玻璃、塑料、陶瓷、硅、金屬材料等，可以采 用開模熔注或燒結(jié)的方式制作。根據(jù)反光杯厚度的要求，也可以選擇合適材料 的板材，通過精密加工的方式制作出反光杯口。反光杯圓片16制作完成后，可 以通過蒸發(fā)、濺射或離子鍍等方式在反光杯口一側(cè)沉積一層或多層金屬層，以 達(dá)到所需的反光要求。
反光杯圓片16與硅片襯底18的鍵合連接。在襯底硅片18在表面已加工好 金屬凸點(diǎn)14后，將有著相同特征尺寸的反光杯圓片16與硅片襯底18進(jìn)行位置對(duì)準(zhǔn)，接著進(jìn)行圓片級(jí)的鍵合，使硅片襯底18和反光杯圓片16連接在一起，
如圖3-lb所示。硅片襯底18和反光杯圓片16的圓片級(jí)鍵合可以是采用中間介 質(zhì)層17連接，并通過回流固化工藝實(shí)現(xiàn)，也可以是通過其它工藝方法實(shí)現(xiàn)。
硅片襯底18的背面開出凹槽。硅片襯底18的背面開出凹槽是在硅片襯底 18和反光杯圓片16完成連接后，從硅片襯底18的背面沿封裝結(jié)構(gòu)單元間的劃. 片道位置開出凹槽，如圖3-lc所示。開凹槽的方法可以采用硅濕法或硅干法腐 蝕工藝，也可以采用精密加工的方法。凹槽的深度要超過硅片襯底18的正面電 極連接層15的引線位置，使硅片襯底18的正面電極連接層15露出來，以便進(jìn) 行電連接。
在硅片襯底18的凹槽內(nèi)和背面金屬布線。采用布線工藝在硅片襯底18的 凹槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)電極金屬焊盤20布線，電極金屬焊盤20與硅片襯底18的正面電極 連接層15電連接，同時(shí)電極金屬焊盤20還要與硅片襯底18絕緣，。從而將硅 片襯底18正面的LED芯片1所需要的兩個(gè)正面電極連接層15沿凹槽側(cè)壁連接 到硅片襯底18的背面的電極金屬焊盤20，如圖3-ld所示。每個(gè)LED封裝單元 的硅片襯底18的背面將形成如圖2-lc所示三個(gè)金屬區(qū)域，包括兩個(gè)電極金屬焊 盤20區(qū)域和一個(gè)背面導(dǎo)熱金屬焊盤19區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)了 LED的熱電分離。最 后在側(cè)壁電極金屬焊盤20和硅片襯底18背面導(dǎo)熱金屬焊盤19的表面涂上保護(hù) 和阻焊涂層，只露出表面貼裝(SMD)焊所需的背面三個(gè)金屬區(qū)域的金屬焊盤。 通過以上的工藝步驟，基本形成了 LED封裝所需的支架和反光杯。
(3)將LED芯片1直接倒裝焊接于硅片襯底18內(nèi)。將已制作好的LED圓 片先切割成單顆的LED芯片1，然后通過自動(dòng)化的倒裝焊設(shè)備將一個(gè)個(gè)的LED 芯片1倒裝焊接到反光杯中的硅片襯底18上，如圖3-le所示。LED芯片1是通過金屬凸點(diǎn)14直接倒裝焊接到具有反光杯的硅片襯底18的正面電極連接層
15表面。倒裝焊過程實(shí)際是金屬凸點(diǎn)14同LED芯片1的P電極和N電極的金 屬焊盤的鍵合過程，可以是用回流悍的方式或是用加熱后加超聲波的焊接工藝。 LED芯片可以是單一的一個(gè)芯片，或者是兩個(gè)或兩個(gè)以上芯片形成的陣列模組 (如1x2、 1x3、 1x4、 2x2、 3x3......等)；芯片可以是不同尺寸、不同顏色芯片
的組合。相應(yīng)的封裝結(jié)構(gòu)的外形可以是方形、長(zhǎng)方形或其它要求的形狀。
(4)最后進(jìn)行LED的后封裝。整個(gè)圓片表面所有單元都完成LED芯片1的 倒裝焊接工藝后，可以將圓片切割成一個(gè)個(gè)的LED封裝單元(單個(gè)LED晶?；?具有多個(gè)芯片的模組)，然后再進(jìn)行后面的熒光粉涂敷、封膠等封裝工藝，這些 工藝同目前業(yè)界的工藝完全相同。也可以接著在整個(gè)圓片表面完成熒光粉涂敷、 封膠等工藝，甚至可以在表面貼上片狀的透鏡(Lens)片后，再進(jìn)行切割劃片。劃 片后的LED封裝單元可以直接貼裝于PCB板上作為白光、藍(lán)光或綠光LED燈. 使用。 實(shí)施例4:
如圖4-la、圖4-lb和圖4-lc所示，這里主要是通過硅片襯底18通孔引線的 結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)正面電極連接層15與電極金屬焊盤20的連接。制作步驟如下-
(1) 進(jìn)行LED芯片1制造。.LED芯片1實(shí)施3所述的相同。
(2) 制作硅片襯底，在硅片襯底上形成反光杯。制作步驟如下a、在硅片襯 底18上形成硅槽反光杯口和底部通孔。b、然后在硅片襯底18的正面和背面進(jìn). 行金屬布線。
在硅片襯底18上形成硅槽反光杯口和底部通孔的步驟如下:如圖4-la所示， 首先在硅片襯底18表面形成適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)層，并開出要進(jìn)行硅刻蝕的窗口。然后通過介質(zhì)層的掩蔽進(jìn)行硅的腐蝕，腐蝕出所需的反光杯槽21和底部通孔22。
在硅片襯底18的正面和背面進(jìn)行金屬布線的步驟如下如圖4-lb所示，首 先在硅片襯底18正面的硅槽21內(nèi)形成電極連接金屬層15和杯壁反光層，并通 過腐蝕形成相應(yīng)的圖形；然后在硅片襯底18的背面沉積電極金屬焊盤20和背 面導(dǎo)熱金屬焊盤19，實(shí)現(xiàn)底部通孔22內(nèi)金屬與正面電極金屬層15的電性接觸， 完成電連接，同時(shí)在背面形成表面貼^M需的電極金屬焊盤20和背面導(dǎo)熱金屬 焊盤19的UBM金屬層，實(shí)現(xiàn)表面貼裝結(jié)構(gòu)。在正面電極金屬層15上，還需一 步進(jìn)行金屬凸點(diǎn)14的加工。金屬凸點(diǎn)14可以制作在硅片襯底18上的正面電極 金屬層15之上，也可以制作于LED芯片1的P電極和N電極上。如果制作在 LED芯片1上，則需要在(1)步驟LED芯片1制作完成后增加一步金屬凸點(diǎn) 14制作工藝；如果制作在硅片襯底18上，則需要在硅片襯底18金屬布線過程 中增加一步金屬凸點(diǎn)14的制作；制作過程與實(shí)施方案3所述的相同。通過以上 的工藝步驟，已經(jīng)形成了LED封裝所需的支架和反光杯。
(3) 將LED芯片的直接倒裝焊硅片襯底內(nèi)。具體過程與實(shí)施例3所述的內(nèi) 容相同，在此不再贅述。
(4) 最后進(jìn)行LED的后封裝。具體過程與實(shí)施例3所述的內(nèi)容相同，在此不
再贅述。 .
通過以上的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的LED封裝結(jié)構(gòu)。本發(fā)明省略了固晶和
悍金線的步驟，有利于后工序的熒光粉涂敷和封膠順利進(jìn)行，提高了芯片特別. 是多芯片模組的連接可靠性。同時(shí)由于倒裝的LED芯片直接通過硅片散熱到下 面的金屬PCB板，解決了功率型芯片的散熱問題。整個(gè)加工過程都是圓片級(jí)操 作，方便快捷，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化大生產(chǎn)。整個(gè)封裝結(jié)構(gòu)很小，使大功率LED的封裝特別是多芯片模組的封裝更加趨于小型化，如果再加上硅片上集成的電源
驅(qū)動(dòng)和LED保護(hù)電路，將為大功率LED照明提供一個(gè)系統(tǒng)的、集成的封裝解決 方案。 .
以上所述僅為本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施方案舉例，并非限定本發(fā)明實(shí)施范圍。凡 按照本發(fā)明權(quán)利要求保護(hù)范圍所作的相似變化和修飾，均為本發(fā)明內(nèi)容所涵蓋。.
權(quán)利要求
1、發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于以硅片襯底直接作為L(zhǎng)ED芯片結(jié)構(gòu)支撐的表面貼裝支架和散熱通道，將至少一個(gè)LED芯片直接倒裝焊接在具有反光杯的硅片襯底上。
2、 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的硅片襯底的正面設(shè)置有正面電極連接層，正面電極連接層從硅片襯底的正面引到背面與硅片襯底背面的電極金屬焊盤連接，至少一個(gè)LED芯片直接通過 金屬凸點(diǎn)倒裝焊接在具有反光杯的硅片襯底的正面電極連接層上。
3、如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝結(jié)構(gòu)，其特征在 于所述的硅片襯底上集成有LED所需的配套電路，硅片襯底的背面設(shè)置有背 面導(dǎo)熱金屬焊盤。
4、 如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所 述的正面電極連接層從硅片襯底的正面引到背面與硅片襯底背面的電極金屬焊 盤連接的方式是硅槽側(cè)壁引線或者硅片襯底通孔引線的方式。
5、 如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于: 所述的反光杯是通過直接在硅片襯底上形成硅槽作為反光杯口，硅槽表面沉積 金屬層作為反光層。
6、 如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的反光杯是反光杯圓片與硅片襯底之間是通過中間介質(zhì)層粘合連接在一 起。 .
7、 如權(quán)利要求2所述的發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所 述的金屬凸點(diǎn)是制造在LED芯片的P電極和N電極上；或者金屬凸點(diǎn)是制造在. 硅片襯底上，LED芯片的電極焊盤倒裝直接與硅片襯底的金屬凸點(diǎn)連接。
8、 一種發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝方法，其特征在于制作步驟如下(1) 進(jìn)行LED芯片制造；(2)制作硅片襯底，在硅片襯底上形成反光杯；(3)將LED 芯片直接倒裝焊在硅片襯底內(nèi)；(4)進(jìn)行LED的后封裝。
9、 如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝方法，其特征在于所 述的(2)歩驟包括的制作步驟如下a、首先制作硅片襯底和反光杯圓片；b、然 后將硅片襯底和反光杯圓片進(jìn)行圓片級(jí)的鍵合，使硅片襯底和反光杯圓片連接 在一起；c、在硅片襯底的背面開出凹槽；d、在硅片襯底的凹槽內(nèi)和背面金屬 布線。 '
10、 如權(quán)利要求8所述的發(fā)光二極管倒裝焊集成封裝方法，其特征在于所述的(2)步驟的包括的制作步驟如下a、在硅片襯底上形成硅槽反光杯口和底部通孔；b、然后在硅片襯底的正面和背面進(jìn)行金屬布線。
全文摘要
本發(fā)明提供新型發(fā)光二極管(LED)封裝結(jié)構(gòu)，以硅片襯底直接作為L(zhǎng)ED芯片的整個(gè)結(jié)構(gòu)支撐的表面貼裝支架和散熱通道，硅片襯底的正面設(shè)置有正面電極連接層，正面電極連接層從硅片襯底的正面通過硅槽側(cè)壁引線或者硅片襯底通孔引線的方式與硅片襯底背面的電極金屬焊盤連接，至少一個(gè)LED芯片直接通過金屬凸點(diǎn)倒裝焊接在具有反光杯的硅片襯底的正面電極連接層上。本發(fā)明還提供了該發(fā)光二極管(LED)封裝結(jié)構(gòu)的制作方法。本發(fā)明省略了固晶和焊金線的步驟，提高了芯片特別是多芯片模組的連接可靠性。使大功率LED的封裝特別是多芯片模組的封裝更加趨于小型化，而且硅片上可以集成電源驅(qū)動(dòng)和LED保護(hù)等電路，為大功率LED照明提供了一個(gè)系統(tǒng)的、集成的封裝方案。
文檔編號(hào)H01L21/50GK101567411SQ20091003978
公開日2009年10月28日 申請(qǐng)日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者宇 侯, 周玉剛, 曾照明, 肖國(guó)偉 申請(qǐng)人:晶科電子(廣州)有限公司