專利名稱：帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及LED的制造領域，具體是在同一襯底上倒裝焊LED芯片和其它功能芯 片，并透過襯底上的金屬布線，將所述芯片的輸入/出端口連接或引出到襯底上用作外接 的焊墊的帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)及其封裝方法。
背景技術(shù)：
LED光源具有高效率、長壽命、不含Hg等有害物質(zhì)等優(yōu)點。隨著LED技術(shù)的迅速發(fā) 展，其亮度、壽命等性能都得到極大的提升，發(fā)光二極管的應用領域越來越廣泛。發(fā)光二極 管作為如通用照明、筆記本或電視背光源等應用，都需要相應的集成電路來驅(qū)動和控制，以 使發(fā)光二極管的如亮度及色溫等參數(shù)都控制在合適的范圍內(nèi)。同時，部分LED芯片需要附 加高溫、過壓、過電流保護以及遙控等功能，甚至還需要結(jié)合環(huán)境溫度傳感、環(huán)境光傳感、接 近傳感等作出相應的控制。因此，LED的應用與其它的功能電路或者芯片是分不開的。在現(xiàn)有的LED封裝結(jié)構(gòu)或應用中，發(fā)光二極管芯片與其它功能芯片一般是各自封 裝好，然后以導線或印刷電路板連接。另外，現(xiàn)有封裝結(jié)構(gòu)中存在著將裸發(fā)光二極管芯片與 簡單的裸功能芯片以打金屬線方式連接并封裝在同一支架上的封裝結(jié)構(gòu)。常見例子有將裸 發(fā)光二極管芯片及只有兩個輸入/出端口的背靠背齊納二極管裸硅芯片并聯(lián)以實現(xiàn)防靜 電的功能。但是，對于功能略為復雜、輸入/出端口較多的裸功能芯片，以打金屬線方式與 裸LED芯片連接并封裝在同一支架上的封裝結(jié)構(gòu)未有出現(xiàn).原因是連接輸入/出端口較多 的功能芯片時，需要打的金屬線也相應增加，很容易做成金屬線短路，令良率大大降低，而 且為了防止金屬線短路，封裝空間也需相應增加。在很多新應用中，均會要求節(jié)省空間和降 低成本來使整個光源模塊達到小型化和集成化。因此，上述的封裝結(jié)構(gòu)是不能滿足相關(guān)要 求的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有LED封裝結(jié)構(gòu)存在的不足，提供一種帶有功能芯片 的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一目的是提供一種帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝方法。發(fā)明是這樣實現(xiàn)的帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，包括襯底、最少一個發(fā) 光二極管芯片和最少一個功能芯片，在襯底上設置有金屬布線，最少一個發(fā)光二極管芯片 和最少一個功能芯片通過凸點焊球倒裝焊接于襯底上的金屬布線上。發(fā)光二極管芯片和功 能芯片的輸入/出端口通過金屬布線連接或引出到襯底上用作外接的焊墊。所述的金屬布線上設置金屬焊墊，最少一個發(fā)光二極管芯片和最少一個功能芯片 通過凸點焊球倒裝焊接于襯底上的金屬焊墊上；或者所述的凸點焊球在倒裝焊接前至少存 在于襯底上，或者存在于發(fā)光二極管芯片和功能芯片上。所述的凸點焊球可以在倒裝焊接前同時存在于襯底和發(fā)光二極管芯片以及功能 芯片上。
所述的襯底上設置有用作外接的焊墊。所述的襯底可以是用硅片、陶瓷、線路板、金屬或合金等材料制成。所述的凸點焊球可以是鉛、錫、金或銅等金屬單一材料、多層材料或合金。所述的金屬布線層可以是鋁、金或銅等任何單一導電材料、多層材料或合金。金屬布線可以是一層或一層以上。帶有功能集成電路芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，其包括的步驟如下一、制作襯底，在襯底上形成金屬布線；二、在襯底或者芯片上至少一邊形成凸點焊球；三、將發(fā)光二極管芯片和功能芯片通過凸點焊球同時倒裝焊接在襯底上。若所述襯底是導電的，在襯底上先制作上絕緣層，再在絕緣層上制作金屬布線；若 所述襯底是絕緣的，金屬布線可直接制作在襯底上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、通過襯底上的金屬布線設計直接連接 功能芯片和發(fā)光二極管芯片，可以省略打金屬線或以其它方法接駁的步驟；同時，單顆芯片 的所有電極接駁一次完成，比每個電極打一次線簡單，可靠性高；2、集成電路芯片和發(fā)光二 極管芯片之間的間距可以做到只有幾十微米，比以其它方法接駁功能芯片和發(fā)光二極管芯 片所需的空間更小，節(jié)省了組裝空間，提高了其使用的靈活性；使相同空間內(nèi)的亮度或者其 它功能可以得以提升；3、以倒裝焊技術(shù)封裝功能集成電路芯片和發(fā)光二極管芯片能讓芯片 的熱量直接透過襯底更好的散熱到支架上；4、可以隨意將所需的不同功能的功能集成電路 芯片及一顆或多顆發(fā)光二極管芯片以倒裝焊技術(shù)封裝及接駁在同一襯底上，可以實現(xiàn)不同 亮度，不同功能(如調(diào)光、光控、聲控等)的芯片級光源。


圖1為發(fā)光二極管芯片并連一個防靜電放電保護的功能芯片的電路圖；圖2為本發(fā)明帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)實施例1的橫截面結(jié)構(gòu)示意 圖；圖3為本發(fā)明帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)實施例1的俯視圖；圖4為發(fā)光二極管芯片及帶太陽能電池控制的LED驅(qū)動器芯片的電路圖；圖5為本發(fā)明帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)實施例2的俯視圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)及其 封裝方法進行詳細的說明。帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，如圖2、圖3和圖5，包括襯底3、發(fā)光二極 管芯片1和功能芯片2，在襯底3上設置有金屬布線5，金屬布線5上可以設置有金屬焊墊 8，最少一個發(fā)光二極管芯片1和功能芯片2通過凸點焊球7倒裝焊接于襯底3上的金屬焊 墊8上。凸點焊球7在倒裝焊接前至少存在于襯底3、發(fā)光二極管芯片1或功能芯片2上； 或者，凸點焊球7在倒裝焊接前同時存在于襯底3和發(fā)光二極管芯片1以及功能芯片2上。 發(fā)光二極管芯片1和功能芯片2的輸入/出端口通過金屬布線連接或引出到襯底上用作外 接的焊墊9。發(fā)光二極管芯片1以及功能芯片2的搭配可以是一個或多個功能芯片配一個或多個發(fā)光二極管芯片的任何組合；功能芯片可以是不同功能的，如驅(qū)動器、預防靜電放電 二極管和換流器等；發(fā)光二極管芯片可以是不同大小，顏色的芯片組合。所述的金屬布線可以是鋁、金或銅等任何單一導電材料、多層材料或合金。金屬布 線5也可以根據(jù)需要設置一層或一層以上。襯底可以是用硅片、陶瓷、線路板、金屬或合金 等材料制成。凸點焊球7可以是鉛、錫、金或銅等金屬單一材料、多層材料或合金；凸點焊球 7可以是通過電鍍或其它方式形成。帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝方法，其包括的步驟如下一、制作襯底，在襯底上形成金屬布線；二、在襯底或發(fā)光二極管芯片和功能芯片上形成凸點焊球；三、將發(fā)光二極管芯片和功能芯片通過凸點焊球同時倒裝焊接在襯底上。對于襯底的制作按照襯底的材料，若襯底是導電的，必需在襯底上先制作上絕緣 層，用作防止金屬布線與襯底導通，再在絕緣層上制作金屬布線；若襯底是絕緣的，金屬布 線則可直接制作在襯底上。在導電襯底的絕緣層上或絕緣襯底上，按照發(fā)光二極管芯片及 功能芯片的電極設計，制作合適的金屬布線用以代替打金屬線或其它方法，將發(fā)光二極管 芯片及功能芯片的輸入/出端口接駁或?qū)⒍丝谶B接到襯底上用作外接的焊墊。金屬布線層 與發(fā)光二極管芯片和功能芯片通過凸點焊球倒裝焊接連接，凸點焊球在倒裝焊接前至少存 在與金屬布線層或者上述芯片一側(cè)，或者同時存在于金屬布線和芯片上。實施例1如圖1的電路圖所示，發(fā)光二極管芯片1并聯(lián)一個背靠背的齊納二極管裸硅芯片 作為功能芯片2以實現(xiàn)防靜電的功能。如圖2和圖3所示，襯底3材料可以是硅片，由于硅片是導電的材料，必需在襯底3 上制作絕緣層4以分隔金屬布線5及襯底3。絕緣層4可以是使用化學氣相沉積管式爐，在 高溫條件生長的高溫二氧化硅層。在絕緣層4上設置有金屬布線層5，金屬布線層5可以是 以電子束蒸發(fā)配合光刻及腐蝕工藝的方式制作的鋁或其它金屬。另一絕緣層6保護金屬布 線層5，絕緣層6可以是使用等離子體增強化學氣相沉積的方式沉積一層二氧化硅絕緣層。 絕緣層6窗口上設置凸點焊球7與金屬布線層5連接。凸點焊球7可以是以電鍍工藝制作 的。凸點焊球7可以是金等金屬單一材料、多層材料或合金.金屬布線層5需根據(jù)發(fā)光二 極管芯片1和功能芯片2的具體接駁情況制作。將發(fā)光二極管芯片1和背靠背齊納二極管 裸硅芯片倒裝焊接在襯底的凸點焊球7上。倒裝焊接可以是加壓加熱后加超聲方式的邦定 鍵合的方法來實現(xiàn)。如圖1所示，發(fā)光二極管芯片1的輸入出/端口透過設置在襯底3上 的凸點焊球7通過金屬布線層5，連接到硅芯片2的輸入/出端口，完成接駁。另外的端口 也透過金屬布線層5引出到襯底3上用作外接的焊墊9用作外接其它系統(tǒng)。實施例2如圖4的電路圖所示，發(fā)光二極管芯片1與帶太陽能電池控制的LED驅(qū)動器芯片 作為功能芯片10的輸入/出端口連接，以實現(xiàn)太陽能草地燈或太陽能備份電源交通燈及標 志燈系統(tǒng)的一部份。其中一部份端口的用途如下1、太陽能電池負極輸入口(SB-)，用作連接太陽能電池負極。2、LED開關(guān)輸出口(LEDEn)，用作連接LED的負極，控制LED點亮與否。3、控制芯片正極輸入口(Vin)，用作連接太陽能電池及LED芯片正極。
4、控制芯片負極輸入口(GND)，用作系統(tǒng)的負極。5、光傳感輸入開關(guān)輸入口(UV)，提供四周環(huán)境亮度信息，讓控制芯片輸出合適的 電流，從而控制LED芯片的亮度。如圖5所示，襯底3可以是陶瓷制的，由于襯底3是不導電的，金屬布線層5可以 直接設置在襯底3上，金屬布線層5可以是金或其它金屬，金屬布線層5上不需絕緣層保 護，可直接在金屬焊墊8上制作凸點焊球，凸點焊球可以是用模版印刷技術(shù)制作的，凸點焊 球可以是鉛錫膏等材料。將發(fā)光二極管芯片1和LED驅(qū)動器芯片10以回流焊的方式邦定 鍵合倒裝焊接在襯底的金屬焊墊8上。。LED芯片的負極透過金屬布線層5連到LED驅(qū)動 器芯片10的LED開關(guān)輸出端口(LEDEn)。另外，LED的正極連到控制芯片的正極輸入端口 (Vin) 0 LED驅(qū)動器芯片10除了 LED開關(guān)輸出口(LEDEn)外，其它輸入/出端口都必需透過 金屬布線層5引出到襯底3上不同用作外接的焊墊9，用作連接系統(tǒng)其它相關(guān)部份，如太陽 能電池的負極必需透過用作外接的焊墊9連接LED驅(qū)動器芯片10的太陽能電池負極輸入 端口(SB-)。
本發(fā)明并不局限于上述實施方式，如果對本發(fā)明的各種改動 或變型不脫離本發(fā)明 的精神和范圍，倘若這些改動和變型屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā) 明也包含這些改動和變型。
權(quán)利要求
帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，包括襯底、最少一個發(fā)光二極管芯片和最少一個功能芯片，其特征在于，在襯底上設置有金屬布線，最少一個發(fā)光二極管芯片和最少一個功能芯片通過凸點焊球倒裝焊接于襯底上的金屬布線上。
2.如權(quán)利要求1所述的帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的金 屬布線上設置金屬焊墊，最少一個發(fā)光二極管芯片和最少一個功能芯片通過凸點焊球倒裝 焊接于襯底上的金屬焊墊上。
3.如權(quán)利要求1所述的帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的凸 點焊球在倒裝焊接前至少存在于襯底上或者存在于發(fā)光二極管芯片和功能芯片上；或者所 述的凸點焊球在倒裝焊接前同時存在于襯底和發(fā)光二極管芯片以及功能芯片上。
4.如權(quán)利要求1、2或者3所述的帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述的襯底上設置有用作外接的焊墊。
5.如權(quán)利要求1、2或者3所述的帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述的襯底是用硅片、陶瓷、線路板、金屬或合金材料制成。
6.如權(quán)利要求1、2或者3所述的帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述的凸點焊球是鉛、錫、金或銅單一材料、兩層及兩層以上材料或合金。
7.如權(quán)利要求1或者2所述的帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述 的金屬布線層是鋁、金或銅單一導電材料、兩層及兩層以上材料或合金。
8.如權(quán)利要求1或2所述的帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，金屬布 線是一層或一層以上。
9.帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝方法，其特征在于，包括的步驟如下一、制作襯底，在襯底上形成金屬布線；二、在襯底或發(fā)光二極管芯片和功能芯片上形成凸點焊球；三、將發(fā)光二極管芯片和功能芯片通過凸點焊球同時倒裝焊接在襯底上。
10.如權(quán)利要求9所述的帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝方法，其特征在于，若所述 襯底是導電的，在襯底上先制作上絕緣層，再在絕緣層上制作金屬布線；若所述襯底是絕緣 的，金屬布線直接制作在襯底上。
全文摘要
帶有功能芯片的發(fā)光二極管封裝結(jié)構(gòu)，包括襯底、最少一發(fā)光二極管芯片和最少一功能芯片，在襯底上設置有金屬布線，金屬布線上設置有金屬焊墊，最少一個發(fā)光二極管芯片和功能芯片通過凸點焊球倒裝焊接于襯底上的金屬焊墊上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、省略了打金屬線或以其它方法接駁的步驟，可靠性高；2、節(jié)省了封裝空間，提高了其使用的靈活性；使相同空間內(nèi)的亮度或者其它功能可以得以提升；3、提高散熱功能。
文檔編號H01L25/16GK101814489SQ20101011931
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者周玉剛, 姜志榮, 肖國偉, 賴燃興 申請人:晶科電子(廣州)有限公司