一種低熱阻的晶圓級led封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低熱阻的晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。其在硅基本體（1）的正面通過金屬凸塊（42）設(shè)置倒裝的LED芯片（4），背面設(shè)置由導(dǎo)電電極（21）和散熱體（22）構(gòu)成的熱電分離電極組件，散熱體（22）設(shè)置于LED芯片（4）的正下方，而硅通孔（11）設(shè)置于LED芯片（4）的垂直區(qū)域之外，芯片電極（41）經(jīng)硅通孔（11）通過金屬布線反射層（3）與導(dǎo)電電極（21）實現(xiàn)電氣連通。本實用新型通過設(shè)計有利于LED芯片散熱的倒裝封裝基板和熱電分離電極組件，顯著降低了LED封裝結(jié)構(gòu)的熱阻，提升了LED芯片到封裝體外的散熱性能。
【專利說明】—種低熱阻的晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種低熱阻的晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]大功率LED在照明、汽車電子、顯示等領(lǐng)域有諸多應(yīng)用，但大功率LED產(chǎn)品在實際應(yīng)用中最為關(guān)注的是產(chǎn)品壽命與發(fā)光效率，即單位功率的流明數(shù)。影響LED產(chǎn)品壽命與發(fā)光效率的主要因素除芯片本身外，主要在于封裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計，尤其是LED芯片發(fā)光面產(chǎn)生的熱(約占輸入功率的25%)如何通過封裝結(jié)構(gòu)傳出封裝體外，成為大功率LED封裝性能表現(xiàn)優(yōu)劣的關(guān)鍵。如圖1所示，傳統(tǒng)的大功率LED芯片采用正裝結(jié)構(gòu)，LED芯片4置于光學(xué)透鏡I內(nèi)，封裝是通過引線鍵合的方式(電極引線2)將外加電流(或電壓)加載給LED芯片4，這種封裝結(jié)構(gòu)的不足在于LED芯片4發(fā)光面在藍寶石基體上，如圖2所示，其散熱通道中藍寶石、藍寶石與陶瓷基板(或預(yù)包封引線框架基板)(基板3)之間的界面材料均會成為其散熱通路的主要障礙，其熱阻值偏高，在8-15°C /ff (差異源于基板導(dǎo)熱系數(shù)的不同)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的在于克服上述LED芯片的封裝結(jié)構(gòu)的不足，提供一種帶有熱電分離電極組件的低熱阻的晶圓級LED的封裝結(jié)構(gòu)，以提升LED芯片到封裝體外的散熱性能。
[0004]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0005]本實用新型一種低熱阻的晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)，其包括硅基本體和LED芯片，所述硅基本體的下表面設(shè)置絕緣層II，所述硅基本體的正面設(shè)置若干個貫穿硅基本體的硅通孔，所述硅通孔的內(nèi)壁和硅基本體的上表面設(shè)置絕緣層I，并于硅通孔的下端口形成絕緣層I開口，所述LED芯片帶有若干個芯片電極，所述LED芯片倒裝于硅基本體的正面，
[0006]所述硅通孔設(shè)置于LED芯片的垂直區(qū)域之外，且其上端口不小于其下端口，所述絕緣層I的表面設(shè)置金屬布線反射層并于LED芯片的垂直區(qū)域之內(nèi)設(shè)置若干個金屬布線反射層的輸入/輸出端，所述金屬布線反射層的輸入/輸出端的表面設(shè)置金屬凸塊，所述LED芯片通過金屬凸塊與金屬布線反射層固連，所述金屬布線反射層于相鄰所述芯片電極之間選擇性斷開，
[0007]所述絕緣層II的表面設(shè)置熱電分離電極組件，所述熱電分離電極組件包括若干個導(dǎo)電電極和散熱體，所述導(dǎo)電電極覆蓋硅通孔的下端口，所述金屬布線反射層在硅通孔底部向下延伸，并通過絕緣層I開口與對應(yīng)的導(dǎo)電電極連接，所述散熱體設(shè)置于LED芯片的正下方，且與相鄰的導(dǎo)電電極隔離，
[0008]還包括樹脂，所述樹脂位于硅基本體的上方并覆蓋LED芯片和金屬布線反射層。
[0009]本實用新型所述導(dǎo)電電極與娃通孔一對一設(shè)置。
[0010]本實用新型一個所述導(dǎo)電電極對應(yīng)同側(cè)的兩個或兩個以上硅通孔。
[0011]本實用新型所述熱電分離電極組件的材質(zhì)為銅。
[0012]本實用新型所述熱電分離電極組件的表面設(shè)置鎳金層或錫層。
[0013]本實用新型所述金屬布線反射層為局部設(shè)為布線層的銀層或鋁層。
[0014]本實用新型所述金屬凸塊的材質(zhì)為銅，其兩端設(shè)有錫層或錫合金層。
[0015]本實用新型所述樹脂的外表面呈凸面。
[0016]本實用新型所述硅通孔區(qū)域的金屬布線反射層的表面設(shè)置保護層。
[0017]本實用新型還包括熒光物質(zhì)，所述熒光物質(zhì)設(shè)置于LED芯片的發(fā)光面。
[0018]本實用新型的有益效果是:
[0019]本實用新型通過設(shè)計有利于LED芯片散熱的倒裝封裝基板和熱電分離結(jié)構(gòu)，提升了 LED芯片到封裝體外引腳的散熱性能，顯著降低了封裝結(jié)構(gòu)的熱阻。
[0020]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為傳統(tǒng)正裝LED芯片的封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0022]圖2為傳統(tǒng)LED芯片結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；
[0023]圖3為本實用新型一種低熱阻的晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)的實施例的剖面示意圖；
[0024]圖4為圖3的LED芯片與硅通孔位置關(guān)系的正面的示意圖(圖3為圖4的A-A剖面示意圖)；
[0025]圖5為圖3的熱電分離電極組件與硅通孔位置關(guān)系的背面的示意圖；
[0026]圖6本實用新型一種低熱阻的晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)的實施例的變形的剖面示意圖；
[0027]圖7為本實用新型一種低熱阻的晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)的實施例的另一變形的剖面示意圖；
[0028]其中，硅基本體I
[0029]硅通孔11
[0030]絕緣層I 12
[0031]絕緣層I開口 121
[0032]絕緣層II 13
[0033]導(dǎo)電電極21
[0034]散熱體22
[0035]金屬布線反射層3
[0036]金屬布線反射層的輸入/輸出端31
[0037]凹坑32
[0038]保護層33
[0039]LED 芯片 4
[0040]芯片電極41
[0041]金屬凸塊42
[0042]熒光物質(zhì)43
[0043]樹脂5。

【具體實施方式】
[0044]現(xiàn)在將在下文中參照附圖更加充分地描述本實用新型，在附圖中示出了本實用新型的示例性實施例，從而本公開將本實用新型的范圍充分地傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。然而，本實用新型可以以許多不同的形式實現(xiàn)，并且不應(yīng)被解釋為限制于這里闡述的實施例。
[0045]實施例，參見圖3至圖7
[0046]本實用新型一種帶有熱電分離電極組件的晶圓級LED的封裝結(jié)構(gòu)，LED芯片4帶有兩個芯片電極41。在硅基本體I的正面設(shè)置4個貫穿硅基本體I的硅通孔11，硅通孔11的上端口不小于其下端口。硅通孔11設(shè)置于LED芯片4的垂直區(qū)域之外，如圖4所示。硅通孔11的內(nèi)壁和硅基本體I的上表面設(shè)置絕緣層I 12，并于硅通孔11的下端口形成絕緣層I開口 121，絕緣層I 12通常為氧化硅薄膜。絕緣層I 12的表面設(shè)置金屬布線反射層3，并設(shè)置金屬布線反射層的輸入/輸出端31，以確定LED芯片4的固定位置。金屬布線反射層3為局部設(shè)有布線層的銀層或鋁層，其具有電氣連通功能，同時具有反射光線的功能。
[0047]金屬布線反射層的輸入/輸出端31的表面設(shè)置金屬凸塊42, LED芯片4通過金屬凸塊42與金屬布線反射層3固連,LED芯片4的芯片電極41與金屬布線反射層的輸入/輸出端31之間通過金屬凸塊42實現(xiàn)電氣連通。金屬凸塊42的材質(zhì)為銅，以充分利用金屬銅的導(dǎo)電性。金屬凸塊42的上端與芯片電極41之間、金屬凸塊42的下端與金屬布線反射層的輸入/輸出端31之間均有焊錫層或錫銀等低熔點錫基合金層，使金屬凸塊42為復(fù)合層結(jié)構(gòu)，以利于LED芯片4倒裝固定。此兩處的焊錫層或錫基合金層未示出。金屬布線反射層3于相鄰芯片電極41之間選擇性斷開。
[0048]硅基本體I的下表面設(shè)置絕緣層II 13，絕緣層II 13通常為硅基本體I自帶的氧化膜，通常也為氧化硅薄膜。絕緣層II 13的表面設(shè)置熱電分離電極組件，熱電分離電極組件由兩個導(dǎo)電電極21和一個散熱體22構(gòu)成。左側(cè)的導(dǎo)電電極21覆蓋左側(cè)的兩個硅通孔11的下端口，右側(cè)的導(dǎo)電電極21覆蓋右側(cè)的兩個硅通孔11的下端口。金屬布線反射層3在硅通孔11底部向下延伸，并通過絕緣層I開口 121與對應(yīng)的導(dǎo)電電極21連接。散熱體22設(shè)置于LED芯片4的正下方，且與相鄰的導(dǎo)電電極21隔離，如圖5所示，散熱體22占據(jù)較大的覆蓋面積，其可以是一整體，也可以由若干個小散熱體組成，以利于將LED芯片4工作產(chǎn)生的熱及時導(dǎo)出。
[0049]熱電分離電極組件的表面還可以設(shè)置化學(xué)鍍的鎳金層或化學(xué)鍍的錫層，圖中未示出，以防止金屬銅表面氧化，或滿足焊接可靠性的要求。
[0050]硅基本體I的上方采用點膠的方式設(shè)置硅膠、光學(xué)樹脂等樹脂5，樹脂5包封LED芯片4和金屬布線反射層3，固化后形成外表面呈凸面，優(yōu)選凸透鏡狀，如圖3所示。
[0051]實際加工過程中，往往出現(xiàn)金屬布線反射層3于硅通孔11內(nèi)形成凹坑32，因為采用圓片級工藝，硅通孔11的口徑很小，凹坑32很淺，可忽略其影響，或用樹脂5填充，不影響LED的整體出光效果?；蛘邩渲?覆蓋LED芯片4及其周邊的金屬布線反射層3，余下的金屬布線反射層3的表面可以設(shè)置保護層33，尤其是硅通孔11區(qū)域的剩余金屬布線反射層3的表面，樹脂5固化后形成外表面呈凸面，優(yōu)選透鏡狀，如圖6所示。
[0052]通過選擇發(fā)藍色光的LED芯片4，并在LED芯片4的發(fā)光面涂覆黃色的熒光物質(zhì)43，通過藍光激發(fā)黃色熒光物質(zhì)獲得白光，可以形成晶圓級白光大功率LED，如圖7所示。熒光物質(zhì)43可以整面噴涂于LED芯片4的發(fā)光面或使用網(wǎng)版遮掩噴涂于LED芯片4的發(fā)光面，再通過晶圓級測試色溫、補粉等工藝獲得預(yù)初設(shè)計的晶圓級白光大功率LED。
[0053]本實用新型帶有熱電分離電極組件的晶圓級LED的封裝結(jié)構(gòu)，通過設(shè)計有利于LED芯片散熱的倒裝封裝基板和熱電分離結(jié)構(gòu)，提升了 LED芯片到封裝體外引腳的散熱性能，顯著降低了封裝結(jié)構(gòu)的熱阻，經(jīng)實驗檢測數(shù)據(jù)顯示，其熱阻值小于5°C/W，降低了 LED芯片工作結(jié)點溫度，提升了 LED芯片的發(fā)光效率，同時也提高了 LED封裝產(chǎn)品的可靠性，延長了 LED封裝結(jié)構(gòu)的壽命。同時采用圓片級的封裝方式，實現(xiàn)批量加工，降低了封裝工藝的成本。
[0054]本實用新型一種帶有熱電分離電極組件的晶圓級LED的封裝結(jié)構(gòu)不限于上述優(yōu)選實施例，如通過設(shè)計硅通孔11的個數(shù)及其排布方式，可以實現(xiàn)重新排布LED芯片4的輸入/輸出，硅通孔11的個數(shù)根據(jù)實際需要確定，其縱切面呈倒梯形或倒置的喇叭形；導(dǎo)電電極21與硅通孔11可以一對一設(shè)置；一個導(dǎo)電電極21也可以同側(cè)覆蓋兩個以上硅通孔11 ；LED芯片4可以帶有不止兩個芯片電極41，LED芯片4也可以不止一個，通過RGB混光也可以獲得白光。
[0055]因此，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本實用新型權(quán)利要求所界定的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種低熱阻的晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)，其包括硅基本體(1)和LED芯片(4)，所述硅基本體(1)的下表面設(shè)置絕緣層II (13)，所述硅基本體(1)的正面設(shè)置若干個貫穿硅基本體(1)的硅通孔(11)，所述硅通孔(11)的內(nèi)壁和硅基本體(1)的上表面設(shè)置絕緣層I (12)，并于硅通孔(11)的下端口形成絕緣層I開口(121)，所述LED芯片(4)帶有若干個芯片電極(41)，所述LED芯片(4)倒裝于硅基本體(1)的正面， 其特征在于:所述硅通孔(11)設(shè)置于LED芯片(4)的垂直區(qū)域之外，且其上端口不小于其下端口， 所述絕緣層I (12)的表面設(shè)置金屬布線反射層(3)并于LED芯片(4)的垂直區(qū)域之內(nèi)設(shè)置若干個金屬布線反射層的輸入/輸出端(31),所述金屬布線反射層的輸入/輸出端(31)的表面設(shè)置金屬凸塊(42),所述LED芯片(4)通過金屬凸塊(42)與金屬布線反射層(3)固連，所述金屬布線反射層(3)于相鄰所述芯片電極(41)之間選擇性斷開， 所述絕緣層II (13 )的表面設(shè)置熱電分離電極組件，所述熱電分離電極組件包括若干個導(dǎo)電電極(21)和散熱體(22)，所述導(dǎo)電電極(21)覆蓋硅通孔(11)的下端口，所述金屬布線反射層(3)在硅通孔(11)底部向下延伸，并通過絕緣層I開口(121)與對應(yīng)的導(dǎo)電電極(21)連接，所述散熱體(22)設(shè)置于LED芯片(4)的正下方，且與相鄰的導(dǎo)電電極(21)隔離， 還包括樹脂(5)，所述樹脂(5)位于硅基本體(1)的上方并覆蓋LED芯片(4)和金屬布線反射層(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低熱阻的晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述導(dǎo)電電極(21)與娃通孔(11) 一對一設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低熱阻的晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:一個所述導(dǎo)電電極(21)對應(yīng)同側(cè)的兩個或兩個以上娃通孔(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低熱阻的晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述熱電分離電極組件的材質(zhì)為銅。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低熱阻的晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述熱電分離電極組件的表面設(shè)置鎳金層或錫層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低熱阻的晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬布線反射層(3)為局部設(shè)有布線層的銀層或鋁層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低熱阻的晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬凸塊(42)的材質(zhì)為銅，其兩端設(shè)有錫層或錫合金層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低熱阻的晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述樹脂(5)的外表面呈凸面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的一種低熱阻的晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述硅通孔(11)區(qū)域的金屬布線反射層(3)的表面設(shè)置保護層(33)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的一種低熱阻的晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:還包括突光物質(zhì)(43),所述突光物質(zhì)(43)設(shè)置于LED芯片(4)的發(fā)光面。
【文檔編號】H01L33/64GK204088361SQ201420357036
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】張黎, 賴志明, 陳棟, 陳錦輝 申請人:江陰長電先進封裝有限公司