本實(shí)用新型涉及一種LED封裝結(jié)構(gòu)，尤其是一種多I/O倒裝LED陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

由于照明用LED電流密度及功率密度不斷增加，傳統(tǒng)的正裝封裝方式高熱阻、電極電流分布不均勻、引線鍵合封裝效率低等問(wèn)題逐漸成為大功率LED發(fā)展和普及推廣的瓶頸。隨著倒裝焊技術(shù)的推出，LED 芯片與線路板的連接可以省去了金線鍵合而采用焊料或?qū)щ娔z封裝，被稱為“無(wú)金線封裝”，也叫做“免封裝”。中國(guó)實(shí)用新型專利CN1787242中公開(kāi)了一種倒裝LED芯片的封裝方法，利用厚Cu及Au凸點(diǎn)把倒裝焊芯片與Al印刷電路板直接焊接鍵合，這種雙凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的倒裝LED共面性差，影響了鍵合的穩(wěn)定性和鍵合質(zhì)量；Cu作為凸點(diǎn)無(wú)法抵擋無(wú)鉛錫基焊料（高錫焊料）的浸蝕，連接可靠性大幅度降低；采用純金作為凸點(diǎn)材料，使得凸點(diǎn)制備成本明顯升高。近年來(lái)，工業(yè)界普遍采用Au80Sn20的共晶金基焊料代替純Au作為倒裝封裝的連接材料。但金錫合金共晶熔點(diǎn)高，不適用于塑封結(jié)構(gòu)；必須采用熱壓焊接而不能采用普通的回流焊，從而導(dǎo)致封裝工藝復(fù)雜，封裝成本仍然很高。此外，傳統(tǒng)的LED芯片只有一個(gè)P-N結(jié)和兩個(gè)電極，使得單顆LED芯片上不能僅僅植入兩個(gè)焊料凸點(diǎn)而失去固晶的共面穩(wěn)定性，也不能實(shí)現(xiàn)多個(gè)P-N結(jié)的多I/O LED芯片陣列。

隨著LED器件功率的不斷增加，多芯片、多管腳的LED集成電路發(fā)光器件已經(jīng)成為新一代LED器件的發(fā)展方向，其最佳的結(jié)構(gòu)形式就是多I/O陣列形式的倒裝LED芯片集成，并有望成為今后LED照明組件的基本發(fā)光器件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中已有大功率LED及倒裝LED中存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種多I/O倒裝LED陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)，該多I/O倒裝LED陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)倒裝LED的大規(guī)模制造，將LED單芯片的倒裝電極分解成LED芯片陣列凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，最小單元為2Pin×2Pin陣列，有利于保證回流過(guò)程中形成一個(gè)穩(wěn)定的平面結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低貼裝對(duì)準(zhǔn)難度；將大的電極分割為小的多I/O陣列結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)多芯片、多組合的程序化驅(qū)動(dòng)控制，同時(shí)保證P/N結(jié)的均勻饋電、減少連接缺陷、降低接觸電阻和熱阻；提升了工藝穩(wěn)定性和封裝良品率，可實(shí)現(xiàn)多芯片、多組合的程序化驅(qū)動(dòng)控制和多樣化陣列芯片產(chǎn)品，后續(xù)封裝工藝更簡(jiǎn)單、效率更高、成本更低，更適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用技術(shù)方案為：一種多I/O倒裝LED芯片陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)，單顆倒裝LED芯片的電極為陣列凸點(diǎn)；所述的陣列凸點(diǎn)包括鋪設(shè)于芯片功能層表面的鈍化層、覆蓋電極窗口并嵌入電極窗口內(nèi)和鋪設(shè)于芯片功能層上的金屬化層、鋪設(shè)于金屬化層上并包圍金屬化層形成預(yù)留有阻焊窗口的阻焊層圖形、于阻焊窗口內(nèi)填充嵌有高于阻焊窗口的陣列焊料凸點(diǎn)，金屬化層位于陣列焊料凸點(diǎn)的下方。本實(shí)用新型采用蒸鍍、電鍍和化學(xué)鍍方法制作三層以上的金屬化層，并對(duì)金屬化層的各層材料進(jìn)行優(yōu)化組合，進(jìn)一步簡(jiǎn)化制備工藝、降低制備成本，提高焊盤(pán)耐受焊料或焊膏的溶（熔）蝕。金屬化層能與陣列焊料凸點(diǎn)形成良好的冶金結(jié)合，擴(kuò)散阻擋層能有效的防止多次回流及高溫時(shí)效下焊料溶（熔）蝕。在金屬化層上設(shè)置了阻焊窗口，該阻焊窗口可以在不減小電極面積的情況下約束陣列焊料凸點(diǎn)回流的區(qū)域，阻焊窗口能夠約束陣列焊料凸點(diǎn)的形成，防止陣列焊料凸點(diǎn)回流時(shí)焊料外溢形成缺陷。阻焊窗口還能保證陣列焊料凸點(diǎn)在回流過(guò)程中形成較規(guī)則的、高度統(tǒng)一的半球形或橢球形，使得陣列焊料凸點(diǎn)的使用更加精確可控，有效陣列阻止焊料凸點(diǎn)的爬壁，避免因陣列焊料凸點(diǎn)的爬壁而導(dǎo)致的功能層失效或者漏電，提升了工藝穩(wěn)定性和封裝的良品率。

此方式是把單個(gè)LED倒裝芯片的倒裝電極分解成LED倒裝芯片陣列（多個(gè)電極）凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該倒裝LED芯片的電極的陣列凸點(diǎn)最小單元為2Pin×2Pin陣列；具有一個(gè)P/N節(jié)的倒裝LED芯片的P電極分割為2個(gè)陣列凸點(diǎn)， N電極分割為2個(gè)陣列凸點(diǎn)，構(gòu)成一個(gè)含有4個(gè)陣列凸點(diǎn)的陣列結(jié)構(gòu)?；蛘呤牵哂幸粋€(gè)P/N節(jié)的倒裝LED芯片的一個(gè)電極分割為2個(gè)陣列凸點(diǎn)，另一個(gè)電極不分割形成1個(gè)陣列凸點(diǎn)，構(gòu)成含有3個(gè)陣列凸點(diǎn)的陣列結(jié)構(gòu)。該2Pin×2Pin陣列的LED倒裝芯片是單個(gè)P/N結(jié)構(gòu)成的一顆LED芯片，其P電極做成兩個(gè)或多個(gè)并聯(lián)（或串聯(lián)）的陣列凸點(diǎn)，N電極也做成兩個(gè)或多個(gè)并聯(lián)（或串聯(lián)）的陣列凸點(diǎn)。

又或者是，于具有二個(gè)P/N節(jié)的倒裝LED芯片的2個(gè)P電極和2個(gè)N電極上均種植4個(gè)陣列焊料凸點(diǎn)構(gòu)成4個(gè)I/O倒裝LED芯片陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)。該陣列凸點(diǎn)于倒裝LED芯片表面成四角或三角形分布。該2Pin×2Pin陣列的LED倒裝芯片是兩個(gè)獨(dú)立的P/N結(jié)，四個(gè)電極分別植入陣列凸點(diǎn)構(gòu)成2個(gè)分立的發(fā)光二極管，即每個(gè)P(或N)電極做成兩個(gè)或多個(gè)并聯(lián)（或串聯(lián)）的陣列凸點(diǎn)；同理，該2Pin×2Pin陣列的倒裝LED芯片也可以是三個(gè)或更多個(gè)獨(dú)立的P/N結(jié)，每個(gè)P(或N)電極做成三個(gè)或多個(gè)并聯(lián)（或串聯(lián)）的陣列凸點(diǎn)構(gòu)成三個(gè)或多個(gè)分立的發(fā)光二極管。

進(jìn)一步的，所述的金屬化層由Cr/Al/Ti/Pt（Au）或Ni/Al/Ti/Pt（Au）或Ni/Ag/Ti/Pt（Au）組成多層金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)；所述的金屬化層表面還設(shè)有位于阻焊窗口底部的擴(kuò)散阻擋層，擴(kuò)散阻擋層由Ni（P）金屬結(jié)構(gòu)組成,擴(kuò)散阻擋層的尺寸大于倒裝LED芯片的電極尺寸。

進(jìn)一步的，所述的阻焊窗口呈圓形或橢圓形，阻焊層圖形的尺寸小于擴(kuò)散阻擋層尺寸。在擴(kuò)散阻擋層上印刷阻焊層圖形。阻焊窗口呈圓形、橢圓形等，覆蓋于擴(kuò)散阻擋層表面邊緣，阻焊窗口的中心部分露出陣列焊料凸點(diǎn)植入的焊盤(pán)位置。

進(jìn)一步的，所述的陣列焊料凸點(diǎn)為含鉛焊料或無(wú)鉛錫基焊料或錫基焊料或銦基焊料或鉍基或金基焊料的任一種；所述的陣列焊料凸點(diǎn)呈圓球形或方形或橢圓球形。無(wú)鉛錫基焊料如采用SAC305或SAC105，SAC0307等。該陣列凸點(diǎn)具有制備工藝簡(jiǎn)單、制備效率高、凸點(diǎn)一致性好的優(yōu)點(diǎn)；本實(shí)用新型的焊料凸點(diǎn)的材質(zhì)選用，其成本遠(yuǎn)低于Au80Sn20的焊料凸點(diǎn)材質(zhì)。

另外，本實(shí)用新型還涉及一種多I/O倒裝LED芯片陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，該封裝方法的步驟為：

（1）在電極窗口表面采用蒸鍍、電鍍和化學(xué)鍍的方法形成多層金屬層結(jié)構(gòu)的金屬化層，然后在金屬化層表面覆蓋擴(kuò)散阻擋層；

（2）再在擴(kuò)散阻擋層表面外緣四周印刷制作阻焊層圖形并形成阻焊窗口，阻焊窗口約束陣列焊料凸點(diǎn)的形成，防止陣列焊料凸點(diǎn)回流時(shí)焊料外溢形成缺陷；

（3）采用電噴印或印刷焊膏回流或激光焊球植入或電鍍陣列焊料凸點(diǎn)的形成方法在阻焊窗口上形成陣列焊料凸點(diǎn)。

進(jìn)一步的，該封裝方法中的步驟（1）中的擴(kuò)散阻擋層覆蓋于金屬化層表面上采用兩種方式；當(dāng)封裝倒裝LED芯片為小電流和小功率時(shí)，擴(kuò)散阻擋層采用濺射或真空蒸鍍方式設(shè)于金屬化層上；當(dāng)封裝倒裝LED芯片為大電流和大功率時(shí)，擴(kuò)散阻擋層采用電鍍或化學(xué)鍍?cè)龊竦姆绞皆O(shè)于金屬化層上。

另外，電極窗口的形成方式為：于芯片功能層及藍(lán)寶石襯底頂面上采用蒸鍍、電鍍和化學(xué)鍍的方法設(shè)置芯片表面鈍化層，對(duì)應(yīng)倒裝LED芯片的電極位置不設(shè)置芯片表面鈍化層形成電極窗口。

本實(shí)用新型的多I/O倒裝LED陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)的封裝方式可以在后續(xù)的封裝流程上根據(jù)所需的產(chǎn)品規(guī)格靈活的設(shè)計(jì)切割尺寸，而且還可以選擇直接進(jìn)行晶圓級(jí)封裝（CSP），可以在倒裝LED芯片上按需求裁切后直接進(jìn)行熒光粉涂覆、陣列焊料凸點(diǎn)噴印及回流等工序。與傳統(tǒng)熱壓工藝相比、該倒裝LED芯片后續(xù)封裝工藝更簡(jiǎn)單、效率更高、成本更低，更適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

本實(shí)用新型的有益效果為：本實(shí)用新型的多I/O倒裝LED陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)倒裝LED的大規(guī)模制造，將LED單芯片的倒裝電極分解成LED芯片陣列凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，最小單元為2Pin×2Pin陣列，有利于保證回流過(guò)程中形成一個(gè)穩(wěn)定的平面結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低貼裝對(duì)準(zhǔn)難度；將大的電極分割為小的多I/O陣列結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)多芯片、多組合的程序化驅(qū)動(dòng)控制，同時(shí)保證P/N結(jié)的均勻饋電、減少連接缺陷、降低接觸電阻和熱阻；大規(guī)模倒裝多I/O陣列凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，有利于提升了工藝穩(wěn)定性和封裝良品率，后續(xù)封裝工藝更簡(jiǎn)單、效率更高、成本更低，更適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖，并通過(guò)參考下面的詳細(xì)描述，將更容易理解本實(shí)用新型并了解其優(yōu)點(diǎn)和特征，附圖用于說(shuō)明本實(shí)用新型，而非限制本實(shí)用新型；表示結(jié)構(gòu)的附圖可能并非按比例繪制；并且，附圖中，相同或者類似的元件標(biāo)有相同或者類似的標(biāo)號(hào)：

圖1為本實(shí)用新型中的倒裝LED芯片陣列的陣列凸點(diǎn)的封裝結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1的一種多I/O倒裝LED陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1的一種多I/O倒裝LED陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)的剖面圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例2的一種多I/O倒裝LED陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例3的一種多I/O倒裝LED陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1是倒裝LED芯片的陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)剖面圖，構(gòu)成陣列的各個(gè)部分如圖所示，包括芯片功能層及藍(lán)寶石襯底1，鋪設(shè)于倒裝LED芯片功能層表面的鈍化層2，覆蓋電極窗口并嵌入電極窗口內(nèi)和鋪設(shè)于芯片功能層上的金屬化層3、鋪設(shè)于芯片表面鈍化層上并包圍金屬化層形成預(yù)留有阻焊窗口的阻焊層圖形4、于阻焊窗口內(nèi)填充嵌有高于阻焊窗口的陣列焊料凸點(diǎn)5。本實(shí)用新型采用蒸鍍、電鍍和化學(xué)鍍方法制作三層以上的金屬化層，并對(duì)金屬化層的各層材料進(jìn)行優(yōu)化組合，進(jìn)一步簡(jiǎn)化制備工藝、降低制備成本，提高焊盤(pán)耐受焊料或焊膏的溶（熔）蝕。金屬化層能與陣列焊料凸點(diǎn)形成良好的冶金結(jié)合，擴(kuò)散阻擋層能有效的防止多次回流及高溫時(shí)效下焊料溶（熔）蝕。在金屬化層上設(shè)置了阻焊窗口，該阻焊窗口可以在不減小電極面積的情況下約束陣列焊料凸點(diǎn)回流的區(qū)域，阻焊窗口能夠約束陣列焊料凸點(diǎn)的形成，防止陣列焊料凸點(diǎn)回流時(shí)焊料外溢形成缺陷。阻焊窗口還能保證陣列焊料凸點(diǎn)在回流過(guò)程中形成較規(guī)則的、高度統(tǒng)一的半球形或橢球形，使得陣列焊料凸點(diǎn)的使用更加精確可控，有效陣列阻止焊料凸點(diǎn)的爬壁，避免因陣列焊料凸點(diǎn)的爬壁而導(dǎo)致的功能層失效或者漏電，提升了工藝穩(wěn)定性和封裝的良品率。

該金屬化層表面還設(shè)有位于阻焊窗口底部的擴(kuò)散阻擋層。

該陣列凸點(diǎn)組成的單元為2Pin，該金屬化層由Cr/Al/Ti/Pt（Au）或Ni/Al/Ti/Pt（Au）或Ni/Ag/Ti/Pt（Au）組成多層金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)，擴(kuò)散阻擋層由Ni（P）金屬結(jié)構(gòu)組成，擴(kuò)散阻擋層的尺寸大于倒裝LED芯片基材的電極尺寸。

該阻焊窗口呈圓形或橢圓形，阻焊層尺寸小于擴(kuò)散阻擋層尺寸。在擴(kuò)散阻擋層上印刷阻焊層圖形。阻焊窗口呈圓形、橢圓形等，覆蓋于擴(kuò)散阻擋層表面邊緣，阻焊窗口的中心部分露出焊料凸點(diǎn)植入的焊盤(pán)位置。該陣列焊料凸點(diǎn)呈圓球形。

該陣列焊料凸點(diǎn)為含鉛焊料或無(wú)鉛錫基焊料或錫基焊料或銦基焊料或鉍基焊料的任一種。無(wú)鉛錫基焊料如采用SAC305或SAC105，SAC0307等。該陣列凸點(diǎn)具有制備工藝簡(jiǎn)單、制備效率高、凸點(diǎn)一致性好的優(yōu)點(diǎn)；本實(shí)用新型的陣列焊料凸點(diǎn)的材質(zhì)選用，其成本遠(yuǎn)低于Au80Sn20的焊料凸點(diǎn)材質(zhì)。

另外，本實(shí)施例1還涉及一種多I/O倒裝LED芯片陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)的封裝方法，該封裝方法的步驟為：

（1）在電極窗口表面采用蒸鍍、電鍍和化學(xué)鍍的方法形成多層金屬層結(jié)構(gòu)的金屬化層，然后在金屬化層表面覆蓋擴(kuò)散阻擋層；

（2）再在擴(kuò)散阻擋層表面外緣四周印刷制作阻焊層圖形并形成阻焊窗口，阻焊窗口約束陣列焊料凸點(diǎn)的形成，防止陣列焊料凸點(diǎn)回流時(shí)焊料外溢形成缺陷；

（3）采用電噴印或印刷焊膏回流或激光焊球植入或電鍍陣列焊料凸點(diǎn)的形成方法在阻焊窗口上形成陣列焊料凸點(diǎn)。

實(shí)施例1

本實(shí)施例1是在圖1的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的，不同點(diǎn)在于，本實(shí)施例2是采用單位為2Pin×2Pin的倒裝LED芯片陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)。具體如下：

如圖2和圖3所示，本實(shí)施例1中，倒裝LED芯片陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)一側(cè)的2Pin是倒裝LED芯片的P電極，另一側(cè)的2Pin是倒裝LED芯片的N電極，構(gòu)成1個(gè)分立的發(fā)光二極管，將P電極分割為2個(gè)陣列凸點(diǎn)，而N電極分割為2個(gè)陣列凸點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)4個(gè)陣列凸點(diǎn)的陣列結(jié)構(gòu)；或者只把倒裝LED芯片的一個(gè)電極分割為2個(gè)陣列凸點(diǎn)，另一個(gè)電極不分割保留1個(gè)陣列凸點(diǎn)，構(gòu)成含有3個(gè)陣列凸點(diǎn)的陣列結(jié)構(gòu)。

如圖2和圖3所示，本實(shí)施例1中，倒裝LED芯片陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)也可是一側(cè)的2Pin是倒裝LED芯片的P電極，另一側(cè)的2Pin是倒裝LED芯片的N電極，構(gòu)成2個(gè)分立的發(fā)光二極管，上面種植4個(gè)陣列焊料凸點(diǎn)構(gòu)成多I/O倒裝LED芯片陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)。圖2和圖3中的1是芯片功能層及藍(lán)寶石襯底，2是芯片表面鈍化層，3是金屬化層，4是阻焊層圖形， 5是陣列焊料凸點(diǎn)。

實(shí)施例2

本實(shí)施例2是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的，不同點(diǎn)在于，本實(shí)施例2是采用單位為2Pin×4Pin的倒裝LED芯片陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)。具體如下：

如圖4所示，倒裝LED芯片陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)采用單位為2Pin×4Pin（2個(gè)最小單元）。同一顆倒裝LED芯片上（2個(gè)P/N節(jié)）形成如實(shí)施例1所述的6個(gè)或8個(gè)陣列焊料凸點(diǎn)的陣列凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)；或者一個(gè)P/N節(jié)均勻分布如實(shí)施例1所述的4個(gè)陣列焊料凸點(diǎn)，另外一個(gè)P/N節(jié)分布如實(shí)施例1所述的3個(gè)陣列焊料凸點(diǎn)，同一顆LED芯片上（2個(gè)P/N節(jié)）合并形成7個(gè)陣列焊料凸點(diǎn)的陣列凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)。

實(shí)施例3

本實(shí)施例3是在實(shí)施例1和2的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的，不同點(diǎn)在于：如圖5所示，該實(shí)施例4為大規(guī)模多I/O倒裝LED陣列凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)（多個(gè)最小單元），在整個(gè)晶圓上可制作成周期性重復(fù)的結(jié)構(gòu)（最小單元為2Pin×2Pin），所有陣列焊料凸點(diǎn)（最小單元為4個(gè)陣列焊料凸點(diǎn)）大小一致均勻分布在金屬化層上；或者一個(gè)最小單元上的N（或p）電極為1個(gè)大的陣列焊料凸點(diǎn)，P（或N）電極為2個(gè)小的陣列焊料凸點(diǎn)，所有陣列焊料凸點(diǎn)（最小單元為3個(gè)陣列焊料凸點(diǎn)）分布在金屬化層上；或者是上述兩種最小單元的任意組合。然后根據(jù)需要的陣列大小進(jìn)行選擇性切割和劈裂，形成所需大小的陣列結(jié)構(gòu)。

以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)作任何形式上的限制。凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。