專利背景
發光二極體(LED)光源具有高效率、長壽命、不含Hg等有害物質的優點。隨著
LED技術的迅猛堡采店鴉發展,LED的亮度、壽命等性能都得到了極大訂祝剃的提升,使得LED的套用領域越來越凳店辯廣泛,從路燈等室外照明到裝飾燈等室內照明,均紛紛使用或更換成LED作為光源。
LED表面貼裝型(
SMD)的封裝結構由於其套用方便和體積小等優勢已經成為了主要的封裝形式。參閱圖1,其是2013年4月之前的技術中常用的LED表面貼裝器件,包括一封裝支架101和一通過固晶工藝貼裝在封裝支架101內的LED晶片2。封裝支架101表面設定有金屬引線5,在LED晶片2兩側的金屬引線5上設定有電極4,LED晶片2的正負電極通過金線3分別與封裝支架101上的電極4電連線。通過
螢光粉塗敷和封膠工藝在LED晶片2的上方填充灌封膠體6,從而完成對LED晶片2的封裝。
然而,2013年前這種LED表面貼裝結構存在以下問題:由於封裝支架101是採用金屬支架為基板,再以射出塑膠凹槽或模鑄成型方式封膠後並切割而成,因此其耐溫性不佳、散熱性不夠理想,微型化不易製作。此外,由於採用了將LED晶片2上表面裝貼及採用金線3連線電極的結構,而金線連線失效往往是LED生產和使用過程中出現最多的失效模式。另外,上表淚盛面裝貼的LED晶片2通過藍寶石散熱,其散熱效果不佳。
為了解決上述封裝支架結構存在的問題,一個較好的方法是採用矽基板直接作為
LED晶片的封裝基板。2013年前基於矽基板的SMD結構的產品還未能在實際中大量銷售和套用,只是有相關的專利報導。他們大多採用的都是將矽片上表面挖一個深的凹槽,再在凹槽內挖通孔,將上表面凹槽內的電極連到下循乘市表面,形成SMD的封裝形式;LED晶片被埋入到矽凹槽中,封裝時在凹槽中填充螢光粉和封膠;而且普遍採用的是正裝晶片打金線連線。部分也採用了大功率倒裝晶片的結構。參閱圖2,該封裝器件包括一矽基板71、一LED晶片72和封裝膠體73。其中,該矽基板,71的上表面具有一深棕市霸凹槽,LED晶片72倒裝在該矽基板10的深凹槽內。LED晶片72的正負電極對應的矽基板71的凹槽內設有通孔75,通孔75對應的矽基板71的下表面具有導電焊盤76,LED晶片72通過通孔75內設的引線與導電焊盤76電連線乎滲鍵茅。該封裝膠體73是通過在深凹槽內填充螢光粉和封膠而形成。
這種結構由於需要在矽片的上表面挖大的深凹槽,需要對矽片進行長時間腐蝕,工藝複雜且成本較高;同時由於凹槽很深,從而在其內部布線難度增加,特別是如果採用大功率倒裝晶片,需要在凹槽內的電極上製作金屬凸點,其工藝難度較大;再者由於矽基板上表面有深的凹槽,不容易在矽基板上集成LED的外圍電路(如靜電保護電路、驅動電路等),其套用前景上也受到限制;此外,受凹槽大小限制,凹槽內放置的晶片數目受限,不易實現多晶片模組。
另外,上述兩種晶片封裝方案,無論是採用大功率倒裝晶片或正裝晶片,均需要使用封裝支架,使得晶片延長散熱路徑導致封裝熱阻增大,不利於晶片本身散熱,同時加重封裝成本。
發明內容
專利目的
《LED倒裝晶片封裝器件、其製造方法及使用其的封裝結構》的其中一目的在於提供一種LED倒裝晶片封裝器件。該發明的另一目的在於提供上述LED倒裝晶片封裝器件的製造方法。該發明的再一目的在於提供一種使用上述LED倒裝晶片封裝器件的封裝結構。
技術方案
《LED倒裝晶片封裝器件、其製造方法及使用其的封裝結構》採用了如下的技術方案:一種LED倒裝晶片封裝器件,包括LED倒裝晶片、封裝本體,所述封裝本體將該LED倒裝晶片包覆,該LED倒裝晶片的N焊盤層與P焊盤層外露於該封裝本體。
作為該發明的優選技術方案,所述LED倒裝晶片內設定的絕緣層包括第一絕緣層與第二絕緣層;該第一絕緣層覆蓋在LED倒裝晶片的反射層上,該第二絕緣層設定在LED倒裝晶片的N引線電極與該P引線電極上,該第二絕緣層上設有通孔,所述N焊盤層與該P焊盤層透過該通孔分別與該N引線電極、該P引線電極相接觸。
作為該發明的優選技術方案,所述LED倒裝晶片的第二絕緣層沿該LED倒裝晶片的側面延伸至該LED倒裝晶片的藍寶石襯底,與該藍寶石襯底的表面貼合。
或者,所述LED倒裝晶片的第一絕緣層沿該LED倒裝晶片的側面延伸至該LED倒裝晶片的藍寶石襯底,與該藍寶石襯底的表面貼合;該第二絕緣層沿該N引線電極與該P引線電極的側面延伸至該第一絕緣層,與該第一絕緣層的表面貼合。
或者,所述LED倒裝晶片的位於N引線電極側的第二絕緣層沿該LED倒裝晶片的側面延伸至該N型層,與該N型層的表面貼合,位於P引線電極側的第二絕緣層沿該LED倒裝晶片的側面延伸至該P型層,與該P型層的表面貼合。
作為該發明的優選技術方案,於該N焊盤層外露於封裝本體的一面依次設有N金錫焊盤、N固定塊;於該P焊盤層外露於封裝本體的一面依次設有P金錫焊盤、P固定塊;該N固定塊和P固定塊的表面鍍有反射材料層。
作為該發明的優選技術方案,所述封裝本體的底面與N焊盤層與P焊盤層的底面平齊,該N固定塊與該P固定塊頂面的面積小於或等於該N焊盤層與該P焊盤層底面的面積。
或者,所述封裝本體的底面與N金錫焊盤及P金錫焊盤的底面平齊,該N固定塊與該P固定塊頂面的面積大於或等於該N焊盤層與該P焊盤層底面的面積。
作為該發明的優選技術方案,所述封裝本體的底面設有用於反射光線的金屬箔。作為該發明的優選技術方案,所述封裝本體為玻璃封裝本體、矽膠封裝本體或樹脂封裝本體。
作為該發明的優選技術方案,所述矽膠封裝本體或樹脂封裝本體內分布有螢光粉。作為該發明的優選技術方案,所述N焊盤層與P焊盤層間設有絕緣塊。
作為該發明的優選技術方案,所述N焊盤層與P焊盤層間的距離大於250微米。作為該發明的優選技術方案,所述LED晶片的長、寬之比大於2.5:1。
一種LED倒裝晶片封裝器件的製造方法,包括以下步驟:
a1、製備固定LED倒裝晶片的封裝支架:提供一金屬帶材,對該金屬帶材進行衝壓,在該金屬帶材上形成至少一支架單元,該支架單元設有N固定塊、N預切割帶、P固定塊與P預切割帶;然後,對金屬帶材的表面進行電鍍,在N固定塊與P固定塊的表面形成一反射材料層;
b1、將LED倒裝晶片固定在封裝支架上:該LED倒裝晶片的N焊盤層與P焊盤層分別通過N金錫焊盤、P金錫焊盤與N固定塊、P固定塊鍍有反射材料層的一面固定;
c1、提供一注膠模具:該注膠模具包括相配合的上模與下模,該上模設有至少一成型腔體,該下模對應該成型腔體設有注膠口;
d1、成型封裝本體:將LED倒裝晶片與封裝支架放置於注膠模具,該LED倒裝晶片位於成型腔體內,該封裝支架位於上模與下模之間;閉合上模與下模,從下模的注膠口注入液態封裝膠體,待液態封裝膠體包覆LED倒裝晶片,並固化後,打開上模與下模,取出封裝有封裝本體的LED倒裝晶片與封裝支架;
e1、切斷封裝支架上的N預切斷帶和P預切斷帶,使N固定塊、P固定塊與封裝支架下線,形成單個的LED倒裝晶片封裝器件。
作為該發明的優選技術方案,e1步驟後,還包括一步驟:採用化學刻蝕及機械切割方式移除N金錫焊盤、N固定塊、P金錫焊盤及P固定塊,使LED倒裝晶片的N焊盤層和P焊盤層外露於該封裝本體。
一種LED倒裝晶片封裝器件的製造方法,包括以下步驟:
a2、製備固定LED倒裝晶片的載板:提供一金屬箔,對該金屬箔進行衝壓,在該金屬箔上形成至少一通孔;然後,在該金屬箔下方設定一藍膜與該金屬箔貼合;
b2、將LED倒裝晶片與載板固定:將LED倒裝晶片設定在金屬箔的通孔內,並使LED倒裝晶片的N焊盤層、P焊盤層與藍膜表面固定;
c2、提供一注膠模具:該注膠模具包括相配合的上模與下模,該上模設有至少一成型腔體,該下模對應該成型腔體設有注膠口;
d2、成型封裝本體:將LED倒裝晶片與載板放置於注膠模具,該LED倒裝晶片位於成型腔體內,該載板位於上模與下模之間;閉合上模與下模,從下模的注膠口注入液態封裝膠體,待液態封裝膠體包覆LED倒裝晶片,並固化後,打開上模與下模,取出封裝有封裝本體的LED倒裝晶片與載板;
e2、剝離藍膜。
一種LED倒裝晶片封裝器件的製造方法,包括以下步驟:
a3、製備固定LED倒裝晶片的封裝支架:提供一金屬帶材,對該金屬帶材進行衝壓,在該金屬帶材上形成至少一支架單元,該支架單元設有N固定塊、N預切割帶、P固定塊與P預切割帶;然後,對金屬帶材的表面進行電鍍,在N固定塊與P固定塊的表面形成一反射材料層;
b3、將LED倒裝晶片固定在封裝支架上:該LED倒裝晶片的N焊盤層與P焊盤層分別通過N金錫焊盤、P金錫焊盤與N固定塊、P固定塊鍍有反射材料層的一面固定;
c3、提供一衝壓模具:該衝壓模具包括上模與下模,該上模設有至少一凹槽,該凹槽大於該LED倒裝晶片的外形尺寸;
d3、成型封裝本體:將LED倒裝晶片與封裝支架放置於上模與下模之間,封裝支架放置在下模上方,LED倒裝晶片與上模上的凹槽相對應;將固態玻璃片放置於LED倒裝晶片上加熱,使固態玻璃片在氮氣或真空環境下熔化,熔融狀態的玻璃流動將LED倒裝晶片包覆;此時下壓上模,凹槽的側壁將位於LED倒裝晶片側的熔融玻璃隔斷,形成包覆LED倒裝晶片的封裝本體,待冷卻固化後,打開上模與下模,取出封裝有封裝本體的LED倒裝晶片與封裝支架;
e3、切斷封裝支架上的N預切斷帶和P預切斷帶,使N固定塊、P固定塊與封裝支架下線,形成單個的LED倒裝晶片封裝器件。
作為該發明的優選技術方案,e3步驟後,還包括一步驟:採用化學刻蝕及機械切割方式移除N金錫焊盤、N固定塊、P金錫焊盤及P固定塊,使LED倒裝晶片的N焊盤層和P焊盤層外露於該封裝本體。
一種LED倒裝晶片封裝器件的製造方法,包括以下步驟:
a4、製備固定LED倒裝晶片的載板:提供一金屬箔,對該金屬箔進行衝壓,在該金屬箔上形成至少一通孔;然後,在該金屬箔下方設定一藍膜與該金屬箔貼合;
b4、將LED倒裝晶片與載板固定:將LED倒裝晶片設定在金屬箔的通孔內,並使LED倒裝晶片的N焊盤層、P焊盤層與藍膜表面固定;
c4、提供一衝壓模具:該衝壓模具包括上模與下模,該上模設有至少一凹槽,該凹槽大於該LED倒裝晶片的外形尺寸;
d4、成型封裝本體:將LED倒裝晶片與載板放置於上模與下模之間,載板放置在下模上方,LED倒裝晶片與上模上的凹槽相對應;將固態玻璃片放置於LED倒裝晶片上加熱,使固態玻璃片在氮氣或真空環境下熔化,熔融狀態的玻璃流動將LED倒裝晶片包覆;此時下壓上模,凹槽的側壁將位於LED倒裝晶片側的熔融玻璃隔斷,形成包覆LED倒裝晶片的封裝本體,待冷卻固化後,打開上模與下模,取出封裝有封裝本體的LED倒裝晶片與載板;
e4、剝離藍膜。
一種使用上述LED倒裝晶片封裝器件的封裝結構,包括:LED倒裝晶片、封裝本體與基板,所述封裝本體將該LED倒裝晶片包覆,該LED倒裝晶片的N焊盤層與P焊盤層外露於該封裝本體;所述基板上設有N粘結金屬層與P粘結金屬層;
該N焊盤層、P焊盤層分別與N粘結金屬層、P粘結金屬層對應連線;或者,該N焊盤層外露於封裝本體的一面依次設有N金錫焊盤、N固定塊;該P焊盤層外露於封裝本體的一面依次設有P金錫焊盤、P固定塊,該N固定塊、P固定塊分別與N粘結金屬層、P粘結金屬層對應連線。作為該發明的優選技術方案,所述基板與封裝本體及LED倒裝晶片的間隙內充填有反射層。
改善效果
與2013年4月之前的技術相比,該發明的LED倒裝晶片封裝器件中的LED倒裝晶片散熱、絕緣性能好,穩定性高;同時,封裝工藝簡單,提高了LED倒裝晶片的封裝效率及產品良率。
附圖說明
圖1為傳統LED表面貼裝型的封裝器件示意圖。
圖2為傳統LED基於矽基板表面貼裝型的封裝器件示意圖。
圖3為該發明LED倒裝晶片封裝器件示意圖一。
圖4為該發明LED倒裝晶片封裝器件示意圖二。
圖5為該發明LED倒裝晶片封裝器件示意圖三。
圖6為該發明中LED倒裝晶片的平面示意圖。
圖7為該發明中LED倒裝晶片第一種結構的剖視圖。
圖8為該發明中LED倒裝晶片第二種結構的剖視圖。
圖9為該發明中LED倒裝晶片第三種結構的剖視圖。
圖10為該發明中LED倒裝晶片第四種結構的剖視圖。
圖11為該發明中LED倒裝晶片的製造流程示意圖。
圖12為該發明中封裝支架的平面示意圖。
圖13為該發明中LED倒裝晶片與封裝支架配合的示意圖。
圖14為該發明中注膠模具的結構示意圖。
圖15為該發明中LED倒裝晶片、封裝支架與注膠模具配合的示意圖。
圖16為該發明中金屬箔的結構示意圖。
圖17為該發明中金屬箔與藍膜貼合的示意圖。
圖18為該發明中LED倒裝晶片與金屬箔及藍膜配合的示意圖。
圖19為成型封裝本體後的結構示意圖。
圖20為該發明中衝壓模具的結構示意圖。
圖21為成型玻璃封裝本體的步驟示意圖。
圖22為LED倒裝晶片封裝器件與基板封裝的結構示意圖一。
圖23為LED倒裝晶片封裝器件與基板封裝的結構示意圖二。
權利要求
1.一種LED倒裝晶片封裝器件,包括LED倒裝晶片、封裝本體,其特徵在於:所述封裝本體將該LED倒裝晶片包覆,該LED倒裝晶片的N焊盤層與P焊盤層外露於該封裝本體。
2.根據權利要求1所述的LED倒裝晶片封裝器件,其特徵在於:所述LED倒裝晶片內設定的絕緣層包括第一絕緣層與第二絕緣層;該第一絕緣層覆蓋在LED倒裝晶片的反射層上,該第二絕緣層設定在LED倒裝晶片的N引線電極與該P引線電極上,該第二絕緣層上設有通孔,所述N焊盤層與該P焊盤層透過該通孔分別與該N引線電極、該P引線電極相接觸。
3.根據權利要求2所述的LED倒裝晶片封裝器件,其特徵在於:所述LED倒裝晶片的第二絕緣層沿該LED倒裝晶片的側面延伸至該LED倒裝晶片的藍寶石襯底,與該藍寶石襯底的表面貼合;或者,所述LED倒裝晶片的第一絕緣層沿該LED倒裝晶片的側面延伸至該LED倒裝晶片的藍寶石襯底,與該藍寶石襯底的表面貼合;該第二絕緣層沿該N引線電極與該P引線電極的側面延伸至該第一絕緣層,與該第一絕緣層的表面貼合;或者,所述LED倒裝晶片的位於N引線電極側的第二絕緣層沿該LED倒裝晶片的側面延伸至該N型層,與該N型層的表面貼合,位於P引線電極側的第二絕緣層沿該LED倒裝晶片的側面延伸至該P型層,與該P型層的表面貼合。
4.根據權利要求1所述的LED倒裝晶片封裝器件,其特徵在於:於該N焊盤層外露於封裝本體的一面依次設有N金錫焊盤、N固定塊;於該P焊盤層外露於封裝本體的一面依次設有P金錫焊盤、P固定塊;該N固定塊和P固定塊的表面鍍有反射材料層。
5.根據權利要求4所述的LED倒裝晶片封裝器件,其特徵在於:所述封裝本體的底面與N焊盤層與P焊盤層的底面平齊,該N固定塊與該P固定塊頂面的面積小於或等於該N焊盤層與該P焊盤層底面的面積;或者,所述封裝本體的底面與N金錫焊盤及P金錫焊盤的底面平齊,該N固定塊與該P固定塊頂面的面積大於或等於該N焊盤層與該P焊盤層底面的面積。
6.根據權利要求1所述的LED倒裝晶片封裝器件,其特徵在於:所述封裝本體的底面設有用於反射光線的金屬箔。
7.根據權利要求1所述的LED倒裝晶片封裝器件,其特徵在於:所述封裝本體為玻璃封裝本體、矽膠封裝本體或樹脂封裝本體。
8.根據權利要求7所述的LED倒裝晶片封裝器件,其特徵在於:所述矽膠封裝本體或樹脂封裝本體內分布有螢光粉。
9.根據權利要求1所述的LED倒裝晶片封裝器件,其特徵在於:所述N焊盤層與P焊盤層間設有絕緣塊。
10.根據權利要求1所述的LED倒裝晶片封裝器件,其特徵在於:所述N焊盤層與P焊盤層間的距離大於250微米。
11.根據權利要求1所述的LED倒裝晶片封裝器件,其特徵在於:所述LED倒裝晶片的長、寬之比大於2.5:1。
12.一種LED倒裝晶片封裝器件的製造方法,其特徵在於,包括以下步驟:
a1、製備固定LED倒裝晶片的封裝支架:提供一金屬帶材,對該金屬帶材進行衝壓,在該金屬帶材上形成至少一支架單元,該支架單元設有N固定塊、N預切割帶、P固定塊與P預切割帶;然後,對金屬帶材的表面進行電鍍,在N固定塊與P固定塊的表面形成一反射材料層;
b1、將LED倒裝晶片固定在封裝支架上:該LED倒裝晶片的N焊盤層與P焊盤層分別通過N金錫焊盤、P金錫焊盤與N固定塊、P固定塊鍍有反射材料層的一面固定;
c1、提供一注膠模具:該注膠模具包括相配合的上模與下模,該上模設有至少一成型腔體,該下模對應該成型腔體設有注膠口;
d1、成型封裝本體:將LED倒裝晶片與封裝支架放置於注膠模具,該LED倒裝晶片位於成型腔體內,該封裝支架位於上模與下模之間;閉合上模與下模,從下模的注膠口注入液態封裝膠體,待液態封裝膠體包覆LED倒裝晶片,並固化後,打開上模與下模,取出封裝有封裝本體的LED倒裝晶片與封裝支架;
e1、切斷封裝支架上的N預切斷帶和P預切斷帶,使N固定塊、P固定塊與封裝支架下線,形成單個的LED倒裝晶片封裝器件。
13.根據權利要求12所述的LED倒裝晶片封裝器件的製造方法,其特徵在於:e1步驟後,還包括一步驟:採用化學刻蝕及機械切割方式移除N金錫焊盤、N固定塊、P金錫焊盤及P固定塊,使LED倒裝晶片的N焊盤層和P焊盤層外露於該封裝本體。
14.一種LED倒裝晶片封裝器件的製造方法,其特徵在於,包括以下步驟:
a2、製備固定LED倒裝晶片的載板:提供一金屬箔,對該金屬箔進行衝壓,在該金屬箔上形成至少一通孔;然後,在該金屬箔下方設定一藍膜與該金屬箔貼合;
b2、將LED倒裝晶片與載板固定:將LED倒裝晶片設定在金屬箔的通孔內,並使LED倒裝晶片的N焊盤層、P焊盤層與藍膜表面固定;
c2、提供一注膠模具:該注膠模具包括相配合的上模與下模,該上模設有至少一成型腔體,該下模對應該成型腔體設有注膠口;
d2、成型封裝本體:將LED倒裝晶片與載板放置於注膠模具,該LED倒裝晶片位於成型腔體內,該載板位於上模與下模之間;閉合上模與下模,從下模的注膠口注入液態封裝膠體,待液態封裝膠體包覆LED倒裝晶片,並固化後,打開上模與下模,取出封裝有封裝本體的LED倒裝晶片與載板;
e2、剝離藍膜。
15.一種LED倒裝晶片封裝器件的製造方法,其特徵在於,包括以下步驟:
a3、製備固定LED倒裝晶片的封裝支架:提供一金屬帶材,對該金屬帶材進行衝壓,在該金屬帶材上形成至少一支架單元,該支架單元設有N固定塊、N預切割帶、P固定塊與P預切割帶;然後,對金屬帶材的表面進行電鍍,在N固定塊與P固定塊的表面形成一反射材料層;
b3、將LED倒裝晶片固定在封裝支架上:該LED倒裝晶片的N焊盤層與P焊盤層分別通過N金錫焊盤、P金錫焊盤與N固定塊、P固定塊鍍有反射材料層的一面固定;
c3、提供一衝壓模具:該衝壓模具包括上模與下模,該上模設有至少一凹槽,該凹槽大於該LED倒裝晶片的外形尺寸;
d3、成型封裝本體:將LED倒裝晶片與封裝支架放置於上模與下模之間,封裝支架放置在下模上方,LED倒裝晶片與上模上的凹槽相對應;將固態玻璃片放置於LED倒裝晶片上加熱,使固態玻璃片在氮氣或真空環境下熔化,熔融狀態的玻璃流動將LED倒裝晶片包覆;此時下壓上模,凹槽的側壁將位於LED倒裝晶片側的熔融玻璃隔斷,形成包覆LED倒裝晶片的封裝本體,待冷卻固化後,打開上模與下模,取出封裝有封裝本體的LED倒裝晶片與封裝支架;
e3、切斷封裝支架上的N預切斷帶和P預切斷帶,使N固定塊、P固定塊與封裝支架下線,形成單個的LED倒裝晶片封裝器件。
16.根據權利要求15所述的LED倒裝晶片封裝器件的製造方法,其特徵在於:e3步驟後,還包括一步驟:採用化學刻蝕及機械切割方式移除N金錫焊盤、N固定塊、P金錫焊盤及P固定塊,使LED倒裝晶片的N焊盤層和P焊盤層外露於該封裝本體。
17.一種LED倒裝晶片封裝器件的製造方法,其特徵在於,包括以下步驟:
a4、製備固定LED倒裝晶片的載板:提供一金屬箔,對該金屬箔進行衝壓,在該金屬箔上形成至少一通孔;然後,在該金屬箔下方設定一藍膜與該金屬箔貼合;
b4、將LED倒裝晶片與載板固定:將LED倒裝晶片設定在金屬箔的通孔內,並使LED倒裝晶片的N焊盤層、P焊盤層與藍膜表面固定;
c4、提供一衝壓模具:該衝壓模具包括上模與下模,該上模設有至少一凹槽,該凹槽大於該LED倒裝晶片的外形尺寸;
d4、成型封裝本體:將LED倒裝晶片與載板放置於上模與下模之間,載板放置在下模上方,LED倒裝晶片與上模上的凹槽相對應;將固態玻璃片放置於LED倒裝晶片上加熱,使固態玻璃片在氮氣或真空環境下熔化,熔融狀態的玻璃流動將LED倒裝晶片包覆;此時下壓上模,凹槽的側壁將位於LED倒裝晶片側的熔融玻璃隔斷,形成包覆LED倒裝晶片的封裝本體,待冷卻固化後,打開上模與下模,取出封裝有封裝本體的LED倒裝晶片與載板;
e4、剝離藍膜。
18.一種使用如權利要求1-11中任一項權利要求所述的LED倒裝晶片封裝器件的封裝結構,包括:LED倒裝晶片、封裝本體與基板,其特徵在於:
所述封裝本體將該LED倒裝晶片包覆,該LED倒裝晶片的N焊盤層與P焊盤層外露於該封裝本體;所述基板上設有N粘結金屬層與P粘結金屬層;
該N焊盤層、P焊盤層分別與N粘結金屬層、P粘結金屬層對應連線;或者,該N焊盤層外露於封裝本體的一面依次設有N金錫焊盤、N固定塊;該P焊盤層外露於封裝本體的一面依次設有P金錫焊盤、P固定塊,該N固定塊、P固定塊分別與N粘結金屬層、P粘結金屬層對應連線。
19.根據權利要求18所述的使用LED倒裝晶片封裝器件的封裝結構,其特徵在於:所述基板與封裝本體及LED倒裝晶片的間隙內充填有反射層。
實施方式
操作內容
參閱圖3,圖中所示的LED倒裝晶片封裝器件,包括LED倒裝晶片601、封裝本體201。該封裝本體201將該LED倒裝晶片601包覆,該LED倒裝晶片601的N焊盤層26與P焊盤層27外露於該封裝本體201。其中,所述封裝本體201可以採用玻璃、矽膠或樹脂材料的封裝本體。為進一步提高封裝器件的光取出效率,採用矽膠或樹脂材料的封裝本體時,可以在矽膠或樹脂材料內摻入螢光粉,使封裝本體內分布有螢光粉。而且,該封裝本體201也可以根據設計需求,設計為任意形狀,如半球形、子彈頭形、方形體或其它形狀。
較優的,在封裝本體201的底面設有用於反射光線的金屬箔90。LED倒裝晶片封裝器件工作時,會有部分光線朝封裝本體201的下方射出,金屬箔90可以將此部分光線反射回去,以提高LED倒裝晶片封裝器件的取光效率。
較優的,為便於LED倒裝晶片封裝器件與基板焊接,參閱圖4,於該LED倒裝晶片601的N焊盤層26外露的面依次設有N金錫焊盤501、N固定塊301;於該P焊盤層27外露的面依次設有P金錫焊盤502、P固定塊302。其中,N固定塊301和P固定塊302的表面鍍有反射材料層(圖未示),例如,銀材料。
在本實施方案中,較優的,封裝本體201的底面與N焊盤層26與P焊盤層27的底面平齊,使N焊盤層26與P焊盤層27的底面外露於該封裝本體201;該N固定塊301與該P固定塊302頂面的面積小於或等於該N焊盤層26與該P焊盤層27底面的面積,由於N固定塊301和P固定塊302表面的反射材料層,這樣就可以將LED晶片朝下方射出的光線部分反射回去,使得LED器件的出光效率得到提升;同時,LED晶片通過N固定塊301、P固定塊302與基板焊接,使得此種倒裝晶片封裝過程中不需要高精度定位工藝及設備,更易於倒裝晶片焊接固定於普通鋁基板或玻纖板上。
或者,參閱圖5,所述封裝本體201的底面也可以與N金錫焊盤501及P金錫焊盤502的底面平齊,在此種結構中,該N固定塊301與該P固定塊302頂面的面積大於或等於該N焊盤層26與該P焊盤層27底面的面積。
上述的具體實施方式中,LED倒裝晶片601可以使用傳統的LED倒裝晶片,也可以使用該發明所述的改進型LED倒裝晶片,以下具體實施方式將採用該發明所述的改進型LED倒裝晶片為較佳實施例予以說明,但並不局限於此。
參閱圖6與圖7,該LED倒裝晶片601包括藍寶石襯底1、自下而上依次設定在該藍寶石襯底1上自下而上依次設有N型層11、發光層12、P型層13、反射層15、第一絕緣層16。該第一絕緣層16上設有N引線電極17與P引線電極18,該N引線電極17沿深度自該P型層13延伸至N型層11的孔14(參閱圖9)與該N型層11導電連線,該P引線電極18與該反射層15導電連線。所述N引線電極17與該P引線電極18上設有第二絕緣層22,該第二絕緣層22上設有通孔28。N焊盤層26與P焊盤層27分別設定在該第二絕緣層22上,並透過通孔28分別與N引線電極17、P引線電極18相接觸形成導電連線。
其中,藍寶石襯底1在倒裝晶片中是可以剝離的,例如,採用雷射剝離工藝製作的薄膜倒裝晶片(TFFC)。
N型層11、發光層12和P型層13中的每一個均可以具有任意的常規已知結構。N型層11可以具有例如,N型接觸層、ESD層和N覆層依次沉積的結構。發光層12可以具有例如,INGaN阱層和GaN勢壘層交替沉積的MQW'結構。P型層13可以具有例如,P覆層和P接觸層依次沉積的結構。
反射層15是與P型層13接觸的P接觸電極,對於LED晶片的發射波長是透明的。覆蓋在反射層15上的第一絕緣層16可以採用對III族氮化物半導體發光器件的發射波長表現出透明性的絕緣材料,例如SiO2、Si3N4、Al2O3或TiO2。
在第一絕緣層16上設有N引線電極17和P引線電極18,在平面上該N引線電極17和該P引線電極18形成類似於兩個梳子以一定間隔彼此配合的形狀;同時,第二絕緣層22上的通孔28沿該第二絕緣層28的四周均勻分布,以提高倒裝晶片的電流密度的均勻度。其中,通孔28可以是圓形孔、方孔或呈其它形狀。
設定在第二絕緣層22上的N焊盤層26與P焊盤層27可以採用Ti、Ni、Au、AuSn、Au形成。較優的,為保證N焊盤層26和P焊盤層27之間不會形成短路,N焊盤層26和P焊盤層27之間距離A大於250微米,為了更好地滿足焊盤層之間不形成短路,LED倒裝晶片601的長、寬之比大於2.5:1。例如長度為1500微米的LED倒裝晶片,其寬度則要小於600微米。
較優的,N焊盤層26和P焊盤層27之間還設有絕緣塊29,絕緣塊29可以使二氧化矽、氮化矽、氧化鋁或二氧化矽層與氮化矽層相組合的材料;絕緣塊29具備不易與錫及金錫合金相粘結的特性,這樣可以進一步提高N焊盤層26和P焊盤層27之間的絕緣性能。絕緣塊29可以採用PECVD工藝沉積,然後光刻處理形成。
同時,為提高N引線電極17、P引線電極18與N型層11、反射層15的連線的導電性能,在孔14內及反射層15上分別設有N中間電極24、P中間電極25;N引線電極17與該N型層11之間通過N中間電極24連線,該P引線電極18與該反射層15間通過P中間電極25連線。
通過二層絕緣層的設計,使得多個N引線電極17和多個P引線電極18連線到整塊的N焊盤層26和P焊盤層27,有效增大N焊盤層26和P焊盤層27的焊接面積,降低了大功率倒裝晶片的焊接工藝及設備的精度要求;同時,焊接面的增大有利於LED倒裝晶片的散熱。
參閱圖8、圖9、圖10,為進一步提高LED倒裝晶片的絕緣性能,所述第二絕緣層22沿該LED倒裝晶片的側面延伸至該藍寶石襯底1,與該藍寶石襯底1的表面貼合。
或者,所述第一絕緣層16沿該LED倒裝晶片的側面延伸至該藍寶石襯底1,與該藍寶石襯底1的表面貼合;該第二絕緣層22沿該N引線電極17與該P引線電極18的側面延伸至該第一絕緣層16,與該第一絕緣層16的表面貼合。
或者,所述位於N引線電極17側的第二絕緣層22沿該LED倒裝晶片的側面延伸至該N型層11,與該N型層11的表面貼合,位於P引線電極18側的第二絕緣層22沿該LED倒裝晶片的側面延伸至該P型層13,與該P型層13的表面貼合。
採用此種結構,第一絕緣層16及第二絕緣層22將LED倒裝晶片外露的側面全部包覆,使LED晶片具有了良好的絕緣效果。即使在焊接過程中的熱量或LED晶片工作產生的熱量使焊料層發生熔化,焊料層熔化後爬升至LED晶片的外延結構,也不會造成LED晶片短路,提高了LED晶片的穩定性。
參閱圖11,上述LED倒裝晶片的製造方法,包括以下步驟:
首先,通過MOCVD(Metal-organicChemicalVaporDeposition、金屬有機化合物化學氣相沉澱)在藍寶石襯底1上自下而上依次生成N型層11、發光層12、P型層13。MOCVD所用的原料氣體如下:做為Ga源的TMG(三甲基稼)、做為IN源的TMI(三甲基錮)、做為Al源的TMA(三甲基鋁)、做為氮源的氨、做為N型摻雜氣體的矽烷、做為P型摻雜氣體的環戊二烯基鎂以及做為載氣的氫或氮。
接著,通過氣相沉積在該P型層13的表面覆蓋一反射層15(需打孔14暴露N型層11的區域預留,不需要沉積反射層15),接著對P型層13進行光刻和乾蝕刻,形成深度從P型層13延伸至該N型層11的孔14。
然後,採用氣相沉積和剝離工藝在該孔14的底部及反射層15上分別生成N中間電極24與P中間電極25,並進行熱處理。
然後,通過CVD(ChemicalVaporDeposition、化學氣相沉積)在反射層15上沉積第一絕緣層25;接下來,對該第一絕緣層16進行乾蝕刻,分別使該N中間電極24與該P中間電極25裸露。
之後,通過氣相沉積與剝離工藝在第一絕緣層16上形成具有布線圖案的N引線電極17和P引線電極18。N引線電極17與該N型層11之間通過N中間電極24連線,該P引線電極18與該反射層15間通過P中間電極25連線,以形成與P型層13的導電連線。
然後,通過CVD在該N引線電極17和P引線電極18上沉積第二絕緣層22,並通過乾蝕刻在該第二絕緣層22上形成通孔28。較優的,通孔28沿第二絕緣層22的四周均勻分布。
最後,將N焊盤層26與P焊盤層27設定在該第二絕緣層22上,N焊盤層26與P焊盤層27透過第二絕緣層22上的通孔28分別與N引線電極17、P引線電極18相接觸。
實施案例
第一實施方法
當封裝本體採用矽膠或樹脂材料時,上述LED倒裝晶片封裝器件的製造方法,包括以下步驟:
參閱圖12,首先,製備固定LED倒裝晶片的封裝支架300:提供一金屬帶材,對該金屬帶材進行衝壓,在該金屬帶材上形成至少一支架單元305,該支架單元305設有N固定塊301、N預切割帶303、P固定塊302與P預切割帶304;然後,對金屬帶材的表面進行電鍍,在N固定塊301與P固定塊302的表面形成一反射材料層(圖未示)。
參閱圖13,然後,將LED倒裝芯601固定在封裝支架300上:該LED倒裝晶片601的N焊盤層26與P焊盤層27分別通過N金錫焊盤501、P金錫焊盤502與N固定塊301、P固定塊302鍍有反射材料層的一面固定。
參閱圖14,接著,提供一注膠模具:該注膠模具包括相配合的上模801與下模802,該上模801設有至少一成型腔體804,該下模802對應該成型腔體804設有注膠口803。
參閱圖15,接著,成型封裝本體:將LED倒裝晶片601與封裝支架300放置於注膠模具,該LED倒裝晶片601位於成型腔體804內,該封裝支架300位於上模801與下模802之間;閉合上模801與下模802,從下模802的注膠口803注入液態封裝膠體,待液態封裝膠體包覆LED倒裝晶片601,並固化後,打開上模801與下模802,取出封裝有封裝本體201的LED倒裝晶片601與封裝支架300。
再次參閱圖12,切斷封裝支架300上的N預切斷帶303和P預切斷帶304,使N固定塊301、P固定塊302與封裝支架300下線,形成單個的LED倒裝晶片封裝器件。
參閱圖4,按此步驟製造的LED倒裝晶片封裝器件,LED倒裝晶片的N焊盤層26外露於該封裝本體201的面設有N金錫焊盤501、N固定塊301;P焊盤層27外露於該封裝本體201的面設有P金錫焊盤502、P固定塊302。此種結構便於LED倒裝晶片封裝器件與基板焊接,但LED倒裝晶片封裝器件厚度的增加也會增大晶片的熱阻,造成散熱性能降低,在要求散熱性能較高的情況下,較優的,切斷封裝支架300上的N預切斷帶303和P預切斷帶304,使N固定塊301、P固定塊302與封裝支架300下線,形成單個的LED倒裝晶片封裝器件後,還包括一步驟:採用化學刻蝕及機械切割方式移除N金錫焊盤501、N固定塊301、P金錫焊盤502及P固定塊302,使LED倒裝晶片601的N焊盤層26和P焊盤層27的一面外露於該封裝本體201;單個的LED倒裝晶片封裝器件與基板固定時,N焊盤層26和P焊盤層27可以直接與基板固定。
第二實施方法
當封裝本體採用矽膠或樹脂材料時,上述LED倒裝晶片封裝器件還可以採用以下製造方法,包括以下步驟:
參閱圖16,首先,製備固定LED倒裝晶片的載板:提供一金屬箔902,對該金屬箔902進行衝壓,在該金屬箔902上形成至少一通孔901。參閱圖17,然後,在該金屬箔902下方設定一藍膜903與該金屬箔902貼合。
參閱圖18,接著,將LED倒裝晶片601與載板固定:將LED倒裝晶片601設定在金屬箔902的通孔901內,並使LED倒裝晶片601的N焊盤層26、P焊盤層27與藍膜903表面固定。
參閱圖14,此後,提供一注膠模具,該注膠模具與上述實施方式中所述一致,在此不再進行贅述。
參閱圖19,成型封裝本體:將LED倒裝晶片601與載板(金屬箔902與藍膜903)放置於注膠模具,該LED倒裝晶片位於成型腔體內,該載板位於上模與下模之間;閉合上模與下模,從下模的注膠口注入液態封裝膠體,待液態封裝膠體包覆LED倒裝晶片601,並固化後,打開上模與下模,取出封裝有封裝本體的LED倒裝晶片與載板。最後,剝離掉藍膜903。
第三實施方法
當封裝本體採用玻璃材料時,上述LED倒裝晶片封裝器件的製造方法,包括以下步驟:
參閱圖12,首先,製備上述方法所使用的封裝支架300。參閱圖13,接著,將LED倒裝晶片固定在封裝支架上。該兩步驟與上述第一實施方法一致,在此不再詳述。
參閱圖20,提供一衝壓模具:該衝壓模具包括上模904與下模906,該上模904設有至少一凹槽905,該凹槽905大於該LED倒裝晶片601的外形尺寸(長度、寬度、厚度)。
參閱圖21,成型封裝本體:將LED倒裝晶片601與封裝支架300放置於上模904與下模906之間,封裝支架300放置在下模906上方,LED倒裝晶片601與上模904上的凹槽905相對應;將固態玻璃片907放置於LED倒裝晶片601上加熱,使固態玻璃片907在氮氣或真空環境下熔化,熔融狀態的玻璃流動將LED倒裝晶片601包覆;此時下壓上模904,凹槽905的側壁將位於LED倒裝晶片601側的熔融玻璃隔斷,形成包覆LED倒裝晶片601的封裝本體201,待冷卻固化後,打開上模904與下模906,取出封裝有封裝本體201的LED倒裝晶片601與封裝支架300。
再次參閱圖12,切斷封裝支架300上的N預切斷帶303和P預切斷帶304,使N固定塊301、P固定塊302與封裝支架300下線,形成單個的LED倒裝晶片封裝器件。
較優的,可以採用化學刻蝕及機械切割方式移除N金錫焊盤501、N固定塊301、P金錫焊盤502及P固定塊302,使LED倒裝晶片601的N焊盤層26和P焊盤層27的一面外露於該封裝本體201。
第四實施方法
當封裝本體採用玻璃材料時,上述LED倒裝晶片封裝器件還可以採用以下製造方法,包括以下步驟:
參閱圖16、圖17與圖18,製備固定LED倒裝晶片的載板;將LED倒裝晶片與載板固定;該兩步驟與前述第二實施方法一致,在此不再詳述。參閱圖20,提供一衝壓模具,該模具與上述第三實施方法所採用的衝壓模具一致。
成型封裝本體:將LED倒裝晶片601放置於上模904與下模906之間,載板金屬箔902與藍膜903)放置在下模906上方,LED倒裝晶片601與上模904上的凹槽905相對應;將固態玻璃片放置於LED倒裝晶片上加熱,使固態玻璃片在氮氣或真空環境下熔化,熔融狀態的玻璃流動將LED倒裝晶片包覆;此時下壓上模,凹槽的側壁將位於LED倒裝晶片側的熔融玻璃隔斷,形成包覆LED倒裝晶片的封裝本體,待冷卻固化後,打開上模與下模,取出封裝有封裝本體的LED倒裝晶片與載板;最後,剝離藍膜903。
參閱圖22,使用上述LED倒裝晶片封裝器件的封裝結構,包括:LED倒裝晶片601、封裝本體201與基板401。該封裝本體201將該LED倒裝晶片601包覆,該LED倒裝晶片601的N焊盤層26與P焊盤層27外露於該封裝本體201。所述基板401上設有N粘結金屬層402與P粘結金屬層403。該N焊盤層26、P焊盤層27分別與N粘結金屬層402、P粘結金屬403層對應連線。
參閱圖23,或者,該N焊盤,26外露於封裝本體201的一面依次設有N金錫焊盤501、N固定塊301。該P焊盤層27外露於封裝本體201的一面依次設有P金錫焊盤502、P固定塊302,該N固定塊301、P固定塊302分別與N粘結金屬層402、P粘結金屬層403對應連線。
為進一步提高LED器件的出光效率,所述基板401與封裝本體201及LED倒裝晶片601的間隙內充填有反射層701。該反射層701可以採用摻雜有氧化鈦的矽膠或環氧樹脂材料,填充可以採用點膠的工藝施加,主要利用LED倒裝晶片601與所述基板401形成間隙而產生的毛細現象的虹吸力將反射材料吸入。
榮譽表彰
2017年12月11日,《LED倒裝晶片封裝器件、其製造方法及使用其的封裝結構》獲得第十九屆中國專利優秀獎。