專利名稱：一種圓片級(jí)led芯片封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種圓片級(jí)LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light-emitting diode ,簡(jiǎn)稱LED)作為一種直接將電能轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光和福射能的發(fā)光器件，具有工作電壓低，耗電量小，發(fā)光效率高，發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短，光色純，產(chǎn)品本身以及制作過(guò)程均無(wú)污染，抗沖擊，耐振動(dòng)，性能穩(wěn)定可靠，重量輕，體積小，成本低等一系列的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛認(rèn)為21世紀(jì)最優(yōu)質(zhì)的光源。提升LED的出光效率可以從反光層、防全反射設(shè)計(jì)著手，但如何解決LED封裝結(jié)構(gòu)的散熱設(shè)計(jì)直接成為了影響LED應(yīng)用到照 明領(lǐng)域的主要原因。LED中的發(fā)光芯片是一種半導(dǎo)體材料，它對(duì)熱很敏感，熱會(huì)使它的電光轉(zhuǎn)換效率降低，還會(huì)縮短LED的使用壽命，散熱對(duì)器件性能是至關(guān)重要的，如果不能將電流產(chǎn)生的熱量及時(shí)的散出，保持PN結(jié)溫在允許范圍內(nèi)，將無(wú)法獲得穩(wěn)定的光輸出和維持正常的器件壽命。對(duì)于LED芯片本身而言,其發(fā)光層遠(yuǎn)離散熱體，襯底(藍(lán)寶石)也是熱的不良導(dǎo)體，因此散熱問(wèn)題是LED芯片工作效率的主要影響因素。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述不足，提供一種散熱性能好、出光效率高和封裝可靠性好的圓片級(jí)硅通孔結(jié)構(gòu)的LED芯片封裝結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的一種圓片級(jí)LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，它包括LED晶片和硅本體，所述LED晶片的正面設(shè)有電極，所述電極包括P電極和N電極,所述電極周圍設(shè)有絕緣層。所述硅本體正面形成硅腔，在硅腔表面沉積金屬層，LED晶片倒裝于硅腔底部；所述硅本體上方設(shè)有玻璃殼體，玻璃殼體通過(guò)絕緣膠體與硅本體連接；所述硅本體背面設(shè)有若干個(gè)硅通孔，所述硅通孔直達(dá)電極的正面、陣列排布并布滿整個(gè)電極所對(duì)應(yīng)的硅本體的背面，在硅通孔內(nèi)壁和硅本體背面設(shè)有絕緣保護(hù)層，所述絕緣保護(hù)層的外表面設(shè)有金屬線路層和線路表面保護(hù)層，所述金屬線路層與電極連接，并分別連通P電極和N電極所對(duì)應(yīng)的硅通孔，所述金屬線路層的末端分別設(shè)置P電極和N電極所對(duì)應(yīng)的焊球或金屬凸點(diǎn)，所述線路表面保護(hù)層覆蓋金屬線路層的外圍，并露出焊球或金屬凸點(diǎn)。所述硅通孔成面陣分布。所述硅通孔為直孔。所述硅通孔為梯形孔，所述梯形孔的孔壁與電極的平面的夾角范圍為60° 87。。所述玻璃殼體呈平板形、圓拱形、弓形或方凸形。所述LED晶片的個(gè)數(shù)為一個(gè)或數(shù)個(gè)。所述玻璃殼體與LED晶片之間的空間設(shè)有填充物，所述填充物為透明膠體或混合熒光粉的填充膠體。所述填充物設(shè)置在玻璃殼體的內(nèi)表面或充滿整個(gè)硅腔或設(shè)置在LED晶片的發(fā)光面上。 所述絕緣膠體為樹(shù)脂類或硅膠類。本實(shí)用新型的有益效果是1、本實(shí)用新型利用玻璃殼體代替?zhèn)鹘y(tǒng)的樹(shù)脂或硅膠封裝，提高封裝體的氣密性、透光率和可靠性。2、本實(shí)用新型采用面陣分布的硅通孔和倒裝技術(shù)，改變傳統(tǒng)封裝難散熱的缺陷，使LED晶片產(chǎn)生的熱經(jīng)硅通孔內(nèi)填充的金屬線路層導(dǎo)出，不僅降低了 LED整體封裝的熱阻，而且提高了 LED芯片的發(fā)光效率，提升了產(chǎn)品的可靠性及穩(wěn)定性。3、相比于傳統(tǒng)LED封裝，本實(shí)用新型提出的封裝結(jié)構(gòu)是基于整個(gè)晶圓進(jìn)行的，而不是基于單顆進(jìn)行的，所以具有生產(chǎn)效率高、封裝成本低的特點(diǎn)。4、本實(shí)用新型利用LED電極正面(傳統(tǒng)LED封裝通常采用芯片背面散熱)硅通孔的方式引出導(dǎo)線，不僅實(shí)現(xiàn)良好的散熱，而且封裝結(jié)構(gòu)尺寸可以向更小、最薄方向推進(jìn)。

圖1為本實(shí)用新型一種圓片級(jí)LED芯片封裝結(jié)構(gòu)的實(shí)施例一的示意圖。圖2為圖1的實(shí)施例二的示意圖。圖3為圖1的實(shí)施例三的示意圖。其中LED 晶片 IP 電極 1-1N 電極 1-2絕緣層1-3硅本體2硅腔2-1硅通孔2-2金屬層3玻璃殼體4絕緣膠體5線路表面保護(hù)層6金屬線路層7絕緣保護(hù)層8焊球或金屬凸點(diǎn)9。
具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型涉及一種圓片級(jí)LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，它包括LED晶片I和硅本體2，所述LED晶片I的正面設(shè)有電極，所述電極包括P電極1-1和N電極1-2，所述電極周圍設(shè)有絕緣層1-3。[0040]所述硅本體2正面形成硅腔2-1，在硅腔2-1表面沉積金屬層3，LED晶片I倒裝于硅腔2-1底部；所述硅本體2上方設(shè)有玻璃殼體4，所述玻璃殼體4呈平板形、圓拱形、弓形或方凸形。玻璃殼體4通過(guò)絕緣膠體5與娃本體2連接,所述絕緣膠體5為樹(shù)脂類或娃膠類，以減小LED晶片發(fā)光的全反射效應(yīng)，完成混光過(guò)程。所述LED晶片I設(shè)置于玻璃殼體4與硅本體2形成的封閉空間內(nèi)，以提高封裝結(jié)構(gòu)的氣密性和耐老化性能。所述玻璃殼體4與LED晶片I之間的空間設(shè)有填充物，所述填充物為透明膠體或混合熒光粉的填充膠體。所述LED晶片I的個(gè)數(shù)為一個(gè)或數(shù)個(gè)。所述硅本體2背面設(shè)有若干個(gè)硅通孔2-2，所述硅通孔2-2為直孔，如圖1所示的實(shí)施例一；或所述硅通孔2-2梯形孔，所述梯形孔的孔壁與電極的平面的夾角范圍為60° 87°，如圖2所示的實(shí)施例二。所述硅通孔2-2直達(dá)電極的正面、陣列排布并布滿整個(gè)電極所對(duì)應(yīng)的硅本體2的背面，在硅通孔2-2內(nèi)壁和硅本體2背面設(shè)有絕緣保護(hù)層6，所述絕緣保護(hù)層6的外表面設(shè)有金屬線路層7和線路表面保護(hù)層8，所述金屬線路層7與電極連接，并分別連通P電極1-1和N電極1-2所對(duì)應(yīng)的硅通孔2-2，可以使LED晶片I產(chǎn)生的熱盡快散出。所述金屬線路層7的末端分別設(shè)置P電極1-1和N電極1-2所對(duì)應(yīng)的焊球或金屬凸點(diǎn)9，或填充焊膏，如圖3所示的實(shí)施例三，以便后續(xù)工藝的實(shí)施。所述金屬線路層7是單層、雙層或多層，其材質(zhì)為導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能良好的銅、鎳等金屬。所述線路表面保護(hù)層8覆蓋金屬線路層7的外圍，并露出焊球或金屬凸點(diǎn)9。本實(shí)用新型的一種圓片級(jí)LED芯片封裝結(jié)構(gòu)的封裝工藝如下步驟一、取硅本體2，通過(guò)光刻、硅刻蝕以及光刻膠剝離工藝，在硅本體2的正面形成娃腔2_1 ；步驟二、采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)方法在硅腔2-1內(nèi)壁形成金屬層3，所述金屬層3的材質(zhì)為鋁、鈦/鋁或鈦/銀；步驟三、在硅腔2-1的底部、金屬層3之上涂覆一層絕緣層1-3，將LED晶片通過(guò)絕緣層1-3倒裝于硅腔2-1的底部；步驟四、將玻璃殼體4與硅腔2-1之間的空間設(shè)置透明膠體或混合熒光粉的填充膠體；步驟五、取玻璃殼體4，通過(guò)絕緣膠體5將玻璃殼體4與硅本體2粘合，形成封閉空間內(nèi)；步驟六、采用激光打孔及蝕刻法在硅本體2背面、對(duì)應(yīng)電極的地方開(kāi)設(shè)若干個(gè)硅通孔2-2，所述硅通孔2-2直達(dá)電極的正面，所述硅通孔2-2陣列排布并布滿整個(gè)電極所對(duì)應(yīng)的娃本體2的背面；步驟七、在上述硅通孔2-2內(nèi)壁和硅本體2背面設(shè)置絕緣保護(hù)層6 ；步驟八、通過(guò)濺射、光刻、電鍍工藝在上述絕緣保護(hù)層6上形成單層、雙層或多層金屬線路層7，所述金屬線路層7與電極連接，并分別連通P電極1-1和N電極1-2所對(duì)應(yīng)的硅通孔2-2 ；步驟九、通過(guò)光刻工藝在 硅本體2背面的金屬線路層7表面涂覆一層膠體，形成線路表面保護(hù)層8，顯影后在形成用于植焊球或金屬凸點(diǎn)9的開(kāi)口；步驟十、在上述開(kāi)口處形成焊球或金屬凸點(diǎn)9，所述焊球或金屬凸點(diǎn)9通過(guò)金屬線路層7分別與P電極1-1和N電極1-2連通；步驟十一、通過(guò)晶圓切割分離的方法形成單顆圓片級(jí)硅通孔散熱LED封裝結(jié)構(gòu)。在步驟四中，所述透明膠體或混合熒光粉膠體填充及涂覆的方式可以為以下幾種1、沿玻璃殼體4的內(nèi)表面涂覆一層透明膠體或混合熒光粉膠體；2、透明膠體或熒光粉膠體充滿整個(gè)硅腔2-1 ；3、在LED晶片I發(fā)光面上涂覆一層透明膠體或混合熒光粉膠體材料?？墒褂蒙鲜龅?一種或幾種方法實(shí)現(xiàn)透明膠體或混合熒光粉膠體的應(yīng)用。
權(quán)利要求1.一種圓片級(jí)LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，包括LED晶片(I)和硅本體(2)，所述LED晶片(I) 的正面設(shè)有電極，所述電極包括P電極(1-1)和N電極(1-2),所述電極周圍設(shè)有絕緣層 (1_3),其特征在于所述硅本體(2 )正面形成硅腔(2-1)，在硅腔(2-1)表面沉積金屬層(3 )， LED晶片(I)倒裝于硅腔(2-1)底部；所述硅本體(2)上方設(shè)有玻璃殼體(4)，玻璃殼體(4) 通過(guò)絕緣膠體(5)與硅本體(2)連接；所述硅本體(2)背面設(shè)有若干個(gè)硅通孔(2-2)，所述硅通孔(2-2)直達(dá)電極的正面、陣列排布并布滿整個(gè)電極所對(duì)應(yīng)的硅本體(2)的背面，在硅通孔(2-2)內(nèi)壁和硅本體(2)背面設(shè)有絕緣保護(hù)層(6)，所述絕緣保護(hù)層(6)的外表面設(shè)有金屬線路層(7)和線路表面保護(hù)層(8)，所述金屬線路層(7)與電極連接，并分別連通P電極(1-1)和N電極(1-2)所對(duì)應(yīng)的硅通孔(2-2)，所述金屬線路層(7)的末端分別設(shè)置P電極(1-1)和N電極(1-2)所對(duì)應(yīng)的焊球或金屬凸點(diǎn)(9)，所述線路表面保護(hù)層(8)覆蓋金屬線路層(7)的外圍，并露出焊球或金屬凸點(diǎn)(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓片級(jí)LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述硅通孔 (2-2)成面陣分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種圓片級(jí)LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述硅通孔(2-2)為直孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種圓片級(jí)LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述硅通孔(2-2)為梯形孔，所述梯形孔的孔壁與電極的平面的夾角范圍為60 87°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓片級(jí)LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述玻璃殼體 (4)為平板形、圓拱形、弓形、或方凸形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓片級(jí)LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述LED晶片 (I)的個(gè)數(shù)為一個(gè)或數(shù)個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓片級(jí)LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述玻璃殼體(4)與LED晶片(I)之間的空間設(shè)有填充物，所述填充物為透明膠體或混合熒光粉的填充膠體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種圓片級(jí)LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述填充物設(shè)置在玻璃殼體(4)的內(nèi)表面或充滿整個(gè)硅腔(2-1)或設(shè)置在LED晶片(I)的發(fā)光面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓片級(jí)LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述絕緣膠體(5)為樹(shù)脂類或娃膠類。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種圓片級(jí)LED芯片封裝結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域。它包括LED晶片(1)和硅本體(2)，所述LED晶片(1)的正面設(shè)有電極，所述硅本體(2)正面形成硅腔(2-1)，在硅腔(2-1)表面沉積金屬層(3)，LED晶片(1)倒裝于硅腔(2-1)底部，所述硅本體(2)背面設(shè)有若干個(gè)硅通孔(2-2)，在硅通孔(2-2)內(nèi)壁和硅本體(2)背面設(shè)有絕緣保護(hù)層(6)，所述絕緣保護(hù)層(6)的外表面設(shè)有金屬線路層(7)和線路表面保護(hù)層(8)，所述金屬線路層(7)與電極連接，并分別連通P電極(1-1)和N電極(1-2)所對(duì)應(yīng)的硅通孔(2-2)，使LED晶片(1)產(chǎn)生的熱盡快散出。本實(shí)用新型的芯片結(jié)構(gòu)散熱性能好、出光效率高和封裝可靠性好。
文檔編號(hào)H01L33/62GK202871856SQ20122051591
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月10日
發(fā)明者張黎, 陳棟, 段珍珍, 賴志明, 陳錦輝 申請(qǐng)人:江陰長(zhǎng)電先進(jìn)封裝有限公司