專利名稱：一種基于硅基板的led表面貼片式封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于發(fā)光器件的制造領(lǐng)域，涉及一種基于硅基板的LED封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)光源具有高效率、長壽命、不含Hg等有害物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。隨著LED 技術(shù)的迅猛發(fā)展，LED的亮度、壽命等性能都得到了極大的提升，使得LED的應(yīng)用領(lǐng)域越來 越廣泛，從路燈等室外照明到裝飾燈等室內(nèi)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(jié)構(gòu)由于其應(yīng)用方便和體積小等優(yōu)勢已經(jīng)成為了主 要的封裝形式。請參閱圖1，其是現(xiàn)有技術(shù)中常用的LED表面貼裝結(jié)構(gòu)，包括一封裝支架100 和一通過固晶工藝貼裝在封裝支架100內(nèi)的LED芯片200。封裝支架100表面設(shè)置有金屬 引線500，在LED芯片200兩側(cè)的金屬引線500上設(shè)置有電極400，LED芯片200的正負(fù)電 極通過金線300分別與封裝支架100上的電極400電連接。通過熒光粉涂敷和封膠工藝在 LED芯片200的上方填充灌封膠體600，從而完成對LED芯片200的封裝。然而，目前這種 LED表面貼裝結(jié)構(gòu)存在以下問題由于封裝支架100是采用金屬支架為基板，再以射出塑膠 凹槽或模鑄成型方式封膠后并切割而成，因此其耐溫性不佳、散熱性不夠理想，微型化不易 制作。此外，由于采用了將LED芯片200上表面裝貼及采用金線300連接電極的結(jié)構(gòu)，而金 線連接失效往往是LED生產(chǎn)和使用過程中出現(xiàn)最多的失效模式。另外，上表面裝貼的LED 芯片200通過藍(lán)寶石散熱，其散熱效果不佳。為了解決上述封裝支架結(jié)構(gòu)存在的問題，一個(gè)較好的方法是采用硅基板直接作為 LED芯片的封裝基板。目前基于硅基板的SMD結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品還未能在實(shí)際中大量銷售和應(yīng)用， 只是有相關(guān)的專利報(bào)道。他們大多采用的都是將硅片上表面挖一個(gè)深的凹槽，再在凹槽內(nèi) 挖通孔，將上表面凹槽內(nèi)的電極連到下表面，形成SMD的封裝形式；LED芯片被埋入到硅凹 槽中，封裝時(shí)在凹槽中填充熒光粉和封膠；而且普遍采用的是正裝芯片打金線連接。部分也 采用了倒裝芯片的結(jié)構(gòu)。請參閱圖2，該封裝結(jié)構(gòu)包括一硅基板10、一 LED芯片20和封裝 膠體30。其中該硅基板10的上表面具有一深凹槽，LED芯片20倒裝在該硅基板10的深凹 槽內(nèi)。LED芯片20的正負(fù)電極對應(yīng)的硅基板10的凹槽內(nèi)設(shè)有通孔50，通孔50對應(yīng)的硅基 板10的下表面具有導(dǎo)電焊盤60，LED芯片20通過通孔50內(nèi)設(shè)的引線與導(dǎo)電焊盤60電連 接。該封裝膠體30是通過在深凹槽內(nèi)填充熒光粉和封膠而形成。這種結(jié)構(gòu)由于需要在硅 片的上表面挖大的深凹槽，需要對硅片進(jìn)行長時(shí)間腐蝕，工藝復(fù)雜且成本較高；同時(shí)由于凹 槽很深，從而在其內(nèi)部布線難度增加，特別是如果采用倒裝芯片，需要在凹槽內(nèi)的電極上 制作金屬凸點(diǎn)，其工藝難度較大；再者由于硅基板上表面有深的凹槽，不容易在硅基板上集 成LED的外圍電路(如靜電保護(hù)電路、驅(qū)動電路等)，其應(yīng)用前景上也受到限制；此外，受凹 槽大小限制，凹槽內(nèi)放置的芯片數(shù)目受限，不易實(shí)現(xiàn)多芯片模組。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，提供一種散熱性能好、工藝簡單、低成本、品質(zhì)可控的LED表面貼裝結(jié)構(gòu)。一種基于硅基板的LED表面貼片式封裝結(jié)構(gòu)，包括硅基板、LED芯片、圓環(huán)凸壁和 透鏡。所述硅基板的上表面為一平面結(jié)構(gòu)，無凹槽，一氧化層覆蓋在硅基板的上表面，分別 用以連接正負(fù)電極的二金屬電極層設(shè)置在該氧化層的上表面且相互絕緣，所述金屬電極層 的上表面分別設(shè)置有金屬凸點(diǎn)；金屬電極層下方對應(yīng)的硅基板分別設(shè)有貫穿硅基板的通 孔；一絕緣層覆蓋所述通孔的內(nèi)壁以及硅基板的部分下表面；一金屬連接層覆蓋在通孔內(nèi) 的絕緣層表面；兩個(gè)導(dǎo)電金屬焊盤分別設(shè)置在硅基板下表面并通過絕緣層與硅基板絕緣， 該導(dǎo)電金屬焊盤的位置與通孔位置對應(yīng)，并通過通孔內(nèi)的金屬連接層與硅基板上表面的金 屬電極層電連接；一導(dǎo)熱金屬焊盤設(shè)置在硅基板下表面二導(dǎo)電金屬焊盤之間，其與硅基板 之間無絕緣層。所述LED芯片倒裝在該硅基板上，正負(fù)極分別與二金屬凸點(diǎn)連接。所述圓 環(huán)凸壁設(shè)置在硅基板的上表面形成包圍區(qū)域，所述LED芯片設(shè)置在該包圍區(qū)域內(nèi)。所述透 鏡由圓環(huán)凸壁限制成型，所述透鏡包裹LED芯片及其內(nèi)的金屬電極層。所述透鏡是通過圓 環(huán)凸壁的表面張力限制作用使得液態(tài)的膠體直接成形而成，使得LED芯片及其內(nèi)的金屬電 極層與外界隔離。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的封裝結(jié)構(gòu)散熱效果好、體積小；同時(shí)無金線封裝使 得該結(jié)構(gòu)具有高的可靠性。直接在硅基板的表面倒裝LED芯片而節(jié)省了在硅片表面挖深凹 槽的步驟，降低了工藝成本和工藝難度，同時(shí)可容易地在硅片上表面進(jìn)行LED芯片的排布， 可以隨意方便地實(shí)現(xiàn)多芯片模組連接及封裝。采用在硅片上表面做圓環(huán)凸壁的方法，實(shí)現(xiàn) 了直接通過封裝點(diǎn)膠形成較好的透鏡，比傳統(tǒng)的鑄模透鏡成本更低。為了能更清晰的理解本實(shí)用新型，以下將結(jié)合附圖說明闡述本實(shí)用新型的具體實(shí) 施方式。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中常用的LED表面貼裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)中硅基板作為LED芯片的封裝基板的封裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖3本實(shí)用新型基于硅基板的LED封裝結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖4是圖3所示的俯視圖。圖5是圖3所示的仰視圖。
具體實(shí)施方式
請同時(shí)參閱圖3、圖4和圖5，其分別是本實(shí)用新型基于硅基板的LED封裝結(jié)構(gòu)的 剖面示意圖、俯視圖及仰視圖。該LED封裝結(jié)構(gòu)包括硅基板1、LED芯片2和透鏡12。具體 的，該硅基板1的上表面為一平面結(jié)構(gòu)，無凹槽。一氧化層5覆蓋在硅基板1的上表面。分 別用以連接正負(fù)電極的二金屬電極層4設(shè)置在該氧化層5的上表面且相互絕緣。金屬電極 層4的上表面分別設(shè)置有金屬凸點(diǎn)3。LED芯片2倒裝在該硅基板1上，LED芯片2的正負(fù) 極分別與二金屬凸點(diǎn)3連接，從而與金屬電極層4電連接。在LED芯片2兩側(cè)的金屬電極 層4下方對應(yīng)的硅基板1分別設(shè)有貫穿其上下表面的通孔6，通孔6的內(nèi)壁以及硅基板1的 下表面覆蓋一絕緣層7。一金屬連接層8覆蓋在通孔6內(nèi)的絕緣層7表面。兩個(gè)導(dǎo)電金屬 焊盤9分別設(shè)置在硅基板1下表面并通過絕緣層7與硅基板1絕緣，該導(dǎo)電金屬焊盤9的 位置與通孔6位置對應(yīng)，其通過通孔6內(nèi)的金屬連接層8與硅基板1上表面的金屬電極層4電連接。一導(dǎo)熱金屬焊盤10設(shè)置兩個(gè)導(dǎo)電金屬焊盤9之間，并在LED芯片2正下方對應(yīng) 的硅基板1的下表面，且導(dǎo)熱金屬焊盤10與硅基板1之間無絕緣層。LED芯片2的上表面 涂覆有一熒光粉層13。在硅基板1上表面兩個(gè)通孔6的兩側(cè)設(shè)置有一圓環(huán)凸壁11，其為透 鏡12提供一個(gè)限制空間，透鏡12使LED芯片2及其內(nèi)的金屬布線與外界隔離。具體的，所述的金屬凸點(diǎn)3的材料可以為鉛、錫、金、鎳、銅、鋁、銦中單一的材料、 多層材料或者合金。所述導(dǎo)電金屬焊盤9和導(dǎo)熱金屬焊盤10的材料可以為鎳、金、銀、鋁、鈦、鎢、鎘、 釩、鉬等中單一的材料、多層材料或者合金。所述圓環(huán)凸壁11的高度為IOum 500um之間。所述圓環(huán)凸壁11所采用的材料 可以是金屬、氧化物、氮化物、聚酰亞胺(Polyimide)或可固化后永久使用的光刻膠等。所述透鏡12的材料為透明的樹脂或硅膠；也可以是混合有顆粒狀熒光粉的樹脂 或硅膠；或者是由兩層材料組成第一層是混有熒光粉的膠體或熒光粉固體薄片，第二層 是透明的樹脂或硅膠。所述絕緣層7可以是聚酰亞胺(Polyimide)、氧化硅、氮化硅、可固化后永久使用 的光刻膠等。以下詳細(xì)說明本實(shí)用新型的LED封裝結(jié)構(gòu)的制造步驟步驟Sl 制造LED芯片2。具體地，在藍(lán)寶石襯底上生長有多層氮化鎵的外延圓 片，經(jīng)過光刻、刻蝕、金屬層沉積和鈍化層保護(hù)等系列工藝步驟，在LED芯片上形成P電極和 N電極，以及電極上的金屬焊盤。該圓片經(jīng)研磨拋光后切割成單粒的LED芯片2。步驟S2 在硅基板1上形成氧化層5、金屬電極層4和金屬凸點(diǎn)3。具體地，在硅 基板1上，首先通過半導(dǎo)體生產(chǎn)的熱氧化工藝在硅基板圓片的上表面形成一定厚度的氧化 層5。然后通過蒸發(fā)、濺射或電鍍等工藝在氧化層5的表面形成金屬電極層4，再通過光刻、 腐蝕或剝離等工藝將金屬層4形成對應(yīng)于LED芯片的圖形和連線。最后通過電鍍、蒸發(fā)或 金屬線植球等方式在成金屬電極層4的上表面形成金屬凸點(diǎn)3。步驟S3 在硅基板1形成通孔6。具體地，將硅片進(jìn)行下表面研磨，研磨到所需要 的厚度。然后在硅片下表面進(jìn)行介質(zhì)層沉積、涂膠、曝光、顯影、腐蝕等工藝，形成通孔位置 的圖形。接著通過介質(zhì)層或光刻膠作為掩蔽層，對硅進(jìn)行干法刻蝕或濕法腐蝕，從而腐蝕出 通孔6。所述通孔6貫穿硅基板1上表面的氧化層5。步驟S4 形成通孔6內(nèi)側(cè)表面和硅基板1下表面的絕緣層7。具體地，通過電鍍方 式或噴涂方式在通孔6內(nèi)和硅基板1下表面形成一層絕緣層。通過曝光顯影開出通孔內(nèi)與 硅片上表面金屬的連接開孔，同時(shí)硅片下表面對應(yīng)導(dǎo)熱金屬焊盤10的位置絕緣層也被去 除，保留兩個(gè)導(dǎo)電金屬焊盤9處的絕緣層。步驟S5:形成金屬連接層8、導(dǎo)電金屬焊盤9和導(dǎo)熱金屬焊盤10。具體地，通過電 鍍、化學(xué)鍍等方式在通孔6內(nèi)的絕緣層7表面形成金屬連接層8以及在硅基板1的下表面 的絕緣層7上形成導(dǎo)電金屬焊盤9，在硅基板1的下表面LED芯片2對應(yīng)處形成導(dǎo)熱金屬焊 盤10。導(dǎo)電金屬焊盤9通過金屬連接層8實(shí)現(xiàn)與硅基板1上表面的金屬電極層4的電連接。步驟S6 形成圓環(huán)凸壁11。具體地，在硅基板1的上表面涂布一介質(zhì)層，該介質(zhì)層 可以用聚酰亞胺(Polyimide)或可固化后永久使用的光刻膠等，涂布后用曝光和顯影形成所需厚度的圓環(huán)凸壁11。步驟S7 將LED芯片2倒裝焊接在硅基板1的正表面。通過自動化的倒裝焊設(shè)備 將一個(gè)個(gè)的LED芯片2倒裝焊接在硅片上表面上，倒裝焊過程實(shí)際是金屬凸點(diǎn)3同LED芯 片2的P電極和N電極的金屬焊盤的鍵合過程，可以采用回流焊的方式或是用加熱后加超 聲波的邦定工藝。步驟S8 在LED芯片2表面涂敷熒光粉層13。將熒光粉顆粒先混入膠中制成熒光 膠，然后進(jìn)行涂敷，涂敷方式可以是噴涂、刷涂或滴膠等方式。步驟S9 形成透鏡12。在圓環(huán)凸壁11內(nèi)的硅基板1上方進(jìn)行點(diǎn)膠，點(diǎn)膠量根據(jù)芯 片尺寸和膠的粘稠度決定，使得圓環(huán)凸壁11外側(cè)高度的表面張力能夠限制住膠不會向外 延伸，同時(shí)由于表面張力的作用，適當(dāng)膠量能使膠的向上凸起接近半球狀，點(diǎn)膠后烘烤固 化即形成透鏡12。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型直接在硅基板的表面倒裝LED芯片而節(jié)省了在硅片 表面挖深凹槽的步驟，降低了工藝成本和工藝難度。硅基板上表面沒有了凹槽，可容易地實(shí) 現(xiàn)在硅基板表面集成LED的外圍電路，如抗靜電保護(hù)電路、LED恒流驅(qū)動電路等，同時(shí)可容 易地在硅片上表面進(jìn)行LED芯片的排布，可以隨意方便地實(shí)現(xiàn)多芯片模組連接及封裝。采 用在硅片上表面做圓環(huán)凸壁的方法，實(shí)現(xiàn)了一致的封裝點(diǎn)膠，并形成較好的透鏡，比傳統(tǒng)的 鑄模透鏡成本更低。實(shí)用新型的封裝結(jié)構(gòu)，可方便在整個(gè)硅圓片上完成所有封裝工序后再 做切割，實(shí)現(xiàn)晶圓級的LED封裝，降低封裝的成本。此外，本實(shí)用新型采用一層硅作為封裝 基板，將LED芯片產(chǎn)生的熱直接通過硅導(dǎo)出，熱阻比較小。采用倒裝焊工藝將LED直接通過 金屬凸點(diǎn)連接到硅基板上，相對于正裝LED產(chǎn)品通過藍(lán)寶石散熱，具有更好的散熱效果。整 個(gè)封裝結(jié)構(gòu)中沒有一根金線，減少了由于金線連接失效造成的可靠性問題。整個(gè)封裝結(jié)構(gòu) 體積比較小，有利于LED (特別是大功率LED)及其模組的結(jié)構(gòu)小型化，方便后面的燈具產(chǎn)品 的二次光學(xué)設(shè)計(jì)。此外，本實(shí)用新型的基于硅基板的LED封裝結(jié)構(gòu)還可具有多種實(shí)施方式。如可以 無需在LED芯片的上表面單獨(dú)設(shè)置一熒光粉層，而是直接用透明的樹脂膠或硅膠點(diǎn)膠形成 透鏡，封裝成藍(lán)光LED ；或者將熒光粉顆粒與灌封膠均勻混合，然后直接在硅片表面的圓環(huán) 內(nèi)芯片上面點(diǎn)膠，并烘烤固化形成透鏡?；蛘呦仍贚ED芯片表面貼上已制作好的熒光粉固 體薄片，然后再用透明的灌封膠在硅片表面的圓環(huán)內(nèi)點(diǎn)膠形成透鏡。本實(shí)用新型并不局限于上述實(shí)施方式，如果對本實(shí)用新型的各種改動或變形不脫 離本實(shí)用新型的精神和范圍，倘若這些改動和變形屬于本實(shí)用新型的權(quán)利要求和等同技術(shù) 范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動和變形。
權(quán)利要求1.一種基于硅基板的LED表面貼片式封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于包括——硅基板，所述硅基板的上表面為一平面結(jié)構(gòu)，無凹槽，一氧化層覆蓋在硅基板的上 表面，分別用以連接正負(fù)電極的二金屬電極層設(shè)置在該氧化層的上表面且相互絕緣，所述 金屬電極層的上表面分別設(shè)置有金屬凸點(diǎn)；金屬電極層下方對應(yīng)的硅基板分別設(shè)有貫穿硅 基板的通孔；一絕緣層覆蓋所述通孔的內(nèi)壁以及硅基板的部分下表面；一金屬連接層覆蓋 在通孔內(nèi)的絕緣層表面；兩個(gè)導(dǎo)電金屬焊盤分別設(shè)置在硅基板下表面并通過絕緣層與硅基 板絕緣，該導(dǎo)電金屬焊盤的位置與通孔位置對應(yīng)，并通過通孔內(nèi)的金屬連接層與硅基板上 表面的金屬電極層電連接；一導(dǎo)熱金屬焊盤設(shè)置在硅基板下表面二導(dǎo)電金屬焊盤之間，其 與硅基板之間無絕緣層；——LED芯片，其倒裝在該硅基板上，正負(fù)極分別與二金屬凸點(diǎn)連接；——圓環(huán)凸壁，設(shè)置在硅基板的上表面形成包圍區(qū)域，所述LED芯片設(shè)置在該包圍區(qū)域內(nèi)；——透鏡，其由圓環(huán)凸壁限制成型，所述透鏡包裹LED芯片及其內(nèi)的金屬電極層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硅基板的LED表面貼片式封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述 圓環(huán)凸壁的高度為IOum 500um之間。
專利摘要一種基于硅基板的LED表面貼片式封裝結(jié)構(gòu)，包括硅基板、LED芯片、圓環(huán)凸壁和透鏡。硅基板的上表面為平面結(jié)構(gòu)。一氧化層覆蓋在硅基板上表面，金屬電極層設(shè)置在氧化層的上表面，金屬電極層的上表面設(shè)置有金屬凸點(diǎn)。金屬電極層下方設(shè)有貫穿硅基板的通孔。一絕緣層覆蓋通孔的內(nèi)壁以及硅基板的部分下表面。一金屬連接層覆蓋通孔內(nèi)絕緣層表面。兩個(gè)導(dǎo)電金屬焊盤分別設(shè)置在硅基板下表面并與硅基板絕緣。一導(dǎo)熱金屬焊盤設(shè)置在硅基板下表面。LED芯片倒裝在硅基板上。圓環(huán)凸壁和透鏡使LED芯片及其內(nèi)的金屬電極層與外界隔離。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)具有散熱效果好、體積小的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)無金線封裝使得該結(jié)構(gòu)具有高可靠性，且實(shí)現(xiàn)了晶圓級的大生產(chǎn)封裝，使得封裝成本降低。
文檔編號H01L33/48GK201904369SQ20102027994
公開日2011年7月20日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者侯宇, 周玉剛, 曾照明, 肖國偉, 陳海英 申請人:晶科電子(廣州)有限公司