CN101364585B - 一种芯片封装结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种芯片封装结构，包括至少一根支架以及装载于支架上的至少一个封装壳体和芯片，芯片分别设置于封装壳体内，并与支架电性连接。本发明采用冲压的方式一体成型支架和封装壳体组，芯片直接安装于支架上，简化了生产工序，避免了芯片因受热而对其光学特性、延伸质量、发光效率等特性的影响，支架采用金属制成，既可作为芯片的导线架，实现芯片与外部电源的电性连接，同时，也可以作为芯片的散热架，通过快速散热提高芯片的工作效率，由于不必再安装散热层，则减小了封装结构的厚度，因此除了可减少散热层材料的成本以外，还可因简化了生产程序而降低了生产成本；由于厚度的减小，更可适用于可饶性的模块产品上。

Description

一种芯片封装结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种芯片封装结构及其制造方法。
背景技术
近年来，发光二极管(LED)被应用的领域相当广泛，如液晶屏幕上的光源、投射灯、交通等以及汽车的刹车灯等等，日渐取代传统的灯丝灯泡。然而，现有的芯片，虽然具有体积小、能耗低的特性，但就单颗芯片而言，光源能量较小，在诸多领域的应用都受到限制。为了增加发光源的整体亮度，则需要增加芯片的数目或密度。
为了增加芯片的数目或密度，传统的芯片制造方法是将成型后的芯片成品分别安装于印刷电路板上，通过印刷电路板上的电路实现各芯片之间的电性连接。采用这种制造方法，需要逐一地将芯片通过波焊或回焊的方式安装于印刷电路板上，由此以来，加工时间根据所需安装的芯片个数的增加而增加，进而增加芯片的加工周期，而且，芯片是非常轻薄短小的元器件，安装精度要求很高，需要分别与印刷电路板上的电路电性连接，这种分别安装的制造方法大大提高了加工的难度，需要精确对准相应的电路，这样，也将进一步增加了加工周期。另外，由于传统的制造方法需要经过回焊或波焊工艺，容易因受热而影响芯片的其自身光学特性、延伸质量、发光效率、寿命等特性。
另外，由于发光二极管(LED)的产品面十分广泛，除了应用于如灯具、广告牌等面状光源以外，还有一些需弯曲或绕曲的光源设备，如装饰灯、内装灯、手扶梯、阶梯灯或是路线指示灯等。然而目前一般通过单独安装的方式分别将LED单体安装于印刷电路板上，大大增加了可饶性LED模块的成型难度及制造工序。
因此，提供一种制造工序简单、成本低、精度高且厚度薄的芯片封装结构及其制造方法以解决上述问题实为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种芯片封装结构，其包括：至少一根支架和至少一个芯片，所述支架包括相互平行间隔的三组导电臂：第一导电臂、第二导电臂和第三导电臂，三组导电臂上分别设有电性连接点，其中，第一导电臂和第三导电臂上的电性连接点可与外部电源电性连接，第二导电臂为至少一个，其上的电性连接点可与第一导电臂和第三导电臂上的电性连接点电性连接，所述芯片通过各电性连接点与导电臂电性连接；其中，该芯片封装结构还包括有复数个封装壳体，所述封装壳体包覆该支架，所述芯片分别设置于所述封装壳体内，所述封装壳体的内周壁形成有光反射区域。
本发明封装结构还可进一步包括以下附加技术特征：
在本发明的一个优选实施例中，所述芯片为复数个，各芯片相互串联在一起。
在本发明的又一个优选实施例中，支架为复数个，所述复数个支架两两相连成一直线，组成支架组。
在本发明的又一个优选实施例中，支架组为复数个，该所述复数个支架组相互平行排列。
在本发明中，支架由可饶性导电材料制成，如铁、铜、铝或铂等材料。支架上设置有复数个两两相连或相互间隔的封装壳体，所述芯片分别设置于该封装壳体内。
所述复数个封装壳体，且两两相邻的封装壳体之间具有一连接臂，从而将复数个封装壳体连接在一起。
封装壳体内形成有光反射区域，所述光反射区域由高反射材料组成。
本发明还提供了一种芯片封装结构的制造方法，其包括以下步骤：
步骤1)成型至少一支架或支架组，在支架组中，所述支架两两相连接成一直线，各支架包括相互平行间隔的三组导电臂，各导电臂上设有电性连接点；步骤2)在所述支架上装设芯片，所述芯片通过电性连接点与导电臂电性连接；
其中，在步骤2)之前形成有一光反射区域内周壁之封装壳体包覆该支架或支架组，且在步骤2)之后通过封装壳体的注胶孔注入胶体于所述封装壳体的空腔中，使胶体充满空腔，从而成型芯片封装结构，所述芯片設置在所述封装壳体中。
与现有技术相比，本发明芯片封装结构及其制造方法具有以下优点：
(1)通过一体成型阵列式支架或支架组，替代了传统的印刷电路板，作为芯片的承载基板及传导介质，可同时成型多组芯片封装结构，无需采用波焊或回焊的方式将芯片逐个地安装于印刷电路板或散热板上，简化了生产工序，提高生产的自动化程度，显著提高了生产效率，同时也降低了芯片封装结构的整体厚度。
(2)由于支架可采用可变形材料制成，具有一定的柔韧性，且封装结构的整体厚度较薄，则既可成型具可饶性的芯片模组，也可应用于具有一定曲度的对象的装饰，且制造方法与直线形的芯片封装模组相同，简化了制造工序，并使得本发明芯片封装模组的应用领域更为广泛。
(3)由于减少了波焊或回焊的工序，避免了芯片因受热而对其光学特性、延伸质量、发光效率等特性的影响，延长了芯片的工作寿命。
(4)支架采用金属制成，与芯片直接接触，既可作为芯片的导线架，实现芯片与外部电源的电性连接，同时，也可以作为芯片的散热架，通过快速散热提高芯片的工作效率，可不必再安装散热层，则减小了封装结构的厚度，也降低了生产成本。
(5)支架的结构相当简单，易于成型，由若干根导电臂组成，导电臂的个数可根据芯片的个数设置，其中两根导电臂与正负导电端电性连接，装载于支架上相互串联的各芯片可通过直接(通过导线电性连接)或间接(通过支架电性连接)地与正负导电端电连接，实现电流的导通，巧妙地利用了支架的导电性能，并且，各导电臂之间相互间隔，避免了短路现象。
为使本发明更加容易理解，下面将结合附图进一步阐述本发明不同的具体实施例。
附图说明
图1为本发明芯片封装结构的立体图；
图2为本发明芯片封装结构的支架的实施例一的立体图；
图3为本发明芯片封装结构的支架与芯片的组装图一；
图4为本发明芯片封装结构的支架的实施例二的立体图；
图5为本发明芯片封装结构的电路示意图；
图6为本发明芯片封装结构的支架的实施例三的立体图；
图7为本发明芯片封装结构的组装图二；
图8为本发明芯片封装结构另一个实施例的立体图；以及
图9为图7中C部位的放大图。
具体实施方式
参照图1所示，本发明提供了一种芯片封装结构，其包括：至少一根支架10、复数个设有开口的封装壳体20以及复数个芯片30，所述复数个封装壳体20装载于支架10上，所述芯片30分别设置于封装壳体20内，并与所述支架10电性连接。
参照图1所示，在本实施例中，所述复数个封装壳体20一体成型，两两相邻的封装壳体20之间经连接臂21相连接，形成封装壳体组200，连接臂21可由封装壳体20的任一边臂201延伸，在本实施例中，任意相邻连接的封装壳体20的连接臂21分别由其两相对边臂201同向延伸，在同一个封装壳体中，设某一支架10上相邻的封装壳体为20a、20b和20c，两封装壳体20a及20b的边臂分别为第一边臂201a及第二边臂201b，第一边臂201a与第二边臂201b为交错相对设置。封装壳体20a的第一边臂201a沿T方向延伸，相连接至封装壳体20b，而封装壳体20b的第二边臂201b也沿T方向延伸，相连接至下一个封装壳体20c，依次类推，从而将复数个封装壳体20相连接在一起。
可以理解，所述边臂的形状、个数及位置均可不受限制，只要能够将同一支架上的相邻封装壳体相连接即可。可有以下几种连接方式：(1)所述第一边臂201a与第二边臂201b亦可设置与同一侧，将相邻的两封装壳体相互连接成一直线；(2)所述边臂201亦可由任一封装壳体的两侧同向延伸出，这样，两相邻的封装壳体可借由两对称分布的边臂相连接，使得复数个封装壳体的连接更为稳固，两两封装壳体相互牵拉，且提高了封装壳体组的刚性，避免发生断裂。所述封装壳体组200可采用一体射出成型的方式制成，可以理解，其亦可采用其它的连接方式将复数个封装壳体20组合而成。
此外，为了保护芯片30及电路结构，减少光损失，故封装壳体20的空腔204(如图9所示)内填充有胶体，成型封装层，所述封装层至少覆盖芯片30，更好地，所述封装层填满整个空腔204，其空腔204上表面开口与封装壳体20的上表面相齐平，胶体优选光学透光率较高的胶体，如混有荧光粉的胶体，以提高光散射效果，其中，胶体优选为树脂。
参照图2所示，在本发明的支架的实施例一中，所述支架10呈长条状，其由导电材料制成，优选金属材料，具有良好散热导电性，包括两导电端101和三组导电臂102，所述导电端101设置于导电臂102的两端。其中，每个导电端101包括正导电端和负导电端，通过正负导电端与外部电源电性耦接，正导电端为101a，负导电端为101b；所述导电臂102分别为第一导电臂102a、第二导电臂102b和第三导电臂102c，各导电臂相互平行间隔且电性分离，其上分别设有电性连接点(未标示)。其中，所述第一导电臂102a的两端分别与正导电端101a连为一体，第三导电臂102c的两端分别与负导电端101c连为一体，第一导电臂102a和第三导电臂102c上的电性连接点可与外部电源电性连接；第二导电臂102b为两个，分别为102b1和102b2，分别设置于第一导电臂102a及第三导电臂102c之间，第二导电臂102b上的电性连接点可与第一导电臂102a和第三导电臂102c上的电性连接点电性连接，所述复数个芯片30通过各电性连接点与导电臂102电性连接，且相互串联在一起。
在本发明中，所述第二导电臂102b可为至少一个，当第二导电臂102b为一个时，装载于第二导电臂102b上的芯片30通过电性连接点与第一导电臂102a和第三导电臂102c电性连接；当第二导电臂102b为复数个时，则可装载复数个芯片30，所述复数个芯片30通过各电性连接点与导电臂102电性连接，且相互串联在一起。所述芯片30的个数可根据需要设置，同样，第二导电臂102b的数量亦可根据芯片30的个数设置，只要能够间隔且电性分离任一芯片的两正负电性即可。如在同一个支架10上，若设置3个芯片30，则相应设置2个第二导电臂102b；若设置4个芯片30，则相应设置3个第二导电臂102b；若设置n个芯片30，则相应设置n-1个第二导电臂102b。
结合图3所示，所述同一支架10上设置3个芯片30，分别为第一芯片30a、第二芯片30b和第三芯片30c，并采用串联方式电性连接第一芯片30a、第二芯片30b和第三芯片30c。具体来说，第一芯片30a设置于第二导电臂102b1的一侧，第二芯片30b亦设置于第二导电臂102b2的一侧，第三芯片30c设置于第一导电臂102a的一侧。在本实施例中，第一芯片30a的负电性端通过导线与第三导电臂102c相连的负导电端101c电性耦接，而其正电性端通过导线与第二导电臂102b1电性耦接；第二芯片30b的负电性端通过导线与第二导电臂102b1电性耦接，而其正电性端通过导线与第二导电臂102b2电性耦接；第三芯片30c的负电性端通过导线与第二导电臂102b2电性耦接，而其正电性端通过导线与第三导电臂102a相连的负导电端101a电性耦接。在通电状态下，电流由正导电端101a导入，依序通过第三芯片30c、第二芯片30b和第一芯片30a，由负导电端101c导出。
在本发明中，所述正负导电端的位置及形状可不受限制，其可设置于导电臂的任一侧边，可与导电臂一体成型，由导电臂的任意两端延伸，也可借由导电体与导电臂电性耦接。
参照图4所示，在本发明的支架的实施例二中，当支架10为复数组时，所述支架两两相连接成一直线，组成第一支架组10a，所述第一支架组10a中的支架组数可根据需要设置。
请参阅图5，图5为m组支架10彼此并联的电路架构示意图。如图5所示，假设一第一支架组10a中的支架10组数为m组，则其中在一支架10上的第一芯片30a、第二芯片30b和第三芯片30c相互串联的同时，任意两支架10相互并联。再以上述支架10上的芯片相互串联后的正负导电端分别以另一支架10上的芯片相互串联后的正负导电端相互并联；最后，通过一组或多组正负导电端与外部电源电性耦接。同理，以上述相同方式并联m组支架10时，各组芯片的电路即可为图5所示。更进一步的说明，图5中所示的并联之电性连结方式即相同于上述图3中所示的第一导电臂102a和第三导电臂102c，而图5中所示之正、负电性端亦分别相同于上述图3中所示的正导电端101a与负导电端101c。
参照图6和图7所示，在本发明的支架的实施例三中，为了提高芯片封装结构的加工效率，亦可一体成型第二支架组10b，所述第二支架组10b中由多组相互平行排列的第一支架组10a组成，以满足同时加工更多芯片30的需要。
参照图8所示，在本发明的另一实施例中，复数个封装壳体20亦可相互间隔，可通过分别射出成型的方式相互独立地成型于支架10上。在本发明中，所述支架10可采用可饶性导电材料制成，如铜、铂、铝、铁等，可成型可饶性封装结构。在可饶性封装结构中，各封装壳体20之间没有连接，随支架的弯曲而弯曲，可应用于具有一定曲度的对象的装饰，其制造方法与直线形的LED封装模组相同，简化了制造工序。
参照图9所示，封装壳体20为绝缘材料制成，如塑料、陶瓷、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)、碳化硅铝(SiCAl)等。封装壳体20的底部开设有开口202，芯片30通过所述开口202安装于支架10上。封装壳体20的内周壁形成有环形的光反射区域203，优选锥形，所述光反射区域203可由高反射材料形成，如荧光粉、陶瓷、油漆、塑料或反射性金属(银、铝)等，以提高芯片30所发的光向外散射并提高LED发光源的亮度。封装壳体20内成型有一空腔204，芯片30设置于封装壳体20的空腔204内，并通过电导线40与所述各导电臂102电性耦接。在本发明中，芯片30与支架10之间的电性耦接关系不受限制，亦可采用倒焊芯片技术(Flip-chip)通过导电端子将芯片30与支架10电性耦接。
在本发明中，亦可以省略封装壳体20，则将芯片30直接封装于所述支架10上。芯片30优选LED芯片，可以理解，本发明芯片封装结构也可适用于其他电子元件的封装。
本发明还提供了一种芯片封装结构的制造方法，其包括以下步骤：
步骤1)成型至少一支架或支架组，在支架组中，所述支架两两相连接成一直线，各支架包括相互平行间隔的三组导电臂，各导电臂上设有电性连接点；
步骤2)在所述支架上装设芯片，所述芯片通过电性连接点与导电臂电性连接，成型芯片封装结构。
以下详细描述本发明的制造方法。
在步骤1)中，首先，选取金属板；然后，将金属板放入压模机中冲压成型所述至少一个支架10(如图2所示)或支架组10a、10b。为了提高芯片封装结构的加工效率，以同时制造更多组芯片封装结构，参照图4所示，在支架组10a中，所述支架10两两相连接成一直线；参照图6所示，在支架组10b中，包括有复数个相互平行排列的支架组10a，在同一支架组10a中，所述支架10两两相连接成一直线。
在步骤2)中，通过焊接或胶粘的方式在所述支架10上装设芯片，使得所述芯片通过电性连接点与各导电臂电性连接，其中两组导电臂可与外部电源电性连接。
在本发明的一个优选实施例中，还可进一步包括步骤3)：将支架或支架组置于注塑机的模具上，在所述支架或支架组上射出成型封装壳体20，使得所述芯片30收容于所述封装壳体20之中。
参照图8所示，成型封装壳体组200，所述封装壳体由塑胶材料注塑而成，在各封装壳体20的中部开凿一空腔204，空腔204的内周壁成型为光滑的锥形面，将复数个芯片30分别置入各封装壳体20的空腔204中，将其固定于支架10上，并通过电导线40将各芯片30与支架10电性耦接；然后，通过封装壳体20的注胶孔(未标示)向空腔204中注入胶体，如树脂，胶体充满于空腔204中，将芯片30封装，从而成型本发明芯片封装结构。
其中，所述芯片的安装与封装壳体的成型次序可置换，亦可先成型封装壳体，再将芯片封装于封装壳体中，并与支架电连接。
在本发明的又一个优选实施例中，所述步骤2)与步骤3)之间还可以进一步包括步骤21)，在封装壳体20的内周壁上形成有光反射区域203，光反射区域203可通过电镀反射性金属如银、铝等而形成。
在本发明的又一个优选实施例中，为了获得若干组相互平行的芯片封装结构，还可进一步包括步骤4)：根据需要芯片30的个数切割所述支架组10b，即可成型包括有至少一组芯片封装结构的成品。
惟以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明书所记载的内容所作出简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求所涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种芯片封装结构，其包括：至少一根支架和至少一个芯片，其特征在于：所述支架包括相互平行间隔的三组导电臂：第一导电臂、第二导电臂和第三导电臂，三组导电臂上分别设有电性连接点，其中，第一导电臂和第三导电臂上的电性连接点可与外部电源电性连接，至少一个第二导电臂的电性连接点可与第一导电臂和第三导电臂上的电性连接点电性连接，所述芯片通过各电性连接点与导电臂电性连接；其中，该芯片封装结构还包括有复数个封装壳体，所述封装壳体包覆该支架，所述芯片分别设置于所述封装壳体内，所述封装壳体的内周壁形成有光反射区域。
2.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于：所述芯片为复数个，各芯片相互串联在一起。
3.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于：所述支架为复数个，所述复数个支架两两相连成一直线，组成支架组。
4.根据权利要求3所述的芯片封装结构，其特征在于：所述支架组为复数个，所述复数个支架组相互平行排列。
5.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于：所述支架由可饶性导电材料制成。
6.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于：所述复数个封装壳体两两相连或相互间隔。
7.一种芯片封装结构的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1)成型至少一支架或支架组，在支架组中，所述支架两两相连接成一直线，各支架包括相互平行间隔的三组导电臂，各导电臂上设有电性连接点；
步骤2)在所述支架上装设芯片，所述芯片通过电性连接点与导电臂电性连接；其中，在步骤2)之前形成有一光反射区域内周壁之封装壳体包覆该支架或支架组，且在步骤2)之后通过封装壳体的注胶孔向封装壳体的空腔中注入胶体，使胶体充满于空腔中，从而成型芯片封装结构，所述芯片设置在所述封装壳体中。
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