CN101621105B

CN101621105B - Led倒装芯片集成封装方法及采用该方法封装的led

Info

Publication number: CN101621105B
Application number: CN 200910101043
Authority: CN
Inventors: 张亚素; 李海波; 柳毅
Original assignee: NINGBO JINGKE OPTOELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: NINGBO JINGKE OPTOELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2029-07-30
Also published as: CN101621105A

Abstract

本发明涉及一种LED倒装芯片集成封装方法及采用该方法封装的LED，可降低LED芯片的温度，提高的LED光效及使用寿命。本发明的LED倒装芯片的集成封装方法包括以下步骤：A.将LED支架放置芯片的碗杯的表面进行导热绝缘处理或在该碗杯内固定导热绝缘垫片；B.用导热率高、导电性能好的材料制成焊垫，将该焊垫固定于LED支架放置芯片的碗杯内或导热绝缘垫片上；C.将LED倒装芯片键合到焊垫上；D.将引线架固定到LED支架上；E.用金线将引线架上的电极引出件与焊垫进行电连接；F.在放置芯片的碗杯内填充透明封装材料。采用该方法封装的LED，包括LED支架、碗杯、焊垫、引线架、电极引出件及若干个LED倒装芯片等。

Description

LED倒装芯片集成封装方法及采用该方法封装的LED

技术领域

本发明涉及光电技术领域中LED倒装芯片集成封装方法及采用该方法封装的LED。

背景技术

发光二极管(LED)中的发光芯片是一种半导体材料，它对热很敏感，热会使它的电光转换效率降低，还会缩短LED的使用寿命，所以LED在封装过程中，根据芯片不同的结构设计合理的封装方式是非常有必要的。现在市场上常用的LED封装芯片的结构有：平面结构芯片，即芯片的正、负电极同在芯片的出光面上；垂直结构芯片，即芯片的正电极、负电极分布在芯片的出光面和反射面这两个不同的面上；倒装芯片，即芯片的正、负电极都在芯片的反光面上。在LED集成封装中，平面结构的芯片使用较多，因为平面结构的芯片正、负电极都分布在芯片的出光面上，便于将芯片之间进行不同的电连接(如：串联、并联或串、并联相结合)；垂直结构的芯片在集成封装中要将LED支架进行特殊处理，而后才能进行不同方式的电连接；而倒装芯片在集成封装中还未使用，因为倒装芯片的电极都分布在芯片底面，故倒装芯片应用于集成封装有一定的技术难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将LED倒装芯片应用于LED集成封装的新封装方法，从而降低LED芯片、支架的温度，提高LED的光效及使用寿命；同时提供一种采用该封装方法封装的LED。

本发明所采用的技术方案是：

一种LED倒装芯片的集成封装方法，包括以下步骤：

A.将用高导热材料制作的LED支架放置芯片的碗杯的表面进行绝缘处理或在该碗杯内固定导热绝缘垫片；

B.用导热率高、导电性能好的材料制成焊垫，将该焊垫固定于LED支架放置芯片的碗杯内或导热绝缘垫片上；

C.将LED倒装芯片键合到焊垫上；

D.将引线架固定到LED支架上；

E.用金线将引线架上的电极引出件与焊垫进行电连接；

F.在放置芯片的碗杯内填充透明封装材料。

作为一种优化，在进行步骤A之前还包括以下步骤：

A’.在LED支架放置芯片的碗杯内设置一个以上的以高导热材料制成的小凸起，小凸起的上表面绝缘或经过绝缘处理。

该小凸起的宽度与倒装芯片两电极之间的间距相等或略小于两电极之间的间距，长度等于或略大于倒装芯片的宽度，高度等于或略大于倒装芯片电极的厚度；小凸起可以键合在LED支架放置芯片的碗杯内，也可以直接在LED支架放置芯片的碗杯内制作。

所述透明封装材料可以是硅胶、环氧树脂、矽胶或其它透明物质。

所述焊垫的电连接方式可以是串联或并联或并、串联相结合。

一种应用该LED倒装芯片集成封装方法封装的LED，包括LED支架、引线架、电极引出件及若干个LED倒装芯片，在LED支架上设置有放置芯片的碗杯，其特征在于：所述碗杯的表面是经过绝缘处理的或者固定有导热绝缘垫片；该LED还包括一个以上用导热率高、导电性能好的材料制成的焊垫，该焊垫固定在碗杯或绝缘垫片的上表面上，焊垫的两端通过金丝与电极引出件进行电连接；所述LED倒装芯片固定于焊垫上；碗杯内填充有透明封装材料。

作为一种优化，本发明还包括若干个用高导热材料制成的小凸起，该小凸起的宽度等于或略小于倒装芯片两电极之间的间距，长度等于或略大于倒装芯片的宽度，高度等于或略大于倒装芯片电极的厚度；该小凸起可以固定在碗杯内，也可以直接在碗杯内制作；该小凸起的上表面绝缘或经过绝缘处理。

本发明的优点在于：

1.采用本发明提供的LED倒装芯片集成封装方法封装的LED，由于芯片的电极直接与导热率高的焊垫或碗杯接触，增强了芯片的散热性能，降低了LED芯片在使用中的温度，延长了LED光源的使用寿命；在采用了具有小凸起的优化方案时，其散热性能进一步增强。

2.增加了LED光源的光通量，增强了LED光源的光效，还增加了LED的稳定性。平面结构的芯片电极在芯片的出光面上，垂直结构的芯片也有部分电极在芯片的出光面上，这样的电极都会遮挡一部分芯片发出的光，而倒装芯片的电极都在芯片的反光面上，不会遮挡芯片发出的光，而且倒装芯片之间的电连接不再采用金丝，而是直接由焊垫进行电连接，减少了金丝对光反射，从而提高了光通量，增加了LED光源的效率，增加了LED的稳定性。

附图说明

图1为示出了本发明LED倒装芯片集成封装方法一种封装方式的平面示意图；

图2为示出了本发明LED倒装芯片集成封装方法一种封装方式的截面示意图；

图3为示出了本发明LED倒装芯片集成封装方法另一种封装方式的平面示意图；

图4为示出了本发明LED倒装芯片集成封装方法另一种封装方式的截面示意图；

图5为应用本发明提供的LED倒装芯片集成封装方法制作的一颗3W的LED光源的截面图；

图6为应用本发明提供的LED倒装芯片集成封装方法制作的一颗5W的LED光源的截面图；

图7为应用本发明提供的LED倒装芯片集成封装方法制作的一颗36W的LED光源的平面图。

其中，1为LED支架，2为引线架，3为电极引出件，4为焊垫，5为小凸起，6为LED倒装芯片，7为透明封装材料，8为金线，9为碗杯，10为绝缘垫片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的描述：

本发明提供的LED倒装芯片集成封装方法，包括以下步骤：首先，将用高导热材料制作的LED支架1放置芯片的碗杯9的表面进行绝缘处理，处理的方式可以是化学处理，如：铝质产品可以氧化或氮化，或物理处理或其它方式处理，只要能达到绝缘效果且原材料的导热率不至下降太多即可；也可以通过在该碗杯9内固定导热绝缘垫片10的方式来实现碗杯9表面的导热绝缘效果，该导热绝缘垫片10的固定方式可以是焊接或粘接或其它固定方式，但必须保证这两者之间的热阻较小，该导热绝缘垫片10的形状可以是“T”字形或“工”字形或长方形或正方形或其它形状，其宽度和长度与焊垫4的宽度和长度相同或略大于焊垫4的宽度和长度即可；LED支架1是由高导热金属材料制成，如：银、铜、铝等或其它高导热材料，如：陶瓷等或其它高导热复合材料制成。

用导热率高、导电性能好的材料，如铜质镀银材料、金箔、银箔、提纯石墨，制成焊垫4，制作焊垫4的方式可以是热沉或电镀或冲压或挤压等；将该焊垫4固定于LED支架1放置芯片的碗杯9内；固定的方式可以是焊接、粘接或其它键合方式，但所有的键合方式都必须保证该焊垫4与放置芯片的杯9之间的热阻较小；该焊垫4的形状可以是“T”字形或“工”字形或长方形或正方形或其它形状，只要其放置芯片处的宽度与芯片的宽度相同或略大于芯片宽度即可，焊垫4的电连接方式可以是串联或并联或串、并联相结合，根据实际应用而定。

将LED倒装芯片6放置到焊垫4上进行键合，其键合的方式可以是焊接(如：共晶焊接)或粘接(如：银胶)，当然，还可以是其它键合方式。

将引线架2固定到LED支架1上，其固定方式有很多，一般常用的方式为挤压成型、热压等；引线架2是由绝缘材料，如：陶瓷、PPA，PDT等制成。

用金线8将引线架2上的电极引出件3与焊垫4进行电连接，电极引出件3固定在引线架2内与其成为一个整体，电极引出件3是由导电性能好的金属材料，如：银、铜、铝等制成，电极引出件3固定在引线架2内的方式有挤压成型或射出成型或热压或其它方式。

最后在放置芯片的碗杯9内填充透明封装材料7，该透明封装材料7可以是硅胶、环氧树脂、矽胶或其它透明物质。

作为本发明的一种改进，在将碗杯9的表面进行导热绝缘处理或固定绝缘垫片10之前，可先在碗杯9内设置若干个小凸起5，小凸起5的数量根据需要封装的芯片的数量而定，与芯片的数量相等。该小凸起5是以高导热材料制成的，该材料可以是高导热金属材料如：银、铜、铝等，也可以是其它高导热材料如陶瓷、硅片等；该小凸起5的宽度与LED倒装芯片6两电极之间间距相等或略小于两电极之间的间距，长度与LED倒装芯片6的宽度相同或略大于芯片宽度，高度与LED倒装芯片6电极的厚度相同或略高于芯片电极的厚度，此高度以固定芯片时，小凸起5的上表面刚好与芯片反光层的下表面接触且不至于顶起LED倒装芯片6为准；该小凸起5可以键合在LED支架1放置芯片的碗杯9内，键合的方式可是焊接或粘接或其它键合方式，只要保证该小凸起5与放置芯片的碗杯9之间的热阻较小即可；该小凸起5也可以直接在LED支架1放置芯片的碗杯9内制作；该小凸起5上表面的形状可以是长方形或正方形或其他形状，只要能与LED倒装芯片6两电极之间的间隙相配即可；小凸起5的上表面必须是绝缘的或经过绝缘处理的。

下面给出几个应用本发明提供的LED倒装芯片集成封装方法制作LED光源的具体实施例：

实施例一：

参照图1、图2、图5，应用本发明LED倒装芯片集成封装方法，制作一颗5W的LED光源。首先用铝质材料制作小凸起5，小凸起5的高度为2.5μm(一般芯片电极厚度为2.4μm)，将其表面进行氮化，用共晶焊接技术将小凸起5固定到LED支架1放置芯片的碗杯9内；用硅片制作绝缘垫片10，用共晶焊接技术将绝缘垫片10固定到小凸起5的两侧；用铜质镀银材料制作焊垫4，用共晶焊接技术将焊垫4固定在绝缘垫片10的上表面上，焊垫4的形状为“T”字形和“工”字形，“T”字形或“工”字形，焊垫4的宽度为1.2mm(应用于封装的芯片宽度为1mm)，其连接方式为串联；再将LED倒装芯片6采用热超声倒装焊接技术焊接到焊垫4上；用金丝8将焊垫4的两端与电极引出件3进行电连接；最后在LED支架1放置芯片的碗杯9内填充透明硅胶。

实施例二：

参照图7，应用本发明倒装芯片集成封装技术，制作一颗36W的LED光源。首先用铝质材料制作小凸起5，将其表面进行氮化，用共晶焊接技术将小凸起5固定到LED支架1放置芯片的碗杯9内；用硅片制作绝缘垫片10，用共晶焊接技术将绝缘垫片10固定到小凸起5的两侧；用铜质镀银材料制作焊垫4，用共晶焊接技术将焊垫4固定在绝缘垫片10的上表面上，焊垫4的形状为“T”字形和“工”字形，其连接方式为六并六串；再将LED倒装芯片6采用热超声倒装焊接技术焊接到焊垫4上；用金丝8将焊垫的两端与电极引出件3进行电连接；最后在LED支架1放置芯片的碗杯9内填充透明硅胶。

采用本发明提供的LED倒装芯片集成封装方法封装的LED，包括LED支架1、引线架2、电极引出件3及若干个LED倒装芯片6，在LED支架1上设置有放置芯片的碗杯9，所述LED支架1以高导热金属材料，如：银、铜、铝等，或其它高导热材料，如：陶瓷或高导热复合材料制作，该LED支架1的形状可以是圆形或正方形或长方形或其它形状均可，只要能满足实际应用即可；所述碗杯9的表面经过导热绝缘处理或者固定有导热绝缘垫片10；该LED还包括一个以上用导热率高、导电性能好的材料制作的焊垫4，该焊垫4固定在碗杯9或绝缘垫片10的上表面上，焊垫4的两端通过金线8与电极引出件3进行电连接；所述LED倒装芯片6固定于该焊垫4上；碗杯9内填充透明封装材料7。

作为一种优化，该LED还包括两个或两个以上的用高导热材料制作的小凸起5，该小凸起5的材料可以是高导热金属材料或其它高导热材料或高导热复合材料；该小凸起5的宽度与LED倒装芯片6两电极之间间距相等或略小于两电极之间的间距，长度等于或略大于LED倒装芯片6的宽度，高度等于或略大于与芯片6电极的厚度，此高度以固定芯片6时，小凸起5的上表面刚好与芯片6反光层的下表面接触且不至于顶起芯片6为准，该小凸起5的形状可以是长方体或正方体或其它形状，只要能与芯片两电极之间的间隙相配即可；该小凸起5可以固定在碗杯9内，也可以直接在碗杯9内制作，不是在放置芯片的碗杯9内直接制作的小凸起5，可以通过焊接或粘接或其它键合方式固定到LED支架1放置芯片的碗杯9内，但必须要保证该小凸起5与放置芯片的碗杯9之间的热阻较小；该小凸起5的表面绝缘或经过导热绝缘处理。该小凸起5可以加大LED芯片的导热接触面积，加强LED芯片的散热性能。

所述碗杯9及小凸起5表面的导热绝缘处理，其方式可以是化学处理，如：铝质产品可以氧化或氮化或物理处理或其它方式处理，只要能达到绝缘效果且原材料的导热率不至下降太多即可。

所述绝缘垫片10由高导热绝缘材料，如：硅片等或其它高导热绝缘复合材料制成，该绝缘垫片10固定于LED支架1放置芯片的碗杯9内；在采用含有小凸起5的优化方案时，该绝缘垫片10固定于LED支架1放置芯片的碗杯9内小凸起5的两侧，其固定方式可以是焊接或粘接或其它固定方式，但必须保证这两者之间的热阻较小。

所述焊垫4由导热率高、导电性能好的金属材料或其它导热率高、导电性能好的材料或导热率高、导电性能好的复合材料制成，如金、银、铜、铝、铜质镀银材料、金箔、银箔、提纯石墨等；该焊垫4的形状可以是“T”字形或“工”字形或长方形或正方形或其它形状，只要其放置芯片6的边的宽度与芯片的宽度相同或略大于芯片宽度即可；该焊垫4固定于碗杯9内，固定方式可以是焊接或粘接或其它键合方式，但所有的键合方式都必须保证该焊垫4与碗杯9之间的热阻较小，焊垫4的电连接方式可以是串联或并联或串、并联相结合，根据实际应用而定。

所述LED倒装芯片6键合于焊垫4上，其键合的方式可以是焊接(如：共晶焊等)或粘接(如：银胶等)或其它键合方式。

所述引线架2固定于LED支架1上，其固定方式有很多，一般常用的方式为挤压成型，热压等，也可以采用其它固定方式。引线架2上的电极引出件3与焊垫4之间通过金线8进行电连接。引线架2是由绝缘材料，如：陶瓷、PPA，PDT等制成，电极引出件3固定在引线架2内与其成为一个整体，电极引出件3是由导电性能好的金属材料(如：银、铜、铝等)制成，电极引出件3固定在引线架2内的方式有挤压成型或射出成型或热压或其它方式。

所述透明封装材料7可以是硅胶、环氧树脂、矽胶或其它透明物质。

下面给出几个本发明提供的LED的具体实例：

实施例三：

参照图3、图4、图6，本实施例的LED包括LED支架1、电极引出件3、引线架2及三个1W的LED裸芯片。在用铜质镀银材料制作的LED支架1放置芯片的碗杯9内设置有小凸起5；LED支架放置芯片的碗杯9的表面及小凸起5的表面均进行绝缘处理；小凸起5两边制作有焊垫4，该焊垫4的形状为“T”字形和“工”字形，焊垫4的制作方式可以是热沉或电镀，材质为银或金，焊垫4之间的连接方式为串联；LED倒装芯片6通过热超声倒装焊接技术焊接到焊垫4上；焊垫4的两端通过金丝8与电极引出件3进行电连接；碗杯9内填充有透明硅胶。

实施例四：

参照图1、图2、图5，本实施例的LED包括五个1W的LED裸芯片。以铝质材料制作小凸起5，将其表面进行氮化，用共晶焊接技术将小凸起5固定到LED支架1放置芯片的碗杯9内；用硅片制作绝缘垫片10，用共晶焊接技术将绝缘垫片10固定于小凸起5的两侧；用铜质镀银材料制作焊垫4，用共晶焊接技术将焊垫4固定在绝缘垫片10的上表面上，焊垫4的形状为“T”字形和“工”字形，其连接方式为串联；LED倒装芯片6以热超声倒装焊接技术焊接到焊垫4上；焊垫4的两端通过金丝8与电极引出件3进行电连接；碗杯9内填充透明硅胶。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变型都应属于本发明所附的权利要求保护范围。

Claims

1.一种LED倒装芯片的集成封装方法，包括以下步骤：

A’.在LED支架放置芯片的碗杯内设置一个或一个以上的以高导热材料制成的小凸起，所述小凸起的宽度等于或略小于倒装芯片两电极之间的间距，长度等于或略大于倒装芯片的宽度，高度等于或略大于倒装芯片电极的厚度；该小凸起的上表面绝缘或经过绝缘处理；

A.将LED支架放置芯片的碗杯的表面进行导热绝缘处理或在该碗杯内固定导热绝缘垫片；

C.将LED倒装芯片键合到焊垫上；

D.将引线架固定到LED支架上；

E.用金线将引线架上的电极引出件与焊垫进行电连接；

F.在放置芯片的碗杯内填充透明封装材料。

2.根据权利要求1所述的LED倒装芯片的集成封装方法，其特征在于：所述小凸起是键合在LED支架放置芯片的碗杯内或是直接在LED支架放置芯片的碗杯内制作的。

3.根据权利要求1所述的LED倒装芯片的集成封装方法，其特征在于：步骤E中焊垫的电连接方式是串联、并联或并、串联相结合。

4.根据权利要求1所述的LED倒装芯片的集成封装方法，其特征在于：所述透明封装材料为硅胶或环氧树脂或矽胶。

5.一种采用权利要求1所述的方法封装的LED，包括LED支架、碗杯、引线架、电极引出件及若干个LED倒装芯片，其特征在于：所述碗杯的表面经过导热绝缘处理或者固定有导热绝缘垫片；该LED还包括一个以上用导热率高、导电性能好的材料制作的焊垫，该焊垫固定在碗杯的上表面或绝缘垫片的上表面上，焊垫的两端通过金丝与电极引出件进行电连接；所述LED倒装芯片固定于该焊垫上；碗杯内填充有透明封装材料；LED支架放置芯片的碗杯内设置有两个或两个以上用高导热材料制成的小凸起，所述小凸起的宽度等于或略小于倒装芯片两电极之间的间距，长度等于或略大于倒装芯片的宽度，高度等于或略大于倒装芯片电极的厚度；所述小凸起的上表面绝缘或经过绝缘处理。

6.根据权利要求5所述的LED，其特征在于：所述焊垫的电连接方式是串联、并联或并、串联相结合。