CN102820412A - 芯片封装体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种芯片封装体及其制作方法，该芯片封装体具有带有导线架及模部的基板。导线架包括导热垫及至少一电极。模部部分包覆所述至少一电极，使得电极在上表面暴露出来而不在下表面暴露出来。导热垫的下表面被暴露出以直接地固定于外部散热器。模部配置于所述至少一电极以及散热器之间，由此预防短路。

Description

芯片封装体及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种半导体封装体结构，且特别是涉及发光二极管（light-emitting diode，LED）封装体结构。

背景技术

由于发光二极管（LED）装置提供了诸如低成本、低耗能及相关的环境益处等优点，因此LED装置较佳用于许多照明用途。典型的LED装置包括至少一个含有LED芯片的LED封装体。LED装置的效率不仅依据LED芯片的量子效率（quantum efficiency），且依据封装体设计。LED装置在使用期间所产生的热必须被消除。热不仅引起LED装置的无效率，且影响LED装置的长期可靠度。因此，LED装置典型地包括金属散热器（heat sink）以较佳地散热。

一些LED封装体包括预成型导线架（pre-molded lead frame）来代替传统的陶瓷基板，由此承载LED芯片。预成型导线架包括包覆导线架的预成型绝缘体，所述导线架具有多个电极以及导热垫（thermal pad）。此电极以及导热垫暴露在LED封装体的底部。

然而，传统的LED封装体不能直接地表面安装（surface-mounted）于金属散热器的导电表面，因为散热器可能会使LED封装体的暴露的电极短路。典型地，印刷电路板在传统的LED封装体及散热器之间提供电绝缘的缓冲器以克服此问题，但是此解决方法显著地增加制造成本。此外，为了减少LED封装体及散热器之间的热阻抗（thermal impedance），通常提供具有导热孔（thermal via）或延伸穿过电路板的金属嵌入物的电路板。这些特征更额外增加制造成本。

另一个LED封装体设计称为板上芯片（chip-on-board，COB）封装体，其包括安装在金属核心电路板（metal-core printed circuit board，MCPCB）的LED芯片。MCPCB典型地包括具有绝缘层的铝板（所述绝缘层涂布于铝板的前表面上）以及在绝缘层上提供电路布线及电连接的铜图案。COB LED封装体可直接地表面安装于金属散热器的导电表面。然而，从LED芯片到散热器的热传导（heat transmission）显著地被铜图案及铝核心之间的绝缘层所阻碍，因此造成低散热效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一实施例，包括芯片封装体，其包括具有导热垫的承载器（carrier）、多个电极以及部分包覆电极的绝缘体。电极暴露在承载器的上表面。壁部（wall portion）配置且围绕于承载器的上表面之上而形成凹处（cavity）。至少一个芯片配置于凹处内的导热垫上。芯片电连接至暴露的电极。胶体（encapsulant）配置于凹处内且包覆此至少一个芯片。导热垫的下表面是暴露出来的，但是电极的下表面没有暴露出来，使得封装体可在不使电极短路的情况下直接地安装于外部装置。

另外一个实施例包括芯片封装体，其包括导热垫以及配置于导热垫周围的多个电极。绝缘的封装体主体部分包覆电极。电极的上表面是暴露出来的。封装体主体包括围绕导热垫及形成凹处的壁部。至少一个芯片配置于凹处内的导热垫上。芯片电连接至暴露的电极。导热垫的下表面与封装体主体的下表面为共平面，使得芯片封装体可在电极与外部装置隔开的情况下直接地安装于外部装置，由此预防电极的短路。

另外一个实施例包括制造芯片封装体的方法。此方法包括提供封装体基板。基板包括具有导热垫及电极的导线架。基板更包括耦接（couple）导线架的模部（molded portion），使得导热垫的下表面从模部暴露出来，电极的上表面从模部暴露出来以及电极的下表面与侧面完全地被模部所覆盖，模部更在基板的上表面形成凹处。此方法更包括将芯片配置于凹处内，且粘合至导热垫的上表面，并电连接至电极。此方法更包括将胶体配置于凹处内，并包覆芯片。

将共同的标号用于附图各处以及实施方式以表示相同元件。本发明可通过下列结合随附附图的实施方式而更清楚明了。

附图说明

图1为本发明实施例之一的芯片封装体的剖视图；

图2为本发明另外一个实施例的芯片封装体的剖视图；

图3为本发明另外一个实施例而成的芯片封装体的剖视图；

图4为本发明另外一个实施例的芯片封装体的剖视图；

图5为本发明安装于散热器的图1的芯片封装体的剖视图；

图6A为本发明依据另外一个实施例的芯片封装体的剖视图；

图6B为图6A经由绝缘材料所制的连接器安装于散热器的芯片封装体的上视图；

图6C为沿着图6B的线6C-6C的剖视图；

图7A为本发明另外一个实施例的芯片封装体的剖视图；

图7B为图7A通过固定件及位于芯片封装体与散热器之间的绝缘的导热膏而安装于散热器的芯片封装体的上视图；

图7C为沿着图7B的线7C-7C的剖视图；

图8为本发明另外一个实施例的芯片封装体的剖视图；

图9A为本发明另外一个实施例的芯片封装体的上视图；

图9B为沿着图9A的芯片封装体的线9B-9B的剖视图。

主要元件符号说明

100、200、300、400、600、700、900：芯片封装体

110、410、610、710、910：承载器

110a、116a、118b：上表面

110b、112a、118a、410b、610b、710b、718a：下表面

110c：壁部

112、712、912：电极

116、716：绝缘体

117：凹处

118、718：导热垫

120：芯片

130、330：导线

140：胶体

150：光转换层

162：接点

240：覆盖板

570：散热器

570a：接合面

610c：周围部

680：连接器

570b、680a、719：开口

680c：间隙

682：下支架部

682a、911：凹口

684：上支架部

686：沟槽

688：上边缘

690：固定件

790：螺杆

792：导热膏

910a：侧面

912a：侧部

具体实施方式

依据实施例之一的芯片封装体100如图1所示。芯片封装体100包括承载器110以及至少一个芯片120（例如发光二极管（LED）芯片），所述芯片120通过多条导线（wire）130而电连接至承载器110。承载器110可为例如预成型的，但不一定需要。虽然此处的芯片120是LED芯片，但仅是为了方便而不是受限于此。实施例包括任何形态的具有一般表面安装型引脚（lead）结构及实质上用以接触散热器的平坦下表面的半导体芯片封装体。

承载器110具有至少两个电极112（例如正电极以及负电极）、绝缘体116以及芯片座（die pad）或导热垫118，绝缘体116部分地包覆电极112以及形成封装体主体。绝缘体116例如可为预成型的，但不一定需要。电极112暴露于承载器110的上表面110a且与导热垫118隔开。于本实施例中，电极112的下表面112a被绝缘体116所覆盖，所述绝缘体116与导热垫118的下表面118a共平面，由此提供承载器110一平坦的下表面110b。芯片封装体100因此可在不使电极112短路的情况下直接地安装于外部的金属散热器，如接下来所述。电极112与导热垫118可整体地视为导线架。

电极112可为金属，例如铜或铝。电极112的表面能够以高传导的金属涂层来电镀，例如银或金。绝缘体116可为封装化合物（molding compound），例如透明的聚合物或半透明的聚合物、软胶（soft gel）、弹性体、树脂、环氧树脂、硅胶或环氧-硅胶混合树脂（epoxy-silicone hybrid resin）。

导热垫118承载芯片120。较优的是导热垫118的平坦的下表面118a是暴露出来的，用以从芯片120直接地散热至外部环境。此外，芯片封装体100的导热垫118可在不使电极112短路的情况下直接固定于外部的散热器，因此更加强散热效率，如下参照图5所述。

承载器110包括垂直的壁部110c，所述壁部110c配置且围绕于承载器110的上表面。壁部110c形成凹处117，且LED芯片120与导线130配置于凹处117中。壁部110c包括绝缘材料，且可与绝缘体116一体成形或者分开地形成。壁部110c可视为封装体主体的一部分。

胶体140填充凹处117，且包覆LED芯片120与导线130。胶体140可由透明的聚合物或半透明的聚合物所制，例如软胶、弹性体、树脂、环氧树脂、硅胶或环氧-硅胶混合树脂。为了改善出自LED芯片120的发光的一致性，当光发射出时，光可被散射。因此，散射粒子（未绘示）可被添加至胶体140。散射粒子在光通过胶体140时可任意地折射光。

LED芯片120配置于导热垫118的上表面118b上。导线130在LED芯片120及电极112上的电性接点（electrical contact）（例如正极与负极）之间延伸，由此将LED芯片120电连接至电极112。

在绘示的实施例中，光转换层（light converting layer）150配置于胶体140及LED芯片120之间。光转换层150实质上覆盖LED芯片120的上表面，且也可覆盖每一条导线130的一部分。光转换层150包括光转换物质的粒子，例如荧光粒子。从LED芯片120发射出的光（例如蓝光）可被光转换物质转换成不同颜色（例如绿、黄以及红）的光，且这些不同颜色接着可被混合而产生白光。在某些实施例中，可不提供光转换层150。例如，单色的（monochromatic）LED封装体可不需要光转换层150。于另外一个本实施例中，光转换层150可被省略，且可被胶体140里的光转换物质所取代。

图2绘示出依据另外一个实施例的芯片封装体200。芯片封装体200与图1的芯片封装体100相类似。然而，芯片封装体100的胶体140被省略，且被盖子（lid）或覆盖板240所取代。覆盖板240配置于承载器110之上，用以密封凹处117。覆盖板240可例如由玻璃、透明的聚合物或半透明的聚合物所制。为了改善出自LED芯片120的发光的一致性，当光发射出时，光可被散射。因此，散射粒子（未绘示）可被添加至覆盖板240。散射粒子在光通过覆盖板240时可任意地折射光。此外，光转换层150可被省略，且可被覆盖板240里的光转换物质所取代。

图3绘示出依据另外一个实施例的芯片封装体300。芯片封装体300与图1的芯片封装体100相类似。然而，多个芯片120被安装于承载器110的凹处117内的导热垫118上。导线330在芯片120及电极112之间延伸，由此将芯片120电连接至电极112。芯片120可为低功率或中功率的LED芯片，所述LED芯片可提供较佳照度（illumination）以用于高功率的照明用途。在一些实施例中，芯片封装体300可包括二极管防护（diode-protective）芯片，例如齐纳二极管（Zener diode）（未绘示），由此保护芯片120避免过载电流（excessive current）。齐纳二极管能够调整工作电压（working voltage）及运行而使电流稳定。

图4绘示出依据另外一个实施例的芯片封装体400。芯片封装体400与图1的芯片封装体100相类似。然而，承载器410不包括导热垫。于此实施例中，LED芯片120配置于绝缘体116的上表面116a之上。外部的散热器可粘合于芯片封装体400的下表面410b。于此实施例中，绝缘体116较佳地可由高导热性（thermal conductivity）及低水蒸气渗透性（water vaporpermeability）的一个或多个材料所制。于某些实施例中，绝缘体116可为含有热传导填充材料的封装化合物，所述热传导填充材料例如为氧化铝（alumina）、氧化镁（magnesium oxide）、氧化铍（beryllium oxide）、氮化铝（aluminum nitride）、氮化硼（boron nitride）、碳化硅（silicon carbide）、碳化钼（molybdenum carbide）或二硼化钛（titanium diboride）。

图5绘示出安装于散热器570的图1的芯片封装体100。较优的是由芯片120所产生的大部分的热通过导热垫118而直接地传导至散热器570，由此提供优异的热传导性。主要的传热路径从芯片120经导热垫118而至散热器570。没有绝缘层位于此主要的传热路径上，因此提供优异的散热效率。于某些实施例中，承载器110的下表面110b可经由导热膏（thermal grease）、胶带（adhesive tape）或连接器（connector）（未绘示）而稳固地粘合于散热器570的接合面（bonding surface）570a。可调整散热器570的尺寸及/或形状以满足特定散热用途所需，且所绘示的尺寸及形状不应该解释为其限制。

如图5所示，芯片封装体100通过接点162而连接至外部的电源供应电路（power supply circuitry），所述接点162固定于位于承载器110的上表面110a上的电极112的暴露部分。外部的电源供应电路供应电流至芯片封装体100，使得LED芯片120可产生光。

图6A绘示出依据另外一个实施例的芯片封装体600。芯片封装体600与图1的芯片封装体100相类似。然而，承载器110被省略且被承载器610所取代，其中绝缘体116没有覆盖电极112的下表面112a。通过此结构，在形成承载器610的预成型制作工艺期间，电极112可通过下模具（bottommold）而被直接地支撑，因此防止模具溢料（mold flash）。电极112与承载器610的下表面610b隔开，使得芯片封装体600适于直接地安装于外部的散热器，其中，散热器接触导热垫118的下表面118a，但是与电极112隔开。

图6B及图6C绘示出经由绝缘材料所制的连接器680而安装于散热器570的图6A的芯片封装体600。连接器680具有下支架部（bottom lip portion）682、上支架部（top lip portion）684以及下支架部682与上支架部684所定义出的沟槽（groove）686。下支架部682位于承载器610的电极112及散热器570的接合面570a之间，因此允许芯片封装体600可在不使电极112短路的情况下直接地安装于散热器570。下支架部682具有凹口（recess）682a，所述凹口682a容纳导热垫118的下部，由此允许承载器610的下表面610b直接地接触散热器570。沟槽686用以容纳承载器610的周围部（peripheralportion）610c。在组装具有连接器680的芯片封装体600的制作工艺中，承载器610的周围部610c被嵌进沟槽686。如图5的实施例中，芯片封装体600通过接点162而连接至外部的电源供应电路，所述接点162固定于电极112的暴露部分。在连接器680组装芯片封装体600之前，由于接点162固定于芯片封装体600，因此连接器680具有用以容纳接点162的间隙（gap）680c（图6B）。

参照图6B及图6C，两个固定件690各自容纳于连接器680的开口（opening）680a及散热器570的开口570b内，由此将芯片封装体600固定于散热器570。固定件690及散热器570的开口可以是具有螺纹的（threaded）。连接器680可由弹性体（例如橡胶或其他可以吸收外部冲击的缓冲材料）所制成。视情况，连接器680的内周围部（inner circumferential portion）的上边缘688可为所绘示出的斜面，其使芯片封装体600容易地安装于连接器680中。

图7A绘示出依据另外一个实施例的芯片封装体700。芯片封装体700与图1的芯片封装体100相类似。然而，承载器110被省略且被具有开口719的承载器710所取代，所述开口719通过移除在每一个电极712下面的部分绝缘体716而形成。因此，尽管部分暴露，电极712仍然与承载器710的下表面710b隔开，使得芯片封装体700适于直接地安装于外部的散热器，其中，散热器接触导热垫718的下表面718a，但是与电极112隔开。

图7B及图7C绘示出通过固定件（例如螺杆790）而安装于散热器570的图7A的芯片封装体700。参照图7B，绝缘的导热膏792（或绝缘的胶带或类似）位于芯片封装体700及散热器570之间。绝缘的导热膏792填充电极712下面的开口719，因此更降低电极712之间短路的可能性。此外，导热膏792可加强从芯片封装体700至散热器570的散热效率。如图5及图6的实施例中，芯片封装体700通过接点162而连接至外部的电源供应电路，所述接点162固定于电极712的暴露部分。

图8绘示出依据另外一个实施例的芯片封装体900。芯片封装体900与图1的芯片封装体100相类似。然而，承载器110被省略且被具有凹口911的承载器910所取代，凹口911通过移除电极912的侧部（lateral portion）912a（图9A及图9B）所形成，使得电极912自承载器910的侧面910a凹进去。在某些实施例中，凹口911具有至少0.15mm的深度（从电极912至预成型的承载器910的侧面910a的距离），因此显著地降低电极912之间短路发生的机会，如下进一步讨论。图9A绘示出具有侧部912a的芯片封装体900。于制造期间，电极912通过侧部912a而连接至邻近的导线架单元，所述侧部912a在切割步骤（singulation step）后形成暴露的侧面。由于暴露的侧部912a非常靠近外部的散热器的传导面，因此暴露的侧部912a在芯片封装体900安装于散热器后可能引起电极912之间的短路。因此，图8的芯片封装体900移除侧部912a。

尽管本发明已经描述及绘示出其相关的特定实施例，但是本发明并不受限于这些描述及附图。本发明可为所属领域中具通常知识者所理解，且在不脱离本发明通过所附权利要求所定义的精神及范围下可作各式各样的修改及等同的取代。附图不一定需要绘示比例，本揭露的所属技术领域的解释以及由制造流程与容许度制成的实际的装置可有所差别。且本发明的其他实施例可能未被特别地绘示出。此说明书及附图将被认为是说明用的而不是限制用的。可作修改以适合特定的情况、材料、物质组成物、目标物的方法或制作工艺以及本发明的精神与范围。所有此类的修改都在本说明书的所附权利要求的范围内。尽管本说明书所揭露的方法已为与依照特定的顺序而执行的特定操作有关，但是将被理解的是这些操作可合并、再细分或重组顺序，由此在不脱离本发明的教示下形成等效的方法。因此，除非本说明书特定指出，否则操作的顺序及组别并非本发明的限制。

Claims (20)

1.一种芯片封装体，包括：

承载器，包括导热垫、多个电极以及绝缘体，其中所述绝缘体的部分包覆所述电极，所述电极暴露于所述承载器的上表面；

壁部，配置且围绕于所述承载器的上表面，所述壁部形成凹处；

至少一芯片，配置于所述凹处内的所述导热垫上，所述芯片电连接至暴露的所述电极；以及

胶体，配置于所述凹处内，且包覆所述至少一芯片，

其中所述导热垫的下表面被暴露出但所述电极的下表面未被暴露出，使得所述芯片封装体可在不使所述电极短路的情况下直接地安装于外部装置。

2.如权利要求1所述的芯片封装体，其中每一个所述电极的下表面被所述绝缘体覆盖。

3.如权利要求2所述的芯片封装体，其中所述导热垫的下表面与所述绝缘体的下表面为共平面。

4.如权利要求1所述的芯片封装体，还包括外部散热器，直接安装于所述导热垫的下表面。

5.如权利要求4所述的芯片封装体，其中所述绝缘体配置于所述电极以及所述散热器之间。

6.如权利要求4所述的芯片封装体，其中所述绝缘体包括在每一个所述电极下面的开口，使得每一个所述电极的下表面的至少一部分被暴露出来。

7.如权利要求6所述的芯片封装体，还包括导热膏或胶带，配置于所述电极以及所述散热器之间的所述开口的区域内。

8.如权利要求1所述的芯片封装体，其中每一个所述电极自所述承载器的侧面凹进去。

9.一种芯片封装体，包括：

导热垫；

多个电极，配置于所述导热垫的周围；

绝缘的封装体主体，部分地包覆所述电极，其中所述电极的上表面被暴露出，所述封装体主体包括围绕所述导热垫及形成凹处的壁部；以及

至少一芯片，配置于所述凹处内的所述导热垫上，所述芯片电连接至暴露的所述电极，

其中所述导热垫的下表面与所述封装体主体的下表面为共平面，使得所述芯片封装体可在所述电极与外部装置隔开的情况下直接地安装于所述外部装置，由此预防所述电极的短路。

10.如权利要求9所述的芯片封装体，还包括胶体，配置于所述凹处内且包覆所述至少一芯片。

11.如权利要求9所述的芯片封装体，还包括覆盖板，配置于所述壁部之上且密封所述凹处。

12.如权利要求9所述的芯片封装体，其中每一个所述电极的下表面被所述封装体主体所覆盖。

13.如权利要求9所述的芯片封装体，还包括外部散热器，直接地安装于所述导热垫的下表面。

14.如权利要求13所述的芯片封装体，其中所述封装体主体配置于所述电极以及所述散热器之间。

15.如权利要求13所述的芯片封装体，其中所述封装体主体包括在每一个所述电极下面的开口，使得每一个所述电极的下表面的至少一部分被暴露出。

16.如权利要求15所述的芯片封装体，还包括导热膏或胶带，配置于所述电极以及所述散热器之间的所述开口的区域内。

17.如权利要求9所述的芯片封装体，其中每一个所述电极自所述封装体主体的侧面凹进去。

18.一种芯片封装体的制造方法，包括：

提供封装体基板，所述封装体基板包括：

导线架，具有导热垫以及电极；以及

模部，耦接所述导线架，使得所述导热垫的下表面从所述模部暴露出来，所述电极的上表面从所述模部暴露出来以及所述电极的下表面与侧面完全地被所述模部所覆盖，所述模部更在所述封装体基板的上表面形成凹处；

将芯片配置于所述凹处内且粘合至所述导热垫的上表面并电连接至所述电极；以及

将胶体配置于所述凹处内，并包覆所述芯片。

19.如权利要求18所述的芯片封装体的制造方法，还包括将散热器固定于所述封装体基板，使得所述导热垫的下表面直接地接触所述散热器，且所述模部配置于所述电极以及所述散热器之间。

20.如权利要求18所述的芯片封装体的制造方法，其中每一个所述电极自所述模部的侧面凹进去。

Images