CN103337496B - 基于双面硅基板的led集成封装结构及制作方法 - Google Patents

基于双面硅基板的led集成封装结构及制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双面硅基板的LED集成封装结构及其制作方法，其结构将布线、LED芯片和驱动芯片集成到一块硅基板的两个侧面上，占位体积小，更具有灵活性，节约支架成本、灯具组装简单，无需外接驱动；布线集成在硅基板上，减少导线的连接和长度，减少机械连接的热阻，使电连接的功率损耗减低，提高功率；其制作方法，可以采用微加工技术，准确的控制微尺寸的刻蚀和布线，精准的安装及封装LED芯片和驱动芯片，使体积尽可能减小，采用三维封装工艺将元件集成封装在硅基板的两面，能够充份利用基板面积，降低LED模组的尺寸；由于LED模组微型化，无需额外驱动模组，灯具热沉可以腾出更大的空间放置其它控制模组，实现智能化照明。

Description

基于双面硅基板的LED集成封装结构及制作方法
技术领域
本发明涉及LED照明领域，尤其涉及基于双面硅基板的LED集成封装结构及制作方法。
背景技术
目前LED封装技术主要包括3个部分的连接：LED模组、散热器以及电路。
1.LED模组：LED模组即将一个或多个LED光源封装在基板上。最常见的封装方法就是将LED芯片封装在支架内，再把封装体焊接到基板上的引脚框架内。也有进一步的将LED集成封装在基板上，将其它电路或控制元件，例如稳压二极管、用于光输出和结温测试的光学传感元件等封装在同一基板上，通过PCB板上的电路相互连接。
2.散热器：LED模组通常与散热器连接，LED工作时所产生的热量可以通过散热片释放出来。
3.电路：电路是各功能组件的电连接，一般以基板为载体。电路还具有连接LED模组之外的其他功能，例如控制元件或传感器元件(包括LED结温传感器、流明输出传感器、CCT传感器和一些具有特殊应用的传感器等)与输出电路相连。
现有的LED封装结构需要额外连接驱动模组，并且需要封装支架等，存在体积大、支架需要成本、灯具组装复杂等问题。
发明内容
本本发明提供一种体积小、无需支架、组装简单的基于双面硅基板的LED集成封装结构。
为了实现上述目的，本发明提出的一种解决技术方案为：一种基于双面硅基板的LED集成封装结构，其特征在于，包括LED模组和散热器，LED模组设置于散热器上；所述LED模组包括硅基板、LED芯片和驱动芯片，所述硅基板的一面设置有上层金属布线和第一凹槽，第一凹槽内封装所述LED芯片，LED芯片与上层金属布线电连接；硅基板的另一面设置有下层金属布线和第二凹槽，第二凹槽内封装所述驱动芯片，驱动芯片与下层金属布线电连接；所述硅基板沿厚度方向设有通孔，上层金属布线与下层金属布线通过所述通孔电连接；所述硅基板设置有驱动芯片的一侧与所述散热器叠加连接。
其中，所述第一凹槽内设置有荧光粉；所述第二凹槽内设置有低于或等于第二凹槽口平面的填充胶。
其中，所述硅基板的外表面上设置有绝缘层。
其中，所述硅基板与散热器之间由导热胶连接。
其中，所述第一凹槽和/或第二凹槽内还封装有传感器元件。
本发明还提供了一种得到上述的基于双面硅基板的LED集成封装结构的制造方法，包括，
S1、制作LED模组，包括步骤，
a1、对硅基板进行双面各向异性腐蚀，在硅基板的一侧表面得到第一凹槽，在硅基板的另一侧表面得到第二凹槽，沿硅基板厚度方向刻蚀通孔；
a2、在硅基板的设有第一凹槽的一侧表面与设有第二凹槽的另一侧表面进行金属沉积；
a3、通过光刻和蚀刻分别对设置于硅基板两侧表面的金属沉积进行布线，形成上层金属布线和下层金属布线，且上层金属布线与下层金属布线通过所述通孔电连接；
a4、在第一凹槽中安装LED芯片，第二凹槽中安装驱动芯片，LED芯片与所述的上层金属布线电连接，驱动芯片与所述的下层金属布线电连接；
S2、将硅基板设置有驱动芯片的一侧与所述散热器叠加连接。
其中，在制作LED模组的步骤a1后，还包括对刻蚀后的硅基板进行覆盖绝缘层的步骤。
其中，在制作LED模组的步骤a4后，还包括向第一凹槽内填充荧光粉和/或透明高分子材料及向第二凹槽内填充低于或等于第二凹槽口平面的高分子材料填充胶的步骤。
其中，所述步骤S2具体为，在散热器的一侧表面设置导热胶，将LED模组设置驱动芯片的一侧面压在所述散热器设有导热胶一侧表面上。
其中，所述安装驱动芯片和LED芯片时，均采用正装固晶引线的方式或覆晶的方式安装。
本发明的有益效果为：区别于现有技术LED封装结构需要额外的连接驱动模组，并且需要封装支架等，存在体积大、支架需要成本、灯具组装复杂等问题，本发明的基于双面硅基板的LED集成封装结构，将布线、LED芯片和驱动芯片集成到一块硅基板上，占位体积小，设计更具有灵活性，节约支架成本、灯具组装简单，无需外接驱动，同时布线集成在硅基板上，减少导线的连接和长度，使电连接的功率损耗减低，提高功率，还可以减少机械连接的热阻；而本发明的基于双面硅基板的LED集成封装结构的制作方法，采用微加工技术，能够准确的控制微尺寸的刻蚀及其布线还可以精准的安装及封装LED芯片和驱动芯片，使之体积尽可能减小，采用三维封装工艺将元件集成封装在硅基板的两面，能够充份利用基板面积，降低LED模组的尺寸；由于LED模组微型化，加上无需驱动模组，灯具热沉可以腾出更大的空间供放置其它控制模组，实现智能化照明。
附图说明
图1为本发明的基于双面硅基板的LED集成封装结构制作方法的制作流程图。
图中：10、硅基板；11、第一凹槽；12、第二凹槽；13、通孔；14、上层金属布线；15、下层金属布线；16、LED芯片；17、驱动芯片；20、散热器；30、导热胶。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，本实施方式的一种基于双面硅基板的LED集成封装结构，包括LED模组和散热器，LED模组设置于散热器上；所述LED模组包括硅基板10、LED芯片16和驱动芯片17，所述硅基板10的一面设置有上层金属布线14和第一凹槽11，第一凹槽11内封装所述LED芯片16，LED芯片16与上层金属布线14电连接；硅基板10的另一面设置有下层金属布线15和第二凹槽12，第二凹槽12内封装所述驱动芯片17，驱动芯片17与下层金属布线15电连接；所述硅基板10沿厚度方向设有通孔13，上层金属布线14与下层金属布线15通过所述通孔13电连接；所述硅基板10设置有驱动芯片17的一侧设置与所述散热器20上。本发明的基于双面硅基板的LED集成封装结构，将布线、LED芯片16和驱动芯片17集成到一块硅基板10的相对的两个侧面上，占位体积小，设计更具有灵活性，节约支架成本、灯具组装简单，无需外接驱动，同时布线集成在硅基板上，减少导线的连接和长度，使电连接的功率损耗减低，提高功率，还可以减少机械连接的热阻。本实施例中，所述上层金属布线和下层金属布线是在硅基板的两侧表面进行金属层沉积并通过光刻和蚀刻进行布线完成的。本实施例中，所述的驱动芯片17一般还会连接一些相关元件，相关元件不是特定的什么的部件，只是一般的电子元器件或其裸片，具有辅助驱动芯片驱动的作用，与驱动芯片17一起设置于第二凹槽12内。
本实施例中，所述第一凹槽11内设置有荧光粉，荧光粉可以增加LED芯片的光照效率，当然，在一具体实施例中，填充在第一凹槽11中的荧光粉高于或等于第一凹槽口平面；所述第二凹槽12内设置有低于或等于第二凹槽口平面的填充胶，填充胶可以起到保护驱动芯片17的作用，当然，在另一实施例中，在第一凹槽11中可以设置有其他的透明高分子材料，提高光照效率和保护LED芯片，在第二凹槽12中设置其他的高分子材料，来保护驱动芯片17.。
本实施例中，所述硅基板10的外表面上设置有绝缘层，这样可以提高本发明的安全性能，防止电路的短路、混电的情况发生。
本实施例中，所述硅基板10与散热器20之间由导热胶30连接，导热胶30可以提高散热效率。
本实施例中，LED模组中还包括其它传感元件和/或电子元器件,传感元件和/或电子元器件均集成于硅基板10上，且均与上层金属布线14或下层金属布线15电连接，使之能够正常工作，集成之后的模组除了照明功能之外，还具有其他功能，例如调光、传感等，主要是看集成的传感元件的功能。
为了得到上述的LED集成封装结构，本发明还提供了一种基于双面硅基板的LED集成封装结构的制作方法，包括，
S1、制作LED模组，包括步骤，
a1、采用微加工工艺对硅基板10进行双面各向异性腐蚀，在硅基板10的一侧表面得到第一凹槽11，在硅基板的另一侧表面得到第二凹槽12，沿硅基板10厚度方向刻蚀通孔13；其中，双面各向异性腐蚀是指，分别于硅基板10的相对的两个侧面相对的向硅基板10的内部刻蚀，一般体型微加工使用碱性溶液来腐蚀平板印刷后留下来的硅，这些碱溶液腐蚀时的相对各向异性非常强，沿一定的晶体方向的腐蚀，形成棱台形坑。得到第一凹槽11、第二凹槽12和通孔13后，在硅基板的外表面进行覆盖绝缘层的步骤，这样可以提高本发明的安全性能，防止电路的短路、混电的情况发生；
a2、在硅基板的设有第一凹槽11的一侧表面与设有第二凹槽12的另一侧表面进行金属沉积；
a3、采用微加工工艺，通过光刻和蚀刻分别于硅基板两侧表面的金属沉积进行金属图形化，形成上层金属布线14、下层金属布线15和反光结构，且上层金属布线14与下层金属布线15通过所述通孔13电连接；
a4、采用三维封装技术，在第一凹槽11中安装LED芯片16，第二凹槽12中安装驱动芯片17，LED芯片16与所述的上层金属布线14电连接，驱动芯片17与所述的下层金属布线15电连接；安装驱动芯片17和LED芯片16时，均采用正装固晶引线的方式或覆晶的方式安装，安装驱动芯片17和LED芯片16后，向第一凹槽11内填充荧光粉以提高光照效率，一般荧光粉的填充是高于或等于第一凹槽口平面的，以及向第二凹槽内填充低于或等于第二凹槽口平面的填充胶以保护驱动芯片17。正装固晶引线方式安装是指，芯片电极背对基板，组装时将芯片背面（无电极一侧）用固晶胶固定到基板上，然后用引线键合机将芯片正面电极与基板上对应电极连接起来，正装芯片比较常见，固晶、引线键合的成本也较低；覆晶的方式安装是指，芯片电极位于背面，朝向基板一侧，组装时用导电胶或其他金属材料将芯片电极与基板上的电极直接粘结起来，同时起到了电互联和机械固定的效果，倒装芯片适用于引脚较多的芯片，成本较高，但是导热性能好。当然，在安装驱动芯片17的时候，一般还会连接一些与之相关元件，相关元件不是特定的什么的部件，只是一般的电子元器件或其裸片，具有辅助驱动芯片驱动的作用，与驱动芯片17一起设置于第二凹槽12内。
S2、将硅基板10设置有驱动芯片17的一侧与所述散热器20叠加连接，步骤S2具体为，在散热器20的一侧表面设置导热胶30，将LED模组设置驱动芯片的一侧面压在所述散热器20设有导热胶30一侧表面上，导热胶30可以快速的传到热量，以提高基于双面硅基板的LED集成封装结构的散热速率。
本实施例中，微加工工艺(Micromachining)是建基于微机电系统(MicroElectro-MechanicalSystem,MEMS)的制作技术，类似于生产半导体的技术如表面微加工、体型微加工等工艺，制作的精确度一般在微米，所以以此技术生产的模组，能准确控制微尺寸刻蚀及布线以对应小颗片封装，成品尺寸可以更小。
本发明的基于双面硅基板的LED集成封装结构的制作方法，采用微加工技术，能够准确的控制微尺寸的刻蚀及其布线还可以精准的安装及封装LED芯片和驱动芯片，使之体积尽可能减小，采用三维封装工艺将元件集成封装在硅基板的两面，能够充份利用基板面积，降低LED模组的尺寸；由于LED模组微型化，加上无需驱动模组，灯具热沉可以腾出更大的空间供放置其它控制模组，实现智能化照明。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于双面硅基板的LED集成封装结构，其特征在于，包括LED模组和散热器，LED模组设置于散热器上；
所述LED模组包括硅基板、LED芯片和驱动芯片，所述硅基板的一面设置有上层金属布线和第一凹槽，第一凹槽内封装所述LED芯片，LED芯片与上层金属布线电连接；硅基板的另一面设置有下层金属布线和第二凹槽，第二凹槽内封装所述驱动芯片，驱动芯片与下层金属布线电连接；所述硅基板沿厚度方向设有通孔，上层金属布线与下层金属布线通过所述通孔电连接；
所述硅基板设置有驱动芯片的一侧与所述散热器叠加连接。
2.根据权利要求1所述的基于双面硅基板的LED集成封装结构，其特征在于，所述第一凹槽内设置有荧光粉；所述第二凹槽内设置有低于或等于第二凹槽口平面的填充胶。
3.根据权利要求1所述的基于双面硅基板的LED集成封装结构，其特征在于，所述硅基板的外表面上设置有绝缘层。
4.根据权利要求1所述的基于双面硅基板的LED集成封装结构，其特征在于，所述硅基板与散热器之间由导热胶连接。
5.根据权利要求1所述的基于双面硅基板的LED集成封装结构，其特征在于，所述第一凹槽和/或第二凹槽内还封装有传感器元件。
6.一种基于双面硅基板的LED集成封装结构的制作方法，其特征在于，包括，
S1、制作LED模组，包括步骤，
a1、对硅基板进行双面各向异性腐蚀，在硅基板的一侧表面得到第一凹槽，在硅基板的另一侧表面得到第二凹槽，沿硅基板厚度方向刻蚀通孔；
a2、在硅基板的设有第一凹槽的一侧表面与设有第二凹槽的另一侧表面进行金属沉积；
a3、通过光刻和蚀刻分别对设置于硅基板两侧表面的金属沉积进行布线，形成上层金属布线和下层金属布线，且上层金属布线与下层金属布线通过所述通孔电连接；
a4、在第一凹槽中安装LED芯片，第二凹槽中安装驱动芯片，LED芯片与所述的上层金属布线电连接，驱动芯片与所述的下层金属布线电连接；
S2、将硅基板设置有驱动芯片的一侧与散热器叠加连接。
7.根据权利要求6所述的基于双面硅基板的LED集成封装结构的制作方法，其特征在于，在制作LED模组的步骤a1后，还包括对刻蚀后的硅基板进行覆盖绝缘层的步骤。
8.根据权利要求6所述的基于双面硅基板的LED集成封装结构的制作方法，其特征在于，在制作LED模组的步骤a4后，还包括向第一凹槽内填充荧光粉和/或透明高分子材料及向第二凹槽内填充低于或等于第二凹槽口平面的填充胶的步骤。
9.根据权利要求6所述的基于双面硅基板的LED集成封装结构的制作方法，其特征在于，所述步骤S2具体为，在散热器的一侧表面设置导热胶，将LED模组设置驱动芯片的一侧面压在所述散热器设有导热胶一侧表面上。
10.根据权利要求6所述的基于双面硅基板的LED集成封装结构的制作方法，其特征在于，所述安装驱动芯片和LED芯片时，均采用正装固晶引线的方式或覆晶的方式安装。
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