CN103354266B - 一种薄型圆片级led的封装结构及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种薄型圆片级LED的封装结构及其封装方法，属于半导体封装技术领域。其包括设有电极（110）的LED芯片（100）和封装盖（200），封装盖（200）设有内凹的型腔（210），LED芯片（100）倒装于金属反射层（400）的表面，并扣置于封装盖（200）的型腔（210）内，金属反射层（400）的横截面尺寸大于型腔（210）的横截面尺寸且小于封装盖（200）的横截面尺寸，并于金属反射层（400）形成旋转90度的“日”字形凹槽（600），隔断的所述金属反射层（400）分别与电极（110）的正极和负极连接，金属层（500）的表面与凹槽（600）内涂覆保护层（700），并形成保护层开口（710）。本发明的圆片级LED的封装结构尺寸更小、更薄、散热性能更好、封装成本更低。
Description
技术领域
本发明涉及一种薄型圆片级LED的封装结构及其封装方法，属于半导体封装技术领域。
背景技术
随着蓝光和白光发光二极管（LED）在1990年大举迈向实用化阶段后，无论是利用LED所进行的全彩显示，或是在近年来社会大众对节能议题所展现的高度重视下，LED所普及到的智能手机、个人电脑（PC）、电视背光、照明、白色家电产品或交通信号标志等多样化的产品应用领域愈来愈广。
在一些特殊场合，需要尺寸更小、更薄、散热性能更好、封装成本更低的LED封装。而目前的圆片级LED封装多采用硅基作为衬底，硅基需要一定的厚度才能保证其有合适的强度来支撑整个LED封装，同时硅基的存在限制了LED封装向尺寸更小、更薄、封装成本更低方向的发展。此外，LED芯片工作时产生的热量还会传递给硅基，硅基的导热性能不及铜、钛等金属，增加了封装热阻，影响了LED封装的可靠性。
发明内容
承上所示，本发明的目的在于克服上述结构的不足，提供一种尺寸更小、更薄、散热性能更好、封装成本更低的无硅基的薄型圆片级LED的封装结构及其封装方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种薄型圆片级LED的封装结构，包括LED芯片和封装盖，所述LED芯片设有电极，所述封装盖设有内凹的型腔，
还包括金属反射层和填充物，所述LED芯片倒装于金属反射层的表面，并扣置于所述封装盖的型腔内，所述型腔的沿口的周壁设置若干个开放式沟槽，所述填充物填充型腔和沟槽，所述金属反射层的横截面尺寸大于型腔及沟槽延展的横截面尺寸且小于封装盖的横截面尺寸，并于所述金属反射层的周边形成“口”字形凹槽，所述金属反射层于电极的正极和负极之间断开，形成“一”字形凹槽，“一”字形所述凹槽与“口”字形所述凹槽相通，形成旋转90度的“日”字形凹槽，隔断的所述金属反射层分别与电极的正极和负极连接，并在所述金属反射层的另一表面涂覆金属层，所述金属层的表面与凹槽内涂覆保护层，并形成保护层开口露出部分金属层。
进一步地，所述型腔内容纳至少一颗LED芯片。
进一步地，所述沟槽的深度不大于型腔的深度。
进一步地，所述沟槽的底部与水平面的夹角为α，α取值范围0～90°。
进一步地，所述金属层的厚度为3um以上。
进一步地，所述金属层的厚度为10～15um。
一种薄型圆片级LED的封装结构的封装方法，包括如下工艺过程：
步骤一、提供载体圆片，在载体圆片的表面设置对位标记和可剥离膜；
步骤二、提供带有电极的LED芯片，将LED芯片倒装到可剥离膜上；
步骤三、取带有型腔和沟槽的封装盖，并在型腔中点上适量的填充物；
步骤四、将贴有LED芯片的载体圆片与封装盖键合，多余的硅胶流入沟槽内，并固化成形；
步骤五、通过加热和/或腐蚀工艺，剥离载体圆片T1并清洗封装盖表面，露出LED芯片的电极；
步骤六、通过溅射和光刻的方法，在所述电极的表面形成金属反射层，所述金属反射层直接与电极相连；
步骤七、通过电镀或化学镀的方法在金属反射层的表面镀上金属层；
步骤八、通过光刻/电镀/去胶/腐蚀等方法处理金属反射层和金属层，于金属反射层和金属层的周边和正负电极之间形成旋转90度的“日”字形凹槽；
步骤九、在金属层的表面旋涂保护层，所述保护层填充“日”字形凹槽，并通过光刻工艺形成保护层开口，露出部分金属层；
步骤十、通过晶圆切割分离的方法，形成单颗的圆片级LED封装结构。
进一步地，步骤三中，所述封装盖的型腔和沟槽通过光刻或刻蚀工艺成形。
进一步地，步骤三中，带有型腔和沟槽的所述封装盖通过注塑工艺成形。
进一步地，所述可剥离膜为一种带有粘结力的有机薄膜。
本发明的有益效果是：
1、本发明的LED芯片的电极通过金属反射层与金属层直接连接，而金属反射层与金属层几乎覆盖整个封装盖的表面，有利于降低LED的结温，提升LED芯片的散热速度，提高封装结构的可靠性；
2、具有一定强度的玻璃或光学树脂形成的封装盖能更好的保护LED，而玻璃或光学树脂良好的出光性能有利于保证LED的出光率；
3、本发明的型腔内的硅胶等填充物可以提高LED芯片、封装盖与金属反射层之间的连接强度；若LED芯片为蓝色芯片，在填充物内加入均匀分布的荧光粉，可实现白光LED的封装；
4、本发明的圆片级LED封装结构无硅基，又解决了散热问题，因此可以把芯片做的更薄、更小，更接近LED芯片的尺寸，应用在一些特殊的领域；
5、本发明的主要工艺是以圆片级的方式实现的，因此生产成本更低。
附图说明
图1为本发明一种薄型圆片级LED的封装结构的示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图2的B-B剖视图；
图4至图11为一种薄型圆片级LED的封装结构的封装方法的示意图。
其中：
LED芯片100
电极110
封装盖200
型腔210
沟槽220
填充物300
金属反射层400
金属层500
凹槽600
保护层700
保护层开口710
载体圆片T1
可剥离膜T2。
具体实施方式
参见图1至图3，本发明一种薄型圆片级LED的封装结构，包括LED芯片100和封装盖200。LED芯片100设有正负电极110。封装盖200为玻璃、光学树脂等透明材质，既具有一定强度、可以保护LED，又具有良好的出光性能、可以保证LED的出光率。封装盖200设有内凹的型腔210。封装盖200的横截面可以是矩形、圆形等，根据实际需要定形。LED芯片100倒装于金属反射层400的表面，并扣置于封装盖200的型腔210内。型腔210内可以容纳至少一颗LED芯片100。金属反射层400的材质为铝/钛/镍，其厚度为4um～6um，能够将折回金属反射层400的LED光线再次反射出封装盖200。金属反射层400的横截面尺寸大于型腔210的横截面尺寸，能够将LED的光线密封于封装盖200的型腔210内；同时金属反射层400的横截面尺寸又小于封装盖200的横截面尺寸，并于所述金属反射层400的周边形成“口”字形凹槽600。所述金属反射层400于电极110的正极和负极之间断开，形成“一”字形凹槽600，“一”字形所述凹槽600与“口”字形所述凹槽600相通，形成旋转90度的“日”字形凹槽600。隔断的所述金属反射层400分别与电极110的正极和负极连接，并在所述金属反射层400的另一表面涂覆金属层500，所述金属层500为钛/铜、钛钨/铜或钛钨/金，金属层500的厚度为3um以上，为提高散热，金属层500的厚度可为10～15um。所述金属层500的表面与凹槽600内涂覆保护层700。“口”字形凹槽600内的保护层700使金属反射层400绝缘，并不被氧化。“一”字形凹槽600内涂覆的保护层700隔断并绝缘金属反射层400和金属层500，隔断的金属反射层400和金属层500分别与电极110的正极和负极连接。而金属反射层400的另一表面形成的保护层开口710内可以设置焊球或金属连线，有利于后续工艺的连接和应用。
为提高LED芯片100、封装盖200与金属反射层400之间的连接强度，可在型腔210内填充硅胶等填充物300。若LED芯片100为蓝色芯片，在填充物300内加入均匀分布的荧光粉，可实现白光的出射，成为白光LED的封装结构。
另外，所述型腔210的沿口的周壁可以设置若干个开放式沟槽220，所述沟槽220的深度不大于型腔210的深度，且与型腔210相通，使沟槽220成为型腔210容纳、调剂填充物300的通道。为方便液态的填充物300流动、充分填满型腔210，可使沟槽220的底部向型腔210倾斜。沟槽220的底部与水平面的夹角为α，α取值范围0～90°。沟槽220的横截面形状可以为直的或弯曲的，根据实际需要确定。金属反射层400的横截面尺寸大于型腔210及沟槽220延展的横截面尺寸且小于封装盖200的横截面尺寸。
参见图4至图11，本发明实施例的一种薄型圆片级LED的封装结构的封装方法，包括如下工艺过程：
步骤一、提供载体圆片T1，在载体圆片T1的表面设置对位标记，以方便对位操作，对位标记图中未示出；并在载体圆片T1的表面贴可剥离膜T2，可剥离膜T2为一种带有粘结力的有机薄膜，可在后续操作中方便去除；如图４所示。
步骤二、提供带有电极110的LED芯片100，将LED芯片100倒装到载体圆片T1的可剥离膜上T2上；如图５所示。
步骤三、取带有型腔210和沟槽220的封装盖200，封装盖200的材质为玻璃、光学树脂，型腔210和沟槽220可以通过光刻、刻蚀等工艺成形或通过注塑一体成形（型腔图形不限于本示意图），沟槽220的底部与水平面的夹角为α，α取值范围0～90°；在型腔210中点上适量的填充物300，其材质可为硅胶，填充物300内可混有荧光粉(图中未示出)；如图６所示。
步骤四、将贴有LED芯片100的载体圆片T1与封装盖200键合，多余的硅胶流入沟槽220内，并固化成形；如图７所示。
步骤五、通过加热和/或腐蚀工艺，剥离载体圆片T1并清洗封装盖200的表面，露出电极110；如图８所示。
步骤六、通过溅射和光刻的方法在所述电极110的表面形成金属反射层400，所述金属反射层400直接与电极110相连，所述金属反射层400的材质为铝/钛/镍，厚度为4um～6um；如图９所示。
步骤七、通过电镀或化学镀的方法在所述金属反射层400的表面镀上厚金属层500，其材质钛/铜、钛钨/铜或钛钨/金；如图９所示。
步骤八、通过光刻/电镀/去胶/腐蚀等方法处理金属反射层400和金属层500，于金属反射层400和金属层500的周边和正负电极110之间形成旋转90度的“日”字形凹槽600；如图10所示。
步骤九、在金属层500的表面旋涂保护层700，所述保护层700填充旋转90度的“日”字形凹槽600，并通过光刻工艺形成保护层开口710，露出部分金属层500，用于后续工艺的连接，保护层材质为有机树脂；如图11所示。
步骤十、通过晶圆切割分离的方法形成单颗的圆片级LED封装结构；如图11所示。
Claims (9)
1.一种薄型圆片级LED的封装结构，包括LED芯片（100）和封装盖（200），所述LED芯片（100）设有电极（110），所述封装盖（200）设有内凹的型腔（210），
其特征在于：还包括金属反射层（400）和填充物（300），所述LED芯片（100）倒装于金属反射层（400）的表面，并扣置于所述封装盖（200）的型腔（210）内，所述型腔（210）的沿口的周壁设置若干个开放式沟槽（220），所述填充物（300）填充型腔（210）和沟槽（220），所述金属反射层（400）的横截面尺寸大于型腔（210）及沟槽（220）延展的横截面尺寸且小于封装盖（200）的横截面尺寸，并于所述金属反射层（400）的周边形成“口”字形凹槽（600），所述金属反射层（400）于电极（110）的正极和负极之间断开，形成“一”字形凹槽（600），“一”字形所述凹槽（600）与“口”字形所述凹槽（600）相通，形成旋转90度的“日”字形凹槽（600），隔断的所述金属反射层（400）分别与电极（110）的正极和负极连接，并在所述金属反射层（400）的另一表面涂覆金属层（500），所述金属层（500）的表面与凹槽（600）内涂覆保护层（700），并形成保护层开口（710）露出部分金属层（500）。
2.根据权利要求1所述的一种薄型圆片级LED的封装结构，其特征在于：所述型腔（210）内容纳至少一颗LED芯片（100）。
3.根据权利要求1所述的一种薄型圆片级LED的封装结构，其特征在于：所述沟槽（220）的深度不大于型腔（210）的深度。
4.根据权利要求1所述的一种薄型圆片级LED的封装结构，其特征在于：所述金属层（500）的厚度为3um以上。
5.根据权利要求4所述的一种薄型圆片级LED的封装结构，其特征在于：所述金属层（500）的厚度为10～15um。
6.一种如权利要求1所述的一种薄型圆片级LED的封装结构的封装方法，包括如下工艺过程：
步骤一、提供载体圆片（T1），在载体圆片（T1）的表面设置对位标记和可剥离膜（T2）；
步骤二、提供带有电极（110）的LED芯片（100），将LED芯片（100）倒装到可剥离膜（T2）上；
步骤三、取带有型腔（210）和沟槽（220）的封装盖（200），并在型腔（210）中点上适量的填充物（300）；
步骤四、将贴有LED芯片（100）的载体圆片（T1）与封装盖（200）键合，多余的硅胶流入沟槽（220）内，并固化成形；
步骤五、通过加热和/或腐蚀工艺，剥离载体圆片（T1）并清洗封装盖（200）表面，露出LED芯片（100）的电极（110）；
步骤六、通过溅射和光刻的方法，在所述电极（110）的表面形成金属反射层（400），所述金属反射层（400）直接与电极（110）相连；
步骤七、通过电镀或化学镀的方法在金属反射层（400）的表面镀上金属层（500）；
步骤八、通过光刻/电镀/去胶/腐蚀等方法处理金属反射层（400）和金属层（500），于金属反射层（400）和金属层（500）的周边和正负电极（110）之间形成旋转90度的“日”字形凹槽（600）；
步骤九、在金属层（500）的表面旋涂保护层（700），所述保护层（700）填充“日”字形凹槽（600），并通过光刻工艺形成保护层开口（710），露出部分金属层（500）；
步骤十、通过晶圆切割分离的方法，形成单颗的圆片级LED封装结构。
7.根据权利要求6所述的一种薄型圆片级LED的封装结构的封装方法，其特征在于：步骤三中，所述封装盖（200）的型腔（210）和沟槽（220）通过光刻或刻蚀工艺成形。
8.根据权利要求6所述的一种薄型圆片级LED的封装结构的封装方法，其特征在于：步骤三中，带有型腔（210）和沟槽（220）的所述封装盖（200）通过注塑工艺成形。
9.根据权利要求6所述的一种薄型圆片级LED的封装结构，其特征在于：所述可剥离膜（T2）为一种带有粘结力的有机薄膜。
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