CN103928577A - 一种板式led的封装方法及采用该方法封装的led - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种板式LED的封装方法及采用该方法封装的LED，包括：A、采用助焊剂工艺和丝网印刷技术，将助焊剂均匀的刷到有若干焊盘的基板上；B、将倒装芯片电极面向下粘结在基板上，将电极与相应的基板的焊盘接触，进行回流焊接；C、采用Molding的方式盖透镜或用喷涂方式覆盖胶体荧光粉，即完成板式LED的封装。采用板式LED的封装方法封装的板式LED，包括金属基板，及设置在金属基板上若干按照等距分布的焊盘，所述焊盘上设有依次设有助焊剂层和通过回流焊焊接的倒装芯片，倒装芯片上覆盖有透镜或胶体荧光粉。采用倒装LED芯片可以有效的解决传统技术取光效率低、热阻高的问题。倒装焊接LED有着较大的发光面积和很好的电学特性，具有更高的功率转化效率。

Description

一种板式LED的封装方法及采用该方法封装的LED
技术领域
本发明属于半导体器件封装技术领域，涉及一种板式LED的封装方法及采用该方法封装的LED。
背景技术
随着LED应用领域的大力驱动，封装技术不断取得日新月异的进展。目前，集成封装的LED很多，但是都是使用传统的正装LED芯片，由于传统正装LED芯片的出光效率受到P电极键合线的遮挡，蓝宝石与半透明金属电极之间多次反射和吸收，以及P-GaN半透明金属接触电极层对光的透射率等方面的影响，导致其出光效率低下，只能达到总功率的百分之几。除此之外，正装结构芯片p-n结的热量要通过蓝宝石衬底导出去，导热路径较长，因此，LED芯片热阻较大。恒流直流驱动下长时间工作的电流型LED芯片，将会因为散热不良而导致芯片结温迅速上升和环氧树脂碳化变黄，从而造成器件的加速光衰直至失效，甚至会因为迅速的热膨胀所产生的应力造成开路而失效。因此，随着功率的增加，散热问题便凸显出来，并成为制约大功率LED发展的技术瓶颈。
事实证明，功率型LED封装技术必须满足以下两点要求才能够得到推广：①封装结构要有较高的取光效率；②热阻要尽可能低，这样才能保证功率LED的光电性能和可靠性。因此，使用传统的正装芯片集成封装的LED无法推广。
与传统LED相比，倒装芯片在尺寸、外观、柔性、可靠性以及成本等方面都有很大的优势。倒装焊接LED有着相对大的发光面积和非常好的电学特性：在低开启电压下有着高的电流，从而导致了更高的功率转化效率。
发明内容
针对传统的正装芯片集成封装技术所存在的散热以及出光效率低下的问题，本发明的目的是提供一种板式LED的封装方法及采用该方法封装的LED，采用倒装LED芯片可以有效的解决传统技术取光效率低、热阻高的问题。本发明将从封装的结构、材料及工艺流程方面对其进行全面的改进。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
根据本发明的一种实施方式，一种板式LED的封装方法，该方法包括以下步骤：
A、采用助焊剂材料，使用助焊剂工艺和丝网印刷技术，将助焊剂均匀的刷到有若干焊盘的基板上；
B、将倒装芯片粘结在有若干焊盘的基板上，使倒装芯片的电极面向下，将电极与相应的基板的焊盘接触，将芯片贴装在基板后，进行回流焊接；
C、将倒装芯片与基板相焊接后，采用Molding的方式盖透镜或用喷涂方式覆盖胶体荧光粉，即完成板式LED的封装。
根据本发明另一种实施方式，所述倒装芯片是热电一体型的倒装芯片，或热电分离型的倒装芯片；所述倒装芯片拥有单独的导热层和热通道焊盘。
根据本发明另一种实施方式，所述基板为高导热系数的有若干焊盘的铜基板或铝基板，基板的高导热系数为1.0W/m·K–5.0W/m·K。
根据本发明另一种实施方式，所述助焊剂材料为低阻率、高导热性能的锡膏、金锡合金或银胶。
相应地，本发明还给出了一种采用板式LED的封装方法封装的板式LED，包括金属基板，及设置在金属基板上若干按照等距分布的焊盘，所述焊盘上设有依次设有助焊剂层和通过回流焊焊接的倒装芯片，倒装芯片上覆盖有透镜或胶体荧光粉。
根据本发明一种实施方式，所述倒装芯片为热电一体型倒装芯片，包括蓝宝石衬底和GaInN外延层相叠加构成，在GaInN外延层下方设有正电极和负电极。
根据本发明另一种实施方式，所述倒装芯片为热电分离型倒装芯片，包括蓝宝石衬底和GaInN外延层相叠加构成，在GaInN外延层下方设有正电极、导热层和负电极。
根据本发明另一种实施方式，所述基板的形状为长方形、正方形或是圆形，所述基板金属层的厚度为0.8mm–3.5mm，基板绝缘层的厚度为0.05mm‐0.3mm。
根据本发明另一种实施方式，所述倒装芯片为蓝光芯片、红光芯片、黄光芯片、绿光芯片或彩光芯片。
根据本发明另一种实施方式，所述助焊剂层的高度保持在倒装芯片厚度的1/4以下。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
1）采用本发明提供的板式LED封装方法，由于光线从上部透明的蓝宝石衬底发出直接透过外层的硅胶或环氧树脂。解决了P电极键合线的遮挡，蓝宝石与半透明金属电极之间多次反射和吸收，以及P-GaN半透明金属接触电极层对光的透射率等方面的影响，同时由于有源区直接与下层硅衬底键合，便于热量的传导，其散热性能进一步增强。
2）降低了LED的热阻，从封装器件本身来讲，传统LED器件热阻主要来源为衬底和衬底到支架的粘合层，以及支架热阻，而本发明提供的封装方法中的LED结构热阻只有芯片与基板的粘结层和基板的热阻，这样大大降低了LED的热阻，保证了功率LED的光电性能和可靠性。
3）提高了LED的出光效率，由于倒装焊接LED有着相对大的发光面积和非常好的电学特性：在低开启电压下有着高的电流，从而导致了更高的功率转化效率。
4）使用高导热系数的铜基板或铝基板，控制基板金属层的厚度、绝缘层的厚度以及助焊剂层的高度，有效地提高了LED的导热能力和散热能力，使LED有超高的热传导率，确保了产品的优异的导热性能，良好电气绝缘性能和稳定的良品率。
附图说明
图1是热电一体型的倒装芯片示意图。
图2是本发明一种板式LED封装方法封装的LED的截面示意图。
图3是应用本发明提供的板式LED封装方法使用热电一体型倒装芯片制作的4W板式LED的截面示意图。
图4是应用本发明提供的板式LED封装方法的另一种封装方式使用热电一体型倒装芯片制作的4W板式LED的截面示意图。
图5是热电分离型的倒装芯片示意图。
图6是应用本发明提供的板式LED封装方法使用热电分离型倒装芯片制作的5W板式LED的截面示意图。
其中，1是组成倒装芯片的蓝宝石衬底；2是组成倒装芯片的GaInN外延层；3是倒装芯片的正电极；4是倒装芯片的负电极；5是金属基板；6是绝缘层；7是焊盘；8是助焊剂层；9是倒装芯片；10是采用Molding方式的透镜；11是采用喷涂方式覆盖的胶体荧光粉，12是热电分离型倒装芯片的导热层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
请参阅图1和图2，本发明实施例提供的一种板式LED封装方法，所用倒装芯片为热电一体型，包括下述步骤：
1）由倒装芯片的蓝宝石衬底1和倒装芯片的GaInN外延层2构成倒装芯片，倒装芯片的正电极3和倒装芯片的负电极4分布在倒装芯片的GaInN外延层2下方，将倒装芯片依次用低阻率、高导热性能的材料助焊剂，采用例如锡膏、金锡合金或银胶，使用助焊剂工艺和丝网印刷技术，将助焊剂均匀的刷到有若干按照等距分布的焊盘7的金属基板5上；金属基板5与焊盘7之间设有绝缘层6；
所用基板为导热系数高的有若干焊盘的铜基板或铝基板，基板形状可以是长方形或正方形，也可以是圆形。
2）使倒装芯片具有正电极3、负电极4的面向下，将倒装芯片9采用硅胶或环氧树脂粘结在有若干焊盘7的金属基板5上，将正电极3、负电极4与相应的基板5的焊盘7接触，将倒装芯片贴装在基板5后，进行回流焊接。
3）倒装芯片与基板5相接后，采用Molding的方式盖透镜10（见图3所示）或喷涂方式覆盖胶体荧光粉11（见图4所示），即完成板式LED的封装。
倒装芯片拥有单独的导热层和热通道焊盘。所用封装材料是胶体荧光粉。基板为高导热系数的有若干焊盘的铜基板或铝基板，基板的高导热系数为1.0W/m·K–5.0W/m·K。
采用上述板式LED的封装方法封装的板式LED见图2、图3、图4所示，包括金属基板5，及设置在金属基板5上若干按照等距分布的焊盘7，焊盘7上依次设有助焊剂层8和通过回流焊焊接的倒装芯片9，倒装芯片9上覆盖有透镜10或胶体荧光粉11。图3为倒装芯片9上覆盖有透镜10结构示意图，图4为倒装芯片9上覆盖有胶体荧光粉11结构示意图。
作为本发明的一种优化，本发明还可以使用热电分离的倒装芯片，见图5所示，该倒装芯片拥有单独的导热层和热通道焊盘，封装后可以把有限的散热面积使用到极限。
热电分离型倒装芯片，包括蓝宝石衬底1和GaInN外延层2相叠加构成，在GaInN外延层2下方设有正电极3、导热层12和负电极4。
上述基板5的形状为长方形、正方形或是圆形，基板金属层5的厚度为0.8mm–3.5mm，基板绝缘层6的厚度为0.05mm‐0.3mm。
倒装芯片采用蓝光芯片、红光芯片、黄光芯片、绿光芯片或彩光芯片。
助焊剂层的高度保持在倒装芯片厚度的1/4以下。
采用本发明提供的一种板式LED封装方法，由于光线从上部透明的蓝宝石衬底1发出直接透过外层的硅胶或环氧树脂透镜10或胶体荧光粉11，解决了传统正装芯片P电极键合线的遮挡，蓝宝石与半透明金属电极之间多次反射和吸收，以及P‐GaN半透明金属接触电极层对光的透射率等方面的影响，同时由于有源区直接与下层的基板键合，便于热量的传导，其散热性能进一步增强。
再者，本发明提供的封装方法中的LED结构热阻只有芯片与基板的粘结层8和基板的热阻，没有传统正装芯片衬底的热阻，这样大大降低了LED的热阻，保证了功率LED的光电性能和可靠性，而且由于倒装焊接LED有着相对大的发光面积和非常好的电学特性，从而导致了更高的功率转化效率。
下面给出几个应用本发明提供的板式LED封装方法制作LED光源的具体实施例：
实施例1：
参照图3，应用本发明一种板式LED的封装方法封装的一颗4W板式LED光源。首先将低阻率、高导热性的助焊剂（锡膏、金锡合金或银胶）8，均匀的刷到相应的长方形的铜基板或铝基板的焊盘7上。使单颗1W热电一体型的倒装芯片具有正电极3、负电极4的面向下，将倒装芯片9粘结在有若干焊盘的金属基板5上，将电极与相应的基板5的焊盘7接触，将芯片贴装在基板5后，进行回流焊接。倒装芯片与基板5相接后，采用Molding的方式盖透镜10，所用封装材料是胶体荧光粉，所述胶体为硅胶或环氧树脂。
实施例2：
参照图4，应用本发明一种板式LED封装方法的另一种封装方式封装的一颗4W板式LED光源。首先将低阻率、高导热性的助焊剂（锡膏、金锡合金或银胶）8，均匀的刷到相应的长方形的铜基板或铝基板的焊盘7上。使单颗1W热电一体型的倒装芯片具有正电极3、负电极4的面向下，将倒装芯片9粘结在有若干焊盘7的基板5上，将电极与相应的基板5的焊盘7接触，将芯片贴装在基板5后，进行回流焊接。倒装芯片与基板5相接后，采用喷涂方式覆盖胶体荧光粉，所述胶体为硅胶或环氧树脂。
实施例3：
参照图5和图6，图5所示为热电分离的倒装芯片，12是单独的导热层，图6是应用本发明一种板式LED的封装方法封装的一颗5W板式LED光源。首先将低阻率、高导热性的锡膏、金锡合金或银胶8，均匀的刷到相应的长方形的铜基板或铝基板的焊盘7上。使单颗1W热电一体型的倒装芯片具有正电极3、负电极4和导热层12的面向下，将倒装芯片9粘结在有若干焊盘的基板5上，将电极与相应的基板5的焊盘7接触，将芯片贴装在基板5后，进行回流焊接。倒装芯片与基板5相接后，采用Molding的方式盖透镜10，所用封装材料是胶体荧光粉，所述胶体为硅胶或环氧树脂。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种板式LED的封装方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
A、采用助焊剂材料，使用助焊剂工艺和丝网印刷技术，将助焊剂均匀的刷到有若干焊盘的基板上；
B、将倒装芯片采用硅胶或环氧树脂粘结在有若干焊盘的基板上，使倒装芯片的电极面向下，将电极与相应的基板的焊盘接触，将芯片贴装在基板后，进行回流焊接；
C、将倒装芯片与基板相焊接后，采用Molding的方式盖透镜或用喷涂方式覆盖胶体荧光粉，即完成板式LED的封装。
2.根据权利要求1所述的一种板式LED的封装方法，其特征在于，所述倒装芯片是热电一体型的倒装芯片，或热电分离型的倒装芯片；所述倒装芯片拥有单独的导热层和热通道焊盘。
3.根据权利要求1所述的一种板式LED的封装方法，其特征在于，所述基板为高导热系数的有若干焊盘的铜基板或铝基板，基板的高导热系数为1.0W/m·K–5.0W/m·K。
4.根据权利要求1所述的一种板式LED的封装方法，其特征在于，所述助焊剂材料为低阻率、高导热性能的锡膏、金锡合金或银胶。
5.一种采用板式LED的封装方法封装的板式LED，包括金属基板（5），及设置在金属基板（5）上若干按照等距分布的焊盘（7），其特征在于，所述焊盘（7）上依次设有助焊剂层（8）和通过回流焊焊接的倒装芯片（9），倒装芯片（9）上覆盖有透镜（10）或胶体荧光粉（11）。
6.根据权利要求5所述的采用板式LED的封装方法封装的板式LED，其特征在于，所述倒装芯片（9）为热电一体型倒装芯片，包括蓝宝石衬底（1）和GaInN外延层（2）相叠加构成，在GaInN外延层（2）下方设有正电极（3）和负电极（4）。
7.根据权利要求5所述的采用板式LED的封装方法封装的板式LED，其特征在于，所述倒装芯片（9）为热电分离型倒装芯片，包括蓝宝石衬底（1）和GaInN外延层（2）相叠加构成，在GaInN外延层（2）下方设有正电极（3）、导热层（12）和负电极（4）。
8.根据权利要求5所述的采用板式LED的封装方法封装的板式LED，其特征在于，所述基板（5）的形状为长方形、正方形或是圆形，所述基板金属层（5）的厚度为0.8mm–3.5mm，基板绝缘层（6）的厚度为0.05mm‐0.3mm。
9.根据权利要求5所述的采用板式LED的封装方法封装的板式LED，其特征在于，所述倒装芯片（5）为蓝光芯片、红光芯片、黄光芯片、绿光芯片或彩光芯片。
10.根据权利要求5所述的采用板式LED的封装方法封装的板式LED，其特征在于，所述助焊剂层（8）的高度保持在倒装芯片（5）厚度的1/4以下。
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