CN103943763B - 一种倒装led芯片的封装结构及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种倒装LED芯片的封装结构及方法,封装结构其特征在于:包括芯片、基板,所述芯片P、N接触层通过导电胶与基板粘结形成导电区域,所述导电胶周围和P、N接触层交汇处通过非导电胶与基板粘结形成非导电区域,非导电区域将P、N接触层的两导电区域隔离。采取本发明的封装结构的LED芯片具有内部应力小、与基板间的传热效率高、使用寿命长的优点。
Description
技术领域
本发明涉及LED制造领域,具体地指一种倒装LED芯片的封装结构及方法。
背景技术
LED由于其亮度高、功耗低、寿命长的优点,广泛应用于广告牌、节日灯饰、电子产品显示屏等领域。大功率LED发光技术日益成熟,已经显示出取代白炽灯和其它类型节能灯的趋势。在LED的制造过程中,其封装工艺对产品性能起着重要的作用,现在较为典型的工艺是将大功率LED芯片进行正面贴装,正在开发且以后有可能成为主流的是将LED芯片进行倒装。
中国发明专利CN1787242中公开了一种倒装LED芯片的封装方法:利用厚Cu及Au凸点把倒装焊芯片与Al印刷电路板直接焊接键合,省略了硅基板制作工艺,增加了散热效率。
中国实用新型专利CN202067828中公开了一种倒装LED芯片的封装结构:将LED芯片置于基板背面的电极上并与散热基板一起进行共晶处理,散热基板可将来自共晶部位的热量快速导出。
现有技术的倒装LED封装结构如图1所示,该LED芯片的P接触层和N接触层分别通过一凸起电极倒装焊接在基板上。倒装结构中芯片与基板间存在较大空隙,当大功率LED芯片发热时热量仅能通过电极导出,导热效率较差,无法满足使用要求。而且无论现有倒装LED芯片封装方法采用的是共晶焊接还是焊锡焊接,需要达到的温度均在260℃以上,冷却后在芯片上产生较大应力,导致使用中易发生断裂,严重影响芯片的使用寿命。同时,共晶焊接或焊锡焊接时对电极间的距离要求较高:距离太近,两电极回流焊接时易发生短路;距离太远,由于芯片与基板的热膨胀系数不同,在温差过大环境下芯片易发生断裂。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足,提供一种应力小、导热好、结构稳定、配合良好的大功率倒装LED芯片的封装结构。
本发明的另一目的是提供制作所述倒装LED芯片结构的方法。
本发明内容如下:一种倒装LED芯片的封装结构,其特征在于:包括芯片、基板,所述芯片P、N接触层通过导电胶与基板粘结形成导电区域,所述导电胶周围和P、N接触层交汇处通过非导电胶与基板粘结形成非导电区域,非导电区域将P、N接触层的两导电区域隔离。
优选的,所述非导电胶边界与芯片边缘平齐或超过芯片边缘。
优选的,所述涂布导电胶的形状为圆形、十字形或米字型。
本发明还提供所述倒装LED芯片结构的制作方法,包括如下步骤:
a.在芯片P、N接触层中心处或基板上与芯片P、N接触层中心对应处涂布导电胶;
b.在导电胶周围与P、N接触层交汇处或基板上P、N接触层交汇对应处均涂布非导电胶,所述导电胶与非导电胶等厚或比非导电胶厚;
c.将芯片对应放置在基板上,施压至芯片与基板间厚度为5~50μm。
d.将粘接的芯片与基板在100~150℃环境下停留30~60分钟,使导电胶和非导电胶固化。
优选的,所述非导电胶边界与芯片边缘平齐或超过芯片边缘。
优选的,涂布导电胶的形状为圆形、十字形或米字型。
优选的,涂布的导电胶比非导电胶厚5~25μm。
优选的,涂布的导电胶的触变指数比非导电胶高。
优选的,涂布的导电胶的导热系数为大于2W/(m·K),非导电胶的导热系数为0.5~2W/(m·K)。
优选的,在基板上与芯片P、N接触层中心对应处均涂布导电胶,在基板上导电胶周围与P、N接触层交汇对应处均涂布非导电胶。
本发明采用芯片与基板间充满导电胶与非导电胶的结构,在保证导电前提下增加了散热面积,且芯片与基板间无空隙,二者配合更好。
制造方法中采用导电胶连通芯片和基板,并在导电胶周围涂布非导电胶,使处于P、N接触层上的导电区域相互隔离,该方法中胶的固化温度远远小于现有技术中焊接温度,使芯片在与基板连接过程中产生的应力大大减小,芯片内部结构更趋于稳定,增加其使用寿命。
芯片上或基板上涂布的导电胶比非导电胶厚,粘接时基板或芯片将先与导电胶接触,形成导电区域。施压时导电胶先被挤压发生形变与周围的非导电胶平齐,之后导电胶非导电胶同时受压发生形变,将芯片与基板间空隙填满。导电胶与非导电胶将芯片与基板粘接,扩大了导热面积,加快了散热速率。P、N接触层交汇处被非导电胶覆盖,将P、N接触层之间完全隔绝,避免其发生短路。
芯片或基板上涂布的导电胶的触变指数比非导电胶高,使导电胶在涂布时能比非导电胶更好地维持形状,施加应力时,比非导电胶更易铺展,使导电胶与非导电胶涂布效果更好。
本发明的倒装LED芯片的封装方法可使封装后的LED芯片内部应力小、与基板间的传热效率高、使用寿命长,具有工艺简单、操作方便的优点。
附图说明
图1为现有技术封装倒装LED芯片的结构示意图。
图2为采用本发明方法封装倒装LED芯片的结构示意图。
图3为本发明中芯片上导电胶涂布成圆形示意图。
图4为本发明中基板上导电胶涂布成十字形示意图。
图5为本发明中芯片上导电胶涂布成米字形示意图。
其中:1.芯片 2.凸起电极 3.基板 4.导电胶 5.非导电胶 6.P接触层7.N接触层。
具体实施方式
实施例1
如图3所示,一种倒装LED芯片的封装结构包括芯片1、基板3,芯片P、N接触层6、7通过导电胶4与基板3粘结形成导电区域4,导电胶4在P、N接触层6、7中心处涂布为圆形,圆形面积为各自所在接触层面积的1/2,导电胶4周围和P、N接触层6、7交汇处通过非导电胶5与基板3粘结形成非导电区域,非导电胶5边界与芯片边缘平齐。
本实施例中倒装LED芯片的封装方法,包括以下步骤:
a.在芯片1的P、N接触层6、7中心处均涂布含有质量分数80%金属粒子的环氧类导电胶4,导电胶4涂布的形状为圆形;
b.在环氧导电胶4周围与P、N接触层交汇处涂布环氧类非导电胶5,非导电胶5边界与芯片边缘平齐。导电胶4的触变指数比非导电胶5高2,导电胶4比非导电胶5厚15μm;导电胶胶导热系数为5W/(m·K),非导电胶的导热系数为0.5W/(m·K)。
c.将芯片1涂胶面对应放置在基板3上,施压至芯片1与基板3间厚度为20μm;
d.将芯片1与基板3在110℃下加热50分钟,使导电胶4和非导电胶5固化。
实施例2
如图4和图5所示,一种倒装LED芯片的封装结构包括芯片1、基板3,芯片P、N接触层6、7通过导电胶4与基板3粘结形成导电区域4,导电胶4在基板3上P、N接触层6、7中心对应处涂布为十字形,十字形面积为各自所在接触层面积的1/3,导电胶4周围和P、N接触层6、7交汇处通过非导电胶5与基板3粘结形成非导电区域,非导电胶5边界超过芯片边缘。
本实施例中倒装LED芯片的封装方法,包括以下步骤:
a.在基板3的P、N接触层6、7中心对应处均涂布含有质量分数60%金属粒子的环氧类导电胶4,导电胶4涂布的形状为十字形;
b.在环氧导电胶4周围与基板3的P、N接触层交汇对应处涂布环氧类非导电胶5,非导电胶5边界超过芯片在基板3上放置时对应的边缘,导电胶4的触变指数比非导电胶5高1,导电胶4比非导电胶5厚20μm;导电胶胶导热系数为3W/(m·K),非导电胶5的导热系数为1W/(m·K)。
c.将芯片1对应放置在基板3涂胶面上,施压至芯片1与基板3间厚度为25μm;
d.将芯片1与基板3在140℃下加热50分钟,使导电胶4和非导电胶5固化。
实施例3
如图5所示,一种倒装LED芯片的封装结构包括芯片1、基板3,芯片P、N接触层6、7通过导电胶4与基板3粘结形成导电区域4,导电胶4在P、N接触层6、7中心处涂布为米字形,十字形面积为各自所在接触层面积的1/4,导电胶4周围和P、N接触层6、7交汇处通过非导电胶5与基板3粘结形成非导电区域,非导电胶5边界与芯片1边缘平齐。
本实施例中倒装LED芯片的封装方法,包括以下步骤:
a.在芯片1的P、N接触层6、7中心处均涂布含有质量分数85%金属粒子的环氧类导电胶4,导电胶4涂布的形状为米字形;
b.在环氧导电胶4周围涂布环氧类非导电胶5,在P、N接触层交汇处涂布环氧类非导电胶5,非导电胶5边界与芯片1边缘平齐。导电胶4的触变指数比非导电胶5高3,导电胶4比非导电胶5厚20μm;导电胶胶导热系数为8W/(m·K),非导电胶5的导热系数为2W/(m·K)。
c.将芯片1涂胶面对应放置在基板3上,施压至芯片1与基板3间厚度为20μm;
d.将芯片1与基板3在120℃下加热50分钟,使导电胶4和非导电胶5固化。
如图1所示倒装LED芯片的封装结构,已在背景技术中作了详细说明,于此不再赘述。本实施例中,导电胶4涂布在芯片1上的形状为米字形,如图5所示,也可如实施例1和2中所述为圆形或十字形,如图3、4所示。非导电胶5将导电胶4周围和P、N接触层6、7交汇处覆盖,非导电胶5涂布的形状不限定,但覆盖的面积越大越有利于芯片1的散热。将芯片1涂胶面对应放置在基板3上,由于导电胶4比非导电胶5厚,且导电胶4的触变指数比非导电胶5高,导致其比非导电胶更易铺展,对芯片1施加垂直于其表面的压力时,导电胶4先被挤压发生形变与非导电胶5平齐,之后导电胶4与非导电胶5同时受压发生形变向四周扩展,将芯片1与基板3之间空隙填满,如图2所示且非导电胶5将P、N接触层6、7的两导电区域完全隔离,在避免两导电区域短路的前提下增加了散热面积。导电胶4与非导电胶5可以分别为环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯、硅树脂中的一种,本实施例中为环氧树脂,在120℃下加热50分钟即可完成固化,使其芯片1内部产生的应力小且分布均匀,芯片1结构更趋于稳定,增加其使用寿命。
以上所述,仅为发明的具体实施方式,应当指出,任何熟悉本领域的技术人员在发明所揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种倒装LED芯片的封装方法,其特征在于包括以下步骤:
a.在芯片(1)P、N接触层(6)、(7)中心处或基板(3)上与芯片(1)P、N接触层中心对应处涂布导电胶(4);
b.在导电胶(4)周围与P、N接触层(6)、(7)交汇处或基板(3)上P、N接触层(6)、(7)交汇对应处均涂布非导电胶(5),所述导电胶(4)比非导电胶(5)厚15~20μm,涂布的非导电胶边界与芯片(1)边缘平齐;
c.将芯片(1)对应放置在基板(3)上,施压至芯片(1)与基板(3)间厚度为5~50μm;
d.将芯片(1)与基板(3)在100~150℃环境下停留30~60分钟,使导电胶(4)和非导电胶(5)固化;
得到倒装LED芯片的封装结构,包括芯片(1)、基板(3),所述芯片P、N接触层(6)、(7)通过导电胶(4)与基板(3)粘结形成导电区域,所述导电胶(4)周围和P、N接触层交汇处通过非导电胶(5)与基板(3)粘结形成非导电区域,非导电区域将P、N接触层(6)、(7)的两导电区域隔离开,非导电胶边界与芯片(1)边缘平齐或超过芯片(1)边缘。
2.如权利要求1所述的倒装LED芯片的封装方法,其特征在于:涂布导电胶(4)的形状为圆形、十字形或米字型。
3.如权利要求1所述的倒装LED芯片的封装方法,其特征在于:涂布的导电胶(4)的触变指数比非导电胶(5)高。
4.如权利要求1所述的倒装LED芯片的封装方法,其特征在于:涂布的导电胶(4)的导热系数大于2W/(m·K),非导电胶(5)的导热系数为0.5~2W/(m·K)。
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CN101364626A (zh) * | 2007-08-07 | 2009-02-11 | 亿光电子工业股份有限公司 | 发光二极管装置 |
CN101937950A (zh) * | 2009-07-01 | 2011-01-05 | 吕联祥 | 覆晶式氮化镓发光二极管的制造方法 |
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CN103943763A (zh) | 2014-07-23 |
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GR01 | Patent grant |