CN107123718A - 一种倒装大功率led封装结构及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种倒装大功率LED封装结构及其制备方法和用途，所述封装结构中包括基板、焊盘、绝缘固晶胶、共晶锡膏层、芯片和任选地绝缘层；本发明使用绝缘固晶胶间接充当填充剂的作用，既降低了成本，又提高了光源的散热性能；独特的基板结构设计，使得当共晶锡膏熔化时，固化的绝缘固晶胶依然能固定芯片，即使绝缘固晶胶与基板分离，芯片也不脱落；而且本发明所述结构具有可修复性和循环利用特性，当芯片不亮时，只需熔掉芯片，清洗基板即可再次使用，即节约原料，又保护环境。此外，选用白色的绝缘固晶胶，减少了芯片背面光吸收，绝缘固晶胶还能防止芯片短路，缓解热应力，降低热阻，提高散热能力，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及倒装LED封装技术领域，尤其涉及一种倒装大功率LED封装结构及其制备方法和用途。
背景技术
LED正装封装技术是最早出现的封装技术，也是小功率LED封装结构中普遍使用的封装技术。在正装LED封装结构中电极在上方，从上至下材料为：P-GaN、发光层、N-GaN、衬底。但是这种正装封装技术中因电极挤占发光面积从而影响发光效率，从而限制了其在大功率、户外照明等领域的发展。
LED倒装封装技术是近年来新兴起的一个技术，与传统正装封装技术相比，LED倒装封装技术使得LED光源的散热功能、抗静电能力、通电能力等性能都有大幅度提升。
目前倒装封装技术中常用的共晶工艺主要有两种：锡膏共晶和金锡合金共晶，其中采用锡膏共晶具有低成本、工艺适用性强的优势，而且其固晶强度远高于粘接工艺；但是由于锡膏熔点相对较低，当光源温度接近或超过锡膏熔点时，易发生芯片脱落问题。采用金锡合金共晶，其光源耐高温性能好，承受温度可达280℃以上，但是此工艺需要在基板表面镀一层金或银，这就使得工艺成本非常高，而且出光效率也偏低。
无论是采用锡膏共晶技术，还是采用金锡合金共晶技术，都可以降低光源在长时间工作后硅胶的老化程度，但一般情况下，倒装封装光源背面都有黑色助焊剂残留物的存在，影响出光效果，且基板下面正负极之间存在空洞，如果不加以处理，点胶后光源会产生大量气泡，直接影响光源质量。且光源热应力完全作用在芯片电极上，芯片材料和基板材料的热膨胀差异易导致短路或死灯。而现有的倒装封装技术是在芯片共晶之后，再往芯片下面空隙填充特殊的、流动性很强的底部填充剂，以实现芯片背面无空隙。虽然可以很好的避免上述不足，但会增加封装流程，降低产品合格率，直接导致原料成本和人力成本增高，而且现有的倒装封装技术难度较大，对封装人员技术要求较高，不利于倒装光源产品和技术的普及。
鉴于存在以上不足之处，现有的倒装封装技术还有待进一步发展和完善。
发明内容
鉴于现有倒装封装技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种倒装大功率LED封装结构及其制备方法和用途，旨在解决现有技术中光源耐高温性能差，芯片易脱落、易短路以及制备成本高昂等问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种倒装大功率LED封装结构，所述封装结构中包括：基板、焊盘、绝缘固晶胶、共晶锡膏层、芯片和任选地绝缘层；
所述基板上设置两个独立间断的焊盘，所述焊盘中设置有预定的电路布局，用于连接外电路或做成模组；
所述基板为导电基板或绝缘基板；当所述基板选自导电基板时，两个独立间断的焊盘和基板之间设置有绝缘层；
所述共晶锡膏层有两个，分别位于所述两个独立间断的焊盘表面；并分别与芯片的正负极相连；
所述基板、两个独立间断的焊盘、两个共晶锡膏层和所述芯片之间形成的空间中填充有绝缘固晶胶。
根据本发明，所述两个独立间断的焊盘相对的两个面设置为倾斜的，从而使得两个独立间断的焊盘倾斜面、基板、与焊盘和共晶锡膏层交界面重合的平面之间的沟槽的纵截面呈等腰梯形，所述等腰梯形中远离基板一侧的边为短边。
根据本发明，所述等腰梯形的底角，即焊盘的斜面与基板的夹角为60°～85°。
根据本发明，所述两个独立间断的焊盘之间的最小距离，即远离基板一侧的边的距离约等于芯片正负极间距最小值。
根据本发明，所述两个共晶锡膏层位于所述两个独立间断的焊盘表面靠近沟槽边缘一侧。
根据本发明，与所述倒装芯片正电极和负电极对应的焊盘表面上的共晶锡膏层的涂覆面积大于对应的正电极或负电极面积的1～2倍，优选为1.5倍，使得共晶时锡膏充足，共晶后芯片和基板之间无空隙。
根据本发明，所述绝缘固晶胶填满于所述基板、两个独立间断的焊盘、两个共晶锡膏层和所述芯片之间形成的空间，用于阻断芯片正、负电极之间可能的连接。
根据本发明，所述绝缘固晶胶选自绝缘固晶硅胶或其他绝缘固晶胶中的至少一种。
优选地，所述绝缘固晶胶选自绝缘固晶硅胶；还优选地，所述绝缘固晶硅胶为白色或无色。
根据本发明，所述导电基板选自铝基板，铜基板，或其他金属基板中的至少一种；所述绝缘基板选自BT基板、FR-4基板、陶瓷基板中的至少一种。
本发明还提供上述倒装大功率LED封装结构的制备方法，所述方法包括如下步骤：
1)在基板表面制作两个独立间断的焊盘，所述焊盘中设置有预定的电路布局，任选地，在两个独立间断的焊盘和基板之间制作绝缘层；
2)分别在两个独立间断的焊盘表面点出共晶锡膏；
3)在两个独立间断的焊盘形成的沟槽内点出绝缘固晶胶；
4)将倒装芯片正负极分别与两个独立间断的焊盘表面上的共晶锡膏粘接，在正负极和焊盘之间分别形成共晶锡膏层，且在基板、两个独立间断的焊盘、两个共晶锡膏层和所述芯片之间形成的空间填充满所述绝缘固晶胶；
5)按照绝缘固晶胶的固化条件，将步骤4)的LED倒装结构进行烘烤，使绝缘固晶胶固化；
6)按照共晶锡膏的固化条件，将步骤5)的LED倒装结构进行高温共晶；制备得到倒装大功率LED封装结构。
根据本发明，在步骤1)中，所述基板在使用前，进行烘烤处理，以除去水气。
根据本发明，在步骤1)中，本领域技术人员可以理解，在两个独立间断的焊盘和基板之间制作的绝缘层可以是各种绝缘层，适合于本发明的体系即可，例如可以是氧化铝陶瓷层、环氧树脂绝缘层等等。
根据本发明，在步骤2)中，所述点出的共晶锡膏要保证两个独立间断的焊盘之间无共晶锡膏层连接。
根据本发明，在步骤3)中，所述点出的绝缘固晶胶要保证绝缘固晶胶的高度高于焊盘的高度，低于步骤2)的共晶锡膏层的高度。
优选地，所述点出的绝缘固晶胶高于两个独立间断的焊盘50-100微米，低于共晶锡膏层50-100微米。
根据本发明，所述共晶锡膏和绝缘固晶胶的点出是利用固晶机实现的。
根据本发明，在步骤5和6)中，根据绝缘固晶胶、共晶锡膏和基板材料的差异，适当优化所述固化条件是本领域技术人员可以理解的。
根据本发明，在步骤5)中，所述绝缘固晶胶选自绝缘固晶硅胶时，其固化条件为90～110℃烘烤0.5～2小时，再经140～160℃烘烤2～4小时；例如在100℃烘烤1小时，再经150℃烘烤3小时；本领域技术人员可以理解，选用其他绝缘固晶胶进行固化时，其固化条件也是可以确定的。
根据本发明，在步骤6)中，所述共晶锡膏的固化采用链式回流炉回流固化，所述回流固化的条件为100℃-180℃-230℃-180℃-100℃；所述链速80～120cm/min，优选为100cm/min。
本发明还提供上述倒装大功率LED封装结构的用途，其可以用于CSP封装，照明光源封装，尤其是模组式高功率密度光源封装中。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种倒装大功率LED封装结构及其制备方法和用途，所述封装结构中包括：基板、两个独立间断的焊盘、绝缘固晶胶、两个共晶锡膏层、芯片和任选地绝缘层；本发明通过巧妙的结构设计，不但具有倒装光源传统优势，还由于使用绝缘固晶胶间接充当填充剂的作用，提高了光源的散热性能；独特的基板结构设计，使得当共晶锡膏熔化时，固化的绝缘固晶胶依然能固定芯片，即使绝缘固晶胶与基板分离，芯片也不脱落；而且本发明所述结构具有可修复性和循环利用特性，当光源失效，只需熔掉芯片，清洗基板即可再次使用，即节约原料，又保护环境。此外，选用白色的绝缘固晶胶，减少了芯片背面光吸收，绝缘固晶胶还能防止芯片短路，缓解热应力，降低热阻，提高散热能力，降低成本。
本发明所述的倒装大功率LED封装结构是将芯片置于涂有低温共晶锡膏层的两个独立间断的焊盘上，所述焊盘位于基板上，并在两个独立间断的焊盘中间形成的沟槽内点绝缘固晶胶，分别固化固晶胶和共晶锡膏，在固化后，芯片下面形成绝缘固晶胶和共晶锡膏两个散热通道，绝缘固晶胶能够起到固晶，散热，促进光输出，缓解热应力，底部填充等作用。与现有技术中存在的单散热通道的LED封装结构相比，其散热效果更好，光源更稳定，寿命更长。
本发明所述的倒装大功率LED封装结构的封装工艺简单，可以从根本上杜绝了芯片短路，巧妙的结构设计，使光源耐高温性能更好，封装流程和封装原料更少，大大降低了光源封装成本。
附图说明
图1为本发明的一个优选实施方式的倒装大功率LED封装结构制备过程中的侧面示意图；
其中，1为芯片、2为共晶锡膏层、3为焊盘、4为绝缘固晶硅胶、5为基板。
图2为本发明的一个优选实施方式的倒装大功率LED封装结构侧面示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不是用于限制本发明的保护范围。此外，应理解，在阅读了本发明所记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落入本发明的保护范围。
实施例1
一种倒装大功率LED封装结构，如图1和图2所示，所述结构包括基板5、焊盘3、绝缘固晶硅胶4、共晶锡膏层2和芯片1；
所述基板5上设置两个独立间断的焊盘3，所述焊盘另一侧设置有预定的电路布局用于连接外电路；
所述基板5为导电基板或绝缘基板；当所述基板选自导电基板时，两个独立间断的焊盘和基板之间设置有绝缘层(未示出)；
所述共晶锡膏层2有两个，分别位于所述两个独立间断的焊盘表面3；并分别与芯片1的正负极相连；
所述基板5、两个独立间断的焊盘3、两个共晶锡膏层2和所述芯片1之间形成的空间中填充有绝缘固晶硅胶4。
其中，所述绝缘固晶硅胶4间接充当底部填充、阻断芯片正负极接触，固定芯片并防止芯片发生短路的作用。
在本发明的一个优选实施方式中，所述绝缘固晶硅胶是白色的。
在本发明的一个优选实施方式中，所述两个独立间断的焊盘3相对的两个面设置为倾斜的，从而使得焊盘之间的沟槽的纵截面呈等腰梯形，所述等腰梯形远离基板一侧的边为短边。
在本发明的一个优选实施方式中，所述等腰梯形的底角，即焊盘的斜面与基板的夹角为60°～85°。
在本发明的一个优选实施方式中，所述两个独立间断的焊盘3之间的最小距离，即远离基板一侧的边的距离约等于芯片正负极间距最小值。
在本发明的一个优选实施方式中，所述焊盘的高度约为芯片厚度一半到等于芯片厚度范围。
在本发明的一个优选实施方式中，所述两个共晶锡膏层位于所述两个独立间断的焊盘表面靠近沟槽边缘一侧。
在本发明的一个优选实施方式中，与所述芯片正电极和负电极对应的焊盘表面上的共晶锡膏层的涂覆面积大于对应的正电极或负电极面积的1.5倍，使得共晶时锡膏充足，共晶后芯片和基板之间无空隙。
在本发明的一个优选实施方式中，所述绝缘固晶硅胶填满于所述基板、两个独立间断的焊盘、两个共晶锡膏层和所述芯片之间形成的空间，用于阻断芯片正、负电极之间可能的连接。
在本发明的一个优选实施方式中，所述绝缘固晶硅胶可以由其他绝缘固晶胶代替。
在本发明的一个优选实施方式中，所述基板为BT基板、FR-4基板、陶瓷基板等绝缘基板中的至少一种。
本发明中，当所述基板选自铝基板，铜基板，或其他金属基板的导电基板时，两个独立间断的焊盘和基板之间设置有绝缘层，目的在于保证光源不发生短路现象。
实施例2
一种倒装大功率LED封装结构的制备方法，具体包括以下步骤：
1)烘烤基板，以除去水气；在基板表面制作两个独立间断的焊盘，所述焊盘中设置有预定的电路布局，任选地，在两个独立间断的焊盘和基板之间制作绝缘层；
2)用固晶机在焊盘上精确点出适量共晶锡膏，用于形成共晶锡膏层，且两个独立间断的焊盘之间无共晶锡膏层连接；
3)同样方法在两个独立间断的焊盘形成的沟槽内点出绝缘固晶硅胶，使绝缘固晶硅胶高度稍稍高于焊盘高度(例如为50-100微米)，但低于步骤2)的共晶锡膏层的高度(例如为50-100微米)(具体如图2所示)；
4)将芯片正负极分别与两个独立间断的焊盘上的共晶锡膏粘接在一起，在正负极和焊盘之间分别形成共晶锡膏层，且在基板、两个独立间断的焊盘、两个共晶锡膏层和所述芯片之间形成的空间填满所述绝缘固晶硅胶；所述芯片正负极被所述绝缘固晶硅胶完全阻断，有效避免了正负极的导通而引起的短路等问题；
5)由于绝缘固晶硅胶的固化温度较低，故先按照绝缘固晶硅胶的固化条件进行烘烤，其烘烤条件为在100℃烘烤1小时，再经150℃烘烤3小时，使绝缘固晶硅胶固化，并排出芯片底部气泡；然后再100℃-180℃-230℃-180℃-100℃高温回流共晶；
6)检查共晶效果；
本发明中，在熔化状态下进行锡膏层共晶，由于锡膏具有浸润的特性，在没有绝缘固晶硅胶的焊盘和芯片电极上，锡膏易流动，粘附在芯片电极和焊盘之间，而且由于共晶锡膏优先填充在芯片下面，此过程将主动排出芯片底部气泡，实现无空隙填充。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种倒装大功率LED封装结构，其特征在于，所述封装结构中包括：基板、焊盘、绝缘固晶胶、共晶锡膏层、芯片和任选地绝缘层；
所述基板上设置两个独立间断的焊盘，所述焊盘中设置有预定的电路布局，用于连接外电路或做成模组；
所述基板为导电基板或绝缘基板；当所述基板选自导电基板时，两个独立间断的焊盘和基板之间设置有绝缘层；
所述共晶锡膏层有两个，分别位于所述两个独立间断的焊盘表面；并分别与芯片的正负极相连；
所述基板、两个独立间断的焊盘、两个共晶锡膏层和所述芯片之间形成的空间中填充有绝缘固晶胶。
2.根据权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，所述两个独立间断的焊盘相对的两个面设置为倾斜的，使得两个独立间断的焊盘倾斜面、基板、与焊盘和共晶锡膏层交界面重合的平面之间的沟槽的纵截面呈等腰梯形，所述等腰梯形中远离基板一侧的边为短边；
优选地，所述等腰梯形的底角，即焊盘的斜面与基板的夹角为60°～85°；
优选地，所述两个独立间断的焊盘之间的最小距离，即远离基板一侧的边的距离约等于芯片正负极间距最小值；
优选地，所述焊盘的高度约为芯片厚度一半到等于芯片厚度范围。
3.根据权利要求1或2所述的LED封装结构，其特征在于，与所述倒装芯片正电极和负电极对应的焊盘表面上的共晶锡膏层的涂覆面积大于对应的正电极或负电极面积的1～2倍，优选为1.5倍。
4.根据权利要求1-3所述的LED封装结构，其特征在于，所述绝缘固晶胶填满于所述基板、两个独立间断的焊盘、两个共晶锡膏层和所述芯片之间形成的空间；
优选地，所述绝缘固晶胶选自绝缘固晶硅胶或其他绝缘固晶胶中的至少一种；
优选地，所述绝缘固晶胶选自绝缘固晶硅胶；
优选地，所述绝缘固晶硅胶为白色或无色。
5.根据权利要求1-4所述的LED封装结构，其特征在于，所述导电基板选自铝基板，铜基板，或其他金属基板中的至少一种；所述绝缘基板选自BT基板、FR-4基板、陶瓷基板中的至少一种。
6.权利要求1-5所述的倒装大功率LED封装结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1)在基板表面制作两个独立间断的焊盘，所述焊盘中设置有预定的电路布局，任选地，在两个独立间断的焊盘和基板之间制作绝缘层；
2)分别在两个独立间断的焊盘表面点出共晶锡膏；
3)在两个独立间断的焊盘形成的沟槽内点出绝缘固晶胶；
4)将倒装芯片正负极分别与两个独立间断的焊盘表面上的共晶锡膏粘接，在正负极和焊盘之间分别形成共晶锡膏层，且在基板、两个独立间断的焊盘、两个共晶锡膏层和所述芯片之间形成的空间填充满所述绝缘固晶胶；
5)按照绝缘固晶胶的固化条件，将步骤4)的LED倒装结构进行烘烤，使绝缘固晶胶固化；
6)按照共晶锡膏的固化条件，将步骤5)的LED倒装结构进行高温共晶；制备得到倒装大功率LED封装结构。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述基板在使用前，进行烘烤处理，以除去水气；
优选地，在步骤2)中，所述点出的共晶锡膏要保证两个独立间断的焊盘之间无共晶锡膏层连接。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，所述点出的绝缘固晶胶要保证绝缘固晶胶的高度稍高于焊盘的高度，低于步骤2)的共晶锡膏层的高度；
优选地，所述点出的绝缘固晶胶高于两个独立间断的焊盘50-100微米，低于共晶锡膏层50-100微米。
9.根据权利要求6-8所述的制备方法，其特征在于，所述共晶锡膏和绝缘固晶胶的点出是利用固晶机实现的；
优选地，在步骤5)中，所述绝缘固晶胶选自绝缘固晶硅胶时，其固化条件为90～110℃烘烤0.5～2小时，再经140～160℃烘烤2～4小时；
还优选地，所述固化条件为100℃烘烤1小时，再经150℃烘烤3小时；
优选地，在步骤6)中，所述共晶锡膏的固化采用链式回流炉回流固化，所述回流固化的条件为100℃-180℃-230℃-180℃-100℃；所述链速80～120cm/min，优选为100cm/min。
10.权利要求1-5所述的倒装大功率LED封装结构的用途，其可以用于CSP封装，照明光源封装，或用于模组式高功率密度光源封装中。
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