CN109994593A - 发光二极管芯片的封装结构及封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管芯片的封装结构及封装方法，包括：透明基底，具有引出焊盘；金属引线，连接于引出焊盘上，金属引线向上延伸；发光二极管芯片，装设于引出焊盘上，以实现发光二极管芯片的电性引出；荧光材料层，位于发光二极管芯片与透明基底之间；封装材料，覆盖于发光二极管芯片，且金属引线露出于封装材料；以及凸点下金属层及金属凸块，形成于封装材料上，以实现金属引线的电性引出。本发明的发光二极管芯片创新的采用扇出型封装结构，封装密度高，可有效降低封装体积。本发明具有良好的散热效果，可大大提高了芯片的耐用性能及寿命。本发明的引线结构简约，可有效缩短线路的长度。
Description
技术领域
本发明属于半导体封装领域，特别是涉及一种发光二极管芯片的封装结构及封装方法。
背景技术
随着集成电路的功能越来越强、性能和集成度越来越高，以及新型的集成电路出现，封装技术在集成电路产品中扮演着越来越重要的角色，在整个电子系统的价值中所占的比例越来越大。同时，随着集成电路特征尺寸达到纳米级，晶体管向更高密度、更高的时钟频率发展，封装也向更高密度的方向发展。
由于扇出晶圆级封装(fowlp)技术由于具有小型化、低成本和高集成度等优点，以及具有更好的性能和更高的能源效率，扇出晶圆级封装(fowlp)技术已成为高要求的移动/无线网络等电子设备的重要的封装方法，是目前最具发展前景的封装技术之一。
当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。
LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。
现有的发光二极管芯片的封装通常包括正装封装及倒装封装。现有的正装封装和倒装封装结构通常需要将发光二极管芯片固定于一基底上，所述基底需要实现发光二极管芯片的电性引出。然而，这种基底厚度较大，散热效率不是很理想，发光二极管芯片由于热积累导致可靠性及寿命的降低，并且，封装结构的体积较为庞大，封装引线的线路较长，且容易产生断路等问题。
基于以上所述，提供一种可有效提高发光二极管芯片散热，较小封装体积，且有效缩短引线线路长度的封装结构及封装方法实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发光二极管芯片的封装结构及封装方法，用于解决现有技术中发光二极管芯片的封装体积较大、散热效果差以及引线线路过长等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种发光二极管芯片的封装结构，所述封装结构包括：透明基底，所述透明基底上具有引出焊盘；金属引线，连接于所述引出焊盘上，所述金属引线向上延伸；发光二极管芯片，装设于所述引出焊盘上，以实现所述发光二极管芯片的电性引出；荧光材料层，位于所述发光二极管芯片与所述透明基底之间；封装材料，覆盖于所述发光二极管芯片，且所述金属引线露出于所述封装材料；以及凸点下金属层及金属凸块，形成于所述封装材料上，以实现所述金属引线的电性引出。
优选地，所述荧光材料层的面积不小于所述发光二极管的出光区域的面积。
优选地，所述发光二极管芯片的出光面与所述荧光材料紧密相接。
优选地，所述金属引线的材料包括Au及Cu中的一种。
优选地，所述封装材料包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。
优选地，所述凸点下金属层及金属凸块包括：介质层，形成于所述封装材料表面，所述介质层中形成有显露所述金属引线的开孔；凸点下金属层，制作于所述开孔中，所述凸点下金属层与所述金属引线电性连接；金属凸块，形成于所述凸点下金属层表面。
进一步地，所述介质层的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合；所述金属凸块包括金焊球凸块、金锡合金焊球凸块、锡铅合金焊球凸块、锡银合金焊球凸块中的一种。
优选地，所述透明基底包括玻璃基底、蓝宝石基底及硅基底中的一种。
本发明还提供一种发光二极管芯片的封装方法，所述封装方法包括步骤：1)提供一透明基底，于所述透明基底表面形成发光二极管的引出焊盘；2)于所述透明基底上形成荧光材料层；3)提供一发光二极管芯片，将所述发光二极管芯片装设于所述透明基底的引出焊盘上，以实现所述发光二极管芯片的电性引出，所述引出焊盘具有裸露表面；4)于所述引出焊盘的裸露表面形成金属引线，所述金属引线向上延伸，所述金属引线的顶端不低于所述发光二极管芯片的顶面；5)采用封装材料封装所述发光二极管芯片，所述金属引线露出于所述封装材料；以及6)于所述封装材料上形成凸点下金属层及金属凸块，以实现所述金属引线的电性引出。
优选地，所述封装方法包含晶圆级封装方法，所述封装方法还包括切割的步骤，以获得多个相互独立的发光二极管的封装单元。
优选地，步骤2)中，采用旋涂工艺将所述荧光材料层形成于所述透明基底上，所述荧光材料层的面积不小于所述发光二极管的出光区域的面积。
优选地，步骤3)中，所述荧光材料处于半固化状态，以使得所述发光二极管芯片装设于所述引出焊盘上后，所述发光二极管芯片的出光面与所述荧光材料紧密相接。
优选地，步骤3)中，通过金属焊点将所述发光二极管芯片的电极装设于所述透明基底的引出焊盘上。
优选地，步骤4)中，所述焊线工艺包括热压焊线工艺、超声波焊线工艺及热压超声波焊线工艺中的一种。
优选地，步骤4)中，所述金属引线的材料包括Au及Cu中的一种。
优选地，采用封装材料封装所述发光二极管芯片的方法包括压缩成型、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种，所述封装材料包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。
优选地，步骤6)包括：6-1)于所述封装材料表面形成介质层，并于所述介质层中形成显露所述金属引线的开孔；6-2)于所述开孔中制作凸点下金属层，所述凸点下金属层与所述金属引线电性连接；6-3)采用电镀工艺于所述凸点下金属层表面形成焊料金属；以及6-4)采用高温回流工艺于所述凸点下层上形成金属凸块。
优选地，所述介质层的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合；所述金属凸块包括金焊球凸块、金锡合金焊球凸块、锡铅合金焊球凸块、锡银合金焊球凸块中的一种。
如上所述，本发明的发光二极管芯片的封装结构及封装方法，具有以下有益效果：
本发明的发光二极管芯片创新的采用扇出型封装结构，封装密度高，可有效降低封装体积。
本发明不需要传统的封装基底，如铝基底等，具有良好的散热效果，可大大提高了芯片的耐用性能及寿命。
本发明的发光二极管芯片的封装结构采用金属引线将发光二极管引出至封装材料表面，通过金属凸块实现电性引出，引线结构简约，可有效缩短线路的长度，在半导体封装技术领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1～图12显示为本发明的发光二极管芯片的封装方法各步骤所呈现的结构示意图。
元件标号说明
201 透明基底
202 引出焊盘
203 发光二极管芯片
204 荧光材料层
205 金属引线
206 封装材料
207 介质层
208 开孔
209 凸点下金属层
210 金属凸块
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1～图12。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1～图12所示，本实施例提供一种发光二极管芯片203的封装方法，所述封装方法包括步骤：
如图1～图2所示，首先进行步骤1)，提供一透明基底201，于所述透明基底201表面形成发光二极管的引出焊盘202。
所述透明基底201包括玻璃基底、蓝宝石基底及硅基底中的一种。在本实施例中，所述透明基底201可以为玻璃基底。
采用溅射工艺于所述透明基底201表面形成发光二极管的引出焊盘202。
如图3所示，然后进行步骤2)，于所述透明基底201上形成荧光材料层204。
步骤2)中，采用旋涂工艺将所述荧光材料层204形成于所述透明基底201上，所述荧光材料层204的面积不小于所述发光二极管的出光区域的面积。
如图4所示，接着进行步骤3)，提供一发光二极管芯片203，将所述发光二极管芯片203装设于所述透明基底201的引出焊盘202上，以实现所述发光二极管芯片203的电性引出，所述引出焊盘202具有裸露表面；
步骤3)中，通过金属焊点将所述发光二极管芯片203的电极装设于所述透明基底201的引出焊盘202上。所述金属焊点的材料可以为铜、金、银、铝、锡等金属材料。
在本步骤中，所述荧光材料处于半固化状态，以使得所述发光二极管芯片203装设于所述引出焊盘202上后，所述发光二极管芯片203的出光面与所述荧光材料紧密相接，一方面可避免所述荧光材料与所述发光二极管芯片203的出光面之间出现空隙或空腔等，提高荧光性能以及发光二极管芯片203的出光效率，另一方面可增强所述发光二极管芯片203与所述透明基底201之间的结合强度，提高封装结构的寿命。
所述荧光材料可以包括磷光体与硅胶的混合物以及磷光体与环氧树脂的混合物中的一种。
如图5所示，然后进行步骤4)，于所述引出焊盘202的裸露表面形成金属引线205，所述金属引线205向上延伸，所述金属引线205的顶端不低于所述发光二极管芯片203的顶面。
传统的热焊工艺具有一些难以克服的缺陷，例如，热应力的产生、焊接后清洁问题、缺乏灵活性和质量难以控制等。为使芯片内电路的输入/输出连接点与引线框架的内接触点之间实现电气连接的内引线，焊线工艺(Wire Bonding)作为连接内引线，应具有电导率高，导电能力强，与导体材料的结合力强，化学性能稳定等性能优点。
在本实施例中，所述焊线工艺包括热压焊线工艺、超声波焊线工艺及热压超声波焊线工艺中的一种。所述金属引线205的材料包括Au及Cu中的一种。例如，所述金属引线205可以选用为Al，采用超声波焊线工艺在较低的温度下便可完成焊接，可以大大降低了工艺温度。又如，所述金属引线205205选用为Au，可以获得优异的导电性能。
如图6～图7所示，接着进行步骤5)，采用封装材料206封装所述发光二极管芯片203，所述金属引线205露出于所述封装材料206。
作为示例，采用封装材料206封装所述发光二极管芯片203的方法包括压缩成型、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种，所述封装材料206包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。
如图8～图11所示，然后进行步骤6)，于所述封装材料206上形成凸点下金属层209及金属凸块210，以实现所述金属引线205的电性引出。
作为示例，步骤6)包括：
步骤6-1)，于所述封装材料206表面形成介质层207，并于所述介质层207中形成显露所述金属引线205的开孔208，所述介质层207的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合。
步骤6-2)，于所述开孔208中制作凸点下金属层209，所述凸点下金属层209与所述金属引线205电性连接；
步骤6-3)，采用电镀工艺于所述凸点下金属层209表面形成焊料金属；
步骤6-4)，采用高温回流工艺于所述凸点下层上形成金属凸块210，所述金属凸块210包括金焊球凸块、金锡合金焊球凸块、锡铅合金焊球凸块、锡银合金焊球凸块中的一种。
如图12所示，所述封装方法包含晶圆级封装方法，所述透明基底201包括晶圆级的透明基底201，所述封装方法还包括步骤7)，对晶圆级的封装结构进行切割，以获得多个相互独立的发光二极管的封装单元。
如图12所示，本实施例还提供一种发光二极管芯片203的封装结构，所述封装结构包括：透明基底201，所述透明基底201上具有引出焊盘202；金属引线205，连接于所述引出焊盘202上，所述金属引线205向上延伸；发光二极管芯片203，装设于所述引出焊盘202上，以实现所述发光二极管芯片203的电性引出；荧光材料层204，位于所述发光二极管芯片203与所述透明基底201之间；封装材料206，覆盖于所述发光二极管芯片203，且所述金属引线205露出于所述封装材料206；以及凸点下金属层209及金属凸块210，形成于所述封装材料206上，以实现所述金属引线205的电性引出。
所述透明基底201包括玻璃基底、蓝宝石基底及硅基底中的一种。
所述荧光材料层204的面积不小于所述发光二极管的出光区域的面积。
所述发光二极管芯片203的出光面与所述荧光材料紧密相接，一方面可避免所述荧光材料与所述发光二极管芯片203的出光面之间出现空隙或空腔等，提高荧光性能以及发光二极管芯片203的出光效率，另一方面可增强所述发光二极管芯片203与所述透明基底201之间的结合强度，提高封装结构的寿命。
所述金属引线205的材料包括Au及Cu中的一种。
所述封装材料206包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。
所述凸点下金属层209及金属凸块210包括：介质层207，形成于所述封装材料206表面，所述介质层207中形成有显露所述金属引线205的开孔208；凸点下金属层209，制作于所述开孔208中，所述凸点下金属层209与所述金属引线205电性连接；金属凸块210，形成于所述凸点下金属层209表面。进一步地，所述介质层207的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合；所述金属凸块210包括金焊球凸块、金锡合金焊球凸块、锡铅合金焊球凸块、锡银合金焊球凸块中的一种。
如上所述，本发明的发光二极管芯片203的封装结构及封装方法，具有以下有益效果：
本发明的发光二极管芯片203创新的采用扇出型封装结构，封装密度高，可有效降低封装体积。
本发明不需要传统的封装基底，如铝基底等，具有良好的散热效果，可大大提高了芯片的耐用性能及寿命。
本发明的发光二极管芯片203的封装结构采用金属引线205将发光二极管引出至封装材料206表面，通过金属凸块210实现电性引出，引线结构简约，可有效缩短线路的长度，在半导体封装技术领域具有广泛的应用前景。
所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (18)
1.一种发光二极管芯片的封装结构，其特征在于，所述封装结构包括：
透明基底，所述透明基底上具有引出焊盘；
金属引线，连接于所述引出焊盘上，所述金属引线向上延伸；
发光二极管芯片，装设于所述引出焊盘上，以实现所述发光二极管芯片的电性引出；
荧光材料层，位于所述发光二极管芯片与所述透明基底之间；
封装材料，覆盖于所述发光二极管芯片，且所述金属引线露出于所述封装材料；以及
凸点下金属层及金属凸块，形成于所述封装材料上，以实现所述金属引线的电性引出。
2.根据权利要求1所述的发光二极管芯片的封装结构，其特征在于：所述荧光材料层的面积不小于所述发光二极管的出光区域的面积。
3.根据权利要求1所述的发光二极管芯片的封装结构，其特征在于：所述发光二极管芯片的出光面与所述荧光材料紧密相接。
4.根据权利要求1所述的发光二极管芯片的封装结构，其特征在于：所述金属引线的材料包括Au及Cu中的一种。
5.根据权利要求1所述的发光二极管芯片的封装结构，其特征在于：所述封装材料包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。
6.根据权利要求1所述的发光二极管芯片的封装结构，其特征在于：所述凸点下金属层及金属凸块包括：
介质层，形成于所述封装材料表面，所述介质层中形成有显露所述金属引线的开孔；
凸点下金属层，制作于所述开孔中，所述凸点下金属层与所述金属引线电性连接；
金属凸块，形成于所述凸点下金属层表面。
7.根据权利要求6所述的发光二极管芯片的封装结构，其特征在于：所述介质层的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合；所述金属凸块包括金焊球凸块、金锡合金焊球凸块、锡铅合金焊球凸块、锡银合金焊球凸块中的一种。
8.根据权利要求1所述的发光二极管芯片的封装结构，其特征在于：所述透明基底包括玻璃基底、蓝宝石基底及硅基底中的一种。
9.一种发光二极管芯片的封装方法，其特征在于，所述封装方法包括步骤：
1)提供一透明基底，于所述透明基底表面形成发光二极管的引出焊盘；
2)于所述透明基底上形成荧光材料层；
3)提供一发光二极管芯片，将所述发光二极管芯片装设于所述透明基底的引出焊盘上，以实现所述发光二极管芯片的电性引出，所述引出焊盘具有裸露表面；
4)于所述引出焊盘的裸露表面形成金属引线，所述金属引线向上延伸，所述金属引线的顶端不低于所述发光二极管芯片的顶面；
5)采用封装材料封装所述发光二极管芯片，所述金属引线露出于所述封装材料；以及
6)于所述封装材料上形成凸点下金属层及金属凸块，以实现所述金属引线的电性引出。
10.根据权利要求9所述的发光二极管芯片的封装方法，其特征在于：所述封装方法包含晶圆级封装方法，所述封装方法还包括切割的步骤，以获得多个相互独立的发光二极管的封装单元。
11.根据权利要求9所述的发光二极管芯片的封装方法，其特征在于：步骤2)中，采用旋涂工艺将所述荧光材料层形成于所述透明基底上，所述荧光材料层的面积不小于所述发光二极管的出光区域的面积。
12.根据权利要求9所述的发光二极管芯片的封装方法，其特征在于：步骤3)中，所述荧光材料处于半固化状态，以使得所述发光二极管芯片装设于所述引出焊盘上后，所述发光二极管芯片的出光面与所述荧光材料紧密相接。
13.根据权利要求9所述的发光二极管芯片的封装方法，其特征在于：步骤3)中，通过金属焊点将所述发光二极管芯片的电极装设于所述透明基底的引出焊盘上。
14.根据权利要求9所述的发光二极管芯片的封装方法，其特征在于：步骤4)中，所述焊线工艺包括热压焊线工艺、超声波焊线工艺及热压超声波焊线工艺中的一种。
15.根据权利要求9所述的发光二极管芯片的封装方法，其特征在于：步骤4)中，所述金属引线的材料包括Au及Cu中的一种。
16.根据权利要求9所述的发光二极管芯片的封装方法，其特征在于：采用封装材料封装所述发光二极管芯片的方法包括压缩成型、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种，所述封装材料包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。
17.根据权利要求9所述的发光二极管芯片的封装方法，其特征在于，步骤6)包括：
6-1)于所述封装材料表面形成介质层，并于所述介质层中形成显露所述金属引线的开孔；
6-2)于所述开孔中制作凸点下金属层，所述凸点下金属层与所述金属引线电性连接；
6-3)采用电镀工艺于所述凸点下金属层表面形成焊料金属；以及
6-4)采用高温回流工艺于所述凸点下层上形成金属凸块。
18.根据权利要求17所述的发光二极管芯片的封装方法，其特征在于，所述介质层的材料包括环氧树脂、硅胶、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合；所述金属凸块包括金焊球凸块、金锡合金焊球凸块、锡铅合金焊球凸块、锡银合金焊球凸块中的一种。
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