CN111312882A - 一种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，涉及半导体器件封装技术领域。所述一种发光二极管灯珠封装的线弧包括：支架，包括固晶区和焊线区；发光二极管芯片，固定在所述固晶区内，与所述焊线区线弧连接，所述线弧的形状包含至少两个拐凸点；胶体结构，设置于所述发光二极管芯片上，包裹所述发光二极管芯片以及所述线弧。本发明通过优化线弧的形状和高度，提高了发光二极管灯珠的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别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
在发光二极管芯片封装工艺流程中，每一道工序都必须认真操作，任何一个环节的疏忽都是影响灯珠可靠性的原因。线弧是指采用焊线工艺将芯片与支架连接起来后的线形。现有灯珠封装的线弧多为Q型弧或者J型弧，线弧高度在150～180um，线弧高度偏高，在发光二极管灯珠点亮受热过程中，受胶体膨胀的影响较大，老化试验结果冷热冲击不足1000循环。如果通过改变接线位置来降低线弧高度，则容易出现线弧距离芯片太近而出现短路的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光二极管芯片的封装结构，以解决现有技术存在的线弧高度偏高，在发光二极管灯珠点亮受热过程中，线弧受胶体膨胀的影响较大从而导致灯珠可靠性低的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种发光二极管芯片的封装结构，包括：
支架，包括固晶区和焊线区；
发光二极管芯片，固定在所述固晶区内，与所述焊线区线弧连接，所述线弧的形状包含至少两个凸点；
胶体结构，设置于所述发光二极管芯片上，包裹所述发光二极管芯片以及所述线弧。
在本发明的一个实施例中，所述线弧具有两个凸点和一个凹点，整体呈“M”型。
在本发明的一个实施例中，所述固晶区为杯碗结构。
在本发明的一个实施例中，所述线弧顶端的高度为所述杯碗结构的内表面到所述胶体结构表面的距离的一半。
在本发明的一个实施例中，所述线弧的高度小于150μm。
在本发明的一个实施例中，所述封装结构的冷热冲击的循环次数大于等于1500次。
本发明还提供一种发光二极管芯片的封装方法，其步骤包括：
提供一支架，所述支架包括固晶区和焊线区；
将发光二极管芯片固定在所述固晶区内；
将所述发光二极管芯片用焊线与所述焊线区进行连接形成线弧，所述线弧的形状包含至少两个凸点；
在所述发光二极管芯片上形成胶体结构，使所述胶体结构包裹所述发光二极管芯片以及所述线弧，完成对所述发光二极管芯片的封装。
在本发明的一个实施例中，所述线弧呈M型。
在本发明的一个实施例中，所述固晶区为杯碗结构。
在本发明的一个实施例中，所述线弧顶端的高度为所述杯碗结构的内表面到所述胶体结构表面的距离的一半。
本发明通过优化线弧形状，增设线形拐点，降低了线弧高度，使之远离胶体结构的表面，从而减少了发光二极管灯珠点亮受热过程中，胶体结构膨胀对线弧的影响，达到了有效提高灯珠可靠性的有益效果。同时，相比于传统的Q型或者J型线弧，该发明提供的新型线弧更加能够提升灯珠的可靠性。在本发明一实施例中，线弧高度降低至100um，灯珠老化试验结果冷热冲击循环达1500次以上。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种发光二极管芯片的封装结构示意图。
图2为图1中本发明的一种发光二极管芯片的封装线弧示意图。
图3为图1中本发明一种发光二极管芯片的封装方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案作进一步清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明提供了一种发光二极管芯片的封装结构，包括：支架100、发光二极管芯片2、线弧3、胶体结构4。
请参阅图1所示，支架1，包括固晶区101和焊线区102，所述支架100例如可以为陶瓷支架，所述固晶区101例如可以为杯碗结构。
发光二极管芯片2，亦称为晶片，即发光二极管发光材料，必须与外界隔离，以防止空气中的杂质对芯片电路的腐蚀而造成电器性能下降，同时，封装后的芯片也更加便于安装和运输。所述发光二极管芯片2包括底衬，依次层叠设置在底衬上的N型半导体层、发光层和P型半导体层。其中，所述N型半导体层具有丰富的电子，所述P型半导体层因缺乏电子而形成带正电空穴，在所述N型半导体层和所述P型半导体层之间是电子和电子空穴复合之处，当有电流通过时，电子和空穴相互结合并释放出能量，从而辐射出光芒，也就是所述发光层。所述发光二极管芯片2还包括电极结构，所述电极结构与所述支架的正负极通过内引线实现电连接。
请参阅图1和图2所示，所述发光二极管芯片2固定在所述支架100的所述固晶区101内。所述固定方式例如可以为粘帖，所用粘合材料例如可以为锡膏、银胶。所述发光二极管芯片2与所述焊线区102通过线弧3连接。例如可以采用回流焊工艺将焊线的一端固定在所述发光二极管芯片2的所述电极结构上，另一端固定在所述支架100的金属键合区域内。所述焊线例如可以为金线、铝线、铜线等。所述线弧3的形状包含至少两个凸点，例如可以为两个凸点，中间包含一个凹点，整体形状呈“M”型。
请参阅图1和图2所示，胶体结构3设置于所述发光二极管芯片2上，包裹所述发光二极管芯片2以及所述线弧3。所述胶体结构3的材料具有良好的导热性、固化性，粘结力强，耐高温老化。所述胶体材料例如可以为硅胶。请参阅图1所示，所述固晶区101例如可以为杯碗结构，杯内注胶后，可以很好的控制所述线弧3的顶端位置处于杯内中心高度，所述线弧3顶端的高度为所述杯碗结构的内表面到所述胶体结构4表面的距离的一半。所述线弧3的高度小于150μm，所述封装结构的冷热冲击的循环次数大于等于1500次，提高了灯珠的可靠性，既有效的保护了线材不易受外界因素的影响，又可以避免使用时受冷热环境的变化而导致的死灯问题。
请参阅图3所示，本发明还提供一种发光二极管芯片的封装方法，其步骤如下：
S1：提供一支架100，所述支架100包括固晶区101和焊线区102；
S2：将发光二极管芯片2固定在所述固晶区101内；
S3：将所述发光二极管芯片1用焊线与所述焊线区102进行连接形成线弧3，所述线弧3的形状包含至少两个凸点；
S4：在所述发光二极管芯片2上形成胶体结构4，使所述胶体结构4包裹所述发光二极管芯片2以及所述线弧3，完成对所述发光二极管芯片2的封装。
请参阅图1和图3所示，在步骤S1中，提供一支架100，所述支架100例如可以为陶瓷支架。所述陶瓷支架例如可以包含陶瓷基板和框架，所述框架例如可以为陶瓷或者金属，所述陶瓷支架可以是一体成型或者通过粘结的方式组装形成的具有高导热系数的支架。例如通过锡焊的方式将所述陶瓷框架固定在所述陶瓷基板上。所述支架100包括固晶区101和焊线区102，所述固晶区101例如可以为杯碗结构。
请参阅图3所示，在步骤S2中，还包括步骤：将所述支架100放置于清洗设备中清洗，以清除所述支架100表面的污染物。所述清洗设备例如可以为等离子清洗机，也可以用湿法清洗，例如或者超声波清洗机。基于两者的清洗原理不同，清洗效果也存在一定程度的区别，为了更好的提高所述支架100表面的贴合效果，增强芯片的表面附着力，提高后续封装质量，本实施例所述清洗工艺优选采用在等离子清洗机中进行，所述等离子体是包括离子、电子、原子、光子等。然后，将所述发光二极管芯片2利用粘合材料固定于清洗干净的所述支架100的所述固晶区102内，所述粘合材料例如可以为锡膏、银胶。
请参阅图图1至图3所示，在步骤S3中，将所述发光二极管芯片2与所述支架100进行电连接，进一步增强封装后的灯珠的牢固性。所述电连接例如可以采用热压超声焊接工艺实现。所述发光二极管芯片2例如可以通过银胶粘结、锡膏焊接或者共晶焊接的方式固定在所述支架100上，并通过焊线将所述发光二极管芯片2的电极结构与所述支架100的正负极进行电连接，所述焊线的一端固定在所述发光二极管芯片2的所述电极结构上，另一端固定在所述支架100的金属键合区域内。本实施例优选锡膏焊接的固定方式，属于一种焊接粘贴法，所述焊接粘贴法相对于共晶粘贴法、导电胶粘贴法等芯片贴装方法，具有更好的热传导性。通过焊接工艺对所述发光二极管芯片2与所述支架100的接触面进行处理，使其完成有效的焊接，从而保证正常使用时具有可靠的电气连接，本实施例采用可靠的、适合大批量生产加工的热压超声焊接工艺，所述焊接工艺例如可以在热氮气等能防止焊线氧化的气氛中进行。所述焊线例如可以为金线、铝线、铜线等。焊接完成后所述焊线即形成所述线弧3，所述线弧的形状包含至少两个凸点，例如可以为两个凸点，中间包含一个凹点，整体形状呈“M”型。
请参阅图2和图3所示，在步骤S3中，还包括设置焊线机参数的步骤，其中，重点和难点是线形的设置。本实施例中，所述焊线机例如可以采用KS焊线机，通过设置缩短纽结距离、增加跨度拐点等参数，实现所述线弧3的形状设定。所述M型线弧3具有较多的拐点，增加了焊线机调试过程中线形设计和制作的难度，但是，所述M型线弧3可以通过改变打线位置调节线弧高度，而且不容易出现所述线弧3太过靠近所述发光二极管芯片2导致短路的现象，从而有利于降低死灯概率，提高了灯珠的可靠性。而且，所述M型线弧3的高度较低，距离所述胶体结构4表面的距离比较远。在冷热冲击的过程中，所述胶体结构4的表面内应力释放的情况较所述胶体结构4内部剧烈，因此，所述线弧3距离所述胶体结构4的表面越近，其受到的冷热冲击的影响会越大；而在所述胶体结构4的内部，其应力释放的过程中则较为平缓，所述线弧3在冷热冲击的过程中便会有一个较好的表现。
此外，如图3所示，在步骤S3中，还包括对所述灯珠进行烘烤除湿的工序，所述灯珠为经过固晶处理后的所述发光二极管芯片2和所述支架100，以去除所述灯珠表面的水气，同时起到固化芯片的作用，使得所述发光二极管芯片2与所述支架100形成良好的连接。
请参阅图1至图3所示，在步骤S4中，在所述发光二极管芯片2上形成胶体结构4，所述胶体结构3将所述发光二极管芯片2和所述线弧3保护起来，隔绝空气中的水分和氧气对所述发光二极管灯珠的侵蚀作用，例如可以将所述发光二极管芯片2和所述支架100整体包裹起来。所述胶体结构3的材料对固化后胶体形状有严格要求，这直接关系到背光源成品的出光亮度，要求具有良好的导热性、固化性，粘结力强，耐高温老化，例如可以为硅胶、环氧树脂。
请参阅图1所示，所述固晶区101例如可以为杯碗结构，杯内注入胶体材料后，可以很好的控制所述线弧3的顶端的高度为所述杯碗结构的内表面到所述胶体结构4表面的距离的一半，所述线弧3的高度小于150μm，所述封装结构的冷热冲击的循环次数大于等于1500次，提高了灯珠的可靠性，既有效的保护了线材不易受外界因素的影响，又可以避免使用时受冷热环境的变化而导致的死灯问题。本实施例采用型号为2835杯深为450um的所述支架100，所述线弧3具有两个凸点和一个凹点，整体形状呈“M”型，所述线弧3的顶端位于所述杯碗结构的中心高度。所述线弧3的高度为100.25um，所述封装结构的冷热冲击试验的循环次数为1508次，所述试验结果重现度较高。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种发光二极管芯片的封装结构，其特征在于，其包括：
支架，包括固晶区和焊线区；
发光二极管芯片，固定在所述固晶区内，与所述焊线区线弧连接，所述线弧的形状包含至少两个凸点；
胶体结构，设置于所述发光二极管芯片上，包裹所述发光二极管芯片以及所述线弧。
2.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片的封装结构，其特征在于：所述线弧包含两个凸点和一个凹点，整体呈"M"型。
3.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片的封装结构，其特征在于：所述固晶区为杯碗结构。
4.根据权利要求3所述的一种发光二极管芯片的封装结构，其特征在于：所述线弧顶端的高度为所述杯碗结构的内表面到所述胶体结构表面的距离的一半。
5.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片的封装结构，其特征在于：所述线弧的高度小于150μm。
6.根据权利要求1所述的一种发光二极管芯片的封装结构，其特征在于：所述封装结构的冷热冲击的循环次数大于等于1500次。
7.一种发光二极管芯片的封装方法，其特征在于：
提供一支架，所述支架包括固晶区和焊线区；
将发光二极管芯片固定在所述固晶区内；
将所述发光二极管芯片用焊线与所述焊线区进行连接形成线弧，所述线弧的形状包含至少两个凸点；
在所述发光二极管芯片上形成胶体结构，使所述胶体结构包裹所述发光二极管芯片以及所述线弧，完成对所述发光二极管芯片的封装。
8.根据权利要求7所述的一种发光二极管芯片的封装方法，其特征在于：所述线弧呈M型。
9.根据权利要求7所述的一种发光二极管芯片的封装方法，其特征在于：所述固晶区为杯碗结构。
10.根据权利要求9所述的一种发光二极管芯片的封装方法，其特征在于：所述线弧顶端的高度为所述杯碗结构的内表面到所述胶体结构表面的距离的一半。
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