CN203644815U - 一种led封装结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种LED封装结构，属于半导体封装技术领域。其包括硅基本体（110）和LED芯片（200），硅基本体（110）的正面设置不连续的金属反光层（410、420），硅通孔（111）内设置不连续的金属层Ⅰ（810）、金属层Ⅱ（820），LED芯片电极（210）、金属块/柱（321）、金属反光层（410）、金属层Ⅰ（810）实现电气连接，LED芯片电极（220）、金属块/柱（322）、金属反光层（420）、金属层Ⅱ（820）实现电气连接；金属层Ⅲ（830）位于硅基本体（110）的背面的绝缘层Ⅱ（520）的表面且位于金属层Ⅰ（810）、金属层Ⅱ（820）之间。本实用新型封装结构依靠圆片级封装技术获得全角度出光的LED封装结构，能够降低热阻、提高可靠性、使出光角度不受限、且能降低设计和制造成本。

Description

一种LED封装结构
技术领域
本实用新型涉及一种LED封装结构，属于半导体封装技术领域。
背景技术
一般的，发光二极管（Light-Emitting Diode，简称LED，下同）的封装有多种封装形式。早期的，采用引线框为基板进行封装，将LED芯片通过导热膏（或导电胶）贴装至引线框上，通过引线键合的方式实现电流加载从而使其发光；随着技术进步，一些新的、高性能的基板材料出现，在大功率LED的应用中起到了引领作用，如陶瓷基板、AlN基板等。但作为商用化的产品而言，现有的LED封装技术还存在如下问题：①热阻高。由于LED芯片发光是通过电子复合过程所激发，因而在产生光的同时产生大量的热。众所周知，热的产生反过来影响着电转化为光的效率，降低了LED本身的发光性能。②LED芯片通过贴装工艺与金属反光层连接，由于LED芯片的自身重量越来越轻，其电极与焊锡的润湿力常存在不平衡，在回流时就可能发生的漂移、立碑或旋转等不良连接方式，影响LED封装的可靠性；                                                
Figure 79626DEST_PATH_IMAGE001
出光角度受限。现有的LED灯珠，其LED芯片坐落于下凹的反光杯罩内, 出光角度最大不超过150度，受限的出光角度导致LED灯珠使用范围受限，在某些需要超大角度甚至全角度的场合，必须辅以二次光学设计结构；由于出光角度大小不一致，二次光学设计结构需要考虑具体的出光角度有针对性地进行设计，不仅增加了二次光学设计难度，而且增加了LED结构的复杂性，同时，设计和制造成本也相应增加。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种能够降低热阻、提高可靠性、使出光角度不受限、并且能降低设计和制造成本的LED封装结构。
本实用新型的目的是这样实现的：
本实用新型一种LED封装结构，包括背面开设若干个硅通孔的硅基本体和带有LED芯片电极的LED芯片，所述硅基本体的正面设置绝缘层Ⅰ，所述硅通孔的内壁设置绝缘层Ⅱ，
所述绝缘层Ⅰ的表面设置不连续的金属反光层，所述硅通孔的顶部设置贯穿绝缘层Ⅰ和绝缘层Ⅱ的绝缘层开口，所述绝缘层Ⅱ的表面设置不连续的金属层Ⅰ、金属层Ⅱ，所述金属层Ⅰ、金属层Ⅱ一端分别通过绝缘层开口与金属反光层连接，另一端沿硅通孔向外延展至硅基本体的背面并向相反方向延展，所述LED芯片通过金属块/柱倒装至金属反光层，所述LED芯片电极、金属块/柱、金属反光层、金属层Ⅰ实现电气连接，所述LED芯片电极、金属块/柱、金属反光层、金属层Ⅱ实现电气连接；
本实用新型一种LED封装结构，还包括金属层Ⅲ，所述金属层Ⅲ位于硅基本体的背面的绝缘层Ⅱ的表面且位于金属层Ⅰ、金属层Ⅱ之间，所述金属层Ⅲ与金属层Ⅰ、金属层Ⅱ均不连接。
可选地，所述金属块/柱材质为铜，其高度为5-15um。
可选地，所述金属块/柱和/或金属块/柱的个数至少两个以上。
可选地，所述金属块/柱与LED芯片电极之间分别设置金属连接层。
可选地，所述金属连接层材质为锡或锡合金，高度在8-20um。
可选地，所述金属层Ⅲ通过若干个金属柱与金属反光层连接，所述金属柱贯穿绝缘层Ⅱ，部分或全部进入硅基本体。
可选地，还包括透光层，所述透光层通过粘合剂设置于LED芯片的上方。
可选地，所述粘合剂填充透光层与硅基本体之间的空间。
可选地，所述LED芯片与金属反光层的间隙填充填充剂。
可选地，所述LED芯片的外围涂覆荧光粉胶层。
本实用新型结构旨在通过圆片级封装方式提升LED灯珠的出光性能、散热性能，降低设计和封装成本。LED芯片落座于平展的反射层上，四周无遮挡，LED光线能够全角度出射；针对实际使用需要的LED出光角度，后续的二次光学设计结构均可在LED光线全角度出射的基础上加以优化；LED芯片通过铜/锡栅结构与金属反光层实现倒装连接，提升了倒装工艺的稳定性和可操作性；特意设置于硅基本体背面的大比例的金属反光层Ⅱ快速地传导LED芯片工作时产生的热，有效地降低LED封装结构的热阻，有助于提升LED性能。
本实用新型有益效果是： 
1、LED芯片落座于平展的反射层上，四周无遮挡，LED光线能够全角度出射；
2、针对实际使用需要的LED出光角度，后续的二次光学设计结构均可在LED光线全角度出射的基础上加以优化；
3、LED芯片通过金属栅结构与金属反光层实现倒装连接，提升了倒装工艺的稳定性和可操作性；
4、特意设置于硅基本体背面的大比例的金属反光层快速地传导LED芯片工作时产生的热，有效地降低LED封装结构的热阻，有助于提升LED性能。
附图说明
图1为本实用新型一种LED封装结构的实施例的示意图；
图2为图1的实施例的LED芯片与金属反光层Ⅱ的位置关系示意图；
图3为图1的实施例的LED芯片与金属反光层Ⅱ的位置关系示意图；
图4为图1的变形实施例一的示意图；
图5和图6为图1的变形实施例二的示意图；
图7为图1的变形实施例三的示意图；
图中：
硅基本体110
硅通孔111
LED芯片200
LED芯片电极210、220
金属连接层311、312
金属块/柱321、322
金属反光层410、420
绝缘层Ⅰ510 
绝缘层Ⅱ520
绝缘层开口501、502
填充剂610
粘合剂620
荧光粉胶层630
透光层700
金属层Ⅰ810
金属层Ⅱ820
金属层Ⅲ830
金属柱831。
具体实施方式
参见图1，本实用新型一种LED封装结构，在硅基本体110的背面开设若干个硅通孔111，LED芯片200带有LED芯片电极210、220，硅基本体110的正面设置绝缘层Ⅰ510，硅通孔111的内壁设置绝缘层Ⅱ520。
绝缘层Ⅰ510的表面设置银、铝等材质的金属反光层410、420，金属反光层410和金属反光层420不连续，其之间的间隔小于LED芯片电极210与LED芯片电极220之间的间隔。利用银、铝等材质的高反射率性质，金属反光层410、420可以作为LED芯片200的反射层。由于LED芯片200坐落于平展的反射层上，可以实现了LED光线的全角度出射。LED芯片200与金属反光层410与金属反光层420之间可以无任何物质，也可以设置硅胶等填充剂610，提高其可靠性。
硅通孔111的顶部设置贯穿绝缘层Ⅰ510和绝缘层Ⅱ520的绝缘层开口501、502，所述绝缘层Ⅱ520的表面设置不连续的金属层Ⅰ810、金属层Ⅱ820，所述金属层Ⅰ810、金属层Ⅱ820一端分别通过绝缘层开口501、502与金属反光层410、420连接，另一端沿硅通孔111向外延展至硅基本体110的背面并向相反方向延展，金属层Ⅰ810、金属层Ⅱ820之间存在间隙。金属层Ⅰ810、金属层Ⅱ820在硅基本体110的背面可以延展呈矩形，如图2所示；也可以延展呈带有凸起801的矩形，凸起801的个数不少于硅通孔111的个数，一个凸起801至少对应一个硅通孔111，如图3所示。
LED芯片200通过金属块/柱321、322倒装至金属反光层410、420， LED芯片电极210、金属块/柱321、金属反光层410、金属层Ⅰ810实现电气连接，LED芯片电极220、金属块/柱322、金属反光层420、金属层Ⅱ820实现电气连接。在硅基本体110的背面绝缘层Ⅱ520的表面且位于金属层Ⅰ810、金属层Ⅱ820之间设置金属层Ⅲ830，所述金属层Ⅲ830与金属层Ⅰ810、金属层Ⅱ820均不连接。金属层Ⅲ830能够有效地将LED芯片200工作时传导至硅基本体110上的热量散出。
在LED芯片200的上方通过硅胶等粘合剂620固定玻璃、有机树脂等材质的透光层700，粘合剂620填充透光层700与硅基本体110之间的空间。其中，耐候性较好的玻璃材质的透光层700有助于延长LED灯珠在户外环境的寿命。
本实用新型一种LED封装结构，根据实际需要，也可以作如下结构变形。
变形实施例一，如图7所示
金属层Ⅰ810和金属层Ⅱ820之间的间隙可以大于LED芯片电极210、220之间的间距，以便最大限度地扩大金属层Ⅲ830的面积。在金属反光层410下方设置若干个金属柱831，金属柱831贯穿绝缘层Ⅱ520，与硅基本体110直接接触；也可以部分或全部进入硅基本体110，以增大接触面积。通过金属柱831可以将LED芯片200工作时产生的热快速地传导至硅基本体110背面的金属层Ⅲ830，实现LED芯片200温度节点到封装引脚的低热阻，有助于提升LED性能。
变形实施例二，如图5、图6和图7所示
金属块/柱321的个数至少两个以上，平行排列，形成金属栅结构，其材质为铜，其上设置锡或锡合金的金属连接层311。另一边的金属块/柱322的个数也可以至少两个以上，平行排列，也可以形成铜质金属栅结构，其上设置锡或锡合金的金属连接层312。LED芯片200通过金属栅与金属反光层410、420实现倒装连接，提升了倒装工艺的稳定性和可操作性，克服了LED芯片200在回流工艺中可能发生的漂移、立碑或旋转等不良连接方式，保证了圆片级工艺过程中LED芯片200连接的一致性与均匀性。其中金属块/柱321和金属块/柱322的厚度范围为5-15um，锡或锡合金的厚度范围为8-20um，能在实现可靠连接的同时，最大限度的降低热阻。金属栅也可以应用于传统的设置有LED反射杯的LED灯珠，或其他微小金属部件与金属面/块的连接。
变形实施例三，如图4、图5和图7所示
单色的LED芯片200一般只能激发R（红）、G（绿）、B（蓝）三色光。而在人们的实际生活中，更需要地是使用白光，为了得到白光LED灯珠，可以选择蓝色LED芯片200激发分布于其周围的荧光粉，该荧光粉制成的荧光粉胶层630可以涂覆于蓝色LED芯片200的发光面，荧光粉也可以与硅胶等粘合剂620混合，填充于透光层700与硅基本体110之间的空间。
本实用新型一种LED封装结构，变形结构的实施例一、实施例二、实施例三可以根据实际需要自由组合，以提高LED封装结构的各项性能。
本实用新型的LED封装结构不限于上述实施例，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种LED封装结构，包括背面开设若干个硅通孔（111）的硅基本体（110）和带有LED芯片电极（210、220）的LED芯片（200），所述硅基本体（110）的正面设置绝缘层Ⅰ（510），所述硅通孔（111）的内壁设置绝缘层Ⅱ（520 ），
其特征在于：所述绝缘层Ⅰ（510）的表面设置不连续的金属反光层（410、420），所述硅通孔（111）的顶部设置贯穿绝缘层Ⅰ（510）和绝缘层Ⅱ（520 ）的绝缘层开口（501、502），所述绝缘层Ⅱ（520 ）的表面设置不连续的金属层Ⅰ（810）、金属层Ⅱ（820），所述金属层Ⅰ（810）、金属层Ⅱ（820）一端分别通过绝缘层开口（501、502）与金属反光层（410、420）连接，另一端沿硅通孔（111）向外延展至硅基本体（110）的背面并向相反方向延展，所述LED芯片（200）通过金属块/柱（321、322）倒装至金属反光层（410、420），所述LED芯片电极（210）、金属块/柱（321）、金属反光层（410）、金属层Ⅰ（810）实现电气连接，所述LED芯片电极（220）、金属块/柱（322）、金属反光层（420）、金属层Ⅱ（820）实现电气连接；
还包括金属层Ⅲ（830），所述金属层Ⅲ（830）位于硅基本体（110）的背面的绝缘层Ⅱ（520 ）的表面且位于金属层Ⅰ（810）、金属层Ⅱ（820）之间，所述金属层Ⅲ（830）与金属层Ⅰ（810）、金属层Ⅱ（820）均不连接。
2.根据权利要求1所述的一种LED封装结构，其特征在于：所述金属块/柱（321、322）材质为铜，其高度为5-15um。
3.根据权利要求2所述的一种LED封装结构，其特征在于：所述金属块/柱（321）和/或金属块/柱（322）的个数至少两个以上。
4.根据权利要求3所述的一种LED封装结构，其特征在于：所述金属块/柱（321、322）与LED芯片电极（210、220）之间分别设置金属连接层（311、312）。
5.根据权利要求4所述的一种LED封装结构，其特征在于：所述金属连接层（311、312）材质为锡或锡合金，高度在8-20um。
6.根据权利要求1所述的一种LED封装结构，其特征在于：所述金属层Ⅲ（830）通过若干个金属柱（831）与金属反光层（410）连接，所述金属柱（831）贯穿绝缘层Ⅱ（520 ），部分或全部进入硅基本体（110）。
7.根据权利要求1所述的一种LED封装结构，其特征在于：还包括透光层（700），所述透光层（700）通过粘合剂（620）设置于LED芯片（200）的上方。
8.根据权利要求7所述的一种LED封装结构，其特征在于：所述粘合剂（620）填充透光层（700）与硅基本体（110）之间的空间。
9.根据权利要求1所述的一种LED封装结构，其特征在于：所述LED芯片（200）与金属反光层（410、420）的间隙填充填充剂（610）。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的LED封装结构，其特征在于：所述LED芯片（200）的外围涂覆荧光粉胶层（630）。
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