CN203674260U - 一种esd保护的led封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种ESD保护的LED封装结构，属于半导体封装技术领域。其包括嵌入硅基本体（110）的型腔（111）内的LED芯片（200）和嵌入硅基本体（110）另一面的盲孔（113）内的ESD保护芯片（300），通过型腔（111）下方的硅通孔（112）内和盲孔（113）的内多层金属层以及连接多层金属层的金属引线（900），实现了LED芯片（200）、ESD保护芯片（300）之间电气连通和LED芯片（200）、ESD保护芯片（300）与外界基板的电气连通。本实用新型封装结构将LED芯片与ESD静电保护芯片集成整合到同一封装体中，增强LED封装结构的ESD防静电能力；散热通路的增加，大大降低了封装热阻，提升了LED芯片的使用性能与寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种ESD保护的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封装还存在如下缺陷：①热阻高。由于LED芯片发光是通过电子复合过程激发，因而在产生光的同时产生大量的热。众所周知，产生的热反过来影响着电转化为光的效率，从而降低LED本身的发光性能。②LED芯片在贴片工艺中，极易产生静电击穿，而传统的在基板上添置ESD静电保护器件的方式只能帮助LED灯珠在贴装后减少静电击穿的风险。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种降低热阻并整合ESD静电保护芯片的ESD保护的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ESD保护的LED封装结构，包括硅基本体和带有LED芯片电极的LED芯片，所述硅基本体的一面设有型腔、另一面设有若干个孔，所述LED芯片设置于型腔内、其LED芯片电极朝向型腔的内侧，所述型腔上方设置透光层，所述透光层通过粘合剂与型腔固连。
本实用新型所述孔包括硅通孔和盲孔，所述硅通孔位于型腔的下方、盲孔位于硅通孔的一侧，所述硅通孔和盲孔的内壁均设置绝缘层Ⅰ，在各个孔内的所述绝缘层Ⅰ上分别设置独立的多层金属层，所述LED芯片通过所述LED芯片电极与硅通孔内填充的所述多层金属层实现电气连通；
还包括带有ESD保护芯片电极的ESD保护芯片，所述ESD保护芯片设置于盲孔内的所述多层金属层之间，并实现电气连通，所述多层金属层之间设置绝缘层Ⅱ，所述ESD保护芯片通过金属引线与所述LED芯片实现串联或并联，所述金属引线设置于所述多层金属层的一侧；
在所述多层金属层的外围和在所述多层金属层的彼此之间的间隙内设置保护层，并开设保护层开口，所述保护层开口露出部分所述多层金属层的最外层。
可选地，所述绝缘层Ⅰ向外延展至硅通孔和/或盲孔所在的硅基本体的表面。
可选地，所述多层金属层包括金属层Ⅰ、金属层Ⅱ和/或金属层Ⅲ。
可选地，所述金属层Ⅰ设置于硅通孔内的所述绝缘层Ⅰ上，在硅通孔的顶部，所述金属层Ⅰ分别与LED芯片电极连接，所述金属层Ⅰ的表面设置金属层Ⅱ，在所述金属层Ⅱ的表面设置金属层Ⅲ。
可选地，在所述LED芯片与金属层Ⅰ之间设置贴片胶，并于硅通孔的顶部处开设贴片胶开口，所述金属层Ⅰ与LED芯片通过贴片胶开口连接。
可选地，所述金属层Ⅰ设置于盲孔内的所述绝缘层Ⅰ上，所述ESD保护芯片通过导电胶固定于盲孔内，所述ESD保护芯片电极朝向盲孔的外侧，并在其上设置所述金属层Ⅱ，所述金属层Ⅰ与金属层Ⅱ之间设置绝缘层Ⅱ。
可选地，所述盲孔的横截面形状为圆形、矩形或多边形。
可选地，所述透光层的面向型腔的表面设置荧光粉层。
可选地，所述型腔内设置填充剂。
可选地，所述型腔的内壁设置反光层。
本实用新型结构利用半导体的圆片级封装技术在封装中将传统的LED芯片与ESD静电保护芯片进行嵌入整合，提升了LED芯片在贴片过程中及在后续使用中的抗静电击穿能力，而大面积比例使用的多层金属层，增加了散热通路，有助于降低封装结构的热阻。
本实用新型有益效果是：
1、利用圆片级封装技术，将LED芯片与ESD静电保护芯片集成整合到同一封装结构中，降低了LED芯片在封装过程中的静电击穿风险，保证了LED灯珠在贴装工艺等使用中的抗静电冲击能力，同时，减小了占用基板的空间，可以大幅度扩大其应用领域；
2、散热通路由大面积比例使用的铜布线金属层为主，将芯片电极与铜布线金属层直接键合，无外加热阻，大大降低了封装热阻，远低于传统LED灯珠封装热阻，有助于提升LED芯片的使用性能与寿命。
附图说明
图1为本实用新型一种ESD保护的LED封装结构的示意图；
图2为图1的 LED芯片与 ESD保护芯片相对位置关系以及与各金属层之间的相对位置关系的示意图；
图3为图1中局部Ⅰ的放大的示意图；
图4为图1中局部Ⅱ的放大的示意图；
图中：硅基本体110
型腔111
硅通孔112
盲孔113
反光层120
反光层开口图形121
填充剂131
粘合剂141
贴片胶151
贴片胶开口152
导电胶161
LED芯片200
LED芯片电极210
ESD保护芯片300
ESD保护芯片电极310
透光层410
荧光粉层510
绝缘层Ⅰ610
绝缘层Ⅰ开口611
绝缘层Ⅱ620
金属层Ⅰ711、712、713
金属层Ⅱ721、722、723
金属层Ⅲ731、732
保护层800
保护层开口Ⅰ801
保护层开口Ⅱ802
保护层开口Ⅲ803
金属引线900。
具体实施方式
参见图1，本实用新型一种ESD保护的LED封装结构，其将LED芯片200和ESD保护芯片300以嵌入的方式整合封装于硅基本体110内，并实现彼此之间以及与外界基板的电气连接。其中，LED芯片200和ESD保护芯片300均可以一个或一个以上，以实现多功能的集成。
本实用新型一种ESD保护的LED封装结构，如图1至4所示，具体地，硅基本体110的一面设有下凹的能容纳LED芯片200的型腔111、另一面设有若干个硅通孔112和盲孔113，硅通孔112位于型腔111的下方、盲孔113位于硅通孔112的一侧。一般地，硅通孔112的个数不少于LED芯片电极210的个数，盲孔113可以一个或一个以上。硅通孔112的横截面形状为圆形、矩形或多边形，根据实际需要采用合适的形状。盲孔113的横截面形状也可为圆形、矩形或多边形，其深度以能容纳ESD保护芯片电极310为准。
LED芯片200设置于型腔111内，其LED芯片电极210朝向型腔111的内侧，其通过半导体工艺的倒装工艺倒置在型腔111的底部，并用贴片胶151将其固定，并在硅通孔112内对应LED芯片电极210处开设贴片胶开口152。
硅基本体110的型腔111内壁光滑，具有一定的反射和折射光线的作用，为了提升其对光的作用，一般在型腔111内壁设置银、铝等材质的反光层120。反光层120于型腔111的底部留有反光层开口图形121，以容纳LED芯片电极210，并使LED芯片电极210与反光层120绝缘。型腔111上方设置玻璃、有机树脂等透光性能优良的透光层410，透光层410的设置还有助于提高LED芯片封装结构在耐候性方面的特性，特别是在户外环境，环境温度、湿度等都将直接影响LED灯珠的使用寿命。透光层410通过粘合剂141与型腔111固连，粘合剂141可以是一般粘合胶，也可以是硅胶。一般地，型腔111内也可以填充硅胶等填充剂131，以提高LED芯片200在型腔111内的可靠性。透光层410的面向型腔111的表面也可以涂布荧光粉层510，以实现白光的出射。用圆片级封装的方式形成的荧光粉层510均匀一致，可以有效地提升LED封装结构的光学分级测试良率。当然，荧光粉物质也可以混合于型腔111内的填充剂131 中。
在硅基本体110的另一面的硅通孔112和盲孔113的内壁均设置绝缘层Ⅰ610，绝缘层Ⅰ610可以向外延展至硅通孔112和/或盲孔113所在的硅基本体110的表面。在各个硅通孔112内的绝缘层Ⅰ610上分别设置独立的多层金属层，多层金属层可以由金属层Ⅰ711、712、713；金属层Ⅱ721、722、723和金属层Ⅲ731、732组成。其中，金属层Ⅰ711、712分别设置于硅通孔112内的绝缘层Ⅰ610上，在硅通孔112内，金属层Ⅰ711、712通过贴片胶开口152分别与LED芯片电极210连接。金属层Ⅰ711、712为再布线薄铜层，其下端面分别设置金属层Ⅱ721、722；金属层Ⅱ721、722也为再布线薄铜层，顺着金属层Ⅰ711、712附着在硅通孔112内；在金属层Ⅱ721、722上设置厚锡层的金属层Ⅲ731、732，使金属层Ⅲ731、732填平硅通孔112。LED芯片200通过LED芯片电极210与硅通孔112内填充的多层金属层实现电气连通。
盲孔113内的绝缘层Ⅰ610上设置金属层Ⅰ713，带有ESD保护芯片电极310的ESD保护芯片300设置于盲孔113内，ESD保护芯片电极310朝向盲孔113的外侧，ESD保护芯片300的ESD保护芯片电极310的另一侧通过导电胶161固定于金属层Ⅰ713上，ESD保护芯片电极310上设置与外界基板联系的再布线薄铜层的金属层Ⅱ723，并且在金属层Ⅰ713与金属层Ⅱ723之间设置绝缘层Ⅱ620。由金属层Ⅰ713和金属层Ⅱ723构成的多层金属层与分布于每一硅通孔112处的多层金属层彼此独立。其中ESD保护芯片300的金属层Ⅰ713通过设置于其一侧的金属引线900与LED芯片200的LED芯片电极210之一的金属层Ⅰ711或金属层Ⅰ712的连接，实现ESD保护芯片300与LED芯片200的串联或并联关系。金属引线900的材质可以与金属层Ⅰ711、712、713的材质相同，也可以不同。
一般地，对应LED芯片电极210的N极电极和P极电极，与LED芯片电极210的N极电极对应的金属层Ⅲ731为N极导电金属层、与LED芯片电极210的P极电极对应的金属层Ⅲ732为P极导电金属层；与ESD保护芯片300的ESD保护芯片电极310连接的金属层Ⅱ723为P极导电金属层、与ESD保护芯片电极310的另一侧连接的金属层Ⅰ713为N极导电金属层；若ESD保护芯片300的金属层Ⅰ713通过金属引线900与LED芯片200的N极电极的金属层Ⅰ711连接，则实现了ESD保护芯片300与LED芯片200的并联关系；若ESD保护芯片300的金属层Ⅰ713通过金属引线900与LED芯片200的P极电极的金属层Ⅰ712连接，则实现了ESD保护芯片300与LED芯片200的串联关系。ESD保护芯片300与LED芯片200的串联或并联关系的确定由实际需要确定。
本实用新型多层金属层的设置，增加了散热通路，大大降低了封装热阻，提升了LED芯片的使用性能与寿命。在多层金属层的外围和在多层金属层的彼此之间的间隙内设置保护层800，并开设保护层开口Ⅰ801、保护层开口Ⅱ802、保护层开口Ⅲ803，分别露出LED芯片200的P极导电金属层和N极导电金属层、ESD保护芯片300的P极导电金属层。
本实用新型的ESD保护的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ESD保护的LED封装结构，包括硅基本体（110）和带有LED芯片电极（210）的LED芯片（200），所述硅基本体（110）的一面设有型腔（111），所述LED芯片（200）设置于型腔（111）内、其LED芯片电极（210）朝向型腔（111）的内侧，所述型腔（111）上方设置透光层（410），所述透光层（410）通过粘合剂（141）与型腔（111）固连，
其特征在于：所述硅基本体（110）的另一面设有若干个孔，所述孔包括硅通孔（112）和盲孔（113），所述硅通孔（112）位于型腔（111）的下方、盲孔（113）位于硅通孔（112）的一侧，所述硅通孔（112）和盲孔（113）的内壁均设置绝缘层Ⅰ（610），在各个孔内的所述绝缘层Ⅰ（610）上分别设置独立的多层金属层，所述LED芯片（200）通过所述LED芯片电极（210）与硅通孔（112）内填充的所述多层金属层实现电气连通；
还包括带有ESD保护芯片电极（310）的ESD保护芯片（300），所述ESD保护芯片（300）设置于盲孔（113）内的所述多层金属层之间，并实现电气连通，所述多层金属层之间设置绝缘层Ⅱ（620），所述ESD保护芯片（300）通过金属引线（900）与所述LED芯片（200）实现串联或并联，所述金属引线（900）设置于所述多层金属层的一侧；
在所述多层金属层的外围和在所述多层金属层的彼此之间的间隙内设置保护层（800），并开设保护层开口，所述保护层开口露出部分所述多层金属层的最外层。
2.根据权利要求1所述的ESD保护的LED封装结构，其特征在于：所述绝缘层Ⅰ（610）向外延展至硅通孔（112）和/或盲孔（113）所在的硅基本体（110）的表面。
3.根据权利要求2所述的ESD保护的LED封装结构，其特征在于：所述多层金属层包括金属层Ⅰ（711、712、713）、金属层Ⅱ（721、722、723）和/或金属层Ⅲ（731、732）。
4.根据权利要求3所述的ESD保护的LED封装结构，其特征在于：所述金属层Ⅰ（711、712）设置于硅通孔（112）内的所述绝缘层Ⅰ（610）上，在硅通孔（112）的顶部，所述金属层Ⅰ（711、712）分别与LED芯片电极（210）连接，所述金属层Ⅰ（711、712）的表面设置金属层Ⅱ（721、722），在所述金属层Ⅱ（721、722）的表面设置金属层Ⅲ（731、732）。
5.根据权利要求4所述的ESD保护的LED封装结构，其特征在于：在所述LED芯片（200）与金属层Ⅰ（711、712）之间设置贴片胶（151），并于硅通孔（112）的顶部处开设贴片胶开口（152），所述金属层Ⅰ（711、712）与LED芯片（200）通过贴片胶开口（152）连接。
6.根据权利要求3所述的ESD保护的LED封装结构，其特征在于：所述金属层Ⅰ（713）设置于盲孔（113）内的所述绝缘层Ⅰ（610）上，所述ESD保护芯片（300）通过导电胶（161）固定于盲孔（113）内，所述ESD保护芯片电极（310）朝向盲孔（113）的外侧，并在其上设置所述金属层Ⅱ（723），所述金属层Ⅰ（713）与金属层Ⅱ（723）之间设置绝缘层Ⅱ（620）。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的ESD保护的LED封装结构，其特征在于：所述盲孔（113）的横截面形状为圆形、矩形或多边形。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的ESD保护的LED封装结构，其特征在于：所述透光层（410）的面向型腔（111）的表面设置荧光粉层（510）。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的ESD保护的LED封装结构，其特征在于：所述型腔（111）内设置填充剂（131）。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的ESD保护的LED封装结构，其特征在于：所述型腔（111）的内壁设置反光层（120）。
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