CN216054776U - 新型微型led封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种新型微型LED封装结构，包括：倒装LED芯片；围设于倒装LED芯片四周发光侧表面的第一芯片保护层；于倒装LED芯片电极相对的发光侧设置于第一芯片保护层和倒装LED芯片发光侧表面的荧光胶层；于倒装LED芯片电极侧分别设置于芯片电极及电极对应一侧第一芯片保护层表面的刚性支撑层，刚性支撑层由芯片电极向其对应一侧第一芯片保护层的方向延伸；及设置于刚性支撑层表面的焊接金属层。有效解决现有微型LED邦定作业中易出现的芯片偏移、翻转等不良问题。

Description

新型微型LED封装结构

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，尤其是一种新型微型LED封装结构。

背景技术

微型LED是将传统的LED结构薄膜化、微小化及矩阵化之后，采用CMOS集成电路工艺制成驱动电路，实现LED背光源中每个像素点定址控制和单独驱动的显示技术。由于微型LED技术的亮度、对比度、反应时间、可视角度、分辨率等各种指标都强于LCD和OLED技术，加上自发光、结构简单、体积小及节能的优点，已经受到了广泛的关注。

从工艺路线上看，微型LED的封装一般采用小尺寸倒装芯片和基板进行邦定(Bonding)作业之后进一步进行胶水的封装操作完成。对于微米级的微型LED来说，芯片焊盘面积较小，且基板上的焊盘面积相对芯片焊盘面积较大，在Bonding过程中，极易出现芯片偏移、翻转等不良，严重影响封装效率和产品良率。

实用新型内容

为了克服以上不足，本实用新型提供了一种新型微型LED封装结构，有效解决现有微型LED邦定作业中易出现的芯片偏移、翻转等不良问题。

本实用新型提供的技术方案为：

一种新型微型LED封装结构，包括：

倒装LED芯片；

围设于所述倒装LED芯片四周发光侧表面的第一芯片保护层；

于所述倒装LED芯片电极相对的发光侧设置于所述第一芯片保护层和倒装LED芯片发光侧表面的荧光胶层；

于所述倒装LED芯片电极侧分别设置于芯片电极及电极对应一侧第一芯片保护层表面的刚性支撑层，所述刚性支撑层由芯片电极向其对应一侧第一芯片保护层的方向延伸；及

设置于所述刚性支撑层表面的焊接金属层。

进一步优选地，在所述新型微型LED封装结构中，单侧刚性支撑层的面积大于芯片电极的面积。

进一步优选地，所述新型微型LED封装结构中还包括粘附金属层，设置于芯片电极及电极对应一侧第一芯片保护层表面，由芯片电极向其对应一侧第一芯片保护层的方向延伸，且单侧粘附金属层的面积大于芯片电极的面积；所述刚性支撑层设置于所述粘附金属层表面；和/或

所述新型微型LED封装结构中还包括阻挡金属层，设置于刚性支撑层和焊接金属层之间。

进一步优选地，所述新型微型LED封装结构中还包括设置于所述倒装LED芯片电极侧第一芯片保护层表面的第二芯片保护层，所述第二芯片保护层的高度不高于芯片电极的高度；

所述刚性支撑层设置于芯片电极及电极对应一侧第二芯片保护层表面，由芯片电极向其对应一侧第二芯片保护层的方向延伸，且单侧刚性支撑层的面积大于芯片电极的面积。

进一步优选地，所述第二芯片保护层的材料与所述第一芯片保护层的材料相同；或所述第二芯片保护层为掺杂有光反射颗粒的光反射层。

进一步优选地，所述新型微型LED封装结构还包括填充于所述倒装LED芯片电极之间绝缘层，所述绝缘层的高度不高于芯片电极的高度。

进一步优选地，所述绝缘层的材料与所述第二芯片保护层的材料相同。

进一步优选地，所述新型微型LED封装结构中还包括粘附金属层，设置于芯片电极及电极对应一侧第二芯片保护层表面，由芯片电极向其对应一侧第二芯片保护层的方向延伸，且单侧粘附金属层的面积大于芯片电极的面积；所述刚性支撑层设置于所述粘附金属层表面；和/或

所述新型微型LED封装结构中还包括阻挡金属层，设置于刚性支撑层和焊接金属层之间。

本实用新型提供的新型微型LED封装结构，至少能够带来以下有益效果：

1.在倒装LED芯片四周围第一芯片保护层之后，基于该第一芯片保护层在芯片电极一侧直接沉积刚性支撑层和焊接金属层并进行图形化处理，在后续应用，如车用背光显示(可增加行车显示的清晰度，提升形成安全)、手机闪光灯、其他电子产品的指示灯等应用场景中，直接通过芯片电极侧沉积的焊接金属层进行焊接封装，由于沉积的焊接金属层由芯片电极向其对应一侧第一芯片保护层的方向延伸，实现了微型LED芯片焊盘面积的扩大，在应用中可以直接利用常规的SMT产线进行Bonding作业，无需进行常规的Bonding操作，避免由于芯片焊盘面积过小出现的芯片偏移、翻转等不良，保证模组贴片成品率和效率的同时无需新增高精度的设备投资。另外，由于刚性支撑层和焊接金属层直接沉积在芯片电极侧表面，相对于基板类封装结构来说，可以大大降低封装产品的厚度，且去除了基板能够解决微型LED产品在各个应用场景中推广面临的成本问题，扩大封装产品的应用领域。

2.在该新型微型LED封装结构中，在倒装LED芯片电极侧第一芯片保护层的表面设置第二芯片保护层，当第二芯片保护层为掺杂有光反射颗粒的光反射层时，进一步减少光的损失。

3.在新型微型LED封装结构的封装方法中，在倒装LED芯片电极侧的第一芯片保护层及倒装LED芯片表面形成一层芯片保护材料并固化之后，采用研磨这种物理的方式对芯片保护材料进行去除至露出芯片电极，从而有效避免使用化学方式去除对芯片保护层的性能造成影响，提升封装产品的性能。

附图说明

图1为本实用新型LED封装结构一种实施方式结构示意图；

图2为本实用新型LED封装结构另一种实施方式结构示意图；

图3～图9为本实用新型一实例中LED封装结构制备方法流程图。

附图标记：

10-倒装LED芯片，11-芯片电极，20-第一芯片保护层，30-粘附金属层，40-刚性支撑层/阻挡金属层/焊接金属层，50-第二芯片保护层，60-绝缘层，70-荧光胶层，80-载板，41-Ti，42-Cu，43-Ni/Au。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施案例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。

本实用新型的第一种实施例，一种新型微型LED封装结构，包括：倒装LED芯片；围设于倒装LED芯片四周发光侧表面的第一芯片保护层；于倒装LED芯片电极相对的发光侧设置于第一芯片保护层和倒装LED芯片发光侧表面的荧光胶层；于倒装LED芯片电极侧分别设置于芯片电极及电极对应一侧第一芯片保护层表面的刚性支撑层，刚性支撑层由芯片电极向其对应一侧第一芯片保护层的方向延伸；及设置于刚性支撑层表面的焊接金属层。

在本实施例中，在倒装LED芯片四周围设置对芯片进行保护的第一芯片保护层，并基于该第一芯片保护层在芯片电极一侧制备与芯片电极对应的刚性支撑层，达到扩开芯片电极面积的目的。这里，刚性支撑层的材料应同时具备导电和固化后具备一定刚性能够支撑整个新型微型LED封装结构的特点，如一实例中，刚性支撑层为厚5～100μm的Cu层，制备过程中可以采用蒸镀、溅射或化学镀的方式形成一定厚度的Cu层之后，进一步在其表面通过电镀的方式形成。在实际应用中，还可以采用如Al、Ag的材料进行制备，只要能够实现本实施例的目的均可。焊接金属层可以采用任意能够实现焊接的金属材料，如Au等，厚度为

(埃)。对于第一芯片保护层的制备，可以由硅胶制备而成，也可以由掺杂有荧光粉的硅胶制成。在其他实施例中，为了提升产品硬度，还可以在硅胶材料中添加适量的SiO₂颗粒对第一芯片保护层进行制备。

对于刚性支撑层和焊接金属层的位置，限定为芯片电极两侧表面，分别针对芯片的两个电极制备对应的刚性支撑层和焊接金属层，覆盖芯片电极及其侧边的第一芯片保护层表面。对于其形状和大小，这里均不作限定，可以根据实际应用进行调整，只要能够实现微型LED芯片焊盘面积扩大的目的即可，如，单侧刚性支撑层和焊接金属层覆盖单侧芯片电极并延除了两个芯片电极中间方向的其他任意一个或两个甚至三个方向扩开，形成规则(如方形等)或不规则的焊盘结构；又如，单侧刚性支撑层和焊接金属层未完全覆盖单侧芯片电极并延除了两个芯片电极中间方向的其他任意一个或两个甚至三个方向扩开，形成规则或不规则的焊盘结构。在实际应用中，为了便于制备，单侧刚性支撑层的面积大于芯片电极的面积，单侧刚性支撑层和焊接金属层覆盖单侧芯片电极并延除了两个芯片电极中间方向的其他三个方向扩开，形成规则方形焊盘结构。另外，焊接金属层可以完全覆盖刚性支撑层，也可以部分覆盖，根据实际应用需求进行调整即可。

在本实施例中，新型微型LED封装结构为微米级别大小，大小在500*500μm以内，甚至在100*100μm以内。内部封装的倒装LED芯片可以为发出任意特定颜色光的LED芯片，如蓝光LED芯片、绿光LED芯片、红光LED芯片等，可以根据应用需求进行调整。荧光胶层为掺杂有荧光粉的硅胶层，能够在倒装LED芯片出射光的激发下发出对应其他颜色的光。

对上述实施例进行改进得到本实施例，在本实施例中，新型微型LED封装结构除了包括倒装LED芯片、第一芯片保护层、荧光胶层、刚性支撑层及焊接金属层之外，还包括粘附金属层，设置于芯片电极及电极对应一侧第一芯片保护层表面，由芯片电极向其对应一侧第一芯片保护层的方向延伸，且单侧粘附金属层的面积大于芯片电极的面积；刚性支撑层设置于粘附金属层表面；新型微型LED封装结构中还包括阻挡金属层，设置于刚性支撑层和焊接金属层之间。

为了提高刚性支撑层与第一芯片保护层之间的粘附性，本实施例中在形成刚性支撑层之前使用Ti、Ni、Ag等形成一层粘附金属层，厚度为

实际应用中可以采用蒸镀、溅射、化学镀等方式形成。阻挡金属层可以由Ni、Cr、Pt等材料形成，厚度为

形成于刚性支撑层与焊接金属层之间，目的在于阻挡LED器件在焊接过程中，锡膏的扩散，破坏焊接金属层与支撑层的界面，导致分层和剥离现象。

本实施例中，在芯片电极侧形成的焊盘结构包括4层，分别为粘结金属层、刚性支撑层、阻挡金属层和焊接金属层，在实际应用中，各层使用的材料及厚度都可以根据项目需求进行调整，这里不做具体限定，只要形成的这一结构能够很好的粘附于芯片电极侧表面、能够支撑整个新型微型LED封装结构及便于焊接即可。

对上述实施例进行改进得到本实施例，如图1所示，在本实施例中，新型微型LED封装结构除了包括倒装LED芯片10、第一芯片保护层20、荧光胶层70、刚性支撑层、焊接金属层、粘附金属层30及阻挡金属层(刚性支撑层/阻挡金属层/焊接金属层三层的附图标记40)之外，还包括设置于倒装LED芯片电极侧第一芯片保护层20表面的第二芯片保护层50，该第二芯片保护层50的高度不高于芯片电极11的高度；刚性支撑层设置于芯片电极11及电极对应一侧第二芯片保护层50表面，由芯片电极11向其对应一侧第二芯片保护层50的方向延伸，且单侧刚性支撑层的面积大于芯片电极的面积。

在本实施例中，除了在倒装LED芯片四周设置第一芯片保护层之外，在芯片电极侧第一芯片保护层表面还设置有第二芯片保护层。在实际应用中，该第二芯片保护层的材料可以与第一芯片保护层的材料相同，也可以不同，包括第二芯片保护层为掺杂有如TiO₂、SiO₂等光反射颗粒的光反射层。如，一实例中，第一芯片保护层和第二芯片保护层的材料均为硅胶；另一实例中，第一芯片保护层为硅胶层，第二芯片保护层为均匀掺杂有TiO₂的硅胶层。

对上述实施例进行改进得到本实施例，如图2所示，在本实施例中，新型微型LED封装结构除了包括倒装LED芯片10、第一芯片保护层20、荧光胶层70、刚性支撑层、焊接金属层、粘附金属层30、阻挡金属层(刚性支撑层/阻挡金属层/焊接金属层三层的附图标记40)及第二芯片保护层50之外，还包括填充于倒装LED芯片电极之间绝缘层60，该绝缘层60的高度不高于芯片电极的高度。在实际应用中，绝缘层60的材料可以与第二芯片保护层50的材料相同，也可以不同，且绝缘层的材料可以根据实际应用进行选定，只要能够将两个芯片电极的电性隔绝开即可。如一实例中，第二芯片保护层50为均匀掺杂有TiO₂的硅胶层，该绝缘层60同样为均匀掺杂有TiO₂的硅胶层。

本实用新型的另一实施例，一种新型微型LED封装结构制备方法，包括：

S10提供一载板，并于所述载板表面形成一荧光胶层；

S20将倒装LED芯片规则排列于荧光胶层表面；

S30于倒装LED芯片之间的间隙填充保护层材料并固化，形成第一芯片保护层；

S40于倒装LED芯片电极侧的第一芯片保护层及倒装LED芯片表面形成一层刚性支撑材料，并通过光刻的方式于芯片电极及电极对应一侧第一芯片保护层表面分别形成刚性支撑层，刚性支撑层由芯片电极向其对应一侧第一芯片保护层的方向延伸；

S50于刚性支撑层表面形成焊接金属层；

S60沿倒装LED芯片之间的切割道进行切割得到单颗新型微型LED封装结构。

在对微型LED封装的过程中，将倒装LED芯片排列好并在芯片之间填充保护层材料形成第一芯片保护层后，在倒装LED芯片电极侧表面采用蒸镀、溅射、化学镀等方式镀一定厚度(如

等)的刚性支撑材料，之后在该刚性支撑材料表面进一步电镀一定厚度的刚性支撑材料，并通过光刻的方式将刚性支撑层形成于第一芯片保护层及芯片电极表面。最后在刚性支撑层表面沉积焊接金属层。

在形成的新型微型LED封装结构中，刚性支撑层的作用是对封装结构进行支撑，故其使用的材料应同时具备导电和固化后具备一定刚性的特点。如一实例中，刚性支撑层为厚5～100μm的Cu层。在实际应用中，还可以采用如Al、Ag的材料进行制备，只要能够实现本实施例的目的均可。焊接金属层可以采用任意能够实现焊接的金属材料，如Au等，厚度为

对于第一芯片保护层的制备，可以由硅胶制备而成，也可以由掺杂有荧光粉的硅胶制成。在其他实施例中，为了提升产品硬度，还可以在硅胶材料中添加适量的SiO₂颗粒对第一芯片保护层进行制备。

对于刚性支撑层和焊接金属层的形状和大小，这里均不作限定，可以根据实际应用进行调整，只要能够实现微型LED芯片焊盘面积扩大的目的即可，如，制备过程中单侧刚性支撑层和焊接金属层覆盖单侧芯片电极并向除了两个芯片电极中间方向的其他任意一个或两个甚至三个方向扩开，形成规则(如方形等)或不规则的焊盘结构；又如，制备过程中单侧刚性支撑层和焊接金属层未完全覆盖单侧芯片电极并向除了两个芯片电极中间方向的其他任意一个或两个甚至三个方向扩开，形成规则或不规则的焊盘结构。在实际应用中，为了便于制备，单侧刚性支撑层的面积大于芯片电极的面积，单侧刚性支撑层和焊接金属层覆盖单侧芯片电极并向除了两个芯片电极中间方向的其他三个方向扩开，形成规则方形焊盘结构。

对上述实施例进行改进得到本实施例，在本实施例中，于倒装LED芯片之间的间隙填充保护层材料并固化，形成第一芯片保护层之后，还包括：于倒装LED芯片电极侧的第一芯片保护层及倒装LED芯片表面依次形成一层粘结金属材料和一层刚性支撑材料，并通过光刻的方式于芯片电极及电极对应一侧第一芯片保护层表面分别形成粘附金属层和刚性支撑层，粘附金属层和刚性支撑层由芯片电极向其对应一侧第一芯片保护层的方向延伸，且单侧粘附金属层和刚性支撑层的面积大于芯片电极的面积；形成刚性支撑层之后，还包括：于刚性支撑层表面形成阻挡金属层。基于此，在刚性支撑层表面形成焊接金属层中具体为：于阻挡金属层表面形成焊接金属层。

为了提高刚性支撑层与第一芯片保护层之间的粘附性，本实施例中在形成刚性支撑层之前使用Ti、Ni、Ag等形成一层粘附金属层，厚度为

阻挡金属层可以由Ni、Cr、Pt等材料形成，厚度为

形成于刚性支撑层与焊接金属层之间，目的在于阻挡LED器件在焊接过程中，锡膏的扩散，破坏焊接金属层与支撑层的界面，导致分层和剥离现象。

本实施例中，在芯片电极侧形成的焊盘结构包括4层，分别为粘结金属层、刚性支撑层、阻挡金属层和焊接金属层。制备过程中，将倒装LED芯片排列好并在芯片之间填充保护层材料形成第一芯片保护层之后，在倒装LED芯片电极侧表面采用蒸镀、溅射、化学镀等方式镀粘附金属层及一定厚度的刚性支撑材料，之后在该刚性支撑材料表面进一步电镀一定厚度的刚性支撑材料，并通过光刻的方式进行图形化处理将粘附金属层和刚性支撑层形成于第一芯片保护层及芯片电极表面。最后在刚性支撑层表面沉积阻挡金属层和焊接金属层。

对上述实施例进行改进得到本实施例，在本实施例中，于倒装LED芯片之间的间隙填充保护层材料并固化，形成第一芯片保护层之后，还包括：于倒装LED芯片电极侧的第一芯片保护层及倒装LED芯片表面形成一层芯片保护材料并固化；对芯片保护材料进行研磨至露出芯片电极，形成第二芯片保护层及倒装LED芯片电极之间的绝缘层；绝缘层的材料与第二芯片保护层的材料相同。

在本实施例中，第一芯片保护层于倒装LED芯片四周不高于电极芯片的高度，以此除了在倒装LED芯片四周设置第一芯片保护层之外，在芯片电极侧第一芯片保护层表面还设置有第二芯片保护层。在实际应用中，该第二芯片保护层的材料可以与第一芯片保护层的材料相同，也可以不同，包括第二芯片保护层为掺杂有如TiO₂、SiO₂等光反射颗粒的光反射层。如，一实例中，第一芯片保护层和第二芯片保护层的材料均为硅胶；另一实例中，第一芯片保护层为硅胶层，第二芯片保护层为均匀掺杂有TiO₂的硅胶层。

在制备过程中，将倒装LED芯片排列好并在芯片之间填充保护层材料形成第一芯片保护层之后，在倒装LED芯片电极侧的第一芯片保护层及倒装LED芯片表面形成一层芯片保护材料并固化，并对芯片保护材料进行研磨至露出芯片电极，形成第二芯片保护层及倒装LED芯片电极之间的绝缘层(这里绝缘层的材料与第二芯片保护层的材料相同)。之后进入如前述实施例中制备粘附金属层、刚性支撑层、阻挡金属层及焊接金属层的步骤。

以下通过一实例对新型微型LED封装结构的制备方法进一步说明：

1.提供一载板80，并在载板80上形成荧光胶层70，如下图3所示；

2.于荧光胶层70表面按照要求的间距对倒装LED芯片10进行排列，芯片焊盘朝上，如图4所示；

3.于芯片沟槽中填入透明硅胶，并对硅胶进行固化，形成由硅胶制备的第一芯片保护层20，如图5所示；

4.于第一芯片保护层20和芯片表面涂覆均匀掺杂有TiO₂的硅胶并固化，对固化后的掺杂有TiO₂的硅胶进行研磨直至露出芯片焊盘形成第二芯片保护层50和绝缘层60，对露出的硅胶层(第二芯片保护层和绝缘层)和Cu金属(芯片电极)进行除油和粗化处理，如图6所示；

5.在芯片焊盘、第二芯片保护层和绝缘层表面蒸镀Ti41/Cu42，厚度分别为

之后在Cu42表面进行电镀处理，厚度为30μm，如图7所示；

6.对蒸镀完成的Ti/Cu表面，按照焊盘图形要求进行图形化光刻和腐蚀(为避免常规湿法去除光刻胶时，去胶液腐蚀硅胶，这里采用研磨的方式对光刻胶进行去除)，形成粘结金属层和刚性支撑层，如图8所示；

7.在露出的Cu表面化学沉Ni/Au43，厚度为

形成阻挡金属层和焊接金属层，如图9所示；

8.化学沉Ni/Au43完成后，进行单颗LED器件切割、测试、分选和包装处理，得到如图2所示的新型微型LED封装结构。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种新型微型LED封装结构，其特征在于，包括：

倒装LED芯片；

围设于所述倒装LED芯片四周发光侧表面的第一芯片保护层；

于所述倒装LED芯片电极相对的发光侧设置于所述第一芯片保护层和倒装LED芯片发光侧表面的荧光胶层；

于所述倒装LED芯片电极侧分别设置于芯片电极及电极对应一侧第一芯片保护层表面的刚性支撑层，所述刚性支撑层由芯片电极向其对应一侧第一芯片保护层的方向延伸；及

设置于所述刚性支撑层表面的焊接金属层。

2.如权利要求1所述的新型微型LED封装结构，其特征在于，在所述新型微型LED封装结构中，单侧刚性支撑层的面积大于芯片电极的面积。

3.如权利要求1所述的新型微型LED封装结构，其特征在于，

所述新型微型LED封装结构中还包括粘附金属层，设置于芯片电极及电极对应一侧第一芯片保护层表面，由芯片电极向其对应一侧第一芯片保护层的方向延伸，且单侧粘附金属层的面积大于芯片电极的面积；所述刚性支撑层设置于所述粘附金属层表面；和/或

所述新型微型LED封装结构中还包括阻挡金属层，设置于刚性支撑层和焊接金属层之间。

4.如权利要求1所述的新型微型LED封装结构，其特征在于，所述新型微型LED封装结构中还包括设置于所述倒装LED芯片电极侧第一芯片保护层表面的第二芯片保护层，所述第二芯片保护层的高度不高于芯片电极的高度；

所述刚性支撑层设置于芯片电极及电极对应一侧第二芯片保护层表面，由芯片电极向其对应一侧第二芯片保护层的方向延伸，且单侧刚性支撑层的面积大于芯片电极的面积。

5.如权利要求4所述的新型微型LED封装结构，其特征在于，所述第二芯片保护层的材料与所述第一芯片保护层的材料相同；或所述第二芯片保护层为掺杂有光反射颗粒的光反射层。

6.如权利要求1或2或3或4或5所述的新型微型LED封装结构，其特征在于，所述新型微型LED封装结构还包括填充于所述倒装LED芯片电极之间绝缘层，所述绝缘层的高度不高于芯片电极的高度。

7.如权利要求4或5所述的新型微型LED封装结构，其特征在于，

所述新型微型LED封装结构中还包括粘附金属层，设置于芯片电极及电极对应一侧第二芯片保护层表面，由芯片电极向其对应一侧第二芯片保护层的方向延伸，且单侧粘附金属层的面积大于芯片电极的面积；所述刚性支撑层设置于所述粘附金属层表面；和/或

所述新型微型LED封装结构中还包括阻挡金属层，设置于刚性支撑层和焊接金属层之间。

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