一種帶有熱電分離結構的圓片級led的封裝結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構，屬于半導體封裝【技術領域】。其在硅基本體（1）的正面設置下凹的型腔（12），LED芯片（2）通過金屬柱（22）倒裝于型腔（12）的底部，硅基本體（1）的背面設置起導電作用的下層再布線金屬層Ⅰ（321）和下層再布線金屬層Ⅱ（322）、起散熱作用的下層再布線金屬層Ⅲ（323），芯片電極（21）經硅通孔（11）與下層再布線金屬層Ⅰ（321）和下層再布線金屬層Ⅱ（322）實現電氣連通，下層再布線金屬層Ⅲ（323）設置于LED芯片（2）的正下方。本實用新型通過設計有利于LED芯片散熱的倒裝封裝基板和熱電分離結構，提升了LED芯片到封裝體外引腳的散熱性能，顯著降低了封裝結構的熱阻。
【專利說明】—種帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構，屬于半導體封裝【技術領域】。
【背景技術】
[0002]大功率LED在照明、汽車電子、顯示等領域有諸多應用，但大功率LED產品在實際應用中最為關注的是產品壽命與發光效率，即單位功率的流明數。影響LED產品壽命與發光效率的主要因素除芯片本身外，主要在于封裝結構的設計，尤其是LED芯片發光面產生的熱(約占輸入功率的25%)如何通過封裝結構傳出封裝體外，成為大功率LED封裝性能表現優劣的關鍵。如圖1所示，傳統的大功率LED芯片采用正裝結構，LED芯片4置于光學透鏡I內，封裝是通過引線鍵合的方式(電極引線2)將外加電流(或電壓)加載給LEDLED芯片2，這種封裝結構的不足在于LEDLED芯片2發光面在藍寶石基體上，如圖2所示，其散熱通道中藍寶石、藍寶石與陶瓷基板(或預包封引線框架基板)(基板3)之間的界面材料均會成為其散熱通路的主要障礙，其熱阻值偏高，在8-15°C /ff (差異源于基板導熱系數的不同)。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的在于克服上述LED芯片的封裝結構的不足，提供一種提升LED芯片到封裝體外的散熱性能的帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構。
[0004]本實用新型的目的是這樣實現的:
[0005]本實用新型一種帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構，其包括硅基本體、帶有若干個芯片電極的LED芯片和填充物II，所述硅基本體的上表面設有下凹的型腔，所述型腔的底部表面設有絕緣層I，所述LED芯片倒裝于型腔的底部，所述填充物II填充型腔，
[0006]所述絕緣層I的表面設有選擇性不連續排布的上層再布線金屬層I和上層再布線金屬層II，所述上層再布線金屬層I和上層再布線金屬層II的表面設置金屬柱，所述LED芯片的芯片電極通過金屬柱分別與上層再布線金屬層I和上層再布線金屬層II連接，所述上層再布線金屬層I與上層再布線金屬層II于相鄰的所述芯片電極之間斷開，
[0007]所述型腔的下方設置有若干個硅通孔，所述硅通孔設置于LED芯片的垂直區域之夕卜，且其上端口不大于其下端口，
[0008]所述硅通孔的內壁和硅基本體I的下表面設置絕緣層II，所述絕緣層II于硅通孔的頂部形成開口，所述開口向上貫穿絕緣層I，且露出上層再布線金屬層I和上層再布線金屬層II的下表面，所述絕緣層II的表面設置不連續排布的下層再布線金屬層1、下層再布線金屬層I1、下層再布線金屬層III，所述下層再布線金屬層I下層再布線金屬層II 一端覆蓋硅通孔，并通過開口分別與上層再布線金屬層1、上層再布線金屬層II對應連接，其另一端形成輸入/輸出端，
[0009]所述下層再布線金屬層III位于LED芯片的正下方，且與下層再布線金屬層1、下層再布線金屬層II隔離。
[0010]本實用新型所述金屬柱的個數不止兩個。
toon] 本實用新型還包括填充物I，所述填充物I填充芯片與上層再布線金屬層1、上層再布線金屬層II之間的空間。
[0012]本實用新型所述下層再布線金屬層1、下層再布線金屬層II除輸入/輸出端外的剩余表面覆蓋保護層。
[0013]本實用新型所述填充物II的上表面呈凸面。
[0014]本實用新型所述LED芯片的發光面涂覆熒光物質或于填充物II內混合熒光物質。
[0015]本實用新型在所述填充物II的上表面涂覆熒光物質。
[0016]本實用新型所述熒光物質的表面設置透鏡。
[0017]本實用新型所述硅基本體的型腔的上沿整體設有臺階，所述臺階有若干級，所述熒光物質填充臺階所在的水平區域，所述熒光物質的表面設置透鏡。
[0018]本實用新型的有益效果是:
[0019]本實用新型通過設計有利于LED芯片散熱的倒裝封裝基板和熱電分離結構，提升了 LED芯片到封裝體外引腳的散熱性能，顯著降低了封裝結構的熱阻。
[0020]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為傳統正裝LED芯片的封裝結構的剖面示意圖；
[0022]圖2為傳統LED芯片結構的剖面示意圖；
[0023]圖3為本實用新型一種帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構的實施例的剖面示意圖；
[0024]圖4為圖3的LED芯片與硅通孔位置關系的正面的示意圖(圖3為圖4的A-A剖面示意圖)；
[0025]圖5為圖3的熱電分離電極組件與硅通孔位置關系的背面的示意圖；
[0026]圖6為本實用新型一種帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構的實施例的變形一的剖面不意圖；
[0027]圖7為本實用新型一種帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構的實施例的變形二的剖面示意圖；
[0028]圖8為本實用新型一種帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構的實施例的變形三的剖面示意圖；
[0029]圖9為本實用新型一種帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構的實施例的變形四的剖面示意圖；
[0030]其中，硅基本體I
[0031]硅通孔11
[0032]型腔12
[0033]臺階121
[0034]絕緣層I 13
[0035]絕緣層I開口 131
[0036]絕緣層II 14
[0037]開口15
[0038]LED 芯片 2
[0039]芯片電極21
[0040]金屬柱22
[0041]上層再布線金屬反射層I 311
[0042]上層再布線金屬反射層II 312
[0043]下層再布線金屬層I 321
[0044]下層再布線金屬層II 322
[0045]下層再布線金屬層III 323
[0046]輸入/ 輸出端 3211、3221
[0047]熒光物質4
[0048]填充物I 51
[0049]填充物II 52
[0050]透鏡53
[0051]保護層6。
【具體實施方式】
[0052]現在將在下文中參照附圖更加充分地描述本實用新型，在附圖中示出了本實用新型的示例性實施例，從而本公開將本實用新型的范圍充分地傳達給本領域的技術人員。然而，本實用新型可以以許多不同的形式實現，并且不應被解釋為限制于這里闡述的實施例。
[0053]實施例，參見圖3至圖9
[0054]本實用新型一種帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構，硅基本體I的上表面設有下凹的型腔12，型腔12的底部表面設有絕緣層I 13，絕緣層I 13的表面設有選擇性不連續排布的上層再布線金屬反射層I 311和上層再布線金屬反射層II 312，上層再布線金屬反射層I 311和上層再布線金屬反射層II 312為設有再布線層的鋁層或銀層。上層再布線金屬反射層I 311、上層再布線金屬反射層II 312的表面設置金屬柱22，金屬柱22的個數不止兩個，通常設置2至9個金屬柱22，如圖3中所示。金屬柱22的上端與芯片電極21之間、金屬柱22的下端與上層再布線金屬反射層I 311、上層再布線金屬反射層II 312之間均有焊錫層或錫銀等低熔點錫基合金層，使金屬柱22為復合層結構，以利于LED芯片2倒裝固定。此兩處的焊錫層或錫基合金層未示出。
[0055]帶有兩個芯片電極21的LED芯片2倒裝于型腔12的底部，左側的芯片電極21通過3個金屬柱22與同側的上層再布線金屬反射層I 311連接，右側的芯片電極21通過I個金屬柱22與同側的上層再布線金屬反射層II 312連接。上層再布線金屬反射層I 311與上層再布線金屬反射層II 312于相鄰的芯片電極21之間斷開，以避免短路。
[0056]型腔12的下方設置有4個娃通孔11,如圖4中所不，娃通孔11設置于LED芯片2的垂直區域之外。硅通孔11上端口不大于其下端口，其縱切面呈梯形狀、直孔狀或開口向下的喇叭孔狀。
[0057]硅通孔11的內壁和硅基本體I的下表面設置絕緣層II 14，絕緣層II 14于硅通孔11的頂部形成向上貫穿絕緣層I 13的開口 15，且開口 15露出上層再布線金屬反射層
I311和上層再布線金屬反射層II 312的下表面。絕緣層II 14的表面設置不連續排布的下層再布線金屬層I 321、下層再布線金屬層II 322、下層再布線金屬層III 323。如圖5中所示，下層再布線金屬層I 321、下層再布線金屬層II 322 —端覆蓋硅通孔11，并通過開口15分別與上層再布線金屬反射層I 311、上層再布線金屬反射層II 312對應連接，其另一端形成輸入/輸出端3211、3221，起導電作用。下層再布線金屬層III 323位于LED芯片2的正下方，且與下層再布線金屬層I 321、下層再布線金屬層II 322隔離。下層再布線金屬層I 321、下層再布線金屬層II 322、下層再布線金屬層III 323的表面還可以設置化學鍍的鎳/金層或化學鍍的錫層，圖中未示出，以防止金屬銅表面氧化，或滿足焊接可靠性的要求。
[0058]保護層6設置于下層再布線金屬層I 321、下層再布線金屬層II 322的除輸入/輸出端3211、3221外的剩余表面，以確保下層再布線金屬層III 323與下層再布線金屬層
I321、下層再布線金屬層II 322隔離。下層再布線金屬層III 323起散熱作用，其延展面積越大越好。
[0059]型腔12內填充覆蓋LED芯片2的硅膠、光學樹脂等填充物II 52，其上表面呈凸面，類似凸透鏡狀，以匯聚光線，如圖3所示。
[0060]在LED芯片2的發光面涂覆熒光物質4，并選擇發藍色光的LED芯片2，通過藍光激發黃色熒光物質以獲得白光，形成大功率的白光LED的封裝結構，如圖6所示。該熒光物質4也可以混合于填充物II 52，與填充物II 52 一起成形。
[0061]填充物II 52的上表面呈平面，其上涂覆熒光物質4，選擇發藍色光的LED芯片2，通過藍光激發黃色熒光物質以獲得白光，也可以形成大功率的白光LED的封裝結構，如圖7所示。為匯聚光線，可以在熒光物質4的表面設置透鏡53，如圖8所示。
[0062]硅基本體I的型腔12的上沿整體設有若干級臺階121，填充物II 52填充型腔12至臺階121附近，其上表面呈平面，熒光物質4填充型腔12剩余的臺階121所在的水平區域。選擇發藍色光的LED芯片2，通過藍光激發黃色熒光物質以獲得白光，也可以形成大功率的白光LED的封裝結構，如圖9所示。為匯聚光線，可以在熒光物質4的表面也可設置透鏡53。
[0063]本實用新型一種帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構不限于上述優選實施例，如實際封裝過程中，LED芯片2與上層再布線金屬反射層I 311、上層再布線金屬反射層II 312之間的空間還會利用硅膠等填充物I 51填充，以避免填充物II 52填充型腔12時造成的虛填充，如圖3所示。
[0064]通過設計硅通孔11的個數及其排布方式，可以實現重新排布LED芯片2的輸入/輸出，硅通孔11的個數根據實際需要確定；下層再布線金屬層I 321和下層再布線金屬層
II322與硅通孔11可以一對一設置；一個下層再布線金屬層I 321或下層再布線金屬層
II322也可以同側覆蓋兩個以上硅通孔11 ;LED芯片2可以帶有不止兩個芯片電極21，LED芯片2也可以不止一個，通過R G B混光也可以獲得白光。
[0065]任何本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本實用新型權利要求所界定的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構，其包括硅基本體(I)、帶有若干個芯片電極(21)的LED芯片(2)和填充物II (52)，所述硅基本體(I)的上表面設有下凹的型腔(12)，所述型腔(12)的底部表面設有絕緣層I (13)，所述LED芯片(2)倒裝于型腔(12)的底部，所述填充物II (52)填充型腔(12)， 其特征在于:所述絕緣層I (13)的表面設有選擇性不連續排布的上層再布線金屬反射層I (311)和上層再布線金屬反射層II (312)，所述上層再布線金屬反射層I (311)和上層再布線金屬反射層II (312)的表面設置金屬柱(22)，所述LED芯片(2)的芯片電極(21)通過金屬柱(22)分別與上層再布線金屬反射層I (311)和上層再布線金屬反射層II (312)連接，所述上層再布線金屬反射層I (311)與上層再布線金屬反射層II (312)于相鄰的所述芯片電極(21)之間斷開， 所述型腔(12 )的下方設置有若干個硅通孔(11)，所述硅通孔(11)設置于LED芯片(2 )的垂直區域之外，且其上端口不大于其下端口， 所述硅通孔(11)的內壁和硅基本體(I)的下表面設置絕緣層II (14)，所述絕緣層II(14)于硅通孔(11)的頂部形成開口(15)，所述開口(15)向上貫穿絕緣層I (13)，且露出上層再布線金屬反射層I (311)和上層再布線金屬反射層11(312)的下表面，所述絕緣層II(14)的表面設置不連續排布的下層再布線金屬層I (321)、下層再布線金屬層II (322)、下層再布線金屬層111(323)，所述下層再布線金屬層I (321)、下層再布線金屬層II (322) 一端覆蓋硅通孔(11)，并通過開口(15)分別與上層再布線金屬反射層I (311)、上層再布線金屬反射層II (312)對應連接，其另一端形成輸入/輸出端(3211、3221)， 所述下層再布線金屬層111(323)位于LED芯片(2)的正下方，且與下層再布線金屬層I(321)、下層再布線金屬層II (322)隔離。
2.根據權利要求1所述的帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構，其特征在于:所述金屬柱(22)的個數不止兩個。
3.根據權利要求1所述的帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構，其特征在于:還包括填充物I (51)，所述填充物I (51)填充LED芯片(2)與上層再布線金屬反射層I(311)、上層再布線金屬反射層II (312)之間的空間。
4.根據權利要求1所述的帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構，其特征在于:所述下層再布線金屬層I (321)、下層再布線金屬層11 (322)除輸入/輸出端(3211、3221)外的剩余表面覆蓋保護層(6 )。
5.根據權利要求1所述的帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構，其特征在于:所述填充物II (52)的上表面呈凸面。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構，其特征在于:所述LED芯片(2)的發光面涂覆熒光物質(4)或于填充物II (52)內混合熒光物質(4)。
7.根據權利要求1至4中任一項所述的帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構，其特征在于:在所述填充物II (52)的上表面涂覆熒光物質(4)。
8.根據權利要求7所述的帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構，其特征在于:所述熒光物質(4)的表面設置透鏡(53)。
9.根據權利要求7所述的帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構，其特征在于:所述硅基本體(I)的型腔(12)的上沿整體設有臺階(121)，所述臺階(121)有若干級，所述熒光物質(4)填充臺階(121)所在的水平區域。
10.根據權利要求9所述的帶有熱電分離結構的圓片級LED的封裝結構，其特征在于:所述熒光物質(4)的表面設置透鏡(53)。
【文檔編號】H01L33/48GK204067418SQ201420356860
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年7月1日 優先權日:2014年7月1日
【發明者】張黎, 賴志明, 陳棟, 陳錦輝 申請人:江陰長電先進封裝有限公司