一種降低大功率led熱阻的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種降低大功率LED熱阻的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法。包括密封層、負(fù)電極、熒光片、金絲、LED芯片、金屬互連層、正電極、通孔、基板、底部正電極、散熱面、底部負(fù)電極。在芯片與基板互連過(guò)程中，芯片封裝于基板中心位置，基板厚度0.7mm，有利于減小擴(kuò)散熱阻；回流焊接時(shí)固晶壓力為2N~3N，大大減少互連層中空洞的產(chǎn)生，從而減小界面熱阻；固晶材料選用AuSn，AuSn材料熱導(dǎo)率高且產(chǎn)生空洞少；這樣封裝方法有利于降低界面熱阻及擴(kuò)散熱阻，提高LED模塊散熱性能，從而改善LED的性能。
【專利說(shuō)明】一種降低大功率LED熱阻的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種降低大功率LED熱阻的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，屬于半導(dǎo)體器件封裝領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率LED隨著其功率、效率、可靠性的不斷提高，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，其潛在的市場(chǎng)前景及經(jīng)濟(jì)價(jià)值不可估量，LED照明的一系列優(yōu)點(diǎn)(亮度高、壽命長(zhǎng)、節(jié)能環(huán)保、色彩鮮艷等)使之成為第四代照明光源。
[0003]為了滿足人們的照明要求，大功率LED可以通過(guò)提高輸入電流來(lái)提高其功率，但LED電光轉(zhuǎn)換效率只有10%~40%，至少有60%的電能在結(jié)點(diǎn)處轉(zhuǎn)化為熱量。若不能及時(shí)將熱量導(dǎo)出，芯片結(jié)點(diǎn)溫度將逐步升高，直接影響LED的光學(xué)性能(如波長(zhǎng)紅移、發(fā)光效率降低，發(fā)光強(qiáng)度降低等)和可靠性(如壽命縮短、色溫質(zhì)量下降等)等。因此降低LED器件熱阻并提高LED性能需要良好的熱設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有封裝技術(shù)存在的缺陷，提供一種降低大功率LED熱阻的封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，通過(guò)在芯片與基板互連過(guò)程中，芯片封裝于基板中心位置，基板厚度0.7mm，有利于減小擴(kuò)散熱阻；回流焊接時(shí)固晶壓力為2曠3N，大大減少互連層中空洞的產(chǎn)生；固晶材料選用AuSn，AuSn材料熱導(dǎo)率高且產(chǎn)生空洞少；這樣封裝方法有利于降低界面熱阻及擴(kuò)散熱阻。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種降低大功率LED熱阻的封裝結(jié)構(gòu)，包括密封層、負(fù)電極、熒光片、金絲、LED芯片、金屬互連層、正電極、通孔、基板、底部正電極、散熱面、底部負(fù)電極；所述LED芯片對(duì)準(zhǔn)基板的中心，通過(guò)回流技術(shù)將LED芯片與正電極連接在一起，互連材料使用金錫焊料，回流結(jié)束后，金錫焊料形成金屬互連層，所述LED芯片通過(guò)金絲與負(fù)電極連接，所述熒光片通過(guò)密封層與基板結(jié)合在一起，所述底部正電極、散熱面、底部負(fù)電極布置在基板的背面。
[0006]一種制造上述的降低大功率LED熱阻的封裝結(jié)構(gòu)的方法，工藝步驟如下:
1)通過(guò)高精度機(jī)械加工技術(shù)制造基板；
2)在正電極、負(fù)電極、底部正電極、底部負(fù)電極的位置進(jìn)行絕緣層制作；
3)在正電極、負(fù)電極、底部正電極、散熱面、底部負(fù)電極的位置依次鍍鎳、鍍金，或者依次鍍鎳、鍍銀；
4)通過(guò)激光打孔技術(shù)或者機(jī)械精加工技術(shù)制作通孔，將正電極、負(fù)電極分別通過(guò)通孔與底部正電極、底部負(fù)電極連通；
5)將金錫焊料涂覆在基板的中心位置，并將LED芯片放置在金錫焊料的上方進(jìn)行回流工藝，固晶壓力為2曠3N;
6)在LED芯片上方灌封硅膠后，在模具預(yù)先制作好熒光片與基板接觸的地方涂覆粘結(jié)材料，通過(guò)紫外光照射直接固化完成熒光片與基板之間的密封。
[0007]所述的基板厚度為0.7mm，所述的基板是硅基板或是陶瓷基板。
[0008]若所述的基板是陶瓷基板，則省略步驟2)的絕緣層的制作，直接覆銅制作正電極、負(fù)電極，覆銅厚度在0.lmnT2mm之間。
[0009]若所述的基板為硅基板，所述步驟2)中的絕緣層是氧化硅。
[0010]所述步驟6)所述的粘結(jié)材料是一種紫外感光膠，通過(guò)350nnT420nm之間波段的紫外光照射能夠迅速固化。
[0011]本發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu)及熱設(shè)計(jì)方法與傳統(tǒng)方法相比具有顯而易見(jiàn)的顯著進(jìn)步:
本發(fā)明結(jié)構(gòu)和方法有利于降低界面熱阻及擴(kuò)散熱阻，提高LED模塊散熱性能，從而改善LED的性能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的共晶示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明主視圖。
[0014]圖3是本發(fā)明縱截面圖(陶瓷基板覆銅)。
[0015]圖4是本發(fā)明縱截面圖(陶瓷或者硅基板鍍線路層)。
[0016]圖5是互連層在不同固晶壓力下產(chǎn)生的空洞率((a)0N，(b)0.3N, (c)0.6N,(d) 1.2N, (e)2N ；X-Ray圖；白色是空洞區(qū)域，白色越亮空洞體積越大)。
[0017]圖6是芯片與基板偏心距對(duì)芯片結(jié)溫的熱仿真結(jié)果圖(偏心距為零時(shí)，結(jié)溫最小)。
[0018]圖7是基板不同厚度時(shí)基板熱阻的變化情況(基板熱阻最小時(shí)基板厚度是
0.7mm)0
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】如下:
參見(jiàn)圖2，圖3，一種降低大功率LED熱阻的封裝結(jié)構(gòu)，包括密封層1、負(fù)電極2、熒光片
3、金絲4、LED芯片5、金屬互連層6、正電極7、通孔8、基板9、底部正電極10、散熱面11、底部負(fù)電極12 ;其特征在于:將芯片5對(duì)準(zhǔn)于基板9的中心(圖6說(shuō)明芯片放置在基板中間較好)，互連材料使用AuSn焊料，通過(guò)回流技術(shù)將LED芯片5與正電極7連接在一起，如圖1所示焊接過(guò)程中固晶壓力為2曠3N (圖5 X-ray圖像說(shuō)明壓力越大空洞存在越少)，在回流結(jié)束后，AuSn焊料形成金屬互連層6，熒光片3通過(guò)密封層I與基板9結(jié)合在一起，所述底部正電極10、散熱面11、底部負(fù)電極12布置在基板9的背面。
[0020]實(shí)施例1
本回流焊接工藝中可降低LED熱阻的封裝結(jié)構(gòu)的制造方法步驟如下:首先采用精密機(jī)械加工方法制造出厚度為0.7mm基板9、再在基板9 (氧化鋁或者氮化鋁陶瓷)上進(jìn)行覆銅制作正電極7，在正電極7、負(fù)電極2、底部正電極10、散熱面11、底部負(fù)電極12的位置依次鍍鎳、鍍金(或者鍍銀);然后通過(guò)機(jī)械精加工技術(shù)制作通孔將正電極7、負(fù)電極2分別于底部正電極10、底部負(fù)電極12連通；先將AuSn涂覆在正電極7上(在基板中心位置)，再將LED芯片對(duì)應(yīng)放置在AuSn的正上方后，最后將放置好的LED芯片5與基板9進(jìn)行回流工藝(固晶壓力為2曠3N);將負(fù)電極2與芯片電極通過(guò)金絲4相連接，最后在LED芯片5上方灌封硅膠后，在模具預(yù)先制作好熒光片3或者陶瓷熒光晶片與基板9接觸的地方涂覆粘結(jié)材料，通過(guò)紫外光照射直接固化紫外固化膠完成熒光片3與基板9之間的密封。
[0021]實(shí)施例2
本回流焊接工藝中可降低LED熱阻的封裝結(jié)構(gòu)的制造方法步驟如下:采用精密機(jī)械加工方法制造出厚度為0.7mm基板9，需要制作正電極7、負(fù)電極2、底部正電極10、底部負(fù)電極12的位置上進(jìn)行絕緣層制作(可以是氧化硅)；依次通過(guò)鍍鎳、鍍金技術(shù)(可以是CVD蒸鍍、化學(xué)鍍等技術(shù))在正負(fù)電極、散熱面的位置進(jìn)行鍍鎳、鍍金，制造好正電極7、負(fù)電極2、底部正電極10、散熱面11、底部負(fù)電極12等線路層，并通過(guò)激光打孔技術(shù)或者機(jī)械精加工技術(shù)制作通孔將正電極7、負(fù)電極2分別于底部正電極10、底部負(fù)電極12連通(連通前需要先在通孔周壁上進(jìn)行絕緣層制作；先將AuSn涂覆在基板9中心位置，再將LED芯片對(duì)應(yīng)放置在AuSn的正上方后，最后將放置好的LED芯片5與基板9進(jìn)行回流工藝(固晶壓力為2曠3N);最后在LED芯片5上方灌封硅膠后，在模具預(yù)先制作好熒光片3或者陶瓷熒光晶片與基板9接觸的地方涂覆粘結(jié)材料，通過(guò)紫外光照射直接固化紫外固化膠完成熒光片3與基板9之間的密封。
【權(quán)利要求】
1.一種降低大功率LED熱阻的封裝結(jié)構(gòu)，包括密封層(I)、負(fù)電極(2)、熒光片(3)、金絲(4)、LED芯片(5)、金屬互連層(6)、正電極(7)、通孔(8)、基板(9)、底部正電極(10)、散熱面(11)、底部負(fù)電極(12);其特征在于:所述LED芯片(5)對(duì)準(zhǔn)基板(9)的中心，通過(guò)回流技術(shù)將LED芯片(5)與正電極(7)連接在一起，互連材料使用金錫焊料，回流結(jié)束后，金錫焊料形成金屬互連層(6)，所述LED芯片(5)通過(guò)金絲(4)與負(fù)電極(2)連接，所述熒光片(3 )通過(guò)密封層(I)與基板(9 )結(jié)合在一起，所述底部正電極(10 )、散熱面(11)、底部負(fù)電極(12)布置在基板(9)的背面。
2.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1所述的降低大功率LED熱阻的封裝結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，工藝步驟如下: 1)通過(guò)高精度機(jī)械加工技術(shù)制造基板(9)； 2)在正電極(7)、負(fù)電極(2)、底部正電極(10)、底部負(fù)電極(12)的位置進(jìn)行絕緣層制作； 3)在正電極(7)、負(fù)電極(2)、底部正電極(10)、散熱面(11)、底部負(fù)電極(12)的位置依次鍍鎳、鍍金，或者依次鍍鎳、鍍銀； 4)通過(guò)激光打孔技術(shù)或者機(jī)械精加工技術(shù)制作通孔(8)，將正電極(7)、負(fù)電極(2)分別通過(guò)通孔(8)與底部正電極(10)、底部負(fù)電極(12)連通； 5)將金錫焊料涂覆在基板(9)的中心位置，并將LED芯片(5)放置在金錫焊料的上方進(jìn)行回流工藝，固晶壓力為2曠3N ； 6)在LED芯片(5)上方灌封硅膠后，在模具預(yù)先制作好熒光片(3)與基板(9)接觸的地方涂覆粘結(jié)材料，通過(guò)紫外光照射直接固化完成熒光片(3)與基板(9)之間的密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的回流焊接工藝中可降低LED熱阻的封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述的基板(9)厚度為0.7mm，所述的基板(9)是硅基板或是陶瓷基板。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的回流焊接工藝中可降低LED熱阻的封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述的基板(9)是陶瓷基板，則省略步驟2)的絕緣層的制作，直接覆銅制作正電極(7)、負(fù)電極(2),覆銅厚度在0.lmnT2mm之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的回流焊接工藝中可降低LED熱阻的封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述的基板(9)為硅基板，所述步驟2)中的絕緣層是氧化硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的回流焊接工藝中可降低LED熱阻的封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，所述步驟6)所述的粘結(jié)材料是一種紫外感光膠，通過(guò)350nnT420nm之間波段的紫外光照射能夠迅速固化。
【文檔編號(hào)】H01L33/48GK103996784SQ201410187633
【公開(kāi)日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】殷錄橋, 張建華, 張金龍, 宋朋, 白楊, 周穎圓, 楊衛(wèi)橋, 熊峰 申請(qǐng)人:上海大學(xué), 上海半導(dǎo)體照明工程技術(shù)研究中心