一种带有热电分离结构的圆片级led的封装结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构，属于半导体封装【技术领域】。其在硅基本体（1）的正面设置下凹的型腔（12），LED芯片（2）通过金属柱（22）倒装于型腔（12）的底部，硅基本体（1）的背面设置起导电作用的下层再布线金属层Ⅰ（321）和下层再布线金属层Ⅱ（322）、起散热作用的下层再布线金属层Ⅲ（323），芯片电极（21）经硅通孔（11）与下层再布线金属层Ⅰ（321）和下层再布线金属层Ⅱ（322）实现电气连通，下层再布线金属层Ⅲ（323）设置于LED芯片（2）的正下方。本实用新型通过设计有利于LED芯片散热的倒装封装基板和热电分离结构，提升了LED芯片到封装体外引脚的散热性能，显著降低了封装结构的热阻。
【专利说明】—种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构，属于半导体封装【技术领域】。
【背景技术】
[0002]大功率LED在照明、汽车电子、显示等领域有诸多应用，但大功率LED产品在实际应用中最为关注的是产品寿命与发光效率，即单位功率的流明数。影响LED产品寿命与发光效率的主要因素除芯片本身外，主要在于封装结构的设计，尤其是LED芯片发光面产生的热(约占输入功率的25%)如何通过封装结构传出封装体外，成为大功率LED封装性能表现优劣的关键。如图1所示，传统的大功率LED芯片采用正装结构，LED芯片4置于光学透镜I内，封装是通过引线键合的方式(电极引线2)将外加电流(或电压)加载给LEDLED芯片2，这种封装结构的不足在于LEDLED芯片2发光面在蓝宝石基体上，如图2所示，其散热通道中蓝宝石、蓝宝石与陶瓷基板(或预包封引线框架基板)(基板3)之间的界面材料均会成为其散热通路的主要障碍，其热阻值偏高，在8-15°C /ff (差异源于基板导热系数的不同)。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服上述LED芯片的封装结构的不足，提供一种提升LED芯片到封装体外的散热性能的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构。
[0004]本实用新型的目的是这样实现的:
[0005]本实用新型一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构，其包括硅基本体、带有若干个芯片电极的LED芯片和填充物II，所述硅基本体的上表面设有下凹的型腔，所述型腔的底部表面设有绝缘层I，所述LED芯片倒装于型腔的底部，所述填充物II填充型腔，
[0006]所述绝缘层I的表面设有选择性不连续排布的上层再布线金属层I和上层再布线金属层II，所述上层再布线金属层I和上层再布线金属层II的表面设置金属柱，所述LED芯片的芯片电极通过金属柱分别与上层再布线金属层I和上层再布线金属层II连接，所述上层再布线金属层I与上层再布线金属层II于相邻的所述芯片电极之间断开，
[0007]所述型腔的下方设置有若干个硅通孔，所述硅通孔设置于LED芯片的垂直区域之夕卜，且其上端口不大于其下端口，
[0008]所述硅通孔的内壁和硅基本体I的下表面设置绝缘层II，所述绝缘层II于硅通孔的顶部形成开口，所述开口向上贯穿绝缘层I，且露出上层再布线金属层I和上层再布线金属层II的下表面，所述绝缘层II的表面设置不连续排布的下层再布线金属层1、下层再布线金属层I1、下层再布线金属层III，所述下层再布线金属层I下层再布线金属层II 一端覆盖硅通孔，并通过开口分别与上层再布线金属层1、上层再布线金属层II对应连接，其另一端形成输入/输出端，
[0009]所述下层再布线金属层III位于LED芯片的正下方，且与下层再布线金属层1、下层再布线金属层II隔离。
[0010]本实用新型所述金属柱的个数不止两个。
toon] 本实用新型还包括填充物I，所述填充物I填充芯片与上层再布线金属层1、上层再布线金属层II之间的空间。
[0012]本实用新型所述下层再布线金属层1、下层再布线金属层II除输入/输出端外的剩余表面覆盖保护层。
[0013]本实用新型所述填充物II的上表面呈凸面。
[0014]本实用新型所述LED芯片的发光面涂覆荧光物质或于填充物II内混合荧光物质。
[0015]本实用新型在所述填充物II的上表面涂覆荧光物质。
[0016]本实用新型所述荧光物质的表面设置透镜。
[0017]本实用新型所述硅基本体的型腔的上沿整体设有台阶，所述台阶有若干级，所述荧光物质填充台阶所在的水平区域，所述荧光物质的表面设置透镜。
[0018]本实用新型的有益效果是:
[0019]本实用新型通过设计有利于LED芯片散热的倒装封装基板和热电分离结构，提升了 LED芯片到封装体外引脚的散热性能，显著降低了封装结构的热阻。
[0020]
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为传统正装LED芯片的封装结构的剖面示意图；
[0022]图2为传统LED芯片结构的剖面示意图；
[0023]图3为本实用新型一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构的实施例的剖面示意图；
[0024]图4为图3的LED芯片与硅通孔位置关系的正面的示意图(图3为图4的A-A剖面示意图)；
[0025]图5为图3的热电分离电极组件与硅通孔位置关系的背面的示意图；
[0026]图6为本实用新型一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构的实施例的变形一的剖面不意图；
[0027]图7为本实用新型一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构的实施例的变形二的剖面示意图；
[0028]图8为本实用新型一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构的实施例的变形三的剖面示意图；
[0029]图9为本实用新型一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构的实施例的变形四的剖面示意图；
[0030]其中，硅基本体I
[0031]硅通孔11
[0032]型腔12
[0033]台阶121
[0034]绝缘层I 13
[0035]绝缘层I开口 131
[0036]绝缘层II 14
[0037]开口15
[0038]LED 芯片 2
[0039]芯片电极21
[0040]金属柱22
[0041]上层再布线金属反射层I 311
[0042]上层再布线金属反射层II 312
[0043]下层再布线金属层I 321
[0044]下层再布线金属层II 322
[0045]下层再布线金属层III 323
[0046]输入/ 输出端 3211、3221
[0047]荧光物质4
[0048]填充物I 51
[0049]填充物II 52
[0050]透镜53
[0051]保护层6。
【具体实施方式】
[0052]现在将在下文中参照附图更加充分地描述本实用新型，在附图中示出了本实用新型的示例性实施例，从而本公开将本实用新型的范围充分地传达给本领域的技术人员。然而，本实用新型可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施例。
[0053]实施例，参见图3至图9
[0054]本实用新型一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构，硅基本体I的上表面设有下凹的型腔12，型腔12的底部表面设有绝缘层I 13，绝缘层I 13的表面设有选择性不连续排布的上层再布线金属反射层I 311和上层再布线金属反射层II 312，上层再布线金属反射层I 311和上层再布线金属反射层II 312为设有再布线层的铝层或银层。上层再布线金属反射层I 311、上层再布线金属反射层II 312的表面设置金属柱22，金属柱22的个数不止两个，通常设置2至9个金属柱22，如图3中所示。金属柱22的上端与芯片电极21之间、金属柱22的下端与上层再布线金属反射层I 311、上层再布线金属反射层II 312之间均有焊锡层或锡银等低熔点锡基合金层，使金属柱22为复合层结构，以利于LED芯片2倒装固定。此两处的焊锡层或锡基合金层未示出。
[0055]带有两个芯片电极21的LED芯片2倒装于型腔12的底部，左侧的芯片电极21通过3个金属柱22与同侧的上层再布线金属反射层I 311连接，右侧的芯片电极21通过I个金属柱22与同侧的上层再布线金属反射层II 312连接。上层再布线金属反射层I 311与上层再布线金属反射层II 312于相邻的芯片电极21之间断开，以避免短路。
[0056]型腔12的下方设置有4个娃通孔11,如图4中所不，娃通孔11设置于LED芯片2的垂直区域之外。硅通孔11上端口不大于其下端口，其纵切面呈梯形状、直孔状或开口向下的喇叭孔状。
[0057]硅通孔11的内壁和硅基本体I的下表面设置绝缘层II 14，绝缘层II 14于硅通孔11的顶部形成向上贯穿绝缘层I 13的开口 15，且开口 15露出上层再布线金属反射层
I311和上层再布线金属反射层II 312的下表面。绝缘层II 14的表面设置不连续排布的下层再布线金属层I 321、下层再布线金属层II 322、下层再布线金属层III 323。如图5中所示，下层再布线金属层I 321、下层再布线金属层II 322 —端覆盖硅通孔11，并通过开口15分别与上层再布线金属反射层I 311、上层再布线金属反射层II 312对应连接，其另一端形成输入/输出端3211、3221，起导电作用。下层再布线金属层III 323位于LED芯片2的正下方，且与下层再布线金属层I 321、下层再布线金属层II 322隔离。下层再布线金属层I 321、下层再布线金属层II 322、下层再布线金属层III 323的表面还可以设置化学镀的镍/金层或化学镀的锡层，图中未示出，以防止金属铜表面氧化，或满足焊接可靠性的要求。
[0058]保护层6设置于下层再布线金属层I 321、下层再布线金属层II 322的除输入/输出端3211、3221外的剩余表面，以确保下层再布线金属层III 323与下层再布线金属层
I321、下层再布线金属层II 322隔离。下层再布线金属层III 323起散热作用，其延展面积越大越好。
[0059]型腔12内填充覆盖LED芯片2的硅胶、光学树脂等填充物II 52，其上表面呈凸面，类似凸透镜状，以汇聚光线，如图3所示。
[0060]在LED芯片2的发光面涂覆荧光物质4，并选择发蓝色光的LED芯片2，通过蓝光激发黄色荧光物质以获得白光，形成大功率的白光LED的封装结构，如图6所示。该荧光物质4也可以混合于填充物II 52，与填充物II 52 一起成形。
[0061]填充物II 52的上表面呈平面，其上涂覆荧光物质4，选择发蓝色光的LED芯片2，通过蓝光激发黄色荧光物质以获得白光，也可以形成大功率的白光LED的封装结构，如图7所示。为汇聚光线，可以在荧光物质4的表面设置透镜53，如图8所示。
[0062]硅基本体I的型腔12的上沿整体设有若干级台阶121，填充物II 52填充型腔12至台阶121附近，其上表面呈平面，荧光物质4填充型腔12剩余的台阶121所在的水平区域。选择发蓝色光的LED芯片2，通过蓝光激发黄色荧光物质以获得白光，也可以形成大功率的白光LED的封装结构，如图9所示。为汇聚光线，可以在荧光物质4的表面也可设置透镜53。
[0063]本实用新型一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构不限于上述优选实施例，如实际封装过程中，LED芯片2与上层再布线金属反射层I 311、上层再布线金属反射层II 312之间的空间还会利用硅胶等填充物I 51填充，以避免填充物II 52填充型腔12时造成的虚填充，如图3所示。
[0064]通过设计硅通孔11的个数及其排布方式，可以实现重新排布LED芯片2的输入/输出，硅通孔11的个数根据实际需要确定；下层再布线金属层I 321和下层再布线金属层
II322与硅通孔11可以一对一设置；一个下层再布线金属层I 321或下层再布线金属层
II322也可以同侧覆盖两个以上硅通孔11 ;LED芯片2可以带有不止两个芯片电极21，LED芯片2也可以不止一个，通过R G B混光也可以获得白光。
[0065]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。
【权利要求】
1.一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构，其包括硅基本体(I)、带有若干个芯片电极(21)的LED芯片(2)和填充物II (52)，所述硅基本体(I)的上表面设有下凹的型腔(12)，所述型腔(12)的底部表面设有绝缘层I (13)，所述LED芯片(2)倒装于型腔(12)的底部，所述填充物II (52)填充型腔(12)， 其特征在于:所述绝缘层I (13)的表面设有选择性不连续排布的上层再布线金属反射层I (311)和上层再布线金属反射层II (312)，所述上层再布线金属反射层I (311)和上层再布线金属反射层II (312)的表面设置金属柱(22)，所述LED芯片(2)的芯片电极(21)通过金属柱(22)分别与上层再布线金属反射层I (311)和上层再布线金属反射层II (312)连接，所述上层再布线金属反射层I (311)与上层再布线金属反射层II (312)于相邻的所述芯片电极(21)之间断开， 所述型腔(12 )的下方设置有若干个硅通孔(11)，所述硅通孔(11)设置于LED芯片(2 )的垂直区域之外，且其上端口不大于其下端口， 所述硅通孔(11)的内壁和硅基本体(I)的下表面设置绝缘层II (14)，所述绝缘层II(14)于硅通孔(11)的顶部形成开口(15)，所述开口(15)向上贯穿绝缘层I (13)，且露出上层再布线金属反射层I (311)和上层再布线金属反射层11(312)的下表面，所述绝缘层II(14)的表面设置不连续排布的下层再布线金属层I (321)、下层再布线金属层II (322)、下层再布线金属层111(323)，所述下层再布线金属层I (321)、下层再布线金属层II (322) 一端覆盖硅通孔(11)，并通过开口(15)分别与上层再布线金属反射层I (311)、上层再布线金属反射层II (312)对应连接，其另一端形成输入/输出端(3211、3221)， 所述下层再布线金属层111(323)位于LED芯片(2)的正下方，且与下层再布线金属层I(321)、下层再布线金属层II (322)隔离。
2.根据权利要求1所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构，其特征在于:所述金属柱(22)的个数不止两个。
3.根据权利要求1所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构，其特征在于:还包括填充物I (51)，所述填充物I (51)填充LED芯片(2)与上层再布线金属反射层I(311)、上层再布线金属反射层II (312)之间的空间。
4.根据权利要求1所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构，其特征在于:所述下层再布线金属层I (321)、下层再布线金属层11 (322)除输入/输出端(3211、3221)外的剩余表面覆盖保护层(6 )。
5.根据权利要求1所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构，其特征在于:所述填充物II (52)的上表面呈凸面。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构，其特征在于:所述LED芯片(2)的发光面涂覆荧光物质(4)或于填充物II (52)内混合荧光物质(4)。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构，其特征在于:在所述填充物II (52)的上表面涂覆荧光物质(4)。
8.根据权利要求7所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构，其特征在于:所述荧光物质(4)的表面设置透镜(53)。
9.根据权利要求7所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构，其特征在于:所述硅基本体(I)的型腔(12)的上沿整体设有台阶(121)，所述台阶(121)有若干级，所述荧光物质(4)填充台阶(121)所在的水平区域。
10.根据权利要求9所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构，其特征在于:所述荧光物质(4)的表面设置透镜(53)。
【文档编号】H01L33/48GK204067418SQ201420356860
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】张黎, 赖志明, 陈栋, 陈锦辉 申请人:江阴长电先进封装有限公司