专利名称：带有功能芯片的发光二极管封装结构及其封装方法
技术领域：
本发明涉及LED的制造领域，具体是在同一衬底上倒装焊LED芯片和其它功能芯 片，并透过衬底上的金属布线，将所述芯片的输入/出端口连接或引出到衬底上用作外接 的焊垫的带有功能芯片的发光二极管封装结构及其封装方法。
背景技术：
LED光源具有高效率、长寿命、不含Hg等有害物质等优点。随着LED技术的迅速发 展，其亮度、寿命等性能都得到极大的提升，发光二极管的应用领域越来越广泛。发光二极 管作为如通用照明、笔记本或电视背光源等应用，都需要相应的集成电路来驱动和控制，以 使发光二极管的如亮度及色温等参数都控制在合适的范围内。同时，部分LED芯片需要附 加高温、过压、过电流保护以及遥控等功能，甚至还需要结合环境温度传感、环境光传感、接 近传感等作出相应的控制。因此，LED的应用与其它的功能电路或者芯片是分不开的。在现有的LED封装结构或应用中，发光二极管芯片与其它功能芯片一般是各自封 装好，然后以导线或印刷电路板连接。另外，现有封装结构中存在着将裸发光二极管芯片与 简单的裸功能芯片以打金属线方式连接并封装在同一支架上的封装结构。常见例子有将裸 发光二极管芯片及只有两个输入/出端口的背靠背齐纳二极管裸硅芯片并联以实现防静 电的功能。但是，对于功能略为复杂、输入/出端口较多的裸功能芯片，以打金属线方式与 裸LED芯片连接并封装在同一支架上的封装结构未有出现.原因是连接输入/出端口较多 的功能芯片时，需要打的金属线也相应增加，很容易做成金属线短路，令良率大大降低，而 且为了防止金属线短路，封装空间也需相应增加。在很多新应用中，均会要求节省空间和降 低成本来使整个光源模块达到小型化和集成化。因此，上述的封装结构是不能满足相关要 求的。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有LED封装结构存在的不足，提供一种带有功能芯片 的发光二极管封装结构。本发明的另一目的是提供一种带有功能芯片的发光二极管封装方法。发明是这样实现的带有功能芯片的发光二极管封装结构，包括衬底、最少一个发 光二极管芯片和最少一个功能芯片，在衬底上设置有金属布线，最少一个发光二极管芯片 和最少一个功能芯片通过凸点焊球倒装焊接于衬底上的金属布线上。发光二极管芯片和功 能芯片的输入/出端口通过金属布线连接或引出到衬底上用作外接的焊垫。所述的金属布线上设置金属焊垫，最少一个发光二极管芯片和最少一个功能芯片 通过凸点焊球倒装焊接于衬底上的金属焊垫上；或者所述的凸点焊球在倒装焊接前至少存 在于衬底上，或者存在于发光二极管芯片和功能芯片上。所述的凸点焊球可以在倒装焊接前同时存在于衬底和发光二极管芯片以及功能 芯片上。
所述的衬底上设置有用作外接的焊垫。所述的衬底可以是用硅片、陶瓷、线路板、金属或合金等材料制成。所述的凸点焊球可以是铅、锡、金或铜等金属单一材料、多层材料或合金。所述的金属布线层可以是铝、金或铜等任何单一导电材料、多层材料或合金。金属布线可以是一层或一层以上。带有功能集成电路芯片的发光二极管封装结构的封装方法，其包括的步骤如下一、制作衬底，在衬底上形成金属布线；二、在衬底或者芯片上至少一边形成凸点焊球；三、将发光二极管芯片和功能芯片通过凸点焊球同时倒装焊接在衬底上。若所述衬底是导电的，在衬底上先制作上绝缘层，再在绝缘层上制作金属布线；若 所述衬底是绝缘的，金属布线可直接制作在衬底上。与现有技术相比，本发明具有以下优点1、通过衬底上的金属布线设计直接连接 功能芯片和发光二极管芯片，可以省略打金属线或以其它方法接驳的步骤；同时，单颗芯片 的所有电极接驳一次完成，比每个电极打一次线简单，可靠性高；2、集成电路芯片和发光二 极管芯片之间的间距可以做到只有几十微米，比以其它方法接驳功能芯片和发光二极管芯 片所需的空间更小，节省了组装空间，提高了其使用的灵活性；使相同空间内的亮度或者其 它功能可以得以提升；3、以倒装焊技术封装功能集成电路芯片和发光二极管芯片能让芯片 的热量直接透过衬底更好的散热到支架上；4、可以随意将所需的不同功能的功能集成电路 芯片及一颗或多颗发光二极管芯片以倒装焊技术封装及接驳在同一衬底上，可以实现不同 亮度，不同功能(如调光、光控、声控等)的芯片级光源。
图1为发光二极管芯片并连一个防静电放电保护的功能芯片的电路图；图2为本发明带有功能芯片的发光二极管封装结构实施例1的横截面结构示意 图；图3为本发明带有功能芯片的发光二极管封装结构实施例1的俯视图；图4为发光二极管芯片及带太阳能电池控制的LED驱动器芯片的电路图；图5为本发明带有功能芯片的发光二极管封装结构实施例2的俯视图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明带有功能芯片的发光二极管封装结构及其 封装方法进行详细的说明。带有功能芯片的发光二极管封装结构，如图2、图3和图5，包括衬底3、发光二极 管芯片1和功能芯片2，在衬底3上设置有金属布线5，金属布线5上可以设置有金属焊垫 8，最少一个发光二极管芯片1和功能芯片2通过凸点焊球7倒装焊接于衬底3上的金属焊 垫8上。凸点焊球7在倒装焊接前至少存在于衬底3、发光二极管芯片1或功能芯片2上； 或者，凸点焊球7在倒装焊接前同时存在于衬底3和发光二极管芯片1以及功能芯片2上。 发光二极管芯片1和功能芯片2的输入/出端口通过金属布线连接或引出到衬底上用作外 接的焊垫9。发光二极管芯片1以及功能芯片2的搭配可以是一个或多个功能芯片配一个或多个发光二极管芯片的任何组合；功能芯片可以是不同功能的，如驱动器、预防静电放电 二极管和换流器等；发光二极管芯片可以是不同大小，颜色的芯片组合。所述的金属布线可以是铝、金或铜等任何单一导电材料、多层材料或合金。金属布 线5也可以根据需要设置一层或一层以上。衬底可以是用硅片、陶瓷、线路板、金属或合金 等材料制成。凸点焊球7可以是铅、锡、金或铜等金属单一材料、多层材料或合金；凸点焊球 7可以是通过电镀或其它方式形成。带有功能芯片的发光二极管封装方法，其包括的步骤如下一、制作衬底，在衬底上形成金属布线；二、在衬底或发光二极管芯片和功能芯片上形成凸点焊球；三、将发光二极管芯片和功能芯片通过凸点焊球同时倒装焊接在衬底上。对于衬底的制作按照衬底的材料，若衬底是导电的，必需在衬底上先制作上绝缘 层，用作防止金属布线与衬底导通，再在绝缘层上制作金属布线；若衬底是绝缘的，金属布 线则可直接制作在衬底上。在导电衬底的绝缘层上或绝缘衬底上，按照发光二极管芯片及 功能芯片的电极设计，制作合适的金属布线用以代替打金属线或其它方法，将发光二极管 芯片及功能芯片的输入/出端口接驳或将端口连接到衬底上用作外接的焊垫。金属布线层 与发光二极管芯片和功能芯片通过凸点焊球倒装焊接连接，凸点焊球在倒装焊接前至少存 在与金属布线层或者上述芯片一侧，或者同时存在于金属布线和芯片上。实施例1如图1的电路图所示，发光二极管芯片1并联一个背靠背的齐纳二极管裸硅芯片 作为功能芯片2以实现防静电的功能。如图2和图3所示，衬底3材料可以是硅片，由于硅片是导电的材料，必需在衬底3 上制作绝缘层4以分隔金属布线5及衬底3。绝缘层4可以是使用化学气相沉积管式炉，在 高温条件生长的高温二氧化硅层。在绝缘层4上设置有金属布线层5，金属布线层5可以是 以电子束蒸发配合光刻及腐蚀工艺的方式制作的铝或其它金属。另一绝缘层6保护金属布 线层5，绝缘层6可以是使用等离子体增强化学气相沉积的方式沉积一层二氧化硅绝缘层。 绝缘层6窗口上设置凸点焊球7与金属布线层5连接。凸点焊球7可以是以电镀工艺制作 的。凸点焊球7可以是金等金属单一材料、多层材料或合金.金属布线层5需根据发光二 极管芯片1和功能芯片2的具体接驳情况制作。将发光二极管芯片1和背靠背齐纳二极管 裸硅芯片倒装焊接在衬底的凸点焊球7上。倒装焊接可以是加压加热后加超声方式的邦定 键合的方法来实现。如图1所示，发光二极管芯片1的输入出/端口透过设置在衬底3上 的凸点焊球7通过金属布线层5，连接到硅芯片2的输入/出端口，完成接驳。另外的端口 也透过金属布线层5引出到衬底3上用作外接的焊垫9用作外接其它系统。实施例2如图4的电路图所示，发光二极管芯片1与带太阳能电池控制的LED驱动器芯片 作为功能芯片10的输入/出端口连接，以实现太阳能草地灯或太阳能备份电源交通灯及标 志灯系统的一部份。其中一部份端口的用途如下1、太阳能电池负极输入口(SB-)，用作连接太阳能电池负极。2、LED开关输出口(LEDEn)，用作连接LED的负极，控制LED点亮与否。3、控制芯片正极输入口(Vin)，用作连接太阳能电池及LED芯片正极。
4、控制芯片负极输入口(GND)，用作系统的负极。5、光传感输入开关输入口(UV)，提供四周环境亮度信息，让控制芯片输出合适的 电流，从而控制LED芯片的亮度。如图5所示，衬底3可以是陶瓷制的，由于衬底3是不导电的，金属布线层5可以 直接设置在衬底3上，金属布线层5可以是金或其它金属，金属布线层5上不需绝缘层保 护，可直接在金属焊垫8上制作凸点焊球，凸点焊球可以是用模版印刷技术制作的，凸点焊 球可以是铅锡膏等材料。将发光二极管芯片1和LED驱动器芯片10以回流焊的方式邦定 键合倒装焊接在衬底的金属焊垫8上。。LED芯片的负极透过金属布线层5连到LED驱动 器芯片10的LED开关输出端口(LEDEn)。另外，LED的正极连到控制芯片的正极输入端口 (Vin) 0 LED驱动器芯片10除了 LED开关输出口(LEDEn)外，其它输入/出端口都必需透过 金属布线层5引出到衬底3上不同用作外接的焊垫9，用作连接系统其它相关部份，如太阳 能电池的负极必需透过用作外接的焊垫9连接LED驱动器芯片10的太阳能电池负极输入 端口(SB-)。
本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动 或变型不脱离本发明 的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发 明也包含这些改动和变型。
权利要求
带有功能芯片的发光二极管封装结构，包括衬底、最少一个发光二极管芯片和最少一个功能芯片，其特征在于，在衬底上设置有金属布线，最少一个发光二极管芯片和最少一个功能芯片通过凸点焊球倒装焊接于衬底上的金属布线上。
2.如权利要求1所述的带有功能芯片的发光二极管封装结构，其特征在于，所述的金 属布线上设置金属焊垫，最少一个发光二极管芯片和最少一个功能芯片通过凸点焊球倒装 焊接于衬底上的金属焊垫上。
3.如权利要求1所述的带有功能芯片的发光二极管封装结构，其特征在于，所述的凸 点焊球在倒装焊接前至少存在于衬底上或者存在于发光二极管芯片和功能芯片上；或者所 述的凸点焊球在倒装焊接前同时存在于衬底和发光二极管芯片以及功能芯片上。
4.如权利要求1、2或者3所述的带有功能芯片的发光二极管封装结构，其特征在于，所 述的衬底上设置有用作外接的焊垫。
5.如权利要求1、2或者3所述的带有功能芯片的发光二极管封装结构，其特征在于，所 述的衬底是用硅片、陶瓷、线路板、金属或合金材料制成。
6.如权利要求1、2或者3所述的带有功能芯片的发光二极管封装结构，其特征在于，所 述的凸点焊球是铅、锡、金或铜单一材料、两层及两层以上材料或合金。
7.如权利要求1或者2所述的带有功能芯片的发光二极管封装结构，其特征在于，所述 的金属布线层是铝、金或铜单一导电材料、两层及两层以上材料或合金。
8.如权利要求1或2所述的带有功能芯片的发光二极管封装结构，其特征在于，金属布 线是一层或一层以上。
9.带有功能芯片的发光二极管封装方法，其特征在于，包括的步骤如下一、制作衬底，在衬底上形成金属布线；二、在衬底或发光二极管芯片和功能芯片上形成凸点焊球；三、将发光二极管芯片和功能芯片通过凸点焊球同时倒装焊接在衬底上。
10.如权利要求9所述的带有功能芯片的发光二极管封装方法，其特征在于，若所述 衬底是导电的，在衬底上先制作上绝缘层，再在绝缘层上制作金属布线；若所述衬底是绝缘 的，金属布线直接制作在衬底上。
全文摘要
带有功能芯片的发光二极管封装结构，包括衬底、最少一发光二极管芯片和最少一功能芯片，在衬底上设置有金属布线，金属布线上设置有金属焊垫，最少一个发光二极管芯片和功能芯片通过凸点焊球倒装焊接于衬底上的金属焊垫上。与现有技术相比，本发明具有以下优点1、省略了打金属线或以其它方法接驳的步骤，可靠性高；2、节省了封装空间，提高了其使用的灵活性；使相同空间内的亮度或者其它功能可以得以提升；3、提高散热功能。
文档编号H01L25/16GK101814489SQ20101011931
公开日2010年8月25日 申请日期2010年3月2日 优先权日2010年3月2日
发明者周玉刚, 姜志荣, 肖国伟, 赖燃兴 申请人:晶科电子(广州)有限公司