專利名稱：絕緣底板發光芯片封裝結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及芯片封裝結構，更具體地說，涉及一種發光芯片的封裝結構。
背景技術：
隨著發光芯片，例如二極管(LED)芯片，發光效率的提升，LED正從傳統的點線面為特征的指示和顯示類應用領域向大尺寸液晶背光和室內室外普通照明類應用領域拓展。現有的一種用于大功率LED封裝的常見封裝結構如圖1所示，該封裝結構包括LED 芯片基座101、LED芯片102、金屬引線103a和103b、電極片10 和104b和絕緣塑膠反射杯105。絕緣塑膠反射杯105通常采用高分子材料中耐熱性相對較好的熱塑性聚脂，如聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，和高溫塑膠，如聚對苯二酰對苯二胺(PPA)，注塑成形。改性的聚對苯二酰對苯二胺塑膠的熱變形溫度約300°C，連續使用溫度約170°C。顯然，高分子材料的耐熱溫度限制了上述支架的最大可承受溫度和最高可持續工作溫度。通常的共晶焊溫度在285°C -320°C。由于采用上述高分子塑膠或聚脂絕緣材料的上述支架的最大可承受溫度僅300°C左右，使得共晶材料的選擇受到了很大的局限，共晶條件也變得十分苛刻，如溫度控制必須十分精確，共晶時間不能太長等，導致共晶焊技術要求高、成本高和良率低。此外，由于高分子材料抗紫外和抗高低溫沖擊的能力很差，使得上述支架如圖1中的絕緣塑膠反射杯105在紫外光照射和高低溫沖擊較為惡劣的露天場合下使用時會加快老化，導致LED的使用壽命很短，應用產品的可靠性也就很差。對采用金屬芯或陶瓷芯印刷電路板(MCPCB)制作的大功率LED支架雖然能提供較大的底表面作為導熱面與其它散熱機構連接，但印刷電路板上用于電極間絕緣的高分子樹脂材料同樣限制了上述大功率支架的使用溫度。上述樹脂對抗紫外光照射和高低溫沖擊的能力也很差，使得上述大功率LED支架在紫外光照射和高低溫沖擊較為惡劣的露天場合下使用時會加快老化，導致LED的使用壽命很短，應用產品的可靠性也就很差。上述起絕緣層作用的高分子樹脂材料，通常是50 200um。若太厚，能起絕緣作用，防止與金屬基短路的效果好，但會影響熱量的散發；若太薄，能較好散熱，但易引起金屬芯與組件引線短路。對采用陶瓷散熱基板，包括厚膜陶瓷基板，低溫共燒多層陶瓷，和薄膜陶瓷基板， 制作的大功率LED支架雖然能提供較大的底表面作為導熱面與其它散熱機構連接，陶瓷材料的散熱性能也優于其它有機材料，但其不導電性要求在基板表面通過網印或濺鍍，電/ 電化學沉積，黃光制程以及低溫燒結等工藝制造導電連接金屬線路層。網印方式制作的線路因為網版張網問題，容易產生線路粗糙、對位不精準的現象，濺鍍，電/電化學沉積，黃光制程工藝復雜，金屬線路易脫落等缺點。很顯然，現在被廣泛使用的用于LED封裝的支架存在本質上的缺陷。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于，提供一種結構簡單、耐高溫、耐高電壓、耐紫外、散熱效果良好的發光芯片封裝結構。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種發光芯片封裝結構，包括至少一基板單元、設置在所述基板單元上的至少一固晶區、安裝在所述固晶區上的至少一發光芯片、以及在所述基板單元上設置相互隔絕的至少兩個可與外界實現導電連接的基板電極； 所述基板單元包括至少一絕緣底板、在所述絕緣底板上至少有兩個彼此隔絕的導電頂板； 所述發光芯片通過所述導電頂板與所述基板電極電連接。在本發明的發光芯片封裝結構中，所述固晶區表面及其裸露的所述金屬基底板表面可設置至少一金屬層或至少一反射膜；所述固晶區上方的所述導電頂板至少有一開口 ； 所述開口內側壁構成所述發光芯片的第一出光空間、第一灌封圍堰和第一反光側壁；所述導電頂板開口內側壁表面可設置至少一反射膜；所述開口內側壁包括與所述固晶區表面垂直的光滑表面、和/或與所述固晶區表面成大于90度夾角的光滑斜面、和/或自所述固晶區表面向上延伸的光滑弧面；所述第一灌封圍堰內可設置至少一第一灌封層。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是另一種發光芯片封裝結構，包括至少一基板單元、設置在所述基板單元上的至少一固晶區、安裝在所述固晶區上的至少一發光芯片、以及在所述基板單元上設置相互隔絕的至少兩個可與外界實現導電連接的基板電極；所述基板單元包括至少一絕緣底板、在所述絕緣底板上至少有兩個彼此隔絕的導電頂板；所述發光芯片通過所述導電頂板與所述基板電極電連接。在本發明的發光芯片封裝結構中，所述導電頂板中至少包括一導電頂板的一部分延伸到所述固晶區上方作為安裝所述發光芯片的平臺；所述平臺表面可設置至少一金屬層或至少一反射膜；所述平臺四周凸起的所述導電頂板內側壁構成所述發光芯片的第一出光空間、第一灌封圍堰和第一反光側壁；所述第一灌封圍堰內可設置至少一第一灌封層；所述平臺四周凸起的所述導電頂板內側壁表面可設置至少一反射膜；所述平臺四周凸起的所述導電頂板內側壁包括與所述平臺表面垂直的光滑表面、和/或與所述平臺表面成大于90 度夾角的光滑斜面、和/或自所述平臺表面向上延伸的光滑弧面。在本發明的發光芯片封裝結構中，所述導電頂板之間設有絕緣層或絕緣帶，或者， 在相鄰的所述導電頂板之間留有空隙，或者，在所述空隙內填充絕緣材料。在本發明的發光芯片封裝結構中，在所述基板單元頂部可設置至少一圍堰；所述圍堰內側壁包括與所述固晶區表面垂直的光滑表面、和/或與所述固晶區表面成大于90度夾角的光滑斜面、和/或自所述固晶區表面向上延伸的光滑弧面；所述圍堰內側壁可設置至少一反射膜；所述圍堰內側壁構成所述發光芯片的第二出光空間、第二灌封圍堰和第二反光側壁；所述第二灌封圍堰內可設置至少一第二灌封層。在本發明的發光芯片封裝結構中，所述第二灌封層包括至少一灌封成形具有透光或混光功能的玻璃透鏡或高分子透鏡；所述透鏡包括至少一凸形弧狀或凹形弧狀或平面狀光滑表面。在本發明的發光芯片封裝結構中，在所述基板單元頂部可放置至少一具有透光或混光功能、由玻璃材料或高分子材料制作的預成型透鏡；所述預成型透鏡包括至少一呈凸形弧狀或凹形弧狀或平面狀光滑表面。在本發明的發光芯片封裝結構中，所述發光芯片放置在所述固晶區中央或所述平臺中央，并分別導電連接到對應的所述導電頂板；或者，所述發光芯片為多個，若干所述發光芯片串聯或并聯或串并聯后再分別導電連接到對應的所述導電頂板。
在本發明的發光芯片封裝結構中，所述固晶區附近或平臺附近設置有分別導電連接到對應的所述導電頂板的焊線區，所述發光芯片分別導電連接到對應的所述焊線區，或其中若干所述發光芯片串聯或并聯或串并聯后再分別導電連接到對應的焊線區。在本發明的發光芯片封裝結構中，放置所述發光芯片下方的所述絕緣底板上設置至少一通孔所述通孔內嵌入具導電和導熱性能良好的金屬基塊狀物。在本發明的發光芯片封裝結構中，所述基板單元的裸露表面設有增加散熱表面積的散熱結構、和/或涂覆有散熱材料，所述散熱材料具有增加表面熱輻射能力和/或熱傳導能力。實施本發明具有以下有益效果本發明由絕緣底板作為發光芯片的安裝支架，整個結構沒有易分解的高分子和有機質材料，具結構簡單、耐高溫、耐高電壓、耐紫外、散熱效果良好的優點。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1 現有一種用于LED封裝的常見支架和連接方式。圖2 本發明的發光芯片封裝結構的第一實施例的示意圖。圖3 本發明的發光芯片封裝結構的第二實施例的示意圖。圖4 本發明的發光芯片封裝結構的第三實施例的示意圖。圖5 本發明的發光芯片封裝結構的第四實施例的示意圖。
具體實施例方式本發明和本發明的各種用于LED封裝的發光芯片封裝結構的實施方案可以通過以下優選方案的描述得到充分理解，以下優選方案也可視為本發明權利要求的實例。顯然， 應該充分理解到由本發明權利要求所定義的本發明所涵蓋的內容要比以下描述的優選實施方案更加廣泛。在不偏離本發明精神和范圍的情況下，借助于平常的技能可以產生更多的經過變更和修改的實施方案。所以，以下描述的實施方案僅僅是為了舉例說明而不是用來局限由本發明權利要求所定義的本發明的涵蓋范圍。如圖2所示，是本發明的發光芯片封裝結構的第一實施例，其包括絕緣底板201、 導電頂板204、圍堰205、固晶區210、發光芯片202、第一灌封層206、第二灌封層207、基板電極209、以及金屬引線208。所述絕緣底板201通常采用導熱性能良好的陶瓷材料。如圖2所示，將發光芯片 202直接放置在導熱性能良好的陶瓷絕緣底板201中央的固晶區210上可改善導熱性能及其散熱功能，使放置芯片的支架不再成為導熱或散熱的瓶頸。所述芯片202可以通過共晶焊，回流焊，和其它焊接或粘貼的方式固定到所述固晶區210上。通過蒸鍍、電鍍、濺射、或印刷等工藝在所述固晶區210表面上形成一金屬層，以便與所述芯片底面的合金層在共晶焊或回流焊或其它焊接或粘貼工藝中相匹配。在金屬層附近，通常有反射層，如銀，鋁，或以氧化物為基的全反射膜，來減少所述絕緣底板201的吸光量，增加發光效率。共晶焊具較好的導熱性能。由于所述封裝結構本身不包括任何低熔點材料，所以可以在較高的溫度下，允許采用較長的時間去進行共晶焊工藝，使固晶區表面能與發光芯片背面的共晶材料實現很好的共熔與浸潤，可以大幅減少空洞等可能影響良率，導電性，和可靠性的缺陷的產生。由于整個封裝結構不含低熔點的高分子材料和有機材料，所述發光芯片202可以通過以錫基焊料為粘接材料的回流焊工藝固定到所述固晶區210的表面。所述固晶區210 表面包括有助于回流焊的金屬層與助焊劑。對導熱和散熱要求不高的場合，所述發光芯片202也可以用導電銀膠，錫膏，導熱硅膠等材料將其固定到所述固晶區210上。采用與芯片襯底具有相同或相近熱膨脹系數的陶瓷材料作為底板可以消除或改善在使用過程中和焊接過程中熱脹冷縮對封裝結構的影響，從而大幅提升器件的可靠性。絕緣底板201的背面可以通過共晶焊，回流焊，和其它焊接或粘貼的方式與其它結構件或支架相連接。在所述封裝結構上，通常開有若干通孔和/或自下向上開的不通孔， 用于將所述封裝結構固定到其它結構件或支架上。對具垂直結構的發光芯片202，所述固晶區表面通常包括有金屬基表面層與發光芯片202的底部實現電連接，再用金屬線將所述固晶區表面與一相對應的所述導電頂板 204相連。對具非垂直結構的發光芯片202，其電極分別與相對應的所述導電頂板204相連。通常采用鍵合，焊接，或粘貼的方式將已預成形的所述導電頂板204與所述絕緣底板201相連接。預成形導電頂板204的厚度通常大于0. 05mm,通常采用金屬基材料，如銅， 鋁，鐵，鉬，及其合金等，其外表面通常鍍有銀薄層，以改善所述導電頂板204的可焊性及其反光性能。如圖2所示，所述導電頂板204開口內側壁為斜面以改善其反光性能，以及調整出光光強的空間分布，其表面通常鍍有反射層，如銀，鋁，或以氧化物為基的全反射膜，以減少所述導電頂板204開口內側壁的吸光量，增加發光效率。所述圍堰205通常是在封裝過程中才加裝到所述封裝結構上去。通常采用嵌入和 /或粘接的方式將預成形的所述圍堰205加裝在所述封裝結構的頂部。所述圍堰205通常采用金屬基材料或高分子材料，如銅，鋁，鐵，鉬合金，陶瓷，玻璃，工程塑料，聚脂，塑膠，聚乙烯等。通常所述圍堰205內側壁表面鍍有反射層，如銀，鋁，或以氧化物為基的全反射膜， 以減少所述圍堰205內側壁的吸光量，增加發光效率。所述圍堰205內側壁呈斜面或凹形弧面的光滑內表面不僅提供灌封空間，也可用于調整出光的光強分布。通常的封裝過程包括(1)將芯片202固定到如圖2所示的固晶區210上；(2)通過打線，將所述發光芯片202的電極分別連接到所對應的導電頂板204上；(3)在由所述導電頂板204內側壁構成的第一灌封圍堰內灌注形成第一灌封層206。對單色LED，可以不灌注第一灌封層206，也可以灌注一灌封材料，如硅膠等，以改善出光效率和可靠性；對白色LED，所述第一灌封層206通常是包含熒光粉材料的涂敷層。所述涂敷層通常采用硅膠或環氧樹脂等有機材料或低熔點玻璃材料與熒光粉混合而成。(4)在所述基板單元頂部放置所述的圍堰205 ； 在所述圍堰205內側壁構成的第二灌封圍堰內灌注形成第二灌封層 207，灌注材料通常是硅膠或環氧樹脂等高分子材料或低熔點玻璃材料。通常灌封形成具有透光或混光功能的透鏡；所述透鏡可具呈凸形弧狀或凹形弧狀或平面狀光滑表面。如圖3所示，是本發明的發光芯片封裝結構的第二實施例，其包括絕緣底板301、 導電頂板304、固晶區310、發光芯片302、第一灌封層306、預成形透鏡307、填充層305、基
7板電極309、以及金屬引線308。所述透鏡307通常是在封裝過程中才加裝到所述的封裝結構上去。通常采用嵌入和/或粘接的方式將預成形的所述透鏡307加裝在所述封裝結構的頂部。所述透鏡307通常采用玻璃材料或高分子材料，如光學玻璃，亞克力，環氧樹脂等，其內側壁表面鍍有防反射膜或成凹凸表面，以改善光吸收能力，其外表面可呈各種凸狀或凹狀弧形光滑表面，以提升出光效率和調整光強分布。通常的封裝過程包括(1)將芯片302固定到如圖3所示的固晶區310內；(2)通過打線，將所述發光芯片302的電極分別連接到所對應的導電頂板304上；(3)在由所述導電頂板304內側壁構成的第一灌封圍堰內灌注形成第一灌封層306。對單色LED，可以不灌注第一灌封層306，也可以灌注一灌封材料，如硅膠等，以改善出光效率和可靠性；對白色 LED,所述第一灌封層306通常是包含熒光粉材料的涂敷層。所述涂敷層通常采用硅膠或環氧樹脂等有機材料或低熔點玻璃材料與熒光粉混合而成。(4)在所述基板單元頂部放置所述的透鏡307 ； (5)在所述透鏡307內側壁與所述第一灌封層306之間灌注填充層305，填充層通常采用硅膠或環氧樹脂等高分子材料或低熔點玻璃材料。如圖4所示，是本發明的發光芯片封裝結構的第三實施例，其包括絕緣底板401、 導電頂板404、固晶區410、發光芯片402、第一灌封層406、預成形透鏡407、填充層405、基板電極409、以及金屬引線408。如圖5所示，是本發明的發光芯片封裝結構的第四實施例，其包括絕緣底板501、 導電頂板504、圍堰505、固晶區510、發光芯片502、第一灌封層506、第二灌封層507、基板電極509、以及金屬引線508。如圖4和圖5所示，把一導電頂板204的一部分延伸到所述固晶區上方作為放置所述芯片的平臺可以簡化使用垂直結構芯片時的打線與封裝工序，提高器件的可靠性，同時，也可以增加一個向側面的導熱通道，大幅提升所述封裝結構的總體散熱能力。可以理解的，上述實施例的結構特征可以根據需要進行任意組合而組成新的實施方式，本發明的保護范圍不限于上述的實施方式，應為上述結構特征的任意組合。由導熱性能優異的絕緣底板作為發光芯片的安裝支架，結構簡單，具有良好的散熱效果；絕緣底板可以通過固定通孔用螺絲將其固定到其它部件或散熱機構上，達成十分良好的散熱通道；整個結構沒有易分解的高分子材料和有機材料，具有耐高溫、抗紫外、耐高電壓的優點。另外，該封裝結構除了可以應用到LED芯片的封裝，也可以應用到其他芯片的封裝。
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權利要求
1.一種發光芯片封裝結構，其特征在于，包括至少一基板單元、設置在所述基板單元上的至少一固晶區、安裝在所述固晶區上的至少一發光芯片、以及在所述基板單元上設置相互隔絕的至少兩個可與外界實現導電連接的基板電極；所述基板單元包括至少一絕緣底板、在所述絕緣底板上至少有兩個彼此隔絕的導電頂板；所述發光芯片通過所述導電頂板與所述基板電極電連接。
2.根據權利要求1所述的發光芯片封裝結構，其特征在于，所述固晶區表面及其裸露的所述金屬基底板表面可設置至少一金屬層或至少一反射膜；所述固晶區上方的所述導電頂板至少有一開口 ；所述開口內側壁構成所述發光芯片的第一出光空間、第一灌封圍堰和第一反光側壁；所述導電頂板開口內側壁表面可設置至少一反射膜；所述開口內側壁包括與所述固晶區表面垂直的光滑表面、和/或與所述固晶區表面成大于90度夾角的光滑斜面、和/或自所述固晶區表面向上延伸的光滑弧面；所述第一灌封圍堰內可設置至少一第一灌封層。
3.一種發光芯片封裝結構，其特征在于，包括至少一基板單元、設置在所述基板單元上的至少一固晶區、安裝在所述固晶區上的至少一發光芯片、以及在所述基板單元上設置相互隔絕的至少兩個可與外界實現導電連接的基板電極；所述基板單元包括至少一絕緣底板、在所述絕緣底板上至少有兩個彼此隔絕的導電頂板；所述發光芯片通過所述導電頂板與所述基板電極電連接。
4.根據權利要求3所述的發光芯片封裝結構，其特征在于，所述導電頂板中至少包括一導電頂板的一部分延伸到所述固晶區上方作為安裝所述發光芯片的平臺；所述平臺表面可設置至少一金屬層或至少一反射膜；所述平臺四周凸起的所述導電頂板內側壁構成所述發光芯片的第一出光空間、第一灌封圍堰和第一反光側壁；所述第一灌封圍堰內可設置至少一第一灌封層；所述平臺四周凸起的所述導電頂板內側壁表面可設置至少一反射膜；所述平臺四周凸起的所述導電頂板內側壁包括與所述平臺表面垂直的光滑表面、和/或與所述平臺表面成大于90度夾角的光滑斜面、和/或自所述平臺表面向上延伸的光滑弧面。
5.根據權利要求1和3所述的發光芯片封裝結構，其特征在于，所述導電頂板之間設有絕緣層或絕緣帶，或者，在相鄰的所述導電頂板之間留有空隙，或者，在所述空隙內填充絕緣材料。
6.根據權利要求1和3所述的發光芯片封裝結構，其特征在于，在所述基板單元頂部可設置至少一圍堰；所述圍堰內側壁包括與所述固晶區表面垂直的光滑表面、和/或與所述固晶區表面成大于90度夾角的光滑斜面、和/或自所述固晶區表面向上延伸的光滑弧面；所述圍堰內側壁可設置至少一反射膜；所述圍堰內側壁構成所述發光芯片的第二出光空間、第二灌封圍堰和第二反光側壁；所述第二灌封圍堰內可設置至少一第二灌封層。
7.根據權利要求6所述的發光芯片封裝結構，其特征在于，所述第二灌封層包括至少一灌封成形具有透光或混光功能的玻璃透鏡或高分子透鏡；所述透鏡包括至少一凸形弧狀或凹形弧狀或平面狀光滑表面。
8.根據權利要求1和3所述的發光芯片封裝結構，其特征在于，在所述基板單元頂部可放置至少一具有透光或混光功能、由玻璃材料或高分子材料制作的預成型透鏡；所述預成型透鏡包括至少一呈凸形弧狀或凹形弧狀或平面狀光滑表面。
9.根據權利要求1和3所述的發光芯片封裝結構，其特征在于，所述發光芯片放置在所述固晶區中央或所述平臺中央，并分別導電連接到對應的所述導電頂板；或者，所述發光芯片為多個，若干所述發光芯片串聯或并聯或串并聯后再分別導電連接到對應的所述導電頂板。
10.根據權利要求1和3所述的發光芯片封裝結構，其特征在于，所述固晶區附近或平臺附近設置有分別導電連接到對應的所述導電頂板的焊線區，所述發光芯片分別導電連接到對應的所述焊線區，或其申若干所述發光芯片串聯或并聯或串并聯后再分別導電連接到對應的焊線區。
11.根據權利要求1和3所述的發光芯片封裝結構，其特征在于，放置所述發光芯片下方的所述絕緣底板上設置至少一通孔所述通孔內嵌入具導電和導熱性能良好的金屬基塊狀物。
12.根據權利要求1和3所述的發光芯片封裝結構，其特征在于，所述基板單元的裸露表面設有增加散熱表面積的散熱結構、和/或涂覆有散熱材料，所述散熱材料具有增加表面熱輻射能力和/或熱傳導能力。
全文摘要
本發明涉及一種發光芯片封裝結構，包括至少一基板單元、設置在所述基板單元上的至少一固晶區、安裝在所述固晶區上的至少一發光芯片、以及在所述基板單元上設置相互隔絕的至少兩個可與外界實現導電連接的基板電極；所述基板單元包括至少一絕緣底板、在所述絕緣底板上至少有兩個彼此隔絕的導電頂板；所述發光芯片通過所述導電頂板與所述基板電極電連接。本發明由絕緣底板作為發光芯片的安裝支架，整個結構不含不耐高溫、易分解的高分子材料和有機材料，結構簡單，具有良好的散熱效果、耐高溫、抗紫外、耐高電壓的優點。
文檔編號H01L33/62GK102447044SQ201010594930
公開日2012年5月9日 申請日期2010年12月10日 優先權日2010年12月10日
發明者李剛 申請人:奉化市匡磊半導體照明有限公司