一種降低大功率led熱阻的封裝結構及其制造方法

一種降低大功率led熱阻的封裝結構及其制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種降低大功率LED熱阻的封裝結構及其制造方法。包括密封層、負電極、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、底部負電極。在芯片與基板互連過程中，芯片封裝于基板中心位置，基板厚度0.7mm，有利于減小擴散熱阻；回流焊接時固晶壓力為2N~3N，大大減少互連層中空洞的產生，從而減小界面熱阻；固晶材料選用AuSn，AuSn材料熱導率高且產生空洞少；這樣封裝方法有利于降低界面熱阻及擴散熱阻，提高LED模塊散熱性能，從而改善LED的性能。
【專利說明】一種降低大功率LED熱阻的封裝結構及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種降低大功率LED熱阻的封裝結構及其制造方法，屬于半導體器件封裝領域。
【背景技術】
[0002]大功率LED隨著其功率、效率、可靠性的不斷提高，應用范圍越來越廣泛，其潛在的市場前景及經濟價值不可估量，LED照明的一系列優點(亮度高、壽命長、節能環保、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可以通過提高輸入電流來提高其功率，但LED電光轉換效率只有10%~40%，至少有60%的電能在結點處轉化為熱量。若不能及時將熱量導出，芯片結點溫度將逐步升高，直接影響LED的光學性能(如波長紅移、發光效率降低，發光強度降低等)和可靠性(如壽命縮短、色溫質量下降等)等。因此降低LED器件熱阻并提高LED性能需要良好的熱設計。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于針對已有封裝技術存在的缺陷，提供一種降低大功率LED熱阻的封裝結構及其制造方法，通過在芯片與基板互連過程中，芯片封裝于基板中心位置，基板厚度0.7mm，有利于減小擴散熱阻；回流焊接時固晶壓力為2曠3N，大大減少互連層中空洞的產生；固晶材料選用AuSn，AuSn材料熱導率高且產生空洞少；這樣封裝方法有利于降低界面熱阻及擴散熱阻。
[0005]為達到上述目的，本發明采用下述技術方案:
一種降低大功率LED熱阻的封裝結構，包括密封層、負電極、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、底部負電極；所述LED芯片對準基板的中心，通過回流技術將LED芯片與正電極連接在一起，互連材料使用金錫焊料，回流結束后，金錫焊料形成金屬互連層，所述LED芯片通過金絲與負電極連接，所述熒光片通過密封層與基板結合在一起，所述底部正電極、散熱面、底部負電極布置在基板的背面。
[0006]一種制造上述的降低大功率LED熱阻的封裝結構的方法，工藝步驟如下:
1)通過高精度機械加工技術制造基板；
2)在正電極、負電極、底部正電極、底部負電極的位置進行絕緣層制作；
3)在正電極、負電極、底部正電極、散熱面、底部負電極的位置依次鍍鎳、鍍金，或者依次鍍鎳、鍍銀；
4)通過激光打孔技術或者機械精加工技術制作通孔，將正電極、負電極分別通過通孔與底部正電極、底部負電極連通；
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，在模具預先制作好熒光片與基板接觸的地方涂覆粘結材料，通過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)所述的粘結材料是一種紫外感光膠，通過350nnT420nm之間波段的紫外光照射能夠迅速固化。
[0011]本發明的封裝結構及熱設計方法與傳統方法相比具有顯而易見的顯著進步:
本發明結構和方法有利于降低界面熱阻及擴散熱阻，提高LED模塊散熱性能，從而改善LED的性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發明的共晶示意圖。
[0013]圖2是本發明主視圖。
[0014]圖3是本發明縱截面圖(陶瓷基板覆銅)。
[0015]圖4是本發明縱截面圖(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；白色是空洞區域，白色越亮空洞體積越大)。
[0017]圖6是芯片與基板偏心距對芯片結溫的熱仿真結果圖(偏心距為零時，結溫最小)。
[0018]圖7是基板不同厚度時基板熱阻的變化情況(基板熱阻最小時基板厚度是
0.7mm)0
【具體實施方式】
[0019]本發明的一個優選實施例結合【專利附圖】

【附圖說明】如下:
參見圖2，圖3，一種降低大功率LED熱阻的封裝結構，包括密封層1、負電極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、底部負電極12 ;其特征在于:將芯片5對準于基板9的中心(圖6說明芯片放置在基板中間較好)，互連材料使用AuSn焊料，通過回流技術將LED芯片5與正電極7連接在一起，如圖1所示焊接過程中固晶壓力為2曠3N (圖5 X-ray圖像說明壓力越大空洞存在越少)，在回流結束后，AuSn焊料形成金屬互連層6，熒光片3通過密封層I與基板9結合在一起，所述底部正電極10、散熱面11、底部負電極12布置在基板9的背面。
[0020]實施例1
本回流焊接工藝中可降低LED熱阻的封裝結構的制造方法步驟如下:首先采用精密機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)上進行覆銅制作正電極7，在正電極7、負電極2、底部正電極10、散熱面11、底部負電極12的位置依次鍍鎳、鍍金(或者鍍銀);然后通過機械精加工技術制作通孔將正電極7、負電極2分別于底部正電極10、底部負電極12連通；先將AuSn涂覆在正電極7上(在基板中心位置)，再將LED芯片對應放置在AuSn的正上方后，最后將放置好的LED芯片5與基板9進行回流工藝(固晶壓力為2曠3N);將負電極2與芯片電極通過金絲4相連接，最后在LED芯片5上方灌封硅膠后，在模具預先制作好熒光片3或者陶瓷熒光晶片與基板9接觸的地方涂覆粘結材料，通過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]實施例2
本回流焊接工藝中可降低LED熱阻的封裝結構的制造方法步驟如下:采用精密機械加工方法制造出厚度為0.7mm基板9，需要制作正電極7、負電極2、底部正電極10、底部負電極12的位置上進行絕緣層制作(可以是氧化硅)；依次通過鍍鎳、鍍金技術(可以是CVD蒸鍍、化學鍍等技術)在正負電極、散熱面的位置進行鍍鎳、鍍金，制造好正電極7、負電極2、底部正電極10、散熱面11、底部負電極12等線路層，并通過激光打孔技術或者機械精加工技術制作通孔將正電極7、負電極2分別于底部正電極10、底部負電極12連通(連通前需要先在通孔周壁上進行絕緣層制作；先將AuSn涂覆在基板9中心位置，再將LED芯片對應放置在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材料，通過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。
【權利要求】
1.一種降低大功率LED熱阻的封裝結構，包括密封層(I)、負電極(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)、底部負電極(12);其特征在于:所述LED芯片(5)對準基板(9)的中心，通過回流技術將LED芯片(5)與正電極(7)連接在一起，互連材料使用金錫焊料，回流結束后，金錫焊料形成金屬互連層(6)，所述LED芯片(5)通過金絲(4)與負電極(2)連接，所述熒光片(3 )通過密封層(I)與基板(9 )結合在一起，所述底部正電極(10 )、散熱面(11)、底部負電極(12)布置在基板(9)的背面。
2.一種制造根據權利要求1所述的降低大功率LED熱阻的封裝結構的方法，其特征在于，工藝步驟如下: 1)通過高精度機械加工技術制造基板(9)； 2)在正電極(7)、負電極(2)、底部正電極(10)、底部負電極(12)的位置進行絕緣層制作； 3)在正電極(7)、負電極(2)、底部正電極(10)、散熱面(11)、底部負電極(12)的位置依次鍍鎳、鍍金，或者依次鍍鎳、鍍銀； 4)通過激光打孔技術或者機械精加工技術制作通孔(8)，將正電極(7)、負電極(2)分別通過通孔(8)與底部正電極(10)、底部負電極(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，在模具預先制作好熒光片(3)與基板(9)接觸的地方涂覆粘結材料，通過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.根據權利要求2所述的回流焊接工藝中可降低LED熱阻的封裝結構的制造方法，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.根據權利要求2或3所述的回流焊接工藝中可降低LED熱阻的封裝結構的制造方法，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)、負電極(2),覆銅厚度在0.lmnT2mm之間。
5.根據權利要求2或3所述的回流焊接工藝中可降低LED熱阻的封裝結構的制造方法，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.根據權利要求2所述的回流焊接工藝中可降低LED熱阻的封裝結構的制造方法，其特征在于，所述步驟6)所述的粘結材料是一種紫外感光膠，通過350nnT420nm之間波段的紫外光照射能夠迅速固化。
【文檔編號】H01L33/48GK103996784SQ201410187633
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月6日 優先權日:2014年5月6日
【發明者】殷錄橋, 張建華, 張金龍, 宋朋, 白楊, 周穎圓, 楊衛橋, 熊峰 申請人:上海大學, 上海半導體照明工程技術研究中心