一種倒裝大功率LED封裝結構及其制備方法和用途與流程

本發明涉及倒裝led封裝技術領域，尤其涉及一種倒裝大功率led封裝結構及其制備方法和用途。

背景技術：

led正裝封裝技術是最早出現的封裝技術，也是小功率led封裝結構中普遍使用的封裝技術。在正裝led封裝結構中電極在上方，從上至下材料為：p-gan、發光層、n-gan、襯底。但是這種正裝封裝技術中因電極擠占發光面積從而影響發光效率，從而限制了其在大功率、戶外照明等領域的發展。

led倒裝封裝技術是近年來新興起的一個技術，與傳統正裝封裝技術相比，led倒裝封裝技術使得led光源的散熱功能、抗靜電能力、通電能力等性能都有大幅度提升。

目前倒裝封裝技術中常用的共晶工藝主要有兩種：錫膏共晶和金錫合金共晶，其中采用錫膏共晶具有低成本、工藝適用性強的優勢，而且其固晶強度遠高于粘接工藝；但是由于錫膏熔點相對較低，當光源溫度接近或超過錫膏熔點時，易發生芯片脫落問題。采用金錫合金共晶，其光源耐高溫性能好，承受溫度可達280℃以上，但是此工藝需要在基板表面鍍一層金或銀，這就使得工藝成本非常高，而且出光效率也偏低。

無論是采用錫膏共晶技術，還是采用金錫合金共晶技術，都可以降低光源在長時間工作后硅膠的老化程度，但一般情況下，倒裝封裝光源背面都有黑色助焊劑殘留物的存在，影響出光效果，且基板下面正負極之間存在空洞，如果不加以處理，點膠后光源會產生大量氣泡，直接影響光源質量。且光源熱應力完全作用在芯片電極上，芯片材料和基板材料的熱膨脹差異易導致短路或死燈。而現有的倒裝封裝技術是在芯片共晶之后，再往芯片下面空隙填充特殊的、流動性很強的底部填充劑，以實現芯片背面無空隙。雖然可以很好的避免上述不足，但會增加封裝流程，降低產品合格率，直接導致原料成本和人力成本增高，而且現有的倒裝封裝技術難度較大，對封裝人員技術要求較高，不利于倒裝光源產品和技術的普及。

鑒于存在以上不足之處，現有的倒裝封裝技術還有待進一步發展和完善。

技術實現要素：

鑒于現有倒裝封裝技術存在的不足之處，本發明的目的在于提供一種倒裝大功率led封裝結構及其制備方法和用途，旨在解決現有技術中光源耐高溫性能差，芯片易脫落、易短路以及制備成本高昂等問題。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種倒裝大功率led封裝結構，所述封裝結構中包括：基板、焊盤、絕緣固晶膠、共晶錫膏層、芯片和任選地絕緣層；

所述基板上設置兩個獨立間斷的焊盤，所述焊盤中設置有預定的電路布局，用于連接外電路或做成模組；

所述基板為導電基板或絕緣基板；當所述基板選自導電基板時，兩個獨立間斷的焊盤和基板之間設置有絕緣層；

所述共晶錫膏層有兩個，分別位于所述兩個獨立間斷的焊盤表面；并分別與芯片的正負極相連；

所述基板、兩個獨立間斷的焊盤、兩個共晶錫膏層和所述芯片之間形成的空間中填充有絕緣固晶膠。

根據本發明，所述兩個獨立間斷的焊盤相對的兩個面設置為傾斜的，從而使得兩個獨立間斷的焊盤傾斜面、基板、與焊盤和共晶錫膏層交界面重合的平面之間的溝槽的縱截面呈等腰梯形，所述等腰梯形中遠離基板一側的邊為短邊。

根據本發明，所述等腰梯形的底角，即焊盤的斜面與基板的夾角為60°～85°。

根據本發明，所述兩個獨立間斷的焊盤之間的最小距離，即遠離基板一側的邊的距離約等于芯片正負極間距最小值。

根據本發明，所述兩個共晶錫膏層位于所述兩個獨立間斷的焊盤表面靠近溝槽邊緣一側。

根據本發明，與所述倒裝芯片正電極和負電極對應的焊盤表面上的共晶錫膏層的涂覆面積大于對應的正電極或負電極面積的1～2倍，優選為1.5倍，使得共晶時錫膏充足，共晶后芯片和基板之間無空隙。

根據本發明，所述絕緣固晶膠填滿于所述基板、兩個獨立間斷的焊盤、兩個共晶錫膏層和所述芯片之間形成的空間，用于阻斷芯片正、負電極之間可能的連接。

根據本發明，所述絕緣固晶膠選自絕緣固晶硅膠或其他絕緣固晶膠中的至少一種。

優選地，所述絕緣固晶膠選自絕緣固晶硅膠；還優選地，所述絕緣固晶硅膠為白色或無色。

根據本發明，所述導電基板選自鋁基板，銅基板，或其他金屬基板中的至少一種；所述絕緣基板選自bt基板、fr-4基板、陶瓷基板中的至少一種。

本發明還提供上述倒裝大功率led封裝結構的制備方法，所述方法包括如下步驟：

1)在基板表面制作兩個獨立間斷的焊盤，所述焊盤中設置有預定的電路布局，任選地，在兩個獨立間斷的焊盤和基板之間制作絕緣層；

2)分別在兩個獨立間斷的焊盤表面點出共晶錫膏；

3)在兩個獨立間斷的焊盤形成的溝槽內點出絕緣固晶膠；

4)將倒裝芯片正負極分別與兩個獨立間斷的焊盤表面上的共晶錫膏粘接，在正負極和焊盤之間分別形成共晶錫膏層，且在基板、兩個獨立間斷的焊盤、兩個共晶錫膏層和所述芯片之間形成的空間填充滿所述絕緣固晶膠；

5)按照絕緣固晶膠的固化條件，將步驟4)的led倒裝結構進行烘烤，使絕緣固晶膠固化；

6)按照共晶錫膏的固化條件，將步驟5)的led倒裝結構進行高溫共晶；制備得到倒裝大功率led封裝結構。

根據本發明，在步驟1)中，所述基板在使用前，進行烘烤處理，以除去水氣。

根據本發明，在步驟1)中，本領域技術人員可以理解，在兩個獨立間斷的焊盤和基板之間制作的絕緣層可以是各種絕緣層，適合于本發明的體系即可，例如可以是氧化鋁陶瓷層、環氧樹脂絕緣層等等。

根據本發明，在步驟2)中，所述點出的共晶錫膏要保證兩個獨立間斷的焊盤之間無共晶錫膏層連接。

根據本發明，在步驟3)中，所述點出的絕緣固晶膠要保證絕緣固晶膠的高度高于焊盤的高度，低于步驟2)的共晶錫膏層的高度。

優選地，所述點出的絕緣固晶膠高于兩個獨立間斷的焊盤50-100微米，低于共晶錫膏層50-100微米。

根據本發明，所述共晶錫膏和絕緣固晶膠的點出是利用固晶機實現的。

根據本發明，在步驟5和6)中，根據絕緣固晶膠、共晶錫膏和基板材料的差異，適當優化所述固化條件是本領域技術人員可以理解的。

根據本發明，在步驟5)中，所述絕緣固晶膠選自絕緣固晶硅膠時，其固化條件為90～110℃烘烤0.5～2小時，再經140～160℃烘烤2～4小時；例如在100℃烘烤1小時，再經150℃烘烤3小時；本領域技術人員可以理解，選用其他絕緣固晶膠進行固化時，其固化條件也是可以確定的。

根據本發明，在步驟6)中，所述共晶錫膏的固化采用鏈式回流爐回流固化，所述回流固化的條件為100℃-180℃-230℃-180℃-100℃；所述鏈速80～120cm/min，優選為100cm/min。

本發明還提供上述倒裝大功率led封裝結構的用途，其可以用于csp封裝，照明光源封裝，尤其是模組式高功率密度光源封裝中。

本發明的有益效果：

本發明提供了一種倒裝大功率led封裝結構及其制備方法和用途，所述封裝結構中包括：基板、兩個獨立間斷的焊盤、絕緣固晶膠、兩個共晶錫膏層、芯片和任選地絕緣層；本發明通過巧妙的結構設計，不但具有倒裝光源傳統優勢，還由于使用絕緣固晶膠間接充當填充劑的作用，提高了光源的散熱性能；獨特的基板結構設計，使得當共晶錫膏熔化時，固化的絕緣固晶膠依然能固定芯片，即使絕緣固晶膠與基板分離，芯片也不脫落；而且本發明所述結構具有可修復性和循環利用特性，當光源失效，只需熔掉芯片，清洗基板即可再次使用，即節約原料，又保護環境。此外，選用白色的絕緣固晶膠，減少了芯片背面光吸收，絕緣固晶膠還能防止芯片短路，緩解熱應力，降低熱阻，提高散熱能力，降低成本。

本發明所述的倒裝大功率led封裝結構是將芯片置于涂有低溫共晶錫膏層的兩個獨立間斷的焊盤上，所述焊盤位于基板上，并在兩個獨立間斷的焊盤中間形成的溝槽內點絕緣固晶膠，分別固化固晶膠和共晶錫膏，在固化后，芯片下面形成絕緣固晶膠和共晶錫膏兩個散熱通道，絕緣固晶膠能夠起到固晶，散熱，促進光輸出，緩解熱應力，底部填充等作用。與現有技術中存在的單散熱通道的led封裝結構相比，其散熱效果更好，光源更穩定，壽命更長。

本發明所述的倒裝大功率led封裝結構的封裝工藝簡單，可以從根本上杜絕了芯片短路，巧妙的結構設計，使光源耐高溫性能更好，封裝流程和封裝原料更少，大大降低了光源封裝成本。

附圖說明

圖1為本發明的一個優選實施方式的倒裝大功率led封裝結構制備過程中的側面示意圖；

其中，1為芯片、2為共晶錫膏層、3為焊盤、4為絕緣固晶硅膠、5為基板。

圖2為本發明的一個優選實施方式的倒裝大功率led封裝結構側面示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不是用于限制本發明的保護范圍。此外，應理解，在閱讀了本發明所記載的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落入本發明的保護范圍。

實施例1

一種倒裝大功率led封裝結構，如圖1和圖2所示，所述結構包括基板5、焊盤3、絕緣固晶硅膠4、共晶錫膏層2和芯片1；

所述基板5上設置兩個獨立間斷的焊盤3，所述焊盤另一側設置有預定的電路布局用于連接外電路；

所述基板5為導電基板或絕緣基板；當所述基板選自導電基板時，兩個獨立間斷的焊盤和基板之間設置有絕緣層(未示出)；

所述共晶錫膏層2有兩個，分別位于所述兩個獨立間斷的焊盤表面3；并分別與芯片1的正負極相連；

所述基板5、兩個獨立間斷的焊盤3、兩個共晶錫膏層2和所述芯片1之間形成的空間中填充有絕緣固晶硅膠4。

其中，所述絕緣固晶硅膠4間接充當底部填充、阻斷芯片正負極接觸，固定芯片并防止芯片發生短路的作用。

在本發明的一個優選實施方式中，所述絕緣固晶硅膠是白色的。

在本發明的一個優選實施方式中，所述兩個獨立間斷的焊盤3相對的兩個面設置為傾斜的，從而使得焊盤之間的溝槽的縱截面呈等腰梯形，所述等腰梯形遠離基板一側的邊為短邊。

在本發明的一個優選實施方式中，所述等腰梯形的底角，即焊盤的斜面與基板的夾角為60°～85°。

在本發明的一個優選實施方式中，所述兩個獨立間斷的焊盤3之間的最小距離，即遠離基板一側的邊的距離約等于芯片正負極間距最小值。

在本發明的一個優選實施方式中，所述焊盤的高度約為芯片厚度一半到等于芯片厚度范圍。

在本發明的一個優選實施方式中，所述兩個共晶錫膏層位于所述兩個獨立間斷的焊盤表面靠近溝槽邊緣一側。

在本發明的一個優選實施方式中，與所述芯片正電極和負電極對應的焊盤表面上的共晶錫膏層的涂覆面積大于對應的正電極或負電極面積的1.5倍，使得共晶時錫膏充足，共晶后芯片和基板之間無空隙。

在本發明的一個優選實施方式中，所述絕緣固晶硅膠填滿于所述基板、兩個獨立間斷的焊盤、兩個共晶錫膏層和所述芯片之間形成的空間，用于阻斷芯片正、負電極之間可能的連接。

在本發明的一個優選實施方式中，所述絕緣固晶硅膠可以由其他絕緣固晶膠代替。

在本發明的一個優選實施方式中，所述基板為bt基板、fr-4基板、陶瓷基板等絕緣基板中的至少一種。

本發明中，當所述基板選自鋁基板，銅基板，或其他金屬基板的導電基板時，兩個獨立間斷的焊盤和基板之間設置有絕緣層，目的在于保證光源不發生短路現象。

實施例2

一種倒裝大功率led封裝結構的制備方法，具體包括以下步驟：

1)烘烤基板，以除去水氣；在基板表面制作兩個獨立間斷的焊盤，所述焊盤中設置有預定的電路布局，任選地，在兩個獨立間斷的焊盤和基板之間制作絕緣層；

2)用固晶機在焊盤上精確點出適量共晶錫膏，用于形成共晶錫膏層，且兩個獨立間斷的焊盤之間無共晶錫膏層連接；

3)同樣方法在兩個獨立間斷的焊盤形成的溝槽內點出絕緣固晶硅膠，使絕緣固晶硅膠高度稍稍高于焊盤高度(例如為50-100微米)，但低于步驟2)的共晶錫膏層的高度(例如為50-100微米)(具體如圖2所示)；

4)將芯片正負極分別與兩個獨立間斷的焊盤上的共晶錫膏粘接在一起，在正負極和焊盤之間分別形成共晶錫膏層，且在基板、兩個獨立間斷的焊盤、兩個共晶錫膏層和所述芯片之間形成的空間填滿所述絕緣固晶硅膠；所述芯片正負極被所述絕緣固晶硅膠完全阻斷，有效避免了正負極的導通而引起的短路等問題；

5)由于絕緣固晶硅膠的固化溫度較低，故先按照絕緣固晶硅膠的固化條件進行烘烤，其烘烤條件為在100℃烘烤1小時，再經150℃烘烤3小時，使絕緣固晶硅膠固化，并排出芯片底部氣泡；然后再100℃-180℃-230℃-180℃-100℃高溫回流共晶；

6)檢查共晶效果；

本發明中，在熔化狀態下進行錫膏層共晶，由于錫膏具有浸潤的特性，在沒有絕緣固晶硅膠的焊盤和芯片電極上，錫膏易流動，粘附在芯片電極和焊盤之間，而且由于共晶錫膏優先填充在芯片下面，此過程將主動排出芯片底部氣泡，實現無空隙填充。

以上，對本發明的實施方式進行了說明。但是，本發明不限定于上述實施方式。凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。