超大功率垂直芯片的集成封裝結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于半導體照明器件技術領域，具體涉及超大功率垂直芯片的集成封裝結構。
【背景技術】
[0002]隨著LED芯片制備技術的快速發展，單顆芯片的功率在不斷增大，從而促進了各種大功率或高功率密度LED器件和燈具系統的開發，拓展了 LED在各種普通照明和特種照明中的應用領域和范圍。尤其在紫外LED應用領域，波長365 nm以上的單顆芯片的輸入功率從幾瓦增加到了幾十瓦，并朝著百瓦級發展。
[0003]垂直結構芯片是大功率芯片發展的必然趨勢。垂直結構LED芯片的P型和N型電極分別在LED外延層的兩側，電流幾乎全部垂直流過LED外延層，因此電流密度大而且均勻，避免了平面結構芯片的電流擁擠問題。垂直結構芯片不僅提高了輻射效率，而且還解決了 P型電極的光吸收問題，在高功率密度下其出光效率可以達到平面結構LED的3倍。
[0004]增大單顆芯片的功率，是增大封裝功率密度的方法之一。超大功率垂直芯片的電流達到了十幾安培甚至更高，封裝成器件時往往需要打多條金線進行電連接。但是金線增多，不僅增大了封裝的工藝和技術難度，而且也大大降低了封裝器件的可靠性。Luminus公司就是采用該種方式對單顆大功率紫外LED芯片進行封裝。其單顆芯片的電流為18 A，頂部電極的焊盤位于芯片兩側，每側各打金線18條。該封裝結構的可靠性很差，電流密度不均勻，芯片極易燒壞，使用壽命非常短。CN 201410176671.3提出了一種高效導熱的大功率LED集成封裝結構，提高了模組的導熱性能和載流能力，可以實現高功率密度的LED封裝器件。但是該結構中也是采用金線作為芯片電極與基板的電連接載體，芯片電流很高時同樣存在金線分流不均的問題，限制了封裝功率密度的進一步提高。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種可靠性好的超大功率垂直芯片的集成封裝結構，可以實現十千瓦級的大功率LED器件封裝。
[0006]本實用新型提供的超大功率垂直芯片的集成封裝結構，其中，大功率LED垂直芯片的負極焊盤與基板電極之間采用金屬箔片來替代金線連接，且封裝結構的電連接全部采用共晶焊的方式，實現了芯片的大電流穩定供電以及高導熱性能。
[0007]本實用新型提供的超大功率垂直芯片的集成封裝結構，包括負極導電板、正極導電板和兩者之間的絕緣導熱層；LED垂直芯片上方出光面的負極焊盤與負極導電板之間采用金屬箔片進行連接；垂直芯片下方的正極與正極導電板之間共晶焊接。
[0008]所述金屬箔片與LED芯片負極焊盤和負極導電板都采用共晶焊的方式連接。
[0009]所述負極導電板、金屬箔片、絕緣層與正極導電板通過機械方式壓緊，確保整個封裝結構的強抗震性和穩定性。
[0010]在采用本集成封裝結構的模組上LED芯片成線型排列，LED芯片上方用柱面透鏡成像，將芯片出光聚焦透射到待照射面上。
[0011]采用本集成封裝結構的模組，其電流密度可達35-350 A/cm2，對應電壓為3.5-5V，因此輸入電功率可高達120-1500 W/cm2。
[0012]本封裝結構中，芯片底部電極與下導電板采用共晶焊，導熱性能優越，因此輻射效率可達10%以上。
[0013]本封裝結構用金屬箔片取代了連接芯片負極與封裝基板負極的金線或鋁線，解決了 LED芯片與封裝基板之間大電流傳導的難題，提高了封裝的散熱性能，實現了可靠的高功率密度封裝，可用于超大功率LED紫外、可見和紅外照明系統。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型的超大功率垂直芯片的集成封裝結構的組裝圖。
[0015]圖2為本實用新型的超大功率垂直芯片的集成封裝結構的主視圖。
[0016]圖3為本實用新型的超大功率垂直芯片的集成封裝結構的俯視圖。
[0017]圖中標號:1 一正極導電板；2—絕緣層；3—負極導電板；4一紫外LED垂直芯片；5一銅箔；6—絕緣螺檢；7—透鏡。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖和實施例，對本實用新型做進一步說明。所描述的實施例僅為本實用新型的部分實施例。基于本實用新型中的實施例而未作出創造性成果的其他所有實施例，都屬于本實用新型的保護范圍。
[0019]本實用新型的超大功率垂直芯片的集成封裝結構，其組裝圖如圖1所示。該封裝結構的基板由正極導電板1、絕緣層2和負極導電板3構成，絕緣層2和負極導電板上開槽，槽內有三顆額定關聯35 W的紫外LED垂直芯片4成直線排列。芯片下方的P型電極與正極導電板1共晶焊接，芯片上方的N型電極則與銅箔5的前端共晶焊接。銅箔5的后端位于絕緣層2與負極導電板3中間。整個封裝結構采用絕緣螺栓固定，則銅箔5與負極導電板3緊密接觸，實現電連接。封裝結構上方封裝有半圓柱形的透鏡，從而將芯片發出的輻射光聚焦到所需的工作面上。
[0020]該封裝結構，采用銅箔替代金線，可以大幅度提高封裝結構的載流能力。
[0021]銅的電導率為5.71 X107 S/m，是金(4.17X107 S/m)的1.37倍。芯片N極焊盤長2.8 mm,寬0.15 mm.共晶焊接的銅箔厚度0.2 mm，長度與焊盤長度一致。作為對比，金線直徑0.1 mm時，單根只能通過1 A電流，電流超過1 A則燒斷。對應該芯片尺寸，單側可打17根金線。
[0022]假如按照焊盤的面積來比較過流量:
[0023]單側焊盤面積:AK= 0.15 X 2.8 = 0.42 mm2
[0024]單側金線面積:AAu= 31 X (0.10/2)2X 17 = 0.1335 mm2
[0025]面積比值:AK/ AAu = 0.42/0.1335 = 3.15 倍
[0026]則過流量比值:IK/ IAu = 3.15X 1.37 = 4.32 倍。
[0027]假如按照銅箔截面積來比較過流量
[0028]單側銅箔的截面積:ACu= 0.2 X 2.8 = 0.56 mm2
[0029]過流量比值:ICu/ IAu = 0.56/0.1335X 1.37 = 5.75 倍。
[0030]以上計算表明，采用銅箔共晶焊所能通過的電流至少是金線的4倍以上。本集成封裝結構已實現單片105 A電流。
[0031]此外，本實用新型的封裝結構采用銅箔來連接芯片與負極導電板，芯片產生的熱量可以直接通過銅箔傳導到導電板，銅箔外也無絕緣隔熱層。因此，封裝結構的導熱性能比用金線的更好，器件的性能表現也更加卓越。
【主權項】
1.一種超大功率垂直芯片的集成封裝結構，其特征在于:所述封裝結構的基板包括負極導電板、正極導電板和兩者之間的絕緣導熱層；垂直芯片上方出光面的負極焊盤與負極導電板之間采用金屬箔片進行連接；垂直芯片下方的正極與正極導電板之間共晶焊接。2.根據權利要求1所述的超大功率垂直芯片的集成封裝結構，其特征在于:所述負極導電板、金屬箔片、絕緣層與正極導電板通過機械方式壓緊，確保整個封裝結構的強抗震性和穩定性。3.根據權利要求1所述的超大功率垂直芯片的集成封裝結構，其特征在于:在集成封裝結構的模組上LED芯片成線型排列，LED芯片上方用柱面透鏡成像，將芯片出光聚焦透射到待照射面上。4.根據權利要求1所述的超大功率垂直芯片的集成封裝結構，其特征在于:采用本集成封裝結構的模組，電流密度為35-350 A/cm2，輸入電功率為120-1500 W/cm2。
【專利摘要】本實用新型屬于半導體照明器件技術領域，具體為超大功率垂直芯片的集成封裝結構。該集成封裝結構中，大功率垂直芯片的負極焊盤與基板電極之間采用金屬箔片來連接，實現了芯片的大電流穩定負載以及高導熱性能。封裝基板包括正極導電板、負極導電板和兩者之間的絕緣導熱層；垂直芯片的負極焊盤與金屬箔片之間、金屬箔片與負極導電板之間、芯片正極與正極導電板之間全部采用共晶焊接。本封裝結構用金屬箔片取代了連接芯片負極與封裝基板負極的金線或鋁線，解決了LED芯片與封裝基板之間大電流傳導的難題，提高了封裝的散熱性能，實現了可靠的高功率密度封裝，可用于超大功率LED紫外、可見和紅外照明系統。
【IPC分類】H01L33/64, H01L33/62, H01L33/48
【公開號】CN205122639
【申請號】CN201520825589
【發明人】張善端, 韓秋漪, 荊忠
【申請人】復旦大學, 上海邁芯光電科技有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年10月25日