CN102201520A - Led封装结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种LED封装结构，其包括一个金属基板、一个发光芯片、以及一个缓冲层。该发光芯片设置在该金属基板上。该缓冲层设置在该发光芯片与该金属基板之间以连接该发光芯片与该金属基板。该缓冲层包括一个基体及填充在该基体内的多个导电微粒，该基体为软性环氧树脂，每个导电微粒包含一个树脂粒子及一个包覆该树脂粒子的金属层，该多个导电微粒电性连接该发光芯片与该金属基板。另外，本发明还涉及一种制造上述LED封装结构的方法。

Description

LED封装结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种LED封装结构，以及一种制造该LED封装结构的方法。

背景技术

目前，发光二极管(Light Emitting Diode，LED)因具光质佳及发光效率高等特性而逐渐取代冷阴极荧光灯(Cold Cathode FluorescentLamp，CCFL)，成为照明装置中的发光元件。

现有的LED通常是在制成发光芯片后，将该发光芯片设置在一个基板，如金属板上，再通过后续的制程，如封装透镜后制成。所述金属板一方面用于承载该发光芯片，另一方面也可用来对发光芯片进行散热。

然而，现有的发光芯片，其在热传导性能上通常难以与金属板相匹配，例如，由于发光芯片材料的热膨胀系数(Coefficient ofThermal Expansion，CTE)与金属板材料的热膨胀系数差异较大，当发光芯片散发出热量时，该发光芯片与该金属板之间容易产生热应力，从而导致两者之间相互挤压而变形。因此，该LED的工作稳定性及使用寿命均难以较佳地达到生产及使用的需要。

有鉴于此，提供一种具较佳工作稳定性的LED封装结构实为必要。

发明内容

下面将以实施例说明一种具较佳工作稳定性的LED封装结构，以及一种制造该LED封装结构的方法。

一种LED封装结构，其包括一个金属基板、一个发光芯片、以及一个缓冲层。该发光芯片设置在该金属基板上。该缓冲层设置在该发光芯片与该金属基板之间以连接该发光芯片与该金属基板。该缓冲层包括一个基体及填充在该基体内的多个导电微粒，该基体为软性环氧树脂，每个导电微粒包含一个树脂粒子及一个包覆该树脂粒子的金属层，该多个导电微粒电性连接该发光芯片与该金属基板。

一种LED封装结构的制造方法，包括：提供一个金属基板并在该金属基板上形成一个缓冲层，该缓冲层包括一个基体及填充在该基体内的多个导电微粒，且该基体为环氧树脂，每个导电微粒包含一个树脂粒子及一个形成在该树脂粒子外表面的金属层；提供一个发光芯片并将该发光芯片设置在该缓冲层上，以使该缓冲层位于该发光芯片与该金属基板之间；高温加热该缓冲层使其软化，并使该发光芯片与该金属基板相互靠近，从而挤压该基体中的多个导电微粒，以使其与该发光芯片及该金属基板分别相接触并形成电性连接；冷却该缓冲层，以使该缓冲层逐渐固化。

相对于现有技术，该LED封装结构采用缓冲层来连接发光芯片与金属基板，由于该缓冲层包括一个基体及填充在该基体内的多个导电微粒，而该基体为软性环氧树脂，其具有应力缓冲作用，在保证电性连接该发光芯片与该金属基板的前提下，该缓冲层可避免发光芯片与金属基板之间由于受热时相互挤压所产生的变形，从而保证LED封装结构的性能稳定和使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例提供的LED封装结构的剖视图。

图2是图1所示LED封装结构中导电微粒的剖视图。

图3是本发明提供的LED封装结构制造方法的流程图。

图4是图3所示制造方法中步骤102所提供的金属基板及缓冲层的示意图。

图5是图3所示制造方法中步骤104所提供的发光芯片的结构示意图。

图6是实施图3所示制造方法中步骤104～108所对应的发光芯片与缓冲层及金属基板的封装结构的示意图。

图7是在图6的基础上进一步形成发光芯片的电极接触垫的示意图。

图8是在图7的基础上进一步实施步骤110所形成的LED封装结构的示意图。

图9是采用图8所示LED封装结构的LED的结构示意图。

主要元件符号说明

LED封装结构         100

LED                 200

金属基板            12

发光芯片            14

缓冲层              16

基体                160

导电微粒            162

导电孔              18

绝缘层              180

导电物质            182

反射腔              20

透镜                22

电路板              24

基底                140

P型层               141

PN结                142

N型层               143

电极接触垫          145

树脂粒子            1620

金属层              1622

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1，本发明实施例提供一种LED封装结构100，其包括一个金属基板12、一个发光芯片14、以及一个缓冲层16。

该金属基板12大致呈四方形，其材料可为铜或其它合适的金属或金属合金，如铝或铝合金等，优选地，该金属基板12采用铜合金制成。

该发光芯片14为一个LED芯片，其具体可为包含氮化物，如氮化镓的LED芯片。当然，该发光芯片14也可采用其它材料，如磷化物，或砷化物等。

该发光芯片14设置在该金属基板12上。具体地，该发光芯片14与该金属基板12之间设置该缓冲层16，该缓冲层16连接该发光芯片14与该金属基板12。

请一起参阅图2，该缓冲层16包括一个基体160及填充在该基体内的多个导电微粒162。该基体160的材料为软质环氧树脂(softep oxy)。每个导电微粒162包含一个树脂粒子1620及一个形成在该树脂粒子外表面的金属层1622，如图2所示。树脂粒子具有弹性，其材料可以为丙烯酸树脂，金属层的材料可以是镍、金、银、或锡等，优选地，金属层的材料可以为包含金与锡的合金。该多个导电微粒162的形状为近似圆球状。本实施例中，该多个导电微粒162可以层叠设置并相互接触，处于最上层和最下层的导电微粒162分别与金属基板12和发光芯片14相接触，如图1所示。可以理解的是，该多个导电微粒162也可以单层设置且与金属基板12和发光芯片14相接触。

由于该缓冲层16的基体160的材料为软质环氧树脂，其具有应力缓冲作用。而填充在该基体160中的多个导电微粒162与金属基板12和发光芯片14分别接触，从而电性连接该发光芯片14与该金属基板12。因此该缓冲层16在保证电性连接该发光芯片14与该金属基板12的前提下，还可避免发光芯片14与金属基板12之间由于受热时相互挤压所产生的变形，从而保证LED封装结构100的性能稳定和使用寿命。

请一起参考图3，本发明还提供一种制作上述LED封装结构100的方法，其包括步骤(102)～(110)。

(102)提供一个金属基板并在该金属基板上形成一个缓冲层，该缓冲层包括一个基体及填充在该基体内的多个导电微粒，且该基体为环氧树脂，每个导电微粒包含一个树脂粒子及一个形成在该树脂粒子外表面的金属层。

如图4所示，本实施例所提供的缓冲层16的厚度大于10μm且小于35μm，其面积大约为100μm×100μm。每个导电微粒162的直径大于1μm且小于15μm。该金属基板12的面积大于缓冲层16的面积。

(104)提供一个发光芯片并将该发光芯片设置在该缓冲层上，以使该缓冲层位于该发光芯片与该金属基板之间。

步骤(104)中所提供的发光芯片14的结构如图5所示，其为一个垂直结构的LED芯片，具体包括一个基底(substrate)140、一个P型层141、一个PN结142、以及一个N型层143，其中，由基底140向远离基底140的一侧依次设置N型层143、PN结142、P型层141，其中，P型层141与缓冲层16相接触。该发光芯片14的面积与缓冲层16的面积大致相当。

(106)高温加热该缓冲层使其软化，并使该发光芯片与该金属基板相互靠近，从而挤压该基体中的多个导电微粒，以使其与该发光芯片及该金属基板分别相接触并形成电性连接。

请一起参考图6，在本实施例中，加热该缓冲层16的温度大约为200℃。可以理解的是，在200℃的高温环境下，基体160的材料，即环氧树脂将软化并向缓冲层16的周边流动，当进一步以垂直并靠近该缓冲层16的方向对发光芯片14施加压力时，填充在基体160中的多个导电微粒162将被发光芯片14与金属基板12所挤压，从而相互靠近并相互接触，并进一步与发光芯片14及金属基板12分别相接触。可以理解的是，施加在发光芯片14上的压力可根据情况而定，例如，可适当增加该压力，使得多个导电微粒162被该发光芯片14及金属基板12压缩从而产生变形。在本实施例中，优选地，该导电微粒162的变形量大于40％，当其被压缩之后，其与金属基板12及发光芯片14的接触面积较大，相应地，接触电阻较小。

(108)冷却该缓冲层，以使该缓冲层逐渐固化。

在步骤(108)中，可以将金属基板12、发光芯片14、以及缓冲层16放置在室温下，使得缓冲层16中的温度逐渐下降。可以理解的是，由于基体160的材质为环氧树脂，其为热固性树脂，因此，当其暴露在室温下时，其将逐渐固化。

可以理解的是，在冷却缓冲层16的过程中，施加在缓冲层16两侧的压力可以保持，使得基体160充分固化后，基体160中的导电微粒162可以保持一定的变形量，从而增加其与金属基板12及发光芯片14的接触面积。当然施加在缓冲层16两侧的压力也可以被撤销，这样，基体160中的材料在未充分固化时，基体160中的导电微粒162将逐渐回弹，使得缓冲层16中由于基体160变形所产生的应力减小。

实施步骤(102)～(108)后，可进一步将发光芯片14的基底140去除。具体可采用蚀刻液将该基底140蚀刻掉，进一步地，可在N型层143的局部区域上形成一个电极接触垫145，从而形成图7所示的LED封装结构100。该电极接触垫145可由银、铜、铝等金属材料制成。在本实施例中，该电极接触垫145为一个金箔。

请一起参阅图8，在形成所述LED封装结构100后，可进一步包括步骤：

(110)在金属基板未设置该缓冲层的区域开设一个贯穿该金属基板的导电孔，并进一步在该导电孔中填充导电物质，该导电孔的内侧壁上形成一绝缘层以使该导电物质与该金属基板相互绝缘。

如图8所示，该导电孔18可以为一个圆孔，如截顶圆锥形通孔，当然，其也可为其它形状的通孔，如圆柱形通孔，或是方形孔等。该绝缘层180的材料可以是二氧化硅。该导电物质182的材料可以是铜或是铜合金。

进一步地，图8所示的LED封装结构100还可经由后续的步骤进一步加工形成一个如图9所示的完整的LED200。

如图9所示的LED200，其具体加工是先将发光芯片14的电极接触垫145通过打线连接(wire bonding)至导电孔18的导电物质182上。然后在金属基板12上成型一个反射腔20，反射腔20内用硅胶制成透镜22，最后再用锡膏通过回流焊工艺将金属基板12焊接到电路板24上。

可以理解的是，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种LED封装结构，其包括：

一个金属基板；

一个发光芯片，其设置在该金属基板上；以及

一个缓冲层，该缓冲层设置在该发光芯片与该金属基板之间以连接该发光芯片与该金属基板，该缓冲层包括一个基体及填充在该基体内的多个导电微粒，该基体为软性环氧树脂，每个导电微粒包含一个树脂粒子及一个包覆该树脂粒子的金属层，该多个导电微粒电性连接该发光芯片与该金属基板。

2.如权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，该树脂粒子具有弹性。

3.如权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，该缓冲层的厚度大于10μm且小于35μm。

4.如权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，该每个导电微粒的直径大于1μm且小于15μm。

5.如权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，该金属基板的面积大于缓冲层的面积，该金属基板未设置该缓冲层的区域开设一个贯穿该金属基板的导电孔，该导电孔中填充导电物质，该导电孔的内侧壁上形成一绝缘层以使该导电物质与该金属基板相互绝缘。

6.如权利要求5所述的LED封装结构，其特征在于，该导电物质为铜或铜合金。

7.如权利要求1所述的LED封装结构，其特征在于，该金属基板的材料为铜或铜合金。

8.一种LED封装结构的制造方法，包括：

提供一个金属基板并在该金属基板上形成一个缓冲层，该缓冲层包括一个基体及填充在该基体内的多个导电微粒，且该基体为环氧树脂，每个导电微粒包含一个树脂粒子及一个形成在该树脂粒子外表面的金属层；

提供一个发光芯片并将该发光芯片设置在该缓冲层上，以使该缓冲层位于该发光芯片与该金属基板之间；

高温加热该缓冲层使其软化，并使该发光芯片与该金属基板相互靠近，从而挤压该基体中的多个导电微粒，以使其与该发光芯片及该金属基板分别相接触并形成电性连接；

冷却该缓冲层，以使该缓冲层逐渐固化。

9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，进一步包括步骤：在金属基板未设置该缓冲层的区域开设一个贯穿该金属基板的导电孔，并进一步在该导电孔中填充导电物质，该导电孔的内侧壁上形成一绝缘层以使该导电物质与该金属基板相互绝缘。

10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在缓冲层的固化过程中保持施加在该缓冲层两侧的压力。

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