CN102800798B - 一种led封装结构及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对现有技术中LED封装效率低、散热热阻大和不能与圆片级封装相兼容的缺点，提供了一种LED封装结构及封装方法，能够增加LED的封装效率，降低散热热阻并能够与圆片级封装相兼容。本发明提供的LED封装结构包括依次层叠的LED芯片、衬底以及散热基板，衬底中具有贯穿衬底的硅通孔，衬底的两侧上分别具有与硅通孔互连的布线层，散热基板的位于衬底下方的部分具有与衬底连接的突出部，并且该突出部的尺寸小于所述衬底的尺寸，散热基板的非所述突出部部分上布置有引出电路，LED芯片与衬底通过倒装方式互连，LED芯片与衬底的组合也通过倒装方式与引出电路互连，并且通过衬底中的硅通孔将LED芯片的信号输出给引出电路。

Description

一种LED封装结构及其封装方法

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种LED封装结构及其封装方法。

背景技术

目前典型的大功率LED芯片一般采用图1所示的倒装焊接结构进行封装，其中，LED芯片2被设计成向背面发光，在LED芯片2的表面制作用于电互连的金属微焊球3，LED芯片2则采用倒装的方式与下面的硅衬底4进行连接，并在硅衬底4的表面制作简单的电路以将微焊球3的端口引出到周边焊盘，然后通过引线键合工艺实现外界与LED芯片2的电源和其他信号的互连。在硅衬底4的下方是散热层10和金属热沉11，用于促进热量向LED芯片2的背面进行传导。在图1中，标号1表示掺荧光粉硅胶，标号2表示LED芯片，标号3表示微焊球，标号4表示硅衬底，标号5表示电极引线，标号6表示反射杯，标号7表示金属反射层，标号8表示灌封胶，标号9表示外接电路，标号10表示散热层，标号11表示金属热沉层，标号12表示键合层。

在图1所示的结构中，硅衬底4是通过引线键合的方式来与外界进行电连接的，因此封装效率降低并且不能与圆片级封装技术进行兼容。

发明内容

本发明针对现有技术中LED封装效率低以及不能与圆片级封装相兼容的缺点，提供了一种LED封装结构及封装方法，能够增加LED的封装效率，降低LED芯片散热热阻，并能够与圆片级封装相兼容。

本发明提供的LED封装结构包括依次层叠的LED芯片、衬底以及散热基板，所述衬底中具有贯穿所述衬底的硅通孔，所述衬底的两侧上分别具有与所述硅通孔互连的布线层，所述散热基板的位于所述衬底下方的部分具有与所述衬底连接的突出部，并且该突出部的尺寸小于所述衬底的尺寸，所述散热基板的非所述突出部部分上布置有引出电路，所述LED芯片与所述衬底通过倒装方式互连，所述LED芯片与所述衬底的组合也通过倒装方式与所述引出电路互连，并且通过所述衬底中的硅通孔将所述LED芯片的信号输出给所述引出电路。

本发明提供的LED封装方法包括以下步骤：

提供衬底并在所述衬底上形成硅通孔；

在所述衬底的一侧上形成布线层并通过倒装键合工艺将LED芯片与所述衬底的形成布线层的一侧互连；

在所述衬底的另一侧上形成布线层；

将带有引出电路的散热基板与所述另一侧通过倒装的方式进行互连，其中所述散热基板的位于所述衬底下方的部分具有与所述衬底连接的突出部，并且该突出部的尺寸小于所述衬底的尺寸，所述散热基板的非所述突出部部分上布置有引出电路。

由于根据本发明的LED封装结构与封装方法是通过具备垂直互连功能的硅通孔结构来实现LED芯片与引出电路之间的互连的，所以不需要采用现有技术中所采用的引线键合工艺，从而增加了封装效率，降低了LED芯片的散热热阻。

附图说明

图1是现有技术中的LED封装结构；

图2是根据本发明的LED封装结构的一个示例性剖面图；

图3是根据本发明的LED封装结构的另一示例性剖面图；

图4是根据本发明的LED封装方法的流程图；

图5-图11是根据本发明的LED封装结构的制备流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图来详细描述根据本发明的LED封装结构与封装方法。

如图2所示，根据本发明的LED封装结构包括依次层叠的LED芯片70、衬底10以及散热基板120，所述衬底70中具有贯穿所述衬底70的硅通孔20，所述衬底10的两侧上分别具有与所述硅通孔20互连的布线层60和90，所述散热基板120的位于所述衬底下方的部分具有与所述衬底10连接的突出部，并且该突出部的尺寸小于所述衬底10的尺寸，所述散热基板120的非所述突出部部分上布置有引出电路130，所述LED芯片70与所述衬底10通过倒装方式互连，所述LED芯片70与所述衬底10的组合也通过倒装方式与所述引出电路130互连，并且通过所述衬底10中的硅通孔20将所述LED芯片70的信号输出给所述引出电路130。

优选地，在所述突出部与所述衬底10之间具有散热层110。该散热层110由高热导率的界面材料形成，当将衬底10与散热基板120进行倒装键合时，散热层在衬底10的底部与散热基板120之间形成致密键合。由于现有技术中在衬底10与散热基板120之间添加的是热导率相对低的粘结层，所以根据本发明的LED封装结构能够降低热阻，进一步增加散热性能。另外，虽然在图2中，布线层90布置在散热层110与衬底10之间，但是本发明并不局限于此，实际上，散热层110可以直接与衬底10接触，而布线层90则可以布置在衬底10的不与散热层110接触的部分上。

另外，根据电学和热学设计的需要，所述硅通孔20的直径位于10微米到100微米的范围内，所述硅通孔20的深度位于100微米到300微米的范围内。而且，所述硅通孔20优选位于所述LED芯片70工作时的热点区附近，以最大程度地降低LED芯片70工作时的局部温度，从而最大程度地改进LED芯片70的散热性能。

优选地，所述散热基板120可以采用高热导率的材料制成，例如Cu、氮化铝、氧化铝或者氧化铍等材料。

另外，为了增加LED的发光效率，如图3所示，根据本发明的LED封装结构还包括位于所述引出电路130上的环绕所述LED芯片70的、表面上覆有反射层160的反射杯140。而且，在图3所示的封装结构中，该LED封装结构还具有与所述散热基板120的不具有所述引出电路130的一侧连接的热沉层150，从而进一步增加该封装结构的散热效率。

下面结合图4描述根据本发明的LED封装方法，该方法包括：

S21、提供衬底10并在所述衬底10上形成硅通孔20；

S22、在所述衬底10的一侧上形成布线层并通过倒装键合工艺将LED芯片70与所述衬底10的形成布线层的一侧互连；

S23、在所述衬底10的另一侧上形成布线层；

S24、将带有引出电路130的散热基板120与所述另一侧通过倒装的方式进行互连，其中所述散热基板120的位于所述衬底10下方的部分具有与所述衬底10连接的突出部，并且该突出部的尺寸小于所述衬底10的尺寸，所述散热基板120的非所述突出部部分上布置有引出电路130。

下面结合图5-图11来详细描述根据本发明的LED封装方法的流程图。

如图5所示，提供衬底10，并在该衬底10上形成硅通孔20。其中，该衬底10可以是本领域技术人员公知的硅衬底等。根据电学和热学设计的需要，该硅通孔20的直径可以位于10微米到100微米的范围内，该硅通孔20的深度可以位于100微米到300微米的范围内。另外，可以采用深度反应离子刻蚀(DRIE)工艺或者其他刻蚀工艺来形成该硅通孔20。

之后，如图6所示，在硅通孔20的侧壁上形成绝缘层30以及扩散阻挡层40。其中，可以采用热氧化或化学汽相淀积(CVD)等工艺来形成绝缘层30，以及可以采用物理汽相淀积(PVD)或化学汽相淀积(CVD)或原子层淀积(ALD)等工艺形成扩散阻挡层40，并且形成扩散阻挡层40的材料可以是Ti、Ta、TiN、TaN等。

之后，如图7所示，在硅通孔20内填充金属材料50(诸如铜、钨、多晶硅、导电聚合物、金属-聚合物复合材料等)，其中可以通过电镀、物理汽相淀积、化学汽相淀积等工艺来填充金属材料50。

之后，如图8所示，在衬底10的一侧上形成布线层60并通过倒装键合工艺将LED芯片70与衬底10的形成布线层60的一侧互连。其中，在图8中的标号80表示金属凸点。

之后，如图9所示，在衬底的另一侧上形成布线层90和用于与散热基板进行倒装键合用的焊球100，并在布线层90上形成钝化层和在形成的钝化层上淀积一层高热导率材料，例如高热导率银浆等。其中钝化层和形成于钝化层上的高导热材料层(即散热层)统一用标号110表示。当将衬底10与散热基板进行倒装键合时，散热层在衬底10的底部与散热基板120之间形成致密键合，提供了高导热通道。由于现有技术中在衬底10与散热基板之间添加的是热导率相对低的粘结层，所以根据本发明的LED封装结构能够降低热阻，进一步增加散热性能。

之后如图10所示，将带有引出电路130的散热基板120与衬底10通过倒装的方式进行互连，其中所述散热基板120的位于所述衬底10下方的部分具有与所述衬底连接的突出部，并且该突出部的尺寸小于所述衬底的尺寸，所述散热基板120的非所述突出部部分上布置有引出电路130。

之后，如图11所示，在引出电路130上形成反射杯140，并在散热基板120的另一侧上形成热沉层150。其中，反射杯140的表面上涂覆有金属反射层160。

以上结合本发明的优选实施方式对本发明的LED封装结构和封装方法进行了详细描述，应当理解，在不背离本发明精神和范围的情况下，能够对本发明进行各种修改和变形，例如根据实际应用，制备流程中的某些步骤可以省略，或者某些步骤的顺序可以互换等等。

Claims (10)

1.一种LED封装结构，该封装结构包括依次层叠的LED芯片(70)、衬底(10)以及散热基板(120)，所述衬底(10)中具有贯穿所述衬底(10)的硅通孔(20)，所述硅通孔(20)位于所述LED芯片(70)工作时的热点区附近，所述衬底(10)的两侧上分别具有与所述硅通孔(20)互连的布线层(60，90)，所述散热基板(120)的位于所述衬底(10)下方的部分具有与所述衬底(10)连接的突出部，并且该突出部的尺寸小于所述衬底(10)的尺寸，所述散热基板(120)的非所述突出部部分上布置有引出电路(130)，所述LED芯片(70)与所述衬底(10)通过倒装方式互连，所述LED芯片(70)与所述衬底(10)的组合也通过倒装方式与所述引出电路(130)互连，并且通过所述衬底(10)中的硅通孔(20)将所述LED芯片(70)的信号输出给所述引出电路(130)；

其中，所述封装结构还包括位于所述引出电路(130)上的环绕所述LED芯片(70)的、表面上覆有反射层(160)的反射杯(140)。

2.根据权利要求1所述的封装结构，其中，所述突出部与所述衬底(10)之间具有散热层(110)。

3.根据权利要求1所述的封装结构，其中，所述硅通孔(20)的直径位于10微米到100微米的范围内，所述硅通孔(20)的深度位于100微米到300微米的范围内。

4.根据权利要求1所述的封装结构，其中，所述散热基板(120)为Cu基板、氮化铝基板、氧化铝基板或者氧化铍基板。

5.根据权利要求1所述的封装结构，其中，所述封装结构还具有与所述散热基板(120)的不具有所述引出电路(130)的一侧连接的热沉层(150)。

6.一种LED封装方法，该方法包括：

提供衬底并在所述衬底上形成硅通孔；

在所述衬底的一侧上形成布线层并通过倒装键合工艺将LED芯片与所述衬底的形成布线层的一侧互连，其中，所述硅通孔位于所述LED芯片工作时的热点区附近；

在所述衬底的另一侧上形成布线层；

将带有引出电路的散热基板与所述另一侧通过倒装的方式进行互连，其中所述散热基板的位于所述衬底下方的部分具有与所述衬底连接的突出部，并且该突出部的尺寸小于所述衬底的尺寸，所述散热基板的非所述突出部部分上布置有引出电路；

其中，所述封装方法还包括：在所述引出电路上形成环绕所述LED芯片的反射杯。

7.根据权利要求6所述的封装方法，其中，在所述衬底的另一侧上形成布线层之后还包括：

在所述另一侧上的布线层上形成钝化层；

在所述钝化层上形成散热层。

8.根据权利要求6所述的封装方法，其中，所述硅通孔的直径位于10微米到100微米的范围内，所述硅通孔的深度位于100微米到300微米的范围内。

9.根据权利要求6所述的封装方法，其中，所述散热基板为Cu基板、氮化铝基板、氧化铝基板或者氧化铍基板。

10.根据权利要求6所述的封装方法，其中，所述封装方法还包括：在与所述散热基板的不具有所述引出电路的一侧上形成热沉层。