[发明专利]一种LED倒装芯片的圆片级封装结构、方法及产品

说明书

技术领域

本发明属于集成电路或分立器件封装技术领域，具体涉及一种LED倒装芯片的圆片级封装结构、方法及产品。

背景技术

近几年来，大功率LED的应用由于GaN基LED效率的提高而引起很多关注。随着照明技术的发展，大功率白光LED将是未来照明的核心。尽管如此，蓝宝石衬底的GaN-LED墙上插座的效率在350mA时只有40％，这意味着有60％的能量转化成了热量。另外，多芯片大功率LED还要通过键合封装进光器件里。最早发展起来的功率型LED芯片是正装结构的，这种结构存在较严重的缺点：(1)蓝宝石的导热性较差，使得有源层的热量不能及时散出，PN结温度很高；衬底会吸收有源区的发光，只能通过增加金属反射层来缓解。(2)由于两个电极在同一侧，不可避免地存在相互影响，使得输入电流的均匀性较差，电光转换效率降低。这种正装芯片不能满足大功率LED封装要求。2001年，LumiLeds公司研制出了倒装(Flip to Chip)结构的芯片。该结构将芯片通过焊料倒装在高导热系数的衬底上，衬底材料目前一般使用Si或者AlN。其优势在于热量不必经由芯片的蓝宝石衬底，而是直接经传导率更高的Si或陶瓷衬底传到金属底座，大大降低了热量由PN结到粘接层的热阻，提高了LED芯片可承受的电功率。

传统的将倒装芯片直接贴装在基板上的封装方法容易使侧边发出的光散失，从而降低出光效率。传统的贴片式封装方法的另一个缺点是荧光粉涂覆难以控制。传统的贴片式封装方法每一片都需要对准，时间上的浪费使得整个封装成本提高，且对准时出现的误差也会降低封装质量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种LED倒装芯片的圆片级封装结构、方法及产品，其目的在于，提高LED出光效率，加强散热能力，完成自对准。

一种LED倒装芯片的圆片级封装结构，包括

LED倒装芯片，其表面加工有两个电极；

硅基板，其正面加工有用于放置LED倒装芯片的凹腔，凹腔作为反光杯用于收集并反射LED倒装芯片侧面发出的光，凹腔底部的长度与LED倒装芯片的长度相同；其反面加工有两组通孔，两通孔与凹腔相连通；在凹腔和两通孔的表面沉积有绝缘层；凹腔表面的绝缘层上依次沉积有散热金属层和反光金属层；两通孔内填充有用于导电和散热的金属体，通孔内的金属体与凹腔表面的散热金属层相接；凹腔内底部的两金属层存在一开口，用于将该金属层隔离为两部分，该两部分别对应于LED倒装芯片的两电极；硅基板的反面还沉积有绝缘层，该绝缘层表面布线用于电极连接的金属层；凹腔内涂覆有荧光粉，凹腔的外围加工有用于固定透镜的环形定位腔；

透镜，固定于硅基板的环形定位腔内；

印刷电路板，与硅基板的两通孔外侧的布线金属层键合；

热沉，与硅基板的两通孔之间的布线金属层键合。

进一步地，所述环形定位的截面为X形且X形的下部分开口大于上部分开口。

进一步地，所述散热金属层由粘附层和热传导层构成，热传导层通过粘附层粘附于凹腔表面的绝缘层；所述反光金属层由镍粘附层和反光层构成，反光层通过镍粘附层粘附于散热金属层上。

进一步地，所述粘附层采用钛或铬等金属，所述热传导层采用铜，所述反光层采用银或金。

进一步地，所述绝缘层采用氮化硅。

一种LED倒装芯片的圆片级封装方法，具体为：

(1)通过热氧化方法在硅基板上下表面制作二氧化硅氧化层，使用光刻胶遮盖硅基板上不需要制作凹腔和通孔的表面，利用干法刻蚀工艺刻蚀没有被光刻胶遮盖的表面，去除待制作凹腔部分和通孔部分表面的氧化层；

(2)利用湿法腐蚀在硅基板上没有氧化层的部分制作凹腔和通孔；

(3)利用低压化学气相沉积在凹腔和通孔表面制作绝缘层；

(4)在凹腔的绝缘层表面沉积散热金属层，电镀加厚上下表面的热传导层并填满通孔；在散热金属层表面沉积金属反光层，利用光刻和腐蚀的方法在散热金属层和金属反光层上制作开口，以将该两金属层隔离为两部分；

(5)利用点焊料和回流的方式将LED倒装芯片焊接到硅基板凹腔底部的金属反光层上，芯片的电极开口与硅基板凹腔内底部的金属层开口对齐；

(6)凹腔内涂覆荧光粉胶并利用丝网印刷的方式使荧光粉胶与凹腔上表面平齐；

(7)利用压膜制造封装半球形硅胶透镜，压膜时在反面抽真空，将硅胶注入透镜定位腔中；