CN113471347A - Led嵌埋封装基板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种LED嵌埋封装基板及其制造方法。具体地，所述基板包括：透明框架，所述透明框架具有相对的第一表面和第二表面，其中所述第一表面和所述第二表面之间具有贯穿空腔；LED芯片，所述LED芯片设置在所述贯穿空腔内；透明封装层，所述透明封装层覆盖所述LED芯片并填充所述透明框架和所述LED芯片之间的间隙，其中所述透明封装层与所述第一表面共平面；和第一线路层，所述第一线路层形成在所述第一表面上并连接所述LED芯片的电极端子。
Description
技术领域
本公开涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种LED嵌埋封装基板及其制造方法。
背景技术
随着LED设计和工艺技术的提升，LED照明的亮度不断提高，凭借其环保、节能的特征，LED照明与现有的白炽灯、荧光灯、卤素灯展开了激烈的竞争。但随着Mini-LED和Micro-LED发展需求，现有的LED器件封装方案难以实现LED封装的小型化，也无法保障良好的出光率。
发明内容
有鉴于此，本公开的目的在于提出一种LED嵌埋封装基板及其制造方法。
基于上述目的，第一方面，本公开提供了一种LED嵌埋封装基板，所述基板包括：
透明框架，所述透明框架具有相对的第一表面和第二表面，其中所述第一表面和所述第二表面之间具有贯穿空腔；
LED芯片，所述LED芯片设置在所述贯穿空腔内；
透明封装层，所述透明封装层覆盖所述LED芯片并填充所述透明框架和所述LED芯片之间的间隙，其中所述透明封装层与所述第一表面共平面；和
第一线路层，所述第一线路层形成在所述第一表面上并连接所述LED芯片的电极端子。
在一些实施方案中，所述基板还包括第二线路层，所述第二线路层位于所述透明框架的第二表面上。
在一些实施方案中，所述第一线路层和所述第二线路层通过贯穿所述透明框架的金属导通柱电连接。
在一些实施方案中，所述第二线路层包括与所述LED芯片的背面接触的散热层。
在一些实施方案中，所述透明框架由玻璃或硅胶制成。
在一些实施方案中，所述透明封装层包括感光型透明封装材料或热固型透明封装材料。
任选地，所述感光型透明封装材料选自聚酰亚胺感光树脂或聚苯醚感光树脂；所述热固型透明封装材料选自聚苯并环丁烯或聚对苯撑苯并二恶唑。
在一些实施方案中，一个贯穿空腔内设置至少两颗LED芯片。所述至少两颗LED芯片可通过所述第一线路层并联连接。
第二方面，提供一种LED嵌埋封装基板的制造方法，包括以下步骤：
a)制备包括贯穿空腔的透明框架；其中所述透明框架具有相对的第一表面和第二表面；所述贯穿空腔位于第一表面和第二表面之间；
b)将所述透明框架的第二表面放置在承载件上；
c)将LED芯片装入所述贯穿空腔内，其中所述LED芯片的背面贴装在所述承载件上；
d)在所述透明框架的第一表面上施加透明封装层，使得所述透明封装层覆盖所述LED芯片并填充所述透明框架和所述LED芯片之间的间隙；对所述透明封装层进行开孔形成暴露出所述LED芯片的电极的电极开窗；移除所述承载件；
e)在所述透明封装层上形成第一线路层，所述第一线路层借助电极开窗连接所述LED芯片的电极端子。
在一些实施方案中，步骤a)还包括制备贯穿所述透明框架的贯通通孔。
在一些实施方案中，所述承载件选自热解或光解胶带、表面涂覆有热解或光解粘合剂的牺牲铜箔、玻璃载板或单面覆铜板。
在一些实施方案中，步骤d)还包括：
在所述第一表面上施加感光型透明封装层；
对所述感光型透明封装层进行曝光显影，开孔形成暴露出所述LED芯片的电极的电极开窗；
移除所述承载件。
在一些实施方案中，步骤d)还包括：
在所述第一表面上施加热固型透明封装层；
对所述热固型透明封装层进行激光或机械开孔，形成暴露出所述LED芯片的电极的电极开窗；
移除所述承载件。
在一些实施方案中，步骤e)还包括：
在所述透明封装层上形成种子层，所述种子层覆盖所述电极开窗；
在所述种子层上电镀金属形成第一金属层；
在第一金属层上施加光刻胶，通过光刻法蚀刻所述第一金属层形成所述第一线路层。
在一些实施方案中，步骤e)还包括：
在所述贯穿通孔中填充金属形成金属导通柱，在所述透明框架的第二表面上形成第二线路层，所述第一线路层和所述第二线路层通过所述金属导通柱连接。
在一些实施方案中，所述步骤e)还包括：
在所述透明封装层和所述第二表面上形成种子层，所述种子层覆盖所述电极开窗和所述贯穿通孔；
在所述种子层上电镀金属分别形成在所述透明封装层上的第一金属层和在所述第二表面上的第二金属层以及填充所述贯穿通孔形成的金属导通柱；
在第一金属层和第二金属层上施加光刻胶，通过光刻法蚀刻第一金属层和第二金属层分别形成第一线路层和第二线路层，使得所述第一线路层和所述第二线路层通过所述金属导通柱连接。
在一些实施方案中，所述第二线路层还包括散热层，并且所述LED芯片的背面与所述散热层接触。
附图说明
为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的一种LED封装结构的示意图；
图2为现有技术提供的又一种LED封装结构示的意图；
图3为本公开实施例提供的一种LED嵌埋封装基板的截面图；
图4为图3所示一种LED嵌埋封装基板的俯视图；
图5a-5h为本公开实施例提供的一种LED嵌埋封装基板的制造过程的中间结构示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另有定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
现有技术中，LED芯片的封装主要有两种方式：支架打线封装和倒装封装。图1示出了支架打线封装的技术方案。具体地，LED芯片104’设置于支架凹杯101’内部，通过打线的方式，实现与封装支架100’的电路连接，然后使用涂覆了荧光粉的封装胶103’进行封装。这种方案是将LED芯片放置于支架100’表面，而且打线和支架凹杯101’的存在，增加了封装体的体积，难以满足封装体小型化的需求。而且由于封装支架100’和支架凹杯101’不是透明材质，LED芯片104’封装后只能从顶面发光，影响出光率。图2示出了倒装封装的技术方案。具体地，通过气相沉积技术直接在基板5’上制作光学增透膜层4’，再通过气相沉积技术在光学增透膜层4’上制作金属线路层3’，然后将LED芯片2’倒装焊接在金属线路层3’之上，最后适用荧光胶层1’封装。这种封装方式是将LED芯片2’封装于基板5’表面，叠层设置增加了封装体的体积，而且LED芯片倒装焊接的效率相对较低。
特别是，Mini-LED也作为背光源使用，在满足Mini-LED背光进一步升级设计中，带来了“更高的热量密集度”，对产品散热需求也相应更高。热量不仅仅影响LED的亮度，还可能改变发光的颜色，导致LED失效。然而，传统的LED显示和背光采用PCB基板，在散热性能上存在极限，且不能无限超薄化——尤其是面对大尺寸的LED单屏或者液晶背光显示时，PCB超薄化的热变形与LED晶体自身，与其集成工艺的微型化“形成了空前的矛盾”。
由此，本公开提供一种LED嵌埋封装基板。图3为本公开实施例提供的一种LED嵌埋封装基板的截面图，图4为图3所示的LED嵌埋封装基板的俯视图。如图所示，LED嵌埋封装基板800包括透明框架100，其具有相对的第一表面和第二表面(图中未标示)；第一表面和第二表面之间具有贯穿空腔101；LED芯片201设置于贯穿空腔101内；透明封装层301覆盖LED芯片201的电极端面和透明框架100的第一表面，且填充透明框架100和LED芯片201之间的间隙；第一线路层601设置于透明封装层301上且通过电极开窗连接LED芯片201的电极端子。
需要说明的是，电极端面是指LED芯片201设置有电极端子的表面，例如LED芯片的电极端面为与其背面相对的表面。
本公开提供的LED嵌埋封装基板，通过将LED芯片201设置于透明框架100的贯穿空腔101内，再结合透明封装层301将LED芯片嵌埋于透明框架100内，减小了封装体的体积，实现了LED芯片201的封装小型化。同时，采用透明框架100和透明封装层301能够实现LED芯片的多角度发光，提高LED芯片201的出光率。此外，利用第一线路层601连接LED芯片201的电极端子能够得到扇出构型，进而实现面板级的扇出，有利于提高加工效率、降低加工成本。
如图3所示，基板800还可以进一步包括第二线路层602，第二线路层602位于透明框架100的第二表面。第一线路层601和第二线路层602位于透明框架100的两侧，通过金属导通柱603相互连接，使得LED基板的线路层具有更大的设计空间，提高了布线的灵活性。
金属导通柱603可以是铜柱。金属导通柱603不仅能够连接第一线路层601和第二线路层602，而且可以作为导热结构用于热量的传导，提高了基板的散热效率。
可选地，第二线路层602可以包括散热层。散热层可以是与LED芯片背面直接接触的散热铜层，能够将LED芯片产生的热量快速传导至外界。散热层能够显著增加散热面积，提高散热效果。
在一些实施例中，透明框架100由玻璃或硬硅胶制成。可选地，硬硅胶的邵氏硬度大于等于60。玻璃和硬硅胶与LED芯片在热效应变形系数上更为接近，LED芯片封装于玻璃或硬硅胶制成的透明框架中，产品可靠性更佳。
在一些实施例中，透明封装层301由感光型透明封装材料或热固型透明封装材料制成。可选地，感光型透明封装材料选自聚酰亚胺感光树脂或聚苯醚感光树脂，例如Microsystems HD-4100、Hitachi PVF-02等。可选地，热固型透明封装材料选自苯并环丁烯(BCBG)或聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)。
在贯穿空腔101内可以同时设置至少两颗LED芯片201，图3和图4示出同时设置3颗LED芯片201。但是本公开实施例并不局限于此，LED芯片201的数目和类型可以根据贯穿空腔的尺寸、LED芯片的结构以及基板用途等确定。在同一贯穿空腔101内设置多颗LED芯片201，能够增加LED芯片的密度，提高空间利用率。可选地，所述至少两颗LED芯片201通过第一线路层并联，以保障每一LED芯片能够正常工作。对于至少两颗LED芯片201的排列方式，可以是并排嵌埋，也可以是混合嵌埋，这里不做具体限定。图3和图4示出3颗LED芯片201并排嵌埋。
图5a-5h示出图3所示LED嵌埋封装基板800的制造方法中各步骤的中间结构的示意图。
如图5a-5h所示，LED嵌埋封装基板的制造方法包括以下步骤：
如图5a及其俯视图5b所示，制备包括贯穿空腔101和贯穿通孔102的透明框架100(步骤a)。其中，透明框架100具有相对的第一表面103和第二表面104；贯穿空腔101和贯穿通孔102位于第一表面103和第二表面104之间。
图5a和图5b示出一个贯穿空腔101和两个贯穿通孔102。应当理解的是，贯穿空腔101和贯穿通孔102的数量及分布可以根据实际需求设计。贯穿空腔101可以是矩形、棱形、梯形等。
这里，透明框架100由玻璃或硬硅胶制成。透明框架100的厚度可以根据实际需求确定。
可选地，提供一玻璃板，该玻璃板包括相对的第一表面103和第二表面104，通过激光和/或蚀刻的方式在第一表面103和第二表面104之间制备贯穿空腔101和贯穿通孔102。可选地，蚀刻的试剂可以是氢氟酸。
接着，如图5c及其俯视图5d所示，将透明框架100的第二表面104放置在承载件202上(步骤b)。承载件202可以是胶带，例如热解或光解胶带，也可以是表面涂覆有热解或光解粘合剂的牺牲铜箔、玻璃载板或单面覆铜板。
然后，如图5c及其俯视图5d所示，将LED芯片201的背面贴装于由贯穿空腔101露出的承载件202上(步骤c)。这里，承载件202用于粘合、临时支撑LED芯片201。如前所述，LED芯片201可以是单颗、也可以是多颗并排，或者混合排列。需要说明的是，多颗LED芯片201的排列方式能够满足布线后实现并联即可。
接着，如图5e所示，在透明框架100的第一表面形成嵌埋LED芯片201的透明封装层301。对透明封装层301进行开孔，暴露出导通柱通孔303和电极开窗302。导通柱通孔303位于贯穿通孔102内(步骤d)。
透明封装层301的材料可以是感光型透明封装材料或热固型透明封装材料。
作为一个可选的方案，步骤d)具体包括：在第一表面上施加感光型透明封装层301；使得透明封装层301填充贯穿通孔102以及LED芯片201与透明框架100之间的间隙；接着，经曝光显影进行开窗，形成导通柱通孔303和电极开窗302；然后，移除承载件202。这里，LED芯片201的电极端子由电极开窗302露出。这里，利用感光型透明封装材料对LED芯片201进行封装。可选地，所述感光型透明封装材料可以是聚酰亚胺感光树脂或聚苯醚感光树脂。
作为替代的方案，步骤d)还可以包括：在第一表面上施加热固型透明封装材料；接着，经激光或机械开孔形成导通柱通孔303和电极开窗302；然后，移除承载件202。这里，利用热固型透明封装材料对LED芯片进行封装。可选地，热固型透明封装材料可以是苯并环丁烯(BCBG)或聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)。
然后，如图5f-5h所示，在导通柱通孔303内填充金属例如铜形成金属导通柱603，在所述透明封装层301上形成第一线路层601以及在移除承载件202露出的第二表面上形成第二线路层602，其中，第一线路层601借助电极开窗302连接LED芯片201的电极端子(步骤e)。
在一些实施例中，步骤e)具体包括：
如图5f所示，在步骤d)所得结构的双面上均形成种子层401，种子层401覆盖导通柱通孔303和电极开窗302的内部。
可选地，在步骤d)结构的双面上进行种子层401制作。种子层401可以通过沉积、化学镀或离子溅射的方式制作。种子层401的金属例如可选自钛、铜和钛钨合金，但不限于此。
接着，如图5g所示，在种子层401上电镀金属，形成第一金属层501、第二金属层502以及在导通柱通孔303内形成金属导通柱603。这里，电镀的金属例如可以是铜、钛铜合金等，这里不做限定。第一金属层501位于第一表面侧，第二金属层502位于第二表面侧。电镀金属的厚度可以根据线路厚度的需求进行调整，这里不作限定。
然后，如图5h所示，可在第一金属层501和第二金属层502的表面分别施加光刻胶，经曝光显影后进行蚀刻分别形成第一线路层601和第二线路层602。
可选地，第一线路层601包括在多个LED芯片201的电极端子之间并联的连接线路。第二线路层602包括散热层；LED芯片201的背面和散热层紧密接触，以便于将LED芯片201产生的热量传递至外界，提高散热效率。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
本公开实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种LED嵌埋封装基板，其中，所述基板包括：
透明框架，所述透明框架具有相对的第一表面和第二表面，其中所述第一表面和所述第二表面之间具有贯穿空腔；
LED芯片，所述LED芯片设置在所述贯穿空腔内；
透明封装层，所述透明封装层覆盖所述LED芯片并填充所述透明框架和所述LED芯片之间的间隙，其中所述透明封装层与所述第一表面共平面；和
第一线路层，所述第一线路层形成在所述第一表面上并连接所述LED芯片的电极端子。
2.根据权利要求1所述的基板，其中所述基板还包括第二线路层，所述第二线路层位于所述透明框架的第二表面上。
3.根据权利要求2所述的基板，其中所述第一线路层和所述第二线路层通过贯穿所述透明框架的金属导通柱电连接。
4.根据权利要求2所述的基板，其中所述第二线路层包括与所述LED芯片的背面接触的散热层。
5.根据权利要求1所述的基板，其中所述透明框架由玻璃或硅胶制成。
6.根据权利要求1所述的基板，其中所述透明封装层包括感光型透明封装材料或热固型透明封装材料。
7.根据权利要求6所述的基板，其中所述感光型透明封装材料选自聚酰亚胺感光树脂或聚苯醚感光树脂；所述热固型透明封装材料选自聚苯并环丁烯或聚对苯撑苯并二恶唑。
8.根据权利要求1所述的基板，其中一个贯穿空腔内设置至少两颗LED芯片。
9.根据权利要求8所述的基板，其中所述至少两颗LED芯片通过所述第一线路层并联连接。
10.一种LED嵌埋封装基板的制造方法，包括以下步骤：
a)制备包括贯穿空腔的透明框架；其中所述透明框架具有相对的第一表面和第二表面；所述贯穿空腔位于第一表面和第二表面之间；
b)将所述透明框架的第二表面放置在承载件上；
c)将LED芯片装入所述贯穿空腔内，其中所述LED芯片的背面贴装在所述承载件上；
d)在所述透明框架的第一表面上施加透明封装层，使得所述透明封装层覆盖所述LED芯片并填充所述透明框架和所述LED芯片之间的间隙；对所述透明封装层进行开孔形成暴露出所述LED芯片的电极的电极开窗；移除所述承载件；
e)在所述透明封装层上形成第一线路层，所述第一线路层借助电极开窗连接所述LED芯片的电极端子。
11.根据权利要求10所述的制造方法，其中，步骤a)还包括制备贯穿所述透明框架的贯通通孔。
12.根据权利要求10所述的制造方法，其中，所述承载件选自热解或光解胶带、表面涂覆有热解或光解粘合剂的牺牲铜箔、玻璃载板或单面覆铜板。
13.根据权利要求10所述的制造方法，其中，步骤d)还包括：
在所述第一表面上施加感光型透明封装层；
对所述感光型透明封装层进行曝光显影，开孔形成暴露出所述LED芯片的电极的电极开窗；
移除所述承载件。
14.根据权利要求10所述的制造方法，其中，步骤d)还包括：
在所述第一表面上施加热固型透明封装层；
对所述热固型透明封装层进行激光或机械开孔，形成暴露出所述LED芯片的电极的电极开窗；
移除所述承载件。
15.根据权利要求10所述的制造方法，其中，步骤e)还包括：
在所述透明封装层上形成种子层，所述种子层覆盖所述电极开窗；
在所述种子层上电镀金属形成第一金属层；
在第一金属层上施加光刻胶，通过光刻法蚀刻所述第一金属层形成所述第一线路层。
16.根据权利要求11所述的制造方法，其中步骤e)还包括：
在所述贯穿通孔中填充金属形成金属导通柱，在所述透明框架的第二表面上形成第二线路层，所述第一线路层和所述第二线路层通过所述金属导通柱连接。
17.根据权利要求16所述的制造方法，其中，所述步骤e)还包括：
在所述透明封装层和所述第二表面上形成种子层，所述种子层覆盖所述电极开窗和所述贯穿通孔；
在所述种子层上电镀金属分别形成在所述透明封装层上的第一金属层和在所述第二表面上的第二金属层以及填充所述贯穿通孔形成的金属导通柱；
在第一金属层和第二金属层上施加光刻胶，通过光刻法蚀刻第一金属层和第二金属层分别形成第一线路层和第二线路层，使得所述第一线路层和所述第二线路层通过所述金属导通柱连接。
18.根据权利要求17所述的制造方法，其中，所述第二线路层还包括散热层，并且所述LED芯片的背面与所述散热层接触。
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