CN204067418U - 一种带有热电分离结构的圆片级led的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构,属于半导体封装技术领域。其在硅基本体(1)的正面设置下凹的型腔(12),LED芯片(2)通过金属柱(22)倒装于型腔(12)的底部,硅基本体(1)的背面设置起导电作用的下层再布线金属层Ⅰ(321)和下层再布线金属层Ⅱ(322)、起散热作用的下层再布线金属层Ⅲ(323),芯片电极(21)经硅通孔(11)与下层再布线金属层Ⅰ(321)和下层再布线金属层Ⅱ(322)实现电气连通,下层再布线金属层Ⅲ(323)设置于LED芯片(2)的正下方。本实用新型通过设计有利于LED芯片散热的倒装封装基板和热电分离结构,提升了LED芯片到封装体外引脚的散热性能,显著降低了封装结构的热阻。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构,属于半导体封装技术领域。
背景技术
大功率LED在照明、汽车电子、显示等领域有诸多应用,但大功率LED产品在实际应用中最为关注的是产品寿命与发光效率,即单位功率的流明数。影响LED产品寿命与发光效率的主要因素除芯片本身外,主要在于封装结构的设计,尤其是LED芯片发光面产生的热(约占输入功率的25%)如何通过封装结构传出封装体外,成为大功率LED封装性能表现优劣的关键。如图1所示,传统的大功率LED芯片采用正装结构,LED 芯片4置于光学透镜1内,封装是通过引线键合的方式(电极引线2)将外加电流(或电压)加载给LEDLED芯片2,这种封装结构的不足在于LEDLED芯片2发光面在蓝宝石基体上,如图2所示,其散热通道中蓝宝石、蓝宝石与陶瓷基板(或预包封引线框架基板)(基板3)之间的界面材料均会成为其散热通路的主要障碍,其热阻值偏高,在8-15℃/W(差异源于基板导热系数的不同)。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述LED芯片的封装结构的不足,提供一种提升LED芯片到封装体外的散热性能的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构。
本实用新型的目的是这样实现的:
本实用新型一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构,其包括硅基本体、带有若干个芯片电极的LED芯片和填充物Ⅱ,所述硅基本体的上表面设有下凹的型腔,所述型腔的底部表面设有绝缘层Ⅰ,所述LED芯片倒装于型腔的底部,所述填充物Ⅱ填充型腔,
所述绝缘层Ⅰ的表面设有选择性不连续排布的上层再布线金属层Ⅰ和上层再布线金属层Ⅱ,所述上层再布线金属层Ⅰ和上层再布线金属层Ⅱ的表面设置金属柱,所述LED芯片的芯片电极通过金属柱分别与上层再布线金属层Ⅰ和上层再布线金属层Ⅱ连接,所述上层再布线金属层Ⅰ与上层再布线金属层Ⅱ于相邻的所述芯片电极之间断开,
所述型腔的下方设置有若干个硅通孔,所述硅通孔设置于LED芯片的垂直区域之外,且其上端口不大于其下端口,
所述硅通孔的内壁和硅基本体1的下表面设置绝缘层Ⅱ,所述绝缘层Ⅱ于硅通孔的顶部形成开口,所述开口向上贯穿绝缘层Ⅰ,且露出上层再布线金属层Ⅰ和上层再布线金属层Ⅱ的下表面,所述绝缘层Ⅱ的表面设置不连续排布的下层再布线金属层Ⅰ、下层再布线金属层Ⅱ、下层再布线金属层Ⅲ,所述下层再布线金属层Ⅰ下层再布线金属层Ⅱ一端覆盖硅通孔,并通过开口分别与上层再布线金属层Ⅰ、上层再布线金属层Ⅱ对应连接,其另一端形成输入/输出端,
所述下层再布线金属层Ⅲ位于LED芯片的正下方,且与下层再布线金属层Ⅰ、下层再布线金属层Ⅱ隔离。
本实用新型所述金属柱的个数不止两个。
本实用新型还包括填充物Ⅰ,所述填充物Ⅰ填充芯片与上层再布线金属层Ⅰ、上层再布线金属层Ⅱ之间的空间。
本实用新型所述下层再布线金属层Ⅰ、下层再布线金属层Ⅱ除输入/输出端外的剩余表面覆盖保护层。
本实用新型所述填充物Ⅱ的上表面呈凸面。
本实用新型所述LED芯片的发光面涂覆荧光物质或于填充物Ⅱ内混合荧光物质。
本实用新型在所述填充物Ⅱ的上表面涂覆荧光物质。
本实用新型所述荧光物质的表面设置透镜。
本实用新型所述硅基本体的型腔的上沿整体设有台阶,所述台阶有若干级,所述荧光物质填充台阶所在的水平区域,所述荧光物质的表面设置透镜。
本实用新型的有益效果是:
本实用新型通过设计有利于LED芯片散热的倒装封装基板和热电分离结构,提升了LED芯片到封装体外引脚的散热性能,显著降低了封装结构的热阻。
附图说明
图1为传统正装LED芯片的封装结构的剖面示意图;
图2为传统LED芯片结构的剖面示意图;
图3为本实用新型一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构的实施例的剖面示意图;
图4为图3的LED芯片与硅通孔位置关系的正面的示意图(图3为图4的A-A剖面示意图);
图5为图3的热电分离电极组件与硅通孔位置关系的背面的示意图;
图6为本实用新型一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构的实施例的变形一的剖面示意图;
图7为本实用新型一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构的实施例的变形二的剖面示意图;
图8为本实用新型一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构的实施例的变形三的剖面示意图;
图9为本实用新型一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构的实施例的变形四的剖面示意图;
其中,硅基本体1
硅通孔11
型腔12
台阶121
绝缘层Ⅰ13
绝缘层Ⅰ开口131
绝缘层Ⅱ14
开口15
LED芯片2
芯片电极21
金属柱22
上层再布线金属反射层Ⅰ311
上层再布线金属反射层Ⅱ312
下层再布线金属层Ⅰ321
下层再布线金属层Ⅱ322
下层再布线金属层Ⅲ323
输入/输出端3211、3221
荧光物质4
填充物Ⅰ51
填充物Ⅱ52
透镜53
保护层6。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更加充分地描述本实用新型,在附图中示出了本实用新型的示例性实施例,从而本公开将本实用新型的范围充分地传达给本领域的技术人员。然而,本实用新型可以以许多不同的形式实现,并且不应被解释为限制于这里阐述的实施例。
实施例,参见图3至图9
本实用新型一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构,硅基本体1的上表面设有下凹的型腔12,型腔12的底部表面设有绝缘层Ⅰ13,绝缘层Ⅰ13的表面设有选择性不连续排布的上层再布线金属反射层Ⅰ311和上层再布线金属反射层Ⅱ312,上层再布线金属反射层Ⅰ311和上层再布线金属反射层Ⅱ312为设有再布线层的铝层或银层。上层再布线金属反射层Ⅰ311、上层再布线金属反射层Ⅱ312的表面设置金属柱22,金属柱22的个数不止两个,通常设置2至9个金属柱22,如图3中所示。金属柱22的上端与芯片电极21之间、金属柱22的下端与上层再布线金属反射层Ⅰ311、上层再布线金属反射层Ⅱ312之间均有焊锡层或锡银等低熔点锡基合金层,使金属柱22为复合层结构,以利于LED芯片2倒装固定。此两处的焊锡层或锡基合金层未示出。
带有两个芯片电极21的LED芯片2倒装于型腔12的底部,左侧的芯片电极21通过3个金属柱22与同侧的上层再布线金属反射层Ⅰ311连接,右侧的芯片电极21通过1个金属柱22与同侧的上层再布线金属反射层Ⅱ312连接。上层再布线金属反射层Ⅰ311与上层再布线金属反射层Ⅱ312于相邻的芯片电极21之间断开,以避免短路。
型腔12的下方设置有4个硅通孔11,如图4中所示,硅通孔11设置于LED芯片2的垂直区域之外。硅通孔11上端口不大于其下端口,其纵切面呈梯形状、直孔状或开口向下的喇叭孔状。
硅通孔11的内壁和硅基本体1的下表面设置绝缘层Ⅱ14,绝缘层Ⅱ14于硅通孔11的顶部形成向上贯穿绝缘层Ⅰ13的开口15,且开口15露出上层再布线金属反射层Ⅰ311和上层再布线金属反射层Ⅱ312的下表面。绝缘层Ⅱ14的表面设置不连续排布的下层再布线金属层Ⅰ321、下层再布线金属层Ⅱ322、下层再布线金属层Ⅲ323。如图5中所示,下层再布线金属层Ⅰ321、下层再布线金属层Ⅱ322一端覆盖硅通孔11,并通过开口15分别与上层再布线金属反射层Ⅰ311、上层再布线金属反射层Ⅱ312对应连接,其另一端形成输入/输出端3211、3221,起导电作用。下层再布线金属层Ⅲ323位于LED芯片2的正下方,且与下层再布线金属层Ⅰ321、下层再布线金属层Ⅱ322隔离。下层再布线金属层Ⅰ321、下层再布线金属层Ⅱ322、下层再布线金属层Ⅲ323的表面还可以设置化学镀的镍/金层或化学镀的锡层,图中未示出,以防止金属铜表面氧化,或满足焊接可靠性的要求。
保护层6设置于下层再布线金属层Ⅰ321、下层再布线金属层Ⅱ322的除输入/输出端3211、3221外的剩余表面,以确保下层再布线金属层Ⅲ323与下层再布线金属层Ⅰ321、下层再布线金属层Ⅱ322隔离。下层再布线金属层Ⅲ323起散热作用,其延展面积越大越好。
型腔12内填充覆盖LED芯片2的硅胶、光学树脂等填充物Ⅱ52,其上表面呈凸面,类似凸透镜状,以汇聚光线,如图3所示。
在LED芯片2的发光面涂覆荧光物质4,并选择发蓝色光的LED芯片2,通过蓝光激发黄色荧光物质以获得白光,形成大功率的白光LED的封装结构,如图6所示。该荧光物质4也可以混合于填充物Ⅱ52,与填充物Ⅱ52一起成形。
填充物Ⅱ52的上表面呈平面,其上涂覆荧光物质4,选择发蓝色光的LED芯片2,通过蓝光激发黄色荧光物质以获得白光,也可以形成大功率的白光LED的封装结构,如图7所示。 为汇聚光线,可以在荧光物质4的表面设置透镜53,如图8所示。
硅基本体1的型腔12的上沿整体设有若干级台阶121,填充物Ⅱ52填充型腔12至台阶121附近,其上表面呈平面,荧光物质4填充型腔12剩余的台阶121所在的水平区域。选择发蓝色光的LED芯片2,通过蓝光激发黄色荧光物质以获得白光,也可以形成大功率的白光LED的封装结构,如图9所示。为汇聚光线,可以在荧光物质4的表面也可设置透镜53。
本实用新型一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构不限于上述优选实施例,如实际封装过程中,LED芯片2与上层再布线金属反射层Ⅰ311、上层再布线金属反射层Ⅱ312之间的空间还会利用硅胶等填充物Ⅰ51填充,以避免填充物Ⅱ52填充型腔12时造成的虚填充,如图3所示。
通过设计硅通孔11的个数及其排布方式,可以实现重新排布LED芯片2的输入/输出,硅通孔11的个数根据实际需要确定;下层再布线金属层Ⅰ321和下层再布线金属层Ⅱ322与硅通孔11可以一对一设置;一个下层再布线金属层Ⅰ321或下层再布线金属层Ⅱ322也可以同侧覆盖两个以上硅通孔11;LED芯片2可以带有不止两个芯片电极21,LED芯片2也可以不止一个,通过RGB混光也可以获得白光。
任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内,依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰,均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构,其包括硅基本体(1)、带有若干个芯片电极(21)的LED芯片(2)和填充物Ⅱ(52),所述硅基本体(1)的上表面设有下凹的型腔(12),所述型腔(12)的底部表面设有绝缘层Ⅰ(13),所述LED芯片(2)倒装于型腔(12)的底部,所述填充物Ⅱ(52)填充型腔(12),
其特征在于:所述绝缘层Ⅰ(13)的表面设有选择性不连续排布的上层再布线金属反射层Ⅰ(311)和上层再布线金属反射层Ⅱ(312),所述上层再布线金属反射层Ⅰ(311)和上层再布线金属反射层Ⅱ(312)的表面设置金属柱(22),所述LED芯片(2)的芯片电极(21)通过金属柱(22)分别与上层再布线金属反射层Ⅰ(311)和上层再布线金属反射层Ⅱ(312)连接,所述上层再布线金属反射层Ⅰ(311)与上层再布线金属反射层Ⅱ(312)于相邻的所述芯片电极(21)之间断开,
所述型腔(12)的下方设置有若干个硅通孔(11),所述硅通孔(11)设置于LED芯片(2)的垂直区域之外,且其上端口不大于其下端口,
所述硅通孔(11)的内壁和硅基本体(1)的下表面设置绝缘层Ⅱ(14),所述绝缘层Ⅱ(14)于硅通孔(11)的顶部形成开口(15),所述开口(15)向上贯穿绝缘层Ⅰ(13),且露出上层再布线金属反射层Ⅰ(311)和上层再布线金属反射层Ⅱ(312)的下表面,所述绝缘层Ⅱ(14)的表面设置不连续排布的下层再布线金属层Ⅰ(321)、下层再布线金属层Ⅱ(322)、下层再布线金属层Ⅲ(323),所述下层再布线金属层Ⅰ(321)、下层再布线金属层Ⅱ(322)一端覆盖硅通孔(11),并通过开口(15)分别与上层再布线金属反射层Ⅰ(311)、上层再布线金属反射层Ⅱ(312)对应连接,其另一端形成输入/输出端(3211、3221),
所述下层再布线金属层Ⅲ(323)位于LED芯片(2)的正下方,且与下层再布线金属层Ⅰ(321)、下层再布线金属层Ⅱ(322)隔离。
2.根据权利要求1所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构,其特征在于:所述金属柱(22)的个数不止两个。
3.根据权利要求1所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构,其特征在于:还包括填充物Ⅰ(51),所述填充物Ⅰ(51)填充LED芯片(2)与上层再布线金属反射层Ⅰ(311)、上层再布线金属反射层Ⅱ(312)之间的空间。
4.根据权利要求1所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构,其特征在于:所述下层再布线金属层Ⅰ(321)、下层再布线金属层Ⅱ(322)除输入/输出端(3211、3221)外的剩余表面覆盖保护层(6)。
5.根据权利要求1所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构,其特征在于:所述填充物Ⅱ(52)的上表面呈凸面。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构,其特征在于:所述LED芯片(2)的发光面涂覆荧光物质(4)或于填充物Ⅱ(52)内混合荧光物质(4)。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构,其特征在于:在所述填充物Ⅱ(52)的上表面涂覆荧光物质(4)。
8.根据权利要求7所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构,其特征在于:所述荧光物质(4)的表面设置透镜(53)。
9.根据权利要求7所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构,其特征在于:所述硅基本体(1)的型腔(12)的上沿整体设有台阶(121),所述台阶(121)有若干级,所述荧光物质(4)填充台阶(121)所在的水平区域。
10.根据权利要求9所述的带有热电分离结构的圆片级LED的封装结构,其特征在于:所述荧光物质(4)的表面设置透镜(53)。
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WO2017197831A1 (zh) * | 2016-05-19 | 2017-11-23 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | 硅通孔芯片及其制作方法、指纹识别传感器和终端设备 |
CN108206233A (zh) * | 2016-12-20 | 2018-06-26 | 三星电子株式会社 | 发光二极管封装件及其制造方法 |
CN112635646A (zh) * | 2021-01-14 | 2021-04-09 | 深圳市科润光电股份有限公司 | 一种应用于低热阻的晶圆级led封装结构 |
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2014
- 2014-07-01 CN CN201420356860.4U patent/CN204067418U/zh not_active Expired - Lifetime
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CX01 | Expiry of patent term |
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