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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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN105932146A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-09-07 | 青岛杰生电气有限公司 | 一种紫外发光器 |
| 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 |
-
2014
- 2014-07-01 CN CN201420356860.4U patent/CN204067418U/zh not_active Expired - Lifetime
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