[发明专利]多芯片LED的封装结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体照明技术，具体涉及发光二极管为主要器件的封装制造方法，特别是提高散热和其抗瞬态电压冲击能力的封装方法，适用于发光二极管和类似的半导体器件。

技术背景

LED是采用半导体PN结作为发光源的，其禁带宽度的能量对应于一定波长光，即电子与空穴符合后，多于的能量以光子形式辐射。LED因为其节能，环保，体积小，使用灵活，可靠性高，寿命长而成为第四代光源。目前在LCD屏幕背光，交通信号灯，外墙装饰，医疗，灯饰，大屏幕显示，车灯等得到广泛的应用。据我国政府估算，如果全国1/3的白炽灯被LED所取代，每年节约的电力1000亿度，这相当于一个三峡电站每年发电量.各国都将其作为下一代节能绿色电源在重点扶持。

当前LED应用的一个主要问题是热问题。LED照明应用要求其功率越来越高，单个LED从开始的几十毫瓦，到现在的近10瓦。但是随着功率的不断提高，工作时温度变高了，LED变得更加热了。LEDPN结中电子空穴复合，多于的能量以光子形式发出，这个过程并不产生热量。但外加电能的条件下，这些复合并不都是以光子的形式发出，电子空穴复合以及迁移运动中的碰撞还会以声子(phonon)发出。这些声子在微观上表现为晶格的振动，宏观参数就是热温度。再加上发出的光并不能100％被导出，这一部分光也会变成热量。实际上，输入的电功率仅不到30％被转化为光，其余70％以上变成热。这些的热量如果不及时导出，将会严重影响LED PN结的工作，使LED输出的光变少，光的波长发生偏移，严重的会影响LED的可靠性和寿命。现有的芯片封装都是基于集成电路封装技术，虽然对散热给与了很多的考虑，但毕竟集成电路封装中发热不是最主要的考虑因素。后来又有很多改善LED散热的方法，比如在封装好的LED外加热沉的方法，进行两级封装等，工艺复杂，成本高。同时这些方法中并没有很好地解决芯片和支架间，支架和电路板之间，电路板和外基板之间，外基板和外热沉之间存在的热阻。任何一个环节热量如得不到及时散出，都会使LED芯片温度升高，影响其性能。

影响LED使用的另一个因素是LED芯片抗瞬态电冲击能力弱。随着LED工作电压与越来越低，如用于白光LED的GaN芯片从原来的接近4V到现在的3.3V，其抗静电能力越来越弱，这类芯片属静电敏感器件。因此，在其生产和使用过程中，如果没有良好的静电防护措施或者防护措施不当，都可能造成LED芯片的不可修复性损坏。LED在使用过程中，还可能受到来自电源等浪涌电流的冲击，如在在室外使用时，还会将雷电导入。这些瞬间能放出上十瓦级能量电信号，会造成LED的损毁，影响其可靠性和寿命。因此，如何提高LED芯片在生产及使用中的抗瞬态电信号的冲击能力，也是本发明的目的之一。

发明内容

本发明的目的是设计一种工艺简单，封装成本低，具有较高散热能力的，抗瞬态电冲击能力强的多芯片LED封装的制造方法。本发明设计的多芯片封装方法具有较高抗瞬态电冲击能力，可灵活进行并联或串联以及矩阵方式的多芯片LED封装，从而满足不同LED驱动电源的需求。

为达到上述目的，本发明LED封装主要包括：基板10，支架20，瞬态电压保护(transient voltage suppressor，TVS)芯片30，至少一个LED芯片40，至少两连接线50，以及封包连接芯片，连接线支架和基板的胶体60。

基板10为双层，下层11为良好散热的导电体，上层12为良好散热的绝缘体。基板绝缘表面为光滑表面，以提高LED杂散光的反射，使得LED发出的光得到充分利用。其厚度以能耐一定的电压为宜。为了使胶体和基板之间有良好的附着性，提高器件气密性和可靠性，基板可以预留一定的沟槽。

支架20为良好导热导电的材料，制成预设好的形状。这些形状要考虑：芯片的承载，芯片间的连接方式，包括但不限于并联和串联以及串并混合方式，以及材料物理上与芯片和连接线的良好结合性。它是LED芯片和TVS芯片的承载体。支架可以预置在基板上。对于一些高功率LED，优选预置在基板上支架，以便瞬态电压保护芯片和LED芯片直接安装在基板上，减少LED芯片和基板间的热阻。