[发明专利]发光二极管倒装焊集成封装结构及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管的制造及组装领域，具体是以硅加工工艺为基础，将发光二极管直接倒装于带有反光杯的硅集成封装结构中的一种发光二极管倒装焊集成封装结构和制作方法。

背景技术

氮化镓基(GaN)发光二极管(LED)的结构，大多是先在蓝宝石(sapphire)的基板上通过外延生长多层氮化镓(GaN)的晶体层，然后通过制造工艺在LED芯片的P型区域及N型区域上分别引出金属电极，如图1-1和1-2所示，在芯片1上形成金属电极--P电极2和N电极3。传统的LED通常的组装方法是，将LED芯片1用界面导热材料(TIM)4贴装固定在封装支架5内，通过金线6键合(Wire Bonding)连接LED芯片上的P电极2和N电极3与封装支架的电极焊盘7。其中，LED芯片1的金属电极向上，固定放置在一基板上。金线键合完成后，使用高透明的树脂将LED芯片包封起来，以保护发光器件和封装结构。

随着LED亮度和功率的提高，封装结构和材料对LED的性能和使用寿命起着至关重要的作用。大功率LED的封装结构对于散热有较高要求，目前常用的封装结构有两种：普通仿流明型和表面贴装型。普通仿流明型的结构如图1-1所示，支架中间是一个反光杯10，先将芯片1用界面导热材料4贴装固定在杯中，芯片1底部直接与导热金属9接触，可以加快散热；通过金线6跨过反光杯，键合连接LED的金属电极2、3和支架外部电极7。这种封装结构可以用一般的焊锡焊线的方法连接两个引出电极8，也可以贴装于金属PCB板上再进行焊接。普通表面贴装型的结构如图1-2所示，同样是将芯片1贴装固定在杯中，金线6直接打在反光杯中的外部电极焊盘7上，然后通过金属电连接到背面形成电极8，其余与普通仿流明型的结构差不多，可直接表面贴装在PCB板上。从目前的两种封装结构看，LED芯片都是正面朝上，需要打金线连接LED芯片和外部导电电极；金线的存在不仅会阻碍一部分出光，而且对后工序的封装工作(如荧光粉涂敷、封树脂等)造成不便；特别是对于多芯片的封装，芯片之间和芯片与外部电极之间都是通过金线连接，金线数量的增加以及多个焊点的可靠性就成为了多芯片组装发展的制约。同时由于要打金线，整个封装结构的体积不可能做得太小；普通仿流明结构有两个杯口，本身体积就较大；而表面贴装型由于需要在反光杯中实现金线键合，因而要预留打线的空间，整个封装结构也不可能太小。

随LED产业的发展，大功率高亮度的LED的应用范围不断扩大，市场对LED性能要求也不断提高。目前对于大功率LED的发展主要集中在如何进一步提高LED的亮度和如何更好地解决散热问题。倒装焊LED方案(Flip-chip LED)是其中解决出光和散热问题比较有效的方法之一，如图1-3所示。倒装焊工艺是将LED芯片的P和N电极通过倒装焊的形式直接连接到一个硅片衬底3上，该衬底多采用硅衬底，也可以是其它导热较好的材料。倒装后LED从蓝宝石面出光，没有了P和N电极挡光，出光效率提高；而且发光氮化镓层直接通过导热较好的衬底散热，比传统的LED通过蓝宝石散热要好得多。但目前的倒装焊LED芯片的应用大多还是采用上面提到的两种封装方式，如图1-3所示是倒装焊LED芯片采用普通仿流明型的封装结构。从中可见，这种封装结构的应用仍然需要打金线，只是打金线的焊盘位置由LED芯片上改到了硅衬底上，但以上提到的这些封装结构的缺点仍然没有解决。

发明内容

本发明的目的是针对以上所述传统大功率LED封装结构存在的不足，提供一种省略了固晶和焊金线的步骤，有利于后工序的荧光粉涂敷和封胶等工艺的生产，提高了芯片特别是多芯片模组的连接可靠性，并解决了功率型芯片的散热问题的发光二极管倒装焊集成封装结构。

本发明的另一目的是提供一种发光二极管倒装焊集成封装方法。

发光二极管倒装焊集成封装结构，以硅片衬底直接作为LED芯片的结构支撑的表面贴装支架和散热通道，将至少一个LED芯片直接倒装焊接在具有反光杯的硅片衬底上。

所述的硅片衬底的正面设置有正面电极连接层，正面电极连接层从硅片衬底的正面引到背面与硅片衬底背面的电极金属焊盘连接，至少一个LED芯片直接通过金属凸点倒装焊接在具有反光杯的硅片衬底的正面电极连接层上。

所述的硅片衬底可以集成有LED所需的各种配套电路，如LED的保护电路、电源转换和驱动电路等；在硅片衬底背面设置有背面导热金属焊盘。

所述的正面电极连接层从硅片衬底的正面引到背面与硅片衬底背面的电极金属焊盘连接的方式可以是硅槽侧壁引线或者硅片衬底通孔引线的方式。