[发明专利]LED倒装芯片的大功率集成封装结构

说明书

技术领域

本发明属于半导体照明器件技术领域，具体涉及LED倒装芯片的大功率集成封装结构。

背景技术

近年来，随着半导体照明技术的全面发展，LED封装行业也在不断推陈出新，竞争日趋激烈。目前最常用的正装LED芯片在集成电路封装技术中，芯片电极一般通过金线互连的方式与支架引脚相连。但金线断裂一直是LED光源器件失效的常见原因之一，这种连接方式降低了器件的可靠性，正装芯片模组的封装良率较低。而且正装芯片的电极位于芯片正面，挤占了发光面积从而影响了出光效率，因此导致芯片的发光效率较低。而且为了保护表面的金线焊点，封装模组表面必须包覆树脂，而芯片底部的蓝宝石衬底导热系数很低，因此正装芯片的散热特性较差，进一步降低了器件的光效。

随着倒装焊技术的推出，LED芯片与线路板的连接可以通过更稳定的金属凸点焊球来实现，省去了金线的使用，被称为“无金线封装”，也叫做“免封装”。LED倒装芯片在半导体照明领域中得到了快速推广，尤其在可见照明应用中，众多制造厂商纷纷推出了相应产品。

倒装芯片将电极设计在芯片底部，光从芯片另一面射出，从根本上解决了正装芯片P型电极对出光效率的影响。而且倒装芯片可以在p-GaN表面采用低欧姆接触的反光层，将向下发射的光引导向上，这样可以同时降低驱动电压并且提高发光效率。而图形化蓝宝石衬底(PSS)技术和芯片表面粗糙化技术同样可以增大LED芯片的出光效率。LED芯片材料GaN的折射率约为2.4，蓝宝石折射率为1.8，荧光粉折射率为1.7，硅胶折射率通常为1.4-1.5。蓝宝石与硅胶、荧光粉的全反射临界角大于GaN与硅胶、荧光粉的临界角，光从蓝宝石出射的全反射损失更小，因此在同样光通量的情况，倒装芯片的光效比正装芯片的高16%-25%。

另外，倒装芯片的电极直接焊接在导热系数较高的基板上，散热性能较好。而且避免了金线的使用，也大大改善了封装的可靠性和模组的散热能力。

但目前的LED倒装芯片基本上都采用印刷线路板的方式，但印刷线路板的载流能力有限，封装功率密度较低，而且芯片热量通过印刷线路板到基板再到散热器，热传导的层级数较多，热阻大，散热性能较差。因此现有方式难以实现高功率密度的LED模组封装，很难满足照明应用对高光通量和高辐通量的LED光源器件的需求。发明专利CN201210472595.1中介绍了一种一体化倒装型LED照明组件，采用玻璃作为载体，玻璃上预设LED电路图案的凹槽，将金属熔融流体浇注或灌注后形成LED电路，LED芯片倒装焊在电路上，形成一体化的照明组件。这种方式避免了线路板的工艺制作，改善了散热性能，降低了成本。但是受到玻璃本身脆裂、易破碎和导热率低的特征的制约，这种封装结构的可靠性受到限制，并不能在高功率密度的封装中使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种可靠性好的LED倒装芯片的大功率集成封装结构，可以实现千瓦级的大功率LED器件封装。

本发明的LED倒装芯片的大功率集成封装结构，至少包含两块导电板、一个导热绝缘层以及若干LED倒装芯片；所述导电板和导热绝缘层间隔排布，确保相邻导电板之间电气绝缘；绝缘层两侧的导电板作为正负导电板，所述LED倒装芯片的正负电极接触到绝缘层两侧对应的正负导电板上，而正负导电板则分别与对应的驱动电源的正负接口相连；整个封装模组采用绝缘螺栓进行机械固定。

所述导电板为具有高导热系数的金属板材或者为导电的非金属板材，厚度为1 mm以上，例如为1-3mm；所述绝缘层的厚度小于LED倒装芯片的电极间距。所述导电板和绝缘层的规格任意可变，各层板材的结构可以保持一致，也可以根据应用需要采用不同的尺寸和形状。

所述绝缘层可以是导热绝缘板，包括氮化铝陶瓷板或氧化铝陶瓷板或塑料板；所述导电板和导热绝缘层的接触面涂有高效导热胶，增大接触面积，保证热传导性能。

所述绝缘层也可以采用绝缘胶，直接涂布在两块相邻导电板之间，避免相邻正负导电板短路。

所述绝缘层还可以采用玻璃纤维布加导热绝缘膏的方式，所述绝缘膏为氮化铝膏或氮化铍膏。

所述封装结构表面不需要设计制作线路板，LED倒装芯片的电极通过焊料焊接或导电胶粘结在导电板上；相邻的两个正负导电板上并联多个LED倒装芯片构成一个芯片组；不同芯片组之间可以通过导电板的接线设计构成串联、并联组合，从而形成大功率的封装模组。

本发明的封装结构具有以下优势：