一种芯片尺寸白光led的封装结构及方法
【专利摘要】一种芯片尺寸白光LED的封装结构，所述封装结构包括裸芯片和荧光粉包覆层，其中，所述封装结构的面积略大于所述裸芯片的面积，所述裸芯片采用倒装的形式封装在散热基板上，省去了LED支架和金线；所述封装结构通过减少热传导界面增强了散热性能，并由此使得白光反光面接近芯片表面尺寸，进而使得光密度大。
【专利说明】一种芯片尺寸白光LED的封装结构及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种LED的芯片尺寸封装技术，主要应用在照明及背光产品上，属于半导体照明应用领域。
【背景技术】
[0002]传统的LED封装是将芯片放置在支架或者基板上，将荧光粉和硅胶混合体涂布于支架上方或者通过喷涂荧光粉后molding —次光学透镜实现LED封装。这些形式的封装体体积较发光芯片本身会大出至少7-8倍，而且发光角度和亮度均受到基板或者支架的限制，无法满足一些应用场合的需求，具有一定的局限性。如图1、图2所示，分别为带有一次光学的封装结构和传统的SMD封装形式。
[0003]LED作为第四代照明光源，具有无法比拟的优势，但其成本相对较高，虽然近年来LED产业链各个环节的成本均在一定程度上有所下降，但LED完全取代传统照明光源仍然需要一段时间。使用寿命长是LED的优点之一，理论值可达10万小时以上，但目前受限于封装材料及封装结构的影响，其使用寿命仅达3万小时左右。虽然LED支架的材料及性能在不断提升，但其散热能力有限，仍然是影响LED寿命的重要因素。
[0004]另外，传统的封装形式还存在以下几个技术问题:
[0005]由于受支架碗杯结构的限制，其发光角度仅为120°左右。对光束角有特殊要求的应用场合，需要封装一次光学透镜来调整LED的发光角度。如照明用LED手电筒，要求LED发光角度小些，既可充分利用光能，也更有利于其二次光学的设计。通装一次光学透镜或其它手段调整LED的光束角，增大了 LED光束角的自由度，但也增加了封装难度和复杂度，同时也增加了成本；
[0006]由于封装体的碗杯结构相对于芯片尺寸较大，突光粉层的面积远远大于芯片表面积，芯片发出的蓝光无法与荧光粉被激发的黄光充分混合，导致光的色空间分布不均，影响产品的光学性能和使用效果；
[0007]电极的设计多使用金线，金线既影响光的空间分布，同时也增加LED的封装成本，金线焊球的大小和形状往往影响到LED的性能，增添了工艺难度。金线断裂也是LED中常见的失效模式，影响LED产品可靠性。
[0008]大功率LED封装一直受到支架和碗杯结构的限制，对于大功率的LED，目前只能采用陶瓷基板封装或COB的封装形式或加大封装尺寸来完成，既增加了封装成本，技术上也面临很多瓶颈。随着产品的更新换代和消费者需求的不断提高，对一些背光源及高精端产品提出了体积小、薄型化的要求。目前的LED封装体积较大，无法实现薄型化产品。
【发明内容】
[0009]本发明提供了一种新型封装技术，即芯片尺寸封装CSP(chip scale package)技术，本发明公开的技术方案具体为:
[0010]一种芯片尺寸白光LED的封装结构，所述封装结构包括裸芯片和荧光粉包覆层，其中，所述封装结构的面积略大于所述裸芯片的面积，所述裸芯片采用倒装的形式封装在散热基板上，省去了 LED支架和金线；所述封装结构通过减少热传导界面增强了散热性能，并由此使得白光反光面接近芯片表面尺寸，进而使得光密度大。
[0011]进一步地，所述封装结构的面积小于所述裸芯片面积的1.5倍。
[0012]一种芯片尺寸白光LED的封装结构的制造方法，该方法包括如下步骤:
[0013]I).基板准备:将可改变粘性的膜片贴在临时基板的功能区上，膜两面均带有粘性，一面贴合基板、一面贴合芯片；
[0014]2).芯片固定:将倒装结构芯片阵列排布在临时基板上，基板带有C⑶可识别标示，由于倒装芯片P/N结设计，无需金线焊接；
[0015]3).反射胶填充:在芯片四周填充上高反射硅胶，使硅胶与芯片表面水平，然后烘烤固化，最终形成一面发光型芯片尺寸封装结构；
[0016]4).上模:将临时基板放入模具中；
[0017]5).注胶:将配好比例的荧光粉和硅胶混合体注入模具；
[0018]6).合模:将注有荧光粉的模具和载有倒装芯片的基板合模，使荧光粉和硅胶均匀分布于芯片四周，厚度可调；
[0019]7).离模:烘烤定型后，将临时基板取出；
[0020]8).切割:根据阵列的倒装芯片排布进行切割；
[0021]9).剥离:采用UV方式或加热的方式将膜片两面的粘性降低，然后再分成单颗；
[0022]10).分光分色，测试包装。
[0023]进一步地，所述可改变粘性的膜片包括热剥离膜、UV膜。
[0024]进一步地，高反射硅胶反射率达98%以上，其主要成分为T12或者BaS04。
[0025]进一步地，如果希望制作五面发光型CSP，可省去步骤3)。
[0026]进一步地,所述膜片两面的粘性可降低到0.03N/20mm。
[0027]本发明公开的技术方案具有以下技术效果:
[0028]1.芯片级封装(CSP)无需使用支架和金线，与相同性能的封装形式相比，成本节省了 20%以上，使LED在各个领域的应用更加广泛，尤其是商业照明和民用照明领域。
[0029]2.无支架结构，散热性能极佳，延长了使用寿命。由于无支架对光的吸收和散射作用，光能利用率提高。
[0030]3.五面发光型CSP光束角可以达到150°以上，便于二次光学设计；一面发光型CSP光束角可以达到120°以内，便于轴向取光设计。
[0031]4.光的色空间分布均匀，发光均匀，出光效率高。提高了 LED的光学性能、提升了应用端产品品味。
[0032]5.节省了封装材料，简化了封装工艺和程序。
[0033]6.大功率LED的封装不再受封装材料和支架结构的限制，可以根据需要封装适合的功率和选择发光面的大小和形状。
[0034]7.封装体为芯片级大小，能够很好满足背光产品的薄型化需求和其它军用、民用高端产品对光源小体积的要求。
[0035]8.发光面形状和大小可以根据需求进行设计，灵活度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1是现有技术中带有一次光学的封装结构。
[0037]图2是现有技术中的SMD封装形式。
[0038]图3是本发明的芯片尺寸封装结构。
[0039]图4是本发明的芯片尺寸封装结构的CSP工艺流程图。
【具体实施方式】
[0040]为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图进行进一步的阐述。
[0041]本发明提供了一种新型封装技术，即芯片尺寸封装CSP(chip scale package)技术，如图3所示。CSP技术是指封装体面积略大于裸芯片面积(一般小于1.5倍)的单芯片封装技术。具体的，是把芯片直接封装到散热基板上，免去了原有的支架，减少了一个热传导界面，具有极佳的散热性能；由于散热性能的提升，白光反光面接近芯片表面尺寸，因此光密度大，适合电光源的光学设计；由于采用倒装芯片，免去了金线，降低封装材料及制作成本，同时提高了产品信赖性。代表了下一代高功率LED的发展趋势，是现在和未来的高性价比LED封装产品。
[0042]芯片面积与封装面积之比接近1:1，产品整体外形尺寸小，能够满足多种电视背光源产品薄型化的需求，而且还可以用于此前无法封装光源的空间，在普通照明灯具中也具有优势，有助于提升LED的光色混合效果和便于二次光学设计。在高电流密度下保持较高的发光效率，比传统封装结构LED更有优势。本发明涉及的芯片尺寸封装是在倒装LED芯片上进行荧光粉直接覆盖，采用了简单可行、适合批量生产的封装材料及工艺流程，可实现高良率、低制造成本的白光LED封装产品。
[0043]芯片级封装(CSP)是把芯片呈阵列式排布在临时基板上，制作成承载荧光粉和胶水的上模板，再向模具里注入配好比例的荧光粉和硅胶混合体，与载有芯片的临时基板进行合模、离膜、烘烤，然后根据芯片尺寸切割、基板剥离，完成制作单颗LED光源。
[0044]具体地，CSP结构的工艺流程如图4所示:
[0045]1.基板准备:使用自动覆膜机将可改变粘性的膜片(如热剥离膜、UV膜等)贴在临时基板的功能区上。膜两面均带有粘性，一面贴合基板、一面贴合芯片；
[0046]2.芯片固定:使用通用固晶机，将倒装结构芯片阵列排布在临时基板上，基板带有CCD可识别标示。由于倒装芯片P/N结设计，无需金线焊接；
[0047]3.反射胶填充:使用通用点胶机，在芯片四周填充上高反射硅胶，使硅胶与芯片表面水平。然后烘烤固化，最终形成一面发光型CSP。高反射硅胶反射率可达98%以上，其主要成本为Ti02或者BaS04等。如果希望五面发光型CSP，可以省去此步骤；
[0048]4.上模:将临时基板放入模具中；
[0049]5.注胶:将配好比例的荧光粉和硅胶混合体注入模具。
[0050]6.合模:将注有荧光粉的模具和载有倒装芯片的基板合模，使荧光粉和硅胶均匀分布于芯片四周，厚度可调；
[0051]7.离模:烘烤定型后，将临时基板取出。
[0052]8.切割:根据阵列的倒装芯片排布进行切割。
[0053]9.剥离:采用UV方式或加热的方式将膜片两面的粘性降低，通常会降低到0.03N/20mm左右，然后再分成单颗；
[0054]10.分光分色，测试包装。
[0055]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种芯片尺寸白光LED的封装结构，所述封装结构包括裸芯片和荧光粉包覆层，其中，所述封装结构的面积略大于所述裸芯片的面积，所述裸芯片采用倒装的形式封装在散热基板上，省去了 LED支架和金线；所述封装结构通过减少热传导界面增强了散热性能，并由此使得白光反光面接近芯片表面尺寸，进而使得光密度大。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述封装结构的面积小于所述裸芯片面积的1.5倍。
3.—种如权利要求1所述的芯片尺寸白光LED的封装结构的制造方法，该方法包括如下步骤: 1).基板准备:将可改变粘性的膜片贴在临时基板的功能区上，膜两面均带有粘性，一面贴合基板、一面贴合芯片； 2).芯片固定:将倒装结构芯片阵列排布在临时基板上，基板带有CCD可识别标示，由于倒装芯片P/N结设计，无需金线焊接； 3).反射胶填充:在芯片四周填充上高反射硅胶，使硅胶与芯片表面水平，然后烘烤固化，最终形成一面发光型芯片尺寸封装结构； 4).上模:将临时基板放入模具中； 5).注胶:将配好比例的荧光粉和硅胶混合体注入模具； 6).合模:将注有荧光粉的模具和载有倒装芯片的基板合模，使荧光粉和硅胶均匀分布于芯片四周，厚度可调； 7).离模:烘烤定型后，将临时基板取出； 8).切割:根据阵列的倒装芯片排布进行切割； 9).剥离:采用UV方式或加热的方式将膜片两面的粘性降低，然后再分成单颗； 10).分光分色，测试包装。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述可改变粘性的膜片包括热剥离膜、UV膜。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，高反射硅胶反射率达98%以上，其主要成分为T12或者BaSO4。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，如果希望制作五面发光型CSP，可省去步骤3)。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述膜片两面的粘性可降低到0.03N/20mm。
【文档编号】H01L33/64GK104253194SQ201410478585
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】刘国旭, 张俊福 申请人:易美芯光（北京）科技有限公司