一种高效散热集成led 封装结构及其封装方法
【专利摘要】本发明涉及一种高效散热集成LED封装结构及其封装方法，属于半导体发光器件制造技术领域，装置自下而上包括封装基板、集成电路层、散热体、LED芯片、封装树脂，集成电路层铺设于封装基板上，散热体包括微阵列硬树脂散热导管和散热工质，LED芯片通过金线与铺设在基板上的集成电路层电性连接，最后将封装后的封装结构外接散热系统。本发明采用在集成封装结构基板上铺设微阵列硬树脂散热导管，相比较常规散热结构，散热体采用硬树脂制备的散热导管，与后期封装树脂能够很好的亲和，不会出现分层裂缝等问题，最主要的散热体更靠近芯片位置，能够有效降低结温，提高集成LED封装结构的使用寿命。
【专利说明】
一种高效散热集成LED封装结构及其封装方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种高效散热集成LED封装结构及其封装方法，属于半导体发光器件制造技术领域。【背景技术】
[0002]发光二极管(LED)以其采用恒流驱动，具有节能环保、体积小、低功耗、使用寿命长而大获发展。就目前的半导体制造技术，大功率集成LED只能转换大约15%-20%的输入功率为光能，其输入功率的80%_85%都以热能的形式耗散，这会造成点亮LED器件的温升严重，而PN结高温会导致结老化、荧光粉老化等一系列缩短LED寿命的不良后果。而对大功率集成LED封装结构散热性能的改进已成为封装技术的重要方面。
[0003]集成封装结构以其高效的性能及较低的成本制造受到诸多封装企业的追捧，然而其光效、寿命等可靠性问题却一直无法得到可靠的保障，集成封装能把一两个尺寸规格较大的芯片，分成若干小尺寸芯片，可以做的比较小，因此在散热效率的要求上也比较高。垂直面角度看来，集成封装在有限的体积下可以达到比较好的效率，所以其在水平式和垂直式的散热都要求有比较好的表现。目前集成LED封装光源大多使用铝基板作为材料，铝基板热阻大，可靠性不高，容易出现光衰、死灯现象，且集成封装的散热性也有待提高，C0B光源累加热集中度较高，光源热量若不能及时导出，将导致光源寿命缩减;另外还有如给封装集成模块进行空调散热的方式，该做法可能对高散热的集成封装屏进行了较大幅度降温，但是整体封装成本显著升高，且不能从根本上进行有效改善散热的问题。
[0004]专利CN201975421U提供一种新型的LED封装结构，包括热沉构件、LED芯片、聚光透镜和基板。所述LED芯片通过黏接材料固定于基板的上部，所述热沉构件由导热硅胶黏接于基板的下部，所述热沉构件是一微型热管结构的散热件，该热沉构件包括:封闭的管状内腔、固定设置于该管状内腔壁的吸液芯和注入于内腔的热媒介质，所述管状内腔设置于热沉构件的内部。
[0005]专利CN103824928A提供了一种LED横向流体散热⑶B光源及其封装工艺，包括微阵列热管平板、铜镀层、镀银层、线路层、绝缘漆层依次复合而成。所述微阵列热管平板外型呈薄板状，微阵列热管平板采用铝材冷拔一体成型，微阵列热管平板内部并列分布复数根独立运行的微细阵列通道，通道内填充工质，两端密封。该发明下的微阵列热管平板表面吸热后，工质蒸发迅速将热传递到冷凝段放热后再回流到蒸发段继续吸热，从而反复进行这一系列连续相变传热传质过程。
[0006]以上现有技术虽然在散热处理上取得一定效果，但均是从宏观角度出发，仍然是在芯片封装基板或是底座上进行散热加工，散热效果仍然不够理想。
【发明内容】
[0007]本发明针对现有技术在集成散热方面存在的不足，提供一种高效散热集成LED封装结构，以及与该结构适应的封装方法。
[0008] —种高效散热集成LED封装结构，自下而上包括封装基板、集成电路层、散热体、 LED芯片、封装树脂，集成电路层铺设于封装基板上，LED芯片通过金线与铺设在基板上的集成电路层电性连接。散热体位于封装基板和集成电路层之上，由于集成电路层并不是完全布满封装基板的整个表面积，而是根据电路设计走线，因而散热体的方向走势与集成电路层之间可能交叉，也可能无交集，交叉的话则是散热体垂直方向上位于电路层上方。
[0009]根据本发明优选的，散热体包括微阵列硬树脂散热导管和散热工质，散热工质填充于微阵列硬树脂散热导管内。
[0010]进一步优选的，微阵列硬树脂散热导管靠近封装基板边缘位置设有入口端和口出端。
[0011]进一步优选的，入口端和口出端分别设于封装基板相对两侧。
[0012]进一步优选的，在封装基板上的微阵列硬树脂散热导管部分的纵切面为半圆环， 微阵列硬树脂散热导管在封装基板边缘位置的入口端和出口端的纵切面均为圆环形。在封装基板上的微阵列硬树脂散热导管为半圆环状，微阵列硬树脂散热导管本身材料是硬树月旨，是一种封装胶，能直接粘结在集成电路层/封装基板之上;入口端和出口端的纵切面均为圆环形，便于外接制冷管道。[0〇13] 进一步优选的，半圆环的内圆半径为H，H取值范围为50wi1-80iim，半圆环的外圆半径与内圆半径的差为L，L取值范围为15-20M1。[〇〇14]进一步优选的，半圆环下方设有封底层，封底层为硬树脂层。[〇〇15]进一步优选的，封底层厚度为D，D的取值范围为2M1-3M1。封底层用以将散热工质与集成电路层、封装基板隔离。
[0016]进一步优选的，高效散热集成LED封装结构还包括外接散热系统，外接散热系统与入口端和出口端相连。也可在多块基板组装时端口与端口之间相连，然后再外接散热系统。
[0017]进一步优选的，所述散热体的微阵列硬树脂散热导管在封装基板上的铺设方式为并联结构或S型结构。
[0018]本发明为了使散热体更靠近芯片位置，更好的散热，采用使用封装硬树脂在封装结构体中建立散热管道的方式给芯片散热，由于封装体内空间结构狭小，通常的散热方式是在封装体结构外面设置散热结构，本发明使用封装胶材硬树脂直接在封装体内建立散热管道，由于散热管道本身是封装胶所以不会影响整个封装结构的致密可靠性，同时对出光不会产生影响。
[0019] —种制备上述高效散热集成LED封装结构的封装方法，包括以下步骤:
[0020] (1)在封装基板上铺设集成电路层；
[0021] (2)在步骤(1)铺设的集成电路层的封装基板上铺设微阵列硬树脂散热导管，在靠近封装基板边缘位置留余一段微阵列硬树脂散热导管入口端和口出端；
[0022] (3)在步骤(2)所述微阵列硬树脂散热导管内填充散热工质；
[0023] (4)在步骤(3)所述结构上固定LED芯片并进行打线，使LED芯片与集成电路层之间电性连接；
[0024] (5)在步骤(4)所述结构上进行封装树脂灌封，形成完整的集成LED封装结构；
[0025] (6)将步骤(5)所述集成LED封装结构外接散热系统;或重复步骤(1)至(5)至少一次，将得到的相邻的集成LED封装结构之间的入口端与出口端连接，形成集成LED封装结构的组装单元，将组装单元的入口端、出口端与外接散热系统相连。
[0026]本发明的优势在于:
[0027]在集成封装基板上铺设微阵列硬树脂散热导管，散热导管内填充散热工质，然后将集成封装结构与外接散热器相连，相比较常规散热结构，本发明散热体采用硬树脂制备微阵列散热导管，与后期封装树脂灌封能够很好的亲和，不会出现分层裂缝等问题;最主要的，散热导管内填充散热工质，使得散热体更靠近芯片位置，有效降低结温，保证了封装材质及芯片的使用寿命。【附图说明】[〇〇28]图1是本发明步骤(1)结构示意图；
[0029]图2是本发明步骤(2)微阵列硬树脂散热导管呈并联结构铺设的结构示意图；[〇〇3〇]图3是本发明步骤(2)微阵列硬树脂散热导管呈S型结构铺设的结构示意图；[〇〇31 ]图4是在封装基板上的微阵列硬树脂散热导管部分的纵切面示意图；
[0032]图中，1、封装基板;2、集成电路层;3、散热体;4、入口端;5、出口端;6、微阵列硬树脂散热导管;7、散热工质。【具体实施方式】
[0033]下面结合说明书附图和实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。
[0034]如图1-4所示。
[0035]实施例1
[0036]—种高效散热集成LED封装结构，自下而上包括封装基板、集成电路层、散热体、 LED芯片、封装树脂，集成电路层铺设于封装基板上，LED芯片通过金线与铺设在基板上的集成电路层电性连接。散热体包括微阵列硬树脂散热导管和散热工质，散热工质填充于微阵列硬树脂散热导管内。散热体的微阵列硬树脂散热导管在封装基板上的铺设方式为并联结构，如图2所示。
[0037]散热体位于封装基板和集成电路层之上，由于集成电路层并不是完全布满封装基板的整个表面积，而是根据电路设计走线，因而散热体的方向走势与集成电路层之间可能交叉，也可能无交集，交叉的话则是散热体垂直方向上位于电路层上方。
[0038]实施例2
[0039]—种高效散热集成LED封装结构，其结构如实施例1所述，区别在于，微阵列硬树脂散热导管靠近封装基板边缘位置设有入口端和口出端，入口端和口出端分别设于封装基板相对两侧，如图2、3所示。
[0040]实施例3
[0041]—种高效散热集成LED封装结构，其结构如实施例2所述，区别在于，在封装基板上的微阵列硬树脂散热导管部分的纵切面为半圆环，微阵列硬树脂散热导管在封装基板边缘位置的入口端和出口端的纵切面均为圆环形。在封装基板上的微阵列硬树脂散热导管为半圆环状，微阵列硬树脂散热导管本身材料是硬树脂，是一种封装胶，能直接粘结在集成电路层/封装基板之上;入口端和出口端的纵切面均为圆环形，便于外接制冷管道。
[0042]实施例4
[0043]—种高效散热集成LED封装结构，其结构如实施例3所述，区别在于，半圆环的内圆半径为H，H取值为80mi，半圆环的外圆半径与内圆半径的差为L，L取值为1 5mi，如图4所示。
[0044]实施例5
[0045]—种高效散热集成LED封装结构，其结构如实施例4所述，区别在于，半圆环下方设有封底层，封底层为硬树脂层，如图4所示。
[0046]封底层厚度为D，D的取值为2wii。封底层用以将散热工质与集成电路层、封装基板隔离。
[0047]实施例6[0048 ] —种高效散热集成LED封装结构，其结构如实施例4所述，区别在于，半圆环的内圆半径为H，H取值为50wii，半圆环的外圆半径与内圆半径的差为L，L取值为20wii。
[0049] 实施例7[〇〇5〇] 一种高效散热集成LED封装结构，其结构如实施例5所述，区别在于，封底层厚度为 D，D的取值为3mi。[0051 ] 实施例8
[0052]—种高效散热集成LED封装结构，其结构如实施例2所述，区别在于，高效散热集成 LED封装结构还包括外接散热系统，外接散热系统与入口端和出口端相连。也可在多块基板组装时端口与端口之间相连，然后再外接散热系统。
[0053]实施例9
[0054]—种高效散热集成LED封装结构，其结构如实施例1所述，区别在于，散热体的微阵列硬树脂散热导管在封装基板上的铺设方式为S型结构，如图3所示。
[0055]实施例10
[0056]—种制备实施例4所述的高效散热集成LED封装结构的封装方法，包括以下步骤:
[0057](1)在封装基板上铺设集成电路层，如图1示结构；
[0058](2)在铺设集成电路层的封装基板上，呈并联结构铺设微阵列硬树脂散热导管，如图2示结构;在封装基板上的微阵列硬树脂散热导管部分的纵切面为半圆环，半圆环的内圆半径为80wn，半圆环的外圆半径与内圆半径的差为15wn，在靠近基板边缘位置分设微阵列硬树脂散热导管入口端和出口端；
[0059](3)在步骤(2)所述呈并联结构铺设的微阵列硬树脂散热导管内填充散热工质，如图4示结构；
[0060](4)在步骤(3)所述结构上固定LED芯片并进行打线，使LED芯片与集成电路层之间电性连接；
[0061](5)在步骤(4)所述结构上进行封装树脂灌封，形成完整的集成LED封装结构；[〇〇62](6)将步骤(5)所述集成LED封装结构外接散热系统。
[0063]实施例11
[0064]—种制备实施例5所述的高效散热集成LED封装结构的封装方法，包括以下步骤:
[0065](1)在封装基板上铺设集成电路层，如图1示结构；
[0066](2)在铺设集成电路层的封装基板上，呈并联结构铺设微阵列硬树脂散热导管，如图2示结构;在封装基板上的微阵列硬树脂散热导管部分的纵切面为半圆环，在半圆环下方设有封底层，封底层为硬树脂层，封底层厚度为2wii，半圆环的内圆半径为80M1，半圆环的外圆半径与内圆半径的差为15wn，在靠近基板边缘位置分设微阵列硬树脂散热导管入口端和出口端；
[0067](3)在步骤(2)所述呈并联结构铺设的微阵列硬树脂散热导管内填充散热工质，如图4示结构；
[0068](4)在步骤(3)所述结构上固定LED芯片并进行打线，使LED芯片与集成电路层之间电性连接；
[0069](5)在步骤(4)所述结构上进行封装树脂灌封，形成完整的集成LED封装结构；
[0070](6)将步骤(5)所述集成LED封装结构外接散热系统。[〇〇71] 实施例12[0072 ]—种制备实施例5所述的高效散热集成LED封装结构的封装方法，包括以下步骤:
[0073](1)在封装基板上铺设集成电路层，如图1示结构；[〇〇74](2)在铺设集成电路层的封装基板上，呈并联结构铺设微阵列硬树脂散热导管，如图2示结构;在封装基板上的微阵列硬树脂散热导管部分的纵切面为半圆环，在半圆环下方设有封底层，封底层为硬树脂层，封底层厚度为2wii，半圆环的内圆半径为80M1，半圆环的外圆半径与内圆半径的差为15wii，在靠近基板边缘位置分设微阵列硬树脂散热导管入口端和出口端；
[0075](3)在步骤(2)所述呈并联结构铺设的微阵列硬树脂散热导管内填充散热工质，如图4示结构；
[0076](4)在步骤(3)所述结构上固定LED芯片并进行打线，使LED芯片与集成电路层之间电性连接；
[0077](5)在步骤(4)所述结构上进行封装树脂灌封，形成完整的集成LED封装结构；
[0078](6)重复步骤(1)至(5)—次，总共得到两个完整的集成LED封装结构，将得到的相邻的集成LED封装结构之间入口端与出口端连接，形成集成LED封装结构的组装单元，将组装单元的入口端、出口端与外接散热系统相连。
[0079]实验例
[0080]根据本发明实施例5所述的技术方案制成完整的集成LED封装结构，即一种封装有 8*8阵列芯片，单颗芯片功率为0.5W的封装结构。不使用本发明所述技术方案的封装结构， 经过1000小时老化测试后，其光衰在7%-10%，而采用本发明技术方案的散热封装结构，光衰仅在4 %左右，大大提高了封装结构的光衰寿命。
【主权项】
1.一种高效散热集成LED封装结构，其特征在于，自下而上包括封装基板、集成电路层、 散热体、LED芯片、封装树脂，集成电路层铺设于封装基板上，LED芯片通过金线与铺设在基 板上的集成电路层电性连接。2.根据权利要求1所述的高效散热集成LED封装结构，其特征在于，散热体包括微阵列 硬树脂散热导管和散热工质，散热工质填充于微阵列硬树脂散热导管内。3.根据权利要求2所述的高效散热集成LED封装结构，其特征在于，微阵列硬树脂散热 导管靠近封装基板边缘位置设有入口端和口出端;优选的，入口端和口出端分别设于封装 基板相对两侧。4.根据权利要求3所述的高效散热集成LED封装结构，其特征在于，在封装基板上的微 阵列硬树脂散热导管部分的纵切面为半圆环，微阵列硬树脂散热导管在封装基板边缘位置 的入口端和出口端的纵切面均为圆环形。5.根据权利要求4所述的高效散热集成LED封装结构，其特征在于，半圆环的内圆半径 为H，H取值范围为50M1-80M1，半圆环的外圆半径与内圆半径的差为L，L取值范围为15-20y m〇6.根据权利要求4所述的高效散热集成LED封装结构，其特征在于，半圆环下方设有封 底层，封底层为硬树脂层。7.根据权利要求6所述的高效散热集成LED封装结构，其特征在于，封底层厚度为D，D的 取值范围为8.根据权利要求3所述的高效散热集成LED封装结构，其特征在于，高效散热集成LED封 装结构还包括外接散热系统，外接散热系统与入口端和出口端相连。9.根据权利要求2所述的高效散热集成LED封装结构，其特征在于，所述散热体的微阵 列硬树脂散热导管在封装基板上的铺设方式为并联结构或S型结构。10.—种制备权利要求2-9任意一项权利要求所述高效散热集成LED封装结构的封装方 法，包括步骤如下:(1)在封装基板上铺设集成电路层；(2)在步骤(1)所述铺设集成电路层的基板上铺设微阵列硬树脂散热导管，在靠近基板 边缘位置分设微阵列硬树脂散热导管入口端和出口端；(3)在步骤(2)所述微阵列硬树脂散热导管内填充散热工质；(4)在步骤(3)所述结构上固定LED芯片并进行打线，使LED芯片与集成电路层之间电性 连接；(5)在步骤(4)所述结构上进行封装树脂灌封，形成完整的集成LED封装结构；(6)将步骤(5)所述集成LED封装结构外接散热系统;或重复步骤(1)至(5)至少一次，将 得到的相邻的集成LED封装结构之间入口端与出口端连接，形成集成LED封装结构的组装单 元，将组装单元的入口端、出口端与外接散热系统相连。
【文档编号】H01L33/48GK105977362SQ201610498148
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】于峰, 李君 , 张兆梅, 彭璐, 赵霞焱, 徐现刚
【申请人】山东浪潮华光光电子股份有限公司