专利名称：低热阻大功率发光二极管的封装方法
技术领域：
本发明涉及一种大功率发光二极管，特别涉及一种低热阻大功率发光二 极管的封装方法。
背景技术：
发光二极管LED具有耗电量小，发光效率高，响应时间短，体积小，重 量轻，光色纯，寿命长等优点，被业界认为是照明光源市场的主要方向，具 有强大的市场潜力。对于LED而言，其失效原因主要包括电流过载，温度 过高(过热)及封装失效等。由于输入电能只有10%—20%转化为光，其余 全部转化为热，因此，芯片散热是LED封装必须首要解决的问题。由于散 热不良导致的pn结温度升高，将严重影响到发光波长、光强、光效和使用 寿命。好的散热系统，可以在同等输入功率下得到较低的工作温度，延长 LED的使用寿命；或在同样的温度限制范围内，增加输入功率或芯片密度， 从而增加LED灯的亮度。
对于小功率LED (如普通的05mmLED，其功率仅为几十毫瓦)，发热 问题并不严重，即使热阻较高(一般高于10CTC/W)，采用普通的封装结构 即可。而半导体照明用的高亮度白光LED， 一般采用大功率LED芯片，其 输入功率为1W或更高，芯片面积约为lxlmm、因此热流密度高达100W/cm2 以上。此外，对于大功率LED封装，为提高光通量， 一般采用阵列模块方 式，由于发光芯片的高密度集成，散热基板上的温度很高，必须采用热导率 较高的基板材料和合适的封装工艺，以降低封装热阻。
对于LED封装器件而言，热阻主要包括材料(散热基板和热沉结构) 内部热阻和界面热阻。散热基板的作用就是吸收芯片产生的热量，并传导到 热沉上，实现与外界的热交换。目前最常用的散热基板材料为金属核电路板 (MCPCB)，由于其中间绝缘层热导率较低(0.2-3.OW/mK)，使整个基板 的热阻较大。此外，金属(如铝，铜)、陶瓷(如八1203， A1N， SiC)和复 合材料等也可用在LED封装基板。美国Lamina公司开发了基于低温共烧陶 瓷金属基板(LTCC-M)的LED封装技术。该技术首先制备出适于共晶焊的 大功率LED芯片和相应的陶瓷基板，然后将LED芯片与陶瓷基板直接焊接 在一起。由于该陶瓷材料热导率高(170-210W/mK)，且封装界面少，大大 提高了散热能力，为大功率LED阵列封装提出了解决方案。此外，德国 Curmilk公司研制了高导热性的陶瓷覆铜板，由陶瓷基板(AlN或Al203)和 金属铜(Cu)在高温高压下烧结而成，没有使用黏结剂，因此导热性能好(大 于160W/mK)，且热膨胀系数(4.0x10—6/°C)与硅相当，从而降低了封装 热应力。
研究表明，封装界面对热阻影响也很大，如果不能正确处理界面，就难 以获得良好的散热效果。例如，室温下接触良好的界面在高温下可能存在界 面间隙，基板的翘曲也可能会影响键合和局部的散热。改善LED封装的关 键在于减少界面和界面接触热阻，增强散热。因此，芯片和散热基板间的热 界面材料(TIM)选择十分重要。LED封装常用的TIM为导电银胶，由于 热导率较低， 一般为0.5-2.5W/m.K，致使界面热阻很高。近年来，有逐渐采 用高导热导电胶、焊膏或共晶焊料的趋势，虽然其热阻较低，但由于材料热 膨胀系数不匹配，高温固化、回流或共晶焊过程中容易产生残余热应力，影 响封装可靠性。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷,提供一种低热阻大功率发 光二极管的封装方法。本发明主要包括发光芯片、电极、引线、金属基板 和含荧光粉的硅胶体，其特征在于所述金属基板经电镀工艺直接沉积于发光 芯片底面。该封装方法包含以下的步骤
A在平整的玻璃表面刷涂或旋涂一层环氧胶； B将发光芯片和电极片组成阵列反扣贴装在环氧胶层上； C采用蒸发或溅射工艺在芯片底部平面沉积一层金属种子层； D采用电镀工艺在金属种子层表面沉积基板金属层； E将电镀后的玻璃片整体浸泡在丙酮溶液中，使玻璃片和环氧胶层脱 离；
F采用打线、涂胶工艺，完成对低热阻大功率发光二极管封装。
本发明的优点是发光芯片直接位于金属基板上，无焊料、导热胶等中间
粘结层，减少了热界面数，有效地降低了热阻，提高了大功率LED封装散热 能力，并且由于电镀属于一种低温工艺，封装后的LED热应力小，可靠性 高。通过合理选择芯片间距，可实现对LED阵列封装模块的批量制造，降 低大功率LED封装成本。
图la PI膜的结构； 图lb电极片的结构；
图2a电镀工艺制备封装基板工艺流程图2b电镀工艺制备封装基板工艺流程图； 图2C电镀工艺制备封装基板工艺流程图； 图2d电镀工艺制备封装基板工艺流程图2e电镀工艺制备封装基板工艺流程图； 图3封装后的LED结构图； 图4a带孔PI膜结构图； 图4b带孔PI膜剖视结构图； 图5a电镀工艺制备封装基板工艺流程图； 图5b电镀工艺制备封装基板工艺流程图； 图5c电镀工艺制备封装基板工艺流程图； 图5d电镀工艺制备封装基板工艺流程图； 图5e电镀工艺制备封装基板工艺流程图6封装后的LED结构图。
11金属层、12绝缘层、13剪切后的电极片、21玻璃片、22环氧胶层、23 发光芯片、24电极片、25金属种子层(镍)、26金属铜、27丙酮溶液、31 发光芯片、32金属种子层(镍)、33电极、34铜片、35金线、36封装胶体、 41电极结构、42PI膜、43芯片孔、51玻璃片、52环氧胶层、53发光芯片、 54金属镍膜、55金属铜、56丙酮溶液、61发光芯片、62铜基板、63 PI膜预留孔、64 PI膜、65金线、66封装胶体
具体实施例方式
实施例1
下面结合附图进一步说明
具体实施例方式
参见图la，采用软板PCB工艺制作含绝缘层12和金属层11的PI膜， 然后将PI膜剪切成电极片13，参见图lb;
采用电镀工艺制备封装基板的具体步骤如下
步骤A，参见图2a ，在平整的玻璃片21表面刷涂或旋涂一层环氧胶22， 厚度为lmm左右(大于芯片厚度)，要求胶层表面平整；
步骤B，将发光芯片23和电极片24成阵列反扣贴装在环氧胶层22上， 压平(使芯片、电极片底部处于同一个平面)，并固化环氧胶，参见图2b;
步骤C，采用蒸发或溅射工艺在芯片底部平面沉积一层金属镍25 (作为 电镀种子层，厚度为50-100 nm，选择镍的原因在于其是有效的离子扩散阻 挡层，并且与铜的CTE匹配，控制厚度在于其热导率低，降低热阻)参见 图2c ;采用电镀工艺在镍25表面沉积金属铜26 (厚度为0. 3mm-3mm)参 见图2d;
步骤D，将镀铜后的玻璃片整体浸泡在丙酮溶液27中，使玻璃片和环 氧胶层脱离，芯片和电极片成阵列贴装在封装基板(铜片)上，参见图2e。 步骤E，采用打线、涂胶工艺，完成对LED的封装，参见图3。
实施例2
实施例2与实施例1相同，所不同的是采用软板PCB工艺制作PI膜42， 表面沉积有镀铜/金的LED电路和电极结构41，并预留成阵列分布的芯片孔
43，参见图4a、图4b。
电镀工艺制备封装基板的具体步骤与实施例l相同，所不同的是采用胶 结工艺将PI膜64贴装在封装基板62的表面，(PI膜上预留孔与发光芯片61
对应)，然后采用硅胶66进行封装，参见图6。
在上述各实施方式中，所述电镀制备的封装基板材料还可以为铜合金、 镍或镍合金。
权利要求
1.一种低热阻大功率发光二极管的封装方法，主要包括发光芯片、电极、引线、金属基板和含荧光粉的硅胶体，其特征在于所述金属基板经电镀工艺直接沉积于发光芯片底面，该封装方法包含以下的步骤A在平整的玻璃表面刷涂或旋涂一层环氧胶；B将发光芯片和电极片组成阵列反扣贴装在环氧胶层上；C采用蒸发或溅射工艺在芯片底部平面沉积一层金属种子层；D采用电镀工艺在金属种子层表面沉积基板金属层；E将电镀后的玻璃片整体浸泡在丙酮溶液中，使玻璃片和环氧胶层脱离；F采用打线、涂胶工艺，完成对低热阻大功率发光二极管封装。
2. 根据权利要求1所述的低热阻大功率发光二极管的封装方法，其特征在 于所述金属基板材料为铜或铜合金、铝或铝合金。
3. 根据权利要求1所述的低热阻大功率发光二极管的封装方法，其特征在 于所述金属基板厚度为0. 3-3. 0mm。
4. 根据权利要求1所述的低热阻大功率发光二极管的封装方法，其特征在 于所述电极片由金属层和绝缘层组成。
5. 根据权利要求1所述的低热阻大功率发光二极管的封装方法，其特征在于 所述金属种子层材料为镍、铬、金或其他金属。
全文摘要
一种低热阻大功率发光二极管的封装方法，主要包括发光芯片、电极、引线、金属基板和含荧光粉的硅胶体，其特征在于所述金属基板经电镀工艺沉积于发光芯片底面。本发明的优点是发光芯片直接位于金属基板上，中间无焊料等中间粘结层，有效降低了封装热阻，提高了大功率LED封装散热能力，并且该封装方法可实现对LED阵列封装模块的批量制造，可靠性高，成本低。
文档编号H01L33/00GK101369615SQ20071004496
公开日2009年2月18日 申请日期2007年8月17日 优先权日2007年8月17日
发明者胜 刘, 刘宗源, 恺 王, 甘志银, 罗小兵, 陈明祥 申请人:广东昭信光电科技有限公司