专利名称：防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体器件封装结构及工艺，特别是一种LED封装结构及其制备工艺，应用于半导体器件制造技术领域。
背景技术：
大功率LED散热是封装工艺中最具挑战性的问题，尤其是伴随着功率型LED器件功率的增加，散热的挑战更为严峻。而用金属互连技术替代传统导电银胶已经是一种必然的发展趋势。在回流共晶焊接LED芯片时，尤其是多芯片LED集成封装的技术，在回流工艺中无法实现每个LED芯片位置的固定，从而造成在锡膏焊料或者共晶焊料融化时会有LED芯片发生位置偏移，因此在大规模生产中如何避免芯片发生偏移是一个急需解决的问题，否则会造成芯片短路，并产生影响美光及出光均匀性等一系列问题。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构及其制造工艺，通过在LED芯片回流焊接或者共晶焊接的位置处制作一个防偏移凹槽，防偏移凹槽比LED芯片尺寸略大，以有效的防止LED芯片在回流共晶工艺过程发生芯片位置偏移的缺陷，从而简化LED回流工艺，提高生产效率及可靠性。为达到上述目的，本发明的构思是:
针对当前大功率LED，尤其是多芯片LED，如2颗 100颗芯片的集成模块，甚至更多芯片的集成模块，在回流焊接或者共晶焊接时，因为无法每个芯片进行固定而发生位置偏移的缺陷，通过在LED芯片回流焊接或者共晶焊接的位置，通过刻蚀工艺或者精密机械加工技术制作一个比LED芯片尺寸略大的防偏移凹槽，通过防偏移凹槽的形状来限制LED芯片的位置，而为了有效的将焊料中的柱焊接挥发完全，凹槽底部跟侧壁可以做几道沟槽，在不影响限制LED芯片发生偏移的情况下，有效的提高助焊剂的挥发度，从而可以有效的防止LED芯片在回流共晶工艺过程发生芯片位置偏移的缺陷。在荧光片与LED封装基座的结合处，涂覆粘合剂，该粘合剂可以是紫外近紫外光固化的粘合剂，涂覆好之后，通过紫外或者近紫外灯光的照射，直接固化，完成荧光片与基座的密封，紫外灯光的固化不进不会影响前面LED芯片与基座之间的焊料，还会对基座内灌封的娃I父进行保护。根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案:
一种防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构，包括基座、金属互连层、LED芯片、透光镜片、密封层、负电极、正电极、金丝、导电通孔、底部正电极、底部负电极和散热面，在封装体内，负电极通过球形接触点与金丝键合为内引线与LED芯片的一端相连，正电极直接与LED芯片的另一端相连，LED芯片的顶部用透光镜片封盖，透光镜片通过密封层与基座结合在一起形成封装体，贯穿基座的两个导电通孔使正电极、负电极分别与封装体外部的底部正电极、底部负电极连通，在封装体外部的基座外表面设有散热面，在封装体内设置密封槽，在密封槽内，LED芯片的一端通过金属互连层与正电极表面部分焊接实现键合连接，密封槽主要由在安装LED芯片的焊接位置处制的防偏移凹槽形成，使LED芯片以间隙配合方式固定嵌入设置于防偏移凹槽内，防偏移凹槽作为芯片安装凹槽约束LED芯片的安装位置偏移。作为本发明的一种优选的技术方案，在正电极板上制作防偏移凹槽，LED芯片的一端通过金属互连层与防偏移凹槽底部的正电极表面部分键合连接。作为本发明的另一种优选的技术方案，在基座上直接制作防偏移凹槽，至少在防偏移凹槽的槽底的基座表面上制作导电功能层，导电功能层形成正电极，LED芯片的一端通过金属互连层与导电功能层键合连接。作为本发明上述技术方案的改进，在上述防偏移凹槽的底面和侧面制作一系列细小的沟槽，沟槽的深度和宽度为0.1 0.2mm，作为助焊剂的挥发及焊料的流动的渠道。上述透光镜片优选由在玻璃板或者塑料透明板上进行均匀涂覆荧光粉和硅胶的混合胶体形成，或者优选将黄色YAG荧光粉掺杂在塑料中制作掺杂有YAG黄色荧光粉的荧光罩子形成，还或者优选通过制作陶瓷荧光晶片形成。上述防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构的制备工艺包括如下步骤:
a.通过刻蚀方法、机械精密加工方法或者化学溶液腐蚀方法，在安装LED芯片的焊接位置处制作防偏移凹槽，防偏移凹槽大于LED芯片的尺寸，并能约束LED芯片在防偏移凹槽内的安装位置偏移，制作完成设置于封装体内部的正电极和负电极，其中在防偏移凹槽底部表面上和侧面上一并制作正电极的导电层，并制作完成设置于封装体外部且固定于基座外侧表面上的的底部正电极、底部负电极和散热面；
b.在防偏移凹槽、正电极、负电极、底部正电极、底部负电极和散热面的位置依次镀镍、镀金或者镀银；防偏移凹槽7内镀镍厚度优选为2微米 10微米，防偏移凹槽7内镀金厚度优选为0.1 2微米；
c.然后通过激光打孔方法或者机械精加工方法制作导电通孔，在导电通孔内表面制作金属镀层，使正电极、负电极分别与底部正电极、底部负电极连通；
d.将锡膏涂覆在防偏移凹槽中，并将LED芯片依次对应放置在锡膏的上方后，将放置好LED芯片和防偏移凹槽进行回流焊接或共晶焊接，在焊接结束后，锡膏形成金属互连层，使LED芯片的一端与防偏移凹槽内的正电极表面部分键合连接在一起；
e.最后在LED芯片上方灌封硅胶后，在预先制作好的透光镜片与基座接触的位置涂覆粘结材料，通过紫外光照射使粘结材料固化，完成透光镜片与基座之间的密封，形成封装结构；透光镜片与基座之间涂覆的粘结材料最好是有机硅胶或者近紫外感光胶，近紫外感光胶通过350nm 420nm之间波段的LED灯光照射即进行迅速固化。作为上述防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构的制备工艺的一种优选技术方案，具体为:
①在上述步骤a中，首先在基座上覆导电材料分别形成正电极和负电极，覆导电材料厚度大于0.1mm，然后在对应放置LED芯片的正电极的导电层的相应位置上制作防偏移凹槽，使在防偏移凹槽7底部表面上和侧面剩余的导电层仍然使正电极8各部分连为一体；
②在上述步骤d中，将放置好LED芯片的正电极进行焊接，在焊接结束后，LED芯片的一端与防偏移凹槽内的正电极表面部分键合连接在一起。
作为上述防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构的制备工艺的另一种优选技术方案，具体为: ①在上述步骤a中，首先在对应放置LED芯片的基座的相应位置上直接制作防偏移凹槽，然后在防偏移凹槽底面和侧面、基座的其他上表面上覆导电材料形成正电极，并在防偏移凹槽外围的基座的上表面上覆导电材料形成负电极； ②在上述步骤d中，将放置好LED芯片的基座进行焊接，在焊接结束后，LED芯片的一端与防偏移凹槽内的正电极键合连接在一起。
上述防偏移凹槽的深度最好在20微米 2000微米之间。
上述基座为硅基板时，在步骤a和步骤b之间最好增加绝缘层制作步骤，即在防偏移凹槽、正电极、负电极、底部正电极、底部负电极的位置进行绝缘层制作；基座为硅基板时，在步骤c中，最好还在导电通孔内表面制作金属镀层之前先在导电通孔内表面制作绝缘层。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点: 本发明的防偏移凹槽与传统结构相比，可以避免发光二级管芯片在金属互连材料融化时发生位置偏移，无需对每个LED分别进行固定和独立焊接，而是可同时进行回流焊接或共晶焊接，提高了发光二极管的生产效率及可靠性，提高封装的对位精度及美观，有利于LED实现高散射，使发光二极管的出光均匀性显著提高。
图1为本发明实施例一防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构的外部透视图。
图2为本发明实施例一防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构的示意图。
图3为本发明实施例二防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构的示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下: 实施例一: 在本实施例中，参见图1和图2，一种防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构，包括基座10、金属互连层6、LED芯片5、透光镜片3、密封层1、负电极2、正电极8、金丝4、导电通孔9、底部正电极11、底部负电极13和散热面12，在封装体内，负电极2通过球形接触点与金丝4键合为内引线与LED芯片5的一端相连，正电极8直接与LED芯片5的另一端相连，LED芯片5的顶部用透光镜片3封盖，透光镜片3通过密封层I与基座10结合在一起形成封装体，贯穿基座10的两个导电通孔9使正电极8、负电极2分别与封装体外部的底部正电极11、底部负电极13连通，在封装体外部的基座10外表面设有散热面12，在封装体内设置密封槽，密封槽主要由在安装LED芯片5的焊接位置处制的防偏移凹槽7形成，在正电极8板上制作一个比LED芯片5略大的防偏移凹槽7，LED芯片5的一端通过金属互连层6与防偏移凹槽7底部的正电极8表面部分键合连接，使LED芯片5以间隙配合方式固定嵌入设置于防偏移凹槽7内，防偏移凹槽7作为芯片安装凹槽约束LED芯片5的安装位置偏移。
本实施例防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构的制备工艺，包括如下步骤: a.首先，基座10的材料氧化铝或者氮化铝陶瓷时，在基座10上覆铜分别形成正电极8和负电极2，覆铜厚度大于0.1mm，并制作完成设置于封装体外部且固定于基座10外侧表面上的的底部正电极11、底部负电极13和散热面12 ;然后通过刻蚀方法、机械精密加工方法或者化学溶液腐蚀方法，在安装LED芯片5的正电极8的导电层的相应位置上制作防偏移凹槽7，即防偏移凹槽7直接在正电极8的覆铜上进行加工制作，防偏移凹槽7的深度在20微米 2000微米之间，防偏移凹槽7大于LED芯片5的尺寸，并能约束LED芯片5在防偏移凹槽7内的安装位置偏移，使在防偏移凹槽7底部表面上和侧面剩余的导电层仍然能使正电极8各部分连为一体； b.在防偏移凹槽7、正电极8、负电极2、底部正电极11、底部负电极13和散热面12的位置依次通过CVD蒸镀方法或化学镀方法进行镀镍、镀金或者镀银；防偏移凹槽7内镀镍厚度为2微米 10微米，防偏移凹槽7内镀金厚度为0.1 2微米；基座10为硅基板时，在步骤a和步骤b之间增加绝缘层制作步骤，即在防偏移凹槽7、正电极8、负电极2、底部正电极11、底部负电极13的位置进行绝缘层制作，而基座10选用氧化铝、氮化铝和其他陶瓷基板时，不需要绝缘层制作该工艺；绝缘层优选由氧化硅制作形成； c.然后通过激光打孔方法或者机械精加工方法制作导电通孔9，在导电通孔9内表面制作金属镀层，使正电极8、负电极2分别与底部正电极11、底部负电极13连通；防偏移凹槽7内镀镍厚度为2微米 10微米，防偏移凹槽7内镀金厚度为0.1 2微米；基座10为硅基板时，在导电通孔9内表面制作金属镀层之前先在导电通孔9内表面制作绝缘层，而基座10选用氧化铝、氮化铝和其他陶瓷基板时，不需要绝缘层制作该工艺； d.将锡膏涂覆在防偏移凹槽7中，并将LED芯片5依次对应放置在锡膏的上方后，将放置好LED芯片5和带有防偏移凹槽7的正电极8进行回流工艺焊接，在回流焊接结束后，锡膏形成金属互连层6，使LED芯片5的一端与防偏移凹槽7内的正电极8表面部分键合连接在一起； e.最后在LED芯片5上方灌封硅胶后，透光镜片3为在模具预先制作好的荧光片或者陶瓷荧光晶片，在透光镜片3与基座10接触的位置涂覆近紫外感光胶粘结材料，通过350nm 420nm之间波段的紫外光照射使近紫外感光胶固化，完成透光镜片3与基座10之间的密封，形成封装结构。透光镜片3由在玻璃板或者塑料透明板上进行均匀涂覆荧光粉和硅胶的混合胶体形成，或者将黄色YAG荧光粉掺杂在塑料中制作掺杂有YAG黄色荧光粉的荧光罩子形成，还或者通过制作陶瓷荧光晶片形成。
在本实施例中，在正电极8位置处制作一个比LED芯片尺寸略大的防偏移凹槽7，通过回流技术将LED芯片5与正电极8连接在一起，在回流结束后，锡膏形成金属互连层6，透光镜片3通过密封层I与基座10结合在一起。在大功率LED在回流或共晶过程中，针对LED芯片5在金属互连层6融化状态容易发生位置移动偏移的缺陷，在大功率LED封装体内需要互连芯片的位置制作一个比LED芯片5尺寸略大的凹槽，通过将凹槽深度控制在几十微米的深度，可以避免发光二级管芯片在金属互连材料融化时发生位置偏移，从而提高封装的对位精度及美观，有利于提高产品的出光均匀性及产品的可靠性，尤其是对于白光产品的性能提高显著。
实施例二: 本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于: 在本实施例中，参见图3，在基座10上直接制作防偏移凹槽7，至少在防偏移凹槽7的槽底的基座10表面上制作导电功能层，导电功能层互相连接形成正电极8，LED芯片5的一端通过金属互连层6与导电功能层键合连接。
本实施例防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构的制备工艺，包括如下步骤: a.首先通过刻蚀方法、机械精密加工方法或者化学溶液腐蚀方法，在安装LED芯片5的基座10的相应位置上直接制作防偏移凹槽7，防偏移凹槽7的深度在20微米 2000微米之间，防偏移凹槽7大于LED芯片5的尺寸，并能约束LED芯片5在防偏移凹槽7内的安装位置偏移；然后在防偏移凹槽7底面和侧面、基座10的其他上表面上进行镀金或镀银形成正电极8、负电极2，当基座10的材质为硅，镀金或镀银之前需要先进行绝缘层，当基座10的材质为氧化硅，镀金或镀银厚度大于0.1mm,并制作完成设置于封装体外部且固定于基座10外侧表面上的的底部正电极11、底部负电极13和散热面12 ； b.与实施例一相同； c.与实施例一相同； d.将锡膏涂覆在防偏移凹槽7中，并将LED芯片5依次对应放置在锡膏的上方后，将放置好LED芯片5和带有防偏移凹槽7的基座10进行回流焊接，在回流焊接结束后，锡膏形成金属互连层6，使LED芯片5的一端与防偏移凹槽7内的正电极8键合连接在一起； e.与实施例一相同。
在本实施例中，在基座10的相应位置上直接制作防偏移凹槽7，可以减少正电极8材料的用量，使大功率LED的结构层和功能层更加紧凑，更加有利于提高产品的出光均匀性及产品的可靠性。
实施例三: 本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于: 在本实施例中，在防偏移凹槽7的底面和侧面制作一系列细小的沟槽，沟槽的深度和宽度为0.1 0.2_，作为助焊剂的挥发及焊料的流动的渠道，以有效的让柱焊接挥发，提高焊料的流动均匀性，减少空洞的存在。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构及其制备工艺的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构，包括基座(10)、金属互连层(6)、LED芯片(5)、透光镜片(3)、密封层(I)、负电极(2)、正电极(8)、金丝(4)、导电通孔(9 )、底部正电极(11)、底部负电极(13 )和散热面(12 )，在封装体内，所述负电极(2 )通过球形接触点与金丝(4)键合为内引线与所述LED芯片(5)的一端相连，所述正电极(8)直接与所述LED芯片(5)的另一端相连，所述LED芯片(5)的顶部用透光镜片(3)封盖，所述透光镜片(3 )通过所述密封层(I)与所述基座(10 )结合在一起形成封装体，贯穿所述基座(10 )的两个所述导电通孔(9)使所述正电极(8)、所述负电极(2)分别与封装体外部的所述底部正电极(11)、所述底部负电极(13)连通，在封装体外部的基座(10)外表面设有散热面(12)，其特征在于:在封装体内设置密封槽，在所述密封槽内，所述LED芯片(5)的一端通过金属互连层(6)与所述正电极(8)表面部分焊接实现键合连接，所述密封槽主要由在安装所述LED芯片(5)的焊接位置处制的防偏移凹槽(7)形成，使所述LED芯片(5)以间隙配合方式固定嵌入设置于所述防偏移凹槽(7)内，防偏移凹槽(7)作为芯片安装凹槽约束所述LED芯片(5)的安装位置偏移。
2.根据权利要求1所述的防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构，其特征在于:在所述正电极(8)板上制作防偏移凹槽(7)，所述LED芯片(5)的一端通过金属互连层(6)与所述防偏移凹槽(7)底部的所述正电极(8)表面部分键合连接。
3.根据权利要求1所述的防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构，其特征在于:在所述基座(10)上直接制作防偏移凹槽(7)，至少在所述防偏移凹槽(7)的槽底的所述基座(10)表面上制作导电功能层，所述导电功能层互相连接形成所述正电极(8)，所述LED芯片(5)的一端通过金属互连层(6)与所述导电功能层键合连接。
4.根据权利要求1 3中任意一项所述的防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构，其特征在于:在所述防偏移凹槽(7)的底面和侧面制作一系列细小的沟槽，沟槽的深度和宽度为0.1 0.2mm，作为助焊剂的挥发及焊料的流动的渠道。
5.根据权利要求1 3中任意一项所述的防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构，其特征在于:所述透光镜片(3)由在玻璃板或者塑料透明板上进行均匀涂覆荧光粉和硅胶的混合胶体形成，或者将黄色YAG荧光粉掺杂在塑料中制作掺杂有YAG黄色荧光粉的荧光罩子形成，还或者通过制作陶瓷荧光晶片形成。
6.—种权利要求1所述的防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤: a.通过刻蚀方法、机械精密加工方法或者化学溶液腐蚀方法，在安装所述LED芯片(5)的焊接位置处制作防偏移凹槽(7)，防偏移凹槽(7)大于LED芯片(5)的尺寸，并能约束LED芯片(5)在防偏移凹槽(7)内的安装位置偏移，制作完成设置于封装体内部的正电极(8)和负电极(2)，其中在防偏移凹槽(7)底部表面上和侧面上一并制作正电极(8)的导电层，并制作完成设置于封装体外部且固定于基座(10)外侧表面上的的底部正电极(11)、底部负电极(13)和散热面(12)； b.在防偏移凹槽(7)、正电极(8)、负电极(2)、底部正电极(11)、底部负电极(13)和散热面(12)的位置依次镀镍、镀金或者镀银； c.然后通过激光打孔方法或者机械精加工方法制作导电通孔(9)，在导电通孔(9)内表面制作金属镀层，使正电极(8 )、负电极(2 )分别与底部正电极(11 )、底部负电极(13 )连通； d.将锡膏涂覆 在防偏移凹槽(7)中，并将LED芯片(5)依次对应放置在锡膏的上方后，将放置好LED芯片(5)和防偏移凹槽(7)进行回流焊接或共晶焊接，在焊接结束后，锡膏形成金属互连层(6),使LED芯片(5)的一端与所述防偏移凹槽(7)内的正电极(8)表面部分键合连接在一起； e.最后在LED芯片(5)上方灌封硅胶后，在预先制作好的透光镜片(3)与基座(10)接触的位置涂覆粘结材料，通过紫外光照射使粘结材料固化，完成透光镜片(3)与基座(10)之间的密封，形成封装结构。
7.根据权利要求6所述的防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构的制备工艺，其特征在于: ①在上述步骤a中，首先在基座(10)上覆导电材料分别形成正电极(8)和负电极(2)，覆导电材料厚度大于0.1mm,然后在对应放置LED芯片(5)的正电极(8)的导电层的相应位置上制作防偏移凹槽(7)，使在防偏移凹槽(7)底部表面上和侧面剩余的导电层仍然能使正电极(8)各部分连为一体； ②在上述步骤d中，将放置好LED芯片(5)的正电极(8 )进行焊接，在焊接结束后，LED芯片(5)的一端与所述防偏移凹槽(7)内的正电极(8)表面部分键合连接在一起。
8.根据权利要求6所述的防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构的制备工艺，其特征在于: ①在上述步骤a中，首先在对应放置LED芯片(5)的基座(10)的相应位置上直接制作防偏移凹槽(7)，然后在防偏移凹槽(7)底面和侧面、基座(10)的其他上表面上覆导电材料形成正电极(8)，并在防偏移凹槽(7)外围的基座(10)的上表面上覆导电材料形成负电极(2)； ②在上述步骤d中，将放置好LED芯片(5)的基座(10)进行焊接，在焊接结束后，LED芯片(5)的一端与所述防偏移凹槽(7)内的正电极(8)键合连接在一起。
9.根据权利要求7或8所述的防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构的制备工艺，其特征在于:防偏移凹槽(7)的深度在20微米 2000微米之间。
10.根据权利要求7或8所述的防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构的制备工艺，其特征在于:基座(10)为硅基板时，在所述步骤a和步骤b之间增加绝缘层制作步骤，即在防偏移凹槽(7)、正电极(8)、负电极(2)、底部正电极(11)、底部负电极(13)的位置进行绝缘层制作；基座(10)为硅基板时，在所述步骤c中，还在导电通孔(9)内表面制作金属镀层之前先在导电通孔(9)内表面制作绝缘层。
11.根据权利要求7或8所述的防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构的制备工艺，其特征在于:在所述步骤b中，防偏移凹槽(7)内镀镍厚度为2微米 10微米，防偏移凹槽(7)内镀金厚度为0.1 2微米。
12.根据权利要求7或8所述的防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构的制备工艺，其特征在于:在所述步骤e中，透光镜片(3)与基座(10)之间涂覆的粘结材料是有机硅胶或者近紫外感光胶，近紫外感光胶通过350nm 420nm之间波段的LED灯光照射即进行迅速固化。
全文摘要
本发明公开了一种防止大功率发光二极管芯片偏移的封装结构，在封装体内设置密封槽，在密封槽内，LED芯片的一端通过金属互连层与正电极表面部分焊接实现键合连接，密封槽主要由在安装LED芯片的焊接位置处制的防偏移凹槽形成，使LED芯片以间隙配合方式固定嵌入设置于防偏移凹槽内，防偏移凹槽作为芯片安装凹槽约束LED芯片的安装位置偏移，从而简化LED回流工艺，提高生产效率及可靠性。本发明还公开了该封装结构的制备工艺，通过刻蚀工艺或者精密机械加工技术制作一个比LED芯片尺寸略大的防偏移凹槽，优化回流焊接或共晶焊接，提高了发光二极管的生产效率及可靠性，提高封装的对位精度及美观，使发光二极管的出光均匀性显著提高。
文档编号H01L33/64GK103178193SQ201310106339
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者殷录桥, 张建华, 张金龙, 宋鹏 申请人:上海大学