一种基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元，包括封装基板、晶片支架、粘合层、接口装置、LED晶片、驱动元件、散热层和散热盖板;驱动元件包括：FPGA芯片、恒流驱动芯片和行扫描功率管；封装基板设置于晶片支架内，多个LED晶片倒装设置于封装基板的顶面，通过粘合层与封装基板相连接；FPGA芯片、恒流驱动芯片和行扫描功率管装设于封装基板的底面，通过散热层和散热盖板固定于晶片支架内；接口装置设置于封装基板的底面与散热盖板之间的晶片支架内，并通过开口向外露出；多个LED晶片通过粘合层和封装基板与FPGA芯片、恒流驱动芯片和行扫描功率管电连接；封装基板通过接口装置与外部电路进行电连接。
【专利说明】一种基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体领域，尤其涉及一种基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元。
【背景技术】
[0002]近十几年来，在显示领域出现了两次方向性的变化。在2000年前后，阴极射线管(CRT)产业面临替代危机。在那之后，主流方向趋向于等离子显示(PDP)和薄膜晶体管液晶显示(TFT-1XD)。通过10余年发展，TFT-1XD已成为显示领域主流。然后，随着TFT-1XD和电致发光(EL)技术的进步，有源有机发光显示(AMOLED)也开始产业化。另外，柔性显示(Flexible Display)、激光显示(Laser Display)等新型显示技术不断涌现。目前,新一轮有关显示产业发展方向的争论又已开始。无论从TFT-1XD还是AMOLED发展角度，都可清晰看到半导体显示产业发展的两大关键驱动力:一是技术进步；二是市场应用。为此，业界人士提出了“半导体显示”这一产业新定义，期望对下一步显示产业的发展能产生引导和帮助作用。[0003]例如,半导体发光二极管(LED, Light Emitting Diode)的应用领域在今年来有着巨幅的扩展，其中，成长最快也最具潜力的市场是液晶显示屏(LCD)的背光应用。几年间，白色发光二极管已经随着小型显示屏的背光应用逐渐普遍，目前几乎所有移动电话中的彩色液晶面板都由发光二极管提供背光。最近，白色发光二极管更开始迈入需要更高性能和更长工作时间的膝上型显示屏背光应用。然而，发光二极管在进入大尺寸显示屏，如个人电脑显示屏与电视应用的路途上并未顺利。这种情况是因为除了更佳性能和更长工作时间外，大型液晶面板需要使用如红、绿、蓝(RGB)这类发光二极管(LED)来创造更丰富的色彩范围，才能提供比使用冷阴极荧光灯管(CCFL)背光更好的采购诱因。
[0004]然而，传统的LED显示技术在高密度领域已经出现瓶颈。因为受制于LED光源的传统结构，同时受制于后集成加工的模组所涉及的材料结构，譬如传统的恒流源封装的驱动容量和结构，传统的FR4PCB板松散的材质带来的集成成品的热稳定性问题以及平整度强度问题，以及为安装拼接为大屏幕所需要的注塑面罩和塑壳等，这些都严重限制着LED显示技术在高密度领域，特别是在像素间距小于1.0mm显示上的突破和应用。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种能够克服上述缺陷的单元。
[0006]本实用新型提供了一种基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元，包括:封装基板、晶片支架、粘合层、接口装置、多个LED晶片、驱动元件、散热层和散热盖板；其中，所述驱动元件包括=FPGA芯片、恒流驱动芯片和行扫描功率管；
[0007]所述封装基板设置于所述晶片支架内，所述多个LED晶片倒装设置于所述封装基板的顶面，通过所述粘合层与所述封装基板相连接；所述FPGA芯片、恒流驱动芯片和行扫描功率管装设于所述封装基板的底面，通过所述散热层和散热盖板固定于所述晶片支架内；所述接口装置设置于所述封装基板的底面与所述散热盖板之间的晶片支架内，并通过所述散热盖板上具有的开口向外露出；
[0008]所述多个LED晶片通过所述粘合层和所述封装基板与所述FPGA芯片、恒流驱动芯片和行扫描功率管电连接；所述封装基板通过所述接口装置与外部电路进行电连接。
[0009]优选地,所述半导体显示单元还包括:
[0010]保护膜，具有光学栅格结构，覆盖于所述多个LED晶片之上。
[0011]优选地,所述半导体显示单元还包括:
[0012]固定件，所述散热盖板通过所述固定件紧固于所述晶片支架上。
[0013]优选地，所述晶片支架具体包括:
[0014]容置所述FPGA芯片、恒流驱动芯片和行扫描功率管的第一凹槽，和容置所述多个LED晶片的多个第二凹槽。
[0015]优选地，所述多个LED晶片具体为:
[0016]多个LED红色晶片、多个LED绿色晶片和多个LED蓝色晶片；所述多个LED红色晶片、多个LED绿色晶片和多个LED蓝色晶片组合成多组晶片单元，每一组晶片单元包括一个或多个LED红色晶片、一个或多个LED绿色晶片和一个或多个LED蓝色晶片。
[0017]进一步优选地，所述多个LED红色晶片、所述多个LED绿色晶片和所述多个LED蓝色晶片为LED共晶晶片。
[0018]进一步优选地，所述多组晶片单元的中心之间是等间距的。
[0019]优选地，所述封装基板包括至少两个电路层和至少一个绝缘介质层，每两层所述电路层之间通过绝缘介质层隔离，并通过所述绝缘介质层的通孔进行电连接。
[0020]优选地，所述封装基板还包括封装焊球。
[0021]优选地，所述接口装置为兼容电源和数据通信的USB接口，通过胶结与所述封装基板连接。
[0022]本实用新型的一种基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元通过采用将LED晶片共晶倒装于封装基板的像素侧并且将FPGA芯片、恒流驱动芯片和行扫描功率管倒装于封装基板的电路侧，通过封装基板实现它们之间的电连接，从而在有限的布局空间中实现了 LED显示的集成化。使基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元具有良好的热稳定性和平整度，满足了高稳定性、低成本的图像显示产品规模化生产的需求，并且能够根据实际需要进行拼装，满足任何尺寸的大屏幕显示要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型实施例提供的一种基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元的剖面图；
[0024]图2为本实用新型实施例提供的驱动元件装设于所述封装基板的底面的示意图；
[0025]图3为实用新型实施例提供的一种基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元的晶片支架和封装基板的剖面示意图；
[0026]图4为本实用新型实施例提供的一种基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元的正视图；
[0027]图5为本实用新型实施例提供的一种基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元的后视图。
【具体实施方式】
[0028]下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
[0029]本实用新型提供的一种基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元，主要用于LED显示屏，超小间距LED显示屏，超高密度LED显示屏，LED正发光电视，LED正发光监视器，LED视频墙，LED指示，LED特殊照明等。
[0030]图1是本实用新型实施例提供的一种基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元的剖面图。如图1所示，所述半导体显示单元包括:封装基板4、晶片支架3、粘合层
11、接口装置6、多个LED晶片2、驱动元件9、散热层8和散热盖板10;
[0031]封装基板4设置于晶片支架3内，多个LED晶片2直接焊接(Direct Attach, DA)共晶倒装设置于封装基板4的顶面，通过粘合层11与封装基板4相连接；驱动元件9装设于封装基板4的底面，通过BGA工艺或利用粘合层工艺与封装基板4相连接，并通过散热层8和散热盖板10协助驱动元件9散热；接口装置6设置于封装基板4的底面与散热盖板10之间的晶片支架3内，并通过散热盖板10上具有的开口 101向外露出；具体的，驱动元件9包括FPGA芯片92、恒流驱动芯片93和行扫描功率管94等。
[0032]多个LED晶片2通过粘合层11和封装基板4与FPGA芯片91、恒流驱动芯片92和行扫描功率管93电连接；封装基板4通过接口装置6与外部电路进行电连接。接口装置6可以是标准USB接口或者兼容电源和数据通信的USB接口。接口装置6通过胶结与封装基板4连接。
[0033]结合图2所示，对驱动元件9装设于所述封装基板4的底面的结构进行详细说明。
[0034]FPGA芯片92、恒流驱动芯片93和行扫描功率管94分别焊接于封装基板4的底面，此外还有信号/电源接入端子91也焊接于封装基板4的底面，用以向多个LED晶片2提供驱动信号。其中在如图2所示的具体例子中，驱动元件包括18个恒流LED驱动芯片93，27个行扫描功率管94和I颗FPGA芯片92。
[0035]结合图3所示的晶片支架和封装基板的剖面示意图，对晶片支架3进行详细说明。
[0036]晶片支架3采用高机械和热力学稳定性并具有良好介电性能的硅树脂注塑制成，或使用其他符合要求的压铸材料压铸制成。具体包括:容置驱动元件9的第一凹槽31、容置多个LED晶片2的多个第二凹槽32和封装焊球5。
[0037]具体的，本实用新型的LED晶片包括LED红色晶片、LED绿色晶片和LED蓝色晶片，它们优选为LED共晶晶片，通过共晶焊接在PCB多层印制电路板的像素侧。由于LED共晶晶片在其生产工艺里不再使用固晶，打线焊接等传统LED集成工序，因此可以采用固晶超声波无缝焊接机一次性完成其在封装基板4上的装贴和焊接工序。同时，由于LED共晶晶片在其本身的制程里已经完成的防潮防尘透明化处理，所以也省去了传统的LED封装工序。因此，采用LED共晶晶片的本实用新型的基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元可以节省大量的制造成本，同时也为显示板成品率、稳定性、长使用寿命中的免维护提供了良好的技术和工艺保证。
[0038]每一个第二凹槽32容置一组LED晶片组。具体的，上述第二凹槽32规律排列，优选的，为等间距排列，每一组晶片至少包括一个共晶LED红色晶片、一个共晶LED绿色晶片和一个共晶LED蓝色晶片。在图4所示的正视图中，给出了每组晶片包括一个共晶LED红色晶片、一个共晶LED绿色晶片和一个共晶LED蓝色晶片的实例。在其他实例中也可以有包括多余一个的红色或绿色或蓝色LED晶片的可能，甚至可以包括别的颜色的共晶晶片。每组晶片中的LED共晶晶片的排列顺序和方式可以相同的，也可以是不同的。
[0039]封装基板4还具有多个封装焊球5 ;封装焊球5为FPGA芯片92、恒流驱动芯片93、行扫描功率管94和信号/电源接入端子91焊接在封装基板4上的焊接点。
[0040]封装基板4包括至少两个电路层(图中未示出)和至少一个绝缘介质层(图中未示出)，每两层电路层之间通过绝缘介质层隔离，并通过所述绝缘介质层的通孔进行电连接。
[0041]具体的，封装基板4的电路层为多层气相淀积而成，可以是两层、四层、六层或其他层数，绝缘层优选为高纯度的树脂介质，相邻的电路层之间通过绝缘层绝缘粘合。各电路层之间通过各种预先布置的导孔(图中未示出)或盲孔(图中未示出)交错电连通。在压接成型之后，封装基板4的一侧为像素侧用于焊接LED晶片，另一侧为电路侧，用于焊接其他必须的电路、数据接口和处理模块。本实施例中优选为焊接具有视频通讯控制电路和电源电路功能的FPGA芯片92、恒流驱动芯片93和行扫描功率管94。本实施例的封装基板4为高密度集成化，具有良好的抗弯抗张强度和平整度。
[0042]再如图1所示，接口装置6内具有连接外部电路的电连接线(图中未示出)，例如电线、插针或其他形式的用于电连接的电连接线。倒装于封装基板4上的多个LED晶片2和FPGA芯片92、恒流驱动芯片93和行扫描功率管94通过封装基板4与接口装置6中的电连接线相连接，从而实现与外部电路的电连接。
[0043]散热盖板10与FPGA芯片92、恒流驱动芯片93和行扫描功率管94之间还具有散热层8，优选的，散热层8为硅散热胶制成；散热盖板10为铝质盖板。
[0044]本实用新型的基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元还包括固定件7，优选的，该固定件7可以是磁性安装嵌件，当然也可以采用其他方式的安装嵌件作为固定件7。散热盖板10通过固定件7紧固于晶片支架3上。
[0045]本实用新型的基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元还包括保护膜1，覆盖于多个LED晶片之上。
[0046]具体的，保护模I优选为兼有光学栅格功能的保护膜。
[0047]在集成本实用新型上述半导体显示单元时，首先在埋铸有封装基板4的晶片支架3上采用表面贴装技术(Surface Mounted Technology, SMT)或胶接技术贴入共晶倒装多个LED晶片2，再植入FPGA芯片92、恒流驱动芯片93和行扫描功率管94等，经过电性检测确认后，在FPGA芯片92、恒流驱动芯片93和行扫描功率管94上涂布硅散热胶，形成散热层8，将散热盖板10黏贴在上述硅散热胶上。最后，在上述组件清洁后，在具有多个LED晶片2与晶片支架3的一面加贴兼有光学栅格功能的保护膜I。集成后的基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元的正视图和后视图分别如图4、图5所示。
[0048]本实用新型的基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元通过采用将LED晶片共晶倒装于封装基板的像素侧并且将FPGA芯片、恒流驱动芯片和行扫描功率管等驱动元件倒装于封装基板的电路侧，通过封装基板实现它们之间的电连接，从而在有限的布局空间中实现了 LED显示的集成化。使半导体显示单元具有良好的热稳定性和平整度，满足了高稳定性、低成本的图像显示产品规模化生产的需求，并且能够根据实际需要进行拼装，满足任何尺寸的大屏幕显示要求。
[0049]以上所述的【具体实施方式】，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的【具体实施方式】而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于积层基板的显示、控制分离的半导体显示单元，其特征在于，包括:封装基板、晶片支架、粘合层、接口装置、多个LED晶片、驱动元件、散热层和散热盖板；其中，所述驱动元件包括=FPGA芯片、恒流驱动芯片和行扫描功率管； 所述封装基板设置于所述晶片支架内，所述多个LED晶片倒装设置于所述封装基板的顶面，通过所述粘合层与所述封装基板相连接；所述FPGA芯片、恒流驱动芯片和行扫描功率管装设于所述封装基板的底面，通过所述散热层和所述散热盖板固定于所述晶片支架内；所述接口装置设置于所述封装基板的底面与所述散热盖板之间的晶片支架内，并通过所述散热盖板上具有的开口向外露出； 所述多个LED晶片通过所述粘合层和所述封装基板与所述FPGA芯片、恒流驱动芯片和行扫描功率管电连接；所述封装基板通过所述接口装置与外部电路进行电连接。
2.根据权利要求1所述的半导体显示单元，其特征在于，所述半导体显示单元还包括: 保护膜，具有光学栅格结构，覆盖于所述多个LED晶片之上。
3.根据权利要求1所述的半导体显示单元，其特征在于，所述半导体显示单元还包括: 固定件，所述散热盖板通过所述固定件紧固于所述晶片支架上。
4.根据权利要求1所述的半导体显示单元，其特征在于，所述晶片支架具体包括: 容置所述FPGA芯片、恒流驱动芯片和行扫描功率管的第一凹槽，和容置所述多个LED晶片的多个第二凹槽。
5.根据权力要求I所述的半导体显示单元，其特征在于，所述多个LED晶片具体为: 多个LED红色晶片、多个LED绿色晶片和多个LED蓝色晶片；所述多个LED红色晶片、多个LED绿色晶片和多个LED蓝色晶片组合成多组晶片单元，每一组晶片单元包括一个或多个LED红色晶片、一个或多个LED绿色晶片和一个或多个LED蓝色晶片。
6.根据权利要求5所述的半导体显示单元，其特征在于，所述多个LED红色晶片、所述多个LED绿色晶片和所述多个LED蓝色晶片为LED共晶晶片。
7.根据权利要求5所述的半导体显示单元，其特征在于，所述多组晶片单元的中心之间是等间距的。
8.根据权利要求1所述的半导体显示单元，其特征在于，所述封装基板包括至少两个电路层和至少一个绝缘介质层，每两层所述电路层之间通过绝缘介质层隔离，并通过所述绝缘介质层的通孔进行电连接。
9.根据权利要求1所述的半导体显示单元，其特征在于，所述封装基板还包括封装焊球。
10.根据权利要求1所述的半导体显示单元，其特征在于，所述接口装置为兼容电源和数据通信的USB接口，通过胶结与所述封装基板连接。
【文档编号】H01L33/62GK203760010SQ201420070213
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年2月18日 优先权日:2014年2月18日
【发明者】严敏, 程君, 周鸣波 申请人:严敏, 程君, 周鸣波