用于优化的热阻、焊接可靠性和SMT加工良率的LED金属焊盘配置的制作方法

本发明涉及一种电子设备，并且特别地涉及一种在半导体管芯或子底座(submount)的表面上的金属焊盘的配置，所述金属焊盘被焊接到电路板的焊盘以用于改良的热阻、焊接可靠性和表面贴装技术(smt)加工良率。

背景技术：

1、图1图示了常规的led管芯10。该led管芯10包括半导体层以及可选地由led层12表示的透明衬底。底部阴极电极14电连接到led管芯10中的n型层，并且阳极电极16连接到led管芯10中的p型层。虽然led管芯10被示为倒装芯片，但是它可以替代地具有一个引线接合(wire-bonded)的顶部电极或两个引线接合的顶部电极。

2、led管芯10最初可以被安装在导热子底座18(诸如具有aln主体)上。使用子底座极大地便利了led管芯10的处理以及在电路板上的安装。子底座18具有通过超声波焊接或其他技术接合到led管芯电极14和16的顶部金属焊盘20和22。子底座的金属焊盘20和22借助于在子底座18的顶表面上的金属线路和延伸穿过子底座主体的垂直过孔26电连接到底部电极24(在截面中仅示出一个)。

3、子底座18的作用像是led管芯10和印刷电路板30之间的接口，用于传导由led管芯10生成的电流和热量。由led管芯10生成的热量通过led管芯电极14和16主要传导到子底座主体，并且子底座18通过通常由铜形成的电绝缘热焊盘32将热量传导到电路板30。在电路板30上的电极34(在截面中仅示出一个)被焊接到子底座18的底部电极24，并且在电路板30上的热焊盘35被焊接到在子底座18上的热焊盘32。电极34通过线路36连接到电源。电路板30经常是高度导热的，诸如由具有薄电介质层38的铝或铜芯形成，该薄电介质层38用以使电极34和线路36与金属芯电绝缘。

4、在电路板30上的热焊盘35可以比子底座18的占用区域(footprint)大得多，以横向扩散热量。

5、图2图示了在子底座18的底表面上的电极24a和24b以及热焊盘32，它们对应于在电路板30上的电极和热焊盘图案。

6、这种设计的问题在于，在电路板30的cu层内的热量扩散被电极34的位置部分地阻塞，因为热流被热焊盘和电焊盘之间的间隙中断。另一问题在于，由于表面张力，在热焊盘35上方润湿的熔融焊料40(诸如来自焊料缸)不是平坦的，并且在较小电极34上的熔融焊料42的高度不同于在热焊盘35上方的焊料40的高度。这导致在焊料通过冷却被固化之后，子底座18和led管芯10当被安装在电路板30上方时略微地倾斜。对于较大的子底座，诸如大于2.5×2.5mm，这种影响尤其开始起作用。

7、此外，在图1和2的设计中，焊料开裂和分层(由子底座18和电路板30之间热膨胀系数(cte)的不匹配造成)更可能发生，因为应力随着距子底座18的中心的距离增加而增加，并且小电极24距子底座18的中心最远。如果电极没有通过焊料充分地电连接在一起，则开裂的开路触点可能发生电弧，在接口处可能生成高的热量，并且将存在增大的电压降。

8、如果led管芯10的底表面具有类似于在图2中所示的配置的电极和热焊盘配置，并且led管芯10直接接合到在电路板上的相应的焊盘，则发生相同的问题。

9、图3图示了用于led管芯的在子底座的底表面上的电极44和46以及热焊盘48的另一常规配置。由于电极44和46远离中心并且部分地围绕热焊盘48，所以这个3条带设计具有倾斜、由电极44/46导致的热量扩散的阻塞、以及类似于上面针对图2的配置所描述的那些的焊料开裂/分层的缺点。

10、所需要的是不遭受上面所描述的缺点的、在led管芯或子底座的底表面上的金属电极和热焊盘配置。

技术实现思路

1、描述了在半导体管芯或子底座的底表面上的各种金属电极和热焊盘配置，其改良了电子或光电设备的热特性和电特性。

2、在一个实施例中，led模块的阴极电极和阳极电极沿着子底座底表面的中心线定位，并且两个热焊盘位于底表面的相对侧，其中电极在两个热焊盘之间。由于在焊料上的应力在子底座的中部附近是最低的，所以在将电极接合到电路板的焊料上有较小的应力。

3、此外，由于由两个热焊盘传导的热量不会被电极阻塞，所以热量更均匀地扩散到电路板中并向外扩散。

4、此外，由于金属设计是对称的并且热焊盘是相同的，所以熔融焊料在两个热焊盘上方将具有相同的形状，使得管芯和子底座平行于电路板的表面。因此，不存在管芯的倾斜。当管芯是led管芯时，这是特别有价值的，因为倾斜影响光发射轮廓。

5、描述了其他配置，其中在管芯或子底座的底部上的各种金属电极和热焊盘被布置成实现上面所描述的热改良和电改良。

技术特征：

1.一种半导体二极管模块，包括：

2.如权利要求1所述的半导体二极管模块，其中：所述半导体二极管模块包括安装在子底座的第一表面上的led管芯，所述led管芯包括至少所述发光结构，并且所述半导体二极管模块的所述第二表面是与所述子底座的所述第一表面相对的所述子底座的第二表面。

3.如权利要求1所述的半导体二极管模块，其中：所述半导体二极管模块的所述第二表面是与所述发光结构的所述第一表面相对的所述发光结构的表面，并且所述阴极电极、所述阳极电极以及所述两个热焊盘耦合到所述半导体二极管模块的所述第二表面。

4.如权利要求1所述的模块，其中所述半导体二极管模块还包括透明的衬底。

5.如权利要求1所述的模块，其中所述两个热焊盘具有相同的形状和尺寸。

6.如权利要求1所述的模块，其中所述阴极电极和所述阳极电极有相同的形状和尺寸。

7.如权利要求1所述的模块，其中所述阴极电极、所述阳极电极和所述两个热焊盘的形状为矩形。

8.如权利要求7所述的模块，其中所述中心轴是垂直中心轴，并且两个矩形的所述阳极和阴极电极的最长尺寸沿着所述中心轴延伸。

9.如权利要求7所述的模块，其中所述中心轴是垂直中心轴，并且两个矩形的所述热焊盘位于所述垂直中心轴的任一侧。

10.一种半导体二极管模块，包括：

11.如权利要求10所述的半导体二极管模块，其中：所述半导体二极管模块包括安装在子底座的第一表面上的led管芯，所述led管芯包括至少所述发光结构，并且所述半导体二极管模块的所述第二表面是与所述子底座的所述第一表面相对的所述子底座的第二表面。

12.如权利要求10所述的半导体二极管模块，其中：所述半导体二极管模块的所述第二表面是与所述发光结构的所述第一表面相对的所述发光结构的表面，并且所述阴极电极、所述阳极电极以及所述两个热焊盘耦合到所述半导体二极管模块的所述第二表面。

13.如权利要求10所述的模块，其中，所述半导体二极管模块还包括透明的衬底。

14.如权利要求10所述的模块，其中所述两个热焊盘、所述阳极电极和所述阴极电极具有相同的形状和尺寸。

15.如权利要求14所述的模块，其中所述阳极电极、所述阴极电极和所述两个热焊盘为正方形。

16.如权利要求15所述的模块，其中所述阴极电极几乎占据所述第一象限的整个表面积，所述阳极电极几乎占据所述第二象限的整个表面积，所述第一热焊盘几乎占据所述第三象限的整个表面积，并且所述第二热焊盘几乎占据所述第四象限的整个表面积。

技术总结
阴极电极和阳极电极沿着LED子底座的底表面的中心线位于底表面上。两个热焊盘沿着底表面的相对侧位于电极的任一侧。该配置导致在将电极接合到电路板的焊料上的较小的应力。此外，由于由所述两个热焊盘传导的热量没有被电极阻塞，所以热量更均匀地扩散到电路板中。此外，由于金属设计是对称的(因为外部的热焊盘是相同的)，所以熔融焊料在两个热焊盘上方将具有相同的形状，导致LED管芯和子底座相对于电路板的表面不是倾斜的。描述了其他配置，其也改良了LED管芯的热特性和电特性。

技术研发人员：A.梅纳特
受保护的技术使用者：亮锐控股有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13