[發明專利]多芯片LED的封裝結構

無效

• 申請號: 200810039728.X
• 申請日: 2008-06-27
• 公開（公告）號: CN101615612A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: 劉紅超
• 申請（專利權）人: 劉紅超
• 主分類號: H01L25/16
• 分類號: H01L25/16;H01L23/36;H01L23/367;H01L23/373;H01L21/50;H01L33/00
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技術領域

本發明涉及半導體照明技術，具體涉及發光二極管為主要器件的封裝制造方法，特別是提高散熱和其抗瞬態電壓沖擊能力的封裝方法，適用于發光二極管和類似的半導體器件。

技術背景

LED是采用半導體PN結作為發光源的，其禁帶寬度的能量對應于一定波長光，即電子與空穴符合后，多于的能量以光子形式輻射。LED因為其節能，環保，體積小，使用靈活，可靠性高，壽命長而成為第四代光源。目前在LCD屏幕背光，交通信號燈，外墻裝飾，醫療，燈飾，大屏幕顯示，車燈等得到廣泛的應用。據我國政府估算，如果全國1/3的白熾燈被LED所取代，每年節約的電力1000億度，這相當于一個三峽電站每年發電量.各國都將其作為下一代節能綠色電源在重點扶持。

當前LED應用的一個主要問題是熱問題。LED照明應用要求其功率越來越高，單個LED從開始的幾十毫瓦，到現在的近10瓦。但是隨著功率的不斷提高，工作時溫度變高了，LED變得更加熱了。LEDPN結中電子空穴復合，多于的能量以光子形式發出，這個過程并不產生熱量。但外加電能的條件下，這些復合并不都是以光子的形式發出，電子空穴復合以及遷移運動中的碰撞還會以聲子(phonon)發出。這些聲子在微觀上表現為晶格的振動，宏觀參數就是熱溫度。再加上發出的光并不能100％被導出，這一部分光也會變成熱量。實際上，輸入的電功率僅不到30％被轉化為光，其余70％以上變成熱。這些的熱量如果不及時導出，將會嚴重影響LED?PN結的工作，使LED輸出的光變少，光的波長發生偏移，嚴重的會影響LED的可靠性和壽命?，F有的芯片封裝都是基于集成電路封裝技術，雖然對散熱給與了很多的考慮，但畢竟集成電路封裝中發熱不是最主要的考慮因素。后來又有很多改善LED散熱的方法，比如在封裝好的LED外加熱沉的方法，進行兩級封裝等，工藝復雜，成本高。同時這些方法中并沒有很好地解決芯片和支架間，支架和電路板之間，電路板和外基板之間，外基板和外熱沉之間存在的熱阻。任何一個環節熱量如得不到及時散出，都會使LED芯片溫度升高，影響其性能。

影響LED使用的另一個因素是LED芯片抗瞬態電沖擊能力弱。隨著LED工作電壓與越來越低，如用于白光LED的GaN芯片從原來的接近4V到現在的3.3V，其抗靜電能力越來越弱，這類芯片屬靜電敏感器件。因此，在其生產和使用過程中，如果沒有良好的靜電防護措施或者防護措施不當，都可能造成LED芯片的不可修復性損壞。LED在使用過程中，還可能受到來自電源等浪涌電流的沖擊，如在在室外使用時，還會將雷電導入。這些瞬間能放出上十瓦級能量電信號，會造成LED的損毀，影響其可靠性和壽命。因此，如何提高LED芯片在生產及使用中的抗瞬態電信號的沖擊能力，也是本發明的目的之一。

發明內容

本發明的目的是設計一種工藝簡單，封裝成本低，具有較高散熱能力的，抗瞬態電沖擊能力強的多芯片LED封裝的制造方法。本發明設計的多芯片封裝方法具有較高抗瞬態電沖擊能力，可靈活進行并聯或串聯以及矩陣方式的多芯片LED封裝，從而滿足不同LED驅動電源的需求。

為達到上述目的，本發明LED封裝主要包括：基板10，支架20，瞬態電壓保護(transient?voltage?suppressor，TVS)芯片30，至少一個LED芯片40，至少兩連接線50，以及封包連接芯片，連接線支架和基板的膠體60。

基板10為雙層，下層11為良好散熱的導電體，上層12為良好散熱的絕緣體?；褰^緣表面為光滑表面，以提高LED雜散光的反射，使得LED發出的光得到充分利用。其厚度以能耐一定的電壓為宜。為了使膠體和基板之間有良好的附著性，提高器件氣密性和可靠性，基板可以預留一定的溝槽。

支架20為良好導熱導電的材料，制成預設好的形狀。這些形狀要考慮：芯片的承載，芯片間的連接方式，包括但不限于并聯和串聯以及串并混合方式，以及材料物理上與芯片和連接線的良好結合性。它是LED芯片和TVS芯片的承載體。支架可以預置在基板上。對于一些高功率LED，優選預置在基板上支架，以便瞬態電壓保護芯片和LED芯片直接安裝在基板上，減少LED芯片和基板間的熱阻。