[發明專利]LED倒裝芯片的大功率集成封裝結構

在審

• 申請號: 201410291560.7
• 申請日: 2014-06-26
• 公開（公告）號: CN104078457A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 張善端;韓秋漪;荊忠
• 申請（專利權）人: 復旦大學;上海鎵銦光電科技有限公司
• 主分類號: H01L25/075
• 分類號: H01L25/075;H01L33/48;H01L33/62;H01L33/64
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于半導體照明器件技術領域，具體涉及LED倒裝芯片的大功率集成封裝結構。

背景技術

近年來，隨著半導體照明技術的全面發展，LED封裝行業也在不斷推陳出新，競爭日趨激烈。目前最常用的正裝LED芯片在集成電路封裝技術中，芯片電極一般通過金線互連的方式與支架引腳相連。但金線斷裂一直是LED光源器件失效的常見原因之一，這種連接方式降低了器件的可靠性，正裝芯片模組的封裝良率較低。而且正裝芯片的電極位于芯片正面，擠占了發光面積從而影響了出光效率，因此導致芯片的發光效率較低。而且為了保護表面的金線焊點，封裝模組表面必須包覆樹脂，而芯片底部的藍寶石襯底導熱系數很低，因此正裝芯片的散熱特性較差，進一步降低了器件的光效。

隨著倒裝焊技術的推出，LED芯片與線路板的連接可以通過更穩定的金屬凸點焊球來實現，省去了金線的使用，被稱為“無金線封裝”，也叫做“免封裝”。LED倒裝芯片在半導體照明領域中得到了快速推廣，尤其在可見照明應用中，眾多制造廠商紛紛推出了相應產品。

倒裝芯片將電極設計在芯片底部，光從芯片另一面射出，從根本上解決了正裝芯片P型電極對出光效率的影響。而且倒裝芯片可以在p-GaN表面采用低歐姆接觸的反光層，將向下發射的光引導向上，這樣可以同時降低驅動電壓并且提高發光效率。而圖形化藍寶石襯底(PSS)技術和芯片表面粗糙化技術同樣可以增大LED芯片的出光效率。LED芯片材料GaN的折射率約為2.4，藍寶石折射率為1.8，熒光粉折射率為1.7，硅膠折射率通常為1.4-1.5。藍寶石與硅膠、熒光粉的全反射臨界角大于GaN與硅膠、熒光粉的臨界角，光從藍寶石出射的全反射損失更小，因此在同樣光通量的情況，倒裝芯片的光效比正裝芯片的高16%-25%。

另外，倒裝芯片的電極直接焊接在導熱系數較高的基板上，散熱性能較好。而且避免了金線的使用，也大大改善了封裝的可靠性和模組的散熱能力。

但目前的LED倒裝芯片基本上都采用印刷線路板的方式，但印刷線路板的載流能力有限，封裝功率密度較低，而且芯片熱量通過印刷線路板到基板再到散熱器，熱傳導的層級數較多，熱阻大，散熱性能較差。因此現有方式難以實現高功率密度的LED模組封裝，很難滿足照明應用對高光通量和高輻通量的LED光源器件的需求。發明專利CN201210472595.1中介紹了一種一體化倒裝型LED照明組件，采用玻璃作為載體，玻璃上預設LED電路圖案的凹槽，將金屬熔融流體澆注或灌注后形成LED電路，LED芯片倒裝焊在電路上，形成一體化的照明組件。這種方式避免了線路板的工藝制作，改善了散熱性能，降低了成本。但是受到玻璃本身脆裂、易破碎和導熱率低的特征的制約，這種封裝結構的可靠性受到限制，并不能在高功率密度的封裝中使用。

發明內容

本發明的目的是提供一種可靠性好的LED倒裝芯片的大功率集成封裝結構，可以實現千瓦級的大功率LED器件封裝。

本發明的LED倒裝芯片的大功率集成封裝結構，至少包含兩塊導電板、一個導熱絕緣層以及若干LED倒裝芯片；所述導電板和導熱絕緣層間隔排布，確保相鄰導電板之間電氣絕緣；絕緣層兩側的導電板作為正負導電板，所述LED倒裝芯片的正負電極接觸到絕緣層兩側對應的正負導電板上，而正負導電板則分別與對應的驅動電源的正負接口相連；整個封裝模組采用絕緣螺栓進行機械固定。

所述導電板為具有高導熱系數的金屬板材或者為導電的非金屬板材，厚度為1?mm以上，例如為1-3mm；所述絕緣層的厚度小于LED倒裝芯片的電極間距。所述導電板和絕緣層的規格任意可變，各層板材的結構可以保持一致，也可以根據應用需要采用不同的尺寸和形狀。

所述絕緣層可以是導熱絕緣板，包括氮化鋁陶瓷板或氧化鋁陶瓷板或塑料板；所述導電板和導熱絕緣層的接觸面涂有高效導熱膠，增大接觸面積，保證熱傳導性能。

所述絕緣層也可以采用絕緣膠，直接涂布在兩塊相鄰導電板之間，避免相鄰正負導電板短路。

所述絕緣層還可以采用玻璃纖維布加導熱絕緣膏的方式，所述絕緣膏為氮化鋁膏或氮化鈹膏。

所述封裝結構表面不需要設計制作線路板，LED倒裝芯片的電極通過焊料焊接或導電膠粘結在導電板上；相鄰的兩個正負導電板上并聯多個LED倒裝芯片構成一個芯片組；不同芯片組之間可以通過導電板的接線設計構成串聯、并聯組合，從而形成大功率的封裝模組。

本發明的封裝結構具有以下優勢：