一种低热阻的晶圆级LED封装方法及其封装结构技术

本发明专利技术公开了一种低热阻的晶圆级LED封装方法及其封装结构，属于半导体封装技术领域。其在硅基本体（1）的正面通过金属凸块（42）设置倒装的LED芯片（4），背面设置由导电电极（21）和散热体（22）构成的热电分离电极组件，散热体（22）设置于LED芯片（4）的正下方，而硅通孔（11）设置于LED芯片（4）的垂直区域之外，芯片电极（41）经硅通孔（11）通过金属布线反射层（3）与导电电极（21）实现电气连通。本发明专利技术通过设计有利于LED芯片散热的倒装封装基板和热电分离结构，提升了LED芯片到封装体外引脚的散热性能，显著降低了封装结构的热阻；同时采用圆片级的封装方式，实现批量加工，降低了封装工艺的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种低热阻的晶圆级LED封装方法及其封装结构
本专利技术涉及一种低热阻的晶圆级LED封装方法及其封装结构，属于半导体封装

技术介绍
大功率LED在照明、汽车电子、显示等领域有诸多应用，但大功率LED产品在实际应用中最为关注的是产品寿命与发光效率，即单位功率的流明数。影响LED产品寿命与发光效率的主要因素除芯片本身外，主要在于封装结构的设计，尤其是LED芯片发光面产生的热（约占输入功率的25%）如何通过封装结构传出封装体外，成为大功率LED封装性能表现优劣的关键。如图1所示，传统的大功率LED芯片采用正装结构，LED芯片4置于光学透镜1内，封装是通过引线键合的方式（电极引线2）将外加电流（或电压）加载给LED芯片4，这种封装结构的不足在于LED芯片4发光面在蓝宝石基体上，如图2所示，其散热通道中蓝宝石、蓝宝石与陶瓷基板（或预包封引线框架基板）（基板3）之间的界面材料均会成为其散热通路的主要障碍，其热阻值在8-15℃/W（差异源于基板导热系数的不同），从而导致LED芯片4结点处温升较大，降低了LED芯片的发光效率，同时减小了LED芯片本身的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述LED芯片的封装结构的不足，提供一种带有热电分离电极组件的低热阻的晶圆级LED的封装方法及其封装结构，以提升LED芯片到封装体外的散热性能。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术一种低热阻的晶圆级LED封装方法，包括如下工艺流程：取上下表面均带有绝缘层Ⅱ的硅晶圆片，并在硅晶圆片的一表面顺次通过溅射金属种子层、通过光刻工艺形成光刻胶开口图形、在光刻胶开口内电镀导电金属形成热电分离电极组件的阵列，所述热电分离电极组件包括导电电极和散热体；将硅晶圆片的完成热电分离电极组件的一面与圆片载体通过键合胶临时键合，并将硅晶圆片的另一面减薄，形成减薄面；在硅晶圆片的减薄面依次通过光刻工艺、干法刻蚀工艺对硅晶圆片和绝缘层Ⅱ进行刻蚀，形成底部露出导电电极的表面的硅通孔；在硅通孔内和硅晶圆片的减薄面沉积绝缘层Ⅰ，并于硅通孔的底部通过激光开口工艺或干法刻蚀工艺开设绝缘层Ⅰ开口；在绝缘层Ⅰ的表面形成选择性不连续的金属布线反射层和金属布线反射层的输入/输出端，并在所述金属布线反射层的输入/输出端设置金属凸块；LED芯片通过金属凸块倒装于对应的金属布线反射层，所述芯片电极与金属布线反射层的输入/输出端通过金属凸块实现电气连通；采用点胶的方式点树脂，包封LED芯片和及其所属的金属布线反射层，并使树脂的出光面呈凸面；通过拆键合方法去除圆片载体和键合胶，并将上述硅晶圆片贴装至划片膜上，再沿划片道切割成带有热电分离电极组件的晶圆级LED封装结构的单体。本专利技术所述热电分离电极组件的材质为铜。本专利技术所述热电分离电极组件的形成还包括步骤：在所述热电分离电极组件的表面化学镀镍/金或化学镀锡。本专利技术所述金属布线反射层通过单次或多次的顺次溅射金属层、通过光刻工艺形成光刻胶开口图形、刻蚀金属层、去除剩余光刻胶后成形，所述金属层为银层或铝层。本专利技术所述导电电极与硅通孔一对一设置。本专利技术一个所述导电电极对应同侧的两个或两个以上硅通孔。本专利技术所述金属凸块的材质为铜，其两端设有锡层或锡合金层。本专利技术一种低热阻的晶圆级LED封装结构，其包括硅基本体和LED芯片，所述硅基本体的下表面设置绝缘层Ⅱ，所述硅基本体的正面设置若干个贯穿硅基本体的硅通孔，所示硅通孔的内壁和硅基本体的上表面设置绝缘层Ⅰ，并于硅通孔的下端口形成绝缘层Ⅰ开口，所述LED芯片带有若干个芯片电极，所述LED芯片倒装于硅基本体的正面，所述硅通孔设置于LED芯片的垂直区域之外，且其上端口不小于其下端口，所述绝缘层Ⅰ的表面设置金属布线反射层并于LED芯片的垂直区域之内设置若干个金属布线反射层的输入/输出端，所述金属布线反射层的输入/输出端的表面设置金属凸块，所述LED芯片通过金属凸块与金属布线反射层固连，所述金属布线反射层于相邻所述芯片电极之间选择性断开，所述绝缘层Ⅱ的表面设置热电分离电极组件，所述热电分离电极组件包括若干个导电电极和散热体，所述导电电极覆盖硅通孔的下端口,所述金属布线反射层在硅通孔底部向下延伸，并通过绝缘层Ⅰ开口与对应的导电电极连接，所述散热体设置于LED芯片的正下方，且与相邻的导电电极隔离，还包括树脂，所述树脂位于硅基本体的上方并覆盖LED芯片和金属布线反射层，其外表面呈凸面。本专利技术所述热电分离电极组件的表面设置镍/金层或锡层。本专利技术所述金属布线反射层为局部设有布线层的银层或铝层。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过设计有利于LED芯片散热的倒装封装基板和热电分离结构，提升了LED芯片到封装体外引脚的散热性能，显著降低了封装结构的热阻；同时采用圆片级的封装方式，实现批量加工，降低了封装工艺的成本。附图说明图1为传统正装LED芯片的封装结构的剖面示意图；图2为传统LED芯片结构的剖面示意图；图3为本专利技术一种低热阻的晶圆级LED封装结构的实施例的剖面示意图；图4为图3的LED芯片与硅通孔位置关系的正面的示意图（图3为图4的A-A剖面示意图）；图5为图3的热电分离电极组件与硅通孔位置关系的背面的示意图；图6与图7为本专利技术一种低热阻的晶圆级LED封装方法的流程示意图；图8为本专利技术一种低热阻的晶圆级LED封装结构的实施例的变形的剖面示意图；其中，硅基本体1硅通孔11绝缘层Ⅰ12绝缘层Ⅰ开口121绝缘层Ⅱ13导电电极21散热体22金属布线反射层3金属布线反射层的输入/输出端31凹坑32LED芯片4芯片电极41金属凸块42荧光物质43树脂5；硅晶圆片10圆片载体60键合胶61划片膜70划片道701。具体实施方式现在将在下文中参照附图更加充分地描述本专利技术，在附图中示出了本专利技术的示例性实施例，从而本公开将本专利技术的范围充分地传达给本领域的技术人员。然而，本专利技术可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施例。实施例，参见图3至图5本专利技术一种低热阻的晶圆级LED封装结构，LED芯片4带有两个芯片电极41。在硅基本体1的正面设置4个贯穿硅基本体1的硅通孔11，硅通孔11的上端口不小于其下端口。硅通孔11设置于LED芯片4的垂直区域之外，如图4所示。硅通孔11的内壁和硅基本体1的上表面设置绝缘层Ⅰ12，并于硅通孔11的下端口形成绝缘层Ⅰ开口121，绝缘层Ⅰ12通常为氧化硅薄膜。绝缘层Ⅰ12的表面设置金属布线反射层3，并设置金属布线反射层的输入/输出端31，以确定LED芯片4的固定位置。金属布线反射层3的材质为局部设有再布线层的银层或铝层，其具有电气连通功能，同时具有反射光线的功能。金属布线反射层的输入/输出端31的表面设置金属凸块42，LED芯片4通过金属凸块42与金属布线反射层3固连，LED芯片4的芯片电极41与金属布线反射层的输入/输出端31之间通过金属凸块42实现电气连通。金属凸块42的材质为铜，以充分利用金属铜的导电性。金属凸块42的上端与芯片电极41之间、金属凸块42的下端与金属布线反射层的输入/输出端31之间均有焊锡层或锡银等低熔点锡基合金层，使金属凸块42为复合层结构，以利于LED芯片4倒装固定。此两处的焊锡层或锡基合金层未示出。金属布线反射层3于相邻芯片电极41之间选择性断开。硅基本体1的下表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低热阻的晶圆级LED封装方法，包括如下工艺流程：取上下表面均带有绝缘层Ⅱ（13）的硅晶圆片（10），并在硅晶圆片（10）的一表面顺次通过溅射金属种子层、通过光刻工艺形成光刻胶开口图形、在光刻胶开口内电镀导电金属形成热电分离电极组件的阵列，所述热电分离电极组件包括导电电极（21）和散热体（22）；将硅晶圆片（10）的完成热电分离电极组件的一面与圆片载体（60）通过键合胶（61）临时键合，并将硅晶圆片（10）的另一面减薄，形成减薄面；在硅晶圆片（10）的减薄面依次通过光刻工艺、干法刻蚀工艺对硅晶圆片（10）和绝缘层Ⅱ（13）进行刻蚀，形成底部露出导电电极（21）的表面的硅通孔（11）；在硅通孔（11）内和硅晶圆片（10）的减薄面沉积绝缘层Ⅰ（12），并于硅通孔（11）的底部通过激光开口工艺或干法刻蚀工艺开设绝缘层Ⅰ开口（121）； 在绝缘层Ⅰ（12）的表面形成选择性不连续的金属布线反射层（3）和金属布线反射层的输入/输出端（31），并在所述金属布线反射层的输入/输出端（31）设置金属凸块（42）； LED芯片（4）通过金属凸块（42）倒装于对应的金属布线反射层（3），所述芯片电极（41）与金属布线反射层的输入/输出端（31）通过金属凸块（42）实现电气连通；采用点胶的方式点树脂（5），包封LED芯片（4）和及其所属的金属布线反射层（3），并使树脂（5）的出光面呈凸面； 通过拆键合方法去除圆片载体（60）和键合胶（61），并将上述硅晶圆片（10）贴装至划片膜（70）上，再沿划片道（701）切割成带有热电分离电极组件的晶圆级LED封装结构的单体。...

【技术特征摘要】
1.一种低热阻的晶圆级LED封装方法，包括如下工艺流程：取上下表面均带有绝缘层Ⅱ（13）的硅晶圆片（10），并在硅晶圆片（10）的一表面顺次通过溅射金属种子层、通过光刻工艺形成光刻胶开口图形、在光刻胶开口内电镀导电金属形成热电分离电极组件的阵列，所述热电分离电极组件包括导电电极（21）和散热体（22）；将硅晶圆片（10）的完成热电分离电极组件的一面与圆片载体（60）通过键合胶（61）临时键合，并将硅晶圆片（10）的另一面减薄，形成减薄面；在硅晶圆片（10）的减薄面依次通过光刻工艺、干法刻蚀工艺对硅晶圆片（10）和绝缘层Ⅱ（13）进行刻蚀，形成底部露出导电电极（21）的表面的硅通孔（11）；在硅通孔（11）内和硅晶圆片（10）的减薄面沉积绝缘层Ⅰ（12），并于硅通孔（11）的底部通过激光开口工艺或干法刻蚀工艺开设绝缘层Ⅰ开口（121）；在绝缘层Ⅰ（12）的表面形成不连续的金属布线反射层（3）和金属布线反射层的输入/输出端（31），并在所述金属布线反射层的输入/输出端（31）设置金属凸块（42）；LED芯片（4）通过金属凸块（42）倒装于对应的金属布线反射层（3），所述LED芯片（4）的芯片电极（41）与金属布线反射层的输入/输出端（31）通过金属凸块（42）实现电气连通，所述金属布线反射层（3）于相邻所述芯片电极（41）之间选择性断开；采用点胶的方式...

【专利技术属性】
技术研发人员：张黎，赖志明，陈栋，陈锦辉，
申请(专利权)人：江阴长电先进封装有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32