CN103378079A - 一种多芯片阵列式cob倒装共晶封装结构及封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多芯片阵列式COB倒装共晶封装结构及封装方法，包括陶瓷散热基板、荧光粉与硅胶混合封装层、LED芯片，所述陶瓷散热基板上表面设置有绝缘层，该绝缘层上方设有电路导线层，位于陶瓷散热基板上侧安装多个LED芯片连接单元；每个LED芯片连接单元由键合层、LED芯片以及热超声键合用的金丝组成，此芯片的正极端与键合层共晶键合并连接电路导线层，此LED芯片的负极端通过金丝与基板正面的电路导线层一端连接。本发明有益效果为：散热效果极佳；能够避免芯片与基板受热膨胀程度不同而引发芯片瑕疵或发光效率降低等问题；便于布线；降低了键合温度、提高了可靠性能，解决了导线虚焊、脱焊现象。

Description

一种多芯片阵列式COB倒装共晶封装结构及封装方法
技术领域
本发明涉及LED封装技术，尤其涉及一种多芯片阵列式COB倒装共晶封装结构及封装方法。
背景技术
LED发光二极管封装是指发光芯片的封装，相比集成电路封装有较大不同；其封装不仅要求能够保护灯芯，而且还要能够透光。COB封装即chip On board，就是将裸芯片用导电或非导电胶粘附在互连基板上，然后进行引线键合实现其电连接。现有同类产品结构的LED芯片封装存在着一定的缺陷，这包括：①因发热面直接与散热基板接触不佳，产生的热量不利于经过传导途径而散出，导致散热效果较差；②当进行阵列式大功率LED封装时，也容易使芯片与基板受热膨胀程度不同而引发芯片瑕疵或发光效率降低；③一般芯片倒装工艺因芯片电极比较小，对电路导线的布线技术要求极高，实施难度大；④存在着导线虚焊及脱焊等现象。因此，针对以上方面，需要对现有技术进行合理的改进。
发明内容
针对以上缺陷，本发明提供一种稳定可靠、有利于提高散热效果、减少热阻、能够避免芯片瑕疵或发光效率降低、便于布线的多芯片阵列式COB倒装共晶封装结构及封装方法，以解决现有技术的诸多不足。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多芯片阵列式COB倒装共晶封装结构，包括陶瓷散热基板、荧光粉与硅胶混合封装层、LED芯片，所述陶瓷散热基板上表面设置有绝缘层，该绝缘层上方设有电路导线层，位于陶瓷散热基板上侧安装多个LED芯片连接单元；每个LED芯片连接单元由键合层、LED芯片以及热超声键合用的金丝组成，此LED芯片的正极端与键合层共晶键合并连接电路导线层，此LED芯片的负极端通过金丝与基板正面的电路导线层一端连接；同时，位于陶瓷散热基板上方的多个LED芯片连接单元外围由荧光粉与硅胶混合封装层进行涂覆封装。所述LED芯片设置为正负极异面且衬底为透明的芯片并且为倒装方式，所述电路导线层通过印刷或沉积分布设置于陶瓷散热基板正面，此多个LED芯片在连接时采用先串联组合为若干组而后再将这若干组并联的方式。
与现有技术相比，本发明所述的多芯片阵列式COB倒装共晶封装结构及封装方法的有益效果为：
(1)通过采用正负极异面且衬底为透明的条形或其它形状的芯片，以倒装(即正极在下、负极在上)的形式，通过金锡共晶技术与ALN陶瓷基板直接键合，LED芯片的发热面直接与散热基板接触，大幅缩短了芯片散热路径，减少了热阻，产生的热量不需经过其它物质传导而直接传到ALN陶瓷基板上散出，散热效果极佳；
(2)通过采用高热导系数和接近芯片衬底膨胀系数的ALN陶瓷基板作为阵列式大功率LED封装的载体，能够避免芯片与基板受热膨胀程度不同而引发芯片瑕疵或发光效率降低等问题；
(3)采用芯片倒装形式配合金线搭接的技术，克服了一般芯片倒装工艺因芯片电极比较小、对电路导线的布线技术要求极高、实施难度大等缺点，便于布线；
(4)针对传统焊接导线工艺用于焊接高功率芯片而受大电流冲击易产生热应力，以及使导线与芯片脱焊造成LED失效等问题，采用热超声波键合工艺焊接导线，利用超声能量、压力以及热量的相互作用实现芯片I/O端口之间的直接互连，降低了键合温度、提高了可靠性能，解决了导线虚焊、脱焊现象；
(5)不同串联支路的同一个位置的芯片并联起来，可实现无论哪个芯片损坏都不影响其它芯片发光，芯片不亮(当成断路)，电流将从其它通路供给，克服了传统串并连接结构的串联支路中因某个芯片不亮而导致整串芯片组都不亮的问题，达到了防坏灯保护的目的；
(6)因金线一般比较细，容易受热、受牵扯而断开，故采用双金线搭接结构，采用这种结构：①起到双保险作用，可有效降低由于金线断开而造成芯片不亮的概率；②双金线结构上每个金线上的负载电流减少一半，金线不易发热、变形、脱焊，可承受更大的电流冲击。
附图说明
下面根据附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明实施例所述多芯片阵列式COB倒装共晶封装结构示意图；
图2是本发明实施例所述多芯片阵列式COB倒装共晶封装结构多单元连接示意图；
图3是本发明实施例所述多芯片阵列式COB倒装共晶封装结构的电路部分示意图；
图4是本发明实施例所述多芯片阵列式COB倒装共晶封装方法流程图。
图中：
1、陶瓷散热基板；2、绝缘层；3、电路导线层；4、荧光粉与硅胶混合封装层；5、金丝；6、LED芯片；7、键合层。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例所述的多芯片阵列式COB倒装共晶封装结构，包括陶瓷散热基板1、荧光粉与硅胶混合封装层4、LED芯片6，所述陶瓷散热基板1为高热传导率、接近LED芯片膨胀系数的ALN陶瓷基板并且其上表面设置有绝缘层2，该绝缘层2上表面设有电路导线层3，位于陶瓷散热基板1上侧安装多个LED芯片连接单元；每个LED芯片连接单元由键合层7、LED芯片6以及热超声键合用的金丝5组成，其中的LED芯片6设置为正负极异面且衬底为透明的条形或其它形状的芯片且为倒装形式(即正极在下、负极在上)，此芯片的正极端与键合层7(Au-Sn合金焊料或其它高导热、高导电、低熔点的合金焊料)共晶键合，并连接电路导线层3，此LED芯片6的负极端通过金丝5与基板正面的电路导线层3一端连接；同时，位于陶瓷散热基板1上方的多个LED芯片连接单元外围由荧光粉与硅胶混合封装层4进行涂覆封装为一体结构；其中的电路导线层3通过印刷或沉积分布设置于基板正面，多个LED芯片连接单元中的LED芯片6通过电路导线层3串联、并联或混联连接。
如图2-3所示，本发明实施例所述的多芯片阵列式COB倒装共晶封装结构，采用并串连接防坏灯保护电路，先串联再并联的传统连接电路的基础上，即不同串联支路的同一个位置的芯片并联起来，可实现无论哪个芯片损坏都不影响其它芯片发光，芯片不亮(当成断路)，电流将从其它通路供给，克服了传统串并连接结构的串联支路中因某个芯片不亮而导致整串芯片组都不亮的问题，达到了防坏灯保护的目的。此外，因金线一般比较细，容易受热、受牵扯而断开，故采用双金线搭接结构，采用这种结构：①起到双保险作用，可有效降低由于金线断开而造成芯片不亮的概率；②双金线结构上每个金线上的负载电流减少一半，金线不易发热、变形、脱焊，可承受更大的电流冲击。
如图4所示，本发明实施例所述的多芯片阵列式COB倒装共晶封装方法，包括以下步骤：
(1)首先，进行芯片阵列设计，即根据不同需求组装芯片；
(2)电路导线层制备；
(3)依次进行共晶焊料涂覆、共晶键合、自动热超声金线搭接；
(4)荧光粉、硅胶混合灌装。
以上实施例是本发明较优选具体实施方式的一种，本领域技术人员在本技术方案范围内进行的通常变化和替换应包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种多芯片阵列式COB倒装共晶封装结构，包括陶瓷散热基板(1)、荧光粉与硅胶混合封装层(4)、LED芯片(6)，其特征在于：所述陶瓷散热基板(1)上表面设置有绝缘层(2)，该绝缘层(2)上方设有电路导线层(3)，位于陶瓷散热基板(1)上侧安装多个LED芯片连接单元；每个LED芯片连接单元由键合层(7)、LED芯片(6)以及热超声键合用的金丝(5)组成，此LED芯片(6)的正极端与键合层(7)共晶键合并连接电路导线层(3)，此LED芯片(6)的负极端通过金丝(5)与基板正面的电路导线层(3)一端连接；同时，位于陶瓷散热基板(1)上方的多个LED芯片(6)连接单元外围由荧光粉与硅胶混合封装层(4)进行涂覆封装，此多个LED芯片(6)在连接时采用先串联组合为若干组而后再将这若干组并联的方式。
2.根据权利要求1所述的多芯片阵列式COB倒装共晶封装结构及封装方法，其特征在于：所述LED芯片(6)设置为正负极异面且衬底为透明的芯片并且为倒装方式。
3.根据权利要求1所述的多芯片阵列式COB倒装共晶封装结构及封装方法，其特征在于：所述电路导线层(3)通过印刷或沉积分布设置于陶瓷散热基板(1)正面。
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