大面积LED光源封装结构及封装方法pdf

2024-05-16 08:51:22 | 作者：BOB体育地址

　　本发明公开了一种大面积LED光源封装结构及封装方法。所述大面积LED光源封装结构包括基板、LED芯片以及设置在LED芯片与基板之间的导热连接结构，所述导热连接结构包括彼此间隔设置的复数个绝缘导热体，所述绝缘导热体一端经绝缘导热连接胶与LED芯片粘接，另一端经导热焊料与基板导热连接，从而在所述基板与LED芯片之间形成复数个绝缘导热通道。本发明提供的大面积LED光源封装结构，复数个绝缘导热体的分布形态与LED芯片的翘曲结构匹配，绝缘导热体的一端由导热焊料粘贴在基板上，进而形成良好的绝缘导热通道，解决

　　(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 112466858 A (43)申请公布日 2021.03.09 (21)申请号 7.X (22)申请日 2019.09.09 (71)申请人 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿 生研究所 地址 215123 江苏省苏州市苏州工业园区 独墅湖高教区若水路398号 (72)发明人 唐文婷蔡勇 (74)专利代理机构 南京利丰知识产权代理事务 所(特殊普通合伙) 32256 代理人 王茹 (51)Int.Cl. H01L 25/075(2006.01) H01L 33/48(2010.01) H01L 33/64(2010.01) 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (54)发明名称 大面积LED光源封装结构及封装方法 (57)摘要 本发明公开了一种大面积LED光源封装结构 及封装方法。所述大面积LED光源封装结构包括 基板、LED芯片以及设置在LED芯片与基板之间的 导热连接结构，所述导热连接结构包括彼此间隔 设置的复数个绝缘导热体，所述绝缘导热体一端 经绝缘导热连接胶与LED芯片粘接，另一端经导 热焊料与基板导热连接，从而在所述基板与LED 芯片之间形成复数个绝缘导热通道。本发明提供 的大面积LED光源封装结构，复数个绝缘导热体 的分布形态与LED芯片的翘曲结构匹配，绝缘导 热体的一端由导热焊料粘贴在基板上，进而形成 良好的绝缘导热通道，解决了因大面积的LED芯 A 片翘曲带来的散热不均的问题；由于单个绝缘导 8 热体与LED芯片的接触面积小，进而能够减小热 5 8 6 膨胀应力，提高器件的可靠性。 6 4 2 1 1 N C CN 112466858 A 权利要求书 1/1页 1.一种大面积LED光源封装结构，其特征是包括基板、LED芯片以及设置在LED芯片与 基板之间的导热连接结构，所述导热连接结构包括彼此间隔设置的复数个绝缘导热体，所 述绝缘导热体一端经绝缘导热连接胶与LED芯片粘接，另一端经导热焊料与基板导热连接， 从而在所述基板与LED芯片之间形成复数个绝缘导热通道。 2.依据权利要求1所述的大面积LED光源封装结构，其特征是：所述导热连接结构还 包括设置在至少一所述绝缘导热体一端的复数个彼此电学隔离的金属导热体，所述绝缘导 热体一端经彼此电学隔离的复数个金属导热体与LED芯片导热连接。 3.依据权利要求2所述的大面积LED光源封装结构，其特征是：所述金属导热体为岛 状。 4.依据权利要求1-3中任一项所述的大面积LED光源封装结构，其特征是：所述绝缘 导热体的形状包括长方体形或柱形。 5.依据权利要求1所述的大面积LED光源封装结构，其特征是：所述LED芯片为倒装芯 片，所述倒装芯片具有电极的第一表面经导热连接结构与基板导热连接，所述倒装芯片的 第二表面为出光面，所述第一表面与第二表面背对设置。 6.依据权利要求5所述的大面积LED光源封装结构，其特征是：所述基板表面上设置 有绝缘层，所述绝缘层上设置有导电层，所述LED芯片的电极经硬质导电材料或导电引线所述的大面积LED光源封装结构，其特征是：所述LED芯片为正装芯 片，所述正装芯片的第二表面经导热连接结构与基板导热连接，所述正装芯片的第一表面 为出光面且具有电极，所述第一表面与第二表面背对设置。 8.依据权利要求7所述的大面积LED光源封装结构，其特征是：所述基板表面上设置 有绝缘层，所述绝缘层上设置有导电层，所述LED芯片的电极经硬质导电材料或导电引线所述的大面积LED光源封装结构，其特征是：所述LED芯片整体呈翘 曲结构，所述复数个绝缘导热体的分布形态与所述翘曲结构匹配。 10.一种大面积LED光源封装方法，其特征是包括： 将彼此间隔设置的复数个绝缘导热体的一端经绝缘导热连接胶与LED芯片粘接，从而 使所述复数个绝缘导热体的分布形态与所述LED芯片的整体结构匹配；以及 将所述复数个绝缘导热体的另一端经导热焊料与基板导热连接，从而在所述基板与 LED芯片之间形成复数个绝缘导热通道。 2 2 CN 112466858 A 说明书 1/5页 大面积LED光源封装结构及封装方法 技术领域 [0001] 本发明涉及一种LED光源封装结构，特别涉及一种大面积LED光源封装结构及封装 方法，属于半导体技术领域。 背景技术 [0002] 随着LED芯片面积的增加，芯片翘曲度会随之增加，芯片各处与基板之间间距不同 使各处热阻不同，进而导致散热不均，影响器件性能。 发明内容 [0003] 本发明的最大的目的在于提供一种大面积LED光源封装结构及封装方法，以克服现 有技术中的不足。 [0004] 为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括： [0005] 本发明实施例提供了一种大面积LED光源封装结构，其包括基板、LED芯片以及设 置在 LED芯片与基板之间的导热连接结构，所述导热连接结构包括彼此间隔设置的复数个 绝缘导热体，所述绝缘导热体一端经绝缘导热连接胶与LED芯片粘接，另一端经导热焊料与 基板导热连接，从而在所述基板与LED芯片之间形成复数个绝缘导热通道。 [0006] 进一步的，所述导热连接结构还包括设置在至少一所述绝缘导热体一端的复数个 彼此电学隔离的金属导热体，所述绝缘导热体一端经彼此电学隔离的复数个金属导热体与 LED芯片导热连接。 [0007] 进一步的，所述金属导热体为岛状。 [0008] 进一步的，所述绝缘导热体的形状包括长方体形或柱形。 [0009] 在一些较为具体的实施方案中，所述LED芯片为倒装芯片，所述倒装芯片具有电极 的第一表面经导热连接结构与基板导热连接，所述倒装芯片的第二表面为出光面，所述第 一表面与第二表面背对设置。 [0010] 进一步的，所述基板表面上设置有绝缘层，所述绝缘层上设置有导电层，所述LED 芯片的电极经硬质导电材料或导电引线] 在一些较为具体的实施方案中，所述LED芯片为倒装芯片，且所述绝缘导热体一端 经彼此电学隔离的复数个金属导热体与LED芯片导热连接，相邻两个金属导热体之间的距 离c≥1 μm，LED芯片的至少一对P电极及N电极经该复数个间隔设置的金属导热体与所述基 板正面导热连接，任一金属导热体在平行于LED芯片具有电极的一侧表面的方向上的最大 尺寸a小于所述P电极与N电极的最小间距d，且d＞a≥2μm。 [0012] 在一些较为具体的实施方案中，所述LED芯片为正装芯片，所述正装芯片的第二表 面经导热连接结构与基板导热连接，所述正装芯片的第一表面为出光面且具有电极，所述 第一表面与第二表面背对设置。 [0013] 进一步的，所述基板表面上设置有绝缘层，所述绝缘层上设置有导电层，所述LED 芯片的电极经硬质导电材料或导电引线] 进一步的，所述LED芯片整体呈翘曲结构，所述复数个绝缘导热体的分布形态与所 述翘曲结构匹配。 [0015] 本发明实施例还提供了一种大面积LED光源封装方法，其包括： [0016] 将彼此间隔设置的复数个绝缘导热体的一端经绝缘导热连接胶与LED芯片粘接， 从而使所述复数个绝缘导热体的分布形态与所述LED芯片的整体结构匹配；以及 [0017] 将所述复数个绝缘导热体的另一端经导热焊料与基板导热连接，从而在所述基板 与LED芯片之间形成复数个绝缘导热通道。 [0018] 进一步的，所述的基板为金属基板或非金属基板，所述金属基板的材质包括铝或 铜，所述的非金属基板的材质包括陶瓷，但不限于此。 [0019] 与现有技术相比，本发明实施例提供的大面积LED光源封装结构，在基板与高压大 功率大尺寸的LED芯片之间设置有复数个绝缘导热体，其中，复数个绝缘导热体的分布形态 与LED 芯片的翘曲结构匹配，绝缘导热体的一端由导热焊料粘贴在基板上，进而形成良好 的绝缘导热通道，很好地解决了因大面积的LED芯片翘曲带来的散热不均的问题；并且，由 于单个绝缘导热体与LED芯片的接触面积小，进而能够减小热膨胀应力，提高器件的可靠 性。 附图说明 [0020] 图1是本发明一典型实施案例中一种大面积LED光源封装结构的原理结构示意图； [0021] 图2是本发明实施例1中一种大面积LED光源封装结构的结构示意图； [0022] 图3是本发明实施例2中一种大面积LED光源封装结构的结构示意图； [0023] 图4是本发明实施例3中一种大面积LED光源封装结构的结构示意图； [0024] 图5是本发明实施例4中一种大面积LED光源封装结构的结构示意图； [0025] 图6是本发明实施例3或4中一种大面积LED光源封装结构中芯片与金属导热体连 接部分的结构示意图。 具体实施方式 [0026] 鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的 技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。 [0027] 实施例1 [0028] 请参阅图1和图2，一种大面积LED光源封装结构，包括基板10、LED芯片20以及设置 在基板10与LED芯片20之间的导热连接结构30，导热连接结构30包括彼此间隔设置的复数 个绝缘导热体31，绝缘导热体31一端经绝缘导热连接胶40与LED芯片20粘接，另一端经导热 焊料50与基板10导热连接，从而在基板10与LED芯片20之间形成复数个绝缘导热通道； LED 芯片整体呈翘曲结构，复数个绝缘导热体31的分布形态与所述翘曲结构匹配，即复数个绝 缘导热体31的一端形成一个与LED芯片表面相匹配的弧面；以及，在基板10上还设置有电极 引出结构，LED芯片的电极与电极引出结构电连接。 [0029] 具体的，该LED芯片20为倒装芯片，LED芯片20具有背对设置的第一面和第二面，在  LED芯片20的第一面上设置有电极，LED芯片20以具有电极的第一面与绝缘导热体31连接结 合，该电极引出结构包括焊锡63和焊盘65，焊锡63和焊盘65经导电层51电连接，焊锡63 经 4 4 CN 112466858 A 说明书 3/5页 一硬质导电材料(例如导电金属片)64与LED芯片的电极电连接；其中，在该电极引出结构与 基板10之间设置有绝缘层62，且在导电层51上表面上还设置有绝缘层61。 [0030] 具体的，绝缘导热体31的结构或形状为长方体形、正方体形、圆柱形、圆台形或棱 柱形等，复数个绝缘导热体31为长度的，也可以是不等长度的。 [0031] 具体的，绝缘导热体31与LED芯片20的结合方式可以是绝缘连接胶粘贴、自对准隔 离技术等；绝缘导热体31与基板10的结合方式可以是回流焊、银浆、焊锡等方式。 [0032] 其中，基板10可以是金属基板或非金属基板，金属基板的材质可以是铝或铜等导 热性良好的金属，非金属基板的材质包括陶瓷等。 [0033] 更为具体的，先将绝缘导热体31的一端自适应粘贴于高压大功率大尺寸的LED芯 片表面，复数个绝缘导热体31的一端形成一个与LED芯片表面相适应的曲面，之后再将绝缘 导热体31的另一端经导热焊料粘贴在基板上，进而形成良好的绝缘导热通道，很好地解决 了因大面积的LED芯片翘曲带来的散热不均的问题；并且，由于单个绝缘导热体与LED芯片 的接触面积小，进而能够减小热膨胀应力，提高器件的可靠性。 [0034] 实施例2 [0035] 请参阅图1和图3，本实施例中的大面积LED光源封装结构的结构与实施例1中大面 积 LED光源封装结构的结构基本一致，不同之处在于：本实施例中的LED芯片20为正装芯 片，绝缘导热体31与LED芯片20的第二面连接，采用软质的导电连接线将LED芯片的电极与 焊锡63电连接。 [0036] 实施例3 [0037] 请参阅图4，一种大面积LED光源封装结构，包括基板10、LED芯片20以及设置在基 板  10与LED芯片20之间的导热连接结构30，导热连接结构30包括彼此间隔设置的复数个绝 缘导热体31，在绝缘导热体31的一端设置有彼此电学隔离的复数个金属导热体32，金属导 热体  32的一端与LED芯片20焊接，绝缘导热体31的另一端经导热焊料50与基板10导热连 接，从而在基板10与LED芯片20之间形成复数个绝缘导热通道(本实施例中的每一绝缘导热 通道主要由一绝缘导热体以及设置在该绝缘导热体一端的复数个金属导热体组成)；LED芯 片整体呈翘曲结构，复数个绝缘导热体31以及金属导热体32的分布形态与所述翘曲结构匹 配；以及，在基板10上还设置有电极引出结构，LED芯片的电极与电极引出结构电连接。 [0038] 具体的，本实施例中的LED芯片为倒装芯片，LED芯片20具有背对设置的第一面和 第二面，在LED芯片20的第一面上设置有电极，电极引出结构包括焊锡63和焊盘65，焊锡63 和焊盘65经导电层51电连接，焊锡63经一硬质导电材料(导电金属片)64与LED芯片的电极 电连接；其中，在该电极引出结构与基板10之间设置有绝缘层62，且在导电层51上表面上还 设置有绝缘层61。 [0039] 更为具体的，请参阅图6，LED芯片20包括依次叠层设置的绝缘层25、P型GaN层24、 有源层23、N型GaN层22和衬底21，在绝缘层25上间隔设置有P电极26和N电极27，P电极26的 部分贯穿绝缘层25并与P型GaN层24连接，N电极27的部分连续贯穿绝缘层25、P 型GaN层24、 有源层23并设置在N型GaN层22中，P电极26和N电极27之间的间距为 d，P电极26和N电极27 分别与至少一个金属导热体32导热连接，以及至少P电极26和N电极27还与电极引出结构电 连接。 [0040] 具体的，金属导热体32可以是长方体结构，其宽度为a，高度为b，相邻两金属导热 5 5 CN 112466858 A 说明书 4/5页 体32 之间的间距为c，其中，a≥2μm，c≥1μm，且，P电极26和N电极27之间的间距d＞金属导 热体32的宽度a。 [0041] 需要说明的是，前述“P电极26和N电极27之间的间距d＞金属导热体32的宽度a”， 可以理解，P电极和N电极之间的间距与金属导热体的宽度为在同一基准方向上的间距，该 方向可以是金属导热体的宽度方向；当金属导热体为圆柱体或圆台结构时，该预设方向可 以是平行于LED芯片具有电极的一侧表面的方向。 [0042] 由于金属导热体之间电学隔离，且金属导热体的宽度小于P、N电极的间距，因此不 会产生短路问题，进而降低了对设备对准精度的要求，其对准误差为于P、N电极面积大小的 一半，降低了成本；其中，单个金属导热体与P电极或N电极接触面积小，接触面的热应力大 大减小，增加了器件的可靠性。 [0043] 具体的，绝缘导热体31的结构或形状为长方体形、正方体形、圆柱形、圆台形或棱 柱形等，复数个绝缘导热体31可以是等长度的。 [0044] 具体的，金属导热体32与LED芯片20的结合方式可以是焊接、绝缘连接胶粘贴、自 对准隔离技术等；绝缘导热体31与基板10的结合方式可以是回流焊、银浆、焊锡等方式。自 对准隔离技术：由于基板上设置有电学隔离且尺寸小于芯片电极间距的金属岛(即岛状的 金属导热体)，倒装芯片与基板焊接时，芯片电极与金属岛无需精确对准就能实现芯片自对 准焊接且电极间无短路。其中，基板10可以是金属基板或非金属基板，金属基板的材质可以 是铝或铜等导热性良好的金属，非金属基板的材质包括陶瓷等。 [0045] 更为具体的，可以预先在每个绝缘导热体31的一端设置复数个金属导热体32，再 将金属导体热的一端自适应结合于高压大功率大尺寸的LED芯片表面，复数个金属导热体 32的一端形成一个与LED芯片表面相适应的曲面，之后再将绝缘导热体31的另一端经导热 焊料粘贴在基板上，进而形成良好的绝缘导热通道，很好地解决了因大面积的LED芯片翘曲 带来的散热不均的问题；并且，由于单个绝缘导热体与LED芯片的接触面积小，进而能够减 小热膨胀应力，提高器件的可靠性。 [0046] 实施例4 [0047] 请参阅图5，本实施例中的大面积LED光源封装结构的结构与实施例3中大面积LED 光源封装结构的结构基本一致，不同之处在于：本实施例中的LED芯片20为正装芯片，金属 导热体32的一端与LED芯片20不具有电极的第二面连接结合，采用软质的导电连接线] 另外，需要说明的是，实施例1-4中采用的复数个绝缘导体31均为等长度的绝缘导 热体；在一些较为具体的实施方案中，还可以采用非等长度的绝缘导热体，先将复数个绝缘 导热体31  的一端连接结合在基板上，复数个绝缘导热体31的另一端(当设置有金属导热体 时，此处则应当为金属导热体的一端)所在面为与芯片的表面相匹配的曲面，之后再将芯片 与绝缘导热体31 连接结合(当设置有金属导热体时，此处则应当为金属导热体)。 [0049] 或者，在另一些较为具体的实施方案中，还可以采用与LED芯片的翘曲结构相匹配 的具有相同翘曲结构的基板，并在LED芯片与基板设置连接设置绝缘导热体或者绝缘导热 体和金属导热体形成导热通道，进而解决因大面积的LED芯片翘曲带来的散热不均的问题。 [0050] 需要说明的是，本发明实施例中的绝缘导热体的材质可以导热性能较好的材料， 例如陶瓷等。 6 6 CN 112466858 A 说明书 5/5页 [0051] 与现有技术相比，本发明实施例提供的大面积LED光源封装结构，在基板与高压大 功率大尺寸的LED芯片之间设置有复数个绝缘导热体，其中，复数个绝缘导热体的分布形态 与LED 芯片的翘曲结构匹配，绝缘导热体的一端由导热焊料粘贴在基板上，进而形成良好 的绝缘导热通道，很好地解决了因大面积的LED芯片翘曲带来的散热不均的问题；并且，由 于单个绝缘导热体与LED芯片的接触面积小，进而能够减小热膨胀应力，提高器件的可靠 性。 [0052] 应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉此 项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡 根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围以内。 7 7 CN 112466858 A 说明书附图 1/3页 图1 图2 8 8 CN 112466858 A 说明书附图 2/3页 图3 图4 9 9 CN 112466858 A 说明书附图 3/3页 图5 图6 10 10

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