表面安裝型發光晶片封裝件的製作方法
2023-05-24 05:07:16 3
專利名稱：表面安裝型發光晶片封裝件的製作方法
技術領域：
本發明涉及照明技術領域，尤其涉及用於指示燈、照明應用等的表面安裝型發光二極體，且這些會詳細描述。然而，接下來會發現在其它領域也可以方便地使用表面安裝型發光裝置。
背景技術：
表面安裝型發光封裝件通常使用發光晶片，例如發光二極體晶片、垂直腔體表面發光雷射器(vertical cavity surface emitting laser)等。在一些配置中，該晶片連接於導熱的次黏著基臺(sub-mount)，其中次黏著基臺再與導線架(引線框)相連接。該次黏著基臺提供了各種優點，例如，改善電氣互連的工藝性、改善熱接觸和熱傳導等。導線架適合通過焊接而表面安裝於印刷電路板或其它支撐體。
該配置具有某種缺點。熱傳遞路徑包括兩個中間元件，即次黏著基臺和導線架。另外，連接到導線架的電連接典型地涉及到容易損壞絲焊。次黏著基臺和導線架之間的機械連接一般受環氧樹脂或其它類型的密封包覆成型材料的部分影響。該材料具有相對較高的熱膨脹係數，其可以加強絲焊或機械連接。
本發明旨在提供一種克服上述缺陷和其它缺陷的改進裝置和方法。
發明內容
根據一個方面，公開了一種發光封裝件，晶片載體包括頂部主面和底部主面(principal surface)，至少一個發光晶片連接到晶片載體的頂部主面，導線架連接到晶片載體的頂部主面。
根據另一方面，公開了一種發光體，晶片載體具有頂部主面和底部主面，至少一個發光晶片連接到晶片載體的頂部主面，導線架與至少一個發光晶片的電極進行電接觸，提供了包括印刷電路的支撐體，導線架與印刷電路進行電接觸，晶片載體被固定於支撐體而在其中沒有插入導線架。
根據又一方面，發光封裝件包括晶片載體和連接到晶片載體的發光晶片。
根據再一方面，發光封裝件包括發光晶片和電連接到發光晶片的電極的導線架。
對於本領域的技術人員來說，根據閱讀和理解本說明書，本發明的多個優點和好處將會更加明顯。
本發明可以具體到部件和部件的設置，以及以不同的處理操作和處理操作的設置。附圖僅是用於說明優選實施例的目的，並不用於限制本發明。發光封裝的附圖沒有按照規定比例。
圖1示出了表面安裝到印刷電路板的發光封裝件表面的側視圖；圖2A和圖2B示出另一個發光封裝件的俯視圖和側視圖；圖3示出又一個發光封裝件的頂視圖；圖4A、4B和4C分別示出具有四個發光晶片倒裝於其中的晶片載體的俯視圖、導線架的俯視圖、以及由圖4A和4B所示部件構成的發光封裝件的側視圖；圖5A、5B和5C分別示出具有四個發光晶片連接於其上的晶片載體的俯視圖，其中，每個晶片的前側絲焊到晶片載體、導線架的頂視圖、以及由圖5A和圖5B所示部件構成的發光封裝件的側視圖。
具體實施例方式
參照圖1，表面安裝型發光封裝件10包括發光晶片12，例如，連接於電絕緣晶片載體14的發光二極體、共振腔發光二極體、或垂直腔體表面發光雷射器等。在圖1中，示出了倒裝連接結構，其中，發光晶片12的前側電極連接到設置在晶片載體14的頂部主面26上的導電層20、22。絕緣間隙28可以是空隙，或者充滿諸如環氧樹脂或者其它電介質的電絕緣材料。導電層20、22限定了電極性相反的第一端子和第二端子。倒裝的電極結合32、34可以是熱超聲波結合、導電環氧樹脂結合、焊接結合等。
優選地，晶片載體14有良好的導熱性。至少晶片載體14的頂部主面26基本上是電絕緣的。晶片載體14可由絕緣材料(例如，半絕緣矽、陶瓷、或熱傳導但電絕緣的塑料)製成。可選地，晶片載體14可以由具有絕緣層或至少在頂部主面26上塗布有塗層的導電材料製成。例如，晶片載體14可以由具有設置在頂部主面26上的二氧化矽層的導電矽製成，或者晶片載體14可以由具有設置在頂部主面26上的絕緣體的金屬製成，等等。
導電層20、22從發光晶片12被倒裝連接的晶片粘裝區域延伸出去。具有導電性但相互之間電絕緣的導線架元件40、42被固定並電接觸到導電層20、22遠離粘裝區域的部分。導線架40、42連接到晶片載體14的頂部主面26。導線架元件40包括遠離晶片載體14的電引腳46和彎曲部48，從而引腳46與晶片載體14的底部主面50基本共面。類似的，導線架元件42包括遠離晶片載體14的電引腳52和彎曲部54，從而引腳52與晶片載體14的底部主面50基本共面。導線架元件40、42與晶片載體14的頂部主面26的電結合以及物理結合通過焊接接縫54、56來適當地實現。導線架40、42適當地由銅或其它高導電性材料製成。
包覆成型或密封劑60設置在發光晶片12和晶片載體14的頂部主面26之上，並且還密封了導線架元件40、42靠近晶片載體14的部分。導線架元件40、42的引腳46、52以及晶片載體14的底部主面50延伸出密封劑60。可選地，波長轉換磷光層62覆蓋密封劑60，並且螢光地或者磷光地將由發光晶片12發射的光轉換為另一個波長或多個波長的範圍。
晶片載體14和發光晶片12以及導線架40、42連接到晶片載體14的頂部主面26，與可選的密封劑60以及磷光層62一起共同限定表面安裝在印刷電路板70上的表面可安裝單元。在圖1的具體實施例中，印刷電路板70包括金屬板72，例如，銅板或鋁板，絕緣塗層74設置在金屬板72上。印刷線路設置在絕緣塗層74上，並且限定所選的電路或迴路，包括電接線端、焊接焊盤，或者焊墊80、82。導線架元件40的引腳46焊接到印刷電路端80，而導線架元件42的引腳52焊接到印刷電路端82。印刷線路還包括任選的導熱端84，而沒有與電路連接。優選地，晶片載體14的底部主面50焊接或以其它方式連接到導熱端84，以在其中提供充分傳熱的路徑，從而在發光晶片12中產生的熱量可以通過充分導熱的晶片載體14傳到導熱端84，並且由此傳到印刷電路板70。可選地，晶片載體14的底部主面50包括用於焊接連接到電路板或者其它塗層的金屬層，以提高熱接觸和熱傳遞。
在一個實施例中，將引腳46、52連接到電接線端80、82的連接和將晶片載體14的底部主面50連接到導熱端84的連接是相同的。例如，這些連接均可以在單獨的結合處理中通過焊接接縫製成。可選地，與用於將引腳46、52連接到電連接端80、82的連接的類型相比，不同類型的連接被用於將晶片載體14的底部主面50連接到導熱端84。在後者的方法中，晶片載體14的熱連接和引腳46、52的電連接可以分別地將導熱性和導電性最優化。
圖2A和2B示出了發光封裝件110的俯視圖和側視圖。封裝件110與圖1所示的封裝件10類似。與封裝件10中的元件相一致的發光封裝件110中的元件由附圖標記加100標示。封裝件110包括發光晶片112，倒裝在設置在晶片載體114的頂部主面126上的導電層120、122。間隙128將導電層120、122電氣隔開。導線架元件140、142以焊接或其它電接觸方式或機械接觸與設置在晶片載體114的頂部主面126上的導電層120、122連接。每個導線架元件140、142包括彎曲部148、154，使得遠離晶片載體114的電引腳146、152基本與晶片載體114的底部主面150共面。
由於在封裝件10中，至少晶片載體114的頂部主面126是電絕緣的，而具有絕緣層的晶片載體114既可以是絕緣的，也可以是導電的，其中該絕緣層上設有電絕緣頂部主面126。優選地，晶片載體114也充分導熱。導線架140、142是導電的，並且合適地由銅或其它金屬製成。所示的封裝件110並不包括密封劑或螢光體，然而，這些部件可以任意地增加。如果增加封裝件，晶片載體114的底部主面150以及引腳146、152應延伸出封裝件。
優選地，發光封裝件110並不包括引線焊接。而是導線架140、142和發光晶片112通過導電層120、122進行電連接。在圖2A中能夠很清楚的看出，導電層120、122是大區域層，即使限制了導電層120、122的厚度也可提供了良好的導電性。此外，導電層120、122可以是反射層而使光的反射增加的。發光封裝件110適合於表面安裝在印刷電路板或其它基板上。為了執行表面安裝，引腳146、152以焊接或其它方式電連接到印刷電路的焊盤、焊墊、或其它電接觸端，而晶片載體114的底部主面150優選地以焊接或其它方式熱連接到印刷電路板或其它基板。
參照圖3，圖中描述了發光封裝件210。封裝件210與圖1中的封裝件10類似。與封裝件10的元件相一致發光封裝件210的元件由附圖標記加200標示。封裝件210包括發光晶片212，連接到設置在晶片載體214的頂部主面上的導電層220。然而，與封裝件10不同的是，在封裝件210中，發光晶片212不是倒裝連接的，而是發光晶片212以非倒轉的結構連接而且包括導電背面，其中該導電背面用作電極使用熱超聲波結合、導電環氧樹脂、焊料等電連接於導電層220。發光晶片212的前側電極引線焊接到通過間隙228與導電層220相分離的另一個導電層222。絲焊290越過間隙228將發光晶片212的前側電極292電連接到導電層222。
導線架元件240、242以焊接或其它方式電接觸和機械連接到設置在晶片載體214的頂部主面上的導電層220、222。與封裝件10、110對應的導線架元件類似，每個導線架元件240、242包括彎曲部248、254，使得電引腳246、252基本上與晶片載體214的底部主面共面。與封裝件10類似，密封劑260密封發光晶片212、絲焊290、晶片載體214的頂部主面、以及導線架元件240、242的部分，而引腳246、252以及晶片載體214的底部主面延伸出密封劑260。另外，發光封裝件210包括磷光塗層262。
雖然圖1和圖3中示出了塗覆磷光劑的密封劑，容易理解，可以使用沒有磷光劑的密封劑，或者磷光劑可以散布在密封劑中，或者磷光劑可以以其它方式設置來與發光晶片產生的光相互作用。另外，可以包括磷光層而沒有密封劑，或者如圖2所示，既不包括密封劑也不包括磷光劑。
參照圖4A、4B和4C，描述了發光封裝件310。封裝件310與圖1中的封裝件10類似。與封裝件10的元件相一致的發光封裝件310的元件由附圖標記加300標示。封裝件310包括四個發光晶片312A、312B、312C、312D，倒裝於設置在晶片載體314的頂部主面上的導電層320、322、324。導電層320、322、324與設置在層320、322之間的層324一起被設置，並且作為連續的互連端子。導電層320、324由間隙328分隔，而導電層322、324由間隙330分隔。發光晶片312A、312B越過間隙328與連接到導電層320、324的電極倒裝連接，而發光晶片312C、312D越過間隙330與連接到導電層322、324的電極倒裝連接。因此，發光晶片312A、312B為彼此並聯，類似地，發光晶片312C、312D為彼此並聯。晶片312A、312B的並聯與晶片312C、312D的並聯通過連續的互連端子導電層324串聯連接。
導線架元件340、342以焊接或者其它方式電接觸和機械連接到設置在晶片載體314的頂部主面上的導電層320、322。與封裝件10、110對應的導線架元件類似，每個導線架元件340、342包括彎曲部348、354，使得電引腳346、352基本與晶片載體314的底部主面共面，從而發光晶片封裝件310可以通過焊接或其它方式表面安裝，將導線架元件340、342的引腳346、352連接到印刷電路板或其它支撐體。優選地，表面安裝還包括在晶片載體314的底部主面和印刷電路板或其它支撐體之間形成焊接連接或者其它熱接觸。儘管在發光封裝件310中沒有包括密封劑或磷光劑，應該明白，可以選擇性地包括密封劑、磷光劑、光學部件等。
在另一個實施例中，發光晶片312B、312D分別被越過間隙328、330的齊納二極體代替。齊納二極體為發光晶片312A、312C提供靜電放電保護。另外，容易想到，在與由晶片載體314的頂部主面上的導電區域限定的互連電路上增加其它電子元件是類似的。該其它電子元件可以控制發光晶片的狀態，例如，提供輸入電壓的調節、電流限制等。
參照圖5A、5B和5C，其描述了發光封裝件410。封裝件410與圖4A、圖4B和圖4C所示的封裝件310類似。與封裝件310的元件相一致的發光封裝件410的元件由附圖標記加100標示。封裝件410包括四個發光晶片412A、412B、412C、412D，電連接到設置在晶片載體414的頂部主面上的導電層420、422、424。導電層420、422、424與設置在層420、422之間的層424設置在一起，並且作為連續互連端子。導電層420、424通過間隙428分隔，導電層422、424通過間隙430分隔。發光晶片412A、412B正向設置且每個晶片的導電背面作為結合導電層420的電極。類似的，發光晶片412C、412D正向設置且每個晶片的導電背面作為結合導電層424的電極。發光晶片412A的前側電極通過引腳490A越過間隙428絲焊到導電層424。類似的，發光晶片412B的前側電極通過引腳490B越過間隙428絲焊到導電層424。發光晶片412C的前側電極通過引腳490C越過間隙430絲焊到導電層422。發光晶片412D的前側電極通過引腳490D越過間隙430絲焊到導電層422。因此，發光晶片412A、412B為並聯連接，類似的，發光晶片412C、412D為並聯連接。晶片412A、412B的並聯與晶片412C、412D的並聯通過連續互連導電層424串聯連接。
導線架元件440、442以焊接或其它方式電接觸和連接到設置在晶片載體414的頂部主面上的導電層420、422。與封裝件10、110相應的導線架元件類似，每個導線架元件440、442包括彎曲部448、454，使得電引腳446、452基本與晶片載體414的底部主面共面，從而發光晶片封裝件410可以通過焊接或其它方式而表面安裝，將引腳446、452連接到印刷電路板或者其它支撐體。優選地，表面安裝還包括在晶片載體414的底部主面和印刷電路板或其它支撐體之間形成焊接接縫或其它傳熱接點。儘管在發光封裝件410中沒有包括密封劑或磷光劑，可以理解，可以選擇性地包括密封劑、磷光劑、光學部件等。
在圖3和圖5中，單獨的絲焊用於電連接每個晶片的前側電極，相應於晶片的導電背側，具有每個晶片的第二電極。然而，還可以使用絕緣背側和兩個前側接點，每個前側接點都絲焊到一個設置在晶片載體的前主面上的導電膜中。
本文所描述的發光封裝件適合通過使用電子封裝工藝來構造。下面示出一個工藝的實例。優選地，該工藝以晶片載體晶片開始，其中，晶片載體晶片將被切割成小片以產生大量的發光封裝件，每個發光封裝件均包括從晶片載體晶片上切割的晶片載體。如果晶片載體是導電的，優選地應該塗覆、氧化或其它工藝處理，以至少在頂部主面上形成絕緣層。結合在導電層之間確定絕緣間隙的平板印刷技術，通過使用金屬蒸發、電鍍等在晶片載體的頂部主面上形成兩個或兩個以上的構成布線(patterned)的導電層。這些帶有布線的導電層是電端子導電層，例如圖1中封裝件的層20、22。任選地，晶片載體的底部主面也被金屬化，以容許焊接連接而改善整個底部主面的熱傳導性。發光晶片通過倒裝接合、絲焊等機械地和電子地連接到晶片載體。然後，晶片載體晶片被切割以產生多個連接有發光晶片的晶片載體。
每個通過切割產生的晶片載體在以下的示例工藝中被處理。晶片載體的頂部主面焊接到導線架。優選地，在該焊接過程中，通過標籤或其它固定件將兩個導線架元件固定在一起，在一個實施例中，多個這種導線架以直線或二維陣列固定在一起，有助於自動化處理。傳遞模塑法工藝用於在發光晶片、晶片載體的頂部主面以及導線架的部分之上形成密封劑。設計模壓(molding die)，使得晶片載體的引腳和底部主面延伸出成型的密封劑。然後，導線架的標籤被切割或者裁剪，以電氣分離導線架元件，產生最終的適合於通過焊接等表面安裝的發光封裝件。
通過參照優選實施例描述了本發明，明顯地，根據閱讀和理解前面詳細的描述，可以有其他的修改和改動。可以想到，本發明可以包括所有這些在權利要求及其等同物範圍內的修改和改動。
權利要求
1.一種發光封裝件，包括晶片載體，具有頂部主面和底部主面；至少一個發光晶片，連接到所述晶片載體的所述頂部主面；以及導線架，連接於所述晶片載體的所述頂部主面。
2.根據權利要求1所述的發光封裝件，還包括密封劑，至少密封所述發光晶片以及所述晶片載體的所述頂部主面，所述晶片載體的所述底部主面和所述導線架的引腳延伸出所述密封劑。
3.根據權利要求1所述的發光封裝件，還包括一個或多個導電材料區域，設置在所述晶片載體的所述頂部主面上，所述導線架對所述頂部主面的附著電連接所述一個或多個所述導電材料區域。
4.根據權利要求3所述的發光封裝件，其中，所述一個或多個導電材料區域包括第一導電材料區域，用於限定第一電端子；第二導電材料區域，與所述第一區域電絕緣，所述第二區域限定了與所述第一電端子電極性相反的第二電端子；所述發光晶片的電極與所述第一和第二電端子電連接；以及所述導線架連接到所述第一和第二電端子。
5.根據權利要求4所述的發光封裝件，其中，所述發光晶片倒裝連接於所述第一和第二電端子。
6.根據權利要求4所述的發光封裝件，其中，所述發光晶片使用熱超聲波結合、焊接以及傳導性環氧樹脂中的一種倒裝連接於所述第一和第二電端子。
7.根據權利要求4所述的發光封裝件，其中，所述發光晶片的至少一個電極絲焊到所述第一和第二電端子中的一個。
8.根據權利要求7所述的發光封裝件，其中，所述發光晶片的另一個電極絲焊到所述第一和第二電端子中的另一個。
9.根據權利要求3所述的發光封裝件，其中，所述一個或多個導電材料區域包括第一導電材料區域，限定了第一電端子，第二導電材料區域，與所述第一區域電絕緣，所述第二區域限定了與所述第一電端子電極性相反的第二電端子，以及第三導電材料區域，與所述第一和第二導電材料區域電絕緣，所述第三導電材料區域限定連續互連終端；以及所述發光晶片包括第一和第二發光晶片，所述第一發光晶片的電極與所述第一電端子和所述連續互連電端子進行電連接，以及所述第二發光晶片的電極與所述第二電端子和所述連續互連電端子進行電連接，並且所述導線架連接到所述第一和第二電端子。
10.根據權利要求9所述的發光封裝件，其中，所述發光晶片還包括第三發光晶片，所述第三發光晶片的電極與所述第一電端子和所述連續互連電端子電連接。
11.根據權利要求10所述的發光封裝件，其中，所述發光晶片還包括第四發光晶片，所述第四發光晶片的電極與所述第二電端子和所述連續互連電端子電連接。
12.根據權利要求9所述的發光封裝件，還包括至少一個齊納二極體，與所述第一電端子和連續互連電端子，以及所述第二電端子和連續互連電端子中的至少一個電連接。
13.根據權利要求3所述的發光封裝件，還包括至少一個電子部件，與所述一個或多個導電材料區域電接觸，所述至少一個電子部件調節所述至少一個發光晶片的狀態。
14.根據權利要求13所述的發光封裝件，其中，所述至少一個電子部件包括齊納二極體，與所述發光晶片並聯連接，以提供靜電放電保護。
15.根據權利要求1所述的發光封裝件，其中，所述發光晶片通過所述導線架接收電能，而不通過所述晶片載體的所述底部主面接收電能。
16.根據權利要求1所述的發光封裝件，其中，所述晶片載體的所述底部主面與所述導線架電絕緣。
17.根據權利要求1所述的發光封裝件，其中，所述導線架具有從所述導線架連接到所述晶片載體的所述頂部主面的部分延伸出來的電引腳，所述電引腳被成形以包括與所述晶片載體的所述底部主面基本共面的引腳部分。
18.根據權利要求17所述的發光封裝件，其中，所述晶片載體的所述底部主面與所述導線架是基本不導電和電絕緣中的至少一種。
19.根據權利要求18所述的發光封裝件，其中，所述晶片載體、發光晶片，以及導線架限定了表面可安裝單元，所述發光封裝件還包括印刷電路，所述表面可安裝單元被安裝在所述印刷電路上，而所述引腳部分與電接觸到所述印刷電路的所述晶片載體的所述底部主面基本共面。
20.根據權利要求19所述的發光封裝件，還包括印刷電路板，包括所述印刷電路，所述晶片載體的所述底部主面與所述印刷電路板熱接觸。
21.根據權利要求19所述的發光封裝件，還包括印刷電路板，所述印刷電路板上設置有所述印刷電路，所述晶片載體的所述底部主面與所述印刷電路板直接接觸。
22.根據權利要求21所述的發光封裝件，其中，所述晶片載體焊接到所述印刷電路板。
23.根據權利要求21所述的發光封裝件，其中，所述晶片載體焊接於所述印刷電路板，所述焊接連接是熱傳導的，但所述發光晶片工作時，並不傳導電流。
24.根據權利要求21所述的發光封裝件，其中，所述引腳部分接觸所述印刷電路之間的連接和所述印刷電路板接觸所述晶片載體的底部主面的連接不同。
25.根據權利要求21所述的發光封裝件，還包括密封劑，至少密封所述發光晶片和所述晶片載體的所述頂部主面、所述晶片載體的所述底部主面，並且與所述晶片載體的底部主面基本共面的至少所述引腳部分延伸出所述密封劑。
26.根據權利要求1所述的發光封裝件，其中，所述晶片載體包括半絕緣矽片。
27.根據權利要求1所述的發光封裝件，其中，所述晶片載體包括導電矽，至少所述頂部主面塗覆有絕緣層。
28.根據權利要求1所述的發光封裝件，其中，所述晶片載體包括金屬，至少所述頂部主面塗覆有絕緣層。
29.根據權利要求1所述的發光封裝件，其中，所述晶片載體包括導熱塑料。
30.根據權利要求1所述的發光封裝件，其中，所述晶片載體包括陶瓷。
31.根據權利要求1所述的發光封裝件，其中，所述晶片載體是電絕緣的，而所述導線架是導電的。
32.一種發光體，包括晶片載體，具有頂部主面和底部主面；至少一個發光晶片，連接到所述晶片載體的所述頂部主面；導線架，電接觸到所述至少一個發光晶片的電極；以及支撐體，包括印刷電路，所述導線架電接觸所述印刷電路，所述晶片載體固定於所述支撐體而沒有所述導線架在其中幹涉。
33.根據權利要求32所述的發光體，其中，所述導線架包括第一導線架元件，從所述晶片載體的頂部主面延伸到所述印刷電路的第一端子；以及第二導線架元件，從所述晶片載體的頂部主面延伸到所述印刷電路的第二端子。
34.根據權利要求33所述的發光體，其中，所述晶片載體還包括第一導電層，設置在所述頂部主面上，並且電接觸所述第一導線架元件；以及第二導電層，設置在所述頂部主面上，並且電接觸所述第二導線架元件。
35.根據權利要求34所述的發光體，其中，所述發光晶片的電極與所述第一和第二導電層電連接。
36.根據權利要求34所述的發光體，其中，所述第一和第二導線架元件機械地連接到所述晶片載體的所述頂部主面上。
37.根據權利要求34所述的發光體，其中，所述至少一個發光晶片包括至少兩個發光晶片，並且所述晶片載體還包括第三導電層，設置在所述頂部主面上，所述兩個發光晶片的電極與所述第三導電層接觸。
全文摘要
一種表面安裝型發光封裝件，包括晶片載體，具有頂部主面和底部主面；至少一個發光晶片，連接到晶片載體的頂部主面；導線架，連接到晶片載體的頂部主面上，當表面安裝到相連的支撐體時，該晶片載體的底部主面與相連的支撐體熱接觸，而沒有導線架在其中幹涉。
文檔編號H01L25/075GK1961431SQ200480040956
公開日2007年5月9日 申請日期2004年12月9日 優先權日2003年12月9日
發明者小斯坦特恩·厄爾·韋弗, 邢陳震崙, 鮑裡斯·科洛丁, 託馬斯·埃利奧特·斯特克, 詹姆斯·雷吉內利, 德博拉·安·海特科, 高翔, 伊萬·埃利亞舍維奇 申請人:吉爾科有限公司