一种多I/O倒装LED芯片阵列凸点封装结构及其封装方法技术

本发明专利技术的目的是提供一种多I/O倒装LED芯片阵列凸点封装结构，包括倒装LED芯片的电极的阵列凸点，电极的阵列凸点最小单元为2Pin×2Pin阵列，成四角或三角形分布。阵列凸点包括铺设于芯片功能层表面的钝化层、覆盖电极窗口并嵌入电极窗口内和铺设于芯片功能层上的金属化层、铺设于芯片表面钝化层上并包围金属化层形成预留有阻焊窗口的阻焊层图形、于阻焊窗口内填充嵌有高于阻焊窗口的阵列焊料凸点。该封装结构保证回流过程中形成一个稳定的平面结构，保证P/N结的均匀馈电、减少连接缺陷、降低接触电阻和热阻，提升了工艺稳定性和封装良品率，可实现多芯片、多组合的程序化驱动控制和多样化阵列芯片产品，后续封装工艺更简单、效率更高、成本更低。

Multi I/O flip chip LED array bump packaging structure and packaging method thereof

The purpose of this invention is to provide a I/O LED flip chip bump array package structure, array bump electrode includes a LED flip chip bump array electrode, the smallest unit of 2Pin * 2Pin array, four angle or triangular distribution. Bump array including laying on the function of the chip passivation layer, surface layer and electrode covering electrode embedded within the window and window shop function layer is arranged on the chip on the metal layer, laying on the passivation layer and the chip surface surrounding the metallization layer is formed for solder solder layer pattern, the window in window filled with solder embedded array of solder bump solder is higher than that of the window. The package structure to ensure a stable surface structure formed during reflow, ensure uniform feed, P/N node to reduce the connection defects, reduce the contact resistance and thermal resistance, improve process stability and encapsulation yield, can realize multi chip and multi combination procedure of driving control and diversification of array chip products, following more packaging process simple, higher efficiency and lower cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种LED封装结构及其封装方法，尤其是一种多I/O倒装LED阵列凸点封装结构及其封装方法。
技术介绍
由于照明用LED电流密度及功率密度不断增加，传统的正装封装方式高热阻、电极电流分布不均匀、引线键合封装效率低等问题逐渐成为大功率LED发展和普及推广的瓶颈。随着倒装焊技术的推出，LED 芯片与线路板的连接可以省去了金线键合而采用焊料或导电胶封装，被称为“无金线封装”，也叫做“免封装”。中国专利技术专利CN1787242中公开了一种倒装LED芯片的封装方法，利用厚Cu及Au凸点把倒装焊芯片与Al印刷电路板直接焊接键合，这种双凸点结构的倒装LED共面性差，影响了键合的稳定性和键合质量；Cu作为凸点无法抵挡无铅锡基焊料（高锡焊料）的浸蚀，连接可靠性大幅度降低；采用纯金作为凸点材料，使得凸点制备成本明显升高。近年来，工业界普遍采用Au80Sn20的共晶金基焊料代替纯Au作为倒装封装的连接材料。但金锡合金共晶熔点高，不适用于塑封结构；必须采用热压焊接而不能采用普通的回流焊，从而导致封装工艺复杂，封装成本仍然很高。此外，传统的LED芯片只有一个P-N结和两个电极，使得单颗LED芯片上不能仅仅植入两个焊料凸点而失去固晶的共面稳定性，也不能实现多个P-N结的多I/O LED芯片阵列。随着LED器件功率的不断增加，多芯片、多管脚的LED集成电路发光器件已经成为新一代LED器件的发展方向，其最佳的结构形式就是多I/O阵列形式的倒装LED芯片集成，并有望成为今后LED照明组件的基本发光器件。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中已有大功率LED及倒装LED中存在的缺点和不足，提供一种多I/O倒装LED阵列凸点封装结构，该多I/O倒装LED阵列凸点封装结构能实现倒装LED的大规模制造，将LED单芯片的倒装电极分解成LED芯片阵列凸点结构，最小单元为2Pin×2Pin阵列，有利于保证回流过程中形成一个稳定的平面结构，进一步降低贴装对准难度；将大的电极分割为小的多I/O阵列结构，可实现多芯片、多组合的程序化驱动控制，同时保证P/N结的均匀馈电、减少连接缺陷、降低接触电阻和热阻；提升了工艺稳定性和封装良品率，可实现多芯片、多组合的程序化驱动控制和多样化阵列芯片产品，后续封装工艺更简单、效率更高、成本更低，更适用于大规模工业生产。本专利技术解决其技术问题所采用技术方案为：一种多I/O倒装LED芯片阵列凸点封装结构，单颗倒装LED芯片的电极为阵列凸点；所述的阵列凸点包括铺设于芯片功能层表面的钝化层、覆盖电极窗口并嵌入电极窗口内和铺设于芯片功能层上的金属化层、铺设于芯片表面金属化层上并包围金属化层形成预留有阻焊窗口的阻焊层图形、于阻焊窗口内填充嵌有高于阻焊窗口的阵列焊料凸点，金属化层位于阵列焊料凸点的下方。本专利技术采用蒸镀、电镀和化学镀方法制作三层以上的金属化层，并对金属化层的各层材料进行优化组合，进一步简化制备工艺、降低制备成本，提高焊盘耐受焊料或焊膏的溶（熔）蚀。金属化层能与阵列焊料凸点形成良好的冶金结合，扩散阻挡层能有效的防止多次回流及高温时效下焊料溶（熔）蚀。在金属化层上设置了阻焊窗口，该阻焊窗口可以在不减小电极面积的情况下约束阵列焊料凸点回流的区域，阻焊窗口能够约束阵列焊料凸点的形成，防止阵列焊料凸点回流时焊料外溢形成缺陷。阻焊窗口还能保证阵列焊料凸点在回流过程中形成较规则的、高度统一的半球形或椭球形，使得阵列焊料凸点的使用更加精确可控，有效阵列阻止焊料凸点的爬壁，避免因阵列焊料凸点的爬壁而导致的功能层失效或者漏电，提升了工艺稳定性和封装的良品率。此方式是把单个LED倒装芯片的倒装电极分解成LED倒装芯片阵列（多个电极）凸点结构，该倒装LED芯片的电极的阵列凸点最小单元为2Pin×2Pin阵列；具有一个P/N节的倒装LED芯片的P电极分割为2个阵列凸点， N电极分割为2个阵列凸点，构成一个含有4个阵列凸点的阵列结构。或者是，具有一个P/N节的倒装LED芯片的一个电极分割为2个阵列凸点，另一个电极不分割形成1个阵列凸点，构成含有3个阵列凸点的阵列结构。该2Pin×2Pin阵列的LED倒装芯片是单个P/N结构成的一颗LED芯片，其P电极做成两个或多个并联（或串联）的阵列凸点，N电极也做成两个或多个并联（或串联）的阵列凸点。又或者是，于具有二个P/N节的倒装LED芯片的2个P电极和2个N电极上均种植4个阵列焊料凸点构成4个I/O倒装LED芯片阵列凸点封装结构。 该阵列凸点于倒装LED芯片表面成四角或三角形分布。该2Pin×2Pin阵列的LED倒装芯片是两个独立的P/N结，四个电极分别植入阵列凸点构成2个分立的发光二极管，即每个P(或N)电极做成两个或多个并联（或串联）的阵列凸点；同理，该2Pin×2Pin阵列的倒装LED芯片也可以是三个或更多个独立的P/N结，每个P(或N)电极做成三个或多个并联（或串联）的阵列凸点构成三个或多个分立的发光二极管。进一步的，所述的金属化层由Cr/Al/Ti/Pt（Au）或Ni/Al/Ti/Pt（Au）或Ni/Ag/Ti/Pt（Au）组成多层金属复合结构；所述的金属化层表面还设有位于阻焊窗口底部的扩散阻挡层，扩散阻挡层由Ni（P）金属结构组成,扩散阻挡层的尺寸大于倒装LED芯片的电极尺寸。进一步的，所述的阻焊窗口呈圆形或椭圆形，阻焊层图形的尺寸小于扩散阻挡层尺寸。在扩散阻挡层上印刷阻焊层图形。阻焊窗口呈圆形、椭圆形等，覆盖于扩散阻挡层表面边缘，阻焊窗口的中心部分露出阵列焊料凸点植入的焊盘位置。进一步的，所述的阵列焊料凸点为含铅焊料或无铅锡基焊料或锡基焊料或铟基焊料或鉍基或金基焊料的任一种；所述的阵列焊料凸点呈圆球形或方形或椭圆球形。无铅锡基焊料如采用SAC305或SAC105，SAC0307等。该阵列凸点具有制备工艺简单、制备效率高、凸点一致性好的优点；本专利技术的焊料凸点的材质选用，其成本远低于Au80Sn20的焊料凸点材质。另外，本专利技术还涉及一种多I/O倒装LED芯片阵列凸点封装结构的封装方法，该封装方法的步骤为：（1）在电极窗口表面采用蒸镀、电镀和化学镀的方法形成多层金属层结构的金属化层，然后在金属化层表面覆盖扩散阻挡层；（2）再在扩散阻挡层表面外缘四周印刷制作阻焊层图形并形成阻焊窗口，阻焊窗口约束阵列焊料凸点的形成，防止阵列焊料凸点回流时焊料外溢形成缺陷；（3）采用电喷印或印刷焊膏回流或激光焊球植入或电镀阵列焊料凸点的形成方法在阻焊窗口上形成阵列焊料凸点。进一步的，该封装方法中的步骤（1）中的扩散阻挡层覆盖于金属化层表面上采用两种方式；当封装倒装LED芯片为小电流和小功率时，扩散阻挡层采用溅射或真空蒸镀方式设于金属化层上；当封装倒装LED芯片为大电流和大功率时，扩散阻挡层采用电镀或化学镀增厚的方式设于金属化层上。另外，电极窗口的形成方式为：于芯片功能层及蓝宝石衬底顶面上采用蒸镀、电镀和化学镀的方法设置芯片表面钝化层，对应倒装LED芯片的电极位置不设置芯片表面钝化层形成电极窗口。本专利技术的多I/O倒装LED阵列凸点封装结构的封装方式可以在后续的封装流程上根据所需的产品规格灵活的设计切割尺寸，而且还可以选择直接进行晶圆级封装（CS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多I/O倒装LED芯片阵列凸点封装结构，其特征在于，单颗倒装LED芯片的电极为阵列凸点；所述的阵列凸点包括铺设于芯片功能层表面的钝化层、覆盖电极窗口并嵌入电极窗口内和铺设于芯片功能层上的金属化层、铺设于金属化层上并包围金属化层形成预留有阻焊窗口的阻焊层图形、于阻焊窗口内填充嵌有高于阻焊窗口的阵列焊料凸点，金属化层位于阵列焊料凸点的下方。

【技术特征摘要】
1.一种多I/O倒装LED芯片阵列凸点封装结构，其特征在于，单颗倒装LED芯片的电极为阵列凸点；所述的阵列凸点包括铺设于芯片功能层表面的钝化层、覆盖电极窗口并嵌入电极窗口内和铺设于芯片功能层上的金属化层、铺设于金属化层上并包围金属化层形成预留有阻焊窗口的阻焊层图形、于阻焊窗口内填充嵌有高于阻焊窗口的阵列焊料凸点，金属化层位于阵列焊料凸点的下方。2.根据权利要求1所述的多I/O倒装LED阵列凸点封装结构，其特征在于，倒装LED芯片的电极的阵列凸点最小单元为2Pin×2Pin阵列；具有一个P/N节的倒装LED芯片的P电极分割为2个阵列凸点， N电极分割为2个阵列凸点，构成一个含有4个阵列凸点的阵列结构。3.根据权利要求1所述的多I/O倒装LED阵列凸点封装结构，其特征在于，倒装LED芯片的电极的阵列凸点最小单元为2Pin×2Pin阵列；具有一个P/N节的倒装LED芯片的一个电极分割为2个阵列凸点，另一个电极不分割形成1个阵列凸点，构成含有3个阵列凸点的阵列结构。4.根据权利要求1所述的多I/O倒装LED阵列凸点封装结构，其特征在于，倒装LED芯片的电极的阵列凸点最小单元为2Pin×2Pin阵列；于具有二个P/N节的倒装LED芯片的2个P电极和2个N电极上均种植4个阵列焊料凸点构成4个I/O倒装LED芯片阵列凸点封装结构。5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种多I/O倒装LED芯片阵列凸点封装结构，其特征在于，所述的阵列凸点于倒装LED芯片表面成四角或三角形分布。6.根据权利要求5所述的一种多I/O倒装LED芯片阵列凸点封装结构，其特征在于，所述的金属化层由Cr/Al/Ti/Pt（Au）...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴懿平，区燕杰，甘贵生，陈亮，
申请(专利权)人：吴懿平，
类型：发明
国别省市：湖北;42