发光二极管的圆片级玻璃微腔封装方法技术

本发明专利技术公开一种发光二极管的圆片级玻璃微腔封装方法，包括以下步骤：第一步，在Si圆片上刻蚀与所封装LED阵列相对应的图案：微槽阵列，微槽之间通过微流道相连通，在微槽内放置适量的热释气剂；第二步，形成密封腔体；第三步，将上述键合好的圆片在空气中加热形成球形玻璃微腔以及连接球形玻璃微腔的圆柱形玻璃微流道，热却至常温，退火，去除硅得到圆片级玻璃微腔；第四步，引线基板的制备：在硅圆片上溅射金属层，通过光刻腐蚀制作金属引线，金属引线与玻璃微腔的微流道位置相对应，得到引线基板；第五步，芯片贴装、引线；第六步，圆片级键合；第七步，通过玻璃微流道硅胶。该发明专利技术光线的出射率高，封装玻璃透镜实现了光束的准直。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种MEMS (微电子机械系统)封装技术，尤其涉及一种发光二极管的 圆片级玻璃微腔封装方法。
技术介绍
白光发光二极管(LED)技术的发展将我们带入了第四代照明时代。白光发光二极 管(LED)照明以其低能、环保等优越性，必将取代当今的照明技术。作为照明用途，大功率 的白光发光二极管(LED)被科研和企业广泛关注，由于发光二极管(LED)为了产生足够的 光强，工作电流要尽量大，而工作电流大给发光二极管(LED)封装的散热问题带来了严峻的 挑战。所以，通过设计白光发光二极管(LED)的光学封装结构，提高其出光率，可以在一定 电流下得到足够大的光强，同时透镜可以用于提高光束的准直性，所以发光二极管(LED)封 装结构中必须要有用于提高出光率的透镜。同时封装透镜结构要有好的气密性，因为芯片 受潮气影响会大大影响发光性能。制备用于封装发光二极管(LED)的透镜对于提高白光发光二极管(LED)发光效 率，对出射光线进行汇聚和光束准直有着至关重要的作用。当今，环氧树脂等透明有机胶备 广泛应用于发光二极管(LED)透镜的制备，但是用有机胶制作的透镜透光性不好，而且性质 不稳定，在受热情况下，工作一定时间会变色，透光性能变得恶劣，同时有机物防潮性较差。目前，发光二极管(LED)的荧光粉涂覆大多采用在芯片上点胶(混有荧光粉的硅 胶)的方法进行涂覆，这样荧光粉涂覆的效率很低；而且芯片的封装，也采用点胶固化的方 法，逐个封装。这种单片封装的方法效率很低，所以如果能够进行圆片级的涂覆荧光粉和封 装，将大大提高效率、降低成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种工艺方法简单、可进行圆片级荧光粉层涂覆的发光二极 管的圆片级玻璃微腔封装方法。本专利技术采用如下技术方案一种，包括以 下步骤第一步，在Si圆片上刻蚀与所封装LED阵列相对应的图案微槽阵列，微槽之间通 过微流道相连通，微槽为方形或圆形，在微槽内放置适量的热释气剂；第二步，将带有图案 和热释气剂的上述Si圆片与硼硅玻璃圆片在空气中或者真空中阳极键合使上述微槽和微 流道密封，形成密封腔体；第三步，将上述键合好的圆片在空气中加热至820°C、50°C，并 保温0. 5 10min，热释气剂因受热分解产生气体在密闭腔体内形成的正压力，使得在熔融玻 璃上形成与所述硅微槽相对应的球形玻璃微腔以及连接球形玻璃微腔的圆柱形玻璃微流 道对应于微槽的熔融玻璃形成球形玻璃微腔，对应于微流道的玻璃形成圆柱形微流道，热 却至常温，退火，去除硅得到圆片级玻璃微腔；第四步，引线基板的制备在硅圆片上溅射 金属层，通过光刻腐蚀制作金属引线，金属引线与玻璃微腔的微流道位置相对应，得到引线 基板；第五步，芯片贴装、引线将发光二极管芯片贴装在引线基板上的相应位置，并引线使得芯片与引线基板相连接；第六步，圆片级键合将所述圆片级玻璃微腔与载有LED芯片 的基板进行键合，形成键合圆片；第七步，通过玻璃微流道向发光二极管(LED)芯片与圆片 级玻璃微腔间隙内填充的硅胶，使得发光二极管芯片处于所述玻璃封装体中，实现LED的 圆片级封装。上述技术方案中，热释气剂优选为碳酸钙粉末。所述Si圆片上浅槽的微加工工 艺为湿法腐蚀工艺。所述的Si圆片与Pyrex7740玻璃表面键合工艺为阳极键合，工艺条 件为温度400°C，电压600V。在第三步中，所述热退火的工艺条件为退火温度范围在 510°C飞60°C中，退火保温时间为30min，然后缓慢风冷至常温。第三步中去除硅模具圆片 的方法是使用90°C浓度为25%的TMAH进行腐蚀。第四步中，引线基板上引线金属为Al 或Ti/Cu，Al做引线时使用浓磷酸腐蚀，Ti/Cu做引线时使用常温的25%FeCl3溶液和1% 4%的HF溶液腐蚀，Ti是金属Cu的粘结层。第五步中，LED芯片是通过导电银胶或锡膏与 引线Pad区进行贴装，导电银胶的固化条件为固化温度为175°C，固化时间为45min。表面 电极都过金丝球焊进行电极互联，金丝球焊的温度为125°C，另外加超声辅助压焊。在第六 步中，圆片级玻璃微腔封装体与载有发光二极管芯片的硅引线圆片粘接采用低温玻璃焊料 键合或者金属键合或者粘结剂键合。第七步中，在两个圆片键合后的封装体上，打磨掉一个 玻璃球腔，作为硅胶的注入口。硅胶通过使用点胶机注入圆片级的腔体中，硅胶通过微流道 流入各个LED封装腔，这样就实现了白光LED的圆片级封装。荧光粉的涂覆方式为以下三 种中的一种在第三步制备得到玻璃微腔后在玻璃微腔表面涂覆荧光粉，或在第五步芯片 贴装后将荧光粉涂覆在芯片表面，或在第七步在填充的硅胶中均勻混入荧光粉。本专利技术获得如下效果1.本专利技术中发光二极管(LED)芯片的封装结构外层不是环氧树脂或硅胶，而是采用了 Pyrex玻璃制作的透镜微腔进行封装，由于Pyrex玻璃相比有机材料，有着好的同光性、高 温稳定性以及密封性。这样使用玻璃透镜微腔封装的发光二极管(LED)芯片的光线出射 率更高，工作电流较大，抗高温能力强，不易老化，防潮气，实现了更可靠稳定的发光二极管 (LED)封装。2.本专利技术中使用制作出的玻璃透镜封装发光二极管(LED)芯片，玻璃透镜是在微 腔内外压力作用下吹起圆片级玻璃微腔，表面光滑，同时Pyrex玻璃对于可见光的通过率 很高(>90%)，所以玻璃透镜具有很高的光线出射率，而且透镜具有聚焦可见光的作用，出射 的光束视角较小，可以实现光束的准直。3.本专利技术中制作玻璃透镜微腔采用湿法腐蚀在硅表面加工微槽，工艺过程简单可 靠，成本低廉，可实现玻璃透镜微腔的圆片级制造。4.本专利技术中基于传统MEMS加工工艺，首先在Si片上加工欲成型的微腔和微流道 浅槽结构，特定的区域填充热释气剂，再用阳极键合工艺将Pyrex7740玻璃覆盖到该浅槽 上形成密闭微腔，然后加热使得玻璃融化，热释气剂释放出气体，气体通过微流道传输到各 个微腔中，腔内外压力差使得熔融玻璃形成玻璃球形微腔或玻璃微流道。根据制备微腔和 微流道的要求，调整微腔和微流道的尺寸比，当微腔和微流道尺寸接近时，热成型时微腔和 微流道所受的表面张力接近，成型高度接近，当微腔尺寸远大于微流道时，热成型时玻璃微 流道所受的表面张力远大于微腔，玻璃微流道很难成型圆柱形微流道，所以可以通过控制 微腔和微流道的尺寸来控制它们的高度，使微流道成形后高度较低，满足流淌硅胶的同时不影响LED封装玻璃透镜性能。由于吹气的玻璃流道和微腔表面很光滑，所以在注入混有 荧光粉的硅胶时阻力很小，可以较顺利的将硅胶注满整个圆片。采用热释气剂释提供气源 用于成型玻璃球形微腔和玻璃微流道，具有成本低，方法简单，成型高度高，球形度好的特 点。现有技术刻蚀深宽比较大的深腔需要采用干法工艺，花费大量的时间，通常需要几十个 小时，工艺成本也较高。热释气剂通常都有残留物，由于气体的运动，少量会粘附在玻璃管 壁上，污染了微腔。本专利技术采用局部填充热释气剂，高温成型过后，通过划片工艺可以将污 染的区域去除。本专利技术的优势就在于借助热释气剂来产生高压，同时又避免残留物对MEMS 微流道的污染。5.本专利技术中微腔和微流道的设计采用串联的方式，即一条微流道将圆片上的所有 玻璃微腔串接在一起，微流道作为硅胶的导管，依次将硅胶注入到各个LED玻本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种发光二极管的圆片级玻璃微腔封装方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，在Ｓｉ圆片（２）上刻蚀与所封装ＬＥＤ阵列相对应的图案：微槽（１）阵列，微槽之间通过微流道（４）相连通，微槽（１）为方形或圆形，在微槽内放置适量的热释气剂（３）；第二步，将带有图案和热释气剂的上述Ｓｉ圆片（２）与硼硅玻璃圆片在空气中或者真空中阳极键合使上述微槽和微流道密封，形成密封腔体；第三步，将上述键合好的圆片在空气中加热至８２０℃～９５０℃，并保温０．５～１０ｍｉｎ，热释气剂因受热分解产生气体在密闭腔体内形成的正压力，使得在熔融玻璃上形成与所述硅微槽相对应的球形玻璃微腔（５）以及连接球形玻璃微腔的圆柱形玻璃微流道（６）：对应于微槽（１）的熔融玻璃形成球形玻璃微腔，对应于微流道（４）的玻璃形成圆柱形微流道，热却至常温，退火，去除硅得到圆片级玻璃微腔；第四步，引线基板的制备：在硅圆片上溅射金属层，通过光刻腐蚀制作金属引线（９），金属引线（９）与玻璃微腔的微流道位置相对应，得到引线基板（７）；第五步，芯片贴装、引线：将发光二极管芯片（８）贴装在引线基板（７）上的相应位置，并引线（１０）使得芯片与引线基板相连接；第六步，圆片级键合：将所述圆片级玻璃微腔与载有ＬＥＤ芯片的基板（７）进行键合，形成键合圆片（１２）；第七步，通过玻璃微流道（６）向发光二极管（ＬＥＤ）芯片与圆片级玻璃微腔间隙内填充的硅胶（１１），使得发光二极管芯片处于所述玻璃封装体（５）中，实现ＬＥＤ的圆片级封装；上述步骤中，荧光粉的涂覆方式为以下三种中的一种：在第三步制备得到玻璃微腔后在玻璃微腔表面涂覆荧光粉，或在第五步芯片贴装后将荧光粉涂覆在芯片表面，或在第七步在填充的硅胶中均匀混入荧光粉。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尚金堂，徐超，陈波寅，张迪，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84