專利名稱：圓片級發(fā)光二極管封裝結構的制作方法
技術領域：
[0001]本實用新型涉及ー種MEMS (微電子機械系統(tǒng))封裝技木，尤其涉及ー種圓片級發(fā)
光二極管封裝結構。
背景技術：
作為照明用途，大功率的白光發(fā)光二極管(LED)被科研和企業(yè)廣泛關注，由于發(fā)光ニ極管(LED)為了產(chǎn)生足夠的光強，工作電流要盡量大，而工作電流大給發(fā)光二極管(LED)封裝的散熱問題帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。所以，通過設計白光發(fā)光二極管(LED)的光學封裝結構，提高其出光率，可以在一定電流下得到足夠大的光強，同時透鏡可以用于提高光束的準直性，所以發(fā)光二極管(LED)封裝結構中必須要有用于提高出光率的透鏡。同時封裝透鏡結構要有好的氣密性，因為芯片受潮氣影響會大大影響發(fā)光性能。封裝發(fā)光二極管(LED)的透鏡對出射光線進行匯聚和光束準直至關重要。目前大多數(shù)LED芯片的透鏡是通過點膠以及塑料外罩加工而成。圓片級制備LED封裝的透鏡可以節(jié)約時間，降低制造成本。在LED透鏡的光學設計中，LED芯片相對于透鏡的位置(光源與透鏡焦點的相對位置)對封裝后LED芯片的出光至關重要，是封裝光路設計和制造中的一大難題。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種エ藝方法簡單、成本低的圓片級發(fā)光二極管封裝結構。本實用新型采用如下技術方案ー種圓片級發(fā)光二極管封裝結構，包括硼硅玻璃圓片和和與其粘結的基板，硼硅玻璃圓片的背面形成有球形玻璃微腔陣列，正面形成有間距控制凸起環(huán)，球形玻璃微腔陣列處于間距控制凸起環(huán)的環(huán)繞中，基板上組裝有發(fā)光二極管芯片，并通過導電通孔或者表面引線與外界電連接，發(fā)光二極管芯片處于球形玻璃微腔與基板形成密閉空腔中，該空腔內(nèi)填充有硅膠，熒光粉涂敷于球形玻璃微腔的內(nèi)表面或者處于發(fā)光二極管芯片的表面。上述技術方案中，間距控制凸起環(huán)設有兩個缺ロ，間距控制凸起環(huán)處于球形玻璃微腔外側(cè)的部分互相連接，處于球形玻璃微腔內(nèi)側(cè)的部分也互相連接，球形玻璃微腔陣列中的每個微腔通過由間距控制凸起環(huán)構成的流道相連接?；迮c發(fā)光二極管芯片之間通過導電銀膠粘結。ー種上述封裝結構的制備方法，包括以下步驟第一歩,在娃圓片上刻蝕與發(fā)光二極管陣列相對應的發(fā)光二極管透鏡模具微槽陣列和環(huán)繞發(fā)光二極管透鏡模具槽的間距控制模具微槽陣列，發(fā)光二極管透鏡模具微槽與間距控制模具微槽不連通，在發(fā)光二極管透鏡模具微槽放置適量的熱釋氣劑；第二歩，將刻蝕后的硅圓片和硼硅玻璃圓片在真空中陽極鍵合，形成密封腔體；第三步，將上述鍵合好的圓片在空氣中加熱至820°C 950°C，并保溫0. 5 lOmin，熱釋氣劑因受熱分解產(chǎn)生氣體，使對應于發(fā)光二極管透鏡模具微槽的熔融玻璃形成球形玻璃微腔，間距控制模具微槽內(nèi)外的壓カ差使熔融玻璃填入間距控制模具微槽形成間距控制凸起環(huán)，冷卻至常溫，退火，去除硅得到發(fā)光二極管封裝透鏡陣列；第四步，將發(fā)光二極管芯片貼裝到制備有硅導電通孔及反光杯的基板上；第五歩，圓片級鍵合將所述圓片級玻璃微腔與基板進行粘結；第六步，通過間距控制環(huán)缺ロ向發(fā)光二極管芯片與圓片級玻璃微腔間隙內(nèi)填滿膠，并固化，實現(xiàn)LED的圓片級封裝；上述步驟中，熒光粉的涂覆方式為以下三種中的ー種在第三步制備得到玻璃微腔后在球形玻璃微腔的內(nèi)表面涂覆熒光粉，或在第四步芯片貼裝后將熒光粉涂覆在芯片表面，或在第六步在填充的硅膠中均勻混入熒光粉。上述技術方案中，熱釋氣劑為碳酸鈣粉末。所述發(fā)光二極管透鏡模具微槽之間通過微流道相連通，ニ極管透鏡模具微槽與微流道的寬度比大于3 :1，間距控制模具微槽陣列之間分別連通，使ニ極管透鏡模具微槽處于連通的間距控制模具微槽陣列的環(huán)繞之中。所述發(fā)光二極管透鏡模具微槽之間通過微流道相連通，ニ極管透鏡模具微槽與微流道的寬度比大于3 :1，間距控制模具微槽陣列處于環(huán)繞ニ極管透鏡模具微槽陣列外部的部分連通。所述第一步硅圓片刻蝕エ藝為濕法腐蝕，深度為20-100微米。所述硼硅玻璃為Pyrex7740玻璃，所述陽極鍵合的條件為溫度400°C，電壓600V。第三步中所述退火的エ藝條件為退火溫度范圍在510°C飛60°C中，退火保溫時間為30min，然后緩慢風冷至常溫。在第四步中，使用導電銀膠或錫膏將發(fā)光二極管芯片(10)通過SMT技術貼裝在基板(9)上。第五步中玻璃球腔封裝體(5)與載有發(fā)光二極管芯片的硅圓片(9)粘接采用低溫玻璃焊料鍵合或者金屬鍵合或者粘結劑鍵合。本實用新型獲得如下效果I.本實用新型通過球形玻璃微腔陣列封裝發(fā)光二極管芯片，是ー種圓片級的封裝過程，因而具有低成本、方法簡單的優(yōu)點。采用玻璃微腔結構來封裝發(fā)光二極管芯片，可以使密封性更好，芯片和熒光粉不容易受到濕度的影響，因此具有可靠性高的特點。本實用新型還采用間距控制凸起環(huán)來控制發(fā)光二極管芯片與球形玻璃透鏡之間的距離，可調(diào)節(jié)發(fā)光ニ極管的光路，使得設計更加靈活，方法簡單。間距控制凸起環(huán)還具有良好的密封作用，與基板的接觸良好，因而可以進ー步増加封裝的密封性，從而提高可靠性。2.本實用新型通過將圍繞發(fā)光二極管芯片的間距凸起環(huán)3.本實用新型中通過刻蝕形成相互不連通的發(fā)光二極管透鏡模具微槽與間距控制模具微槽，并選擇性的在發(fā)光二極管透鏡模具微槽中放置高溫釋氣劑，然后在真空中進行陽極健合，使得能夠同時利用正壓和負壓法在同一塊玻璃圓片上制備球形玻璃微腔以及間距控制凸起環(huán)結構，從而形成透鏡焦點位置可調(diào)整的圓片級發(fā)光二極管的透鏡。該方法可以通過本實用新型中凸塊的高度精確控制LED芯片與芯片之間的距離，因而可以根據(jù)光學設計的需要進行靈活設計。凸塊的高度可以通過硅片刻蝕的深度精確可調(diào)(可以通過微電子干法或者低成本的濕法腐蝕來實現(xiàn))，從而實現(xiàn)LED透鏡焦點位置精確可調(diào)的特性。它不僅増大了 LED光學設計的窗ロ，提高了 LED的出光性能，而且增加了封裝的靈活性。4.本實用新型通過發(fā)光二極管透鏡模具微槽之間通過微流道相連通，ニ極管透鏡模具微槽與微流道的寬度比大于3 :1，間距控制模具微槽陣列之間分別連通，使ニ極管透鏡模具微槽處于連通的間距控制模具微槽陣列的環(huán)繞之中，這些技術措施，實現(xiàn)了 LED的圓片級封裝，并可實現(xiàn)圓片級灌膠。LED在硅圓片上通過間距控制環(huán)缺ロ串聯(lián)而成，所制備的玻璃圓片上的凸塊是環(huán)繞著LED芯片的，因此在玻璃圓片與基板硅圓片粘結后，可以通過其中一個間距控制環(huán)缺ロ向通道內(nèi)填充有機樹脂，另ー個間距控制環(huán)缺ロ用于排除氣體，實現(xiàn)無空洞圓片級填充膠。具有方法簡單，成本低的特點。間距控制環(huán)缺ロ的寬度遠大于ニ極管透鏡之間的微流道的尺寸，因此灌膠通道尺寸較大，灌膠過程可以方便地在圓片上進行，不容易發(fā)生堵塞。ニ極管透鏡模具微槽與微流道的寬度比大于3 :1，使得ニ極管透鏡玻璃形成過程更加容易；微流道的尺寸由于承受較大的表面張カ的阻礙作用不會尺寸過大而影響LED光學性能，但卻能夠起到連接LED透鏡玻璃腔的作用，使得成型時透鏡玻璃腔內(nèi)的氣體連通、壓カ均勻，因而能夠成型尺寸一致性好的球形玻璃微腔。5.本實用新型通過將所述發(fā)光二極管透鏡模具微槽之間通過微流道相連通，ニ極 管透鏡模具微槽與微流道的寬度比大于3 :1，間距控制模具微槽陣列的處于環(huán)繞ニ極管透鏡模具微槽陣列外部的部分連通的措施，使得間距控制環(huán)在透鏡外圍連成一片，但是內(nèi)部 卻不連通。相對于間距控制環(huán)內(nèi)部連成一片與間距控制環(huán)外部對LED球形玻璃微腔形成合圍的方案，可以使在灌膠的過程更加迅速，但是它的缺點在干如果控制不好灌膠的速度，容易形成氣泡。6.本實用新型中發(fā)光二極管(LED)芯片的封裝結構外層不是環(huán)氧樹脂或硅膠，而是采用了 Pyrex玻璃制作的透鏡微腔進行封裝，由于Pyrex玻璃相比有機材料,有著好的同光性、高溫穩(wěn)定性以及密封性。這樣使用玻璃透鏡微腔封裝的發(fā)光二極管(LED)芯片的光線出射率更高，工作電流較大，抗高溫能力強，不易老化，防潮氣，實現(xiàn)了更可靠穩(wěn)定的大功率發(fā)光二極管(LED)封裝。7.本實用新型中使用制作出的玻璃透鏡封裝發(fā)光二極管(LED)芯片，玻璃透鏡是在微腔內(nèi)外壓カ作用下吹起圓片級玻璃球腔，表面光滑，同時Pyrex玻璃對于可見光的通過率很高(>90%)，所以玻璃透鏡具有很高的光線出射率，而且透鏡具有聚焦可見光的作用，出射的光束視角較小，可以實現(xiàn)光束的準直。本實用新型中將LED芯片使用導電銀膠將芯片貼裝在TSV硅基板上，這樣在貼裝芯片的同時，實現(xiàn)了芯片正電極的電學互聯(lián)。8.本實用新型中基于傳統(tǒng)MEMS加工エ藝，首先在Si片上加工欲成型的微腔和微流道淺槽結構，特定的區(qū)域填充高溫釋氣劑，再用陽極鍵合エ藝將Pyrex7740玻璃覆蓋到該淺槽上形成密閉微腔，然后加熱使得玻璃融化，高溫釋氣劑釋放出氣體，氣體通過微流道傳輸?shù)礁鱾€微腔中，腔內(nèi)外壓カ差使得熔融玻璃形成玻璃球形微腔或玻璃微流道。根據(jù)制備微腔和微流道的要求，調(diào)整微腔和微流道的尺寸比，當微腔和微流道尺寸接近時，熱成型時微腔和微流道所受的表面張カ接近，成型高度接近，當微腔尺寸遠大于微流道時，熱成型時玻璃微流道所受的表面張カ遠大于微腔，玻璃微流道很難成型圓柱形微流道，所以可以通過控制微腔和微流道的尺寸來控制它們的高度，使微流道成形后高度較低，滿足流淌硅膠的同時不影響LED封裝玻璃透鏡性能。由于吹氣的玻璃流道和微腔表面很光滑，所以在注入混有熒光粉的硅膠時阻カ很小，可以較順利的將硅膠注滿整個圓片。采用高溫釋氣劑釋提供氣源用于成型玻璃球形微腔和玻璃微流道，具有成本低，方法簡單，成型高度高，球 形度好的特點。[0027]9.本實用新型中使用點膠機作為熒光粉層硅膠的注入推動器，因為點膠的壓カ可調(diào)，可以根據(jù)注入過程需要調(diào)節(jié)注入壓カ和注入量。這里注入的硅膠均勻混有一定濃度的熒光粉，通過使用點膠機將硅膠注入圓片級的腔體后，硅膠(熒光粉層)通過微流道流入各個LED封裝腔，可以實現(xiàn)白光LED。通過這種方法實現(xiàn)了 LED的圓片級熒光粉層涂覆，同時實現(xiàn)了圓片級封裝。10.通常陽極鍵合的溫度為400攝氏度，因而其標準溫度為673K，成型溫度為850攝氏度左右，標準溫度為1123K左右，根據(jù)PV=nRT和表面張カ產(chǎn)生的附加壓強的影響，根據(jù)現(xiàn)有技術，如果氣體的量不變，膨脹后的體積不足原來的兩倍，由此可見需要刻蝕較深的槽。而本實用新型通過引入高溫釋氣劑有效的解決了這ー問題，避免了刻蝕高深寬比的槽所帶來的エ藝復雜和高能高成本的問題，可以滿足 LED芯片封裝腔大小的要求。11.本實用新型中刻有微槽的硅片與玻璃的陽極鍵合具有很高的強度，密閉性好的特點，在加熱過程中不易發(fā)生泄漏而導致成型失敗。在溫度400°C，電壓直流600V的鍵合條件下，陽極鍵合能夠達到更好的密封效果。12.在第五步中，采用單通道注入硅膠的方法，可以將封裝腔和微流道內(nèi)的氣體完全驅(qū)除出封裝腔，使混有熒光粉的硅膠完全充滿LED芯片與玻璃微腔之間的空間，避免了由于空氣間隙而造成的折射界面，提高了芯片的出光效率。13.本實用新型中采用的退火エ藝可以有效的消除Pyrex7740玻璃承受高溫正壓成型過程中形成的應力，從而使其強度韌性更高。退火溫度為550°C 570°C范圍內(nèi)，保溫時間為30min，然后緩慢冷卻到室溫。在該條件下退火，既能有效退去應力，還能夠使得微腔的形狀基本無改變，而退火溫度過高易導致微腔形狀發(fā)生變化不利于后道的封裝，而過低的退火溫度則無法有效去除玻璃內(nèi)部應カ。14.本實用新型中采用濃度為25%的TMAH溶液去除玻璃透鏡微腔上的硅模具，這樣可以有效地去除硅片而不腐蝕玻璃，選擇硅片、玻璃比約為2900:1。15.本實用新型制備與Si的熱膨脹系數(shù)相當?shù)腜yrex7740玻璃作為玻璃透鏡微腔結構，由于硅與玻璃之間的熱匹配很好，因此封裝應カ小，對于發(fā)光二極管(LED)影響很小。16.本實用新型中使用低溫玻璃焊料鍵合或者金屬鍵合或者粘結劑鍵合實現(xiàn)圓片級玻璃球腔封裝體與載有發(fā)光二極管芯片的硅圓片鍵合。在MEMS制造技術領域，使用MEMS微加工技術可以在硅片上緊密加工出圓形微槽，然后使用Pyrex7740玻璃(ー種含有堿性離子的玻璃,Pyrex是Corning公司的產(chǎn)品品牌)在真空條件下與刻有微槽(槽內(nèi)放置熱釋氣劑)的硅片進行鍵合實現(xiàn)密封，加熱熔融制備玻璃透鏡，由于正壓作用，微腔內(nèi)釋放出氣體，所以玻璃透鏡被向腔外吹起，這樣就可以制備透光率很好的玻璃透鏡；同時在負壓作用下玻璃流至凹槽內(nèi)，形成間距控制凸塊環(huán)。使用玻璃透鏡可以有效地避免以上問題，玻璃作為無機材料，對可見光有很高的通過率，熱穩(wěn)定性很好，不會老化失效，防潮性能優(yōu)異。由于通過串聯(lián)的凸塊環(huán)構成的通道引導混有熒光粉的硅膠依次注入LED芯片的封裝腔內(nèi)，實現(xiàn)了白光LED熒光粉層的圓片級涂覆，同時完成了 LED圓片級封裝，相比現(xiàn)有的點膠單片封裝方法，大大提高了效率降低成本。
圖I為制備所述封裝結構的硅圓片微槽和微流道(5:1)的俯視示意圖圖2為制備所述封裝結構的硅圓片微槽和流道熱成型后的橫截面示意圖圖3為去除硅模具后的玻璃圓片的橫截面示意圖圖4本實用新型封裝結構橫截面示意圖。
具體實施方式實施例I ー種圓片級發(fā)光二極管封裝結構，包括硼硅玻璃圓片和和與其粘結的基板，硼硅玻璃圓片的背面形成有球形玻璃微腔陣列，正面形成有間距控制凸起環(huán)，球形玻璃微腔陣列處于間距控制凸起環(huán)的環(huán)繞中，基板上組裝有發(fā)光二極管芯片，并通過導電通孔或者表面引線與外界電連接，發(fā)光二極管芯片處于球形玻璃微腔與基板形成密閉空腔中，該空腔內(nèi)填充有娃膠，突光粉涂敷于球形玻璃微腔的內(nèi)表面或者處于發(fā)光二極管芯片的表面。上述技術方案中，間距控制凸起環(huán)設有兩個缺ロ，間距控制凸起環(huán)處于球形玻璃微腔外側(cè)的部分互相連接，處于球形玻璃微腔內(nèi)側(cè)的部分也互相連接，球形玻璃微腔陣列中的每個微腔通過由間距控制凸起環(huán)構成的流道相連接。基板與發(fā)光二極管芯片之間通過導電銀膠粘結。實施例2 —種透鏡焦點可調(diào)的發(fā)光二極管的圓片級封裝方法，包括以下步驟第一歩,在娃圓片I上刻蝕與發(fā)光二極管陣列相對應的發(fā)光二極管透鏡模具微槽2陣列和環(huán)繞發(fā)光二極管透鏡模具槽2的間距控制模具微槽3陣列，發(fā)光二極管透鏡模具微槽2與間距控制模具微槽3不連通，在發(fā)光二極管透鏡模具微槽2放置適量的熱釋氣劑4 ；第二歩，將刻蝕后的硅圓片I和硼硅玻璃圓片5在真空中陽極鍵合，形成密封腔體；第三步，將上述鍵合好的硅圓片和硼硅玻璃圓片在空氣中加熱至820°C ^950°C,并保溫0. 5 lOmin，熱釋氣劑因受熱分解產(chǎn)生氣體，使對應于發(fā)光二極管透鏡模具微槽2的熔融玻璃形成球形玻璃微腔6，間距控制模具微槽3內(nèi)外的壓カ差使熔融玻璃填入間距控制模具微槽3形成間距控制凸起環(huán)7，冷卻至常溫，退火，去除硅得到發(fā)光二極管封裝透鏡陣列；第四步，將發(fā)光二極管芯片8貼裝到制備有硅導電通孔及反光杯的基板9上；第五歩，圓片級鍵合將所述圓片級玻璃微腔與基板9進行粘結；第六步，通過間距控制環(huán)缺ロ 71向發(fā)光二極管芯片與圓片級玻璃微腔間隙內(nèi)填滿硅膠10，并固化，實現(xiàn)發(fā)光二極管芯片的圓片級封裝；上述步驟中，熒光粉的涂覆方式為以下三種中的ー種在第三步制備得到玻璃微腔后在球形玻璃微腔6的內(nèi)表面涂覆熒光粉，或在第四步芯片貼裝后將熒光粉涂覆在芯片表面，或在第六步在填充的硅膠中均勻混入熒光粉。熱釋氣劑(4)為碳酸鈣粉末。所述發(fā)光二極管透鏡模具微槽2之間通過微流道21相連通，ニ極管透鏡模具微槽2與微流道21的寬度比大于3 :1，使ニ極管透鏡模具微槽2處于連通的間距控制模具微槽3陣列的環(huán)繞之中，間距控制模具微槽3陣列之間內(nèi)外分別連通。所述發(fā)光二極管透鏡模具微槽2之間通過微流道21相連通，ニ極管透鏡模具微槽2與微流道21的寬度比大于3 :1，間距控制模具微槽3陣列的處于環(huán)繞ニ極管透鏡模具微槽2陣列外部的部分連通。第一步硅圓片刻蝕エ藝為濕法腐蝕，深度為20-100微米。所述硼硅玻璃為Pyrex7740玻璃，所述陽極鍵合的條件為 溫度400°C，電壓600V。第三步中所述退火的エ藝條件為退火溫度范圍在510°C飛60°C中，退火保溫時間為30min，然后緩慢風冷至常溫。第四步中，使用導電銀膠或錫膏將發(fā)光二極管芯片10通過表面組裝技術貼裝在基板9上。根據(jù)權利要求I所述的透鏡焦點可調(diào)的發(fā)光二極管的圓片級封裝方法，其特征在干，第五步中玻璃球腔封裝體5與載有發(fā)光二極管芯片的硅圓片9粘接采用低溫玻璃焊料鍵合或者金屬鍵合或者粘結劑鍵合。實施例3 —種圓片級發(fā)光二極管封裝結構的制備方法，包括以下步驟第一歩， 在娃圓片上刻蝕與發(fā)光二極管陣列相對應的發(fā)光二極管透鏡模具微槽陣列和環(huán)繞發(fā)光二極管透鏡模具槽的間距控制模具微槽陣列，發(fā)光二極管透鏡模具微槽與間距控制模具微槽不連通，在發(fā)光二極管透鏡模具微槽放置適量的熱釋氣劑；刻蝕方法可以采用干法或者濕法刻蝕，可以采用4英寸硅片，熱釋氣劑可以采用碳酸鈣，粉末的稱量以成型所需尺寸的玻璃微腔體積需要的氣體量為準，例如，對于4英寸硅片，寬度為500微米、深度50微米的槽，槽的個數(shù)為500個，需要成型半球玻璃微腔，使用的碳酸鈣的量為10毫克，碳酸鈣可以集中放置在某ー個槽內(nèi)，也可以放置在多個槽內(nèi)，所述發(fā)光二極管透鏡模具微槽之間通過微流道相連通，ニ極管透鏡模具微槽與微流道的寬度比大于3 :1，間距控制模具微槽陣列處于環(huán)繞ニ極管透鏡模具微槽陣列外部的部分連通，第二歩，將刻蝕后的硅圓片和硼硅玻璃圓片在真空中陽極鍵合，形成密封腔體；真空度可采用0. 02Pa的真空，第三步，將上述鍵合好的圓片在空氣中加熱至820°C 950°C，并保溫0. 5 lOmin，熱釋氣劑因受熱分解產(chǎn)生氣體，使對應于發(fā)光二極管透鏡模具微槽的熔融玻璃形成球形玻璃微腔，間距控制模具微槽內(nèi)外的壓カ差使熔融玻璃填入間距控制模具微槽形成間距控制凸起環(huán)，冷卻至常溫(例如25攝氏度)，退火，去除硅得到發(fā)光二極管封裝透鏡陣列；第四步，將發(fā)光二極管芯片貼裝到制備有硅導電通孔及反光杯的基板上；硅導電通孔的位置與發(fā)光二極管的組裝位置相對應，可以在硅上刻蝕微腔，并在其底部制備硅通孔進行互聯(lián)，反光杯可以使用在放置LED芯片的硅腔內(nèi)部濺射鋁形成的反光杯，第五歩，圓片級鍵合將所述圓片級玻璃微腔與基板進行粘結；粘結可以采用環(huán)氧樹脂，也可以采用硅膠進行圓片級粘結，第六步，通過間距控制環(huán)缺ロ向發(fā)光二極管芯片與圓片級玻璃微腔間隙內(nèi)填滿膠，并固化，實現(xiàn)LED的圓片級封裝；膠可以采用折射率匹配的商用硅膠，上述步驟中，熒光粉的涂覆方式為以下三種中的ー種在第三步制備得到玻璃微腔后在球形玻璃微腔的內(nèi)表面涂覆熒光粉，或在第四步芯片貼裝后將熒光粉涂覆在芯片表面，或在第六步在填充的硅膠中均勻混入熒光粉。實施例4 ー種發(fā)光二極管的圓片級玻璃球腔封裝方法，包括以下步驟第一歩，利用Si微加工エ藝在Si圓片(如4英寸晶圓)上用干法刻蝕特定的微槽和微流道圖案，與所封裝LED陣列相對應的圖案a.微槽陣列，微槽之間通過微流道相連通，微槽為圓形，微槽和微流道尺寸比依據(jù)制備需求而調(diào)整；b.間距控制模具微槽；在微槽陣列內(nèi)均勻放置適量的熱釋氣劑(CaCO3);第二步，將帶有圖案和熱釋氣劑的上述Si圓片與Pyrex7740硼硅玻璃圓片在空氣中或者真空中陽極陽極鍵合，使上述微槽和微流道密封，形成密封腔體；第三步，將上述鍵合好的圓片在空氣中加熱至820°C、50°C，并保溫0. 5 lOmin，熱釋氣劑因受熱分解產(chǎn)生氣體在密閉腔體內(nèi)形成的正壓力，使得在熔融玻璃上形成與所述硅微槽相對應的球形玻璃微腔以及連接球形玻璃微腔的圓柱形玻璃微流道；同時間距控制模具微槽上方的玻璃在負壓作用下流至凹槽內(nèi)，形成間距控制凸起環(huán)，熱卻至常溫，退火，用25% TMAH在90°C條件下去除硅得到圓片級玻璃微腔。第四步，將發(fā)光二極管(LED)芯片貼裝到制備有硅導電通孔(TSV)及反光杯的基板上；第五歩，圓片級鍵合將所述圓片級玻璃微腔與基板進行粘結；第六步，通過間距控制環(huán)缺ロ向發(fā)光二極管(LED)芯片與圓片級玻璃微腔間隙內(nèi)填滿膠，并固化，實現(xiàn)LED的圓片級封裝。上述技術方案中，制備所述玻璃封裝體采用正壓熱成型方法在硅圓片上濕法腐蝕形成特定尺寸的微腔陣列，并在微腔內(nèi)放入熱釋氣劑(如碳酸鈣)，將上述硅圓片與Pyrex7740玻璃圓片在真空條件下進行鍵合，使玻璃圓片與上述特定圖案形成密封腔體，將鍵合好的圓片在ー個大氣壓下加熱至820°C 950°C，例如選取為820°C，850°C，900°C，保溫3、min,例如可以選取微4 min, 5 min,6 min,腔內(nèi)外壓カ差使軟化后的玻璃向密封腔體 外吹起形成球腔，冷卻，再在常壓下退火消除應力，去除模具硅，形成與上述微腔圖案結構相對應的背面為微腔、正面為微透鏡的玻璃封裝體。所述鍵合為陽極鍵合，エ藝條件為溫度400°C，電壓600V。第四步中，采用導電銀膠(ablestik公司的Ablebond 84-1LMISR4S，摻銀的導電膠)將LED芯片貼裝在TSV硅基板上，固化條件為固化溫度175°C，固化時間45min。熒光粉的涂覆方式為在第六步填充的硅膠中均勻混入熒光粉。在硅膠(道康寧)均勻混入一定量的熒光粉(YAG:ce3+)，并使用點膠機進行圓片級硅膠注入。為了得到良好的白光 LED,突光粉的濃度分別為 2. Og/cm3，2. 5 g/cm3, 3. 0 g/cm3, 3. 5 g/cm3, 4. 0 g/cm3, 4. 5g/cm3。玻璃封裝體與載有發(fā)光二極管(LED)芯片的硅圓片粘接采用低溫玻璃焊料鍵合或者金屬鍵合或者粘結劑鍵合。所述LED封裝方案可以采用硅通孔技術在硅片的背面進行引線，即在放置硅片的硅腔內(nèi)打孔，然后金屬化，通過通孔將LED上面的電極引至背面；也可以在鍵合面上制造引線電路，將其引出。
權利要求1.ー種圓片級發(fā)光二極管封裝結構，其特征在于，包括硼硅玻璃圓片(5)和和與其粘結的基板(9)，硼硅玻璃圓片(5)的背面形成有球形玻璃微腔￠)陣列，正面形成有間距控制凸起環(huán)(7)，球形玻璃微腔(6)陣列處于間距控制凸起環(huán)(7)的環(huán)繞中，基板(9)上組裝有發(fā)光二極管芯片(8)，并通過導電通孔或者表面引線與外界電連接，發(fā)光二極管芯片(8)處于球形玻璃微腔(6)與基板(9)形成密閉空腔中，該空腔內(nèi)填充有硅膠(10)，熒光粉涂敷于球形玻璃微腔(X)的內(nèi)表面或者處于發(fā)光二極管芯片(8)的表面。
2.根據(jù)權利要求I所述的圓片級發(fā)光二極管封裝結構，其特征在干，間距控制凸起環(huán)(7)設有兩個缺ロ，間距控制凸起環(huán)(7)處于球形玻璃微腔(6)外側(cè)的部分互相連接，處于球形玻璃微腔內(nèi)側(cè)的部分也互相連接，球形玻璃微腔出)陣列中的每個微腔通過由間距控制凸起環(huán)(X)構成的流道相連接。
3.根據(jù)權利要求I所述的圓片級發(fā)光二極管封裝結構，其特征在于，基板(9)與發(fā)光二極管芯片(8)之間通過導電銀膠粘結。
專利摘要本實用新型公開一種圓片級發(fā)光二極管封裝結構，包括硼硅玻璃圓片和和與其粘結的基板，硼硅玻璃圓片的背面形成有球形玻璃微腔陣列，正面形成有間距控制凸起環(huán)，球形玻璃微腔陣列處于間距控制凸起環(huán)的環(huán)繞中，基板上組裝有發(fā)光二極管芯片，并通過導電通孔或者表面引線與外界電連接，發(fā)光二極管芯片處于球形玻璃微腔與基板形成密閉空腔中，該空腔內(nèi)填充有硅膠，熒光粉涂敷于球形玻璃微腔的內(nèi)表面或者處于發(fā)光二極管芯片的表面。該方法可以在圓片級進行，因此方法簡單、成本低。
文檔編號H01L33/62GK202405258SQ20122002766
公開日2012年8月29日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權日2012年1月20日
發(fā)明者呂思遠 申請人:呂思遠