CN102623615A - 可自对准的发光二极管的圆片级封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可自对准的发光二极管的圆片级封装方法，包括以下步骤：在硅圆片上刻蚀对准槽，刻蚀发光二极管透镜模具微槽阵列和环绕发光二极管透镜模具槽的间距控制模具微槽阵列，在发光二极管透镜模具微槽放置适量热释气剂；硅圆片和硼硅玻璃圆片在真空中阳极键合，形成密封腔体；将键合圆片在空气中加热保温，球形玻璃微腔和间距控制凸起环，冷却，退火，去除硅得到发光二极管封装透镜阵列；在基板刻蚀对准槽，将发光二极管芯片贴装基板上；将所述圆片级玻璃微腔与基板进行粘结；通过间距控制环缺口向发光二极管芯片与圆片级玻璃微腔间隙内填满胶，并固化。该方法可以在圆片级上进行，因此方法简单、成本低。

Description

可自对准的发光二极管的圆片级封装方法

技术领域

本发明涉及一种MEMS(微电子机械***)封装技术，尤其涉及一种可以自对准的发光二极管的圆片级封装方法。

背景技术

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，提高发光二极管（LED）的光强和减小散热是需要解决的主要问题。通过设计白光发光二极管（LED）的光学封装结构，可以提高其出光率，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。同时封装透镜结构能够自对准，减小制作的复杂性。

封装发光二极管（LED）的透镜对出射光线进行汇聚和光束准直至关重要。目前大多数LED芯片的透镜是通过点胶以及塑料外罩加工而成。圆片级制备LED封装的透镜可以节约时间，降低制造成本。在LED透镜的光学设计中，LED芯片相对于透镜的位置（光源与透镜焦点的相对位置）对封装后LED芯片的出光至关重要，因此对准工艺是封装光路设计和制造中的一大难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺方法简单、成本低的可实现自对准的发光二极管的圆片级封装方法。

本发明采用如下技术方案：一种可实现自对准的发光二极管的圆片级封装方法，包括以下步骤：

第一步，首先在在硅圆片上刻蚀对准槽；

第二步，在硅圆片上刻蚀与发光二极管阵列相对应的发光二极管透镜模具微槽阵列和控制间距的模具微槽阵列，该微槽环绕在透镜模具槽周围，且两者不连通，透镜模具微槽放置适量的热释气剂； 

第三步，将刻蚀后的硅圆片和硼硅玻璃圆片在真空中阳极键合，形成密封腔体；

第四步，将上述键合好的硅圆片和硼硅玻璃圆片在空气中加热至820℃~950℃，并保温0.5~10分钟，热释气剂受热分解产生气体形成球形玻璃微腔，控制间距的模具微槽内外的压力差使熔融玻璃填入间距控制模具微槽形成间距控制凸起环，冷却至常温，退火，去除硅得到发光二极管封装透镜阵列；

第五步，将制备有硅导电通孔的基板刻蚀对准槽，与第一步的刻蚀采用同一模板；

第六步，将发光二极管芯片贴装到制备有硅导电通孔及反光杯的基板上；

第七步，将所述圆片级玻璃微腔与基板进行粘结；

第八步，通过间距控制环缺口向发光二极管芯片与圆片级玻璃微腔间隙内填满胶，并固化，实现发光二极管芯片的圆片级封装。

 

本发明获得如下效果：

本发明中通过刻蚀形成相互不连通的发光二极管透镜模具微槽、控制间距模具微槽以及对准槽，并选择性的在发光二极管透镜模具微槽中放置高温释气剂，然后在真空中进行阳极健合，使得能够同时利用正压和负压法在同一块玻璃圆片上制备球形玻璃微腔、间距控制凸起环结构和对准槽，从而形成可自对准的圆片级发光二极管的透镜。该方法可以通过本发明中通过在硅原片和基板上分别刻蚀对准槽，可以实现自对准工艺。该方法在制备LED发光二极管的同时实现了自对准，而且可以提高二极管的发光效率。

在MEMS制造技术领域，使用MEMS微加工技术可以在硅片上紧密加工出圆形微槽，然后使用Pyrex7740玻璃（一种含有碱性离子的玻璃，Pyrex是Corning公司的产品品牌）在真空条件下与刻有微槽（槽内放置热释气剂）的硅片进行键合实现密封，加热熔融制备玻璃透镜模具，由于正压作用，微腔内释放出气体，所以玻璃被向腔外吹起，这样就可以制备透光率很好的玻璃透镜模具；同时在负压作用下玻璃流至凹槽内，形成间距控制凸块环。玻璃作为无机材料，对可见光有很高的通过率，热稳定性很好，不会老化失效，防潮性能优异。在串联的凸块环构成的通道引导下，（混有荧光粉的）硅胶依次注入LED芯片的封装腔内，实现了白光LED荧光粉层的圆片级涂覆，同时完成了LED圆片级封装，相比现有的点胶单片封装方法，大大提高了效率降低成本。

附图说明

图1 为硅圆片微槽和微流道的俯视示意图

图2 为硅圆片微槽和流道热成型后的横截面示意图

图3为圆片级玻璃微腔注入硅胶后的横截面示意图。

具体实施方式

实施例1 一种可自对准的发光二极管的圆片级封装方法，包括以下步骤：

第一步，在硅圆片上刻蚀与发光二极管阵列相对应的发光二极管透镜模具微槽阵列和环绕发光二极管透镜模具槽的间距控制模具微槽阵列，发光二极管透镜模具微槽与间距控制模具微槽不连通，在发光二极管透镜模具微槽放置适量的热释气剂；刻蚀方法可以采用干法或者湿法刻蚀，可以采用4英寸硅片，热释气剂可以采用碳酸钙或者氢化钛粉末，粉末的称量以成型所需尺寸的玻璃微腔体积需要的气体量为准；

第二步，将刻蚀后的硅圆片和硼硅玻璃圆片在真空中阳极键合，形成密封腔体；真空度可采用小于1Pa的真空，例如0.01Pa,0.001Pa,0.0001Pa；

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，使对应于发光二极管透镜模具微槽的熔融玻璃形成球形玻璃微腔，间距控制模具微槽内外的压力差使熔融玻璃填入间距控制模具微槽形成间距控制凸起环，冷却至常温(例如25摄氏度)，退火，去除硅，得到发光二极管封装透镜模具阵列；

第四步，将发光二极管芯片贴装到制备有硅导电通孔及反光杯的基板上；硅导电通孔的位置与发光二极管的组装位置相对应，可以在硅上刻蚀微腔，并在其底部制备硅通孔进行互联，可以使用商用反光杯，也可以在硅腔内部溅射铝形成反光杯；

第五步，圆片级键合：将所述圆片级玻璃微腔与基板进行粘结；粘结可以采用环氧树脂，也可以采用硅胶进行圆片级粘结；

第六步，通过间距控制环缺口向发光二极管芯片与圆片级玻璃微腔间隙内填满胶，并固化，实现LED的圆片级封装；胶可以采用折射率匹配的商用硅胶，

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球形玻璃微腔的内表面涂覆荧光粉，或在第四步芯片贴装后将荧光粉涂覆在芯片表面，或在第六步在填充的硅胶中均匀混入荧光粉。

上述技术方案中，热释气剂为碳酸钙粉末。所述发光二极管透镜模具微槽之间通过微流道相连通，二极管透镜模具微槽与微流道的宽度比大于3：1，间距控制模具微槽阵列之间分别连通，使二极管透镜模具微槽处于连通的间距控制模具微槽阵列的环绕之中。所述第一步硅圆片刻蚀工艺为湿法腐蚀，深度为20-100微米。所述硼硅玻璃为Pyrex7740玻璃，所述阳极键合的条件为：温度400℃，电压：600V。第三步中所述退火的工艺条件为：退火温度范围在510℃~560℃中，退火保温时间为30min，然后缓慢风冷至常温。在第四步中，使用导电银胶或锡膏将发光二极管芯片(9)通过SMT技术贴装在基板（10）上。第五步中玻璃球腔封装体(6)与载有发光二极管芯片的硅圆片(10)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。

Claims (1)

1.一种可自对准的发光二极管的圆片级封装方法，其特征在于主要包括以下步骤：

第一步，首先在在硅圆片（1）上刻蚀对准槽（2）；

第二步，在硅圆片（1）上刻蚀与发光二极管阵列相对应的发光二极管透镜模具微槽(3)阵列和控制间距的模具微槽(4)阵列，该微槽(4)环绕在透镜模具槽(3)周围，且两者不连通，透镜模具微槽(3)放置适量的热释气剂（5）； 

第三步，将刻蚀后的硅圆片(1)和硼硅玻璃圆片(6)在真空中阳极键合，形成密封腔体；

第四步，将上述键合好的硅圆片和硼硅玻璃圆片在空气中加热至820℃~950℃，并保温0.5~10分钟，热释气剂受热分解产生气体形成球形玻璃微腔(7)，控制间距的模具微槽(4)内外的压力差使熔融玻璃填入间距控制模具微槽(4)形成间距控制凸起环(8)，冷却至常温，退火，去除硅得到发光二极管封装透镜阵列；

第五步，将制备有硅导电通孔的基板刻蚀对准槽（21），与第一步的刻蚀采用同一模板；

第六步，将发光二极管芯片（9）贴装到制备有硅导电通孔及反光杯的基板（10）上；

第七步，将所述圆片级玻璃微腔与基板(10)进行粘结；

第八步，通过间距控制环缺口(81)向发光二极管芯片与圆片级玻璃微腔间隙内填满胶(11)，并固化，实现发光二极管芯片的圆片级封装；

上述步骤中，在第三步制备得到玻璃微腔后在球形玻璃微腔(7)的内表面涂覆荧光粉。

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