專利名稱：發光二極管的玻璃-硅圓片級板上芯片封裝方法
技術領域：
本發明涉及一種MEMS (微電子機械系統)封裝技術，尤其涉及一種發光二極管的 玻璃-硅圓片級板上芯片(chip on board, COB)封裝方法。
背景技術：
作為照明用途，大功率的白光發光二極管(LED)被科研和企業廣泛關注，由于發光 二極管(LED)為了產生足夠的光強，工作電流要盡量大，而工作電流大給發光二極管(LED) 封裝的散熱問題帶來了嚴峻的挑戰。所以，通過設計白光發光二極管(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光性能。封裝發光二極管(LED)的透鏡對出射光線進行匯聚和光束準直至關重要。環氧樹 脂等透明有機膠備廣泛應用于發光二極管(LED)透鏡的制備，但是用有機膠制作的透鏡透 光性不好，而且性質不穩定，在受熱情況下，工作一定時間會變色，透光性能變得惡劣，同時 有機物防潮性較差。發光二極管(LED)的熒光粉涂覆大多采用在芯片上點膠(混有熒光粉的硅膠)的 方法進行涂覆，這樣熒光粉涂覆的效率很低；而且芯片的封裝，也采用點膠固化的方法，逐 個封裝，并且需要安裝特制的反光杯，用于增加光的出射率。這種單片封裝的方法效率很 低，所以如果能夠進行圓片級的涂覆熒光粉和封裝，減少封裝步驟，將大大提高效率、降低 成本。
發明內容
本發明的目的是提供一種工藝方法簡單、可進行圓片級發光杯制作和熒光粉層涂 覆的發光二極管的圓片級玻璃球腔封裝方法。本發明采用如下技術方案一種發光二極管的圓片級玻璃球腔封裝方法，包括以 下步驟第一步，在Si圓片上刻蝕與所封裝LED陣列相對應的圖案微槽陣列，微槽之間通 過微流道相連通，微槽為方形或圓形，在微槽內放置適量的熱釋氣劑；第二步，將帶有圖案 和熱釋氣劑的上述Si圓片與硼硅玻璃圓片在空氣中或者真空中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 10min，熱釋氣劑因受熱分解產生氣體在密閉腔體內形成的正壓力，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 道對應于微槽的熔融玻璃形成球形玻璃微腔，對應于微流道的玻璃形成圓柱形微流道，熱 卻至常溫，退火，去除硅得到圓片級玻璃微腔；第四步，引線基板的制備在硅圓片上刻蝕 形成特定尺寸的微槽，微槽與玻璃微腔位置相對應；再在硅圓片表面濺射金屬鋁，通過光刻 腐蝕制作金屬引線和LED芯片的反光杯，得到引線基板；第五步，芯片貼裝、引線將發光二 極管芯片貼裝在引線基板的反光杯內相應位置，并引線使得芯片與引線基板相連接；第六步，圓片級鍵合將所述圓片級玻璃微腔與載有LED芯片的基板進行鍵合，形成鍵合圓片； 第七步，通過玻璃微流道向發光二極管(LED)芯片與圓片級玻璃微腔間隙內填充的硅膠， 使得發光二極管芯片處于所述玻璃封裝體中，實現LED的圓片級封裝。上述技術方案中，熱釋氣劑優選為碳酸鈣粉末。所述Si圓片上淺槽的微加工工 藝為濕法腐蝕工藝。所述的Si圓片與Pyrex7740玻璃表面鍵合工藝為陽極鍵合，工藝條 件為溫度400°C，電壓600V。在第三步中，所述熱退火的工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。第三步中去除硅模具圓片 的方法是使用90°C濃度為25%的TMAH進行腐蝕。第五步中，LED芯片是通過導電銀膠或錫 膏與引線Pad區進行貼裝，導電銀膠的固化條件為固化溫度為175°C，固化時間為45min。 表面電極都過金絲球焊進行電極互聯，金絲球焊的溫度為125°C，另外加超聲輔助壓焊。在 第六步中，圓片級玻璃微腔封裝體與載有發光二極管芯片的硅引線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。第七步中，在兩個圓片鍵合后的封裝體上，打磨掉 一個玻璃球腔，作為硅膠的注入口。硅膠通過使用點膠機注入圓片級的腔體中，硅膠通過微 流道流入各個LED封裝腔，這樣就實現了白光LED的圓片級封裝。熒光粉的涂覆方式為以 下三種中的一種在第三步制備得到玻璃微腔后在玻璃微腔表面涂覆熒光粉，或在第五步 芯片貼裝后將熒光粉涂覆在芯片表面，或在第七步在填充的硅膠中均勻混入熒光粉。熒光 粉的涂覆方式為以下三種中的一種在第三步制備得到玻璃微腔后在玻璃微腔表面涂覆熒 光粉，或在第五步芯片貼裝后將熒光粉涂覆在芯片表面，或在第七步在填充的硅膠中均勻 混入熒光粉。本發明獲得如下效果
1.本發明中發光二極管(LED)芯片的封裝結構外層不是環氧樹脂或硅膠，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 溫穩定性以及密封性。這樣使用玻璃透鏡微腔封裝的發光二極管(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，實現了更可靠穩定的大功率發光二 極管(LED)封裝。2.本發明中使用制作出的玻璃透鏡封裝發光二極管(LED)芯片，玻璃透鏡是在 微腔內外壓力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，可以實現光束的準直。3.本發明中在制作引線基板的同時，制作了圓片級的反光杯，濺射的金屬Al作為 反光層。TMAH在硅片上刻微槽的角度為7° (該角度可以根據工藝調整)，制作的反光 杯可以實現良好的光線匯聚作用。同時將基板與反光被一體化制造，大大降低了工藝成本。4.本發明中將LED芯片使用導電銀膠將芯片貼裝在硅片微槽內，這樣在貼裝芯片 的同時，實現了芯片正電極的電學互聯。5.本發明中，由于芯片貼裝在與形成反光杯同時形成了凹槽，貼裝芯片的硅微槽 刻蝕深度為400um 450um，因此芯片底部硅層厚度很小，而且使用了導電銀膠貼裝，該方 法封裝的LED芯片具有很小的熱阻，提供了良好散熱通道，減小芯片發光衰減，提高了芯片 性能，適用于大功率LED的封裝。6.本發明中制作玻璃透鏡微腔采用濕法腐蝕在硅表面加工微槽，工藝過程簡單可靠，成本低廉，可實現玻璃透鏡微腔的圓片級制造。7.本發明中基于傳統MEMS加工工藝，首先在Si片上加工欲成型的微腔和微流道 淺槽結構，特定的區域填充高溫釋氣劑，再用陽極鍵合工藝將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 到各個微腔中，腔內外壓力差使得熔融玻璃形成玻璃球形微腔或玻璃微流道。根據制備微 腔和微流道的要求，調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力接近，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力遠大于微腔，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力很小，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。現有技術刻蝕深寬比較大的深腔需要采用干法工藝，花費大量的時間，通常需要 幾十個小時，工藝成本也較高。高溫釋氣劑通常都有殘留物，由于氣體的運動，少量會粘附 在玻璃管壁上，污染了微腔。本發明的優勢就在于借助高溫釋氣劑來產生高壓，同時又避免 殘留物對MEMS微流道的污染。8.本發明中微腔和微流道的設計采用串聯的方式，即一條微流道將圓片上的所有 玻璃微腔串接在一起，微流道作為混有熒光粉硅膠的導管，依次將熒光粉注入到各個LED 玻璃封裝腔內。本發明中將串聯起來最兩端的玻璃微腔打磨出硅膠注入口，硅膠從一端注 入，從另一點流出，這樣可以完全將封裝玻璃球腔內的空氣趕出，有利于減少LED芯片的光 學界面，提高光學性能。9.本發明中使用點膠機作為熒光粉層硅膠的注入推動器，因為點膠的壓力可調， 可以根據注入過程需要調節注入壓力和注入量。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，可以實現白光LED。通過這種方法實現了 LED的圓片級熒光粉層涂覆，同時實 現了圓片級封裝。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1121左右，根據PV=IiRT和表面張力產生的附加壓強的影響，根據 現有技術，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。而本發明通過引入高溫釋氣劑有效的解決了這一問 題，避免了刻蝕高深寬比的槽所帶來的工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.本發明中使用在硅片上制作Al的方法制備LED貼裝基板，形成了反光杯和電 極引線，工藝步驟簡單，一次性制作了布有引線和反光杯的圓片基板。12.本發明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。13.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的氣體完 全驅除出封裝腔，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。14.本發明中采用的退火工藝可以有效的消除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，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部應力。15.本發明中采用濃度為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、玻璃比為1000 1。16.本發明采用鋁引線將實現芯片上的信號引出，能夠耐受陽極鍵合的高溫GOO 攝氏度)。在密封時，鋁屬于面心立方晶系，質地較軟，容易產生變形，因此能夠存在于玻璃 與硅的鍵合界面之內而不容易發生斷裂，從而起到導電作用。17.本發明制備與Si的熱膨脹系數相當的Pyrex7740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，因此封裝對于發光二極管(LED)的應力的影響很小。18.本發明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圓片級玻 璃球腔封裝體與載有發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(一種含有堿性離子的玻璃，Pyrex是Corning公司的產品品牌) 在真空條件下與刻有微槽(槽內放置熱釋氣劑)的硅片進行鍵合實現密封，加熱熔融制備玻 璃透鏡，由于微腔內釋放出氣體，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。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，熱穩定性很好，不會老化失效，防潮性能優異。由于通過微流道引導混有熒光粉 的硅膠依次注入LED芯片的封裝腔內，實現了白光LED熒光粉層的圓片級涂覆，同時完成了 LED圓片級封裝，相比現有的點膠單片封裝方法，大大提高了效率降低成本。
圖1為硅圓片微槽和微流道(5:1)的俯視圖。圖2為硅圓片微槽和流道熱成型后的橫向截面圖。圖3為硅圓片上刻蝕反光杯微槽陣列的俯視圖。圖4為硅圓片上刻蝕反光杯微槽陣列的截面圖。圖5為濺射光刻金屬Al層制作反光杯和引線的硅圓片基板。圖6為圓片級玻璃微腔封裝發光二極管(LED)芯片的截面示意圖。圖7為圓片級玻璃微腔注入硅膠(均勻混有熒光粉)的截面示意圖。圖8為圓片級玻璃微腔注入硅膠(均勻混有熒光粉)的俯視圖。
具體實施例方式實施例1
一種發光二極管的圓片級玻璃球腔封裝方法，包括以下步驟
第一步，利用Si微加工工藝在Si圓片(譬如4英寸晶圓)上刻蝕特定的微槽和微流道 圖案，與所封裝LED陣列相對應的圖案微槽陣列，微槽之間通過微流道相連通，微槽為方形或圓形，微槽和微流道尺寸比依據制備需求而調整，在微槽內放置適量的熱釋氣劑；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、5(TC，并保溫0. 5 10min，熱釋氣劑因受熱分解產生氣體在密閉腔體 內形成的正壓力，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對應于微槽的熔融玻璃形成球形玻璃微腔，對應于微流 道的玻璃形成圓柱形微流道，熱卻至常溫，退火，去除硅得到圓片級玻璃微腔。LED封裝用 圓片級玻璃微腔的制造方法細節見下面的實施例3 4。第四步，引線基板的制備在硅圓 片上刻蝕形成特定尺寸的微槽，微槽與玻璃微腔位置相對應；再在硅圓片表面濺射金屬鋁， 通過光刻腐蝕制作金屬引線和LED芯片的反光杯，得到引線基板；第五步，芯片貼裝、引線 將發光二極管芯片貼裝在引線基板的反光杯內相應位置，并引線使得芯片與引線基板相連 接；第六步，圓片級鍵合將所述圓片級玻璃微腔與載有LED芯片的基板進行鍵合，形成鍵 合圓片；第七步，通過玻璃微流道向發光二極管(LED)芯片與圓片級玻璃微腔間隙內填充 的硅膠，使得發光二極管芯片處于所述玻璃封裝體中，實現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 鍵合好的圓片在一個大氣壓下加熱至820°C、50°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，腔內外壓力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，工藝條件為溫 度400°C，電壓600V。在第四步中，硅基板上濺射的金屬是Al，使用磁控濺射機，都采用直 流濺射的方法，電流大小為0. 3A，濺射時間為90min。第五步中，采用導電銀膠(ablestik 公司的Ablebond 84-1LMISR4S，摻銀的導電膠)將Led芯片貼裝在反光杯底部的Al pad 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七步填充的 硅膠中均勻混入熒光粉。在硅膠(南京喜力特膠粘劑有限公司生產的久七牌WH-7型有機硅 密封膠)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，熒光粉的濃度分別為2. Og/cm3, 2. 5 g/cm3, 3. 0 g/cm3, 3. 5 g/cm3, 4. 0 g/cm3, 4. 5 g/cm3。玻璃封裝體與載有發光二極管(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。實施例2
一種發光二極管的圓片級玻璃球腔封裝方法，包括以下步驟
第一步，利用Si微加工工藝在Si圓片(譬如4英寸晶圓)上刻蝕濕法與所封裝LED 陣列相對應的圖案微槽陣列(深度為80um)，微槽之間通過微流道相連通，微槽為圓形，在 微槽內放置適量的熱釋氣劑碳酸鈣；
第二步，將上述帶有圖案和熱釋氣劑的Si圓片與Pyrex7740玻璃圓片在真空中陽極鍵 合，使Pyrex7740玻璃與上述微槽和微流道形成密封腔體；
第三步，將上述鍵合好的圓片在空氣中加熱至880°C，保溫lOmin，熱釋氣劑碳酸鈣因 受熱分解產生氣體在密閉腔體內形成的正壓力，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對應于微槽的熔融玻璃形 成球形玻璃微腔，對應于微流道的玻璃形成圓柱形微流道，熱卻至常溫，退火，之后再使用 濃度為25%的TMAH溶液將硅片去除，刻蝕溫度為90 95°C，該溶液不腐蝕Pyrex玻璃，得 到圓片級玻璃封裝腔。
第四步，引線基板的制備利用Si微加工工藝在Si圓片(譬如4英寸晶圓)上刻蝕形 成特定尺寸的微槽，微槽與制作的玻璃微腔相對應，使用的腐蝕溶液為25%的TMAH，刻蝕的 溫度為90 95°C，并且控制刻蝕的時間使刻蝕深度在400um 450um。再在硅圓片上磁控 濺射金屬層Al，濺射的電流大小為0. 3A，濺射時間為90min，然后光刻腐蝕制作金屬引線和 LED芯片反光杯，用于LED的電氣互聯和散熱基；
第五步，芯片貼裝、引線將發光二極管芯片用導電銀膠(ablestik公司的Ablebond 84-1LMISR4S，摻銀的導電膠)貼裝在硅圓片微槽內，使用金絲超聲球焊制作金引線，實現 LED芯片的電學互聯，金絲球焊溫度為125°C。在基板金屬層下要首先氧化一層二氧化硅， 二氧化硅層可以用濕氧化或者干氧化制備，厚度為0. 2-0. 4微米；
第六步，圓片級鍵合封裝將制作好的圓片級玻璃封裝體與載有LED芯片的硅圓片進 行鍵合，采用低溫玻璃焊料(泰州市海陵區鑫之海電子材料廠)鍵合，實現對發光二極管 (LED)芯片的氣密性封裝。或者采用環氧樹脂進行粘結，也可以采用金屬鍵合進行密封。若 采用金屬鍵合，需要在硅圓片和玻璃片上制備底層金屬，然后用常規的低熔點焊料進行粘 結(例如錫合金)；
第七步，使用點膠機在發光二極管(LED)芯片與圓片級玻璃微腔間隙內填充均勻混有 熒光粉(YAG:ce3+)的硅膠(南京喜力特膠粘劑有限公司生產的久七牌WH-7型有機硅密封 膠)，硅膠中熒光粉濃度為3.0 g/cm3。使得發光二極管芯片處于所述玻璃封裝體背面的腔 中，實現LED芯片的圓片級玻璃封裝。上述技術方案中，發光二極管(LED)芯片發射的光線打到熒光粉上就會轉換成白 光，由于玻璃透鏡為凸透鏡，并且在硅基板上集成了反光杯，能夠起到光學匯聚作用，這樣 大大提高了光線的出射率，而且光束匯聚后發射角變小，實現了光束的準直。本方案中采用 了圓片級的封裝、注膠方法，效率高、成本低，而且在LED芯片上集成了反光杯。實施例3
一種LED封裝用圓片級玻璃微腔的制造方法，包括以下步驟 第一步，采用干濕氧結合的方法在單面拋光的硅圓片上氧化5000A的氧化層，拋光面 旋涂AZ P4620光刻膠，曝光顯影去除需要刻蝕微槽表面的光刻膠。利用Si微加工工藝在 Si圓片(譬如4英寸圓片)上刻蝕淺槽，所用硅片可以是標準厚度的硅片，譬如500微米 厚的硅片，刻蝕淺槽采用TMAH濕法刻蝕，水浴90°C加熱2 2. 5小時，刻蝕深度為80 120，此深度可較為容易內置高溫釋氣劑，有可為高溫釋氣劑與圓片之間提供一定的空間， 避免與玻璃接觸產生污染，圖案可以是方形或圓形槽陣列(用于封裝LED芯片陣列)。第二步，在淺槽中放置適量的高溫釋氣劑，例如(可以用粒度較小的化學純(質 量百分比濃度為99%)碳酸鈣，顆粒直徑為5 10微米)，高溫釋氣劑碳酸鈣的用量根據微 槽的尺寸計算其體積，再計算預計玻璃微腔的體積，再根據熱成型時間和高溫釋氣劑的分 解率估算釋氣量計算高溫釋氣劑的用量。如采用熱成型時間5 lOmin，即高溫釋氣劑碳酸 鈣分解時間，即使反應完全，其分解率也只有80% 85%，制備半徑為Imm的微腔，所需內置高溫釋氣劑碳酸鈣15微克左右。第三步，將上述Si圓片與PyreX7740玻璃圓片(一種硼硅玻璃的品牌，美國康 寧-corning公司生產，市場可購得，通常已經經過拋光，其尺寸與Si圓片相同)空氣或者 真空中進行陽極鍵合，工藝條件為溫度400°C，電壓600V。真空鍵合可以在小于IPa的 氣氛下進行鍵合，譬如壓力為 0. 5Pa，0. 2Pa，0. lPa，0. 05Pa,0. 01Pa,0. OOlPa，使 Pyrex7740 玻璃上的上述淺槽形成密封腔體，鍵合表面在鍵合前應該保持高度清潔和極小的表面粗糙 度，以滿足常規鍵合的要求，按照陽極鍵合或其他鍵合的工藝要求進行常規清洗和拋光。第四步，將上述鍵合好的圓片在一個大氣壓下加熱至880°C、9(TC，在該溫度下 保溫ClOmin，碳酸鈣分解溫度為880°C，腔內高溫釋氣劑快速釋放氣體，且此溫度玻璃的 黏度較低，內外產生壓力差而使軟化后的玻璃形成球形玻璃微腔，冷卻到常溫25°C，將上述 圓片置入560°C退火爐中保溫30min，緩慢降溫，在常壓下退火消除應力，該常壓是指一個 大氣壓，用TMAH (10%)在80攝氏度下腐蝕去除硅，得到LED圓片級封裝用球形玻璃微腔。實施例4
一種LED封裝用圓片級玻璃球形微腔的制造方法，包括以下步驟 第一步，采用干濕氧結合的方法在單面拋光的硅圓片上氧化5000A的氧化層，拋光面 旋涂AZ P4620光刻膠，曝光顯影去除需要刻蝕微槽表面的光刻膠。利用Si微加工工藝在4 英寸Si圓片上刻蝕微腔和微流道淺槽，微流道將淺槽連接起來，所用硅片可以是標準厚度 的硅片，厚度為500微米，所述淺槽的深度為60 100微米，微腔為2000微米寬的方形槽， 微流道槽為口徑為50微米的條形槽，槽長5毫米，連接相鄰兩個微腔方形槽，所述Si圓片 上圖案結構的微加工
工藝為濕法腐蝕工藝，所用的腐蝕液為TMAH溶液，濃度為10%，溫度為90攝氏度，刻蝕 時間為1. 5 2. 5h。第二步，在數個微腔淺槽中放置適量的高溫釋氣劑碳酸鈣，可以用粒度較小的化 學純(質量百分比濃度為99%)碳酸鈣，顆粒直徑為5 10微米，根據圓片微腔總體積和成 型溫度下高溫釋氣劑碳酸鈣分解速率為參考，內置碳酸鈣質量為500微克，滿足圓片50個 微腔所需的成型體積。第三步，將上述Si圓片與PyreX7740玻璃圓片(一種硼硅玻璃的品牌，美國康 寧-corning公司生產，市場可購得，通常已經經過拋光，其尺寸與Si圓片相同)在0. 5Pa 下陽極鍵合，使Pyrex7740玻璃上的上述淺槽形成密封腔體，鍵合表面在鍵合前應該保持 高度清潔和極小的表面粗糙度，以滿足常規鍵合的要求，按照陽極鍵合或其他鍵合的工藝 要求進行常規清洗和拋光，所述的陽極鍵合工藝條件為溫度400°C，電壓600V。第四步，將上述鍵合好的圓片在一個大氣壓下加熱至880°C，在該溫度下保溫 lOmin，高溫釋氣劑快速熱分解，氣體擴散至整個密封系統，各微腔內部壓強平衡，壓腔內 外壓力差使軟化后的玻璃形成與上述微腔圖案結構相應的結構，微槽尺寸相同，成型時相 應的玻璃微腔成型是受的表面張力相同，成型的玻璃微腔尺寸基本相同，而微流道尺寸和 微腔尺寸相差40倍，表面張力相差40倍，由于表面張力的影響，相同的內壓，微流道成型 高度將相當低。冷卻到常溫25°C，得到圓片級球形微腔，再將圓片置入退火爐，560°C保溫 30min，然后緩慢風冷至常溫(譬如25°C )。常壓(一個大氣壓)下退火消除應力。第五步，利用劃片機將數個內置高溫釋氣劑的微腔的區域劃去，利用TMAH水浴90°C加熱腐蝕硅圓片，去除玻璃表面的硅，形成圓片級圓片級球形微腔。將所得到的圓片級 的球形玻璃微腔陣列與帶有LED芯片的硅圓片對準，用玻璃焊料進行鍵合，完成圓片級封裝。
權利要求
1.一種發光二極管的玻璃-硅圓片級板上芯片封裝方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步，在Si圓片(1)上刻蝕與所封裝LED陣列相對應的圖案微槽(2)陣列，微槽之間通過微流道(3)相連通，微槽( 為方形或圓形，在微槽內放置適量的熱釋氣劑(4)；第二步，將帶有圖案和熱釋氣劑的上述Si圓片(1)與硼硅玻璃圓片在空氣中或者真空 中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 10min，熱釋 氣劑因受熱分解產生氣體在密閉腔體內形成的正壓力，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(5)以及連接球形玻璃微腔的圓柱形玻璃微流道對應于微槽 (2)的熔融玻璃形成球形玻璃微腔，對應于微流道(3)的玻璃形成圓柱形微流道，熱卻至常 溫，退火，去除硅得到圓片級玻璃微腔；第四步，引線基板的制備在硅圓片(6)上刻蝕形成特定尺寸的微槽(7)，微槽與玻璃 微腔( 位置相對應；再在硅圓片(6)表面濺射金屬鋁，通過光刻腐蝕制作金屬引線(9)和 LED芯片(10)的反光杯(8)，得到引線基板(6)；第五步，芯片貼裝、引線將發光二極管芯片(10)貼裝在引線基板(6)的反光杯(8)內 相應位置，并引線(11)使得芯片與引線基板相連接；第六步，圓片級鍵合將所述圓片級玻璃微腔與載有LED芯片的基板(6)進行鍵合，形 成鍵合圓片(13)；第七步，通過玻璃微流道(16)向發光二極管(LED)芯片與圓片級玻璃微腔間隙內填充 的硅膠(12)，使得發光二極管芯片處于所述玻璃封裝體(5)中，實現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一種在第三步制備得到玻璃微腔后 在玻璃微腔表面涂覆熒光粉，或在第五步芯片貼裝后將熒光粉涂覆在芯片表面，或在第七 步在填充的硅膠中均勻混入熒光粉。
2.根據權利要求1所述的發光二極管的玻璃-硅圓片級板上芯片封裝方法，其特征在 于熱釋氣劑(4)為碳酸鈣粉末。
3.根據權利要求1所述的發光二極管的玻璃-硅圓片級板上芯片封裝方法，其特征在 于制備用于發光二極管封裝的圓片級MEMS玻璃微腔時，微槽( 和微流道C3)的寬度比大 于 5 :1。
4.根據權利要求1所述的發光二極管的玻璃-硅圓片級板上芯片封裝方法，其特征在 于所述第一步Si圓片刻蝕工藝為濕法腐蝕，深度為20-100微米。
5.根據權利要求1所述的發光二極管的玻璃-硅圓片級板上芯片封裝方法，其特征在 于，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。
6.根據權利要求1所述的發光二極管的玻璃-硅圓片級板上芯片封裝方法，其特征在 于，第三步中所述熱退火的工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。
7.根據權利要求1所述的發光二極管的玻璃-硅圓片級板上芯片封裝方法，其特征在 于，濺射的金屬為Al，腐蝕Al使用80 0C的濃磷酸。
8.根據權利要求1所述的發光二極管的玻璃-硅圓片級板上芯片封裝方法，其特征在 于，在第五步中，使用導電銀膠或錫膏將LED芯片(10)通過SMT技術貼裝在Al反光杯(8) 底部上，通過金絲球焊實現電學互聯。
9.根據權利要求1所述的發光二極管的玻璃-硅圓片級板上芯片封裝方法，其特征在 于，第六步中玻璃球腔封裝體( 與載有發光二極管芯片的硅圓片(6)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。
10.根據權利要求1所述的發光二極管的圓片級玻璃球腔封裝方法，其特征在于，第二 步中引線基板上的微槽(7)的深度為400 450um。
11.根據權利要求1或13所述的發光二極管的圓片級玻璃球腔封裝方法，其特征在于， 濺射的金屬Al作為導電引線，在引線基板的反光杯表面的Al層也作為LED芯片的反光杯。
12.根據權利要求1所述的發光二極管的圓片級玻璃球腔封裝方法，其特征在于，第七 步中硅膠的注入過程中，可以將一定量的熒光粉均勻地與硅膠混合，制備成滿足白光要求 濃度的熒光粉層(12)，然后通過點膠機在玻璃球腔(1 通過氣壓將熒光粉硅膠(1 注入 到圓片級的玻璃封裝腔(1 內，另外在另一端球腔(1 通過真空泵施加負壓，在正負壓共 同作用下實現硅膠注入，在氣壓作用下硅膠(12)通過微流道(16)逐漸注入圓片上的其他 玻璃球腔內，實現了白光LED的圓片級封裝。
全文摘要
本發明公開一種利用發光二極管的玻璃-硅圓片級板上芯片(chiponboard，COB)封裝方法，包括以下步驟第一步，刻蝕硅微槽陣列，微槽之間通過微流道相連通，在微槽內放置適量的熱釋氣劑；第二步，將帶有圖案和熱釋氣劑的上述Si圓片與硼硅玻璃圓片在空氣中或者真空中陽極鍵合形成密封腔體；第三步，加熱，并保溫，形成球形玻璃微腔，熱卻至常溫，退火，去除硅得到圓片級玻璃微腔；第四步，引線基板的制備；第五步，芯片貼裝、引線；第六步，圓片級鍵合；第七步，填充硅膠，實現LED的圓片級封裝。該發明集成了圓片級的LED反光杯，降低了熱阻，降低了成本。
文檔編號H01L33/56GK102097545SQ20101055261
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月19日 優先權日2010年11月19日
發明者尚金堂, 張迪, 徐超, 陳波寅 申請人:東南大學