一种深紫外LED封装器件及其制备方法与流程

本发明属于深紫外LED封装技术领域，具体涉及一种深紫外LED封装器件及其制备方法。

背景技术：

在紫外线中，波长在200纳米至350纳米的光线被称为深紫外线。而深紫外LED(DUVLED)因其高效、环保、节能、可靠等优势，在照明、杀菌、医疗、印刷、生化检测、高密度的信息储存和保密通讯等领域具有重大的应用价值，这些优势是普通的紫外LED所无法比拟的。

由于深紫外LED的波长较短，能量很强，导致材料性能劣化严重，所以对封装技术和封装材料提出了极高的要求。但是，在传统的深紫外LED封装技术中，由于粘合层等在材质方面存在一定缺陷，导致UV光线极易被粘合层吸收，使得粘合层容易变黄、老化等，进而导致深紫外LED存在发光功率不高、散热性差、可靠性低以及使用寿命短等诸多缺点。

比如，申请号为201420396320.9的中国专利公开了一种深紫外LED器件封装结构，包括陶瓷支架1及设在陶瓷支架1底座固晶位上的深紫外芯片5，深紫外芯片5通过银线6连接至正负电极，陶瓷支架1上通过粘接材料4粘接有石英透镜2，这种封装结构存在如下缺陷：(1)粘接材料容易吸收UV光线而引起自身老化，从而导致LED器件发光功率低、可靠性不高；(2)封装结构比较复杂，制作成本较高，散热性差，而且陶瓷支架和石英透镜采用粘接方式进行连接，可靠性也不是很高。

再比如，申请号为201520585540.0的中国专利公开了一种深紫外COB光源，所述基板上设有凹槽，沿凹槽的顶部边缘设有支承台，所述支承台的高度比基板的表面低形成台阶状结构，所述玻璃盖板的边缘安装在所述支承台上，玻璃盖板的顶面与基板的顶面平齐；所述玻璃盖板上设有压环，所述压环的内侧压在玻璃盖板的外边缘，压环的外侧压在基板的表面。在本专利中，通过设置压环结构将玻璃盖板和基板扣合连接，从而避免了因采用粘接形式而导致粘接剂易发生老化、LED器件可靠性不高等问题，但是其封装结构同样比较复杂，制作成本较高，而且散热性也比较差。

技术实现要素：

本发明为弥补现有技术的不足，一方面提供了一种深紫外LED封装器件，不仅极大地提高了LED发光功率，散热性佳，产品的可靠性及使用寿命得以显著提高，而且封装结构极为简单，有利于降低制备成本。

本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：

一种深紫外LED封装器件，其特征在于：

包括有金属基板、深紫外芯片、光学元件、中间绝缘层和第一金属共晶键合层；

所述金属基板的正极区域和负极区域通过所述中间绝缘层分隔；

所述深紫外芯片固定于所述金属基板上，且所述深紫外芯片与所述金属基板的正极区域、负极区域电连接；

所述光学元件通过所述第一金属共晶键合层固定于所述金属基板上，所述光学元件将所述深紫外芯片完全包裹。

进一步的，还包括有SiO₂绝缘层；所述SiO₂绝缘层覆盖于所述中间绝缘层的内表面。

进一步的，还包括有第二金属共晶键合层；所述深紫外芯片通过所述第二金属共晶键合层固定于所述金属基板上。

进一步的，所述深紫外芯片为垂直芯片；所述第二金属共晶键合层位于所述金属基板的负极区域上；所述垂直芯片通过所述第二共晶金属键合层与所述金属基板的负极区域电连接，所述垂直芯片通过金线与所述金属基板的正极区域电连接。

进一步的，所述深紫外芯片为倒装芯片；所述金属基板的正极区域和负极区域均设有所述第二金属共晶键合层，所述倒装芯片通过所述第二金属共晶键合层与所述金属基板的正极区域、负极区域电连接。

进一步的，所述光学元件的外表面呈多层阶梯式结构，且所述光学元件的外表面设有粗化微结构层。

进一步的，所述金属基板为平面型金属铜片；所述中间绝缘层由SMC材质制成；所述光学元件由无机透明材质制成。

本发明另一个方面对应地提供了一种深紫外LED封装器件的制备方法，其封装工艺简单易行，适合流水线工作，制备效率高，有利于降低制备成本，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将金属基板分割成正极区域和负极区域，按相邻所述金属基板的正负极摆放顺序相反的方式对多个所述金属基板进行阵列排布；

S2：在各所述金属基板的正极区域和负极区域之间填充中间绝缘层；

S3：在各所述金属基板的上表面安装固定深紫外芯片，且使各所述深紫外芯片与对应的所述金属基板的正极区域、负极区域电连接；

S4：选取光学元件，先在各所述金属基板的上表面制作第一金属共晶键合层，然后光学元件通过所述第一金属共晶键合层以共晶键合方式固定于所述金属基板上，且使各所述深紫外芯片均被所述光学元件完全包裹；

S5：切割成单颗LED器件，测试、包装。

进一步的，在所述步骤S2之后、所述步骤S3之前，在所述中间绝缘层的上表面覆盖制作SiO₂绝缘层。

进一步的，在所述步骤S3中，先在各所述金属基板的上表面制作第二金属共晶键合层，然后各所述深紫外芯片通过所述第二金属共晶键合层以共晶键合方式安装固定于所述金属基板上。

相对于现有技术，本发明具有以下有益技术效果：

(1)本发明提供了一种深紫外LED封装器件，包括有金属基板、深紫外芯片、光学元件、中间绝缘层和第一金属共晶键合层。其中，光学元件通过第一金属共晶键合层固定于金属基板上，换言之，在本发明中，光学元件通过共晶键合方式与金属基板连接，取代了采用粘接剂对光学元件、基板进行连接这一传统的固定方式，连接结构更加牢固，而且避免了粘接剂因吸收UV光线而自身发生老化、LED产品发光功率低等问题，从而极大地提高了LED产品的发光性能、可靠性和使用寿命。而且，本发明根据LED支架的结构特征设计了一种全新的封装结构，其不仅整体结构极为简单，制作工艺易行，有利于降低制备成本，而且散热性能极佳，有利于提高LED产品的可靠性和使用寿命。

(2)本发明提供了一种深紫外LED封装器件，还包括有SiO₂绝缘层，其覆盖于中间绝缘层的内表面，从而阻隔了UV光线被中间绝缘层材料吸收，有效地防止了深紫外芯片工作时释放的高能量而引起中间绝缘层材料老化、LED器件发光功率降低等问题，从而提高了LED产品的发光性能、可靠性和使用寿命。

(3)本发明对应提供的一种深紫外LED封装器件制备方法，制备工艺简单易行、成熟，适合流水线工作，因此，本发明在提高深紫外LED封装器件的发光性能、可靠性和使用寿命的同时还可以提高制备效率，非常有利于降低制备成本。

附图说明

图1为实施例1所述的深紫外LED封装器件的一种结构示意图(剖切图)；

图2为实施例2所述的深紫外LED封装器件的一种结构示意图(剖切图)；

图3为实施例1所述的深紫外LED封装器件的一种制备流程的示意图。

附图标记：

1、金属基板；11、金属基板的正极区域；12、金属基板的负极区域；2、深紫外芯片；3、光学元件；31、粗化微结构层；4、SiO₂绝缘层；5、中间绝缘层；6、第一金属共晶键合层；7、第二金属共晶键合层；8、金线。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

本实施例公开了一种深紫外LED封装器件，如图1所示，包括有金属基板1、深紫外芯片2、光学元件3、中间绝缘层5和第一金属共晶键合层6。

其中，金属基板1的正极区域11和负极区域12通过中间绝缘层5分隔；深紫外芯片2固定于金属基板1上，且深紫外芯片2与金属基板1的正极区域11、负极区域12电连接。

其中，光学元件3通过第一金属共晶键合层6固定于金属基板1上，光学元件3将深紫外芯片2完全包裹。换言之，在本发明中，采用金属共晶键合方式将光学元件3和金属基板1组合在一起，替代了传统的粘接方式和机械装配连接方式，从而不仅避免了粘接剂因大量吸收UV光线而导致自身易老化、LED器件发光功率低等问题，而且在提高LED器件的可靠性和使用寿命的基础上还极大地简化了封装结构，有利于提高制备效率，降低制作成本，提高了LED产品的散热性能。

在本发明中，采用金属材料作为基板，其相对于陶瓷或者蓝宝石基板而言，金属共晶键合的工艺更加简单，有利于提高封装效率。

在传统的深紫外LED封装技术中，因中间绝缘层等在材质方面也存在一定缺陷，导致UV光线极易被中间绝缘层吸收，使得中间绝缘层材料容易变黄、老化等，从而导致深紫外LED的发光功率不高、可靠性低、使用寿命短等。因此，在本实施例中，所述的深紫外LED封装器件还包括有SiO₂绝缘层4，如图1所示，SiO₂绝缘层4覆盖于中间绝缘层5的内表面，极大地提高了深紫外LED器件封装的气密性。基于该结构设计，SiO₂绝缘层4阻隔了大量短波型的UV光线直接被中间绝缘层5吸收，不仅极大地提高深紫外LED的出光效率，而且降低了中间绝缘层5的材料老化速度，使得LED产品的可靠性和使用寿命得以显著提高。

具体的，本实施例所述的深紫外LED封装器件还包括有第二金属共晶键合层7，深紫外芯片2通过第二金属共晶键合层7固定于金属基板1上。相对于传统的粘接方式而言，共晶键合的连接结构更加牢固，有利于提高产品的可靠性和使用寿命。

更具体的，在本实施例中，如图1所示，深紫外芯片2为垂直芯片，第二金属共晶键合层7仅位于金属基板1的负极区域12上；深紫外芯片2(具体为垂直芯片)通过第二共晶金属键合层7与金属基板1的负极区域12电连接，深紫外芯片2(具体为垂直芯片)通过金线8与金属基板1的正极区域11电连接。

当然，在本发明中，第二金属共晶键合层7也可以仅位于金属基板1的正极区域11上；深紫外芯片2(具体为垂直芯片)通过第二共晶金属键合层7与金属基板1的正极区域11电连接，深紫外芯片2通过金线8与金属基板1的负极区域12电连接。换言之，类似的简单变换均属于本发明的等效保护范围。

在本实施例中，如图1所示，光学元件3的外表面呈多层阶梯式结构，则光学元件3的折射率以台阶式逐渐降低，减少了深紫外光的全内反射损失、P型电极的吸收等，从而提高了深紫外LED的出光效率。而且，在本实施例中，如图1所示，光学元件3的外表面设有粗化微结构层31，有利于提高光的提取效率。

在本实施例中，如图1所示，金属基板1为平面型金属铜片。平面型金属铜片相对于传统的凹槽型封装支架而言，结构更为简单，更加容易加工和封装，有利于提高产品的制备效率，而且平面型金属铜片的散热效果好，导电系数高。此外，铜片常作为LED封装的载体，原材料成本较低，有利于降低整个LED产品的制作成本。

在本实施例中，中间绝缘层5由SMC材质制成，从而不仅保证金属基板1的正负极之间的电绝缘性能较为优异，而且保证LED产品具有良好的机械性能、热稳定性以及耐化学防腐性。

在本实施例中，光学元件3由无机透明材质制成，有效地增强了光学元件3的抗UV光的能力。

此外，在本实施例中，金属基板1的两端分别焊接一个金属端子作为引接线，以连接外部电源，为深紫外芯片2提供电能。

对应的，本实施例公开了深紫外LED封装器件的一种制备方法，该制备方法的工艺流程如图3所示，其包括以下步骤：

S1：将金属基板1分割成正极区域11和负极区域12，按相邻金属基板1的正负极摆放顺序相反的方式对多个金属基板1进行阵列排布；

在上述步骤S1中，可以通过电镀工艺将各金属基板1分割成正极区域11和负极区域12，易于操作，有利于提高制备效率。当然，金属基板1也可以使用传统的金属加工方式进行分割。

S2：在各金属基板1的正极区域11和负极区域12之间填充中间绝缘层5。

通过上述步骤S2，金属基板1的正极区域11和负极区域12之间被中间绝缘层5(通常为SMC材料)填充，有效地保证了金属基板1的正极区域11和负极区域12之间良好的绝缘性能。

S3：在各金属基板1的上表面安装固定深紫外芯片2，且使各深紫外芯片2与对应的金属基板1的正极区域11、负极区域12电连接。

S4：选取光学元件3，先在各金属基板1的上表面制作第一金属共晶键合层6，然后光学元件3通过第一金属共晶键合层6以共晶键合方式固定于金属基板1上，且使各深紫外芯片2均被光学元件3完全包裹。

S5：切割成单颗LED器件，测试、包装。

其中，在步骤S2之后、步骤S3之前，在中间绝缘层5的上表面覆盖制作SiO₂绝缘层4(SiO₂绝缘层4可制作成一薄层)，具体而言，SiO₂绝缘层4通过气相沉积方法沉积于中间绝缘层5的上表面。因此，中间绝缘层5的上表面生长有一薄状的SiO₂绝缘层4，有效地降低了中间绝缘层5(通常为SMC材料)在短波作用下的老化速度，提高了产品的可靠性和使用寿命。此外，气相沉积工艺比较成熟，易于操作，有利于提高LED产品的制备效率。

其中，在步骤S3中，先在各金属基板1的上表面制作第二金属共晶键合层7，然后各深紫外芯片2通过第二金属共晶键合层7以共晶键合方式安装固定于金属基板1上。此外，可以采用图形沉底方式制作垂直芯片，以提高出光效率。

具体的，深紫外芯片2为垂直芯片，第二金属共晶键合层7仅位于金属基板1的负极区域12上；深紫外芯片2(具体为垂直芯片)通过第二共晶金属键合层7与金属基板1的负极区域12电连接，深紫外芯片2(具体为垂直芯片)通过金线8与金属基板1的正极区域11电连接。

换言之，深紫外芯片2(具体为垂直芯片)和金属基板1的负极区域12之间通过金属共晶键合工艺实现电连接，具体有以下方式：

(1)Au-Sn共晶：Au-Sn点助焊剂，约310℃回流焊接；

(2)Au-Au共晶：热超声共晶键合；

(3)Sn-Ag-Cu锡膏回流焊接(约260℃)。

即：在本实施例中，深紫外芯片2(具体为垂直芯片)和金属基板1的负极区域12之间不再采用传统的金线或者合金线的电连接方式，不仅降低了封装成本，而且提高了产品的可靠性。

在本发明中，深紫外芯片2与金属基板1以共晶键合方式进行连接固定，其相对于传统的粘接方式而言，连接结构更加牢固，从而有效地提高了产品的可靠性和使用寿命。

其中，在步骤S4中，光学元件3与金属基板1组合之前，预先采用湿法腐蚀工艺对光学元件3的外表面进行粗化，以形成更易于出光的粗化微结构层31。湿法腐蚀工艺成熟、易行，制备效率高。

实施例2

本实施例公开了另一种深紫外LED封装器件，在结构上，其与实施例1所述的深紫外LED封装器件的差异在于：

如图2所示，深紫外芯片2为倒装芯片，金属基板1的正极区域11和负极区域12均设有第二金属共晶键合层7，深紫外芯片2(具体为倒装芯片)通过第二金属共晶键合层7与金属基板1的正极区域11、负极区域12电连接。

对于深紫外LED封装器件的制备方法，本实施例与实施例1的差异在于：

在步骤S4中，深紫外芯片2选择倒装芯片，金属基板1的正极区域11和负极区域12均制作第二金属共晶键合层7；深紫外芯片2(具体为倒装芯片)通过第二金属共晶键合层7与金属基板1的正极区域11、负极区域12电连接。

换言之，深紫外芯片2(具体为倒装芯片)和金属基板1的正极区域11、负极区域12均通过金属共晶键合工艺实现电连接，具体有以下方式：

(1)Au-Sn共晶：Au-Sn点助焊剂，约310℃回流焊接；

(2)Au-Au共晶：热超声共晶键合；

(3)Sn-Ag-Cu锡膏回流焊接(约260℃)。

即：在本实施例中，深紫外芯片2(具体为倒装芯片)和金属基板1的正极区域11、负极区域12之间均不再采用传统的金线或者合金线的电连接方式，不仅操作方便，封装成本得以降低，而且深紫外芯片2和金属基板1之间的连接结构更为牢固，产品的可靠性更高。

本实施例所述的深紫外LED封装器件的其它结构形式和制备方法，与实施例1完全相同，在此不再赘述。

本发明所述一种深紫外LED封装器件及其制备方法的其它内容参见现有技术。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。