一种LED灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备的制作方法

本发明涉及led封装
技术领域：
，尤其涉及一种led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备。
背景技术：
：用于miniled或microled等新型显示技术的led灯珠需要进行严格的封装处理，保证其在工作状态下不受水汽侵蚀而产生失效。目前通行的做法是将led芯片b6放置在led灯杯b1中，如图1所示，通过绑定用导电铜线b4将led芯片b6与预先埋置在led灯杯b1内的电极引脚b2相连，之后再在灯杯b1中填充注入环氧树脂胶b3，将led芯片封装在灯杯b2中，避免外界环境对芯片的影响。然而，环氧树脂或其他树脂封装胶对于水汽的阻隔效果不佳，在室外长时间放置，由于水汽逐渐侵蚀，叠加led灯珠在工作中会不停地开关，导致导电铜线在电流脉冲过程中加速老化，形成产品失效。led厂商为了提高灯珠的水汽阻隔性能，进一步提出在填充封装胶后，通过沉积一层几百纳米的无机薄膜b5，如氧化硅，进一步降低水汽渗透速率，如图2所示。这种沉积方式一般采用溅射沉积，但是其膜层不够致密和均匀，容易出现裂缝、针孔等不良。led厂商为了提高灯珠的水汽阻隔性能，在填充封装胶后，通过沉积一层几百纳米的无机薄膜b5，如氧化硅，进一步降低水汽渗透速率。这种沉积方式一般采用溅射沉积，但是其膜层不够致密和均匀，容易出现裂缝、针孔等不良。业界尝试在填充封装胶前进行无机薄膜的沉积，但因为灯杯内部的结构复杂，传统溅射无法形成全面覆盖，且对于铜线的保护仅限于有限的部位，其背面无法沉积上无机薄膜b5。因此化学气相沉积方式，尤其是具有非常优异覆盖率的原子层沉积成为了首选。图3和图4分别展示使用化学气相沉积在灯杯内部和灯杯外部做无机薄膜封装的结构。经过行业的验证，采用化学气相沉积方法相比溅射方法能够更加有效地保护led不受水汽侵蚀，是一种非常好的封装手段。尽管采用化学气相沉积能够有效地保护led不受水汽侵蚀，提升led灯珠的寿命，但传统的化学气相沉积，沉积速度非常慢，直接影响led行业的量产，如何提升沉积速度是led封装所要克服的一个难题。在化学气相沉积领域，原子层沉积(atomiclayerdeposition，ald)技术，是一种基于顺序性的、表面自饱和反应的化学气相薄膜沉积技术。其与传统的化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)技术相比，ald具有膜层致密、均匀度高、台阶覆盖率高等优势。但由于ald沉积速率较慢，极大地限制了其在工业领域的应用。空间原子层沉积(spatialald，sald)技术是为了提升沉积速率而出现的一种新型ald技术。相较于普通ald以时间顺序进行反应循环，sald以空间位置顺序进行反应循环，不同前驱体在相互隔绝的不同位置连续通入，使得a、b两个半反应在反应室的不同位置连续交替进行。sald的沉积时间取决于基板通过不同反应位置所需的时间，其远远低于完成传统ald反应循环所需的累计时间。这种以空间换时间的方式能够大幅提升沉积速率。在sald领域，芬兰beneq公司、江苏微导、美国应用材料公司、日本毅力科创、台积电等厂商已经开发出了相应的工业级产品。尽管这些公司的产品已经能够大幅提升生产效率，比如在生产效率最快的太阳能电池应用领域，江苏微导的sald薄膜沉积系统宣称可以每小时完成4000片太阳能硅片的10nm氧化铝沉积。然而，对于led封装而言，其沉积速率仍然达不到量产性的要求(每小时至少在4000颗led上沉积100nm以上的氧化铝保护层)。现有公开资料中未见到能够针对led处理如此高通量样品的量产化sald设备。因此，研发一种led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备，用于解决上述至少一种技术问题成为一种必需。技术实现要素：本发明的目的是提供一种结构简单，可提升有效led封装时沉积速度的led灯珠薄膜封装效率的空间原子层沉积设备。本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：本发明提供一种led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备，包括：沉积功能腔室，其内设置有多层沉积单元，每层沉积单元内分别沿其中心向外设置有若干隔断，若干所述隔断将所述沉积功能腔室分隔成若干功能腔室，每个所述功能腔室的外侧分别设有气体注入口/真空抽气口，每层所述沉积单元上分别设置有气动真空闸门；旋转轴，设置于所述沉积功能腔室的中心；旋转电机，设置于所述沉积功能腔室的顶部或底部，用于驱动所述旋转轴旋转；多个托盘单元，分别设置于多层所述沉积单元中，每个所述托盘单元的中心分别与所述旋转轴相连。进一步的，所述旋转轴上套设有多个支撑环，每层所述沉积单元的中心区域分别与所述支撑环的外围相连。进一步的，所述隔断的一端与所述沉积功能腔室的内侧壁固定连接，另一端分别与所述支撑环固定连接；当所述旋转轴旋转时，所述支撑环保持静止，与所述支撑环连接的隔断也保持静止进一步的，所述托盘单元包括若干个连接杆以及分别与所述连接杆相连的托盘，所述连接杆的内端分别与所述旋转轴固定连接。进一步的，所述托盘单元的最高点与其上方所述隔断底沿之间的距离为1-5cm，所述连接杆的最低点与其下方所述隔断的顶沿之间的距离为1-5cm。进一步的，所述托盘为圆形或者扇形或者正方形或者长方形或者椭圆形。进一步的，所述气体注入口/真空抽气口呈扁长方体或圆柱体或者椭圆柱体，其一端与功能腔室连通，另一端设置有若干密布的进气孔和抽气孔，所述进气孔的孔径小于所述抽气孔的孔径。进一步的，所述气体注入口/真空抽气口位于每层所述沉积单元的下部，所述气体注入口/真空抽气口高于其所在沉积单元中隔断的下沿0-20cm。进一步的，所述led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备还包括设置于所述沉积功能腔室一侧的样品装载转运功能腔室，所述样品装载转运功能腔室的内部设置有机械手。进一步的，每层所述沉积单元的高度为5-30cm；所述样品装载转运功能腔室上设置有气动真空门和控制面板。本发明的特点及优点是：可实现高通量led灯珠样品的氧化铝薄膜沉积，其处理能力效率超过目前使用的溅射沉积方式20％以上；相较于溅射或普通cvd，本设备能够对led铜线进行全方位的保护，大幅减少失效情况；可有效提升led封装时沉积速度的led灯珠薄膜封装效率。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为
背景技术：
的led灯珠结构示意图；图2为
背景技术：
中在封装胶上方通过溅射沉积无机阻隔层的led灯珠结构示意图；图3为
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中使用化学气相沉积在led灯杯内部沉积无机薄膜的led灯珠结构示意图；图4为
背景技术：
中使用化学气相沉积在led灯杯内部和外部沉积无机薄膜的led灯珠结构示意图；图5为本发明的led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备的示意图；图6为本发明的led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备的俯视图；图7为本发明的led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备的托盘单元的示意图；图8为本发明的led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备另一实施例的托盘单元的示意图；图9为本发明另一实施例的led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备的示意图；图10为本发明的led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备的气体注入口/真空抽气口的示意图；图11为本发明的led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备的样品装载转运功能腔室的内部结构示意图；附图标号说明：灯杯b1，电极引脚b2，环氧树脂胶b3，铜线b4，无机薄膜b5，样品装载转运功能腔室100，气动真空门101，控制面板102，机械手103，气动真空闸门104，样品架105，沉积功能腔室200，旋转轴201，反应功能腔室202，真空功能腔室203，惰性气体功能腔室204，反应功能腔室205，隔断206，托盘207，连接杆208，气体注入口/真空抽气口209，支撑环210，旋转电机211。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。实施例一：如图5至8所示，本发明提供了一种led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备，包括：沉积功能腔室200、旋转轴201、旋转电机211以及多个托盘单元；所述沉积功能腔室200内设置有多层沉积单元，每层沉积单元内分别沿其中心向外设置有若干隔断206，若干所述隔断206将所述沉积功能腔室200分隔成若干功能腔室，每个所述功能腔室的外侧分别设有气体注入口/真空抽气口209，每层所述沉积单元上分别设置有气动真空闸门104；所述旋转轴201设置于所述沉积功能腔室200的中心；所述旋转电机211设置于所述沉积功能腔室200的顶部或底部，用于驱动所述旋转轴201旋转；多个所述托盘单元分别设置于多层所述沉积单元中，每个所述托盘单元的中心分别与所述旋转轴201相连。沉积功能腔室200的中心是旋转轴201，以旋转轴201为中心，向该led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备外壁延伸出若干所述隔断206，每两个隔断206之间形成若干功能腔室，可以包括反应物a的反应功能腔室202、真空功能腔室203、惰性气体功能腔室204、反应物b的反应功能腔室205，或者更多功能腔室，当样品在各个功能腔室旋转一圈后，就完成了一个原子层沉积循环。作为本发明的优选实施例，所述旋转轴201上套设有多个支撑环210，每层所述沉积单元的中心区域分别与所述支撑环210的外围相连，每层所述沉积单元的中心线与所述支撑环210的中心线重合。当旋转电机211带动旋转轴201转动时，支撑环210保持静止，所述支撑环210工作方式类似轴承。具体的，所述隔断206的一端与所述沉积功能腔室203的内侧壁固定连接，另一端分别与所述支撑环210固定连接。实施例二：结合图9及图10所示，在本实施例中，所述托盘单元包括若干个连接杆208以及分别与所述连接杆208相连的托盘207，所述连接杆208的内端分别与所述旋转轴201固定连接。连接杆208的一端固定在旋转轴201上，按与旋转轴相同的角速度旋转。另一端沿设备半径方向延伸出去，且与托盘207相连。托盘207位于隔断206下沿下方一定距离。所述托盘单元的最高点与其上方所述隔断206底沿之间的距离为1-5cm，所述连接杆的最低点与其下方所述隔断206的顶沿之间的距离为1-5cm。所述托盘207为圆形或者扇形或者正方形或者长方形或者椭圆形。所述托盘207由连接杆与旋转轴201相连。托盘207的形状可以是圆形、扇形、正方形、长方形或其他形状，优选圆形和扇形。当所述旋转轴201转动时，所述托盘207按相同的角速度随之转动。图3中展示了8个托盘，一般技术人员可根据沉积功能腔室200的面积和托盘207的大小来确定托盘的数量。不过，一般优选偶数个托盘，且呈对称分布。所述气体注入口/真空抽气口209呈扁长方体或圆柱体或者椭圆柱体，其一端与功能腔室连通，另一端设置有若干密布的进气孔和抽气孔，所述进气孔的孔径小于所述抽气孔的孔径。气体注入口/真空抽气口209在不同功能腔室的数量可根据需要改变，优选地，在反应物a的反应功能腔室202中放置一个气体注入口、真空功能腔室203中放置两个真空抽气口、惰性气体功能腔室204中放置两个气体注入口、反应物b的反应功能腔室205中放置一个气体注入口。所述气体注入口/真空抽气口209位于每层所述沉积单元的下部，所述气体注入口/真空抽气口209高于其所在沉积单元中隔断206的下沿0-20cm。气体注入口/真空抽气口209应当不低于隔断206的下沿，以避免气体从所述隔断206之间的空隙(所述托盘207及所述连接杆208的旋转通道)进入临近功能腔室。气体注入功能腔室后，被所述隔断206限制在本气体反应区域。实施例三：结合图11所示，在本实施例中，所述led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备还包括设置于所述沉积功能腔室200一侧的样品装载转运功能腔室100，所述样品装载转运功能腔室100的内部设置有机械手103。每层所述沉积单元与所述样品装载转运功能腔室100相连的一侧分别设置有所述气动真空闸门104，所述样品装载转运功能腔室100上设置有气动真空门101和控制面板102，所述样品装载转运功能腔室100中还设置有样品架105。气动真空门101在放入样品时开启，放入样品后关闭，具有较好的密封性，能保持内部一定真空度。控制面板102是控制整个沉积系统操作流程的人机交互界面。在沉积功能腔室的顶部可以看到旋转电机211，其带动沉积功能腔室200内部的旋转轴201围绕轴心旋转。该样品装载转运功能腔室100分为三大部分，由左至右分别为样品装载转运功能腔室100、搬运机械手室、沉积功能腔室200中的真空功能腔室203。各部分之间由气动真空闸门104作为连接通道，在不做样品搬运的时候，气动真空闸门104关闭，各个部分相互独立，保持各自所需的真空度状态；在搬运过程中，气动真空闸门104按需开启，以便样品进出。这里通过描述样品装载步骤来对样品装载转运功能腔室100的工作做简要说明：a、气动真空门101打开，操作员将载有多层样品的样品架105放置在样品装载转运功能腔室100，此时样品装载转运功能腔室100的内侧气动真空闸门104；处于关闭状态，避免外界环境污染功能腔室；b、气动真空门101关闭，样品装载转运功能腔室抽真空至10-2pa后再通过注入氮气使其与搬运机械手室、真空功能腔室的真空度一致；c、样品装载转运功能腔室100的内部气动真空闸门104打开，机械手103取出一片放有样品的衬底至搬运机械手室等待，样品装载转运功能腔室100的内部气动真空闸门104关闭；d、真空功能腔室203的第一层气动真空闸门104打开，机械手103将该样品衬底送至托盘上方后落下，样品衬底被装载进入托盘单元的托盘207上，机械手103从托盘207下的凹槽抽出，归位至搬运机械手室，真空功能腔室203的第一层气动真空闸门104关闭。e、重复步骤c、d，机械手103通过升降，将样品衬底送入不同层的托盘单元。完成一列托盘的装载后，旋转轴201转动一定角度，将下一列空托盘移至待装载位置。重复步骤c、d、e。重复步骤c、d、e、f，完成所有托盘的装载。本发明提出的led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备结构简单，装配和调试流程如下：a、完成空间原子层沉积功能腔室200的外壳制作并预留各种接口，如气体注入和真空抽气接口、旋转轴接口、电气控制接口等；b、将旋转轴201装配于空间原子层沉积功能腔室200的轴心，加装旋转电机211后进行旋转调试；c、在空间原子层沉积功能腔室200的最内部，由上至下依次装配重复的单元结构：将隔板206一端固定在外壁的装配接口上，另一端固定在旋转轴201上的轴承接口210上；将气体注入口/真空抽气口209与外壁上的预留接口相接；将连接杆208的一端固定在旋转轴201上，另一端与样品托盘207相接；重复至整列结构完成；d、由空间原子层沉积功能腔室200的内部向外，重复第三步，完成不同功能腔室的装配，并整体调试旋转轴的工作状况e、完成样品装载转运功能腔室100的框架结构，进行转运机械手、各个气动阀门、样品架的装配；f、完成设备控制系统的装配与调试；g、完成各真空/气路的调试；h、完成整体设备的综合调试；i、薄膜沉积工艺调试j、结束。样品衬底的取出也是通过样品装载转运功能腔室100进行，其过程与放入的顺序相反，一般工程人员从上述描述中即可了解取出的各个步骤，在此不再赘述。本发明提出的led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备，可实现高通量led灯珠样品的氧化铝薄膜沉积，其处理能力超过目前使用的溅射沉积方式，具体见对比实施例一至五。相较于溅射或普通cvd，本设备能够对led铜线进行全方位的保护，大幅减少失效情况；设备结构简单，可扩展性强。对比实施例一：目前溅射沉积方式采用某广东厂商供应的溅射薄膜沉积设备，该设备尺寸为2*1.5*1.5米(h*w*l)，采用三个样品柱结构，每个样品柱最多可挂载60个样品托盘，每个托盘上放置30颗led灯珠，即一次可处理约5400颗led灯珠。利用该设备沉积100纳米氧化硅，沉积前抽真空需1小时，沉积100nm氧化硅的过程需1小时，即整体处理效率为5400颗/2小时。以一个工作日8小时工作时长计算，每天能够产出21600颗封装后的led灯珠。对比实施例二：采用本发明提出的led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备，设备尺寸为2*1.5*1.5米(h*w*l)，沉积功能腔室直径约1.2米，功能腔室按图2设置，每旋转一圈完成一个沉积循环。设置每层单元结构高度为20cm，则可放置10层单元结构。每层单元结构中共设置8个样品托盘，且按图3排列，定义每个样品托盘直径30cm，可放置至少50颗led灯珠。则该设备一次性共可放置4000个灯珠。设置旋转轴的转速为20rpm，则每分钟可完成20个沉积循环，每个沉积循环完成0.16nm的氧化铝沉积，则每分钟完成3.2nm沉积。100nm的膜厚共需要约32分钟沉积时间，加上沉积前抽真空等准备工作约1小时，该设备的整体处理效率为4000颗/1.5小时。以一个工作日8小时工作时长计算，每天能够产出约20000颗封装后的led灯珠。对比实施例三：采用本发明提出的led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备，设备尺寸为2*1.5*1.5米(h*w*l)，沉积功能腔室直径约1.2米，功能腔室设置16个，即每旋转1圈完成2个沉积循环。设置图5中每层单元结构高度为10cm，则可放置20层单元结构。每层单元结构中共设置8个样品托盘，且按图3排列，定义每个样品托盘直径30cm，可放置至少50颗led灯珠。则该设备一次性共可放置8000个灯珠。设置旋转轴的转速为20rpm，则每分钟可完成40个沉积循环，每个沉积循环完成0.16nm的氧化铝沉积，则每分钟完成6.4nm沉积。100nm的膜厚共需要约16分钟沉积时间，加上沉积前抽真空等准备工作约1小时，该设备的整体处理效率为8000颗/1.25小时。以一个工作日8小时工作时长计算，每天能够产出约48000颗封装后的led灯珠。对比实施例四：采用本发明提出的led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备，设备尺寸为2*2*2米(h*w*l)，沉积功能腔室200直径约1.8米，功能腔室设置16个，即每旋转1圈完成2个沉积循环。设置图5中每层单元结构高度为20cm，则可放置10层单元结构。每层单元结构中共设置8个样品托盘，且按图3排列，定义每个样品托盘直径50cm，可放置至少200颗led灯珠。则该设备一次性共可放置16000个灯珠。设置旋转轴的转速为10rpm，则每分钟可完成20个沉积循环，每个沉积循环完成0.16nm的氧化铝沉积，则每分钟完成3.2nm沉积。100nm的膜厚共需要约32分钟沉积时间，加上沉积前抽真空等准备工作约1小时，该设备的整体处理效率为16000颗/1.5小时。以一个工作日8小时工作时长计算，每天能够产出约80000颗封装后的led灯珠。对比实施例五：采用本发明提出的led灯珠薄膜封装的空间原子层沉积设备，设备尺寸为3*2*2米(h*w*l)，沉积功能腔室200直径约1.8米，功能腔室设置16个，即每旋转1圈完成2个沉积循环。设置图5中每层单元结构高度为15cm，则可放置20层单元结构。每层单元结构中共设置8个样品托盘，且按图4排列，定义每个样品托盘为扇形，可放置至少200颗led灯珠。则该设备一次性共可放置32000个灯珠。设置旋转轴的转速为10rpm，则每分钟可完成20个沉积循环，每个沉积循环完成0.16nm的氧化铝沉积，则每分钟完成3.2nm沉积。100nm的膜厚共需要约32分钟沉积时间，加上沉积前抽真空等准备工作约1小时，该设备的整体处理效率为32000颗/1.5小时。以一个工作日8小时工作时长计算，每天能够产出约160000颗封装后的led灯珠。序号技术名称沉积速率对比实施例一溅射沉积v＝21600颗/天对比实施例二本发明提出的空间aldv＝20000颗/天对比实施例三本发明提出的空间aldv＝48000颗/天对比实施例四本发明提出的空间aldv＝80000颗/天对比实施例五本发明提出的空间aldv＝160000颗/天在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。当前第1页12