一种全无机紫外LED晶圆级封装方法与流程

本发明属于半导体制造技术相关领域，更具体地，涉及一种全无机紫外led晶圆级封装方法。

背景技术：

相对于汞灯等传统紫外光源，紫外led具有无汞环保、低功耗、波长可控等诸多优势。紫外led根据发光波长不同，又可以分为浅紫外led(＞300nm)和深紫外led(≤300nm)。目前，浅紫外led已在油墨印刷、树脂固化以及检验识别等领域获得了广泛应用，且随着紫外led技术发展，深紫外led将在杀菌消毒、水净化、医疗美容以及生化检测等领域拥有广阔的应用前景。

led封装是实现led由芯片到产品的重要环节，发挥着机械支撑、环境隔离、电互连、散热以及出光的作用，直接决定着紫外led出光效率和可靠性。由于紫外led发光波长短且能量高，传统有机封装材料(硅胶、环氧树脂等)在紫外光辐射下会出现老化和黄化，导致封装材料透过率下降、粘结失效等问题，严重影响紫外led性能和长期可靠性。为此，研究者开始采用玻璃、陶瓷等无机材料来封装紫外led，以避免紫外老化问题。但是，现有的紫外led封装工艺仍是对紫外led芯片分别实施贴片、打线、玻璃盖板键合等工艺，工艺步骤多，工艺集成度低，封装成本高，因此难于满足紫外led现代化封装需求。相应地，有必要开发新型的紫外led晶圆级封装方法，以更好地满足集成化紫外led封装需求，尤其是解决紫外led封装过程中存在的以上技术难题。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种全无机紫外led晶圆级封装方法，其中通过直接在玻璃盖板上制作玻璃腔体，以及利用无机浆料或金属焊料来完成玻璃腔体与散热基板间的可靠键合，实现紫外led全无机密封结构，不仅有效避免有机材料紫外老化所导致的各类问题，提高紫外led长期可靠性，而且利用晶圆级封装工艺提高紫外led封装集成度，降低封装成本。

相应地，按照本发明的一个方面，提供了一种全无机紫外led晶圆级封装方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(i)含玻璃腔体的玻璃盖板制备：选取平面石英玻璃片作为玻璃盖板，通过3d打印技术在玻璃盖板上打印出多个玻璃浆料环，再将该玻璃盖板放置在高温炉中进行烧结，由此在玻璃盖板上形成多个玻璃腔体结构；此外，该玻璃浆料为玻璃粉、陶瓷粉和粘结剂的混合物，组分设定如下：玻璃粉选择玻璃化转变温度低于600℃的低熔点玻璃材料且其掺量为浆料总重量的60％～80％，陶瓷粉选择氧化铝材料且其掺量为浆料总重量的10％～30％，且玻璃粉和陶瓷粉粒径为1～10μm，粘结剂选择为乙基纤维素和松油醇的混合物，且其掺量分别为浆料总重量的1％～5％和5％～30％；

(ii)将无机浆料均匀涂覆于玻璃盖板的玻璃腔体上端，以获得厚度均匀的无机浆料层作为粘结层；

(iii)将多颗紫外led芯片贴装于散热基板的金属层上，完成固晶、打线或共晶过程；

(iv)将玻璃盖板的玻璃腔体上无机浆料层与散热基板对准加压，使得紫外led芯片位于玻璃腔体内，并通过低温固化完成键合，实现紫外led密封结构；

(v)将通过步骤(iv)形成有密封结构的紫外led封装晶圆片进行切割分片，获得全无机紫外led封装产品。

作为进一步优选地，在步骤(ii)中，所述无机浆料材质为铝硅酸盐、磷酸镁、铝酸钙等体系，其固化温度为90～150℃，固化时间为1～3h，且无机浆料层厚度为50～200μm。

按照本发明的另一方面，还提供了另外一种全无机紫外led晶圆级封装方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)含玻璃腔体的玻璃盖板制备：选取平面石英玻璃片作为玻璃盖板，通过丝网印刷技术在玻璃盖板上印刷出多个玻璃浆料环，再将该玻璃盖板放置在高温炉中进行烧结，由此在玻璃盖板上形成多个玻璃腔体结构；此外，该玻璃浆料为玻璃粉、陶瓷粉和粘结剂的混合物，组分设定如下：玻璃粉选择玻璃化转变温度低于600℃的低熔点玻璃材料且其掺量为浆料总重量的60％～80％，陶瓷粉选择氧化铝材料且其掺量为浆料总重量的10％～30％，且玻璃粉和陶瓷粉粒径为1～10μm，粘结剂选择为乙基纤维素和松油醇的混合物，且其掺量分别为浆料总重量的1％～4％和5％～20％；

(b)再在玻璃盖板的玻璃腔体上端形成金属层，以用于与散热基板间的金属焊接；

(c)将多颗紫外led芯片贴装于散热基板上，并在散热基板上芯片四周形成金属层，再在金属层上涂覆焊料或压制焊片作为焊料层；

(d)将玻璃盖板的玻璃腔体上端金属层与散热基板上的焊料层对准加压，使得紫外led芯片位于玻璃腔体内，并通过整体加热或局部加热技术实现焊料层熔化，从而形成紫外led密封结构；

(e)将通过步骤(d)形成有密封结构的紫外led封装晶圆片进行切割分片，获得全无机紫外led封装产品。

作为进一步优选地，在步骤(a)中，所述玻璃浆料环是通过多次丝网印刷实现，每次印刷完成后需在200℃下干燥30min以上。

作为进一步优选地，在步骤(b)中，玻璃腔体上端的金属层是通过涂覆和低温烧结纳米银膏制作而成，烧结温度低于400℃，金属层厚度为5～30μm；

作为进一步优选地，在步骤(c)中，涂覆焊料或焊片为金锡、铜锡、锡银铜等合金材料，焊料层厚度为100～500μm；

作为进一步优选地，在步骤(i)和(a)中，该烧结过程为首先在200～300℃下干燥1～3h，然后升温至500～800℃下保温20～60min，最后在250～350℃下退火30min以上。

作为进一步优选地，在步骤(i)和(a)中，玻璃盖板上制作的玻璃腔体高度为0.5～2mm，其形状为圆形、正方形、长方形等。

按照本发明的又一方面，还提供了相应的全无机紫外led封装产品。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有的各类紫外led封装制造工艺相比，一方面，通过采用全无机材料封装，可很好地满足紫外led长期可靠性要求；另一方面，通过利用晶圆级封装技术，并对其关键工艺条件进行优化，能够实现紫外led晶圆级封装，可显著提高紫外led封装集成度，降低封装成本。

附图说明

图1是按照一个优选实施方式所构建的全无机紫外led晶圆级封装方法的工艺流程图；

图2是按照本发明另一优选实施方式所构建的全无机紫外led晶圆级封装方法的工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

针对传统led封装技术的以上缺陷或改进需求，本发明的主要目的在于提供一种全无机紫外led晶圆级封装方法，以期解决目前紫外led封装存在的有机材料紫外老化、失效等问题，同时显著提高紫外led封装集成度，降低封装成本。

下面给出一些具体实施例，以便更为清楚详细地解释本发明的工艺流程及重要机理和关键工艺条件。

实施例1

请参阅图1，该实施例1提供了一种全无机紫外led晶圆级封装方法，其作为示范可包括以下步骤：

步骤1，首先配制玻璃浆料，将玻璃粉、陶瓷粉和粘结剂混合并充分搅拌，组分设定如下：玻璃粉选择低熔点硼硅酸盐玻璃且其掺量为浆料总重量的70％，陶瓷粉选择氧化铝材料且其掺量为浆料总重量的20％，且玻璃粉和陶瓷粉粒径为5～10μm，粘结剂选择为乙基纤维素和松油醇的混合物，且其掺量分别为浆料总重量的2％和8％；然后选取厚度为0.5mm石英玻璃片作为玻璃盖板11，通过3d打印技术在玻璃盖板11上打印出多个圆形玻璃浆料环，再将该玻璃盖板11放置在高温炉中，首先在250℃下干燥2h，然后升温至700℃下保温30min，最后在300℃下退火1h，由此在玻璃盖板11上形成多个玻璃腔体12，且高度为1mm；

步骤2，将铝硅酸盐无机浆料均匀涂覆于玻璃盖板的玻璃腔体上端，获得厚度均匀的无机浆料层作为粘结层13，厚度为100μm；

步骤3，将陶瓷基板作为散热基板15，利用共晶机将多颗倒装紫外led芯片14共晶键合于散热基板15的相应线路层上；

步骤4，将玻璃盖板11的玻璃腔体12与陶瓷基板上紫外led芯片14一一对应，使得紫外led芯片14位于玻璃腔体12内，并通过粘结层13在100℃温度下固化2h完成键合，实现紫外led密封结构；

步骤5，利用切割机将形成有密封结构的紫外led封装晶圆片进行切割分片，获得全无机紫外led封装产品16。

实施例2

请参阅图2，该实施例2提供了一种全无机紫外led晶圆级封装方法，其作为示范可包括以下步骤：

步骤1，首先配制玻璃浆料，将玻璃粉、陶瓷粉和粘结剂混合并充分搅拌，组分设定如下：玻璃粉选择低熔点硼硅酸盐玻璃且其掺量为浆料总重量的65％，陶瓷粉选择氧化铝材料且其掺量为浆料总重量的20％，且玻璃粉和陶瓷粉粒径为5～10μm，粘结剂选择为乙基纤维素和松油醇的混合物，且其掺量分别为浆料总重量的5％和10％；然后选取厚度为0.5mm石英玻璃片作为玻璃盖板21，通过多次丝网印刷在玻璃盖板21上印刷出正方形玻璃浆料环，每次印刷后在200℃下干燥30min，再将该玻璃盖板21放置在高温炉中，首先在300℃下干燥2h，然后升温至750℃下保温40min，最后在350℃下退火2h，由此在玻璃盖板21上形成多个玻璃腔体22，且高度为0.6mm；

步骤2，再在玻璃盖板21的玻璃腔体22上端涂覆和低温烧结纳米银膏，烧结温度300℃，时间20min，从而形成烧结银层作为焊接用金属层23，厚度为20μm；

步骤3，选用陶瓷基板作为散热基板25，将多颗正装紫外led芯片24通过固晶和打线工艺贴装于散热基板25上，且在散热基板25上芯片四周形成有金属层26，再在金属层26上涂覆金锡焊料作为焊料层27，厚度为200μm；

步骤4，将玻璃盖板21的玻璃腔体22上端金属层23与散热基板25上的焊料层26对准加压，使得紫外led芯片24位于玻璃腔体22内，并通过感应局部加热技术实现焊料层27熔化，从而形成紫外led密封结构；

步骤5，利用切割机将形成有密封结构的紫外led封装晶圆片进行切割分片，获得全无机紫外led封装产品28。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。