一种紫外LED封装结构及其制备方法与流程

本发明涉及一种半导体封装技术领域，具体涉及一种紫外led封装结构及其制备方法。

背景技术：

为了保护全球生态环境，原来占据主要市场的汞灯紫外光源将逐渐退出历史舞台，取而代之的是环保节能的紫外led固态光源，这对于紫外led产业是一个重要历史发展契机。紫外led，主要指发光波长短于410nm的一类发光led的统称，根据其发光波长，可以分为3类：(1)近紫外(uva)：410-320nm，(2)中紫外(uvb)：320-280nm，(3)深紫外(uvc)：280-100nm。不同发光波长的紫外led有着不同的应用场合，其市场潜力巨大。近紫外led(uva-led)主要应用于全光谱照明、紫外固化、钞票防伪识别、色转换、3d打印和油墨印刷等领域；中紫外led(uvb-led)主要应用于植物生长、光触媒、环境净化和医疗应用方面，深紫外led(uvc-led)主要应用于杀菌消毒、水净化、传感器乃至光电离领域。目前，短波长的紫外led的消毒杀菌作用引起了广泛关注。

封装是影响led器件性能的重要环节。对于白光led器件，通常采用在led芯片表面填充有机封装胶体，用于密封和保护led芯片，不受外界水汽环境干扰。然而对于短波长的紫外光led芯片，由于在紫外线的长时间照射下，有机高分子吸收能量较大的紫外光子，导致了有机高分子间的键链被破坏，容易使得有机封装胶体出现老化衰退现象，影响紫外led器件的使用性能。为了提高紫外led器件的稳定性，采用无机玻璃封装成为了研究一大热点。利用无机玻璃置于紫外led顶部，防止外来环境对紫外led芯片的损害。但由于无机玻璃无法做到直接与led支架相连接，常见做法是加入中间的有机粘合剂，如硅胶、聚二甲基硅氧烷(pdms)等。有机粘合剂的加入解决了无机玻璃与led支架相连接的难点，并且工艺流程简单适合大规模产业化，然而，在长时间的紫外照射下，有机粘合剂同样会存在紫外老化退化问题，造成了有机粘合剂形变甚至脱落的使用困境。除此之外，由于缺少类似白光led器件封装所用的有机封装胶体，紫外led芯片直接裸露于空气环境当中，容易受到空气中水汽环境侵蚀而失效。因此，如何设计一种封装成本低且稳定可靠的紫外led封装结构仍是业界所要解决的技术问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种紫外led封装结构。

本发明还提供一种紫外led封装结构的制备方法。

本发明的一种紫外led封装结构采用如下的技术方案实现：

一种紫外led封装结构，包括：led支架、紫外led芯片、粘合层和无机玻璃；led支架置于底层；紫外led芯片置于led支架内腔上表面，紫外led芯片与led支架内腔通孔金属电路相连；粘合层位于led支架顶面，将led支架与无机玻璃相连接实现密封；无机玻璃位于紫外led的顶部，无机玻璃下表面与粘合层上表面相接。

优选地，粘合层的宽度与led支架顶面边缘宽度一致，包括：有机粘合剂模块、紫外吸光剂模块和干燥剂模块，有机粘合剂模块将led支架与无机玻璃相连接，紫外吸光剂模块用于阻隔紫外led芯片发出的紫外光线对有机粘合剂的老化衰退影响，干燥剂模块用于阻隔外部空气环境的水汽成分，保护紫外led芯片不受其影响。

优选地，有机粘合剂模块、紫外吸光剂模块和干燥剂模块并排相连，高度一致，并且有机粘合剂模块置于最外层，由外到内包括：有机粘合剂模块/紫外吸光剂模块/干燥剂模块、有机粘合剂模块/干燥剂模块/紫外吸光剂模块两种组合形式，其中：有机粘合剂模块宽度占粘合层比例为1/3-2/3，紫外吸收剂模块宽度占粘合层比例为1/6-1/3，干燥剂模块宽度占粘合层比例为1/6-1/3。

优选地，有机粘合剂模块包括硅胶、聚二甲基硅氧烷(pdms)材料一种或者两种以上组合而成；紫外吸光剂模块由pdms与紫外吸光粒子以一定质量比例混合而成，紫外吸光粒子包括氧化锌(zno)、二氧化钛(tio2)、氧化铁(fe2o3)一种或者两种以上组合，质量浓度为5-25wt％；干燥剂模块由pdms与干燥粒子以一定比例混合而成，干燥粒子包括氧化钙(cao)、无水氯化钙(cacl2)、氧化铝(al2o3)、硫酸钙(caso4)、硫酸钠(na2so4)一种或者两种以上组合，质量浓度为5-25wt％。

优选地，led支架设置有内腔通孔金属电路，分为正负两极，通孔金属电路的正极与紫外led芯片的正极相连接，通孔金属电路的负极与紫外led芯片的负极相连接；led支架内腔表面设置有金属反光层，金属反光层由铝或者银组成，反射率为50-90％。

优选地，紫外led芯片形状为矩形，发光波长为250-410nm，高度为50-200μm。

优选地，无机玻璃的形状与led支架的底面形状一致，高度为0.5-3mm。

本发明的一种紫外led封装结构的制备方法采用如下的技术方案实现：

一种紫外led封装结构的制备方法，包括如下步骤：

s1.固晶：采用固晶机将紫外led芯片固定在led支架内腔上表面中心处；

s2.电气连接：将紫外led芯片和led支架内腔的金属电路相连；

s3.准备有机粘合剂、紫外吸光剂、干燥剂，其中紫外吸光剂由pdms与紫外吸光粒子以一定质量比例混合而成，并且加以真空脱泡处理；干燥剂由pdms与干燥粒子以一定比例混合而成，并且加以真空脱泡处理；

s4.印刷粘合层：利用模板印刷法，将有机粘合剂、紫外吸光剂、干燥剂印刷置于无机玻璃表面，形成有机粘合剂模块、紫外吸光剂模块、干燥剂模块，有机粘合剂模块、紫外吸光剂模块、干燥剂模块三者共同组成粘合层；

s5.连接：将步骤s4获得的无机玻璃倒置放置于所述的led支架顶面上，其中粘合层下表面与led支架的顶面相连接，并且无机玻璃的四侧与led支架四侧保持对齐；

s6.加热固化，完成封装工艺。

优选地，步骤s4中，有机粘合剂通过有机粘合剂印刷模板印刷置于无机玻璃表面、紫外吸光剂通过紫外吸光剂印刷模板印刷置于无机玻璃表面、干燥剂通过干燥剂印刷模板印刷置于无机玻璃表面；其中：有机粘合剂印刷模板预留有有机粘合剂模块形状通孔，紫外吸光剂印刷模板预留有紫外吸光剂模块形状通孔，干燥剂印刷模板预留有干燥剂模块形状通孔。

有机粘合剂模块形状通孔、紫外吸光剂模块形状通孔和干燥剂模块形状通孔的宽度总和与led支架顶面边缘宽度一致，厚度为0.5-3mm。

优选地，步骤s6中，加热固化温度为80-180℃，时间为1-3h。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

(1)本发明的紫外led封装结构通过设计粘合层的组成结构，制备含有机粘合剂模块/紫外吸光剂模块/干燥剂模块的粘合层，解决了在紫外led封装结构中有机粘合剂易受紫外光照射的老化问题和紫外led芯片易受空气水汽干扰的失效问题，有效提高了紫外led的稳定性。

(2)本发明的紫外led封装结构制备工艺简单，适用于工业生产。

附图说明

图1为本发明实施例1中紫外led芯片固晶于led支架上的示意图；

图2为本发明实施例1中紫外led芯片电气连接至led支架金属电路的示意图；

图3为本发明实施例1中有机粘合剂印刷模板的示意图；

图4为本发明实施例1中无机玻璃上印刷上有机粘合剂的示意图；

图5为本发明实施例1中紫外吸光剂印刷模板的示意图；

图6为本发明实施例1中无机玻璃上印刷上紫外吸光剂的示意图；

图7为本发明实施例1中干燥剂印刷模板的示意图；

图8为本发明实施例1中无机玻璃上印刷上干燥剂的示意图；

图9为本发明实施例1中封装完成后紫外led封装结构的示意图；

图10为本发明实施例2中封装完成后紫外led封装结构的示意图；

图11为本发明实施例3中封装完成后紫外led封装结构的示意图；

其中：1-led支架、2-紫外led芯片、3-粘合层、31-有机粘合剂模块、32-紫外吸光剂模块、33-干燥剂模块、4-无机玻璃、5-有机粘合剂印刷模板、6-紫外吸光剂印刷模板、7-干燥剂印刷模板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细描述；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。

实施例1

一种紫外led封装结构，包括：led支架1、紫外led芯片2、粘合层3和无机玻璃4。所述led支架1置于底层；紫外led芯片2置于led支架1内腔上表面，优选地，紫外led芯片2置于led支架1内腔上表面中心处，紫外led芯片2与led支架1内腔通孔金属电路相连；所述粘合层3位于led支架1顶面，将led支架1与无机玻璃4相连接实现密封功能；无机玻璃4位于紫外led的顶部，其下表面与粘合层3上表面相接。

在一个优选的实施例中，所述粘合层3宽度与led支架顶面边缘宽度一致，包括：有机粘合剂模块31、紫外吸光剂模块32和干燥剂模块33，三者并排相连，高度一致，并且有机粘合剂模块31置于最外层，优选：有机粘合剂模块31/紫外吸光剂模块32/干燥剂模块33组合形式，有机粘合剂模块宽度占粘合层比例为1/2，紫外吸收剂模块宽度占粘合层比例为1/4，干燥剂模块宽度占粘合层比例为1/4。

一种紫外led封装结构制备方法，包括如下步骤：

s1.选用发光波长为280nm的正装型紫外led芯片2，形状为矩形，尺寸大小为45x45mil，高度为150μm。将紫外led芯片固晶，如图1所示，采用固晶机将紫外led芯片2固定在led支架1内腔上表面中心处。

s2.电气连接，如图2所示，所述led支架1设置有通孔金属电路，采用金球焊线机焊接金线，将紫外led芯片2和led支架1内腔通孔金属电路相连，其中通孔金属电路的正极与紫外led芯片2的正极通过金线相接，通孔金属电路的负极与紫外led芯片2的负极通过金线相接；所述led支架1内腔表面设置有金属反光层，金属反光层由铝组成，反射率为70％。

s3.准备有机粘合剂、紫外吸光剂、干燥剂。所述的粘合层3中的有机粘合剂模块31优选聚二甲基硅氧烷(pdms)；紫外吸光剂模块32由pdms与紫外吸光粒子以一定质量比例混合而成，紫外吸光粒子优选氧化锌(zno)，质量浓度为10wt％，并且加以真空脱泡处理，在真空度-20kpa下利用高速搅拌去除气泡，搅拌速度为2000rpm，时间为6min；干燥剂模块33由pdms与干燥粒子以一定比例混合而成，干燥粒子优选无水氯化钙(cacl2)，质量浓度为10wt％，并且加以真空脱泡处理，在真空度-20kpa下利用高速搅拌去除气泡，搅拌速度为2000rpm，时间为6min。

s4.印刷粘合层。利用模板印刷法，将有机粘合剂模块31、紫外吸光剂模块32、干燥剂模块33分别印刷置于无机玻璃4表面，组成粘合层3。所述的无机玻璃4的形状与led支架1的底面形状一致，均为矩形，尺寸为3.5x3.5mm，高度为1.5mm。

s41.如图3所示，所述的有机粘合剂印刷模板预留有有机粘合剂形状通孔，厚度为2mm。如图4所示，将有机粘合剂印刷模板5放置于无机玻璃4表面上，点涂足量的有机粘合剂，利用精密刮刀将有机粘合剂从有机粘合剂印刷模板5的通孔印刷至无机玻璃4表面上。

s42.如图5所示，所述的紫外吸光剂印刷模板6预留有紫外吸光剂形状通孔，厚度为2mm。如图6所示，将紫外吸光剂印刷模板6放置于无机玻璃4表面上，点涂足量的紫外吸光剂32，利用精密刮刀将紫外吸光剂从紫外吸光剂印刷模板6的通孔印刷至无机玻璃4表面上。

s43.如图7所示，所述的干燥剂印刷模板7预留有干燥剂形状通孔，厚度为2mm。如图8所示，将干燥剂印刷模板7放置于无机玻璃4表面上，点涂足量的干燥剂，利用精密刮刀将干燥剂从干燥剂印刷模板7的通孔印刷至无机玻璃5表面上。

经过s4步骤，无机玻璃4表面印刷从外到内依次得到的有机粘合剂模块31、紫外吸光剂模块32、干燥剂模块33共同组成粘合层3，三者并排相连，高度一致。有机粘合剂模块31所占宽度比例为1/2，紫外吸光剂模块32所占宽度比例为1/4，干燥剂模块33所占宽度比例为1/4。

s5.连接。将步骤s4获得的无机玻璃4倒置于所述的led支架1顶面上，其中粘合层3下表面与led支架1的顶面相连接，并且无机玻璃4的四侧与led支架1四侧保持对齐。

s6.加热固化，采用恒温加热，温度为120℃，时间为1h，完成封装工艺。

经过上述步骤s1-s6，获得本发明所述的一种紫外led封装结构，如图9所示。

实施例2

制备步骤大体与实施例1相同，不同之处在于：

步骤s1中，紫外led芯片优选了垂直芯片，大小为20x20mil，发光波长为365nm，高度为120μm；

步骤s2中，所述led支架1设置有通孔金属电路，其通孔金属电路正极位于紫外led芯片2正下方，金线仅连接紫外led芯片2的负极与通孔金属电路的负极部分。

步骤s3中，紫外吸光剂模块32由pdms与紫外吸光粒子以一定质量比例混合而成，紫外吸光粒子优选二氧化钛(tio2)，质量浓度为15wt％；干燥剂模块33由pdms与干燥粒子以一定比例混合而成，干燥粒子优选氧化钙(cao)，质量浓度为8wt％，

步骤s4中，印刷粘合层。利用模板印刷法，将有机粘合剂模块31、干燥剂模块33、紫外吸光剂模块32分别印刷置于无机玻璃4表面，组成粘合层3。所述的无机玻璃4的形状与led支架1的底面形状一致，均为矩形，尺寸为5.0x5.0mm，高度为1.5mm。

s41.所述的有机粘合剂印刷模板预留有有机粘合剂形状通孔，厚度为2mm。将有机粘合剂印刷模板5放置于无机玻璃4表面上，点涂足量的有机粘合剂，利用精密刮刀将有机粘合剂从有机粘合剂印刷模板5的通孔印刷至无机玻璃4表面上。

s42.所述的干燥剂印刷模板7预留有干燥剂形状通孔，厚度为2mm。将干燥剂印刷模板7放置于无机玻璃4表面上，点涂足量的干燥剂，利用精密刮刀将干燥剂从干燥剂印刷模板7的通孔印刷至无机玻璃5表面上。

s43.所述的紫外吸光剂印刷模板6预留有紫外吸光剂形状通孔，厚度为2mm。将紫外吸光剂印刷模板6放置于无机玻璃4表面上，点涂足量的紫外吸光剂，利用精密刮刀将紫外吸光剂从紫外吸光剂印刷模板6的通孔印刷至无机玻璃4表面上。

经过s4步骤，无机玻璃4表面印刷从左到右依次得到的有机粘合剂模块31、干燥剂模块33、紫外吸光剂模块32共同组成粘合层3，三者并排相连，高度一致。有机粘合剂模块宽度占粘合层比例为1/2，干燥剂模块宽度占粘合层比例为1/4，紫外吸收剂模块宽度占粘合层比例为1/4。

经过上述步骤s1-s6，获得本发明所述的一种紫外led封装结构，如图10所示。

实施例3

制备步骤大体与实施例1相同，不同之处在于：

步骤s1中，紫外led芯片优选倒装芯片，大小为50x50mil，发光波长为395nm，高度为180μm。

步骤s2中，所述led支架1设置有通孔金属电路，其通孔金属电路正极与负极分别直接与紫外led芯片2两侧底部相连接。

经过s4步骤，无机玻璃4表面印刷从左到右依次得到的有机粘合剂模块31、紫外吸光剂模块32、干燥剂模块33共同组成粘合层3，三者并排相连，高度一致。有机粘合剂模块宽度占粘合层比例为1/3，干燥剂模块宽度占粘合层比例为1/3，紫外吸收剂模块宽度占粘合层比例为1/3。

经过上述步骤s1-s6，获得本发明所述的一种紫外led封装结构，如图11所示。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。