CN102097545A - 发光二极管的玻璃-硅圆片级板上芯片封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用发光二极管的玻璃-硅圆片级板上芯片（chiponboard，COB）封装方法，包括以下步骤：第一步，刻蚀硅微槽阵列，微槽之间通过微流道相连通，在微槽内放置适量的热释气剂；第二步，将带有图案和热释气剂的上述Si圆片与硼硅玻璃圆片在空气中或者真空中阳极键合形成密封腔体；第三步，加热，并保温，形成球形玻璃微腔，热却至常温，退火，去除硅得到圆片级玻璃微腔；第四步，引线基板的制备；第五步，芯片贴装、引线；第六步，圆片级键合；第七步，填充硅胶，实现LED的圆片级封装。该发明集成了圆片级的LED反光杯，降低了热阻，降低了成本。

Description

发光二极管的玻璃 - 硅圆片级板上芯片封装方法
技术领域
本发明涉及一种MEMS(微电子机械系统)封装技术，尤其涉及一种发光二极管的玻璃-硅圆片级板上芯片(chip on board, COB)封装方法。
背景技术
作为照明用途，大功率的白光发光二极管（LED）被科研和企业广泛关注，由于发光二极管（LED）为了产生足够的光强，工作电流要尽量大，而工作电流大给发光二极管（LED）封装的散热问题带来了严峻的挑战。所以，通过设计白光发光二极管（LED）的光学封装结构，提高其出光率，可以在一定电流下得到足够大的光强，同时透镜可以用于提高光束的准直性，所以发光二极管（LED）封装结构中必须要有用于提高出光率的透镜。同时封装透镜结构要有好的气密性，因为芯片受潮气影响会大大影响发光性能。
封装发光二极管（LED）的透镜对出射光线进行汇聚和光束准直至关重要。环氧树脂等透明有机胶备广泛应用于发光二极管（LED）透镜的制备，但是用有机胶制作的透镜透光性不好，而且性质不稳定，在受热情况下，工作一定时间会变色，透光性能变得恶劣，同时有机物防潮性较差。
发光二极管(LED)的荧光粉涂覆大多采用在芯片上点胶(混有荧光粉的硅胶)的方法进行涂覆，这样荧光粉涂覆的效率很低；而且芯片的封装，也采用点胶固化的方法，逐个封装，并且需要安装特制的反光杯，用于增加光的出射率。这种单片封装的方法效率很低，所以如果能够进行圆片级的涂覆荧光粉和封装，减少封装步骤，将大大提高效率、降低成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺方法简单、可进行圆片级发光杯制作和荧光粉层涂覆的发光二极管的圆片级玻璃球腔封装方法。
本发明采用如下技术方案：一种发光二极管的圆片级玻璃球腔封装方法，包括以下步骤：第一步，在Si圆片上刻蚀与所封装LED阵列相对应的图案：微槽阵列，微槽之间通过微流道相连通，微槽为方形或圆形，在微槽内放置适量的热释气剂；第二步，将带有图案和热释气剂的上述Si圆片与硼硅玻璃圆片在空气中或者真空中阳极键合使上述微槽和微流道密封，形成密封腔体；第三步，将上述键合好的圆片在空气中加热至820℃~950℃，并保温0.5~10min，热释气剂因受热分解产生气体在密闭腔体内形成的正压力，使得在熔融玻璃上形成与所述硅微槽相对应的球形玻璃微腔以及连接球形玻璃微腔的圆柱形玻璃微流道：对应于微槽的熔融玻璃形成球形玻璃微腔，对应于微流道的玻璃形成圆柱形微流道，热却至常温，退火，去除硅得到圆片级玻璃微腔；第四步，引线基板的制备：在硅圆片上刻蚀形成特定尺寸的微槽，微槽与玻璃微腔位置相对应；再在硅圆片表面溅射金属铝，通过光刻腐蚀制作金属引线和LED芯片的反光杯，得到引线基板；第五步，芯片贴装、引线：将发光二极管芯片贴装在引线基板的反光杯内相应位置，并引线使得芯片与引线基板相连接；第六步，圆片级键合：将所述圆片级玻璃微腔与载有LED芯片的基板进行键合，形成键合圆片；第七步，通过玻璃微流道向发光二极管(LED)芯片与圆片级玻璃微腔间隙内填充的硅胶，使得发光二极管芯片处于所述玻璃封装体中，实现LED的圆片级封装。
上述技术方案中，热释气剂优选为碳酸钙粉末。所述Si圆片上浅槽的微加工工艺为湿法腐蚀工艺。所述的Si圆片与Pyrex7740玻璃表面键合工艺为阳极键合，工艺条件为：温度400℃，电压：600V。在第三步中，所述热退火的工艺条件为：退火温度范围在510℃~560℃中，退火保温时间为30min，然后缓慢风冷至常温。第三步中去除硅模具圆片的方法是：使用90℃浓度为25%的TMAH进行腐蚀。第五步中，LED芯片是通过导电银胶或锡膏与引线Pad区进行贴装，导电银胶的固化条件为：固化温度为175℃，固化时间为45min。表面电极都过金丝球焊进行电极互联，金丝球焊的温度为125℃，另外加超声辅助压焊。在第六步中，圆片级玻璃微腔封装体与载有发光二极管芯片的硅引线圆片粘接采用低温玻璃焊料键合或者金属键合或者粘结剂键合。第七步中，在两个圆片键合后的封装体上，打磨掉一个玻璃球腔，作为硅胶的注入口。硅胶通过使用点胶机注入圆片级的腔体中，硅胶通过微流道流入各个LED封装腔，这样就实现了白光LED的圆片级封装。荧光粉的涂覆方式为以下三种中的一种：在第三步制备得到玻璃微腔后在玻璃微腔表面涂覆荧光粉，或在第五步芯片贴装后将荧光粉涂覆在芯片表面，或在第七步在填充的硅胶中均匀混入荧光粉。荧光粉的涂覆方式为以下三种中的一种：在第三步制备得到玻璃微腔后在玻璃微腔表面涂覆荧光粉，或在第五步芯片贴装后将荧光粉涂覆在芯片表面，或在第七步在填充的硅胶中均匀混入荧光粉。
本发明获得如下效果：
1.本发明中发光二极管（LED）芯片的封装结构外层不是环氧树脂或硅胶，而是采用了Pyrex玻璃制作的透镜微腔进行封装，由于Pyrex玻璃相比有机材料，有着好的同光性、高温稳定性以及密封性。这样使用玻璃透镜微腔封装的发光二极管（LED）芯片的光线出射率更高，工作电流较大，抗高温能力强，不易老化，防潮气，实现了更可靠稳定的大功率发光二极管（LED）封装。
2.本发明中使用制作出的玻璃透镜封装发光二极管（LED）芯片，玻璃透镜是在
微腔内外压力作用下吹起圆片级玻璃球腔，表面光滑，同时Pyrex玻璃对于可见光的通过率很高(>90%)，所以玻璃透镜具有很高的光线出射率，而且透镜具有聚焦可见光的作用，出射的光束视角较小，可以实现光束的准直。
3.本发明中在制作引线基板的同时，制作了圆片级的反光杯，溅射的金属Al作为反光层。TMAH在硅片上刻微槽的角度为54.7°(该角度可以根据工艺调整)，制作的反光杯可以实现良好的光线汇聚作用。同时将基板与反光被一体化制造，大大降低了工艺成本。
4.本发明中将LED芯片使用导电银胶将芯片贴装在硅片微槽内，这样在贴装芯片的同时，实现了芯片正电极的电学互联。
5.本发明中，由于芯片贴装在与形成反光杯同时形成了凹槽，贴装芯片的硅微槽刻蚀深度为400um～450um，因此芯片底部硅层厚度很小，而且使用了导电银胶贴装，该方法封装的LED芯片具有很小的热阻，提供了良好散热通道，减小芯片发光衰减，提高了芯片性能，适用于大功率LED的封装。
6.本发明中制作玻璃透镜微腔采用湿法腐蚀在硅表面加工微槽，工艺过程简单可靠，成本低廉，可实现玻璃透镜微腔的圆片级制造。
7.本发明中基于传统MEMS加工工艺，首先在Si片上加工欲成型的微腔和微流道浅槽结构，特定的区域填充高温释气剂，再用阳极键合工艺将Pyrex7740玻璃覆盖到该浅槽上形成密闭微腔，然后加热使得玻璃融化，高温释气剂释放出气体，气体通过微流道传输到各个微腔中，腔内外压力差使得熔融玻璃形成玻璃球形微腔或玻璃微流道。根据制备微腔和微流道的要求，调整微腔和微流道的尺寸比，当微腔和微流道尺寸接近时，热成型时微腔和微流道所受的表面张力接近，成型高度接近，当微腔尺寸远大于微流道时，热成型时玻璃微流道所受的表面张力远大于微腔，玻璃微流道很难成型圆柱形微流道，所以可以通过控制微腔和微流道的尺寸来控制它们的高度，使微流道成形后高度较低，满足流淌硅胶的同时不影响LED封装玻璃透镜性能。由于吹气的玻璃流道和微腔表面很光滑，所以在注入混有荧光粉的硅胶时阻力很小，可以较顺利的将硅胶注满整个圆片。采用高温释气剂释提供气源用于成型玻璃球形微腔和玻璃微流道，具有成本低，方法简单，成型高度高，球形度好的特点。现有技术刻蚀深宽比较大的深腔需要采用干法工艺，花费大量的时间，通常需要几十个小时，工艺成本也较高。高温释气剂通常都有残留物，由于气体的运动，少量会粘附在玻璃管壁上，污染了微腔。本发明的优势就在于借助高温释气剂来产生高压，同时又避免残留物对MEMS微流道的污染。
8.本发明中微腔和微流道的设计采用串联的方式，即一条微流道将圆片上的所有玻璃微腔串接在一起，微流道作为混有荧光粉硅胶的导管，依次将荧光粉注入到各个LED玻璃封装腔内。本发明中将串联起来最两端的玻璃微腔打磨出硅胶注入口，硅胶从一端注入，从另一点流出，这样可以完全将封装玻璃球腔内的空气赶出，有利于减少LED芯片的光学界面，提高光学性能。
9.本发明中使用点胶机作为荧光粉层硅胶的注入推动器，因为点胶的压力可调，可以根据注入过程需要调节注入压力和注入量。这里注入的硅胶均匀混有一定浓度的荧光粉，通过使用点胶机将硅胶注入圆片级的腔体后，硅胶(荧光粉层)通过微流道流入各个LED封装腔，可以实现白光LED。通过这种方法实现了LED的圆片级荧光粉层涂覆，同时实现了圆片级封装。
10.通常阳极键合的温度为400摄氏度，因而其标准温度为673K，成型温度为850摄氏度左右，标准温度为1123K左右，根据PV=nRT和表面张力产生的附加压强的影响，根据现有技术，如果气体的量不变，膨胀后的体积不足原来的两
倍，由此可见需要刻蚀较深的槽。而本发明通过引入高温释气剂有效的解决了这一问题，避免了刻蚀高深宽比的槽所带来的工艺复杂和高能高成本的问题，可以满足LED芯片封装腔大小的要求。
11.本发明中使用在硅片上制作Al的方法制备LED贴装基板，形成了反光杯和电极引线，工艺步骤简单，一次性制作了布有引线和反光杯的圆片基板。
12.本发明中刻有微槽的硅片与玻璃的阳极键合具有很高的强度，密闭性好的特点，在加热过程中不易发生泄漏而导致成型失败。在温度400℃，电压直流600V的键合条件下，阳极键合能够达到更好的密封效果。
13.在第五步中，采用单通道注入硅胶的方法，可以将封装腔和微流道内的气体完全驱除出封装腔，使混有荧光粉的硅胶完全充满LED芯片与玻璃微腔之间的空间，避免了由于空气间隙而造成的折射界面，提高了芯片的出光效率。
14.本发明中采用的退火工艺可以有效的消除Pyrex7740玻璃承受高温正压成型过程中形成的应力，从而使其强度韧性更高。退火温度为550℃～570℃范围内，保温时间为30min，然后缓慢冷却到室温。在该条件下退火，既能有效退去应力，还能够使得微腔的形状基本无改变，而退火温度过高易导致微腔形状发生变化不利于后道的封装，而过低的退火温度则无法有效去除玻璃内部应力。
15.本发明中采用浓度为25%的TMAH溶液去除玻璃透镜微腔上的硅模具，这样可以有效地去除硅片而不腐蚀玻璃，选择硅片、玻璃比为1000:1。
16.本发明采用铝引线将实现芯片上的信号引出，能够耐受阳极键合的高温(400摄氏度)。在密封时，铝属于面心立方晶系，质地较软，容易产生变形，因此能够存在于玻璃与硅的键合界面之内而不容易发生断裂，从而起到导电作用。
17.本发明制备与Si的热膨胀系数相当的Pyrex7740玻璃作为玻璃透镜微腔结构，由于硅与玻璃之间的热匹配很好，因此封装对于发光二极管（LED）的应力的影响很小。
18.本发明中使用低温玻璃焊料键合或者金属键合或者粘结剂键合实现圆片级玻璃球腔封装体与载有发光二极管芯片的硅圆片键合。
在MEMS制造技术领域，使用MEMS微加工技术可以在硅片上紧密加工出圆形微槽，然后使用Pyrex7740玻璃（一种含有碱性离子的玻璃，Pyrex是Corning公司的产品品牌）在真空条件下与刻有微槽（槽内放置热释气剂）的硅片进行键合实现密封，加热熔融制备玻璃透镜，由于微腔内释放出气体，所以玻璃透镜被向腔外吹起，这样就可以制备透光率很好的玻璃透镜。使用玻璃透镜可以有效地避免以上问题，玻璃作为无机材料，对可见光有很高的通过率，热稳定性很好，不会老化失效，防潮性能优异。由于通过微流道引导混有荧光粉的硅胶依次注入LED芯片的封装腔内，实现了白光LED荧光粉层的圆片级涂覆，同时完成了LED圆片级封装，相比现有的点胶单片封装方法，大大提高了效率降低成本。
附图说明
图1 为硅圆片微槽和微流道(5:1)的俯视图。
图2 为硅圆片微槽和流道热成型后的横向截面图。
图3 为硅圆片上刻蚀反光杯微槽阵列的俯视图。
图4 为硅圆片上刻蚀反光杯微槽阵列的截面图。
图5 为溅射光刻金属Al层制作反光杯和引线的硅圆片基板。
图6为圆片级玻璃微腔封装发光二极管（LED）芯片的截面示意图。
图7 为圆片级玻璃微腔注入硅胶(均匀混有荧光粉)的截面示意图。
图8 为圆片级玻璃微腔注入硅胶(均匀混有荧光粉)的俯视图。
具体实施方式
实施例 1
一种发光二极管的圆片级玻璃球腔封装方法，包括以下步骤：
第一步，利用Si微加工工艺在Si圆片（譬如4英寸晶圆）上刻蚀特定的微槽和微流道图案，与所封装LED阵列相对应的图案：微槽阵列，微槽之间通过微流道相连通，微槽为方形或圆形，微槽和微流道尺寸比依据制备需求而调整，在微槽内放置适量的热释气剂；第二步，将带有图案和热释气剂的上述Si圆片与Pyrex7740硼硅玻璃圆片在空气中或者真空中阳极阳极键合，使上述微槽和微流道密封，形成密封腔体；第三步，将上述键合好的圆片在空气中加热至820℃~950℃，并保温0.5~10min，热释气剂因受热分解产生气体在密闭腔体内形成的正压力，使得在熔融玻璃上形成与所述硅微槽相对应的球形玻璃微腔以及连接球形玻璃微腔的圆柱形玻璃微流道：对应于微槽的熔融玻璃形成球形玻璃微腔，对应于微流道的玻璃形成圆柱形微流道，热却至常温，退火，去除硅得到圆片级玻璃微腔。LED封装用圆片级玻璃微腔的制造方法细节见下面的实施例3～4。第四步，引线基板的制备：在硅圆片上刻蚀形成特定尺寸的微槽，微槽与玻璃微腔位置相对应；再在硅圆片表面溅射金属铝，通过光刻腐蚀制作金属引线和LED芯片的反光杯，得到引线基板；第五步，芯片贴装、引线：将发光二极管芯片贴装在引线基板的反光杯内相应位置，并引线使得芯片与引线基板相连接；第六步，圆片级键合：将所述圆片级玻璃微腔与载有LED芯片的基板进行键合，形成键合圆片；第七步，通过玻璃微流道向发光二极管(LED)芯片与圆片级玻璃微腔间隙内填充的硅胶，使得发光二极管芯片处于所述玻璃封装体中，实现LED的圆片级封装。
上述技术方案中，制备所述玻璃封装体采用正压热成型方法：在硅圆片上湿法腐蚀形成特定尺寸的微腔阵列，并在微腔内放入热释气剂（如碳酸钙），将上述硅圆片与Pyrex7740玻璃圆片在真空条件下进行键合，使玻璃圆片与上述特定图案形成密封腔体，将键合好的圆片在一个大气压下加热至820℃~950℃，例如选取为820℃，850℃，900℃，保温3~8min，例如可以选取微：4 min，5 min，6 min，腔内外压力差使软化后的玻璃向密封腔体外吹起形成球腔，冷却，再在常压下退火消除应力，去除模具硅，形成与上述微腔图案结构相对应的背面为微腔、正面为微透镜的玻璃封装体。所述键合为阳极键合，工艺条件为：温度400℃，电压：600V。在第四步中，硅基板上溅射的金属是Al，使用磁控溅射机，都采用直流溅射的方法，电流大小为0.3A，溅射时间为90min。第五步中，采用导电银胶(ablestik公司的Ablebond® 84-1LMISR4S，掺银的导电胶)将Led芯片贴装在反光杯底部的Al pad上，固化条件为：固化温度175℃，固化时间45min。荧光粉的涂覆方式为：在第七步填充的硅胶中均匀混入荧光粉。在硅胶（南京喜力特胶粘剂有限公司生产的久七牌WH-7型有机硅密封胶）均匀混入一定量的荧光粉(YAG:ce3+)，并使用点胶机进行圆片级硅胶注入。为了得到良好的白光LED，荧光粉的浓度分别为2.0g/cm3,2.5 g/cm3,3.0 g/cm3,3.5 g/cm3,4.0 g/cm3,4.5 g/cm3。玻璃封装体与载有发光二极管（LED）芯片的硅圆片粘接采用低温玻璃焊料键合或者金属键合或者粘结剂键合。
实施例 2
一种发光二极管的圆片级玻璃球腔封装方法，包括以下步骤：
第一步，利用Si微加工工艺在Si圆片(譬如4英寸晶圆)上刻蚀湿法与所封装LED阵列相对应的图案：微槽阵列(深度为80um)，微槽之间通过微流道相连通，微槽为圆形，在微槽内放置适量的热释气剂碳酸钙；
第二步，将上述带有图案和热释气剂的Si圆片与Pyrex7740玻璃圆片在真空中阳极键合，使Pyrex7740玻璃与上述微槽和微流道形成密封腔体；
第三步，将上述键合好的圆片在空气中加热至880℃，保温10min，热释气剂碳酸钙因受热分解产生气体在密闭腔体内形成的正压力，使得在熔融玻璃上形成与所述硅微槽相对应的球形玻璃微腔以及连接球形玻璃微腔的圆柱形玻璃微流道：对应于微槽的熔融玻璃形成球形玻璃微腔，对应于微流道的玻璃形成圆柱形微流道，热却至常温，退火，之后再使用浓度为25%的TMAH溶液将硅片去除，刻蚀温度为90～95℃，该溶液不腐蚀Pyrex玻璃，得到圆片级玻璃封装腔。
第四步，引线基板的制备：利用Si微加工工艺在Si圆片(譬如4英寸晶圆)上刻蚀形成特定尺寸的微槽，微槽与制作的玻璃微腔相对应，使用的腐蚀溶液为25%的TMAH，刻蚀的温度为90～95℃，并且控制刻蚀的时间使刻蚀深度在400um～450um。再在硅圆片上磁控溅射金属层Al，溅射的电流大小为0.3A，溅射时间为90min，然后光刻腐蚀制作金属引线和LED芯片反光杯，用于LED的电气互联和散热基；
第五步，芯片贴装、引线：将发光二极管芯片用导电银胶(ablestik公司的Ablebond® 84-1LMISR4S，掺银的导电胶)贴装在硅圆片微槽内,使用金丝超声球焊制作金引线，实现LED芯片的电学互联，金丝球焊温度为125℃。在基板金属层下要首先氧化一层二氧化硅，二氧化硅层可以用湿氧化或者干氧化制备，厚度为0.2-0.4微米；
第六步，圆片级键合封装：将制作好的圆片级玻璃封装体与载有LED芯片的硅圆片进行键合，采用低温玻璃焊料(泰州市海陵区鑫之海电子材料厂)键合，实现对发光二极管（LED）芯片的气密性封装。或者采用环氧树脂进行粘结，也可以采用金属键合进行密封。若采用金属键合，需要在硅圆片和玻璃片上制备底层金属，然后用常规的低熔点焊料进行粘结(例如锡合金)；
第七步，使用点胶机在发光二极管(LED)芯片与圆片级玻璃微腔间隙内填充均匀混有荧光粉(YAG:ce3+)的硅胶（南京喜力特胶粘剂有限公司生产的久七牌WH-7型有机硅密封胶），硅胶中荧光粉浓度为3.0 g/cm3。使得发光二极管芯片处于所述玻璃封装体背面的腔中，实现LED芯片的圆片级玻璃封装。
上述技术方案中，发光二极管（LED）芯片发射的光线打到荧光粉上就会转换成白光，由于玻璃透镜为凸透镜，并且在硅基板上集成了反光杯，能够起到光学汇聚作用，这样大大提高了光线的出射率，而且光束汇聚后发射角变小，实现了光束的准直。本方案中采用了圆片级的封装、注胶方法，效率高、成本低，而且在LED芯片上集成了反光杯。
实施例 3
一种LED封装用圆片级玻璃微腔的制造方法，包括以下步骤：
第一步，采用干湿氧结合的方法在单面抛光的硅圆片上氧化5000A的氧化层，抛光面旋涂AZ P4620光刻胶，曝光显影去除需要刻蚀微槽表面的光刻胶。利用Si微加工工艺在Si圆片(譬如4英寸圆片)上刻蚀浅槽，所用硅片可以是标准厚度的硅片，譬如500微米厚的硅片，刻蚀浅槽采用TMAH湿法刻蚀，水浴90℃加热2～2.5小时 ，刻蚀深度为80～120，此深度可较为容易内置高温释气剂，有可为高温释气剂与圆片之间提供一定的空间，避免与玻璃接触产生污染，图案可以是方形或圆形槽阵列(用于封装LED芯片阵列)。
第二步，在浅槽中放置适量的高温释气剂，例如 (可以用粒度较小的化学纯(质量百分比浓度为99%)碳酸钙，颗粒直径为5～10微米)，高温释气剂碳酸钙的用量根据微槽的尺寸计算其体积，再计算预计玻璃微腔的体积，再根据热成型时间和高温释气剂的分解率估算释气量计算高温释气剂的用量。如采用热成型时间5～10min，即高温释气剂碳酸钙分解时间，即使反应完全，其分解率也只有80%～85%，制备半径为1mm的微腔，所需内置高温释气剂碳酸钙15微克左右。
第三步，将上述Si圆片与Pyrex7740玻璃圆片(一种硼硅玻璃的品牌，美国康宁-corning公司生产，市场可购得，通常已经经过抛光，其尺寸与Si圆片相同)空气或者真空中进行阳极键合，工艺条件为：温度400℃，电压：600V。真空键合可以在小于1Pa的气氛下进行键合，譬如压力为0.5Pa，0.2Pa，0.1Pa，0.05Pa，0.01Pa，0.001Pa，使Pyrex7740玻璃上的上述浅槽形成密封腔体，键合表面在键合前应该保持高度清洁和极小的表面粗糙度，以满足常规键合的要求，按照阳极键合或其他键合的工艺要求进行常规清洗和抛光。
第四步，将上述键合好的圆片在一个大气压下加热至880℃~890℃，在该温度下保温5~10min，碳酸钙分解温度为880℃，腔内高温释气剂快速释放气体，且此温度玻璃的黏度较低，内外产生压力差而使软化后的玻璃形成球形玻璃微腔，冷却到常温25℃，将上述圆片置入560℃退火炉中保温30min，缓慢降温，在常压下退火消除应力，该常压是指一个大气压，用TMAH (10%)在80摄氏度下腐蚀去除硅，得到LED圆片级封装用球形玻璃微腔。
实施例 4
一种LED封装用圆片级玻璃球形微腔的制造方法，包括以下步骤：
第一步，采用干湿氧结合的方法在单面抛光的硅圆片上氧化5000A的氧化层，抛光面旋涂AZ P4620光刻胶，曝光显影去除需要刻蚀微槽表面的光刻胶。利用Si微加工工艺在4英寸Si圆片上刻蚀微腔和微流道浅槽，微流道将浅槽连接起来，所用硅片可以是标准厚度的硅片，厚度为500微米，所述浅槽的深度为60～100微米，微腔为2000微米宽的方形槽，微流道槽为口径为50微米的条形槽，槽长5毫米，连接相邻两个微腔方形槽，所述Si圆片上图案结构的微加工
工艺为湿法腐蚀工艺，所用的腐蚀液为TMAH溶液，浓度为10%，温度为90摄氏度，刻蚀时间为1.5～2.5h。
第二步，在数个微腔浅槽中放置适量的高温释气剂碳酸钙，可以用粒度较小的化学纯(质量百分比浓度为99%)碳酸钙，颗粒直径为5～10微米，根据圆片微腔总体积和成型温度下高温释气剂碳酸钙分解速率为参考，内置碳酸钙质量为500微克，满足圆片50个微腔所需的成型体积。
第三步，将上述Si圆片与Pyrex7740玻璃圆片(一种硼硅玻璃的品牌，美国康宁-corning公司生产，市场可购得，通常已经经过抛光，其尺寸与Si圆片相同)在0.5Pa下阳极键合，使Pyrex7740玻璃上的上述浅槽形成密封腔体，键合表面在键合前应该保持高度清洁和极小的表面粗糙度，以满足常规键合的要求，按照阳极键合或其他键合的工艺要求进行常规清洗和抛光，所述的阳极键合工艺条件为：温度400℃，电压：600V。
第四步，将上述键合好的圆片在一个大气压下加热至880℃，在该温度下保温10min，高温释气剂快速热分解，气体扩散至整个密封系统，各微腔内部压强平衡，压腔内外压力差使软化后的玻璃形成与上述微腔图案结构相应的结构，微槽尺寸相同，成型时相应的玻璃微腔成型是受的表面张力相同，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，表面张力相差40倍，由于表面张力的影响，相同的内压，微流道成型高度将相当低。冷却到常温25℃，得到圆片级球形微腔，再将圆片置入退火炉，560℃保温30min，然后缓慢风冷至常温(譬如25℃)。常压(一个大气压)下退火消除应力。
第五步，利用划片机将数个内置高温释气剂的微腔的区域划去，利用TMAH水浴90℃加热腐蚀硅圆片，去除玻璃表面的硅，形成圆片级圆片级球形微腔。将所得到的圆片级的球形玻璃微腔阵列与带有LED芯片的硅圆片对准，用玻璃焊料进行键合，完成圆片级封装。

Claims (12)

1.一种发光二极管的玻璃-硅圆片级板上芯片封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，在Si圆片（1）上刻蚀与所封装LED阵列相对应的图案：微槽（2）阵列，微槽之间通过微流道（3）相连通，微槽(2)为方形或圆形，在微槽内放置适量的热释气剂（4）；
第二步，将带有图案和热释气剂的上述Si圆片(1)与硼硅玻璃圆片在空气中或者真空中阳极键合使上述微槽和微流道密封，形成密封腔体；
第三步，将上述键合好的圆片在空气中加热至820℃~950℃，并保温0.5~10min，热释气剂因受热分解产生气体在密闭腔体内形成的正压力，使得在熔融玻璃上形成与所述硅微槽相对应的球形玻璃微腔(5)以及连接球形玻璃微腔的圆柱形玻璃微流道：对应于微槽(2)的熔融玻璃形成球形玻璃微腔，对应于微流道(3)的玻璃形成圆柱形微流道，热却至常温，退火，去除硅得到圆片级玻璃微腔；
第四步，引线基板的制备：在硅圆片(6)上刻蚀形成特定尺寸的微槽(7)，微槽与玻璃微腔(5)位置相对应；再在硅圆片(6)表面溅射金属铝，通过光刻腐蚀制作金属引线(9)和LED芯片(10)的反光杯(8)，得到引线基板(6)；
第五步，芯片贴装、引线：将发光二极管芯片(10)贴装在引线基板(6)的反光杯(8)内相应位置，并引线(11)使得芯片与引线基板相连接；
第六步，圆片级键合：将所述圆片级玻璃微腔与载有LED芯片的基板(6)进行键合，形成键合圆片(13)；
第七步，通过玻璃微流道(16)向发光二极管(LED)芯片与圆片级玻璃微腔间隙内填充的硅胶(12)，使得发光二极管芯片处于所述玻璃封装体(5)中，实现LED的圆片级封装；
上述步骤中，荧光粉的涂覆方式为以下三种中的一种：在第三步制备得到玻璃微腔后在玻璃微腔表面涂覆荧光粉，或在第五步芯片贴装后将荧光粉涂覆在芯片表面，或在第七步在填充的硅胶中均匀混入荧光粉。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的玻璃-硅圆片级板上芯片封装方法，其特征在于热释气剂(4)为碳酸钙粉末。
3.根据权利要求1所述的发光二极管的玻璃-硅圆片级板上芯片封装方法，其特征在于制备用于发光二极管封装的圆片级MEMS玻璃微腔时，微槽(2)和微流道(3)的宽度比大于5：1。
4.根据权利要求1所述的发光二极管的玻璃-硅圆片级板上芯片封装方法，其特征在于所述第一步Si圆片刻蚀工艺为湿法腐蚀，深度为20-100微米。
5.根据权利要求1所述的发光二极管的玻璃-硅圆片级板上芯片封装方法，其特征在于，所述硼硅玻璃为Pyrex7740玻璃，所述阳极键合的条件为：温度400℃，电压：600V。
6.根据权利要求1所述的发光二极管的玻璃-硅圆片级板上芯片封装方法，其特征在于，第三步中所述热退火的工艺条件为：退火温度范围在510℃~560℃中，退火保温时间为30min，然后缓慢风冷至常温。
7.根据权利要求1所述的发光二极管的玻璃-硅圆片级板上芯片封装方法，其特征在于，溅射的金属为Al，腐蚀Al使用80℃的浓磷酸。
8.根据权利要求1所述的发光二极管的玻璃-硅圆片级板上芯片封装方法，其特征在于，在第五步中，使用导电银胶或锡膏将LED芯片(10)通过SMT技术贴装在Al反光杯（8）底部上，通过金丝球焊实现电学互联。
9.根据权利要求1所述的发光二极管的玻璃-硅圆片级板上芯片封装方法，其特征在于，第六步中玻璃球腔封装体(5)与载有发光二极管芯片的硅圆片(6)粘接采用低温玻璃焊料键合或者金属键合或者粘结剂键合。
10.根据权利要求1所述的发光二极管的圆片级玻璃球腔封装方法，其特征在于，第二步中引线基板上的微槽(7)的深度为400～450um。
11.根据权利要求1或13所述的发光二极管的圆片级玻璃球腔封装方法，其特征在于，溅射的金属Al作为导电引线，在引线基板的反光杯表面的Al层也作为LED芯片的反光杯。
12.根据权利要求1所述的发光二极管的圆片级玻璃球腔封装方法，其特征在于，第七步中硅胶的注入过程中，可以将一定量的荧光粉均匀地与硅胶混合，制备成满足白光要求浓度的荧光粉层(12)，然后通过点胶机在玻璃球腔(13)通过气压将荧光粉硅胶(12)注入到圆片级的玻璃封装腔(13)内，另外在另一端球腔(15)通过真空泵施加负压，在正负压共同作用下实现硅胶注入，在气压作用下硅胶(12)通过微流道(16)逐渐注入圆片上的其他玻璃球腔内，实现了白光LED的圆片级封装。
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