CN102403413A - Led散热基板、led封装结构及二者的制作方法 - Google Patents

Led散热基板、led封装结构及二者的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种LED散热基板、LED封装结构及二者的制作方法。以SOI晶圆或单晶硅晶圆为基材，以SOI晶圆为基材的散热基板包括：一硅材质的上层，其上包括通过蚀刻形成的硅杯；一位于上层的下SOI晶圆内的二氧化硅材质的蚀刻停止层；一硅材质的底层，其上包括通过蚀刻形成的至少二个导孔；以单晶硅晶圆为基材的散热基板包括：在第一面上通过蚀刻形成的硅杯；在第二面上通过蚀刻形成的至少二个导孔；导孔内填充有金属导体。本发明采用硅制作基板替代现有的各类陶瓷散热基板，结构简单，不仅可以达到高效散热的目的，而且可以大幅度降低基本的生产成本，同时硅与LED芯片衬底的热膨胀系数接近，有利于延长LED芯片的使用寿命。

Description

LED散热基板、LED封装结构及二者的制作方法
技术领域
本发明涉及LED半导体领域，具体地说涉及一种封装大功率LED芯片用的散热基板，采用这种散热基板的LED封装结构以及二者的制作方法。
背景技术
随着全球环保的意识抬头和光电子技术的快速进步，具有节能、省电、高效率、反应时间快、寿命周期长、且不含汞的LED半导体照明产业正迅速成为最热门的产业之一。目前，小功率LED发光二极管芯片已广泛应用于显示屏，LCD电视和电脑显示屏的背光，以及室内装饰和通用照明等领域。然而LED未来最大的市场是在路灯照明上，而这个应用要求使用大功率、高亮度的LED芯片，并且对灯具系统的整体散热设计要求很高。
一般而言LED高功率产品输入功率约有20％能转换成光，剩下80％的电能均转换为热能，LED发光时所产生的热能若无法导出，将会使LED结面温度过高，进而影响产品生命周期、发光效率、稳定性。而LED的操作环境温度愈高，其寿命亦愈低。因此，要提升LED的发光效率，解决LED系统的热散管理与设计便成为了一个及其重要课题。
LED封装里散热基板的作用就是吸引晶片产生的热量，并传导到热沉上，实现与外界的热交换。常用的散热基板材料包括金属，如铝，铜；陶瓷，如氮化铝，氧化铝以及复合材料等。而其中氮化铝和氧化铝广泛为目前市场上的主流产品所采用。硅作为原材料来讲，热导率为140W/mk，和目前普遍采用的氮化铝160W/mK的导热率相近，热膨胀系数3.2×10-6/℃，和各主流LED外延生长芯片膨胀系数极为接近，在高温条件下机械应力变形小，利于延长芯片寿命。综合硅的各项物理、机械和热学性能和材料和加工费用，硅是一个很好的的大功率LED芯片封装基板材料。但是目前硅基板的生产和封装的技术基本由国外公司掌握，而且设计复杂、成本高。如中国专利文献CN 101517729A公开的《使用蚀刻停止层形成贯穿晶片电学互连及其它结构》以及中国专利文献CN1605126A公开的《带有一个或更多通孔的半导体结构》中硅基板的制作工艺都非常复杂，相应的成本很高，不适合推广使用。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种结构简单的LED散热基板。
实现本发明第一个目的的技术方案是一种LED散热基板，包括：
以SOI晶圆或单晶硅晶圆为基材，以SOI晶圆为基材的散热基板包括：
一硅材质的上层，其上包括通过蚀刻形成的硅杯；
一位于上层的下SOI晶圆内的二氧化硅材质的蚀刻停止层；
一硅材质的底层，其上包括通过蚀刻形成的至少二个导孔；
导孔内填充有金属导体；
以单晶硅晶圆为基材的散热基板包括：
在第一面上通过蚀刻形成的硅杯；
在第二面上通过蚀刻形成的至少二个导孔；
导孔内填充有金属导体。
所述硅杯的底部为正方形或者长方形；在硅杯的底部及SOI晶圆底层的下表面的背面或单晶硅晶圆的第二面上还包括Sn/Au合金或者银浆材质的粘接层。
所述硅杯的深度为300～500um；所述导孔的深度为50～200um上层的厚度为300～500um；，导孔的上端面的直径＞100um；所述以SOI晶圆为基材的散热基板的蚀刻停止层的厚度为1～2um；所述底层的典型厚度为50～200um。
本发明的第二个目的是提供一种结构简单、散热效果好的LED封装结构。
实现本发明第二个目的的技术方案是一种LED封装结构，包括：散热基板、大功率LED芯片和荧光粉/硅胶；散热基板以SOI晶圆或单晶硅晶圆为基材，
以SOI晶圆为基材的散热基板包括：
一硅材质的上层，其上包括通过蚀刻形成的硅杯；
一位于上层的下SOI晶圆内的二氧化硅材质的蚀刻停止层；
一硅材质的底层，其上包括通过蚀刻形成的至少二个导孔；
导孔内填充有金属导体；
硅杯的底部及底层的背面上包括Sn/Au合金或者银浆材质的粘接层；
以单晶硅晶圆为基材的散热基板包括：
在第一面上通过蚀刻形成的硅杯；
在第二面上通过蚀刻形成的至少二个导孔；
导孔内填充有金属导体；
硅杯的底部及第二面上包括Sn/Au合金或者银浆材质的粘接层；
一个或多个点阵排列的大功率LED芯片绑定在硅杯的底部的粘接层上，大功率LED芯片的引脚焊接在导孔内的金属导体上；
荧光粉/硅胶封装在硅杯内。
还包括透镜和透镜固定环；透镜通过透镜固定环固定在SOI晶圆的上层的前面或者单晶硅晶圆的第一面上；荧光粉/硅胶封装在透镜与大功率LED芯片之间。
本发明的第三个目的是提供一种操作简单、制作成本低的LED散热基板的制作方法。
实现本发明第三个目的的技术方案是一种LED散热基板的制作方法，包括以下步骤：
①以SOI晶圆或单晶硅晶圆为基材，在SOI晶圆或单晶硅晶圆的上下表面形成保护层；SOI晶圆的结构为在硅材质的上层和底层之间有一二氧化硅材质的蚀刻停止层，在该晶圆的上层的前面和底层的背面分别形成上保护层和下保护层；在单晶硅晶圆的第一面和第二面上分别形成上保护层和下保护层；
②去除部分下保护层，从SOI晶圆的底层的背面朝底层的前面进行蚀刻或者从单晶硅晶圆的第二面朝第一面进行蚀刻；当以SOI晶圆为基材时，则蚀刻至露出蚀刻停止层为止；若使用单晶硅晶圆则采取控制刻蚀时间的方法控制蚀刻微孔深度，直到微孔上端面的直径＞100um为止；以形成至少二个导孔，并在导孔的表面形成孔保护层；
③去除部分上保护层，从SOI晶圆的上层的前面朝上层的背面进行蚀刻或者从单晶硅晶圆的第一面朝第二面进行蚀刻，至到达SOI晶圆的蚀刻停止层或单晶硅晶圆的导孔的上端面完全露出为止，以形成一用于绑定大功率LED芯片的硅杯，硅杯的底面覆盖导孔的上端面；
④去除上保护层、下保护层和孔保护层；当以SOI晶圆为基材时，剥离硅杯底部的蚀刻停止层；
⑤在导孔内注入金属导体。
⑥在硅杯的底部及SOI晶圆的底层的背面或单晶硅晶圆的第二面镀上Sn/Au合金或者银浆形成粘接层。
在步骤①及步骤②中，上保护层、下保护层和孔保护层为二氧化硅和/或氮化硅；通过高温氧化工艺在SOI晶圆或单晶硅晶圆的上下表面沉积形成二氧化硅；通过低压化学气相沉积工艺在SOI晶圆或单晶硅晶圆的上下表面沉积形成氮化硅；在步骤②、③和④中，采用氢氟酸/氢氟酸缓冲液/等离子体气相蚀刻工艺去除二氧化硅；采用热磷酸/反应离子蚀刻工艺/等离子体气相蚀刻工艺去除氮化硅；在步骤②和步骤③中，采用80％的氢氧化钾或者四甲基氢氧化氨液体对SOI晶圆的底层和上层或者单晶硅晶圆的第一面或第二面进行蚀刻；在步骤⑥中，采用电镀/热淀积/金属液体悬浮液释放后再凝聚工艺镀Sn/Au合金。
本发明的第四个目的是提供一种操作简单、制作成本低的LED封装结构的制作方法。
实现本发明第四个目的的技术方案是一种LED封装结构的制作方法，包括以下步骤：
①以SOI晶圆或单晶硅晶圆为基材，在SOI晶圆或单晶硅晶圆的上下表面形成保护层；SOI晶圆的结构为在硅材质的上层和底层之间有一二氧化硅材质的蚀刻停止层，在该晶圆的上层的前面和底层的背面分别形成上保护层和下保护层；在单晶硅晶圆的第一面和第二面上分别形成上保护层和下保护层；
②去除部分下保护层，从SOI晶圆的底层的背面朝底层的前面进行蚀刻或者从单晶硅晶圆的第二面朝第一面进行蚀刻；当以SOI晶圆为基材时，则蚀刻至露出蚀刻停止层为止；若使用单晶硅晶圆则采取控制刻蚀时间的方法控制蚀刻微孔深度，直到微孔上端面的直径＞100um为止；以形成至少二个导孔，并在导孔的表面形成孔保护层；
③去除部分上保护层，从SOI晶圆的上层的前面朝上层的背面进行蚀刻或者从单晶硅晶圆的第一面朝第二面进行蚀刻，至到达SOI晶圆的蚀刻停止层或单晶硅晶圆的导孔的上端面完全露出为止，以形成一用于绑定大功率LED芯片的硅杯，硅杯的底面覆盖导孔的上端面；
④去除上保护层、下保护层和孔保护层；当以SOI晶圆为基材时，剥离硅杯底部的蚀刻停止层；
⑤在导孔内注入金属导体；
⑥在硅杯的底部及SOI晶圆的底层的背面或单晶硅晶圆的第二面镀上Sn/Au合金或者银浆形成粘接层；
⑦将一个或多个点阵排列的大功率LED芯片绑定在硅杯底部的粘接层上，其引脚焊接在导孔内的金属导体上；
⑧硅杯内填充荧光粉/硅胶。
为获得另一种封装结构，前述第⑧步为：将透镜固定环固定在上层上，将透镜固定在透镜固定环上，透镜与大功率LED芯片之间填充荧光粉/硅胶。
采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：(1)本发明采用硅制作基板替代现有的各类陶瓷散热基板，结构简单，不仅可以达到高效散热的目的，而且可以大幅度降低基本的生产成本，同时硅与多数LED芯片衬底的热膨胀系数接近，有利于延长LED芯片的使用寿命。
(2)本发明的散热基板的基材可以采用SOI晶圆也可以采用单晶硅晶圆，当采用SOI晶圆时，上下层厚度可以精确控制，因而在蚀刻硅杯和导孔时更易控制；而采用单晶硅晶圆则成本更低。
(3)本发明采用热阻低的金属材料对大功率LED芯片进行绑定，同时也用于LED封装结构与其他电路板之间的连接，整个生产过程不需要使用散热系数低、散热性差的环氧树脂、硅胶，不需要通过大于850℃的高温烧结的方式将现有的陶瓷基板与电路板形成共晶，可以使本发明的LED散热基板在较低的温度下进行LED芯片的绑定以及与电路板的连接，降低了热阻，有效改善现有大功率LED器件的散热问题，降低了工艺的能耗和成本。
(4)由于国际上很多大功率LED芯片自身就带有Sn/Au合金，因而在硅基板采用Sn/Au合金来绑定大功率LED芯片效果更好，也非常方便。
(5)本发明的LED散热基板的制作方法以及LED封装结构的制作方法，步骤清晰、易于操作，工艺简单，因而大幅度降低生产成本，生产出的单个LED散热基板热阻低，这样可以保证LED芯片达到其5-10万小时以上的设计寿命。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明采用的SOI晶圆的结构示意图。
图2至图10为SOI晶圆的基材在制作LED散热基板各期间的结构示意图，具体来说：
图2显示的是在SOI晶圆表面形成保护层。
图3显示的是去掉部分下保护层，以便对底层蚀刻。
图4显示的是对SOI晶圆底层进行蚀刻形成导孔。
图5显示的是在导孔内形成孔保护层。
图6显示的是去掉部分上保护层，以便对上层蚀刻。
图7显示的是对SOI晶圆上层进行蚀刻形成硅杯。
图8显示的是去掉保护层、SOI晶圆硅杯底部的蚀刻停止层。
图9显示的是在导孔内注入金属导体，此图为本发明的LED散热基板的一种结构示意图。
图10显示的是在硅杯的底部及SOI晶圆的底层的背面镀上粘接层，此图为本发明的LED散热基板的另一种结构示意图。
图11为采用SOI晶圆为基材的一种LED封装结构的示意图。
图12为采用SOI晶圆为基材的另一种LED封装结构的示意图。
图13为本发明采用的单晶硅晶圆的结构示意图。
图14至图22为单晶硅晶圆的基材在制作LED散热基板各期间的结构示意图，具体来说：
图14显示的是在单晶硅晶圆表面形成保护层。
图15显示的是去掉部分下保护层，以便对底层蚀刻。
图16显示的是对单晶硅晶圆的第二面进行蚀刻形成导孔。
图17显示的是在导孔内形成孔保护层。
图18显示的是去掉部分上保护层，以便对上层蚀刻。
图19显示的是对单晶硅晶圆上层进行蚀刻形成硅杯。
图20显示的是去掉保护层。
图21显示的是在导孔内注入金属导体，此图为本发明的LED散热基板的一种结构示意图。
图22显示的是在硅杯的底部及单晶硅晶圆的第二面镀上粘接层，此图为本发明的LED散热基板的另一种结构示意图。
图23为采用单晶硅晶圆为基材的一种LED封装结构的示意图。
图24为采用单晶硅晶圆为基材的另一种LED封装结构的示意图。
附图中标号为：
SOI晶圆1，上层11，前面111，背面112，蚀刻停止层12，底层13，前面131，背面132；保护层2，上保护层21，下保护层22，孔保护层23；导孔3；硅杯4；金属导体5；粘接层6；大功率LED芯片7；荧光粉/硅胶8；透镜9；透镜固定环10；单晶硅晶圆20，第一面201，第二面202。
具体实施方式
(实施例1，LED散热基板，以SOI晶圆为基材)
见图9，本实施例的一种LED散热基板以SOI晶圆1为基材经过蚀刻而得。该SOI晶圆1的结构见图1，为在硅材质的上层11和底层13之间有一二氧化硅材质的蚀刻停止层12。上层11的厚度为300～500um；蚀刻停止层12的厚度为1～2um，足以抵抗双边蚀刻操作；底层13的厚度为50～200um。
如图9所示，LED散热基板的具体结构是：一硅材质的上层11，其上包括通过蚀刻至蚀刻停止层12形成的硅杯4；一位于上层11的下表面的二氧化硅材质的蚀刻停止层12；一硅材质的底层13，其上包括通过蚀刻形成的至少二个导孔3；导孔3内填充有金属导体5。导孔3的上端面31的直径≥100um，用于焊接大功率LED芯片的引脚，导孔3的深度由下层13的厚度决定，导孔3可以为各种形状，如方形、矩形、梯形等，且导孔3的数目不限定，导孔3的尺寸和数量根据大功率LED芯片的尺寸及引脚数决定。硅杯4的深度由上层11的厚度决定，其尺寸及数目也不限定，可以设计成绑定单一芯片的基板，也可以是多个LED芯片的阵列。
(实施例2，LED散热基板，以SOI晶圆为基材)
见图10，本实施例子的LED散热基板在实施例1的基础上，在硅杯4的底部及底层13的下表面上还包括Sn/Au合金或者银浆材质的粘接层6。其中硅杯4的底部的粘接层6用于绑定大功率LED芯片7；底层13的下表面上的粘接层6用于与其他电路板连接，以形成有效的机械绑定和热传导路径。
(实施例3，LED散热基板，以单晶硅晶圆为基材)
见图21，本实施例的一种LED散热基板以单晶硅晶圆20为基材经过蚀刻而得。单晶硅晶圆20的具体结构件图13，包括第一面201，第二面202。
如图21所示，LED散热基板的具体结构是：在第一面201上通过蚀刻形成的硅杯4；在第二面202上通过蚀刻形成的至少二个导孔3；导孔3内填充有金属导体5。导孔3的上端面31的直径≥100um，用于焊接大功率LED芯片的引脚，导孔3的深度为50～200um，导孔3可以为各种形状，如方形、矩形、梯形等，且导孔3的数目不限定，导孔3的尺寸和数量根据大功率LED芯片的尺寸及引脚数决定。硅杯4的深度深度为300～500um，其尺寸及数目也不限定，可以设计成单一芯片的基板，也可以是多个LED芯片的阵列。
(实施例4，LED散热基板，以单晶硅晶圆为基材)
见图22，本实施例子的LED散热基板在实施例3的基础上，在硅杯4的底部及单晶硅晶圆20的第二面201上还包括Sn/Au合金或者银浆材质的粘接层6。其中硅杯4的底部的粘接层6用于绑定大功率LED芯片7；第二面201上的粘接层6用于与其他电路板连接，以形成有效的机械绑定和热传导路径。
(实施例5，LED封装结构，以SOI晶圆为基材)
见图11，本实施例的一种LED封装结构采用实施例2的散热基板，包括：一硅材质的上层11，其上包括通过蚀刻至蚀刻停止层12形成的硅杯4；
一位于上层11的下表面的二氧化硅材质的蚀刻停止层12；
一硅材质的底层13，其上包括通过蚀刻形成的至少一个导孔3，导孔3内填充有金属导体5；
一镀在硅杯4的底部及底层13的下表面上的Sn/Au合金或者银浆材质的粘接层6；
一绑定在硅杯4的底部的粘接层6上的大功率LED芯片7，大功率LED芯片7的引脚焊接在导孔3内的金属导体5上；
荧光粉/硅胶10封装在硅杯4内。
(实施例6，LED封装结构，以SOI晶圆为基材)
见图12，本实施例的封装结构在实施例5的基础上增加了透镜9和透镜固定环10。透镜8通过透镜固定环9固定在上层11上；荧光粉/硅胶10封装在透镜9与大功率LED芯片7之间。
(实施例7，LED封装结构，以单晶硅晶圆为基材)
见图23，本实施例的一种LED封装结构采用实施例4的散热基板，在该散热基板上绑定大功率LED芯片7，在硅杯4内封装荧光粉/硅胶10。
(实施例8，LED封装结构，以单晶硅晶圆为基材)
见图24，本实施例的封装结构在实施例7的基础上增加了透镜9和透镜固定环10。
(实施例9，LED散热基板的制作方法，以SOI晶圆为基材)
见图1至图10，这10张图逐步显示出了实施例2中的以SOI晶圆1为基材的LED散热基板的制作方法的各步骤期间的形态。
参见图1，SOI晶圆1的结构为在硅材质的上层11和底层13之间有一二氧化硅材质的蚀刻停止层12。
参见图2，在SOI晶圆1的上下表面形成保护层2，具体来说在该晶圆的上层11的前面111和底层13的背面132分别形成上保护层21和下保护层22；保护层2为二氧化硅和/或氮化硅，即上保护层21和下保护层22可以都采用二氧化硅或氮化硅，也可以采用二氧化硅加氮化硅；可以通过高温氧化工艺在晶圆1表面沉积形成二氧化硅；可以通过低压化学气相沉积工艺在晶圆1表面沉积形成氮化硅。保护层2的作用是对上层11和底层13的硅起到保护保护作用，在后面的步骤中，没有保护层2保护的上层11和底层13的硅可以被蚀刻，而有保护层2的未暴露的硅则不会被蚀刻，这样就可以限定出需要蚀刻的区域。
参见图3，去除部分下保护层22，露出底层13的背面132，该区域的范围即限定了蚀刻导孔3的区域，在本步骤中，采用氢氟酸/氢氟酸缓冲液/等离子体气相蚀刻工艺去除二氧化硅；采用热磷酸/等离子体气相蚀刻工艺去除氮化硅。
参见图4，从SOI晶圆1的底层13的背面132朝底层13的前面131进行蚀刻，至露出蚀刻停止层12以形成2个导孔3，蚀刻底层13采用80％的氢氧化钾或者四甲基氢氧化氨液体。
参见图5，在导孔3的表面形成孔保护层23，孔保护层23与上保护层21及下保护层22一样，可以为二氧化硅和/或氮化硅；可以通过高温氧化工艺在导孔3的表面沉积形成二氧化硅；也可以通过低压化学气相沉积工艺在导孔3的表面沉积形成氮化硅。
参见图6，去除部分上保护层21，露出上层11的前面111，该区域的范围即限定了蚀刻硅杯4的区域，与去除下保护层22的方法一致，在本步骤中，采用氢氟酸/氢氟酸缓冲液/等离子体气相蚀刻工艺去除二氧化硅；采用热磷酸/反应离子蚀刻工艺/等离子体气相蚀刻工艺去除氮化硅。
参见图7，从SOI晶圆1的上层11的前面111朝上层11的背面112进行蚀刻，至露出SOI晶圆蚀刻停止层12后以形成一用于绑定大功率LED芯片的硅杯4，硅杯4的底面覆盖导孔3的上端面31；本步骤中，蚀刻上层11同样采用80％的氢氧化钾或者四甲基氢氧化氨液体。
参见图8，去除上保护层21、下保护层22和孔保护层23；剥离硅杯4底部的蚀刻停止层21；去除保护层21、下保护层22和孔保护层23仍采用前述方法，即采用氢氟酸/氢氟酸缓冲液/等离子体气相蚀刻工艺去除二氧化硅；采用热磷酸/反应离子蚀刻工艺/等离子体气相蚀刻工艺去除氮化硅。剥离蚀刻停止层21采用氢氟酸/氢氟酸缓冲液/等离子体气相蚀刻工艺。
参见图9，在导孔3内注入金属导体5，金属导体5为金(Au)或者银(Ag)，用于大功率LED芯片7的导电。
参见图10，在硅杯4的底部及晶圆1的底层13的背面132镀上Sn/Au合金或者银浆形成粘接层6。在硅杯4的底部的粘接层6用于绑定大功率LED芯片7，底层13的背面的粘接层6则用于与电路板连接。采用电镀/热淀积/金属液体悬浮液释放后再凝聚工艺等镀Sn/Au合金或银浆。Sn/Au合金或者银浆是热阻低的金属材料，烧结温度较低(低于300℃)，散热性能好，易于控制厚度，与以往采用的非金属粘结剂相比，能大大降低热阻，降低生产成本，延长LED散热基板以及LED封装结构的使用寿命。
(实施例10，LED封装结构的制作方法，以SOI晶圆为基材)
见图1至图11，这些图清楚地显示出实施例5的以SOI晶圆1为基材的LED封装结构的制作方法的每个步骤，其中到图10，LED散热基板已经形成，参见图11，将大功率LED芯片7绑定在硅杯4底部的粘接层5上，其引脚焊接在导孔3内的金属导体5上；在硅杯4内填充荧光粉/硅胶10即可。
(实施例11，LED封装结构的制作方法，以SOI晶圆为基材)
见图1至图10以及图12，这些图清楚地显示出实施例6的以SOI晶圆1为基材的LED封装结构的制作方法的每个步骤，其中到图10，LED散热基板已经形成，参见图12，将大功率LED芯片7绑定在硅杯4底部的粘接层5上，其引脚焊接在导孔3内的金属导体5上；将透镜固定环10固定在上层11上，将透镜9固定在透镜固定环10上，透镜8与大功率LED芯片7之间填充荧光粉/硅胶8即可。
(实施例12，LED散热基板的制作方法，以单晶硅晶圆为基材)
见图13至图22，这10张图逐步显示出了实施例4中的以单晶硅晶圆20为基材的LED散热基板的制作方法的各步骤期间的形态。各反应的工艺与实施例9中相同。
参见图13，单晶硅晶圆20的具体结构件图13，包括第一面201，第二面202。
参见图14，在单晶硅晶圆20的上下表面形成保护层2，具体来说在第一面201和第二面202上分别形成上保护层21和下保护层22。
参见图15，去除部分下保护层22，露出部分第二面202，该区域的范围即限定了蚀刻导孔3的区域。
参见图16，从单晶硅晶圆20的第二面202朝第一面201进行蚀刻，采取控制刻蚀时间的方法控制蚀刻微孔深度，直到微孔上端面的直径＞100um为止，形成2个导孔3。
参见图17，在导孔3的表面形成孔保护层23。
参见图18，去除部分上保护层21，露出第一面201，该区域的范围即限定了蚀刻硅杯4的区域。
参见图19，从单晶硅晶圆20的第一面201朝第二面202行蚀刻，至露出导孔3的上端面31后停止，以形成一用于绑定大功率LED芯片的硅杯4，硅杯4的底面覆盖导孔3的上端面31。
参见图20，去除上保护层21、下保护层22和孔保护层23。
参见图21，在导孔3内注入金属导体5，金属导体5为金(Au)或者银(Ag)，用于大功率LED芯片7的导电。
参见图22，在硅杯4的底部及单晶硅晶圆20的第二面202上镀上Sn/Au合金或者银浆形成粘接层6。
(实施例13，LED封装结构的制作方法，以单晶硅晶圆为基材)
见图13至图23，这些图清楚地显示出实施例7的以单晶硅晶圆20为基材的LED封装结构的制作方法的每个步骤，其中到图22，LED散热基板已经形成，参见图23，将大功率LED芯片7绑定在硅杯4底部的粘接层5上，其引脚焊接在导孔3内的金属导体5上；在硅杯4内填充荧光粉/硅胶10即可。
(实施例14，LED封装结构的制作方法，以单晶硅晶圆为基材)
见图13至图22以及图24，这些图清楚地显示出实施例8的以单晶硅晶圆20为基材的LED封装结构的制作方法的每个步骤，其中到图22，LED散热基板已经形成，参见图24，将大功率LED芯片7绑定在硅杯4底部的粘接层5上，其引脚焊接在导孔3内的金属导体5上；将透镜固定环10固定在上层11上，将透镜9固定在透镜固定环10上，透镜8与大功率LED芯片7之间填充荧光粉/硅胶8即可。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种LED散热基板，其特征在于：以SOI晶圆(1)或单晶硅晶圆(20)为基材；以SOI晶圆(1)为基材的散热基板包括：
一硅材质的上层(11)，其上包括通过蚀刻形成的硅杯(4)；
一位于上层(11)的下SOI晶圆内的二氧化硅材质的蚀刻停止层(12)；
一硅材质的底层(13)，其上包括通过蚀刻形成的至少二个导孔(3)；
导孔(3)内填充有金属导体(5)；以单晶硅晶圆(20)为基材的散热基板包括：
在第一面(201)上通过蚀刻形成的硅杯(4)；
在第二面(202)上通过蚀刻形成的至少二个导孔(3)；
导孔(3)内填充有金属导体(5)。
2.根据权利要求1所述的LED散热基板，其特征在于：所述硅杯(4)的底部为正方形或者长方形；在硅杯(4)的底部及SOI晶圆(1)底层(13)的背面(132)或单晶硅晶圆(20)的第二面(201)上还包括Sn/Au合金或者银浆材质的粘接层(6)。
3.根据权利要求2所述的LED散热基板，其特征在于：所述硅杯(4)的深度为300～500um；所述导孔(3)的深度为50～200um，导孔(3)的上端面(31)的直径＞100um；所述以SOI晶圆(1)为基材的散热基板的蚀刻停止层(12)的厚度为1～2um。
4.一种LED封装结构，其特征在于包括：散热基板、大功率LED芯片(7)和荧光粉/硅胶(8)；散热基板以SOI晶圆(1)或单晶硅晶圆(20)为基材，
以SOI晶圆(1)为基材的散热基板包括：
一硅材质的上层(11)，其上包括通过蚀刻形成的硅杯(4)；
一位于上层(11)的下SOI晶圆内的二氧化硅材质的蚀刻停止层(12)；
一硅材质的底层(13)，其上包括通过蚀刻形成的至少二个导孔(3)；
导孔(3)内填充有金属导体(5)；
硅杯(4)的底部及底层(13)的背面(132)上包括Sn/Au合金或者银浆材质的粘接层(6)；
以单晶硅晶圆(20)为基材的散热基板包括：
在第一面(201)上通过蚀刻形成的硅杯(4)；
在第二面(202)上通过蚀刻形成的至少二个导孔(3)；
导孔(3)内填充有金属导体(5)；
硅杯(4)的底部及第二面(201)上包括Sn/Au合金或者银浆材质的粘接层(6)；
一个或多个点阵排列的大功率LED芯片(7)绑定在硅杯(4)的底部的粘接层(6)上，大功率LED芯片(7)的引脚焊接在导孔(3)内的金属导体(5)上；
荧光粉/硅胶(8)封装在硅杯(4)内。
5.根据权利要求4所述的一种LED封装结构，其特征在于：还包括透镜(9)和透镜固定环(10)；透镜(8)通过透镜固定环(9)固定在SOI晶圆(1)的上层(11)的前面(111)或者单晶硅晶圆(20)的第一面(201)上；荧光粉/硅胶(8)封装在透镜(9)与大功率LED芯片(7)之间。
6.一种LED散热基板的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
①以SOI晶圆(1)或单晶硅晶圆(20)为基材，在SOI晶圆(1)或单晶硅晶圆(20)的上下表面形成保护层(2)；SOI晶圆(1)的结构为在硅材质的上层(11)和底层(13)之间有一二氧化硅材质的蚀刻停止层(12)，在该晶圆的上层(11)的前面(111)和底层(13)的背面(132)分别形成上保护层(21)和下保护层(22)；在单晶硅晶圆(20)的第一面(201)和第二面(202)上分别形成上保护层(21)和下保护层(22)；
②去除部分下保护层(22)，从SOI晶圆(1)的底层(13)的背面(132)朝底层(13)的前面(131)进行蚀刻或者从单晶硅晶圆(20)的第二面(202)朝第一面(201)进行蚀刻；当以SOI晶圆(1)为基材时，则蚀刻至露出蚀刻停止层(12)为止；若使用单晶硅晶圆(20)则采取控制刻蚀时间的方法控制蚀刻微孔深度，直到微孔上端面(31)的直径＞100um为止；以形成至少二个导孔(3)，并在导孔(3)的表面形成孔保护层(23)；
③去除部分上保护层(21)，从SOI晶圆(1)的上层(11)的前面(111)朝上层(11)的背面(112)进行蚀刻或者从单晶硅晶圆(20)的第一面(201)朝第二面(202)进行蚀刻，至到达SOI晶圆(1)的蚀刻停止层(12)或单晶硅晶圆(20)的导孔(3)的上端面(31)完全露出为止，以形成一用于绑定大功率LED芯片的硅杯(4)，硅杯(4)的底面覆盖导孔(3)的上端面(31)；
④去除上保护层(21)、下保护层(22)和孔保护层(23)；当以SOI晶圆(1)为基材时，剥离硅杯(4)底部的蚀刻停止层(12)；
⑤在导孔(3)内注入金属导体(5)。
7.根据权利要求1所述的LED散热基板的制作方法，其特征在于还包括：
步骤⑥：在硅杯(4)的底部及SOI晶圆(1)的底层(13)的背面(132)或单晶硅晶圆(20)的第二面(201)镀上Sn/Au合金或者银浆形成粘接层(6)。
8.根据权利要求2所述的LED散热基板的制作方法，其特征在于：在步骤①及步骤②中，上保护层(21)、下保护层(22)和孔保护层(23)为二氧化硅和/或氮化硅；通过高温氧化工艺在SOI晶圆(1)或单晶硅晶圆(20)的上下表面沉积形成二氧化硅；通过低压化学气相沉积工艺在SOI晶圆(1)或单晶硅晶圆(20)的上下表面沉积形成氮化硅；在步骤②、③和④中，采用氢氟酸/氢氟酸缓冲液/等离子体气相蚀刻工艺去除二氧化硅；采用热磷酸/反应离子蚀刻工艺/等离子体气相蚀刻工艺去除氮化硅；在步骤②和步骤③中，采用80％的氢氧化钾或者四甲基氢氧化氨液体对SOI晶圆(1)的底层(13)和上层(11)或者单晶硅晶圆(20)的第一面(201)或第二面(202)进行蚀刻；在步骤⑥中，采用电镀/热淀积/金属液体悬浮液释放后再凝聚工艺镀Sn/Au合金。
9.一种LED封装结构的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
①以SOI晶圆(1)或单晶硅晶圆(20)为基材，在SOI晶圆(1)或单晶硅晶圆(20)的上下表面形成保护层(2)；SOI晶圆(1)的结构为在硅材质的上层(11)和底层(13)之间有一二氧化硅材质的蚀刻停止层(12)，在该晶圆的上层(11)的前面(111)和底层(13)的背面(132)分别形成上保护层(21)和下保护层(22)；在单晶硅晶圆(20)的第一面(201)和第二面(202)上分别形成上保护层(21)和下保护层(22)；
②去除部分下保护层(22)，从SOI晶圆(1)的底层(13)的背面(132)朝底层(13)的前面(131)进行蚀刻或者从单晶硅晶圆(20)的第二面(202)朝第一面(201)进行蚀刻；当以SOI晶圆(1)为基材时，则蚀刻至露出蚀刻停止层(12)为止；若使用单晶硅晶圆(20)则采取控制刻蚀时间的方法控制蚀刻微孔深度，直到微孔上端面(31)的直径＞100um为止；以形成至少二个导孔(3)，并在导孔(3)的表面形成孔保护层(23)；
③去除部分上保护层(21)，从SOI晶圆(1)的上层(11)的前面(111)朝上层(11)的背面(112)进行蚀刻或者从单晶硅晶圆(20)的第一面(201)朝第二面(202)进行蚀刻，至到达SOI晶圆(1)的蚀刻停止层(12)或单晶硅晶圆(20)的导孔(3)的上端面(31)完全露出为止，以形成一用于绑定大功率LED芯片的硅杯(4)，硅杯(4)的底面覆盖导孔(3)的上端面(31)；
④去除上保护层(21)、下保护层(22)和孔保护层(23)；当以SOI晶圆(1)为基材时，剥离硅杯(4)底部的蚀刻停止层(12)；
⑤在导孔(3)内注入金属导体(5)；
⑥在硅杯(4)的底部及SOI晶圆(1)的底层(13)的背面(132)或单晶硅晶圆(20)的第二面(201)镀上Sn/Au合金或者银浆形成粘接层(6)；
⑦将一个或多个点阵排列的大功率LED芯片(7)绑定在硅杯(4)底部的粘接层(5)上，其引脚焊接在导孔(3)内的金属导体(5)上；
⑧硅杯(4)内填充荧光粉/硅胶(10)。
10.根据权利要求9的LED封装结构的制作方法，其特征在于：所述第⑧步为：将透镜固定环(9)固定在上层(11)上，将透镜(8)固定在透镜固定环(9)上，透镜(8)与大功率LED芯片(7)之间填充荧光粉/硅胶(10)。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103280508A (zh) * 2013-05-24 2013-09-04 江阴长电先进封装有限公司 一种晶圆级led封装方法
CN107010998A (zh) * 2017-02-27 2017-08-04 广东长盈精密技术有限公司 陶瓷的表面处理方法、陶瓷制品及陶瓷塑料复合体
US11312048B2 (en) 2017-01-10 2022-04-26 Guangdong Everwin Precision Technology Co., Ltd. Surface treatment method of material, material product and composite material

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1605126A (zh) * 2001-10-17 2005-04-06 许密特有限公司 带有一个或更多通孔的半导体结构
CN1801497A (zh) * 2004-12-31 2006-07-12 财团法人工业技术研究所 发光二极管封装结构及其制作方法
CN1877875A (zh) * 2006-05-17 2006-12-13 广州南科集成电子有限公司 Led及制造方法
CN101308838A (zh) * 2008-06-06 2008-11-19 广州南科集成电子有限公司 一种高导通电压倒装led集成芯片及制造方法
CN101517729A (zh) * 2006-09-26 2009-08-26 许密特有限公司 使用蚀刻停止层形成贯穿晶片电学互连及其它结构
CN101577304A (zh) * 2008-05-05 2009-11-11 台湾积体电路制造股份有限公司 发光二极管封装结构

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1605126A (zh) * 2001-10-17 2005-04-06 许密特有限公司 带有一个或更多通孔的半导体结构
CN1801497A (zh) * 2004-12-31 2006-07-12 财团法人工业技术研究所 发光二极管封装结构及其制作方法
CN1877875A (zh) * 2006-05-17 2006-12-13 广州南科集成电子有限公司 Led及制造方法
CN101517729A (zh) * 2006-09-26 2009-08-26 许密特有限公司 使用蚀刻停止层形成贯穿晶片电学互连及其它结构
CN101577304A (zh) * 2008-05-05 2009-11-11 台湾积体电路制造股份有限公司 发光二极管封装结构
CN101308838A (zh) * 2008-06-06 2008-11-19 广州南科集成电子有限公司 一种高导通电压倒装led集成芯片及制造方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103280508A (zh) * 2013-05-24 2013-09-04 江阴长电先进封装有限公司 一种晶圆级led封装方法
CN103280508B (zh) * 2013-05-24 2015-12-23 江阴长电先进封装有限公司 一种晶圆级led封装方法
US11312048B2 (en) 2017-01-10 2022-04-26 Guangdong Everwin Precision Technology Co., Ltd. Surface treatment method of material, material product and composite material
CN107010998A (zh) * 2017-02-27 2017-08-04 广东长盈精密技术有限公司 陶瓷的表面处理方法、陶瓷制品及陶瓷塑料复合体
CN107010998B (zh) * 2017-02-27 2020-07-31 广东长盈精密技术有限公司 陶瓷的表面处理方法、陶瓷制品及陶瓷塑料复合体

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