CN110752282B - 一种具有高光效和高可靠性的uv led器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有高光效和高可靠性的UV LED器件，包括UV LED芯片、承载体、粘结剂、封盖和硅流体，所述UV LED芯片固定于所述承载体上，所述承载体与所述封盖通过粘结剂连接以形成密闭的腔体，所述硅流体填满所述腔体，所述粘结剂包含紫外固化胶和硅胶。利用紫外固化胶固化时无需加热且固化快速的特性，避免硅流体受热膨胀，控制硅流体溢出量，从而减少粘结剂固化前与硅流体的接触面积，增强所述承载体与所述封盖的粘结力。本发明在所述承载体四周向上形成的围坝上设置第一凸台和第二凸台，进一步降低硅流体与粘结剂混合的可能性。本发明还提供了一种具有高光效和高可靠性的UVLED器件制备方法，该方法简单易实现、良率高。
Description
技术领域
本发明涉及紫外LED封装领域，尤其涉及一种具有高光效和高气密性的UV LED器件及其制备方法。
背景技术
目前对于UV-LED封装工艺，较为常见的是覆铜氮化铝陶瓷材料作为封装支架，纯石英玻璃材料作为封盖透镜。覆铜氮化铝陶瓷支架和纯石英玻璃透镜之间的腔体，有无填充(腔体为真空)，气体填充，和非气体填充三类，其中无填充和气体填充方案中腔体折射率均接近1，而石英透镜折射率为1.4～1.6，因而从LED芯片发出的光进入腔体，然后进入石英透镜过程中存在较多的全反射损失。非气体填充方式包括固体和液体填充，固体填充多采用硅胶、环氧树脂，然而，环氧树脂材料因易黄化、变性，尤其在UV-LED封装领域不再使用；硅胶在可见光领域使用较为常见，而在UVC波段仍然存在开裂风险。
采用液体作为填充材料，例如硅流体，硅流体常温下为液态，由Si-O和Si-CH3官能团组成，其主链由Si-O键合，其具有108Kcal/mol的高键合能，由于UVC和UVB能量分别为102Kcal/mol和91Kcal/mol，因此不容易被UVC(200～280nm)和UVB(280～320nm)光线破坏。硅流体的这种特性使其在260～350nm光线波长范围内呈透明状态，即具有91-95％高透光率，相比传统无填充材料的器件光功率提升50～70％；同时，硅流体折射率介于蓝宝石与石英透镜之间，器件内光学路径材料折射率逐步递减，避免空腔体时光线从空气进入石英玻璃透镜时出现的全反射损失，可增加器件出光效率。另外，硅流体填充在腔体内，可充当导热介质将热量传导至支架散出，使整个封装体热阻下降25～30％，可以增加器件整体散热性能。
在实际生产过程中，支架与透镜之间的连接材料一般为硅胶、环氧树脂或无机材料等，均需加热。若同时采用液体封装，支架与透镜之间的腔体内充满液体填充材料，在加热硅胶、环氧树脂或无机材料等过程中，液体填充材料易受热膨胀流动，此时透镜、液体填充材料、支架三者均处于不稳定结构，一方面，液体填充材料会满溢到粘附剂区域与粘附剂混合，影响支架与透镜之间的连接效果；另一方面，透镜容易震动、产生偏移或倾斜，最终影响封装器件外观、出光效率以及可靠性。
发明内容
本发明的目的是：提供一种减少液体填充材料与粘结剂接触，并具有高光效、高可靠性和气密性的UV LED器件。另一目的在于：提出一种用于制造一个或多个这种器件的成本适宜且简化的方法。
本发明提供一种具有高光效和高可靠性的UV LED器件，其特征在于，包括UV LED芯片、承载体、封盖、粘结剂和硅流体，所述承载体四周向上形成围坝以使所述承载体成为碗杯形状，所述UV LED芯片固定于所述承载体底部中间的焊盘上，并被所述围坝包围，所述围坝上表面具有第一凸台和第二凸台，所述第一凸台高于所述第二凸台，所述第一凸台与所述第二凸台之间具有凹槽，所述粘结剂充满所述凹槽，并覆盖所述第一凸台和所述封盖侧面，所述封盖位于第二凸台上并被所述第一凸台包围，所述承载体与所述封盖通过粘结剂粘结以形成密闭的腔体，所述硅流体填满所述腔体，所述粘结剂包含紫外固化胶和硅胶，所述硅胶覆盖于所述紫外固化胶上，以避免所述紫外固化胶与空气接触。
进一步地，所述第二凸台上表面设置有纳米级三棱锥或柱状阵列。
进一步地，所述纳米级三棱锥阵列底面半径为300-500nm，高度为200-400nm；所述纳米级柱状阵列的底面半径为350-450nm，高度为250-350nm。
本发明还提供一种具有高光效和高可靠性的UV LED器件制备方法，其特征在于，包括步骤：
S01制作承载体：在陶瓷基板四周蒸镀Cu作为围坝，得到碗杯形状的承载体，并在所述围坝上表面形成第一凸台和第二凸台，所述第一凸台高于所述第二凸台，所述第一凸台与所述第二凸台之间具有凹槽；
S02固晶：采用锡膏回流焊或共晶工艺将UV LED芯片固定于所述承载体底部中间的焊盘上；
S03点涂硅流体：将硅流体进行第一次真空脱泡处理，使用点胶机，往碗杯形状的所述承载体内点硅流体，并进行第二次真空脱泡处理；
S04点涂紫外固化胶：往所述凹槽内点涂紫外固化胶；
S05盖封：将封盖以软着陆的方式轻置于所述第二凸台上，轻压所述封盖，使得硅流体往外溢出，并且所述封盖与所述紫外固化胶接触；
S06光固化：在所述封盖上方5cm处，采用照度为100-150mW/cm2UV光，照射10～30s，即可得到具有高光效和高可靠性的UV LED器件。
进一步地，步骤S01所述承载体的制作工艺具体为：
S101在陶瓷基板上制作两个通孔，往所述通孔内溅射Cu，使Cu充满所述通孔；
S102在真空条件下，在所述陶瓷基板表面磁控溅射Ti/TiW/Ni/Au/Cr金属复合层，厚度10～50μm。在金属复合层上进行匀胶、曝光显影、湿法刻蚀、去胶工艺，形成焊盘及热电分离结构；
S103在所述陶瓷基板上表面四周边缘预留1～4mm的第一区域，在除所述第一区域外的所述陶瓷基板上表面覆盖第一光刻胶；
S104在所述陶瓷基板和所述第一光刻胶表面电子束蒸镀Cu层，厚度1～4mm，剥离所述第一光刻胶上方的Cu层，去除所述第一光刻胶，形成带有围坝的碗杯状承载体；
S105在所述围坝上表面外边缘预留0.2～0.5mm的第二区域，在除所述第二区域外的所述围坝上表面和所述陶瓷基板底面覆盖第二光刻胶；
S106在陶瓷基板表面电子束蒸镀Cu，使用蓝膜剥离所述第二光刻胶和所述第二光刻胶上方的Cu，形成第一凸台；
S107在所述围坝上表面内边缘预留0.03～0.07mm的第三区域，在除所述第三区域外的所述围坝上表面和所述陶瓷基板底面覆盖第三光刻胶；
S108在陶瓷基板表面电子束蒸镀Cu，使用蓝膜剥离所述第三光刻胶和所述第三光刻胶上方的Cu，形成第二凸台，即可得到所述承载体。
进一步地，在所述第二凸台上表面形成纳米级三棱锥或柱状阵列。
进一步地，所述纳米级三棱锥或柱状阵列制作工艺包括：
S701在所述第二凸台上表面蒸镀二氧化硅层；
S702在所述二氧化硅层表面涂布光刻胶，烘烤所述光刻胶；
S703将图形化掩膜板覆盖在所述光刻胶表面，对所述表面进行UV曝光；
S704分别将显影液喷淋到曝光后的所述光刻胶表面；
S705采用ICP刻蚀所述二氧化硅层，去胶形成三棱锥阵列，或采用湿法刻蚀所述二氧化硅层，去胶形成柱状阵列。
进一步地，步骤S03所述点涂硅流体具体步骤：
S301将硅流体装入点胶机胶桶，将所述胶桶置于真空环境下15min进行脱泡处理；
S302使用点胶机，设置点胶压力为120～150Kpa，点胶针内径为0.8～1.3mm，点胶时间设置为2～3s，往所述承载体的围坝形成的空腔内填充硅流体，使所述硅流体液面中心高于凸台1～3μm。
进一步地，在与所述粘结剂接触的所述封盖侧面溅射遮光层。
本发明提供的具有高光效和高可靠性的UV LED器件，使用紫外固化胶作为封盖与承载体之间的粘结剂，成本易控，室温照射条件下可迅速固化，材料固化后粘附力度强。由于在封盖和承载体粘结过程中，不经过加热，整个封装结构迅速地由不稳定结构转为稳定结构。
本发明还在承载体上与封盖的接触面靠近腔体处设置有第二凸台，可阻挡紫外固化胶在固化前与硅流体接触。在第二凸台上表面制作均匀的百纳米级三棱锥或柱状阵列，相当于在第二凸台上表面形成若干容室，紫外固化胶迅速固化后，三棱锥阵列结构可吸收外溢的硅流体，从而进一步降低硅流体和紫外固化胶的互相影响，保证封盖的平整性和器件的可靠性。本发明在封盖侧面设置遮光层，可以保证在器件使用过程中UV LED芯片发出的紫外光不照射到设置于遮光层与围坝之间缝隙内的粘结剂，防止粘结剂在紫外光长期照射下，变黄老化，从而提高器件的寿命。在紫外固化胶固化后，在封盖和承载体之间的剩余的缝隙内点涂硅胶，粘结剂通过底部采用紫外固化胶完成快速固化过程，外部使用硅胶以隔绝小分子物质，结合了紫外固化胶和硅胶的特性，提高了器件的气密性和稳定性。
附图说明
图1、2为UV LED器件的不同实施例示意剖面图；
图3为上表面具有三棱锥阵列的第二凸台剖面图；
图4为上表面具有柱状阵列的第二凸台剖面图；
图5为紫外面光源固化示意图；
1-承载体；2-UV LED芯片；3-硅流体；4-紫外固化胶；5-封盖；6-硅胶；7-封装体；8-UV光源；
101-第一凸台；102-第二凸台；h1-第一凸台的高度；h2-第二凸台的高度。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来描述实施方案。然而，以下所述的实施方案可以以各种形式进行修改，并且本公开内容的范围不限于实施方案。提供本公开内容的实施方案来向本领域普通技术人员充分地描述本公开内容。
此外，空间相关的术语(例如“第一”或“第二”和“上”或“下”)在本文中可以用于在无需要求或包括元件或特征之间的物理或逻辑关系或者元件或特征的顺序的情况下，使描述一个元件或特征与另一元件或特征的关系的描述方便。
在图中，为了描述便利和简明起见，各层的厚度或尺寸被放大、省略或示意性示出。另外，各构成元件的尺寸或面积未完整反映其实际尺寸。
实施例1
如图1，一种具有高光效和高可靠性的UV LED器件，包括承载体1、UV LED芯片2、硅流体3、粘结剂(包括紫外固化胶4和硅胶6)和封盖5，所述承载体1四周向上形成围坝，所述围坝高1mm，宽1mm，以使所述承载体1成为碗杯形状，所述UV LED芯片2固定于所述承载体1底部中间的焊盘上，所述围坝上表面具有第一凸台101和第二凸台102，第二凸台102高度h2为0.03mm，宽为0.03mm，所述第一凸台101高0.2mm，宽0.2mm，所述第一凸台101与所述第二凸台102之间具有凹槽，所述粘结剂充满所述凹槽，并覆盖所述第一凸台101和所述封盖5侧面，所述封盖5位于第二凸台102上并被所述第一凸台101包围，所述承载体1与所述封盖5通过粘结剂粘结以形成密闭的腔体，所述硅流体3填满所述腔体，所述粘结剂包含紫外固化胶4和硅胶6，所述硅胶6覆盖于所述紫外固化胶4上，以避免所述紫外固化胶4与空气接触，防止小分子物质从缝隙进入UV LED器件内部。
实施例1中UV LED器件制备工艺流程如下：
S01制作承载体
在陶瓷基板上使用雷射制作两个通孔，并王所述通孔内溅射Cu，使Cu充满通孔，然后在真空条件下，在陶瓷基板表面磁控溅射Ti/TiW/Ni/Au/Cr金属复合层，厚度10～50μm。在金属复合层上进行匀胶、曝光显影、湿法刻蚀、去胶工艺，形成焊盘及热电分离结构。在陶瓷基板上表面距离四周边缘1mm处预留第一区域，在除了第一区域的陶瓷基板上表面覆盖第一光刻胶，在陶瓷基板表面电子束蒸镀Cu层，厚度1mm，剥离所述第一光刻胶上方的Cu层，去除所述第一光刻胶，形成带有围坝的碗杯状承载体；在所述围坝上表面外边缘预留0.2mm的第二区域，在除所述第二区域外的所述围坝上表面和所述陶瓷基板底面覆盖第二光刻胶；在陶瓷基板表面电子束蒸镀Cu，厚度0.2mm，此时，光刻胶相应的Cu层相对更高，使用蓝膜粘结光刻胶上方的Cu层，剥离所述第二光刻胶和所述第二光刻胶上方的Cu，去除光刻胶后形成第一凸台101；在所述围坝上表面内边缘预留0.03mm的第三区域，在除所述第三区域外的所述围坝上表面和所述陶瓷基板底面覆盖第三光刻胶；在陶瓷基板表面电子束蒸镀Cu，厚度为0.03mm，使用蓝膜剥离所述第三光刻胶和所述第三光刻胶上方的Cu，形成第二凸台102。
用镀膜机在所述第二凸台102上表面蒸镀厚度为300nm的二氧化硅保护层膜，用涂布机在二氧化硅保护膜表面旋涂布光刻胶，对光刻胶进行烘烤，烘烤温度为80～120℃，将图形化掩模版覆盖到光刻胶表面并对其进行UV曝光，掩模版上的透明部分，UV光可以透过并照射到感光光刻胶上，使光刻胶产生反应。掩模版上黑色不透明部分，UV光无法透过，此部分的光刻胶不产生反应。将显影液喷淋到曝光后的光刻胶表面，显影液会将被UV光照射发生反应的光刻胶溶解，从器件表面去除，留下未被UV光照射的部分光刻胶。采用ICP刻蚀，在二氧化硅层刻蚀出倾斜面，用脱模液去掉未被UV光照射的部分光刻胶，在第二凸台102表面形成纳米级三棱锥阵列，如图3。
将覆铜氮化铝陶瓷基板浸泡在超声酒精中5min，去除表面可能存在的污染物并冲水甩干，承载体制作完成。
S02固晶：
若使用倒装结构的UV LED芯片2，使用点胶机在支架底部焊盘对上点涂锡膏或助焊剂，用固晶机吸嘴将芯片拾取，使倒装结构的UV LED芯片2正负电极分别对应于支架底部焊盘置于锡膏上，放入回流焊炉中进行回流焊；若使用正装结构的UV LED芯片2，使用点胶机在支架底部焊盘中间区域点涂环氧或硅胶作为绝缘胶，用固晶机吸嘴将芯片拾取置于绝缘胶上，烘烤固化绝缘胶使芯片固定，使用焊线机依次焊线。
S03点涂硅流体3：
首先将硅流体3装入点胶机胶桶中，将胶桶置于真空环境下15min，使硅流体3中气泡逸出。使用点胶机，点胶压力设置为120Kpa，点胶针内径为0.8mm，点胶时间2.602s，将硅流体3点涂至承载体1的空腔中，由于表面张力作用，硅流体3液面高于第二凸台102上表面，却不溢出。
硅流体3点胶工艺参数设置如下式所示：
T吐硅流体＝k(L1*W1*H1-L2*W2*H2-2L3*W3*H3)/S0*L0
其中，
T吐硅流体＝V液/Vs
V液＝k(V1-V2-2V3)
V1＝L1*W1*H1
V2＝L2*W2*H2
V3＝L3*W3*H3
Vs＝S0*L0
其中，
T吐硅流体：点硅流体需要的时间
V液：需要的硅流体体积
Vs：单位时间涂硅流体体积S0：点胶针内径L0：单位时间涂硅流体长度
K：硅流体凸起比例系数(K取1至1.02)
V1:腔体容积L1：腔体长W1：腔体宽H1：腔体高
V2:芯片体积L2：芯片长W2：芯片宽H2：芯片高
V3:单个承载体体积L3：单个承载体长W3：单个承载体宽H3：单个承载体高
S04点涂紫外固化胶：
使用点胶机，将紫外固化胶4分多次点涂于围坝的阶梯凹部内，设置点胶压力为70Kpa，点胶针内径为0.6mm，点胶时间为2.602s。如图4，使用紫外面光源设备，其光源峰值波长为320-360nm，距离封装体上方5cm，照度为100-150mW/cm2面光源，照射材料30s即完成固化。
S05盖封：
使用固晶机(定制透镜容纳模具及吸嘴)或透镜封盖设机放置好阵列排列的封盖5，将机台PR识别设置为围坝阶梯凹部围成的图像，放置封盖5的高度设置为距离围坝阶梯凹部上表面100um处，再设置固定封盖5方式为软着陆。盖封过程中，承载体1载台X轴及Y轴移动速率应设置为30％功率以下，尽量减少震动。
S06光固化：
封盖5与承载体1盖合后得到封装体7，使用紫外面光源设备，距离封装体7上方5cm，发射UV光源8峰值波长为320～360nm，照度为100～150mW/cm2UV光，照射材料30s即完成固化，得到具有高光效和高可靠性的UV LED器件。
在紫外固化胶4上方点涂硅胶6，待其留平围坝与封盖5之间缝隙周围一圈后烘烤固化硅胶6，底部采用紫外固化胶4，外围包裹硅胶6可以充分发挥两种粘结材料的优势，提高器件粘结力度、气密性，具有高可靠性。
如图3，所述纳米级三棱锥阵列底面半径为300-500nm，高度为200-400nm，三棱锥阵列结构形成的若干容室，可以在压合封盖5的时候，缓冲、容纳外溢的硅流体3，以免硅流体3流入紫外固化胶4区域，影响固化效果。
在封盖5侧面溅射金作为遮光层，可以防止UV LED芯片发出的光线照射粘结剂，防止紫外固化胶4在紫外线的长期照射下，发黄老化，保证了器件的寿命，还可以起到聚光的作用。
实施例2
如图2，一种具有高光效和高可靠性的UV LED器件，包括承载体1、UV LED芯片2、硅流体3、粘结剂(包括紫外固化胶4和硅胶6)和封盖5，所述承载体1四周向上形成围坝(围坝高4mm，宽4mm)以使所述承载体1成为碗杯形状，所述UV LED芯片2固定于所述承载体1底部中间的焊盘上，所述围坝上表面具有第一凸台101和第二凸台102，第二凸台102高度h2为0.07mm，宽为0.07mm，所述第一凸台101高0.5mm，宽0.5mm，所述第一凸台101与所述第二凸台102之间具有凹槽，所述粘结剂充满所述凹槽，并覆盖所述第一凸台101和所述封盖5侧面，所述封盖5位于第二凸台102上并被所述第一凸台101包围，所述承载体1与所述封盖5通过粘结剂粘结以形成密闭的腔体，所述硅流体3填满所述腔体，所述粘结剂包含紫外固化胶4和硅胶6，所述硅胶6覆盖于所述紫外固化胶4上，以避免所述紫外固化胶4与空气接触，防止小分子物质从缝隙进入UV LED器件内部。
UV LED器件制备工艺流程如下：
S01制作承载体
在陶瓷基板上使用雷射制作两个通孔，并王所述通孔内溅射Cu，使Cu充满通孔，然后在真空条件下，在陶瓷基板表面磁控溅射Ti/TiW/Ni/Au/Cr金属复合层，厚度10～50μm。在金属复合层上进行匀胶、曝光显影、湿法刻蚀、去胶工艺，形成焊盘及热电分离结构。在陶瓷基板上表面距离四周边缘大于4mm处覆盖第一光刻胶，在陶瓷基板表面电子束蒸镀Cu层，厚度4mm，剥离所述第一光刻胶上方的Cu层，去除所述第一光刻胶，形成带有围坝的碗杯状承载体；在所述陶瓷基板的底面和上表面距离所述围坝外边缘大于0.5mm处覆盖第二光刻胶；在陶瓷基板表面电子束蒸镀Cu，厚度0.5mm，此时，光刻胶相应的Cu层相对更高，使用蓝膜粘结光刻胶上方的Cu层，剥离所述第二光刻胶和所述第二光刻胶上方的Cu，去除光刻胶后形成第一凸台101；在所述陶瓷基板的底面和上表面距离所述围坝内边缘大于0.07mm处，覆盖第三光刻胶；在陶瓷基板表面电子束蒸镀Cu，厚度为0.07mm，使用蓝膜剥离所述第三光刻胶和所述第三光刻胶上方的Cu，形成第二凸台102。
用镀膜机在所述第二凸台102上表面蒸镀厚度为500nm的二氧化硅保护层膜，用涂布机在二氧化硅保护膜表面旋涂布光刻胶，对光刻胶进行烘烤，烘烤温度为80～120℃。将图形化掩模版覆盖到光刻胶表面并对其进行UV曝光，掩模版上的透明部分，UV光可以透过并照射到感光光刻胶上，使光刻胶产生反应。掩模版上黑色不透明部分，为边长350～450nm的正方形，UV光无法透过，此部分的光刻胶不产生反应)，将显影液喷淋到曝光后的光刻胶表面，显影液会将被UV光照射发生反应的光刻胶溶解，从器件表面去除，留下未被UV光照射的部分光刻胶。将刻蚀液喷淋到显影后的表面，刻蚀液会将未被光刻胶覆盖部分的二氧化硅刻蚀掉，留下被光刻胶保护的部分二氧化硅。将脱膜液喷淋到蚀刻后的器件表面，脱膜液会将剩下的光刻胶溶解，留下被保护的二氧化硅，从而形成纳米级柱状阵列。
如图4，所述纳米级柱状阵列的底面半径为350～450nm，高度为250～350nm。柱状阵列结构形成的若干容室，可以在压合封盖5的时候，缓冲、容纳外溢的硅流体3，以免硅流体3流入紫外固化胶4区域，影响固化效果。
将覆铜氮化铝陶瓷基板浸泡在超声酒精中5min，去除表面可能存在的污染物并冲水甩干，承载体制作完成。
S02固晶：
若使用倒装结构的UV LED芯片2，使用点胶机在支架底部焊盘对上点涂锡膏或助焊剂，用固晶机吸嘴将芯片拾取，使倒装结构的UV LED芯片2正负电极分别对应于支架底部焊盘置于锡膏上，放入回流焊炉中进行回流焊；若使用正装结构的UV LED芯片2，使用点胶机在支架底部焊盘中间区域点涂环氧或硅胶作为绝缘胶，用固晶机吸嘴将芯片拾取置于绝缘胶上，烘烤固化绝缘胶使芯片固定，使用焊线机依次焊线。
S03点涂硅流体3：
首先将硅流体3装入点胶机胶桶中，将胶桶置于真空环境下15min，使硅流体3中气泡逸出。使用点胶机，点胶压力设置为150Kpa，点胶针内径为1.3mm，点胶时间2.602s，将硅流体3点涂至承载体1的空腔中，由于表面张力作用，硅流体3液面高于第二凸台102上表面，却不溢出。
硅流体3点胶工艺参数设置如下式所示：
T吐硅流体＝k(L1*W1*H1-L2*W2*H2-2L3*W3*H3)/S0*L0
其中，
T吐硅流体＝V液/Vs
V液＝k(V1-V2-2V3)
V1＝L1*W1*H1
V2＝L2*W2*H2
V3＝L3*W3*H3
Vs＝S0*L0
其中，
T吐硅流体：点硅流体需要的时间
V液：需要的硅流体体积
Vs：单位时间涂硅流体体积S0：点胶针内径L0：单位时间涂硅流体长度
K：硅流体凸起比例系数(K取1至1.02)
V1:腔体容积L1：腔体长W1：腔体宽H1：腔体高
V2:芯片体积L2：芯片长W2：芯片宽H2：芯片高
V3:单个承载体体积L3：单个承载体长W3：单个承载体宽H3：单个承载体高
S04点涂紫外固化胶：
使用点胶机，将紫外固化胶4分多次点涂于围坝的阶梯凹部内，设置点胶压力为70～90Kpa，点胶针内径为0.6～0.8mm，点胶时间为2.602s。如图4，使用紫外面光源设备，其光源峰值波长为320～360nm，距离封装体上方5cm，照度为100～150mW/cm2面光源，照射材料30s即完成固化。
S05盖封：
使用固晶机(定制透镜容纳模具及吸嘴)或透镜封盖设机放置好阵列排列的封盖5，将机台PR识别设置为围坝阶梯凹部围成的图像，放置封盖5的高度设置为距离围坝阶梯凹部上表面100um处，再设置固定封盖5方式为软着陆。盖封过程中，承载体1载台X轴及Y轴移动速率应设置为30％功率以下，尽量减少震动。
S06光固化：
如图5，封盖5与承载体1盖合后得到封装体7，使用紫外面光源设备，距离封装体7上方5cm，发射UV光源8峰值波长为320～360nm，照度为100～150mW/cm2UV光，照射材料30s即完成固化，得到具有高光效和高可靠性的UV LED器件。
在紫外固化胶4上方点涂硅胶，待其留平围坝与封盖5之间缝隙周围一圈后烘烤固化硅胶，底部采用紫外固化胶，外围包裹硅胶可以充分发挥两种粘结材料的优势，提高器件粘结力度、气密性，具有高可靠性。
在封盖5侧面溅射金作为遮光层，可以防止UV LED芯片发出的光线照射粘结剂，防止紫外固化胶4在紫外线的长期照射下，发黄老化，保证了器件的寿命，还可以起到聚光的作用。
承载体1为覆铜氮化铝陶瓷基板，内侧壁及底部表面镀有金层，可以反射光线，使更多光线向灯珠上方导出，增加灯珠出光性能。封盖5为透镜，例如纯石英玻璃透镜，厚度为0.3～0.4mm，可为平顶透镜、凸顶透镜。
UV LED芯片2为倒装结构、正装结构或者垂直结构。优选为倒装结构的UVLED芯片。
硅流体3常温下为液态，在UV LED光线照射下，硅流体呈透明状。硅流体折射率为1.4～1.6(优选使用硅油，例如甲基硅油、苯基甲基硅油、聚二甲基硅氧烷等，其折射率为1.403～1.406)，由于其折射率介于蓝宝石与石英透镜之间，设置于腔体内，可以很大程度降低光线的全反射损失，可显著提高UV-LED器件出光效率。
紫外固化胶4，包含30～50％的预聚物、40～60％丙烯酸酯单体、1～6％光引发剂和0.2～1％的助剂，其中预聚物有：聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、丙烯酸树脂等。单体有：单官能(IBOA、IBOMA、HEMA等)、二官能(TPGDA、HDDA、DEGDA、NPGDA等)、三官能及多官能(TMPTA、PETA等)引发剂有：1173，184，907。例如：卡夫特K-3013、K-3322、K-3013L。
硅胶6可为二甲基硅胶、甲基乙烯基硅胶、甲基苯基乙烯基硅胶、氟硅胶、腈硅胶、苯硅胶、乙基硅胶、硅氮橡胶等具有较强气密性和粘结能力的硅胶。
本发明实施例采用紫外固化胶作为UV-LED的封盖与承载体粘结剂，硅流体作为承载体与封盖形成腔体的液体填充材料，并在承载体上与封盖接触面设置第二凸台。一方面由于紫外固化胶使用紫外面光源室温条件下照射10～30s即可迅速完成固化，固化后封盖推力可以达到5～7Kgf，为硅胶工艺的10倍，且液体填充材料没有加热，不存在热膨胀问题，整个封装结构将迅速由不稳定结构转边变为稳定结构，提高了UV LED产品的良率；另一方面，第二凸台的设置可以增加紫外固化胶的点涂量，增加紫外固化胶与封盖的结合面积，第二凸台上的纳米级三棱锥或柱状阵列阻碍硅流体外溢到粘结区域，从而保证封盖的平整与粘附的可靠性，极大地提高UV-LED器件的稳定性。同时，为保证封装结构的气密性良好，于紫外固化操作后在点涂硅胶并固化，此时硅流体已稳定固封于封盖和承载体之间的腔体中，保证了此时硅胶的加热固化过程安全可靠。器件的制备工艺速度快、良率高、产品可靠性高，可广泛用于LED尤其是UV-LED高可靠性高出光效率的封装应用。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种具有高光效和高可靠性的UV LED器件，其特征在于，包括UV LED芯片、承载体、封盖、粘结剂和硅流体，所述承载体四周向上形成围坝以使所述承载体成为碗杯形状，所述UV LED芯片固定于所述承载体底部中间的焊盘上，并被所述围坝包围，所述围坝上表面具有第一凸台和第二凸台，所述第一凸台高于所述第二凸台，所述第一凸台与所述第二凸台之间具有凹槽，所述粘结剂充满所述凹槽，并覆盖所述第一凸台和所述封盖侧面，所述封盖位于第二凸台上并被所述第一凸台包围，所述承载体与所述封盖通过粘结剂粘结以形成密闭的腔体，所述硅流体填满所述腔体，所述粘结剂包含紫外固化胶和硅胶，所述硅胶覆盖于所述紫外固化胶上，以避免所述紫外固化胶与空气接触；
所述第二凸台上表面设置有纳米级三棱锥或柱状阵列。
2.根据权利要求1所述的一种具有高光效和高可靠性的UV LED器件，其特征在于，所述纳米级三棱锥阵列底面半径为300-500nm，高度为200-400nm；所述纳米级柱状阵列的底面半径为350-450nm，高度为250-350nm。
3.一种具有高光效和高可靠性的UV LED器件制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1所述的UV LED器件，包括步骤：
S01 制作承载体：在陶瓷基板四周蒸镀Cu作为围坝，得到碗杯形状的承载体，并在所述围坝上表面形成第一凸台和第二凸台，所述第一凸台高于所述第二凸台，所述第一凸台与所述第二凸台之间具有凹槽，在所述第二凸台上表面形成纳米级三棱锥或柱状阵列；
S02固晶：采用锡膏回流焊或共晶工艺将UV LED芯片固定于所述承载体底部中间的焊盘上；
S03 点涂硅流体：将硅流体进行第一次真空脱泡处理，使用点胶机，往碗杯形状的所述承载体内点硅流体，并进行第二次真空脱泡处理；
S04 点涂紫外固化胶：往所述凹槽内点涂紫外固化胶，在紫外固化胶上方点涂硅胶，待其流平围坝与封盖之间缝隙周围一圈后烘烤固化硅胶；
S05 盖封：将封盖以软着陆的方式轻置于所述第二凸台上，轻压所述封盖，使得硅流体往外溢出，并且所述封盖与所述紫外固化胶接触；
S06 光固化：在所述封盖上方5cm处，采用照度为100-150mW/cm²UV光，照射10~30s，即可得到具有高光效和高可靠性的UV LED器件；
所述纳米级三棱锥或柱状阵列制作工艺包括：
S701 在所述第二凸台上表面蒸镀二氧化硅层；
S702 在所述二氧化硅层表面涂布光刻胶，烘烤所述光刻胶；
S703 将图形化掩膜板覆盖在所述光刻胶表面，对所述表面进行UV曝光；
S704 将显影液喷淋到曝光后的所述光刻胶表面；
S705 采用ICP刻蚀所述二氧化硅层，去胶形成三棱锥阵列，或采用湿法刻蚀所述二氧化硅层，去胶形成柱状阵列。
4.根据权利要求3所述的一种具有高光效和高可靠性的UV LED器件制备方法，其特征在于，步骤S01所述承载体的制作工艺具体为：
S101 在陶瓷基板上制作两个通孔，往所述通孔内溅射Cu，使Cu充满所述通孔；
S102 在真空条件下，在所述陶瓷基板表面磁控溅射Ti/TiW/Ni/Au/Cr金属复合层，厚度10～50μm，在金属复合层上进行匀胶、曝光显影、湿法刻蚀、去胶工艺，形成焊盘及热电分离结构；
S103 在所述陶瓷基板上表面四周边缘预留1～4mm的第一区域，在除所述第一区域外的所述陶瓷基板上表面覆盖第一光刻胶；
S104 在所述陶瓷基板和所述第一光刻胶表面电子束蒸镀Cu层，厚度1～4mm，剥离所述第一光刻胶上方的Cu层，去除所述第一光刻胶，形成带有围坝的碗杯状承载体；
S105 在所述围坝上表面外边缘预留0.2～0.5mm的第二区域，在除所述第二区域外的所述围坝上表面和所述陶瓷基板底面覆盖第二光刻胶；
S106 在陶瓷基板表面电子束蒸镀Cu，使用蓝膜剥离所述第二光刻胶和所述第二光刻胶上方的Cu，形成第一凸台；
S107 在所述围坝上表面内边缘预留0.03～0.07 mm的第三区域，在除所述第三区域外的所述围坝上表面和所述陶瓷基板底面覆盖第三光刻胶；
S108 在陶瓷基板表面电子束蒸镀Cu，使用蓝膜剥离所述第三光刻胶和所述第三光刻胶上方的Cu，形成第二凸台，即可得到所述承载体。
5.根据权利要求3所述的一种具有高光效和高可靠性的UV LED器件制备方法，其特征在于，步骤S03所述点涂硅流体具体步骤：
S301 将硅流体装入点胶机胶桶，将所述胶桶置于真空环境下15min进行脱泡处理；
S302 使用点胶机，设置点胶压力为120～150Kpa，点胶针内径为0.8～1.3mm，点胶时间设置为2～3s，往所述承载体的围坝形成的空腔内填充硅流体，使所述硅流体液面中心高于凸台1～3μm。
6.根据权利要求3所述的一种具有高光效和高可靠性的UV LED器件制备方法，其特征在于，在与所述粘结剂接触的所述封盖侧面溅射遮光层。
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| CN201911198276.4A CN110752282B (zh) | 2019-11-29 | 2019-11-29 | 一种具有高光效和高可靠性的uv led器件及其制备方法 |
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