CN112750934A - 紫外led封装结构及其封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外LED封装结构及其封装方法，其中，该封装结构，包括：立体陶瓷基板，立体陶瓷基板包含有陶瓷基板和开有粘接槽的围坝；紫外LED芯片，紫外LED芯片倒装在陶瓷基板上；密封胶，涂于围坝上的粘接槽内；石英透镜，石英透镜的边缘嵌入涂有密封胶的粘接槽内。
Description
技术领域
本发明属于半导体封装技术领域，尤其涉及一种紫外LED封装结构及其封装方法。
背景技术
紫外LED已经被人们应用在多个领域：光固化、设施农业、水处理、空气杀菌消毒等。特别是新冠疫情在全球蔓延，深紫外LED快速、高效杀菌消毒得到了人们的认可，并得以推广。随着应用领域的扩大，对紫外LED特别是深紫外LED的质量要求越来越高，而作为紫外LED的出光窗口石英透镜粘接质量已经成为影响紫外LED质量的重要因素。
现在石英透镜粘接的主要方法是在石英透镜边沿点几点紫外固晶胶后粘接在陶瓷基板上，高温固化后便可以使用，虽然该方法简单、快速，但紫外LED没有气密性，和大气完全想通，而且在长时间使用过程中，受紫外线的照射，使得固晶胶黄化变形，石英透镜容易脱落，从而影响紫外LED的可靠性。
发明内容
有鉴于此，为了能够保证紫外LED的密封性以及粘接的牢固性，本发明提出了一种紫外LED封装结构及其封装方法，从而提高紫外LED应用的可靠性。
为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种紫外LED封装结构，包括：立体陶瓷基板，立体陶瓷基板包含有陶瓷基板和开有粘接槽的围坝；紫外LED芯片，紫外LED芯片倒装在陶瓷基板上；密封胶，涂于围坝上的粘接槽内；石英透镜，石英透镜的边缘嵌入涂有密封胶的粘接槽内。
根据本发明的实施例，其中，粘接槽包括第一粘接槽和第二粘接槽，第一粘接槽的边沿为第一台阶，第二粘接槽的边沿为第二台阶。
根据本发明的实施例，其中，密封胶涂于第二粘接槽内，其中，涂于第二粘接槽内的密封胶的高度大于等于第二台阶的高度。
根据本发明的实施例，其中，石英透镜包括平面透镜或者球面透镜，石英透镜边缘的长度大于第一粘接槽的深度，小于粘接槽的总深度。
根据本发明的实施例，其中，立体陶瓷基板正面和背面分别设置有正面电极和背面电极，LED芯片倒装在正面电极上；正面电极和背面电极通过金属柱实现电极连通。
根据本发明的实施例，其中，正面电极包括至少两个，背面电极包括至少两个；在两个正面电极之间设置有隔离槽，在两个背面电极之间设置隔离槽；立体陶瓷基板的围坝内壁呈预设倾角；密封胶包括以下之一：有机硅胶、环氧树脂胶、氟化胶、紫外胶。
另一方面，本发明根据上述的紫外LED封装结构，提供了一种紫外LED的封装方法，包括：将紫外LED芯片倒装在立体陶瓷基板中的陶瓷基板上；在围坝上的粘接槽内涂上密封胶，并将石英透镜的粘接边缘嵌入围坝上的粘接槽内；对密封胶进行加热至预设固化温度并恒温保持预设固化时间，石英透镜粘接于围坝上的粘接槽内，形成一密闭封装结构。
根据本发明的实施例，其中，紫外LED芯片倒装的方式包括：合金焊料或者纳米导电银胶。
根据本发明的实施例，其中，密封胶的使用量通过粘接槽的总容积与嵌入的石英透镜的粘接边缘的容积之差所得。
根据本发明的实施例，其中，固化温度为70～200℃，固化时间为60～120min。
根据本发明的实施例，通过设计一种新的紫外LED封装结构及其封装方法，利用包含有陶瓷基板和围坝的立体陶瓷基板，将紫外LED倒装于立体陶瓷基板上，将石英透镜的粘接边缘与围坝上的粘接槽粘接固化后，形成一密闭的紫外LED封装结构，解决了紫外LED无气密性且密封胶长时间受紫外线的照射而黄化变性的问题，保证了紫外LED的密封性，还能够使紫外线照射不到密封胶，保证了粘接的牢固性，从而提高了紫外LED的可靠性。
附图说明
图1示意性示出了本发明实施例的立体陶瓷基板结构示意图；
图2示意性示出了本发明实施例的立体陶瓷基板密封石英透镜的紫外LED封装结构示意图；
图3示意性示出了本发明实施例的紫外LED封装结构的封装方法流程图。
【附图符号说明】
立体陶瓷基板1；紫外LED芯片；开有粘接槽的围坝3；上槽4；第一台阶4-1；下槽5；第二台阶5-1；密封胶6；石英透镜7；石英透镜边缘7-1。
具体实施方式
需要说明的是，本发明中所使用的“包含”、“包括”不排除存在未列在本发明中的结构或步骤，所使用的序数如“第一”、“第二”等用词是以修饰相应的结构，其本身并不意味着该结构有任何的序数，也不代表某一结构与另一结构的顺序、或是步骤上的顺序，这些序数的使用仅仅是用来使具有某命名的一结得以与另一具有相同命名的结构能做出清楚的区分。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1示意性示出了本发明实施例的立体陶瓷基板结构示意图；
图2示意性示出了本发明实施例的立体陶瓷基板密封石英透镜的紫外LED封装结构示意图；结合图1和图2，对本发明提出的一种紫外LED封装结构作详细说明。
如图1和图2所示，本发明提出的一种紫外LED封装结构包括：立体陶瓷基板1，紫外LED芯片2，密封胶6和石英透镜7，其中，石英透镜7包括球面透镜(如图2(a))和平面透镜(如图2(b))。
其中，立体陶瓷基板1包含有陶瓷基板和开有粘接槽的围坝3。
根据本发明的实施例，立体陶瓷基板1可以是在陶瓷基板的外部设置一开有粘接槽的围坝，陶瓷基板位于围坝内部，围坝内壁呈一定的倾角，通过烧结工艺将陶瓷基板和开有粘接槽的围坝组合在一起，烧结而成的立体陶瓷基板。也可以是先将陶瓷基板和围坝同时经过叠片、层压、热切等工艺组合在一起后，陶瓷基板位于围坝内部，围坝内壁呈一定的倾角，根据烧结工艺规程将其进行共烧处理，制备而成立体陶瓷基板。
紫外LED芯片2倒装在立体陶瓷基板1中的陶瓷基板上。陶瓷基板正面和背面分别设置有正面电极和背面电极，紫外LED芯片倒装在正面电极上，紫外LED芯片可以倒装在立体陶瓷基板1中的陶瓷基板上的任意位置，倒装方式可以为合金焊料或者纳米导电银胶。
根据本发明的实施例，紫外LED芯片2倒装在立体陶瓷基板1中的陶瓷基板上包括：将紫外LED芯片面朝下，通过合金焊料或纳米导电银胶的方式，与立体陶瓷基板1中的陶瓷基板的正面电极互连。
根据本发明的实施例，陶瓷基板的正面和背面可以分别设置至少两个正面电极和相对应的至少两个背面电极。为了避免电极之间的相互干扰，每两个正面电极之间具有隔离槽，每两个背面电极之间也具有隔离槽，起到电性隔离的作用。正面电极和相对应的背面电极通过导热率高的金属柱实现电极连通，开有粘接槽的围坝3的内壁、正面电极和背面电极的表面都进行镀金，以防止其氧化，增加其导电性能。
根据本发明的实施例，密封胶6涂于围坝上的粘接槽内，用于与石英透镜7的粘接边缘粘接。
根据本发明的实施例，密封胶6可以是粘接石英透镜7的透明胶体，可以包括以下之一：有机硅胶、环氧树脂胶、氟化胶、紫外胶。
根据本发明的实施例，从围坝上部开有粘接槽，形成开有粘接槽的围坝3。粘接槽包括第一粘接槽，即上槽4，和第二粘接槽，即下槽5。上槽4的边沿为第一台阶4-1，下槽5的边沿为第二台阶5-1。密封胶6涂于下槽5中，且涂于下槽5中的密封胶的高度可以与下槽5的边沿第二台阶5-1持平，也可以略高于第二台阶5-1。
石英透镜7设置有用于粘接的边缘7-1，石英透镜边缘7-1嵌入涂有密封胶的粘接槽内，对密封胶进行固化处理后，石英透镜7粘接在立体陶瓷基板上，形成一密闭的紫外LED封装结构。
根据本发明的实施例，石英透镜7可以为球面透镜(如图2(a))或者平面透镜(如图2(b))的其中一种。石英透镜边缘7-1嵌入涂有密封胶的粘接槽中之前需要经过粗化处理，增加其粘结性。粗化处理可以通过溶剂浸泡的化学处理，也可以通过机械研磨的物理过程的处理。
根据本发明的实施例，石英透镜边缘7-1的长度大于下槽5的深度，略小于粘接槽的总深度，即略小于上槽4和下槽5的深度之和，这样能够保证石英透镜边缘7-1能够完全进入到下槽5中，被密封胶包裹，增强石英透镜7与立体陶瓷基板1的牢固性和密封性。
根据本发明的实施例，通过利用包含有陶瓷基板和围坝的立体陶瓷基板结构，将紫外LED倒装于立体陶瓷基板上，将石英透镜的粘接边缘与围坝上的粘接槽粘接固化后，形成一密闭的紫外LED封装结构，解决了紫外LED无气密性且密封胶长时间受紫外线的照射而黄化变性的问题，保证了紫外LED的密封性，还能够使紫外线照射不到密封胶，保证了粘接的牢固性，从而提高了紫外LED的可靠性。
另一方面，本发明根据上述的紫外LED封装结构，提供了一种紫外LED的封装方法。图3示意性示出了本发明实施例的紫外LED封装结构的封装方法流程图。
如图3所示，该方法包括操作S301～S303。
在操作S301，将紫外LED芯片2倒装在立体陶瓷基板1中的陶瓷基板上。
根据本发明的实施例，紫外LED芯片2倒装在立体陶瓷基板1中的陶瓷基板上包括：将紫外LED芯片面朝下，通过合金焊料或纳米导电银胶的方式，与立体陶瓷基板1中陶瓷基板的正面电极互连。再通过等离子清洗的方式，对紫外LED芯片2表面和立体陶瓷基板1的表面进行清洗，以去除其表面的多余焊料或者污物，避免多余焊料或者污物对紫外LED性能的影响。
在操作S302，在围坝3上的粘接槽内涂上密封胶，并将石英透镜7的粘接边缘7-1嵌入围坝3上的粘接槽内。
根据本发明的实施例，粘接槽包括第一粘接槽，即上槽4，和第二粘接槽，即下槽5。上槽4的边沿为第一台阶4-1，下槽5的边沿为第二台阶5-1。密封胶6涂于下槽5中，且涂于下槽5中的密封胶的高度可以与下槽5的边沿第二台阶5-1持平，也可以略高于第二台阶5-1。
根据本发明的实施例，向围坝上的下槽5内涂上密封胶可以通过利用自动点胶机在下槽5中的不同位置点胶，均匀地添加入密封胶6。根据所需要的密封胶的使用量可以设置点胶机点胶的位置和次数。
所需要的密封胶的使用量的计算方法包括：首先，根据立体陶瓷基板1的结构图计算出上槽4和下槽5的体积之和V1，再根据上槽4和下槽5的深度和以及石英透镜7-1的宽度计算出嵌入粘接槽中的透镜边缘7-1的体积V2，所需要的密封胶的使用量为V1-V2。根据所需要的密封胶的使用量设置点胶机点胶的位置和次数，可以使得密封胶6利用自身的流动性在下槽5内的密封胶可以基本保持在同一高度，在下槽5中保持连续。
根据本发明的实施例，石英透镜边缘7-1进入下槽5中后溢出的密封胶6超过下槽5的边沿，即第二台阶5-1后流入上槽4中，粘接槽阻挡紫外线直接照射在密封胶6上，增强了其粘结性。
需要说明的是，利用自动点胶机点入下槽5中的密封胶溢出流入上槽4中，或者有少许溢出上槽4的边沿，即第一台阶4-1中，或者密封胶添加少许不足的现象，都是在允许的误差之内，同样可以实现本发明的技术效果。
在操作S303，对密封胶6进行加热至预设固化温度并恒温保持预设固化时间，石英透镜7粘接于围坝上的粘接槽内，形成一密闭封装结构。
根据本发明的实施例，在步骤S302中，将石英透镜7的粘接边缘7-1嵌入围坝3上的粘接槽内之后，将整个封装结构置于一加热装置中进行固化加热，使得石英透镜7粘接于立体陶瓷基板1上，从而形成一密闭的紫外LED封装结构。加热装置可以为烤箱、加热炉等，
根据本发明的实施例，预设固化温度为70～200℃，预设固化时间为60～120min。而预设固化温度和预设固化时间的选择取决于选取的密封胶的种类。
根据本发明的实施例，通过提供的一种紫外LED封装方法而形成一密闭的紫外LED封装结构，解决了紫外LED无气密性且密封胶长时间受紫外线的照射而黄化变性的问题，保证了紫外LED的密封性，还能够使紫外线照射不到密封胶，保证了粘接的牢固性，从而提高了紫外LED的可靠性。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
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，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)
1.一种紫外LED封装结构，包括：
立体陶瓷基板，所述立体陶瓷基板包含有陶瓷基板和开有粘接槽的围坝；
紫外LED芯片，所述紫外LED芯片倒装在所述陶瓷基板上；
密封胶，涂于所述围坝上的粘接槽内；
石英透镜，所述石英透镜的边缘嵌入涂有所述密封胶的粘接槽内。
2.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其中，所述粘接槽包括第一粘接槽和第二粘接槽，所述第一粘接槽的边沿为第一台阶，所述第二粘接槽的边沿为第二台阶。
3.根据权利要求2所述的紫外LED封装结构，其中，所述密封胶涂于所述第二粘接槽内，其中，涂于所述第二粘接槽内的密封胶的高度大于等于所述第二台阶的高度。
4.根据权利要求2所述的紫外LED封装结构，其中，所述石英透镜包括平面透镜或者球面透镜，所述石英透镜边缘的长度大于所述第一粘接槽的深度，小于所述粘接槽的总深度。
5.根据权利要求1所述的紫外LED封装结构，其中，所述陶瓷基板正面和背面分别设置有正面电极和背面电极，所述紫外LED芯片倒装在所述正面电极上；所述正面电极和所述背面电极通过金属柱实现电极连通。
6.根据权利要求5所述的紫外LED封装结构，其中，所述正面电极包括至少两个，所述背面电极包括至少两个；在两个所述正面电极之间设置有隔离槽，在两个所述背面电极之间设置隔离槽；
其中，所述立体陶瓷基板的围坝内壁呈预设倾角；
其中，所述密封胶包括以下之一：有机硅胶、环氧树脂胶、氟化胶、紫外胶。
7.一种如权利要求1～6任一项所述的紫外LED封装结构的封装方法，包括：
将紫外LED芯片倒装在所述立体陶瓷基板中的陶瓷基板上；
在所述围坝上的粘接槽内涂上密封胶，并将石英透镜的粘接边缘嵌入所述围坝上的粘接槽内；
对所述密封胶进行加热至预设固化温度并恒温保持预设固化时间，所述石英透镜粘接固化于所述围坝上的粘接槽内，形成一密闭封装结构。
8.根据权利要求7所述的封装方法，其中，所述紫外LED芯片倒装的方式包括：合金焊料或者纳米导电银胶。
9.根据权利要求7所述的封装方法，其中，所述密封胶的使用量通过所述粘接槽的总容积与嵌入的所述石英透镜的粘接边缘的容积之差所得。
10.根据权利要求7所述的封装方法，其中，所述预设固化温度为100～200℃，预设固化时间为60～120min。
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