CN113451479A - 一种紫外led光电芯片的封装结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紫外LED光电芯片的封装结构，基底和侧壁的结构设置，可以改善紫外LED光的反射角度，优化光束分布，结合金属反射层和增强反射层，可使更多的光在腔体内反射，且更易反射到盖板的内表面；当反射光线遇到盖板表面的纳米槽时，直接自盖板外表面射出，减少反射过程中的损耗，进而提升光的提取效率。本发明公开了一种紫外LED光电芯片的封装结构制备方法，基板和盖板制作完成后，置于低压环境下封装，取出放在标准大气压下，受大气压力的作用盖板和基板贴合更紧密，同时，封装胶水在压力作用下会流入楔形口内，使卡扣和卡槽粘合更紧密。本发明封装成本低，工艺简单，设置双重保护避免基板和盖板分离，有效的保证了芯片的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体发光元器件封装技术领域，更具体的说是涉及一种紫外LED光电芯片的封装结构及制备方法。
背景技术
目前，紫外LED光电芯片应用越来越广，尤其在某些领域，对紫外LED光的能量辐射强度要求很高，因而，对紫外LED光的提取效率也越来越高。影响紫外LED光提取效率的因素之一是LED光电芯片的封装，现有的封装技术主要存在以下几点不足：
1、一般采用常压或者高压环境封装，不仅需要大量稀有气体保护，而且封装后盖板和基板容易分离，不仅使封装成本提高，且密封效果不佳，不能保证芯片的稳定性，不利于对芯片的保护；
2、盖板使用普通的平面玻璃或者球面玻璃，对紫外光的透射有一定的限制；
3、平面基底和垂直型的侧壁对紫外光的反射作用比较弱，芯片发射出的光线被基板腔体内部各种反射，不能反射到盖板上，造成大量损耗，降低了光的提取效率。
因此，如何提供一种制作成本低、工艺简单、稳定性好、对光的提取效率高的紫外LED光电芯片封装技术是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种制作成本低、工艺简单、稳定性好、对光的提取效率高的紫外LED光电芯片封装技术。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种紫外LED光电芯片的封装结构，包括：芯片、基板和透光材质制成的盖板；
基板包括基底和成型在基底上的筒形侧壁，基底与侧壁共同限定一反射腔，且侧壁的内壁面依次设置有金属反射层和增强反射层；基底的内壁面为三维立体反光面；筒形侧壁顶端口径大于底端口径，侧壁的顶端端面上开设有卡槽；
芯片固定安装在基底内壁面上；
盖板上下表面设有多个纳米槽，且沿盖板边缘开设有与卡槽适配的卡扣。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种紫外LED光电芯片的封装结构，基底和侧壁的结构设置，可以改善紫外LED光的反射角度，优化光束分布，结合金属反射层和增强反射层，可以使更多的光在腔体内反射，且更易反射到盖板的内表面；当反射光线遇到盖板表面的纳米槽时，光线的全反射条件被破坏，不再在盖板内部传播，直接自盖板外表面射出，进一步减少反射过程中的损耗，进而提升光的提取效率。
根据本发明进一步的，侧壁的内壁面为三维凹凸面。
采用上述技术方案产生的有益效果是，三维凹凸面可以成倍增加侧壁面积，进而增加光的反射面。
根据本发明进一步的，侧壁的内壁面为远离基底的一端向外倾斜布置的斜面。
采用上述技术方案产生的有益效果是，光线更易于向盖板方向反射，减少反射过程中的损耗。
根据本发明进一步的，侧壁的内壁面为外凸凹的弧面型。
采用上述技术方案产生的有益效果是，光线更易于向盖板方向反射，减少反射过程中的损耗。
根据本发明进一步的，还包括导热板，导热板键合于基底内表面，芯片固定安装在导热板顶面。
采用上述技术方案产生的有益效果是，导热板可加强散热，以降低芯片结温，提高芯片性能。
根据本发明进一步的，卡槽的纵截面为V型槽，卡扣为与卡槽适配的V型结构。
采用上述技术方案产生的有益效果是，使封装紧密。
根据本发明进一步的，卡扣和卡槽至少其一表面开设有多个楔形口。
采用上述技术方案产生的有益效果是，封装胶水可以进入楔形口，使卡槽和卡扣封装更紧密。
一种紫外LED光电芯片的封装结构制备方法，包括：
步骤1：制作基板，将基板的原材料烧结成模胚，模胚进行表面抛光成型，通过激光微雕刻获得基板精确尺寸，然后通过等离子体刻蚀方法对基板表面精细化打磨；
步骤2：制作盖板，将盖板的原材料经过高温塑形，通过激光切割和激光微雕刻对盖板表面成型处理；随后，通过激光微纳加工、蚀刻和酸碱腐蚀，对盖板表面进行粗化处理，形成纳米槽；
步骤3：镀层，在基底和侧壁内壁先后蒸镀金属反射层和增强反射层；
步骤4：安装芯片；
步骤5：涂胶，在卡槽内均匀涂上封装胶水；
步骤6：封装，将基板和盖板放入密闭操作箱，连续抽低压至密闭操作箱内气压小于100torr，将盖板上的卡扣插入侧壁上的卡槽内，将基板封闭，从密闭操作箱中取出，封装完成。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种紫外LED光电芯片的封装结构制备方法，基板和盖板制作完成后，置于低压环境下封装，取出放在标准大气压下，由于盖板和基板围成的腔体内气压小于100torr，受大气压力的作用盖板和基板贴合更紧密，同时，封装胶水在压力作用下会挤压流入楔形口内，增加粘贴面积，进一步使卡扣和卡槽粘合更紧密。本发明封装成本低，工艺简单，设置双重保护避免基板和盖板分离，有效的保证了芯片的稳定性。
优选的，步骤1和步骤2之间还包括基板镀层，用酸性溶液对基板表面进行清洗，之后用碱性溶液对基板表面进行清洗，最后通过蒸镀对基板表面镀一层硅化合物。
优选的，步骤4还包括通过金属键合方法安装导热板。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种紫外LED光电芯片的封装结构的一种实施例的剖面图；
图2附图为本发明提供的一种紫外LED光电芯片的封装结构的一种实施例的剖面图；
图3附图为本发明提供的一种紫外LED光电芯片的封装结构的基板俯视图；
图4附图为本发明提供的一种紫外LED光电芯片的封装结构的盖板结构示意图；
附图标记：
1、芯片；
2、基板，21、基底，22、侧壁，221、卡槽，23、金属反射层，24、增强反射层；
3、盖板，31、纳米槽，32、卡扣，321、楔形口；
4、导热板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种紫外LED光电芯片的封装结构，参照附图1-4，包括：芯片1、基板2和透光材质制成的盖板3；
其中，基板2包括基底21和成型在基底上的筒形侧壁22，基底21与侧壁22共同限定一反射腔，且侧壁22的内壁面依次设置有金属反射层23和增强反射层24；基底21的内壁面为三维立体反光面；筒形侧壁22顶端口径大于底端口径，侧壁22的顶端端面上开设有卡槽221；
其中，芯片1固定安装在基底21内壁面上；
其中，盖板3上下表面设有多个纳米槽31，且沿盖板3边缘开设有与卡槽221适配的卡扣32。
纳米槽31是盖板3上下表面经过粗化处理后，形成的多个微小的凹槽，一般呈三角锥形、圆锥形、半圆形或其他不规则形状。
根据本发明的一个实施例，基底21内壁面为连续的三菱形凸起，或是连续的圆弧形凸起。
根据本发明的一个实施例，侧壁22内壁面为三维凹凸面。
根据本发明的一个实施例，参照附图1，侧壁22的内壁面为远离基底21的一端向外倾斜布置的斜面。
根据本发明的一个实施例，参照附图2，侧壁22的内壁面为外凸凹的弧面型。
有利的是，金属反射层23为钛、镉、金、银至少一种镀层或是几种镀层交替组成，或者相似可代替的其他金属镀层。
根据本发明的一个实施例，增强反射层24由氧化铪镀层和二氧化硅镀层交替组成，氧化铪镀层和二氧化硅镀层至少为一组。
根据本发明的一个实施例，增强反射层24由氧化铝镀层和二氧化硅镀层交替组成，氧化铝镀层和二氧化硅镀层至少为一组。
根据本发明的另一个实施例，增强反射层24由氧化铪镀层+二氧化硅镀层和氧化铝镀层+二氧化硅镀层交替组成，氧化铪镀层+二氧化硅镀层和氧化铝镀层+二氧化硅镀层至少为一组。
根据本发明的一个实施例，还包括导热板4，导热板4键合于基底21内表面，芯片1固定安装在导热板4顶面。
键合技术是一种平价而有用的制造光电子器件的方法，可在不使用任何粘结剂的条件下将金属、合金或半导体牢固的结合在一起，其原理是：两个十分贴近的清洁表面具有极大的范德华力吸附作用，可实现不受晶格失配和热失配的限制而使异质材料表面结合。
有利的是，可通过固晶工艺将芯片1粘贴在导热板4上或焊接在导热板4上。
有利的是，导热板4为铜或铝。
根据本发明的一个实施例，卡槽221的纵截面为V型槽，卡扣32为与卡槽221适配的V型结构。
有利的是，卡扣32和卡槽221至少其一表面开设有多个楔形口321。
本发明实施例公开了一种紫外LED光电芯片的封装结构制备方法，包括：
步骤1：制作基板2，将基板2的原材料烧结成模胚，模胚进行表面抛光成型，通过激光微雕刻获得基板2精确尺寸，然后通过等离子体刻蚀方法对基板2表面精细化打磨；
步骤2：制作盖板3，将盖板3的原材料经过高温塑形，通过激光切割和激光微雕刻对盖板3表面成型处理；随后，通过激光微纳加工、蚀刻和酸碱腐蚀，对盖板3表面进行粗化处理，形成纳米槽31；
步骤3：镀层，在基底21和侧壁22内壁先后蒸镀金属反射层23和增强反射层24；
步骤4：安装芯片1；
步骤5：涂胶，在卡槽221内均匀涂上封装胶水；
步骤6：封装，将基板2和盖板3放入密闭操作箱，连续抽低压至密闭操作箱内气压小于100torr，将盖板3上的卡扣32插入侧壁22上的卡槽221内，将基板2封闭，从密闭操作箱中取出，封装完成。
有利的是，步骤1和步骤2之间还包括基板2镀层，用酸性溶液对基板2表面进行清洗，之后用碱性溶液对基板2表面进行清洗，最后通过蒸镀对基板2表面镀一层硅化合物。
有利的是，步骤5还包括通过金属键合方法安装导热板4。
等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应，使反应气体激活成活性粒子，如原子或游离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位，在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发性生成物而被去除，它的优势在于快速的刻蚀速率且能获得良好的物理形貌。
激光微纳加工包括飞秒激光微纳加工和皮秒激光微纳加工，飞秒激光微纳加工，是通过紧聚焦超短脉冲激光得到具有超高能量密度的焦点，在微尺度情况下与材料发生非线性作用，从而诱导材料的“改性”和“成型”。皮秒激光微纳加工具有超短脉宽、超高峰值功率，加工损伤小，加工精度高，因此其加工对象广泛。
有利的是，制作基板2的材料包括氮化铝、氧化铝、氧化铍、硼硅酸盐玻璃、铜、铝、树脂等的一种或多种混合。
有利的是，制作盖板3的材料为石英玻璃，或者蓝宝色材料，或是其他可透射紫外光线的材料。
有利的是，将盖板3的材料置于2000℃的高温下进行塑形加工。
有利的是，蒸镀技术可为真空溅射镀膜法或是化学气相沉积法。
有利的是，封装胶水具有抗辐射抗氧化的作用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种紫外LED光电芯片的封装结构，其特征在于，包括：芯片(1)、基板(2)和透光材质制成的盖板(3)；
所述基板(2)包括基底(21)和成型在所述基底上的筒形侧壁(22)，所述基底(21)与侧壁(22)共同限定一反射腔，且所述侧壁(22)的内壁面依次设置有金属反射层(23)和增强反射层(24)；所述基底(21)的内壁面为三维立体反光面；所述筒形侧壁(22)顶端口径大于底端口径，所述侧壁(22)的顶端端面上开设有卡槽(221)；
所述芯片(1)固定安装在所述基底(21)内壁面上；
所述盖板(3)上下表面设有多个纳米槽(31)，且沿盖板(3)边缘开设有与卡槽(221)适配的卡扣(32)。
2.根据权利要求1所述的一种紫外LED光电芯片的封装结构，其特征在于，所述侧壁(22)的内壁面为三维凹凸面。
3.根据权利要求2所述的一种紫外LED光电芯片的封装结构，其特征在于，所述侧壁(22)的内壁面为远离所述基底(21)的一端向外倾斜布置的斜面。
4.根据权利要求2所述的一种紫外LED光电芯片的封装结构，其特征在于，所述侧壁(22)的内壁面为外凸凹的弧面型。
5.根据权利要求1所述的一种紫外LED光电芯片的封装结构，其特征在于，还包括导热板(4)，所述导热板(4)键合于所述基底(21)的内壁面，所述芯片(1)固定安装在所述导热板(4)顶面。
6.根据权利要求5所述的一种紫外LED光电芯片的封装结构，其特征在于，所述卡槽(221)的纵截面为V型槽，卡扣(32)为与卡槽(221)适配的V型结构。
7.根据权利要求6所述的一种紫外LED光电芯片的封装结构，其特征在于，所述卡扣(32)和卡槽(221)至少其一表面开设有多个楔形口(321)。
8.一种紫外LED光电芯片的封装结构制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：制作基板(2)，将基板(2)的原材料烧结成模胚，模胚进行表面抛光成型，通过激光微雕刻获得基板(2)精确尺寸，然后通过等离子体刻蚀方法对基板(2)表面精细化打磨；
步骤2：制作盖板(3)，将盖板(3)的原材料经过高温塑形，通过激光切割和激光微雕刻对盖板(3)表面成型处理；随后，通过激光微纳加工、蚀刻和酸碱腐蚀，对盖板(3)表面进行粗化处理，形成纳米槽(31)；
步骤3：镀层，在基底(21)和侧壁(22)内壁先后蒸镀金属反射层(23)和增强反射层(24)；
步骤4：安装芯片(1)；
步骤5：涂胶，在卡槽(221)内均匀涂上封装胶水；
步骤6：封装，将基板(2)和盖板(3)放入密闭操作箱，连续抽低压至密闭操作箱内气压小于100torr，将盖板(3)上的卡扣(32)插入侧壁(22)上的卡槽(221)内，将基板(2)封闭，从密闭操作箱中取出，封装完成。
9.根据权利要求8所述的一种紫外LED光电芯片的封装结构制备方法，其特征在于，步骤1和步骤2之间还包括基板(2)镀层，用酸性溶液对基板(2)表面进行清洗，之后用碱性溶液对基板(2)表面进行清洗，最后通过蒸镀对基板(2)表面镀一层硅化合物。
10.根据权利要求8所述的一种紫外LED光电芯片的封装结构制备方法，其特征在于，步骤4还包括通过金属键合方法安装导热板(4)。
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