CN114300596A - 一种深紫外led的基板及深紫外led的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深紫外LED的基板，包括底板和围坝，所述底板上用于安装深紫外LED芯片的一面设有多个用于安装深紫外LED芯片的空心凸台；所述空心凸台的空腔与外部相连通。本发明还公开了一种深紫外LED的封装结构，包括所述的深紫外LED的基板。本发明提高了深紫外LED的光提取率，提高了深紫外LED封装的性能。
Description
技术领域
本发明涉及深紫外LED领域，特别涉及一种深紫外LED的基板及深紫外LED的封装结构。
背景技术
对于深紫外LED而言，从生产设备、材料外延、芯片制造到封装都尚未成熟，在基板和玻璃盖板封装的空间内，由于材料折射率差，使得光线在芯片与空气以及空气和玻璃盖板界面发生反射，使得深紫外LED光效有所下降。如何通过封装结构以及材料的选择来改变光的传播方向，使光线更多地沿着出光面传播，从而增加所出射的光线，是亟待解决的难题。
对于传统封装结构的芯片，一般排列在平面基板上，但是芯片与封装界面之间会存在一定的距离以及存在折射率较低的空气或者硅胶，这将会使得光在传播的过程中发生耗散和折射，减少光从出射面传播的几率，使光提取率降低。因此如何通过封装结构的改善来使更多的光线到达出光界面也是行业中难以解决的问题。
目前，深紫外的封装形式有有机封装、半无机封装、全无机封装三种形式。但是由于前两者采用了有机材料，受到紫外光易发生分解与老化，因此大多采用全无机封装。而全无机封装的工艺主要包括固晶、打线、玻璃盖板键合，采用倒装芯片则可以减少焊线步骤，减少漏焊、虚焊等问题。所以封装体的可靠性问题主要集中于玻璃盖板键合，此步骤需要将玻璃盖板和基板围坝金属化，通过键合工艺使其连接，但是温度、键合材料会影响封装体的可靠性。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种深紫外LED的基板，提高了深紫外LED的光提取率，提高了深紫外LED封装的性能。
本发明的另一目的在于提供包含上述紫外LED的基板的深紫外LED的封装结构。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种深紫外LED的基板，包括底板和围坝，所述底板上用于安装深紫外LED芯片的一面设有多个用于安装深紫外LED芯片的空心凸台；所述空心凸台的空腔与外部相连通。
优选的，所述空心凸台为四棱柱状。
优选的，所述多个空心凸台采用呈周期性的矩形阵列排布方式。
一种深紫外LED的封装结构，包括所述的深紫外LED的基板。
优选的，所述底板为方形。
优选的，所述还包括玻璃盖板；所述玻璃盖板采用嵌合的方式安装于所述围坝上；所述玻璃盖板与基板形成封闭结构。
优选的，所述围坝包括四个面，其中三个面上各设有用于嵌合玻璃盖板的凹槽，另一个面上设有供玻璃盖板穿过的平行缝。
优选的，所述围坝上还设有一条开口方向与所述平行缝垂直的竖直缝；所述平行缝与所述竖直缝相交；所述竖直缝上设有一个用于固定玻璃盖板的挡板；所述挡板通过竖直缝内填充的胶黏剂固定于所述基板上。
优选的，所述胶黏剂为热熔胶粘剂。
优选的，所述底板具有凹面和凸面，所述凸面即所述凸台的上表面；所述凹面和凸面均安装深紫外LED芯片。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明的深紫外LED的基板，底板上设有多个空心凸台，形成具有凹面和凸面的结构，凹面和凸面均可放置芯片。在凹面的芯片发出的光会由于周围凸台的反射、折射作用，使光尽可能地向玻璃盖板方向垂直出射，还改善了光的均匀性。因为在底部的芯片和空心凸台顶部芯片所发出的光到达出光界面处的发光强度不一致，因此可通过控制空心凸台的高度，实现封装体发光的一致性与均匀性。
(2)本发明的深紫外LED的基板上的凸台通过高度调节还可以调整出光角度，减少光在玻璃盖板与空气之间的全反射，增强出光效率。
(3)本发明的深紫外LED的基板上的凸台使得芯片不全处于同一基板平面，减少芯片之间的相互影响。
(4)本发明的深紫外LED的基板上的空心凸台下方的空腔与外部相连通且呈周期性的矩形阵列，有助于改变芯片发出光线的传输途径，使光集中于出光面出射，提高出光效率。
(5)本发明的深紫外LED的封装结构，玻璃盖板采用嵌合式，避免有机粘接剂因为紫外光的作用而发生老化、裂解，延长了使用寿命和可靠性；同时，减少了全无机封装中表面金属化、键合工艺(低温焊接和局部加热技术)等过程，大大降低了制备的复杂性和成本。
(6)本发明的深紫外LED的封装结构，嵌合式玻璃盖板通过挡板及填充在竖直缝中的热熔胶粘剂固定，使得盖板装卸容易，只要加热那一部分的胶体，再移动挡板，即可卸下玻璃盖板，方便更换里面的元件；同时，热熔胶粘剂没有收到紫外光的照射，可以使挡板长期稳定的固定，提高了可靠性。
附图说明
图1为本发明的深紫外LED的封装结构的侧视图。图中：1为玻璃盖板；2为基板；3为深紫外LED芯片；4为挡板；5为热熔胶黏剂。
图2为本发明的深紫外LED的基板的俯视图。图中：2为基板；3为深紫外LED芯片；6为竖直缝。
图3为采用平面型基板和本发明的实施例的基板(Hollow column)封装的LED的TE和TM光模式的光提取效率图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1～2所示，本实施例的深紫外LED的封装结构，包括玻璃盖板1、基板2和安装于基板2上的深紫外LED芯片3。
本实施例的基板进一步包括底板和围坝，所述底板上用于安装深紫外LED芯片的一面设有多个用于安装深紫外LED芯片的空心四棱柱；所述空心四棱柱的空腔与外部相连通。本实施例的多个空心四棱柱采用呈周期性的矩形阵列排布方式。
本实施例在底板上设有多个空心四棱柱，形成具有凹面和凸面的结构，凹面和凸面均可放置芯片。在凹面的芯片发出的光会由于周围四棱柱的反射、折射作用，使光尽可能地向玻璃盖板方向垂直出射，还改善了光的均匀性。因为在底部的芯片和空心四棱柱顶部的芯片所发出的光到达出光界面处的发光强度不一致，因此可通过控制空心四棱柱的高度，实现封装体发光的一致性与均匀性。空心四棱柱还可以调整出光角度，减少光在玻璃盖板与空气之间的全反射，增强出光效率。空心四棱柱使得芯片不全处于同一基板平面，减少芯片之间的相互影响。空心四棱柱下方的空腔与外部相连通且呈周期性的矩形阵列，有助于改变芯片发出光线的传输途径，使光集中于出光面出射，提高出光效率。
本实施例中，玻璃盖板采用嵌合的方式安装于所述围坝上；所述玻璃盖板与基板形成封闭结构。所述围坝包括四个面，其中三个面上各设有用于嵌合玻璃盖板的凹槽，另一个面上设有供玻璃盖板穿过的平行细缝。
本实施例中，与所述平行细缝垂直相交的位置设有还包括一条开口方向与所述平行缝垂直的竖直缝；所述平行细缝与所述竖直缝相交；所述竖直缝上设有一个用于固定玻璃盖板的挡板；所述挡板通过竖直缝内填充的胶黏剂固定于所述基板上。
本实施例玻璃盖板采用嵌合式，避免有机粘接剂因为紫外光的作用而发生老化、裂解，延长了使用寿命和可靠性；同时，减少了全无机封装中表面金属化、键合工艺(低温焊接和局部加热技术)等过程，大大降低了制备的复杂性和成本。另外，嵌合式玻璃盖板通过挡板及填充在竖直缝中的热熔胶粘剂固定，使得盖板装卸容易，只要加热那一部分的胶体，再移动挡板，即可卸下玻璃盖板，方便更换里面的元件；同时，热熔胶粘剂没有收到紫外光的照射，可以使挡板长期稳定的固定，提高了可靠性。
本实施例的深紫外LED的封装结构的制备包括以下步骤：
(1)对陶瓷基板进行加工，形成一个方形底板、四个围坝、中间设有四棱柱，再从基板底部对四棱柱相应的部分进行打孔，形成空心四棱柱；其中，多个空心四棱柱采用呈周期性的矩形阵列排布方式；
(2)通过焊接工艺将芯片焊接到基板表面(即凹面)和空心四棱柱的顶部(即凸面)；
(3)在相邻的三个围坝上部分别开设一条用于嵌合玻璃盖板的基板凹槽，三条凹槽位于同一水平面；
(4)在另一个围坝上开设一条贯穿该围坝的平行细缝，该平行细缝与三条凹槽位于同一水平面；并且在该围坝上开设一条垂直平行细缝的竖直缝，所述竖直缝的开口方向与所述平行缝垂直；所述平行细缝与所述竖直缝相交；所述竖直缝竖直延伸到略微穿过平行细缝为止；
(5)在所述竖直缝中设置一个挡板，该挡板在竖直缝中可自由移动；所述挡板用于固定玻璃盖板；
(6)在挡板上部即竖直缝的上端填充固定胶，加热可熔化，不加热则硬化，而且没有紫外光的照射，这样可以使挡板长期稳定的固定，从而将整个玻璃盖板固定住。
模拟测试：
本实施例采用有限时域差分(FDTD)的光学模拟仿真软件，研究了平面型基板和本实施例的基板对光提取效率的影响。
仿真设置：
(1)仿真维度：2D；
(2)仿真区域：12*8μm；
(3)功率监视器：位于器件发光侧上方0.3μm处；
(4)边界条件：四周均为PML完美吸收层；
(5)偶极子光源：5个，发光波长为360nm，水平间距1.5μm，距离基板0.1μm。
器件结构的基本参数设置(尺寸、折射率、消光系数)：
(1)AlN基板：10μm*10μm*1μm，四周为10μm*1μm*5μm的围墙基板、2.18、0；
(2)玻璃盖板：8μm*8μm*0.5μm、2.1458、0；
(3)封装结构：分别采用平面型基板和本实施例的带空心四棱柱型结构的基板，其中空心四棱柱型结构的柱体尺寸为1μm*1μm*3μm，折射率为2.18，消光系数为0。柱体内部的空腔尺寸为0.4μm*0.4μm*3.7μm，填充有空气。
图3是采用平面型基板和本发明的带空心四棱柱型结构封装的LED的TE和TM光模式的光提取效率图，可以看出，采用平面型基板封装的LED的TE和TM光模式的光提取率为51.46％和7.8％，而加入了空心四棱柱结构后，光提取率变为了56.94％和11.48％，由于空心四棱柱型结构，将其中一些芯片提升到了一定的高度，使得光更容易到达玻璃盖板的界面，同时由于柱体内存在折射率较低的空气，使光更容易发生全反射，使得往基底出射的光被反射回出射面，从而使得光提取率有所增加，TE和TM光模式的光提取率分别提高了10.64％和47.18％。因此，可以表明，空心四棱柱型结构能大幅、有效地提高光提取效率。
本实施例中的空心四棱柱还可为其他形状的空心凸台，如空心六棱柱、空心圆柱、空心圆台等。
本实施例中的空心四棱柱还可以采用其他的周期性阵列排布方式，如六角阵列、菱形阵列等。
本实施例中的底板还可采用其他形状，玻璃盖板也可以采用其他方式固定在围坝上。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种深紫外LED的基板，包括底板和围坝，其特征在于，所述底板上用于安装深紫外LED芯片的一面设有多个用于安装深紫外LED芯片的空心凸台；所述空心凸台的空腔与外部相连通。
2.根据权利要求1所述的深紫外LED的基板，其特征在于，所述空心凸台为四棱柱状。
3.根据权利要求1或2所述的深紫外LED的基板，其特征在于，所述多个空心凸台采用呈周期性的矩形阵列排布方式。
4.一种深紫外LED的封装结构，其特征在于，包括权利要求1～3任一项所述的深紫外LED的基板。
5.根据权利要求4所述的深紫外LED的封装结构，其特征在于，所述底板为方形。
6.根据权利要求5述的深紫外LED的封装结构，其特征在于，还包括玻璃盖板；所述玻璃盖板采用嵌合的方式安装于所述围坝上；所述玻璃盖板与基板形成封闭结构。
7.根据权利要求6所述的深紫外LED的封装结构，其特征在于，所述围坝包括四个面，其中三个面上各设有用于嵌合玻璃盖板的凹槽，另一个面上设有供玻璃盖板穿过的平行缝。
8.根据权利要求7所述的深紫外LED的封装结构，其特征在于，所述围坝上还设有一条开口方向与所述平行缝垂直的竖直缝；所述平行缝与所述竖直缝相交；所述竖直缝上设有一个用于固定玻璃盖板的挡板；所述挡板通过竖直缝内填充的胶黏剂固定于所述基板上。
9.根据权利要求8所述的深紫外LED的封装结构，其特征在于，所述胶黏剂为热熔胶粘剂。
10.根据权利要求5所述的深紫外LED的封装结构，其特征在于，所述底板具有凹面和凸面，所述凸面即所述凸台的上表面；所述凹面和凸面均安装深紫外LED芯片。
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