一种基于硅基的LED芯片封装方法及LED芯片发光器件

摘要

一种基于硅基的LED芯片封装方法及LED芯片发光器件，属半导体器件领域。其在IC芯片封装生产线上对LED芯片进行封装：利用硅片作承载体，采用“键合”方式将LED芯片直接固定在硅片上；用液态玻璃在硅片表面及各个LED芯片之间形成绝缘层；对硅片置有LED芯片的一面进行抛光；采用“镀膜”法在固化后的玻璃以及LED芯片的表面制备连接电极；对硅片进行切割，得到LED发光器件或LED发光器件模块产品。其降低了LED封装成本，为现有集成电路IC芯片封装生产线的应用和使用扩展了一个全新的领域，特别适于大功率LED发光器件的生产，在相同外部环境条件或电源功率的情况下可输出更大的光功率。可广泛用于LED发光器件的生产/制造领域。

权利要求

1.一种基于硅基的LED芯片封装方法，其特征是在集成电路IC芯片封装生产线上采用下列步骤对LED芯片进行封装：A、利用硅片作承载体，在硅片上放置多个LED芯片；

B、采用“键合”方式将LED芯片直接固定在硅片上；

C、用加温后呈液态的玻璃，掩埋/填平各个LED芯片之间的间隙，在硅片表面及各个LED芯片之间形成绝缘层；

D、待玻璃固化后，对硅片置有LED芯片的一面进行抛光，至LED芯片露出为止；

E、采用“镀膜”法在固化后的玻璃以及LED芯片的表面制备所需要的连接电极；

F、对硅片进行切割，得到载有单个LED芯片或集成有多个LED芯片，且经连接电极构成引出线的LED发光器件。

2.按照权利要求1所述的基于硅基的LED芯片封装方法，其特征是所述的玻璃为磷硅基玻璃或硼磷硅基玻璃。

3.按照权利要求1所述的基于硅基的LED芯片封装方法，其特征是所述的抛光为机械抛光或化学抛光。

4.按照权利要求1所述的基于硅基的LED芯片封装方法，其特征是所述的硅片为单面抛光晶圆硅片，或者，为多晶硅片。

5.按照权利要求1所述的基于硅基的LED芯片封装方法，其特征是所述的切割，按照单个LED芯片的P-N结电路连接关系来进行；或者，按照多个LED芯片各个P-N结之间的电路连接关系来进行。

6.按照权利要求1所述的基于硅基的LED芯片封装方法，其特征是所述的“键合”方式为现有集成电路IC芯片制造/封装技术中的“键合”方法。

7.按照权利要求1所述的基于硅基的LED芯片封装方法，其特征是所述的封装方法采用现有的集成电路IC芯片封装生产线来实现整个LED芯片封装过程。

8.按照权利要求1所述的基于硅基的LED芯片封装方法，其特征是所述的封装方法采用集成电路IC芯片的平面封装工艺来对LED芯片进行封装，得到LED发光器件。

9.按照权利要求1所述的基于硅基的LED芯片封装方法，其特征是所述的封装方法将LED发光器件或LED发光器件组的结构台面化，以达到提高生产效率/产量，降低制造成本、提高工作可靠性、改善热传导效果和提高出光效率的目的。

10.一种按照权利要求1所述方法进行封装的基于硅基的LED芯片发光器件，包括单颗或多颗LED芯片，其特征是：设置一用于承载LED芯片的硅片；

所述的硅片与LED芯片之间通过“键合”固接为一体；

在LED芯片周围或各个LED芯片之间，设置一层玻璃绝缘层；

在玻璃绝缘层和LED芯片的表面，设置有层状或膜状连接电极；

所述的硅片、LED芯片、玻璃绝缘层及连接电极，构成LED发光器件；

其所述的玻璃绝缘层为磷硅基玻璃或硼磷硅基玻璃绝缘层。

11.按照权利要求10所述的基于硅基的LED芯片发光器件，其特征是所述位于硅片上的LED芯片至少为一个。

12.按照权利要求10所述的基于硅基的LED芯片发光器件，其特征是所述的LED芯片经层状或膜状连接电极，与外部电路或电源相连接。

说明书

一种基于硅基的LED芯片封装方法及LED芯片发光器件

技术领域

[0001] 本发明属于半导体器件领域，尤其涉及一种用于LED芯片的封装方法及其产品。

背景技术

[0002] 随着半导体照明技术应用的日益广泛，LED芯片/发光器件的产量正在飞速增长。

[0003] 现有的LED发光器件，其结构为在一个基板上粘接LED芯片，再采用飞线法/打线法将连接导线(业内称之为“金线”)从LED芯片的P-N结上引出，连接到发光器件的引出管脚上，与外界电源或电路连接。

[0004] “金线”，又称球焊金丝或引线金丝，是微电子工业的重要材料，通常用作芯片和引线框架间连接线。

[0005] 授权公告日为2011年1月26日，授权公告号为CN201725801U的中国实用新型专利“一种大功率LED的封装结构”所公开的技术方案即为采用上述封装方法所生产的产品及其产品结构。

[0006] 上述这种封装方式和产品结构，带来如下问题：

[0007] 1、基板和LED芯片之间采用粘结剂连接，粘结层易有气泡存在，而气泡率增高，则热阻增大，影响到整个LED芯片的热量传导和散热效果，这一点对大功率LED芯片尤为关键；

[0008] 2、现有采用飞线法/打线法生产LED芯片的生产线因为金线连接合格率的问题，对成品率有一定影响，且金线的存在，使得整个发光器件的使用寿命和工作可靠性也受到一定影响；

[0009] 3、金线横跨在LED芯片上方，阻碍了LED芯片所发出的光线，给LED发光器件的发光效果或有效光输出带来一定的影响；

[0010] 4.近两年来黄金价格不断攀高，用于LED封装用的金丝价格也不断增长，直接增加了LED芯片的生产成本。；

[0011] 5、现有采用飞线法/打线法生产LED芯片的生产线能力已经接近饱和，但是还远远不能满足实际市场需求。

[0012] 相反，由于前期长时间的持续性投入，各大集成电路生产厂商所拥有的集成电路IC芯片封装生产线面临着严重的生产能力过剩，面临着开工不足的局面。

[0013] 由于封装生产工艺的不同，集成电路IC芯片封装生产线的生产效率/生产能力要远远高于现有LED芯片封装生产线。

[0014] 如果能利用现有的集成电路IC芯片封装生产线来对LED芯片进行封装，则可大幅度地提高LED发光器件的生产能力和降低生产成本，对集成电路生产厂商和LED发光器件生产/供应商来讲，均是一件双赢的事。

发明内容

[0015] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于硅基的LED芯片封装方法及LED芯片发光器件，其利用集成电路IC芯片封装生产线和制造技术，采用平面封装工艺来对LED芯片进行封装，得到LED发光器件或LED发光器件模块。其既使LED发光器件或LED发光器件模块的平面封装得以顺利实现，又可使现有的集成电路IC芯片封装生产线找到新的生产/加工产品，为现有集成电路IC芯片封装生产线的应用扩展了一个全新的领域，且降低了LED发光器件的生产/制造成本。

[0016] 本发明的技术方案是：提供一种基于硅基的LED芯片封装方法，其特征是在集成电路IC芯片封装生产线上采用下列步骤对LED芯片进行封装：

[0017] A、利用硅片作承载体，在硅片上放置多个LED芯片；

[0018] B、采用“键合”方式将LED芯片直接固定在硅片上；

[0019] C、用加温后呈液态的玻璃，掩埋/填平各个LED芯片之间的间隙，在硅片表面及各个LED芯片之间形成绝缘层；

[0020] D、待玻璃固化后，对硅片置有LED芯片的一面进行抛光，至LED芯片露出为止；

[0021] E、采用“镀膜”法在固化后的玻璃以及LED芯片的表面制备所需要的连接电极；

[0022] F、对硅片进行切割，得到载有单个LED芯片或集成有多个LED芯片，且经连接电极构成引出线的LED发光器件。

[0023] 具体的，其所述的玻璃为磷硅基玻璃或硼磷硅基玻璃。

[0024] 其所述的抛光为机械抛光或化学抛光。

[0025] 其所述的硅片为单面抛光晶圆硅片，或者，为多晶硅片。

[0026] 其所述的切割，按照单个LED芯片的P-N结电路连接关系来进行；或者，按照多个LED芯片各个P-N结之间的电路连接关系来进行。

[0027] 其所述的“键合”方式为现有集成电路IC芯片制造/封装技术中的“键合”方法。

[0028] 其所述的封装方法采用现有的集成电路IC芯片封装生产线来实现整个LED芯片封装过程。

[0029] 其所述的封装方法采用集成电路IC芯片的平面封装工艺来对LED芯片进行封装，得到LED发光器件。

[0030] 其所述的封装方法将LED发光器件或LED发光器件组的结构台面化，以达到提高生产效率/产量，降低制造成本、提高工作可靠性、改善热传导效果和提高出光效率的目的。

[0031] 本发明还提供了一种采用上述封装方法进行封装的基于硅基的LED芯片发光器件，包括单颗或多颗LED芯片，其特征是：设置一用于承载LED芯片的硅片；所述的硅片与LED芯片之间通过“键合”固接为一体；在LED芯片周围或各个LED芯片之间，设置一层玻璃绝缘层；在玻璃绝缘层和LED芯片的表面，设置有层状或膜状连接电极；所述的硅片、LED芯片、玻璃绝缘层及连接电极，构成LED发光器件；其所述的玻璃绝缘层为磷硅基玻璃或硼磷硅基玻璃绝缘层。

[0032] 进一步的，其所述位于硅片上的LED芯片至少为一个。

[0033] 其所述的LED芯片经层状或膜状连接电极，与外部电路或电源相连接。

[0034] 现有技术比较，本发明的优点是：

[0035] 1.利用现有的集成电路IC芯片生产技术和现有的集成电路IC芯片封装生产线，生产符合要求的LED芯片发光器件，可使现有的集成电路IC芯片封装生产线找到新的生产/加工对象，为现有集成电路IC芯片封装生产线的应用扩展了一个全新的适用领域[0036] 2.充分利用集成电路IC芯片生产中的平面封装工艺来对LED芯片进行封装，无金线连接结构，对LED发光器件的发光效果或有效光输出带来改善，整个发光器件的使用寿命和工作可靠性得到提高，降低了其生产/制造成本；

[0037] 3.LED芯片与承载的硅片之间直接固结，中间无粘结胶层，热阻小，有助于改善LED发光器件的散热/导热效果，特别适合于大功率LED发光器件的生产，换句话说，在相同的外部环境条件或电源功率的情况下，采用本技术方案所生产的LED发光器件可以输出更大的光功率；

[0038] 4.根据电路连接关系对硅片上的多个LED芯片进行切割，便于生产各种规格/功率的发光器件，产品规格灵活多样，降低了生产成本，提高了现有集成电路IC芯片封装生产线的利用率或开工率，

[0039] 5.为现有集成电路IC芯片封装生产线的应用和使用，扩展了一个全新的领域。

附图说明

[0040] 图1是本发明封装方法的步骤示意方框图；

[0041] 图2是采用本封装方法所生产的LED发光器件的结构示意图。

[0042] 图中1为硅片，2为LED芯片，3为玻璃绝缘层，4连接电极。

具体实施方式

[0043] 下面结合附图对本发明做进一步说明。

[0044] 图1中，本技术方案提供一种基于硅基的LED芯片封装方法，其在集成电路IC芯片封装生产线上采用下列步骤对LED芯片进行封装：

[0045] A、利用硅片作承载体，在硅片上放置多个LED芯片；

[0046] B、采用“键合”方式将LED芯片直接固定在硅片上；

[0047] C、用加温后呈液态的玻璃，掩埋/填平各个LED芯片之间的间隙，在硅片表面及各个LED芯片之间形成绝缘层；

[0048] D、待玻璃固化后，对硅片置有LED芯片的一面进行抛光，至LED芯片露出为止；

[0049] E、采用“镀膜”法在固化后的玻璃以及LED芯片的表面制备所需要的连接电极；

[0050] F、对硅片进行切割，得到载有单个LED芯片或集成有多个LED芯片，且经连接电极构成引出线的LED发光器件。

[0051] 具体的，其所述的玻璃为磷硅基玻璃或硼磷硅基玻璃。

[0052] 磷硅基玻璃(Phospho-silicate-glass，PSG)在高温下的流动性较好，可广泛用作为半导体芯片表面平坦性好的层间绝缘膜。

[0053] PSG要求的回流温度很高，大约1100℃，高温处理容易一起杂质浓度再扩散和硅片变形，以往PSG增加磷(P)的含量可以降低回流温度，但是P的含量增加会影响膜的稳定性和可靠性。因此出现了掺硼(B)的BPSG(Boro-phospho-silicate-glass，硼磷硅玻璃)来代替PSG，其中B的作用是降低回流温度，P主要是起抗离子的作用(主要是钠(Na)离子)。回流温度随B的增加而下降。但B的含量增加使抗潮能力减弱，因此B的含量要适当。一般在BPSG中，B和P各占4％。回流温度降到了800～950℃，由于P含量的降低，既可减小PSG膜中吸潮后生成H3PO4对Al的腐蚀，又改善了台阶梯度。

[0054] 另一方面，BPSG具有卓越的填孔能力，并且能够提高整个硅片表面的平坦化，从而为光刻及后道工艺提供了更大的工艺范围。

[0055] 其所述的抛光为机械抛光或化学抛光，此步骤可根据现有集成电路IC芯片封装生产线的具体设备和生产工艺而定。

[0056] 其所述的硅片可以选用单面抛光晶圆硅片或多晶硅片。

[0057] 硅片的面积或尺寸大小选择，可根据需要设置的LED芯片个数的多少或准备生产的LED发光器件的总功率大小而定。

[0058] 其所述的切割，按照单个LED芯片的P-N结电路连接关系来进行；或者，按照多个LED芯片各个P-N结之间的电路连接关系来进行。

[0059] 其所述的“键合”方式为现有集成电路IC芯片制造技术中的“键合”方法。

[0060] 在IC芯片的制造/封装领域中，所谓的“键合”技术，是一种将两片表面清洁、原子级平整的同质或异质半导体材料，经表面清洗和活化处理，通过化学和物理作用，在一定条件下直接结合，通过范德华力、分子力甚至原子力使晶片键合成为一体的技术，多用在半导体和微电子工艺制造过程中。

[0061] “键合”良好的同质或异质半导体材料，其键合强度可高达12MPa以上，完全可以满足LED发光器件的生产/使用要求。

[0062] 进一步的，上述的封装方法采用现有的集成电路IC芯片封装生产线来实现整个LED芯片封装过程。

[0063] 上述的封装方法采用集成电路IC芯片制造/封装生产中的平面封装工艺来对LED芯片进行封装，得到LED发光器件或LED发光器件模块。

[0064] 上述的封装方法将LED发光器件或LED发光器件组的结构“台面化”，以达到提高生产效率/产量，降低制造成本、提高工作可靠性、改善热传导效果和提高出光效率的目的。

[0065] 由于现有封装方式所生产的LED发光器件，其封装结构为“立体式”，存在诸多缺陷，制约了其进一步的发展。

[0066] 而本技术方案采用集成电路IC芯片的封装工艺和方法，将LED发光器件的封装结构“台面化”(或称之为平面化/层叠化)，避免和消除了现有LED发光器件封装方法或工艺的缺陷和不足，对于LED发光器件的生产和制造，将带来巨大的影响。

[0067] 图2中，采用本技术方案进行封装的基于硅基的LED芯片发光器件，包括单颗或多颗LED芯片，其结构为：设置一用于承载LED芯片2的硅片1；所述的硅片与LED芯片之间通过键合固接为一体；在LED芯片周围设置一层玻璃绝缘层3；在玻璃绝缘层和LED芯片的表面，设置有层状或膜状连接电极4.

[0068] 所述的硅片、LED芯片、玻璃绝缘层及连接电极，构成LED发光器件。

[0069] 其所述的玻璃绝缘层为磷硅基玻璃或硼磷硅基玻璃绝缘层。

[0070] 进一步的，所述的位于硅片上的LED芯片至少为一个。

[0071] 其所述的LED芯片经层状或膜状连接电极，与外部电路或电源相连接。

[0072] 封装(Package)对于IC芯片来说是必须的，也是至关重要的。它不仅起着保护芯片和增强导热性能的作用，而且还是沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁和规格通用功能的作用。

[0073] 封装的主要作用有：

[0074] (1)物理保护；(2)电气连接；(3)标准规格化。

[0075] 本技术方案采用集成电路IC芯片生产过程中的平面封装工艺，来对LED芯片进行封装，取消了“金线”连接结构，对LED发光器件的发光效果或有效光输出带来改善，整个发光器件的使用寿命和工作可靠性得到提高，降低了其生产/制造成本。

[0076] 同时，利用现有的集成电路IC芯片生产技术和现有的集成电路IC芯片封装生产线，生产出符合要求的LED芯片发光器件，可使现有的集成电路IC芯片封装生产线找到新的生产/加工对象，为现有集成电路IC芯片封装生产线的应用和使用，扩展了一个全新的领域。

[0077] 此外，本技术方案中LED芯片与承载的硅片之间直接固结，中间无粘结胶层，热阻小，有助于改善LED发光器件的散热/导热效果，特别适合于大功率LED发光器件的生产，在相同的外部环境条件或电源功率的情况下，采用本技术方案所生产的LED发光器件可以输出更大的光功率。

[0078] 采用本技术方案，便于生产各种规格/功率的LED发光器件，产品规格灵活多样，降低了生产成本，提高了现有集成电路IC芯片封装生产线的利用率或开工率，亦可提高LED发光器件的成品率和使用寿命。

[0079] 本发明可广泛用于LED发光器件的生产/制造领域。