一种LED芯片模组及其制备方法

一种led芯片模组及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及半导体制造领域，特别是一种led芯片模组及其制备方法。


背景技术：

2.相对于传统照明光源，led具有发光效率高、寿命长、节能环保、功耗低、结构轻巧等诸多优势，是新一代绿色照明光源，引领世界节能环保能力的持续提升。对于led光源而言，其制造过程主要包括芯片制造和器件封装。现有制造方法都是先完成芯片制造再进行器件封装，一方面会造成制造效率低、成本高，另一方面会出现芯片与封装不协调问题，造成芯片难以实现后续封装，影响led光源整体性能和可靠性。因此，有必要在led光源制造整个过程中，尽可能采用工艺较少的制造技术，同时简化封装结构，尽可能减少热学和光学界面数，以降低led封装热阻，提高led发光效率和可靠性。此外，目前led光源由于led芯片与空气折射率差较大，led芯片上表面存在全反射损耗，且led芯片侧面出光受到封装体影响不易出射，降低led发光效率；现有有机封装材料存在热老化、紫外降解、透气透湿等问题，严重影响led可靠性和寿命。相应地，有必要改进现有led制造方法，以提高led发光效率和可靠性，从而更好的满足大功率led应用需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，提供一种led芯片模组及其制备方法，用于解决现有技术中。
4.为解决上述技术问题，本发明提供的第一解决方案为：一种led芯片模组的制备方法，包括如下步骤：s1，对衬底进行加工，制得具有腔体结构的衬底；s2，在衬底的腔体结构中生长至少一个led芯片；s3，在led芯片远离衬底一侧和衬底的台阶结构上沉积金属层；s4，在陶瓷基板上加工上表面布线层、下表面布线层和金属通孔；s5，在金属层、上表面布线层两者中至少一层的表面上设置焊接层；s6，将金属层与上表面布线层对准加压，加热后融化焊接层，使led芯片封装于衬底与陶瓷基板之间。
5.优选的，上表面布线层包括第一布线区和第二布线区，第二布线区设置于第一布线区的两侧；上表面布线层与下表面布线层分别设置于陶瓷基板的两侧表面，金属通孔垂直贯穿设置于陶瓷基板内部，第一布线区通过金属铜扣与下表面布线层电连接。
6.优选的，金属层包括第一金属层和第二金属层，第一金属层沉积于led芯片远离衬底一侧，第二金属层沉积于衬底的台阶结构上；步骤s6中，第一布线区与第一金属层对应焊接，第二布线区与第二金属层对应焊接。
7.优选的，led芯片为倒装结构发光芯片，发光波长为210～800mm。
8.优选的，衬底为蓝宝石、金刚石或石英材质的透明基片，厚度为6～10mm。
9.优选的，led芯片的厚度与衬底的腔体结构深度相同；led芯片的厚度为1～5mm。
10.优选的，金属层为cr/ni/au材质的复合叠层，或者ti/al/au材质的复合叠层。
11.优选的，焊接层材质为au-sn或ag-sn，厚度为2～10μm。
12.优选的，步骤s5中，采用溅射或电镀工艺制备焊接层。
13.为解决上述技术问题，本发明提供的第二解决方案为：一种led芯片模组，该led芯片模组由前述第一解决方案中led芯片模组的制备方法制得。
14.本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供一种led芯片模组及其制备方法，首先通过在衬底上生长led芯片，消除led芯片与空气界面，提高led发光效率；其次，通过金属焊料气密封装，避免有机材料老化和失效问题，提高led可靠性；此外，该制备方法省略后续透镜安装、芯片衬底减薄等传统工艺过程，制备工艺更加简捷，显著提高了led芯片模组的制造效率。
附图说明
15.图1是本发明中实施例1制备led芯片模组的工艺流程图；
16.图2是本发明中实施例2制备led芯片模组的工艺流程图；
17.图中：1-衬底，11-腔体结构，2-led芯片，3-金属层，31-第一金属层，32-第二金属层，4-陶瓷基板，5-上表面布线层，51-第一布线区，52-第二布线区，6-下表面布线层，7-金属通孔，8焊接层。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例，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，均属于本发明保护的范围。
19.对于本技术的第一解决方案，提供了一种led芯片模组的制备方法包括如下步骤：
20.s1，对衬底进行加工，制得具有腔体结构的衬底。本步骤中，衬底优选为蓝宝石、金刚石或石英材质的透明基片，厚度优选为6～10mm；采用机加工或刻蚀技术在衬底上制作出腔体结构。
21.s2，在衬底的腔体结构中生长至少一个led芯片。本步骤中，led芯片为倒装结构发光芯片，发光波长优选为210～800mm；led芯片的厚度与衬底的腔体结构深度相同，以便于后续气密封装，led芯片的厚度优选为1～5mm。腔体结构中可以设置一个或多个led芯片，其尺寸可根据设置的led芯片的数目以及排布方式进行适应性设计，在此不作限定；透镜安装、芯片衬底减薄等传统工艺过程中，对led芯片尺寸和数目不易进行调整，而本发明的制备方法能够很好的解决这一问题，能够很容易对不同尺寸和数目的led芯片封装进行调整，以适应更广泛的芯片封装需求。
22.s3，在led芯片远离衬底一侧和衬底的台阶结构上沉积金属层。本步骤中，金属层包括第一金属层和第二金属层，在led芯片远离衬底一侧沉积第一金属层，在衬底的台阶结构上沉积第二金属层；金属层为cr/ni/au材质的复合叠层，或者ti/al/au材质的复合叠层。
23.s4，在陶瓷基板上加工上表面布线层、下表面布线层和金属通孔。本步骤中，上表面布线层包括第一布线区和第二布线区，第二布线区设置于第一布线区的两侧；上表面布线层与下表面布线层分别设置于陶瓷基板的两侧表面，金属通孔垂直贯穿设置于陶瓷基板内部，第一布线区通过金属通孔与下表面布线层电连接，下表面布线层与外部供电单元电连接。
24.s5，在金属层、上表面布线层两者中至少一层的表面上设置焊接层。本步骤中，采用溅射或电镀工艺制备焊接层，焊接层材质优选为au-sn或ag-sn，厚度优选为2～10μm；既可以在金属层表面设置焊接层，也可以在上表面布线层表面设置焊接层，可根据实际需求进行设置，在此不做限定。
25.s6，将金属层与上表面布线层对准加压，加热后融化焊接层，使led芯片封装于衬底与陶瓷基板之间。本步骤中，第一布线区与第一金属层对准加压，第二布线区与第二金属层对准加压，位点对准后加热融化焊接层，同时实现led芯片固晶和气密焊接封装。该制备方法一方面通过在衬底上生长led芯片，消除led芯片与空气界面，提高led发光效率；另一方面，通过金属焊料气密封装，避免有机材料老化和失效问题，提高led可靠性。该制备方法省略后续透镜安装、芯片衬底减薄等传统工艺过程，制备工艺更加简捷，显著提高了led芯片模组的制造效率。
26.对于本发明提供的第二解决方案，提供了一种led芯片模组，该led芯片模组由前述第一解决方案中led芯片模组的制备方法制得，其结构和性能与前述第一解决方案保持一致。
27.下面通过具体实施例对本发明中led芯片模组的制备方法进行详细描述。
28.实施例1
29.如图1所示，本实施例的工艺步骤如下：
30.(1)选取蓝宝石透明基片作为衬底1材料，厚度为6mm，利用机加工和刻蚀技术在衬底1上制作出腔体结构11。
31.(2)采用外延材料生长和半导体加工技术在衬底1的腔体结构11内生长出单颗倒装led芯片2，发光波长为450nm；该led芯片2厚度与衬底1的腔体结构11深度保持一致，均为3mm。
32.(3)采用薄膜沉积技术在led芯片2和衬底1台阶上分别沉积第一金属层31和第二金属层32，共同构成金属层3，金属层3材质为cr/ni/au。
33.(4)采用半导体微加工技术，在陶瓷基板4两侧制作上表面布线层5和下表面布线层6，上表面布线层5包括第一布线区51和第二布线区52，在陶瓷基板4内部制作垂直的金属通孔7，第一布线区51通过金属通孔7与下表面布线层6电连接。
34.(5)通过溅射技术在第一金属层31和第二金属层32上同时制备焊接层8，材质为au-sn，厚度为3μm。
35.(6)将第一布线区51与第一金属层31对准加压，第二布线区52与第二金属层32对准加压，加热使得焊接层8熔化，同时实现led芯片2固晶和气密焊接封装；其中，led芯片2通过金属通孔7与外部实现电连接，气密焊接封装通过衬底1和陶瓷基板4焊接实现。
36.实施例2
37.如图2所示，本实施例与实施例1之间主要差异在于led芯片的设置数目和焊接层8的设置方式，本实施例的工艺步骤如下：
38.(1)选取蓝宝石透明基片作为衬底1材料，厚度为8mm，利用机加工和刻蚀技术在衬底1上制作出腔体结构11。
39.(2)采用外延材料生长和半导体加工技术在衬底1的腔体结构11内生长出多颗倒装led芯片2，发光波长为265nm；该led芯片2厚度与衬底1的腔体结构11深度保持一致，均为
5mm。
40.(3)采用薄膜沉积技术在led芯片2和衬底1台阶上分别沉积第一金属层31和第二金属层32，共同构成金属层3，金属层3材质为ti/al/au。
41.(4)采用半导体微加工技术，在陶瓷基板4两侧制作上表面布线层5和下表面布线层6，上表面布线层5包括第一布线区51和第二布线区52，在陶瓷基板4内部制作垂直的金属通孔7，第一布线区51通过金属通孔7与下表面布线层6电连接。
42.(5)通过电镀技术在第一布线区51和第二布线区52上同时制备焊接层8，材质为ag-sn，厚度为10μm。
43.(6)将第一布线区51与第一金属层31对准加压，第二布线区52与第二金属层32对准加压，加热使得焊接层8熔化，同时实现led芯片2固晶和气密焊接封装；其中，led芯片2通过金属通孔7与外部实现电连接，气密焊接封装通过衬底1和陶瓷基板4焊接实现。
44.区别于现有技术的情况，本发明提供一种led芯片模组及其制备方法，首先通过在衬底上生长led芯片，消除led芯片与空气界面，提高led发光效率；其次，通过金属焊料气密封装，避免有机材料老化和失效问题，提高led可靠性；此外，该制备方法省略后续透镜安装、芯片衬底减薄等传统工艺过程，制备工艺更加简捷，显著提高了led芯片模组的制造效率。
45.需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。
46.以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。