深紫外LED的封装结构及其制作方法与流程

深紫外led的封装结构及其制作方法
技术领域
1.本发明涉及led技术领域，具体涉及一种深紫外led的封装结构及其制作方法。


背景技术：

2.除了研发疫苗以外，另外一个抑制病毒扩散的方法就是消杀设备的普及。传统情况下，采用汞灯消杀，但汞灯具有不环保、寿命短、不实用等缺点，而第三代半导体的发展有望解决以上问题，采用algan材料制备的深紫外led具有环保、小巧便携、低功耗、低电压等诸多优势，深紫外led的波长范围为 200-280nm，有证据表明，深紫外波段在100mj/cm2量级的剂量情况下，能够秒杀新冠病毒，但是限于深紫外led芯片材料质量低和高折射率问题，芯片的电光效率不高，大部分只有2-4％左右，algan材料属于高折射率材料，光在材料内部难于提取出来。另外，发光量子井中具有强烈的极化，主要出射光为tm模式，te 光垂直芯片传播，而tm光沿水平传播。
3.传统无机深紫外封装结构是围坝结构，坝体侧壁一般垂直于芯片，可以采用陶瓷或者铜等材料，再在顶部盖上石英玻璃，在里面充上氮气或其他惰性气体，在密闭环境中进行焊接，但此方法封装的深紫外led灯珠的光在围坝里横向来回反射，自吸收严重，而材料极化出光则更加剧这一问题。陶瓷基板作为散热材料，实现对芯片的散热。用光刻、激光切割和金属电镀工艺，围坝封装能够实现阵列排列，但上述方法仍存在工艺复杂、精度低、成本高、无法改善芯片垂直出光弱、阵列光源光分布不均匀的问题。因此，有必要改进现有深紫外led封装结构，提升深紫外led的电光效率和阵列封装的精度，控制芯片的出光角度。
4.公开号cn110197865a，名称为“一种液体封装的深紫外led封装器件及制备方法”的发明专利公布了一种液体封装的深紫外led封装器件及制备方法，其采用陶瓷基板和透镜包裹硅油，能够很好地改善半导体材料和空气之间的折射率差，但是该方法中硅油是一种有机物，易在深紫外光照射下产生老化，且对横向传输的tm光没有加以控制。
5.公开号cn108389951a，名称为“一种深紫外led封装结构及其制作方法”的发明专利公布了一种深紫外led封装结构及其制作方法，其同样采用金属和陶瓷封装形式，坝体是垂直于芯片的，为增强出光，芯片表明做了图形化处理或增透膜，盖板则制备减反层在上下表面，但是该专利仍然没有对横向传输的tm光进行有效控制，其坝体是垂直的，光易在腔体内来回反射损耗掉。


技术实现要素：

6.针对深紫外led封装结构中的光提取效率低，具有强烈的偏振出光问题，横向tm模式的光输出较强，而垂直方向的te模式光输出较弱的问题。本发明的目的在于，提供一种能增强光提取效率的目标，减少led芯片横向光强的损失，提高深紫外led芯片的可靠性的深紫外led的封装结构及其制作方法。
7.为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：
8.一种深紫外led的封装结构的制作方法，其特征在于：其包括以下步骤：
9.(1)在硅片上涂覆光刻胶；
10.(2)对光刻胶进行曝光、显影，在光刻胶上显影出所需微槽阵列图形；
11.(3)采用湿法腐蚀硅片，在硅片上形成若干微槽，继续腐蚀硅片直到微槽穿透硅片的底面，形成硅反射杯；所述微槽的槽壁为倾斜面；
12.(4)去除硅片上的光刻胶；
13.(5)在所述硅反射杯上设有深紫外反射层；
14.(6)将硅片贴合在具有金属线路的陶瓷基板上，深紫外led芯片位于硅反射杯的中心位置并固定在陶瓷基板上，且与陶瓷基板上的金属线路导通；
15.(7)用高透隔板贴合在硅片上表面实现对所述硅反射杯进行气密封装。
16.作为本发明的一种优选方案，所述步骤(1)在涂覆光刻胶之前，采用丙酮或/和乙醇对硅片进行清洗，随后用去离子水冲洗干净，接着用氮气吹干。在吹干硅片之后，将硅片放入氧化炉进行氧化处理，在硅片表面获得厚度为5-200nm 的氧化硅层。
17.作为本发明的一种优选方案，所述步骤(3)包括以下步骤：
18.(3.1)将硅片放入hf溶液进行去除表面氧化层；
19.(3.2)将硅片放入碱性水溶液进行腐蚀，在硅片上形成若干微槽；
20.(3.3)继续腐蚀硅片10～60分钟，直到微槽穿透硅片的底面，形成硅反射杯；所述微槽的槽壁倾斜角度为50～60度。
21.作为本发明的一种优选方案，所述步骤(5)采用磁控溅射或者电子束蒸发在硅反射杯表面蒸镀一层al或ag金属反射膜或者多层氧化物介质反射膜，形成所述深紫外反射层，光反射率高。
22.作为本发明的一种优选方案，中在硅片贴合在具有金属线路的陶瓷基板后，采用无机材料进行焊接固定。
23.作为本发明的一种优选方案，所述步骤(7)在真空或氮气环境下完成。
24.一种深紫外led的封装结构，其包括陶瓷基板、硅片、深紫外led芯片和高透隔板，所述陶瓷基板上设有金属线路，所述硅片上均匀分布若干将其垂直贯穿的硅反射杯，所述硅反射杯的表面设有深紫外反射层，所述硅片设置在所述陶瓷基板上，所述深紫外led芯片对应硅反射杯的中心位置设置在陶瓷基板上，且与所述金属线路相连接，所述高透隔板盖合在硅片上，并对所述硅反射杯进行气密封装。
25.作为本发明的一种优选方案，所述硅反射杯的杯壁为倾斜角度为50～60度的倾斜面，反射效果好，提升出光效率。
26.作为本发明的一种优选方案，所述高透隔板为蓝宝石玻璃板或石英玻璃板，抗刮耐磨，耐高温，且具有高的光谱透射，透光效果好；所述陶瓷基板为氮化铝板体、氧化铝板体或氧化锆板体，耐高温，性质稳定，绝缘性好。
27.本发明的有益效果为：本发明制作方法步骤简单，易于实现，通过光刻、腐蚀在硅片上形成若干具有倾斜面的硅反射杯，并蒸镀有深紫外反射层，实现深紫外led横向光强的垂直反射，减少led芯片横向光强的损失，提高电光效率，减少热效应，提高芯片的可靠性，而且若干硅反射杯呈阵列式分布，提升集成光源的光分布均匀性。本发明提供的深紫外led的封装结构设计合理，省去传统围坝等结构，减少封装成本，直接在硅片上设有多个硅反射杯，通过硅反射杯的倾斜面控制深紫外led的出光角度，方向性更强且可控，有效减少横向
光强的损失，增强正面出光，不仅提升深紫外led的电光效率，确保了出光一致性和光分布均匀性，而且整体结构简单、紧凑，易于封装。
28.下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。
附图说明
29.图1是本发明的立体结构示意图。
30.图2是本发明的分解结构示意图。
31.图3是本发明的剖视结构示意图。
32.图4是本发明的制作方法流程图。
具体实施方式
33.实施例，参见图1至图3，本实施例提供的一种深紫外led的封装结构，其包括陶瓷基板1、硅片2、深紫外led芯片3和高透隔板4，所述陶瓷基板1上设有金属线路，所述硅片2上均匀分布若干将其垂直贯穿的硅反射杯21，所述硅反射杯 21的表面设有深紫外反射层22，所述硅片2设置在所述陶瓷基板1上，所述深紫外led芯片3对应硅反射杯21的中心位置设置在陶瓷基板1上，且与所述金属线路相连接，所述高透隔板4盖合在硅片2上，并对所述硅反射杯21进行气密封装。本发明提供的深紫外led的封装结构设计合理，省去传统围坝等结构，减少封装成本，直接在硅片2上设有多个硅反射杯21，通过硅反射杯21的倾斜面控制深紫外led的出光角度，方向性更强且可控，有效减少横向光强的损失，增强正面出光，不仅提升深紫外led的电光效率，确保了出光一致性和光分布均匀性，而且整体结构简单、紧凑，易于封装。
34.实现上述深紫外led的封装结构的制作方法具体如下：
35.(1)以2～6英寸或者边长为5～20cm的(100)面430～650um厚的硅片2为例；采用丙酮或和乙醇对硅片2进行清洗，随后用去离子水冲洗1～10遍，接着用氮气吹干。在吹干硅片2之后，将硅片2放入氧化炉进行氧化处理，在硅片2表面获得厚度为5-200nm的氧化硅层；在硅片2上均匀涂覆光刻胶5，匀胶转速为 1000-6000rpm，光刻胶5为az5214或su-8等型号，光刻胶的涂覆厚度优选为1～ 5um；
36.(2)对匀有光刻胶5的硅片2进行曝光，硅片2的定位边与阵列的边平行，显影得到所需要的微槽阵列图形，每一个微槽的图形大小为边长1～10mm的正方形；
37.(3)将图形化的硅片2首先放在hf溶液里去除表面氧化层，再放置在koh、naoh的碱性水溶液里面，溶液比值为1：3-1：6，时间为10～60分钟，直到腐蚀到硅片2的底面，得到具有倾斜角为50～60度的倾斜面的硅反射杯21；
38.(4)采用去胶液和hf酸分别去除硅片2上残留的光刻胶和氧化层，去胶液为丙酮，氧化层则由10-30％hf酸浓度去除；
39.(5)将硅片2放在磁控溅射或电子束蒸发设备里，在硅反射杯21表面蒸镀一层al或ag金属反射膜或者多层氧化物介质反射膜形成深紫外反射层22，以提高光反射率；
40.(6)预先通过光刻和金属溅射工艺在陶瓷基板1上成形出金属线路，所述陶瓷基板1可以为氮化铝板体、氧化铝板体或氧化锆板体，耐高温，性质稳定，绝缘性好。使用固晶机将深紫外led芯片3安装在陶瓷基板1上，且使得深紫外led 芯片3与陶瓷基板1上的金属线
路导通；深紫外led芯片3的位置与硅反射杯21的中心位置相对应。所述深紫外led芯片3的优选厚度为200um～1.5mm、型号为 1020、2020、3535mil或4545的芯片；将硅片2贴合在陶瓷基板1上,采用无机材料如ausn实现硅片2和陶瓷基板1进行焊接固定，所述深紫外led芯片3恰好位于硅反射杯21的中心位置；
41.(7)用高透隔板4如蓝宝石玻璃板或石英玻璃板盖合在硅片2上表面，整体结构放入真空箱，在真空或氮气环境下8～12min，然后烧结固化即可，实现对所述硅反射杯21进行气密封装。本发明制作方法步骤简单，易于实现，通过光刻、腐蚀在硅片2上形成若干具有倾斜面的硅反射杯21，并蒸镀有深紫外反射层 22，实现深紫外led横向光强的垂直反射，减少led芯片横向光强的损失，提高电光效率，减少热效应，提高芯片的可靠性，而且若干硅反射杯21呈阵列式分布，提升集成光源的光分布均匀性。
42.根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似的结构而得到的其它结构及方法，均在本发明保护范围内。