專利名稱：一種基于硅基的led芯片封裝方法及l(fā)ed芯片發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，尤其涉及一種用于LED芯片的封裝方法及其產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，LED芯片/發(fā)光器件的產(chǎn)量正在飛速增長。現(xiàn)有的LED發(fā)光器件，其結(jié)構(gòu)為在ー個基板上粘接LED芯片，再采用飛線法/打線法將連接導(dǎo)線(業(yè)內(nèi)稱之為“金線”)從LED芯片的P-N結(jié)上引出，連接到發(fā)光器件的引出管腳上，與外界電源或電路連接?！敖鹁€”，又稱球焊金絲或引線金絲，是微電子エ業(yè)的重要材料，通常用作芯片和引線框架間連接線。授權(quán)公告日為2011年I月26日，授權(quán)公告號為CN 201725801U的中國實(shí)用新型專利“ー種大功率LED的封裝結(jié)構(gòu)”所公開的技術(shù)方案即為采用上述封裝方法所生產(chǎn)的產(chǎn)品及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。上述這種封裝方式和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，帶來如下問題I、基板和LED芯片之間采用粘結(jié)劑連接，粘結(jié)層易有氣泡存在，而氣泡率增高，則熱阻増大，影響到整個LED芯片的熱量傳導(dǎo)和散熱效果，這一點(diǎn)對大功率LED芯片尤為關(guān)鍵；2、現(xiàn)有采用飛線法/打線法生產(chǎn)LED芯片的生產(chǎn)線因?yàn)榻鹁€連接合格率的問題，對成品率有一定影響，且金線的存在，使得整個發(fā)光器件的使用壽命和工作可靠性也受到一定影響；3、金線橫跨在LED芯片上方，阻礙了 LED芯片所發(fā)出的光線，給LED發(fā)光器件的發(fā)光效果或有效光輸出帶來一定的影響；4.近兩年來黃金價格不斷攀高，用于LED封裝用的金絲價格也不斷增長，直接增加了 LED芯片的生產(chǎn)成本。；5、現(xiàn)有采用飛線法/打線法生產(chǎn)LED芯片的生產(chǎn)線能力已經(jīng)接近飽和，但是還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際市場需求。相反，由于前期長時間的持續(xù)性投入，各大集成電路生產(chǎn)廠商所擁有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線面臨著嚴(yán)重的生產(chǎn)能力過剩，面臨著開エ不足的局面。由于封裝生產(chǎn)エ藝的不同，集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率/生產(chǎn)能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)有LED芯片封裝生產(chǎn)線。如果能利用現(xiàn)有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線來對LED芯片進(jìn)行封裝，則可大幅度地提高LED發(fā)光器件的生產(chǎn)能力和降低生產(chǎn)成本，對集成電路生產(chǎn)廠商和LED發(fā)光器件生產(chǎn)/供應(yīng)商來講，均是一件雙贏的事。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于硅基的LED芯片封裝方法及LED芯片發(fā)光器件，其利用集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線和制造技術(shù)，采用平面封裝エ藝來對LED芯片進(jìn)行封裝，得到LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊。其既使LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊的平面封裝得以順利實(shí)現(xiàn)，又可使現(xiàn)有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線找到新的生產(chǎn)/加工產(chǎn)品，為現(xiàn)有集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線的應(yīng)用擴(kuò)展了ー個全新的領(lǐng)域，且降低了 LED發(fā)光器件的生產(chǎn)/制造成本。本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種基于硅基的LED芯片封裝方法，其特征是在集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線上采用下列步驟對LED芯片進(jìn)行封裝A、利用硅片作承載 體，在硅片上放置多個LED芯片；B、采用“鍵合”方式將LED芯片直接固定在硅片上；C、用加溫后呈液態(tài)的玻璃，掩埋/填平各個LED芯片之間的間隙，在硅片表面及各個LED芯片之間形成絕緣層；D、待玻璃固化后，對硅片置有LED芯片的一面進(jìn)行拋光，至LED芯片露出為止；E、采用“鍍膜”法在固化后的玻璃以及LED芯片的表面制備所需要的連接電扱；F、對硅片進(jìn)行切割，得到載有單個LED芯片或集成有多個LED芯片，且經(jīng)連接電極構(gòu)成引出線的LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊產(chǎn)品。具體的，其所述的玻璃為磷硅基玻璃或硼磷硅基玻璃。其所述的拋光為機(jī)械拋光或化學(xué)拋光。其所述的硅片為單面拋光晶圓硅片或多晶硅片。其所述的切割，按照單個LED芯片的P-N結(jié)電路連接關(guān)系來進(jìn)行；或者，按照多個LED芯片各個P-N結(jié)之間的電路連接關(guān)系來進(jìn)行。其所述的“鍵合”方式為現(xiàn)有集成電路IC芯片制造/封裝技術(shù)中的“鍵合”方法。進(jìn)ー步的，上述的封裝方法采用現(xiàn)有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線來實(shí)現(xiàn)整個LED芯片封裝過程。上述的封裝方法采用集成電路IC芯片制造/封裝生產(chǎn)中的平面封裝エ藝來對LED芯片進(jìn)行封裝，得到LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊。上述的封裝方法將LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件組的結(jié)構(gòu)臺面化，以達(dá)到提高生產(chǎn)效率/產(chǎn)量，降低制造成本、提高工作可靠性、改善熱傳導(dǎo)效果和提高出光效率的目的。本發(fā)明還提供了一種采用上述封裝方法進(jìn)行封裝的基于硅基的LED芯片發(fā)光器件，包括單顆或多顆LED芯片，其特征是設(shè)置ー用于承載LED芯片的硅片；所述的硅片與LED芯片之間通過“鍵合”固接為一體；在LED芯片周圍或各個LED芯片之間，設(shè)置ー層玻璃絕緣層；在玻璃絕緣層和LED芯片的表面，設(shè)置有層狀或膜狀連接電極；所述的硅片、LED芯片、玻璃絕緣層及連接電極，構(gòu)成LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊。其所述的玻璃絕緣層為磷硅基玻璃或硼磷硅基玻璃絕緣層。進(jìn)ー步的，所述位于硅片上的LED芯片至少為ー個。上述的LED芯片經(jīng)層狀或膜狀連接電扱，與外部電路或電源相連接?，F(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是I.利用現(xiàn)有的集成電路IC芯片生產(chǎn)技術(shù)和現(xiàn)有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線，生產(chǎn)符合要求的LED芯片發(fā)光器件，可使現(xiàn)有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線找到新的生產(chǎn)/加工對象，為現(xiàn)有集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線的應(yīng)用擴(kuò)展了ー個全新的適用領(lǐng)域
2.充分利用集成電路IC芯片生產(chǎn)中的平面封裝エ藝來對LED芯片進(jìn)行封裝，無金線連接結(jié)構(gòu)，對LED發(fā)光器件的發(fā)光效果或有效光輸出帶來改善，整個發(fā)光器件的使用壽命和工作可靠性得到提高，降低了其生產(chǎn)/制造成本；3. LED芯片與承載的硅片之間直接固結(jié)，中間無粘結(jié)膠層，熱阻小，有助于改善LED發(fā)光器件的散熱/導(dǎo)熱效果，特別適合于大功率LED發(fā)光器件的生產(chǎn)，換句話說，在相同的外部環(huán)境條件或電源功率的情況下，采用本技術(shù)方案所生產(chǎn)的LED發(fā)光器件可以輸出更 大的光功率；4.根據(jù)電路連接關(guān)系對硅片上的多個LED芯片進(jìn)行切割，便于生產(chǎn)各種規(guī)格/功率的發(fā)光器件，產(chǎn)品規(guī)格靈活多祥，降低了生產(chǎn)成本，提高了現(xiàn)有集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線的利用率或開工率，5.為現(xiàn)有集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線的應(yīng)用和使用，擴(kuò)展了ー個全新的領(lǐng)域。


圖I是本發(fā)明封裝方法的步驟示意方框圖；圖2是采用本封裝方法所生產(chǎn)的LED發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I為硅片，2為LED芯片，3為玻璃絕緣層，4連接電極。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)ー步說明。圖I中，本技術(shù)方案提供一種基于硅基的LED芯片封裝方法，其在集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線上采用下列步驟對LED芯片進(jìn)行封裝A、利用娃片作承載體,在娃片上放置多個LED芯片；B、采用“鍵合”方式將LED芯片直接固定在硅片上；C、用加溫后呈液態(tài)的玻璃，掩埋/填平各個LED芯片之間的間隙，在硅片表面及各個LED芯片之間形成絕緣層；D、待玻璃固化后，對硅片置有LED芯片的一面進(jìn)行拋光，至LED芯片露出為止；E、采用“鍍膜”法在固化后的玻璃以及LED芯片的表面制備所需要的連接電極；
F、對硅片進(jìn)行切割，得到載有單個LED芯片或集成有多個LED芯片，且經(jīng)連接電極構(gòu)成引出線的LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊產(chǎn)品。具體的，其所述的玻璃為磷硅基玻璃或硼磷硅基玻璃。磷娃基玻璃(Phospho-silicate-glass, PSG)在高溫下的流動性較好,可廣泛用作為半導(dǎo)體芯片表面平坦性好的層間絕緣膜。PSG要求的回流溫度很高，大約1100°C，高溫處理容易一起雜質(zhì)濃度再擴(kuò)散和硅片變形，以往PSG增加磷⑵的含量可以降低回流溫度，但是P的含量増加會影響膜的穩(wěn)定性和可靠性。因此出現(xiàn)了摻硼(B)的BPSG(Boro-phospho_silicate-glass,硼磷娃玻璃)來代替PSG，其中B的作用是降低回流溫度，P主要是起抗離子的作用(主要是鈉(Na)離子)?；亓鳒囟入SB的增加而下降。但B的含量増加使抗潮能力減弱，因此B的含量要適當(dāng)。一般在BPSG中，B和P各占4%?；亓鳒囟冉档搅?800 950°C，由于P含量的降低，既可減小PSG膜中吸潮后生成H3P04對Al的腐蝕，又改善了臺階梯度。
另ー方面，BPSG具有卓越的填孔能力，并且能夠提高整個硅片表面的平坦化，從而為光刻及后道エ藝提供了更大的エ藝范圍。其所述的拋光為機(jī)械拋光或化學(xué)拋光，此步驟可根據(jù)現(xiàn)有集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線的具體設(shè)備和生產(chǎn)エ藝而定。其所述的硅片可以選用單面拋光晶圓硅片或多晶硅片。硅片的面積或尺寸大小選擇，可根據(jù)需要設(shè)置的LED芯片個數(shù)的多少或準(zhǔn)備生產(chǎn)的LED發(fā)光器件的總功率大小而定。
其所述的切割，按照單個LED芯片的P-N結(jié)電路連接關(guān)系來進(jìn)行；或者，按照多個LED芯片各個P-N結(jié)之間的電路連接關(guān)系來進(jìn)行。其所述的“鍵合”方式為現(xiàn)有集成電路IC芯片制造技術(shù)中的“鍵合”方法。在IC芯片的制造/封裝領(lǐng)域中，所謂的“鍵合”技木，是ー種將兩片表面清潔、原子級平整的同質(zhì)或異質(zhì)半導(dǎo)體材料，經(jīng)表面清洗和活化處理，通過化學(xué)和物理作用，在一定條件下直接結(jié)合，通過范德華力、分子カ甚至原子力使晶片鍵合成為一體的技術(shù)，多用在半導(dǎo)體和微電子エ藝制造過程中?！版I合”良好的同質(zhì)或異質(zhì)半導(dǎo)體材料，其鍵合強(qiáng)度可高達(dá)12MPa以上，完全可以滿足LED發(fā)光器件的生產(chǎn)/使用要求。進(jìn)ー步的，上述的封裝方法采用現(xiàn)有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線來實(shí)現(xiàn)整個LED芯片封裝過程。上述的封裝方法采用集成電路IC芯片制造/封裝生產(chǎn)中的平面封裝エ藝來對LED芯片進(jìn)行封裝，得到LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊。上述的封裝方法將LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件組的結(jié)構(gòu)“臺面化”，以達(dá)到提高生產(chǎn)效率/產(chǎn)量，降低制造成本、提高工作可靠性、改善熱傳導(dǎo)效果和提高出光效率的目的。由于現(xiàn)有封裝方式所生產(chǎn)的LED發(fā)光器件，其封裝結(jié)構(gòu)為“立體式”，存在諸多缺陷，制約了其進(jìn)ー步的發(fā)展。而本技術(shù)方案采用集成電路IC芯片的封裝エ藝和方法，將LED發(fā)光器件的封裝結(jié)構(gòu)“臺面化”(或稱之為平面化/層疊化)，避免和消除了現(xiàn)有LED發(fā)光器件封裝方法或エ藝的缺陷和不足，對于LED發(fā)光器件的生產(chǎn)和制造，將帶來巨大的影響。圖2中，采用本技術(shù)方案進(jìn)行封裝的基于硅基的LED芯片發(fā)光器件，包括單顆或多顆LED芯片，其結(jié)構(gòu)為設(shè)置ー用于承載LED芯片2的硅片I ;所述的硅片與LED芯片之間通過鍵合固接為一體；在LED芯片周圍設(shè)置ー層玻璃絕緣層3 ;在玻璃絕緣層和LED芯片的表面，設(shè)置有層狀或膜狀連接電極4.所述的硅片、LED芯片、玻璃絕緣層及連接電極，構(gòu)成LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊。其所述的玻璃絕緣層為磷硅基玻璃或硼磷硅基玻璃絕緣層。進(jìn)ー步的，所述的位于硅片上的LED芯片至少為ー個。其所述的LED芯片經(jīng)層狀或膜狀連接電扱，與外部電路或電源相連接。封裝(Package)對于IC芯片來說是必須的，也是至關(guān)重要的。它不僅起著保護(hù)芯片和增強(qiáng)導(dǎo)熱性能的作用，而且還是溝通芯片內(nèi)部世界與外部電路的橋梁和規(guī)格通用功能的作用。封裝的主要作用有(I)物理保護(hù)；(2)電氣連接；(3)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格化。本技術(shù)方案采用集成電路IC芯片生產(chǎn)過程中的平面封裝エ藝，來對LED芯片進(jìn)行封裝，取消了“金線”連接結(jié)構(gòu)，對LED發(fā)光器件的發(fā)光效果或有效光輸出帶來改善，整個發(fā)光器件的使用壽命和工作可靠性得到提高，降低了其生產(chǎn)/制造成本。同時，利用現(xiàn)有的集成電路IC芯片生產(chǎn)技術(shù)和現(xiàn)有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線，生產(chǎn)出符合要求的LED芯片發(fā)光器件，可使現(xiàn)有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線找到新的生產(chǎn)/加工対象，為現(xiàn)有集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線的應(yīng)用和使用，擴(kuò)展了一個全新的領(lǐng)域。此外，本技術(shù)方案中LED芯片與承載的硅片之間直接固結(jié)，中間無粘結(jié)膠層，熱阻小，有助于改善LED發(fā)光器件的散熱/導(dǎo)熱效果，特別適合于大功率LED發(fā)光器件的生產(chǎn)，在相同的外部環(huán)境條件或電源功率的情況下，采用本技術(shù)方案所生產(chǎn)的LED發(fā)光器件可以輸出更大的光功率。米用本技術(shù)方案,便于生產(chǎn)各種規(guī)格/功率的LED發(fā)光器件,產(chǎn)品規(guī)格靈活多祥，降低了生產(chǎn)成本，提高了現(xiàn)有集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線的利用率或開工率，亦可提高LED發(fā)光器件的成品率和使用壽命。 本發(fā)明可廣泛用于LED發(fā)光器件的生產(chǎn)/制造領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種基于硅基的LED芯片封裝方法，其特征是在集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線上采用下列步驟對LED芯片進(jìn)行封裝 A、利用硅片作承載體，在硅片上放置多個LED芯片； B、采用“鍵合”方式將LED芯片直接固定在硅片上； C、用加溫后呈液態(tài)的玻璃，掩埋/填平各個LED芯片之間的間隙，在硅片表面及各個LED芯片之間形成絕緣層； D、待玻璃固化后，對硅片置有LED芯片的一面進(jìn)行拋光，至LED芯片露出為止； E、采用“鍍膜”法在固化后的玻璃以及LED芯片的表面制備所需要的連接電極； F、對硅片進(jìn)行切割，得到載有單個LED芯片或集成有多個LED芯片，且經(jīng)連接電極構(gòu)成引出線的LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊產(chǎn)品。
2.按照權(quán)利要求I所述的基于硅基的LED芯片封裝方法，其特征是所述的玻璃為磷硅基玻璃或硼磷硅基玻璃。
3.按照權(quán)利要求I所述的基于硅基的LED芯片封裝方法，其特征是所述的拋光為機(jī)械拋光或化學(xué)拋光。
4.按照權(quán)利要求I所述的基于硅基的LED芯片封裝方法，其特征是所述的硅片為單面拋光晶圓娃片或多晶娃片。
5.按照權(quán)利要求I所述的基于硅基的LED芯片封裝方法，其特征是所述的切割，按照單個LED芯片的P-N結(jié)電路連接關(guān)系來進(jìn)行；或者，按照多個LED芯片各個P-N結(jié)之間的電路連接關(guān)系來進(jìn)行。
6.按照權(quán)利要求I所述的基于硅基的LED芯片封裝方法，其特征是所述的“鍵合”方式為現(xiàn)有集成電路IC芯片制造/封裝技術(shù)中的“鍵合”方法。
7.按照權(quán)利要求I所述的基于硅基的LED芯片封裝方法，其特征是所述的封裝方法采用現(xiàn)有的集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線來實(shí)現(xiàn)整個LED芯片封裝過程。
8.按照權(quán)利要求I所述的基于硅基的LED芯片封裝方法，其特征是所述的封裝方法采用集成電路IC芯片的平面封裝エ藝來對LED芯片進(jìn)行封裝，得到LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊。
9.按照權(quán)利要求I所述的基于硅基的LED芯片封裝方法，其特征是所述的封裝方法將LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件組的結(jié)構(gòu)臺面化，以達(dá)到提高生產(chǎn)效率/產(chǎn)量，降低制造成本、提高工作可靠性、改善熱傳導(dǎo)效果和提高出光效率的目的。
10.ー種按照權(quán)利要求I所述方法進(jìn)行封裝的基于硅基的LED芯片發(fā)光器件，包括單顆或多顆LED芯片，其特征是 設(shè)置ー用于承載LED芯片的硅片； 所述的硅片與LED芯片之間通過“鍵合”固接為一體； 在LED芯片周圍或各個LED芯片之間，設(shè)置ー層玻璃絕緣層； 在玻璃絕緣層和LED芯片的表面，設(shè)置有層狀或膜狀連接電極； 所述的硅片、LED芯片、玻璃絕緣層及連接電極，構(gòu)成LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊； 其所述的玻璃絕緣層為磷硅基玻璃或硼磷硅基玻璃絕緣層。
11.按照權(quán)利要求10所述的基于硅基的LED芯片發(fā)光器件，其特征是所述位于硅片上的LED芯片至少為ー個。
12.按照權(quán)利要求10所述的基于硅基的LED芯片發(fā)光器件，其特征是所述的LED芯片經(jīng)層狀或膜狀連接電極，與外部電路或電源相連 接。
全文摘要
一種基于硅基的LED芯片封裝方法及LED芯片發(fā)光器件，屬半導(dǎo)體器件領(lǐng)域。其在IC芯片封裝生產(chǎn)線上對LED芯片進(jìn)行封裝利用硅片作承載體，采用“鍵合”方式將LED芯片直接固定在硅片上；用液態(tài)玻璃在硅片表面及各個LED芯片之間形成絕緣層；對硅片置有LED芯片的一面進(jìn)行拋光；采用“鍍膜”法在固化后的玻璃以及LED芯片的表面制備連接電極；對硅片進(jìn)行切割，得到LED發(fā)光器件或LED發(fā)光器件模塊產(chǎn)品。其降低了LED封裝成本，為現(xiàn)有集成電路IC芯片封裝生產(chǎn)線的應(yīng)用和使用擴(kuò)展了一個全新的領(lǐng)域，特別適于大功率LED發(fā)光器件的生產(chǎn)，在相同外部環(huán)境條件或電源功率的情況下可輸出更大的光功率?？蓮V泛用于LED發(fā)光器件的生產(chǎn)/制造領(lǐng)域。
文檔編號H01L33/62GK102623619SQ201210113628
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者李抒智, 馬可軍 申請人:上海半導(dǎo)體照明工程技術(shù)研究中心