[发明专利]透镜焦点可调的发光二极管的圆片级封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS(微电子机械系统)封装技术，尤其涉及一种透镜焦点可调的发光二极管的圆片级封装方法。

背景技术

作为照明用途，大功率的白光发光二极管（LED）被科研和企业广泛关注，由于发光二极管（LED）为了产生足够的光强，工作电流要尽量大，而工作电流大给发光二极管（LED）封装的散热问题带来了严峻的挑战。所以，通过设计白光发光二极管（LED）的光学封装结构，提高其出光率，可以在一定电流下得到足够大的光强，同时透镜可以用于提高光束的准直性，所以发光二极管（LED）封装结构中必须要有用于提高出光率的透镜。同时封装透镜结构要有好的气密性，因为芯片受潮气影响会大大影响发光性能。

封装发光二极管（LED）的透镜对出射光线进行汇聚和光束准直至关重要。目前大多数LED芯片的透镜是通过点胶以及塑料外罩加工而成。圆片级制备LED封装的透镜可以节约时间，降低制造成本。在LED透镜的光学设计中，LED芯片相对于透镜的位置（光源与透镜焦点的相对位置）对封装后LED芯片的出光至关重要，是封装光路设计和制造中的一大难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺方法简单、成本低的透镜焦点可调的发光二极管的圆片级封装方法。

本发明采用如下技术方案：一种透镜焦点可调的发光二极管的圆片级封装方法，包括以下步骤：

第一步，在硅圆片上刻蚀与发光二极管阵列相对应的发光二极管透镜模具微槽阵列和环绕发光二极管透镜模具槽的间距控制模具微槽阵列，发光二极管透镜模具微槽与间距控制模具微槽不连通，在发光二极管透镜模具微槽放置适量的热释气剂； 

第二步，将刻蚀后的硅圆片和硼硅玻璃圆片在真空中阳极键合，形成密封腔体；

第三步，将上述键合好的圆片在空气中加热至820℃~950℃，并保温0.5~10min，热释气剂因受热分解产生气体，使对应于发光二极管透镜模具微槽的熔融玻璃形成球形玻璃微腔，间距控制模具微槽内外的压力差使熔融玻璃填入间距控制模具微槽形成间距控制凸起环，冷却至常温，退火，去除硅得到发光二极管封装透镜阵列；

第四步，将发光二极管芯片贴装到制备有硅导电通孔及反光杯的基板上；

第五步，圆片级键合：将所述圆片级玻璃微腔与基板进行粘结；

第六步，通过间距控制环缺口向发光二极管芯片与圆片级玻璃微腔间隙内填满胶，并固化，实现LED的圆片级封装；

上述步骤中，荧光粉的涂覆方式为以下三种中的一种：在第三步制备得到玻璃微腔后在球形玻璃微腔的内表面涂覆荧光粉，或在第四步芯片贴装后将荧光粉涂覆在芯片表面，或在第六步在填充的硅胶中均匀混入荧光粉。

上述技术方案中，热释气剂为碳酸钙粉末。所述发光二极管透镜模具微槽之间通过微流道相连通，二极管透镜模具微槽与微流道的宽度比大于3：1，间距控制模具微槽阵列之间分别连通，使二极管透镜模具微槽处于连通的间距控制模具微槽阵列的环绕之中。所述发光二极管透镜模具微槽之间通过微流道相连通，二极管透镜模具微槽与微流道的宽度比大于3：1，间距控制模具微槽阵列处于环绕二极管透镜模具微槽阵列外部的部分连通。所述第一步硅圆片刻蚀工艺为湿法腐蚀，深度为20-100微米。所述硼硅玻璃为Pyrex7740玻璃，所述阳极键合的条件为：温度400℃，电压：600V。第三步中所述退火的工艺条件为：退火温度范围在510℃~560℃中，退火保温时间为30min，然后缓慢风冷至常温。在第四步中，使用导电银胶或锡膏将发光二极管芯片(10)通过SMT技术贴装在基板（9）上。第五步中玻璃球腔封装体(5)与载有发光二极管芯片的硅圆片(9)粘接采用低温玻璃焊料键合或者金属键合或者粘结剂键合。

本发明获得如下效果：

1.本发明中通过刻蚀形成相互不连通的发光二极管透镜模具微槽与间距控制模具微槽，并选择性的在发光二极管透镜模具微槽中放置高温释气剂，然后在真空中进行阳极健合，使得能够同时利用正压和负压法在同一块玻璃圆片上制备球形玻璃微腔以及间距控制凸起环结构，从而形成透镜焦点位置可调整的圆片级发光二极管的透镜。该方法可以通过本发明中凸块的高度精确控制LED芯片与芯片之间的距离，因而可以根据光学设计的需要进行灵活设计。凸块的高度可以通过硅片刻蚀的深度精确可调(可以通过微电子干法或者低成本的湿法腐蚀来实现)，从而实现LED透镜焦点位置精确可调的特性。它不仅增大了LED光学设计的窗口，提高了LED的出光性能，而且增加了封装的灵活性。