晶片尺寸級深紫外發光二極體共晶封裝方法與流程
2023-06-01 12:08:46 1
本發明屬於半導體技術領域，特別涉及一種晶片尺寸級深紫外發光二極體共晶封裝方法。
背景技術：
深紫外led主要是應用於殺菌消毒、光固化、醫療衛生、生化探測及保密通信等領域。目前傳統紫外汞燈仍然佔據紫外光源市場主導地位，相比之下，深紫外led具有小巧便攜、低電壓、低功耗、易於集成、環保友好等許多優勢，近年來技術發展和市場成長都非常迅速，成為led領域的一個高附加值增長點。
目前深紫外led的核心技術壁壘在於其外延材料和晶片製備方面，深紫外led波長越短，技術難度越大，但同時產業附加值也越高。目前世界上也僅有美國、日本、中國等少數國家掌握了深紫外led的核心材料和器件製備技術。深紫外led封裝工藝是指將深紫外led晶片使用某種方式粘貼到基板、管殼或支架上，然後通過金絲球焊工藝將晶片上的電極連接到基板、管殼或者支架上以實現電驅動，最後再使用透明封裝材料加以密封或覆蓋。由於封裝步驟較多，所耗費的材料較多，且單個晶片單獨封裝導致生產效率較低，因此深紫外led封裝正在向集成化、小型化發展。目前出現的晶片尺寸級封裝、尤其是晶圓級晶片尺寸封裝由於可一次批量封裝多顆晶片正在引起大家的廣泛關注。但這些封裝都是針對藍光和紅光led晶片的封裝方式，對深紫外led封裝，需要特殊的工藝和特殊的材料。
技術實現要素：
(一)要解決的技術問題
鑑於上述技術問題，本發明提供了一種晶片尺寸級深紫外發光二極體共晶封裝方法。本發明將晶片尺寸工藝用在深紫外led封裝上，提高了封裝效率，降低了封裝成本，為深紫外led的大批量產業化應用奠定了良好的基礎。本發明的共晶封裝工藝，很好的解決了深紫外led晶片的散熱問題，提高了深紫外led的壽命，延緩了衰減。
(二)技術方案
根據本發明的一個方面，提供了一種晶片尺寸級深紫外發光二極體共晶封裝方法，包括以下步驟：將p、n電極分開的深紫外晶片固定在石英透鏡上；在所述深紫外晶片側面填充液體膠，使得液體膠的上表面與所述深紫外晶片的p、n電極平齊，並固化液體膠；將第一ausn片固定在所述深紫外晶片p、n電極上方並且覆蓋在液體膠上表面，並預留p、n電極的隔離道；將第二ausn片固定在基板上，所述第二ausn片與所述第一ausn片上下對齊；將所述第一ausn片和所述第二ausn片共晶融合，完成封裝。
(三)有益效果
從上述技術方案可以看出，本發明晶片尺寸級深紫外發光二極體共晶封裝方法至少具有以下有益效果其中之一：
(1)本發明可以大大降低晶片封裝尺寸，對晶片與外部連接節約空間，節約了封裝體積、封裝材料，從而降低了深紫外發光二極體的封裝成本，特別適合大尺寸功率型深紫外發光二極體的封裝應用；
(2)本發明將晶片尺寸工藝用在深紫外led封裝上，提高了封裝效率，為深紫外led的大批量產業化應用奠定了良好的基礎；
(3)本發明利用共晶封裝工藝，很好的解決了深紫外led晶片的散熱問題，提高了深紫外led的壽命，延緩了衰減。
附圖說明
圖1為本發明實施例晶片尺寸級深紫外發光二極體共晶封裝方法的流程示意圖。
圖2為本發明實施例晶片尺寸級深紫外發光二極體共晶封裝方法的封裝結構剖面圖。
【主要元件】
1-襯底；
2-外延材料；
3-液體膠；
4-石英透鏡；
5-第一ausn片；
6-第二ausn片；
7-基板；
8-通孔；
9-隔離電極。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
在本發明的示例性實施例中，提供了一種晶片尺寸級深紫外發光二極體共晶封裝方法。圖1為本發明實施例晶片尺寸級深紫外發光二極體共晶封裝方法的流程示意圖，圖2為本發明實施例晶片尺寸級深紫外發光二極體共晶封裝方法的封裝結構剖面圖。如圖1所示，本發明晶片尺寸級深紫外發光二極體共晶封裝方法包括以下步驟：將p、n電極分開的單科晶片固定在石英透鏡4上；在晶片側面填充透深紫外光的液體膠3，使得液體膠3的上表面與晶片p、n電極平齊，並固化液體膠3；將兩塊第一ausn片5固定在晶片p、n電極上方並且覆蓋在液體膠3上表面，並預留p、n電極的隔離道；將兩塊第二ausn片6固定在基板7上，第二ausn片與第一ausn片上下對齊；將第一ausn片5和第二ausn片6共晶融合，完成封裝。
將p、n電極分開的單科晶片固定在石英透鏡4上之前，進行的步驟為：對深紫外晶片進行外延生長，具體的，在襯底1上生長外延材料2，在襯底1上生長外延材料2時，依次生長aln模板層(厚度為0.5-2um)、n-algan層(厚度為1.5-3.5μm，優選為2um)、algan基量子阱結構(3-5對)、p-algan層(厚度為40-60nm，優選為50nm)、p-gan層(厚度約為150-300nm，優選為200nm)，也就是說，外延材料依次包括aln模板層、n-algan層、algan基量子阱結構、p-algan層、和p-gan層。襯底1的材料優選為藍寶石或者aln襯底。除了對深紫外晶片進行外延生長之外，還利用單科器件的分離工藝將晶片製備成具有分離p、n電極的狀態。其中，p、n電極可以為鈦ti、鋁al、或者金au，厚度為1-5um。
作為一種具體實施方式，石英透鏡4的形狀可以是半球型，也可以是子彈頭型，但不限於以上兩種形狀。將p、n電極分開的單科晶片固定在做好的半球石英透鏡4中心，使得襯底1與石英透鏡4粘接。
在晶片側面填充透深紫外光的液體膠3之前，進行的步驟為：用模具固定帶有晶片的石英透鏡4，使得模具開口處與晶片表面平齊。模具優選為柱狀模具，石英透鏡4倒立在柱狀模具中。
在本實施例中，對液體膠3進行固化時，選擇在烘箱內進行固化，烘箱的溫度可以是100-200度，優選為150度。液體膠3可以是透深紫外的膠。將兩塊第一ausn片5固定在晶片p、n電極上方並且覆蓋在液體膠3上表面時，優選的固定方式為粘接。
將兩塊第二ausn片6固定在基板7上之前，進行的步驟為：在基板7上製作通孔8，用導電物質填充通孔8，並在基板7上製作隔離電極9。將兩塊第二ausn片6固定在基板7上時，第二ausn片6被固定在基板7帶隔離電極9的另一面，並與通孔8連接。第一ausn片5和第二ausn片6大小相同，但不限定厚度相同；第一ausn片5和第二ausn片6中au和sn的比例可以是20:80，其厚度可以為2-20微米，優選為5微米。
作為一種具體實施方式，填充通孔8的導電物質可以是銀漿、金屬電鍍銅、或者導電膠。基板7的材料是硬性絕緣材料，優選為陶瓷、矽，但不限於陶瓷或者矽。
在共晶設備上，將第一ausn片5和第二ausn片6共晶融合時，共晶融合的溫度可以是260度-400度之間的任意溫度，優選為280度，共晶過程中可以加壓力和超聲焊接。
至此，已經結合附圖對本實施例進行了詳細描述。依據以上描述，本領域技術人員應當對本發明晶片尺寸級深紫外發光二極體共晶封裝方法有了清楚的認識。本發明是在深紫外發光二極體晶片工藝製作中，將深紫外發光二極體首先固定在石英透鏡上，再通過深紫外發光二極體的p電極和n電極通過共晶工藝固定在陶瓷基板，完成深紫外發光二極體的封裝工藝。可以大大降低晶片封裝尺寸，對晶片與外部連接節約空間，節約了封裝體積、封裝材料，從而降低了深紫外發光二極體的封裝成本，特別適合大尺寸功率型深紫外發光二極體的封裝應用。
需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現方式，均為所屬技術領域中普通技術人員所知的形式，並未進行詳細說明。此外，上述對各元件和方法的定義並不僅限於實施例中提到的各種具體結構、形狀或方式，本領域普通技術人員可對其進行簡單地更改或替換。
還需要說明的是，本文可提供包含特定值的參數的示範，但這些參數無需確切等於相應的值，而是可在可接受的誤差容限或設計約束內近似於相應值。實施例中提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附圖的方向，並非用來限制本發明的保護範圍。此外，除非特別描述或必須依序發生的步驟，上述步驟的順序並無限制於以上所列，且可根據所需設計而變化或重新安排。並且上述實施例可基於設計及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實施例混合搭配使用，即不同實施例中的技術特徵可以自由組合形成更多的實施例。
再者，說明書與權利要求中所使用的序數例如「第一」、「第二」、「第三」等的用詞，以修飾相應的元件，其本身並不意含及代表該元件有任何的序數，也不代表某一元件與另一元件的順序、或是製造方法上的順序，該些序數的使用僅用來使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚區分。
應注意，貫穿附圖，相同的元素由相同或相近的附圖標記來表示。在以下描述中，一些具體實施例僅用於描述目的，而不應該理解為對本發明有任何限制，而只是本發明實施例的示例。在可能導致對本發明的理解造成混淆時，將省略常規結構或構造。應注意，圖中各部件的形狀和尺寸不反映真實大小和比例，而僅示意本發明實施例的內容。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。