一种视窗气密无硅胶的半导体发光芯片的封装结构的制作方法

本发明涉及照明技术领域，具体的是指一种视窗气密无硅胶的半导体发光芯片的封装结构。

背景技术：

目前发光芯片的封装多采用硅胶、环氧树脂等有机材料对芯片进行密封保护，这些材料透明性好、易于操作、能提高光取出量，但耐紫外线性能差，在紫外环境下极易老化变质。传统的半导体发光芯片封装结构封装方式是用硅胶做封装材料，封装遇到紫外光照射，容易裂解老化，容易死灯导致器件失效，因此有机材料不利于封装紫外 LED 器件以及和不适合使用有机材料的器件。所以寻求抗紫外线老化简易的无机封装工艺及其配套的部件非常必要。

为此市场上出现了陶瓷、金属加玻璃的封装工艺，但应用上述封装工艺时需要采用多个焊接件且需要借助平行缝焊技术，封装工艺繁琐且对设备的要求较高，增加了成本的投入，此外，封装后的气密性得不到很好的保证。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出一种视窗气密无硅胶的半导体发光芯片的封装结构，该装置针对现有的封装工艺进行改进，大大降低了成本的投入，封装工艺简单，且气密性及可靠度得到进一步的提升，此外，还能增加光通量及光功率。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

本发明提出一种视窗气密无硅胶的半导体发光芯片的封装结构，所述封装装置包括：陶瓷体，所述陶瓷体为一板状物，在所述陶瓷体表面设有金属框放置区、芯片放置区及焊金线区，所述金属框放置区处于陶瓷体的上表面外围，所述焊金线区位于芯片放置区的两侧，所述金属框放置区、芯片放置区及焊金线区镀有能进行焊接的可焊接材料，所述焊金线区穿孔并在孔内填满银胶，在所述陶瓷体的底面设有三个焊盘；金属框，所述金属框置于金属框放置区，所述金属框围绕陶瓷体的上表面外围而设置，所述金属框与陶瓷体围成一“凹”字形结构，所述金属框表面镀有可焊接材料；半导体发光芯片，所述半导体发光芯片置于芯片放置区，所述半导体发光芯片与陶瓷体之间设有固晶材料；金线，所述金线置于焊金线区；玻璃，所述玻璃盖设于金属框上，所述玻璃上与所述金属框相接之处镀有可焊接材料；其中，所述陶瓷体与金属框之间设有第一预置焊片，所述金属框与玻璃之间设有第二预置焊片，所述第二预置焊片的熔点低于第一预置焊片的熔点。

进一步的，所述可焊接材料选自金、钯、银及金锡中的一种。

进一步的，所述固晶材料选自银胶、无助焊剂的可焊接金属材料的一种或助焊剂。

进一步的，所述第一预置焊片的熔点大于300度，所述第二预置焊片的熔点为150～300度。

进一步的，所述金属框相对的一侧设有阶梯状的支撑部，所述玻璃设置于支撑部之上，所述玻璃与所述支撑部之间设有第二预置焊片。

可选的，所述半导体发光芯片为垂直结构，其设有一个焊线区及一个固晶区，所述焊线区和固晶区上镀有可接焊接材料，所述焊线区穿孔并在孔内填满银胶，和设置于陶瓷体底面的三个焊盘导通；所述半导体发光芯片可为倒装芯片，其设有二个独立的固晶区，固晶区镀上可接焊接材料，固晶区穿孔并在孔内填满银胶，和设置于陶瓷体底面的三个焊盘导通

可选的，所述玻璃为水平板状玻璃、球状对称透镜及非对称光学透镜中的一种

进一步的，所述第一预置焊片可由第一无助焊剂焊料替代，所述第二预置焊片可由第二无助焊剂焊料替代，第二无助焊剂的焊料的熔点低于第一无助焊剂的焊料的熔点，无助焊剂的焊接材料选自为锡锑镍、锡银铜、锡铋银及锡铋中的一种或多种。

根据本发明的另一个方面，提出了一种陶瓷体与金属框及玻璃的焊接工艺，其中陶瓷体与金属框之间的焊接是第一预置焊片或者焊料来完成的，具体包括以下步骤：

金属框、第一预置焊片或焊料和陶磁体1去油去污清洗，干燥；

在真空环境下，加上氢氧气氛气体或隋性气体下, 加热到熔点以上，进行钎焊工艺，使得金属框固定在陶磁体之上；

金属框与玻璃之间的焊接是基于第二预置焊片或者焊料来完成的，具体包括如下步骤：

第二预置焊片或焊料、玻璃去油去污清洗，干燥；

在真空环境下，加上氢氧气氛体或隋性气体，加热第二预置焊片或焊料熔点以上，进行钎焊工艺，使得玻璃固定在金属框之上。

本发明的有益效果：

1.本发明采用无机封装，利用陶磁、金属及玻璃进行真空封装，而避免了采用传统的硅树脂封装方式，从而避免了由于紫外光照射而产生的硅胶老化、裂解等不良后果，继而增加光通量及光功率；

2.与现有技术相比，本发明通过在陶瓷以及玻璃等绝缘材料表面镀有可焊接材料，再在陶瓷与金属框以及金属框与玻璃之间预先设置不同熔点的焊片，通过可焊接材料的中间作用，最后再通过加热固话即可完成整个封装装置的固化，整个过程只需在真空中加热，工艺简单可靠，减少了设备的投入，降低了成本；

3.本发明的全部焊接借助焊片完成，无需使用多个焊接件，良品率高。

附图说明

图1为本发明一种视窗气密无硅胶的半导体发光芯片的封装结构的实施例一的结构示意图；

图2为本发明一种视窗气密无硅胶的半导体发光芯片的封装结构的玻璃与金属框的另一种焊接方式；

图3为本发明一种视窗气密无硅胶的半导体发光芯片的封装结构的实施例二的结构示意图；

图4为本发明一种视窗气密无硅胶的半导体发光芯片的封装结构的实施例三的结构示意图；

图5为本发明一种视窗气密无硅胶的半导体发光芯片的封装结构中半导体发光芯片为垂直结构的结构示意图；

图6为本发明一种视窗气密无硅胶的半导体发光芯片的封装结构中半导体发光芯片为倒装芯片的结构示意图。

其中，1-陶瓷体，2-金属框，3-半导体发光芯片，4-固晶材料，5-金线，6-玻璃，7-第一预置焊片，8-第二预置焊片，9-银浆，10-焊盘，11-金属框放置区，12-芯片放置区，13-焊金线区，14-通孔，21-支撑部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合。例如，下文中所述的第一预置焊片或第二预置焊片可由焊料取代，固晶材料可由预置焊片或者焊料取代。

如图1所示，根据本发明一具体实施方式，本发明提出一种视窗气密无硅胶的半导体发光芯片的封装结构，该封装装置主要包括陶瓷体1、金属框2、半导体发光芯片3、金线5及玻璃6。

其中，陶瓷体1是一块板状物，在陶瓷体1的上表面上设有金属框放置区11、芯片放置区12及焊金线区13，金属框2置于金属框放置区11上，半导体发光芯片3置于芯片放置区12上，金线5焊接于焊金线区13，金属框放置区11设置于陶瓷体1的上表面的外围部分，焊金线区13为两个且分别位于芯片放置区12的两侧，由于陶瓷为绝缘材料，为了使陶瓷具备焊接功能，本发明在上述金属框放置区11、芯片放置区12及焊金线区13均镀有可焊接材料，例如金等，当然，上述可焊接材料不限于金，可焊接材料可从惰性金属中选取，具体的，可焊接材料选自金、钯、银及金锡中的一种。

金属框2置于金属框放置区11，金属框2围绕陶瓷体1的上表面外围而设置，金属框2与陶瓷体1围成一“凹”字形结构，金属框2表面镀有可焊接材料，芯片放置区12及焊金线区13就处于“凹”字形结构当中。

半导体发光芯片3与陶瓷体1之间设有固晶材料4，上述固晶材料4优选为银胶固晶材料。半导体发光芯片3置于固晶材料4之上，通过加热就可实现固晶材料4对半导体发光芯片3的固化。

玻璃6盖设于金属框2上，玻璃6上与金属框相接之处镀有可焊接材料。

通过以上可知，本发明通过在绝缘材料陶瓷体1以及玻璃6的表面镀可焊接材料，使得陶瓷体1以及玻璃6可与中间的金属框2焊接在一起，继而通过在陶瓷体1与金属框2之间预先设置第一预置焊片7，在金属框2与玻璃6之间预先设置第二预置焊片8，且需保证第二预置焊片8的熔点低于第一预置焊片7的熔点，优选的，上述第一预置焊片7的熔点大于300度，而第二预置焊片8的熔点为150～300度，至此，将上述整个封装装置置于真空条件下加热即可实现半导体发光芯片3的完美封装。在加热过程中，由于第一预置焊片7与第二预置焊片8具有温差，避免了两种焊片的同步融化，更能保证半导体发光芯片3的封装效果。

在本实施例中，第一预置焊片7可选择金锗、金硅或银铜合金中的一种。当然，在其它实施例中，上述第一预置焊片7可由同等熔点的焊料取代，同时，焊料也可自金锗、金硅或银铜合金中中选择；上述第二预置焊片8可选择金锡、锡银铜、锡锑、锡铜、锡银及锡铋中的一种，同样，当上述第二预置焊片8被同等熔点要求的焊料所取代时，其材料也可从金锡、锡银铜、锡锑、锡铜、锡银及锡铋中选择。

本发明金属框2与陶瓷体1之间的连接要保证金属框2和玻陶体1之间的气密性要求，金属框2要能够和跟陶磁气密封接的膨胀合金，优选的，本发明所用的金属框2的材料可选择铜、铝、钨银或钨铜中的一种。在保证上述前提条件之下，就可以对陶瓷体1与金属框2以及金属框2与玻璃6之间的焊接。

在本实施例中，陶瓷体1与金属框2之间的焊接是基于熔点在300度以上的第一预置焊片7或者焊料来完成的，具体包括如下步骤：(A)金属框2，熔点在300度以上第一预置焊片7或焊料和陶磁体1去油去污清洗，干燥；(B)在真空环境下，加上氢氧气氛气体或隋性气体下, 加热到300度以上，进行钎焊工艺，使得金属框2固定在陶磁体1之上。金属框2与玻璃6之间的焊接是基于熔点在150度到300度的第二预置焊片8或者焊料来完成的，具体包括如下步骤：(A)150到300度的第二预置焊片8或焊料，玻璃6去油去污清洗，干燥；(B)在真空环境下，加上氢氧气氛体或隋性气体,加热到150度以上，进行钎焊工艺，使得玻璃6固定在金属框2之上。

至此，半导体发光芯片3的封装得以完成，本发明采用无机封装，利用陶瓷、金属及玻璃在真空条件下真空封装，不用硅树脂封装，从而避免因紫外光照射而产生硅胶老化、裂解等不良后脱，而增加光通量及光功率。

在本发明的另一种实施方式中，金属框2与玻璃6之间的焊接还可以采用如下方法，如图2所示，即玻璃6在相应金属框2的位置镀上可焊接材料，在玻璃6相应金属框2位置的打玻璃打61孔并在玻璃孔61内填银浆，玻璃6远离于金属框2的另一层对应金属框2位置镀上可焊接材料即可。

在本发明的其它实施方式中，陶瓷体1与金属框2以及金属框2与玻璃6之间的焊接可直接通过激光焊接方式完成，利用这种方式时，不需要用到预置焊片或者焊料，将陶瓷体1与金属框2或者金属框2与玻璃6之间的位置固定好，再通过激光焊接的方式即可一步完成。

当然，除以上所述之外，金属框2和玻璃6可以用传统的平行封焊焊接方式，焊接在一起，其步骤为：(A) 玻璃6去油去污清洗，干燥；(B)将平行綘焊机的焊头对金属框2和玻璃6连接的地方进行定位，便用连续脉冲缝焊，便玻璃6和金属框2焊在一起。

如图3所示，根据本发明的第二实施例，在本实施例中，上述玻璃6可改为球状对称透镜或非对称光学透镜。

如图4所示，根据本发明的第三实施例，在本实施例中，金属框2相对的一侧设有阶梯状的支撑部21，玻璃6设置于支撑部21之上，玻璃6与所述支撑部21之间设有第二预置焊片8，这种结构的设定使得金属框2与玻璃6之间的连接更为紧密可靠，且在外形上更加美观。

需要说明的是，以上实施例中的半导体发光芯片3可为水平结构或垂直结构，或半导体发光芯片3可为倒装芯片。当半导体发光芯片3为水平结构时，参照图1，芯片上端有正极,负极,芯片正电极和负电极分别与正极焊线区和负极焊线区焊接金线导通；当半导体发光芯片3为垂直结构时，如图5所示，芯片上端一种极性电极, 则陶磁体一个焊线区，芯片电极与焊线区焊接金线导通；当半导体发光芯片为倒装芯片时，如图6所示，陶磁体正负极焊盘隔离不导通，倒装芯片正极负极焊盘安置在陶磁体正负极焊盘上面。此外，以上实施例中的金线5可改成铜镀金线或铜线。

由此，本发明通过在陶瓷体1以及玻璃6等绝缘材料表面镀有可焊接材料，再在陶瓷体1与金属框2以及金属框2与玻璃6之间预先设置不同熔点的焊片，通过可焊接材料的中间作用，最后再通过加热固话即可完成整个封装装置的固化，整个过程只需在真空中加热，工艺简单可靠，减少了设备的投入，降低了成本。

本发明在陶瓷体1的下表面设有焊盘10，焊盘10的位置与焊金线区13以及芯片放置区12的位置相对应。进一步的，为了实现金线5与焊盘10之间的连接，在陶瓷体1的焊金线区13设有贯穿于陶瓷体1的通孔14，再在通孔14内注入银浆9，金线5通过银浆9的作用就可以与焊盘10导通。

通过以上所述可知，本发明的所有焊接固化过程可通过多种方式来完成，特别是针对在真空条件下的加热固化方式来说，其都是通过预置焊片来完成，区别于传统方法中的需要借助多个焊接件的方法，简化了封装工艺且提高了良品率。

以上对本发明各实施方式的描述是为了更好地理解本发明，其仅仅是示例性的，而非旨在对本发明进行限制。应注意，在以上描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。本领域技术人员可以理解，在不脱离本发明的发明构思的情况下，针对以上所描述的实施方式进行的各种变化和修改，均属于本发明的范围内。