技术|深紫外LED封装关键技术

深紫外LED在杀菌消毒、生化检测、医疗健康、隐秘通讯等领域具有重要应用价值。特别是在杀菌消毒领域，深紫外LED主要利用高能量紫外线照射微生物并破坏核酸结构，从而达到微生物灭活的目的。

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封装材料选择

出光材料：LED出光结构一般采用透明材料实现光输出和调节，同时对芯片和线路层起到保护作用。传统有机材料耐热性差、热导率低、存在紫外降解等问题，难以满足深紫外LED封装需求。近年来，业界尝试采用石英玻璃、蓝宝石等无机透明材料来封装深紫外LED。相较而言，石英玻璃的物化性能稳定，在深紫外波段具有高透过率（＞90%），且机械强度高、耐热性好、抗紫外线和气密性高，成为深紫外LED封装用透镜材料的有效选择。

散热基板材料：LED散热基板材料主要有树脂类、金属类和陶瓷类，其中树脂类和金属类基板均含有有机树脂绝缘层，这会降低散热基板的热导率，影响基板散热性能；而陶瓷类基板具有机械强度高、绝缘性好、导热性高、耐热性好、热膨胀系数小等诸多优势，是深紫外LED封装用散热基板的很好选择。

焊接键合材料：深紫外LED焊接材料包括芯片固晶材料和基板焊接材料，分别用于实现芯片、玻璃盖板（透镜）与陶瓷基板间焊接。倒装芯片常采用金锡共晶方式实现芯片固晶，强度高、界面质量好，且键合层热导率高，降低了LED热阻。玻璃盖板与陶瓷基板间常采用焊料来实现可靠键合，但需要同时在玻璃盖板和陶瓷基板表面制备金属层，以满足金属焊接需求。

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封装结构设计

环境中的水蒸气等有害气体易对深紫外LED芯片和电路层造成破坏，影响其使用寿命及可靠性。为此，常采用含腔体的封装结构用于深紫外LED封装，主要包括TO封装和采用三维玻璃盖板或三维陶瓷基板的表面贴装封装结构。其中，备受业界关注的是三维陶瓷基板封装结构：将芯片贴装在三维陶瓷基板腔体（围坝）内的金属焊盘上，同时利用石英玻璃作为封装盖板，再将玻璃盖板与三维陶瓷基板键合（焊接），其关键在于三维陶瓷基板制备、玻璃盖板与陶瓷基板间的高强度键合。

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封装工艺优化

深紫外LED封装工艺主要包括固晶、打线（或倒装共晶）和玻璃盖板焊接（键合）。其中，玻璃盖板键合是整个封装工艺的关键环节，由于芯片已贴装在基板腔体内，有必要采用低温焊接工艺实现玻璃盖板与三维陶瓷基板间可靠键合。目前主要有低熔点焊料键合和低温键合两种方式。为了提高封装效率，本课题组开发了深紫外LED板级封装技术，首先将多颗芯片分别贴装（固晶）在三维陶瓷基板各个围坝内，再利用板级焊接完成玻璃盖板与陶瓷基板间焊料键合，最后通过切割获得多颗深紫外LED。

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反射光耗损抑制

在玻璃上、下表面存在菲涅尔反射损耗，同时在芯片上表面和侧面存在菲涅尔反射损耗和全反射损耗。为了提高深紫外LED光效，有必要采用一些方法来抑制反射损耗，包括用于抑制菲涅尔反射的薄膜涂层、纳米结构等，用于抑制全反射的半球形透镜、表面粗化、纳米颗粒掺杂封装层等。