一种LED封装方法及封装结构

技术领域

本发明涉及晶圆级Micro-LED领域，尤其涉及一种LED封装方法及封装结构。

背景技术

LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体，它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成大面积显示屏幕，有性能稳定、使用寿命长、环境适应力强、性价比高、使用成本低等特点，在短短时间内，迅速成长为各类显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。

随着LED的逐渐发展，晶圆级Micro-LED终于出现并发展迅速。晶圆级Micro-LED的特点是体积较小，多种电子元器件集成在芯片大小的封装结构中，导致了一些问题的产生。

目前常见的问题如LED的像素点之间会出现串扰的问题，由此导致了LED的亮度会有损失，且均匀性差，如此问题制约了晶圆级Micro-LED的继续发展。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种LED封装方法及封装结构。

为实现上述目的，本发明在第一个方面提供了一种LED封装方法，包括以下步骤：

制作支撑衬底，支撑衬底包括第一基底和设置于第一基底上的具有粘性的分离层；

在分离层上以电极朝向分离层的方向贴装LED芯片；

在支撑衬底的粘性面上制备包围LED芯片四周侧面的不透光的围挡层；

在LED芯片的发光侧设置覆盖LED芯片的发光侧的透光的封装层；

封装层一侧制作激光照射后减少粘性的临时衬底，临时衬底包括第二基底和设置于第二基底上的具有粘性的剥离层，剥离层设置于第二基底和封装层之间；

去除支撑衬底，露出LED芯片的电极；

在LED芯片的电极一侧上制作Fan-out重新线路分布层，Fan-out重新线路分布层包括至少一层用于电性连接LED芯片电极和外界电路的金属层和用于固定、保护金属层的封装介质层；

激光照射临时衬底减少剥离层粘性，去除临时衬底。

可选的，围挡层的制备方法包括以下步骤：

将围挡层材料覆盖在分离层和至少一个LED芯片上，且围挡层高度高于LED芯片；

通过光刻工艺在围挡层材料上蚀刻形成预设图形露出至少一个LED芯片；

通过固化工艺使围挡层材料固化成型，形成平坦的表面；

围挡层材料为不透光的薄膜或有机感光材料；

封装层设置于预设图形中。

可选的，设置一层金属层时，Fan-out重新线路分布层的制作方法包括以下步骤：

在LED芯片的电极一侧涂抹覆盖电极和围挡层的封装介质材料；

通过光刻技术在封装介质材料上蚀刻出用于定位金属层的第一安装槽；

通过固化工艺使封装介质材料固化成型得到封装介质层；

在第一安装槽中形成金属层。

可选的，设置多层金属层时，Fan-out重新线路分布层还包括设置于两层金属层之间与金属层电性连接的金属连接层，Fan-out重新线路分布层的制作方法包括以下步骤：

在金属层远离电极一侧涂抹覆盖金属层和封装介质层的封装介质材料；

通过光刻技术在封装介质材料上蚀刻出用于定位金属连接层的第二安装槽；

通过固化工艺使封装介质材料固化成型得到封装介质层；

在第一安装槽中形成金属连接层；

在金属连接层远离金属层一侧涂抹覆盖金属连接层和封装介质层的封装介质材料；

通过光刻技术在封装介质材料上蚀刻出用于定位金属层的第三安装槽；

通过固化工艺使封装介质材料固化成型得到封装介质层；

在第三安装槽中形成金属层；

重复上述步骤直到金属层的层数满足需求。

可选的，金属层和金属连接层的材料为高电导率材料，金属层和金属连接层的形成方法包括化学镀、电镀、蒸镀及溅镀中的一种或多种方法的组合。

可选的，LED封装方法包括以下步骤：

在金属层与外界接触的一侧形成覆盖金属层用于保护金属层的焊盘；

焊盘的材料为铜、镍、金和钯中的一种金属或多种金属的组合物。

可选的，LED封装方法包括以下步骤：

在焊盘远离金属层一侧设置覆盖焊盘和封装介质层的阻焊层；

通过光刻技术蚀刻阻焊层露出焊盘；

在露出的焊盘上固定设置用于接通外界电路的锡球。

本发明在第二个方面提供了一种LED封装结构，应用上述的LED封装方法制得，包括：

阵列排布的由三基色发光单元体和电极上下组成的LED芯片；

LED芯片之间填充不透光的围挡层，且围挡层的高度高于LED芯片的上表面；

LED芯片的上表面上覆盖透光的封装层；

围挡层的下表面紧密贴合设置用于电性连接外界电路和LED芯片的电极的Fan-out重新线路分布层，Fan-out重新线路分布层包括至少一层与LED芯片的电极电性连接的金属层，金属层周围填充用于固定、保护金属层的封装介质层；

金属层暴露在外界的一侧设置覆盖金属层用于保护金属层的焊盘；

焊盘周侧及焊盘上表面的边缘设置用于固定、保护焊盘的阻焊层；

三基色发光单元体包括红色发光单元体、绿色发光单元体、蓝色发光单元体中的一种或多种的组合。

可选的，金属层为多层时，两层相邻的金属层之间设置与两层金属层电性连接的金属连接层。

可选的，焊盘上固定设置用于接通外界电路的锡球，锡球为锡焊料、银焊料和金锡合金焊料中的一种或多种焊料的组合物。

本发明具有以下有益效果：

（1）、本发明所提供的LED封装方法工艺流程可调多变，能够根据生成需求进行变动，以适合多种产品，且工艺布局精简，生产过程精准，生成的产品良品率较高；

（2）、本发明所提供的LED封装结构有效地解决了LED芯片之间的串扰问题，以及亮度损失问题，具有更好的均匀性及分辨率；

（3）、本发明所提供的LED封装结构的结构紧凑，不易发生故障，使用寿命较高。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本发明中实施例1中的LED封装方法的流程图；

图2是本发明中实施例1中围挡层的制备方法的流程图；

图3是本发明中实施例2中的LED封装方法的流程图；

图4是本发明中实施例3中的LED封装方法的流程图；

图5是本发明中支撑衬底的工艺示意图；

图6是本发明中LED芯片的贴装的工艺示意图；

图7是本发明中围挡层的工艺示意图；

图8是本发明中第一种封装层的工艺示意图；

图9是本发明中第二种封装层的工艺示意图；

图10是本发明中临时衬底的工艺示意图；

图11是本发明中支撑衬底去除的工艺示意图；

图12是本发明中Fan-out重新线路分布层的工艺示意图；

图13是本发明中焊盘的工艺示意图；

图14是本发明中阻焊层的工艺示意图；

图15是本发明中实施例4的LED封装结构的结构示意图

图16是本发明中锡球的工艺示意图；

图17是本发明中临时衬底去除的工艺示意图；

图18是本发明中切割的工艺示意图。

图中：101、第一基底；102、分离层；201、红色发光单体；202、绿色发光单体；203、蓝色发光单体；204、电极；301、围挡层；401、封装层；501、剥离层；502、第二基底；601、金属层；602、金属连接层；603、封装介质层；701、焊盘；801、阻焊层；901、锡球。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

本实施例提供了一种LED封装方法，参见图1-18，具体步骤如下：

S1:制作激光照射后减少粘性的支撑衬底，支撑衬底包括第一基底101和设置于第一基底101上的具有粘性的分离层102。

具体的，参见图1和图5，第一基底101采用玻璃材质，第一基底101的厚度范围为100~1100um，采用玻璃材质一方面可以降低生成成本，另一方面玻璃材质表面光滑平整，更有利于分离层102的形成，且降低了后期分离的难度。分离层102采用粘性材料，一般采用薄膜或者感光材料，通过光照后这些材料能够可以在第一基底101上形成平整光滑的分离层102。

S2:在分离层102上以电极204朝向分离层102的方向贴装LED芯片。

具体的，参见图1和图6，LED芯片按照预设的阵列排列后，将LED芯片的电极204黏附固定于分离层102上，使得LED芯片按照预设的阵列排列，方便后续的工序。

S3:在支撑衬底的粘性面上制备包围LED芯片四周侧面的不透光的围挡层301。

具体的，参见图1、图2和图7，围挡层301的制备方法如下：

S31:将围挡层301材料覆盖LED芯片及分离层102；

S32:通过光刻工艺在围挡层301材料上形成特定的图形露出LED芯片；

S33:通过固化工艺使围挡层301材料固化成型，形成表面平坦的围挡层301。

其中，参见图2和图7，步骤S31中，围挡层301材料为不透光的薄膜或有机感光材料，围挡层301材料会覆盖LED芯片的侧面及表面，厚度要高于LED芯片，可以根据算法来决定此高出的距离，如此设计使得围挡层301能够与LED紧密贴合，使得LED芯片之间能够分隔开，减少其之间的串扰问题，以及亮度损失，使其具有更好的均匀性及分辨率。

S32中，参见图7和图9，采用光刻工艺蚀刻图形具有良好的图形分辨率和稳定性，蚀刻的特定图形为预先设计的预设图形，蚀刻出的特定图形一方面是为了使LED芯片露出，另一方面为后续的封装层401的制作提供空间。参见图7、图8和图9，蚀刻出的特定图形所露出的LED芯片的数量可以为一个也可以为多个，具体露出数量根据不同的需求而定。

S33中，参加图7，固化工艺一般采用光固化使围挡层301材料固化成型，由此形成的围挡层301具有光滑平坦的表面。

S4:在LED芯片的发光侧设置覆盖LED芯片的发光侧的透光的封装层401。

具体的，参见图7、图8、图9，封装层401的设置位置位于S32中光刻工艺在围挡层301材料上形成特定的图形中，一般封装层401的表面和围挡层301的表面齐平。封装层401可以来保护LED芯片，并且不影响LED芯片的亮度。透明封装层401材料要有良好的透光率，稳定性及粘性，材料可以是硅胶或环氧树脂，成型方法可以是旋涂或压力成型。

S5:封装层401一侧制作激光照射后减少粘性的临时衬底，临时衬底包括第二基底502和设置于第二基底502上的具有粘性的剥离层501，剥离层501设置于第二基底502和封装层401之间。

具体的，参见图10，时衬底的制备方法与步骤S1相似，第二基底502同样采用玻璃材质，剥离层501也是薄膜或者感光材料，封装层401和围挡层301形成的平滑表面牢固地黏附在剥离层501上。

S6:激光照射支撑衬底减少分离层102粘性，去除支撑衬底，露出LED芯片的电极204。

具体的，参见图11，该步骤是用于去除支撑衬底，当分离层102受到激光照射粘性降低后，可以很方便地实现剥离，从而使LED芯片的电极204露出，为后续的Fan-out重新线路分布层做准备。在分离支撑衬底后，需要将留下部分翻面，使第二基底502位于最下端进行后续工序。

S7:在LED芯片的电极204一侧制作Fan-out重新线路分布层，Fan-out重新线路分布层包括至少一层用于电性连接LED芯片的电极204和外界电路的金属层601和用于固定、保护金属层601的封装介质层603。

S8:激光照射临时衬底减少剥离层501粘性，去除临时衬底。

参见图18，在一些实施方式中，LED封装结构的整体制备过程以一个晶圆的规格进行，在去除临时衬底后需要进行晶圆切割操作，将晶圆级封装后的LED封装结构切割成单颗芯片；晶圆切割操作可采用金属刀片或激光切割技术进行加工。

在切割前，可以进行晶圆级的探针卡测试，进而筛选出合格的封装产品。

在切割时，LED封装结构的切割产品的形式可以为包含一组RGB（红色发光单元体201、绿色发光单元体202、蓝色发光单元体203）的封装体，也可以为包含多组RGB的封装体。

Fan-out重新线路分布层是LED芯片电性连接的重要结构，下面是对Fan-out重新线路分布层制备方法的具体描述。

具体的，参见图12，Fan-out重新线路分布层的制备根据金属层601的层数分为一层金属层601和多层金属层601两种方法，分别为：

设置一层金属层601时，Fan-out重新线路分布层的制作方法如下：

在LED芯片的电极204一侧涂抹覆盖电极204和围挡层301的封装介质材料；

通过光刻技术在封装介质材料上蚀刻出用于定位金属层601的第一安装槽；

通过固化工艺使封装介质材料固化成型得到封装介质层603；

在第一安装槽中形成金属层601。

设置多层金属层601时，Fan-out重新线路分布层还包括与设置于两层金属层601之间与金属层601电性连接的金属连接层602，Fan-out重新线路分布层的制作方法包括以下步骤：

在金属层601远离电极204一侧涂抹覆盖金属层601和封装介质层603的封装介质材料；

通过光刻技术在封装介质材料上蚀刻出用于定位金属连接层602的第二安装槽；

通过固化工艺使封装介质材料固化成型得到封装介质层603；

在第一安装槽中形成金属连接层602；

在金属连接层602远离金属层601一侧涂抹覆盖金属连接层602和封装介质层603的封装介质材料；

通过光刻技术在封装介质材料上蚀刻出用于定位金属层601的第三安装槽；

通过固化工艺使封装介质材料固化成型得到封装介质层603；

在第三安装槽中形成金属层601；

重复上述步骤直到金属层601的层数满足需求。

具体的，以2层金属层和4层金属层举例，具体制备方法如下：

2层金属层：

在LED芯片的电极204一侧涂抹覆盖电极204和围挡层301的封装介质材料；

通过光刻技术在封装介质材料上蚀刻出用于定位金属层601的第一安装槽；

通过固化工艺使封装介质材料固化成型得到封装介质层603；

在第一安装槽中形成第一层金属层601;

在金属层601远离电极204一侧涂抹覆盖第一层金属层601和封装介质层603的封装介质材料；

通过光刻技术在封装介质材料上蚀刻出用于定位金属连接层602的第二安装槽；

通过固化工艺使封装介质材料固化成型得到封装介质层603；

在第二安装槽中形成第一层金属连接层602；

在金属连接层602远离金属层601一侧涂抹覆盖第一层金属连接层602和封装介质层603的封装介质材料；

通过光刻技术在封装介质材料上蚀刻出用于定位金属层601的第三安装槽；

通过固化工艺使封装介质材料固化成型得到封装介质层603；

在第三安装槽中形成第二金属层601。

4层金属层：

在LED芯片的电极204一侧涂抹覆盖电极204和围挡层301的封装介质材料；

通过光刻技术在封装介质材料上蚀刻出用于定位金属层601的第一安装槽；

通过固化工艺使封装介质材料固化成型得到封装介质层603；

在第一安装槽中形成第一层金属层601;

在金属层601远离电极204一侧涂抹覆盖金属层601和封装介质层603的封装介质材料；

通过光刻技术在封装介质材料上蚀刻出用于定位金属连接层602的第二安装槽；

通过固化工艺使封装介质材料固化成型得到封装介质层603；

在第二安装槽中形成第一层金属连接层602；

在金属连接层602远离金属层601一侧涂抹覆盖金属连接层602和封装介质层603的封装介质材料；

通过光刻技术在封装介质材料上蚀刻出用于定位金属层601的第三安装槽；

通过固化工艺使封装介质材料固化成型得到封装介质层603；

在第三安装槽中形成第二层金属层601；

在金属层601远离电极204一侧涂抹覆盖金属层601和封装介质层603的封装介质材料；

通过光刻技术在封装介质材料上蚀刻出用于定位金属连接层602的第四安装槽；

通过固化工艺使封装介质材料固化成型得到封装介质层603；

在第四安装槽中形成第二层金属连接层602；

在金属连接层602远离金属层601一侧涂抹覆盖金属连接层602和封装介质层603的封装介质材料；

通过光刻技术在封装介质材料上蚀刻出用于定位金属层601的第五安装槽；

通过固化工艺使封装介质材料固化成型得到封装介质层603；

在第五安装槽中形成第三层金属层601；

在金属层601远离电极204一侧涂抹覆盖金属层601和封装介质层603的封装介质材料；

通过光刻技术在封装介质材料上蚀刻出用于定位金属连接层602的第六安装槽；

通过固化工艺使封装介质材料固化成型得到封装介质层603；

在第六安装槽中形成第三层金属连接层602；

在金属连接层602远离金属层601一侧涂抹覆盖金属连接层602和封装介质层603的封装介质材料；

通过光刻技术在封装介质材料上蚀刻出用于定位金属层601的第七安装槽；

通过固化工艺使封装介质材料固化成型得到封装介质层603；

在第七安装槽中形成第四层金属层601。

其中，参见图12，可以通过光刻技术，实现金属层601和金属连接层602的位置定位，并且通过固化工艺使其固化成型，形成的膜层表面较光滑，有利于金属层601的形貌平坦、均匀。

金属层601和金属连接层602的材料为高电导率材料，具体为铜、铝、钛、镍、钯、银和金中的一种金属或多种金属的组合物，金属层601和金属连接层602的形成方法包括化学镀、电镀、蒸镀及溅镀中的一种或多种方法的组合，由此可以避免金属材料间的热膨胀系数不同所引起的开裂或分层现象。

实施例2

实施例2也提供了一种LED封装方法，参见图3、图13、图14、图15，与实施例1的区别在于，在S7和S8之间还包括以下步骤：

S9：在金属层601与外界接触的一侧电镀形成覆盖金属层601用于保护金属层601的焊盘701。

S10:在焊盘701远离金属层601一侧设置覆盖焊盘701和封装介质层603的阻焊层801。

S11:通过光刻技术蚀刻阻焊层801露出焊盘701。

具体的，焊盘701的材料为铜、镍、金和钯中一种金属或多种金属的组合物，优选为铜、金镍合金、镍钯金合金。。采用S9-S11步骤是为了在金属层601表面形成保护层，由于金属层601采用Cu材质易于氧化，而在金属层601上附加焊盘701和阻焊层801后能够有效保护金属层601，防止其氧化。

实施例3

本实施例也提供了一种LED封装方法，参见图4、图16和图17，与实施例2的区别在于，在S11之后还包括以下步骤：

S12: 通过回流焊在露出的焊盘701上固定设置用于LED芯片功能导出的锡球901。

具体的，锡球901的材料为锡焊料、银焊料及金锡合金焊料中的一种或多种焊料的组合。锡球901设置在S11中通过光刻技术蚀刻的部分上，锡球901与焊盘701和阻焊层801形成牢固的连接，为后续上模组提供焊接位。

实施例4

本实施例提供了一种LED封装结构，参见图15，应用实施例1的LED封装方法制得，包括：

阵列排布的由三基色发光单元体和电极204上下组成的LED芯片；

三基色发光单元体上覆盖透光的封装层401；

LED芯片之间填充设置上表面与封装层401高度齐平，下表面与电极204底部齐平的不透光的围挡层301；

围挡层301的下表面紧密贴合设置用于电性连接外界电路和LED芯片的电极204的Fan-out重新线路分布层，Fan-out重新线路分布层包括至少一层与LED芯片的电极204电性连接的金属层601，金属层601周围填充用于固定、保护金属层601的封装介质层603。当金属层601为多层时，两层相邻的金属层601之间设置与两层金属层601电性连接的金属连接层602。

金属层601暴露在外界的一侧设置覆盖金属层601用于保护金属层601的焊盘701，焊盘701的大小由产品的设计确定；

焊盘701周侧设置用于固定、保护焊盘701的阻焊层801，焊盘701的边缘由阻焊层801覆盖。

其中，三基色发光单元体包括红色发光单元体、绿色发光单元体、蓝色发光单元体中的一种。

实施例5

本实施例也提供了一种LED封装结构，参见图17，与实施例4相比，区别在于：

焊盘701上固定设置作为LED芯片功能导出窗口的锡球901，锡球901为锡焊料、银焊料和金锡合金焊料中的一种或多种焊料的组合物。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。