經過幾十年的發展，LED性能已經得到了極大的進步，由於(yu) 它具有發光效率高，體(ti) 積小，壽命長等優(you) 點，將成為(wei) 新一代照明光源，被人們(men) 公認為(wei) 是繼白熾燈之後照明領域的又一次重大革命。目前LED已經在照明、裝飾、顯示和汽車等諸多領域得到了廣泛的應用，而其應用前景和應用領域還在被不斷的開發和擴展。在LED的產(chan) 業(ye) 鏈中，封裝是十分重要的一個(ge) 部分，它決(jue) 定著LED芯片的光、熱、壽命和二次配光等特性。LED最初的封裝形式主要是如圖1的T1和T1—3／4。隨著芯片發光功率的提高，以及應用領域的擴大，其原有的封裝結構無論是在散熱，還是在集成度上都不再撓滿足LED不斷發展的需要。伴隨著電子封裝技術的不斷發展，表麵貼裝(SMT)封裝技術開始成為(wei) LED封裝技術的主流，基於(yu) SMT技術封裝的器件稱為(wei) SMD，表麵貼裝的SMD—LED在集成度、散熱性和可靠性E都比以前的封裝結構有很大的提高。

   目前基於(yu) SMT的LED封裝主要用導線架(leadfame)和模塑料(moulding compound)形成的結構作為(wei) 芯片的封裝基體(ti) ，導線架起熱傳(chuan) 導和電極引線的作用：而模塑料作為(wei) 支撐結構，其結構如圖2(a)所示。由於(yu) 這種結構比較複雜，限製了它不能做得很小。因此對更小尺寸的封裝(如、SMD0603，SMl30402)，通常是將LED芯片直接貼裝在PEB板上．如圖2(b)。由於(yu) 這種結構沒有反射腔，其發光效率很低；該結構存在的另一個(ge) 問題是PCB的導熱性能很差，例如FR4的導熱係數隻有0．3W／k。這將會(hui) 限製高亮度LED的工作功率。而隨著電子產(chan) 品集成度的不斷提高，對小尺寸LED的封裝產(chan) 晶需要越來越大。因此本文提出了一種結合MEMS工藝的矽基LEO芯片封裝技術。它具有封裝尺寸小的優(you) 點，同時解決(jue) 了直接將芯片貼裝在PEB上而引起的發光效率低、熱阻高的缺點。文章首先討論了反射腔對LED芯片發光效率的影響，對反射腔的結構參數與(yu) LED發光效率之問的關(guan) 係進行了詳細的分析，最後設計了封裝工藝流程。 
  

   1 矽基封裝的LED光學特性分析

   MEMS技術是隨著半導體(ti) 和微電子技術的發展麗(li) 發展起來的一項新興(xing) 的細微加工技術，加工尺寸從(cong) 毫米到微米數量級，甚至亞(ya) 微米的微小尺寸：其加T藝主要分為(wei) 表麵工藝和體(ti) 工藝。基於(yu) 矽基的體(ti) 工藝又稱為(wei) 體(ti) 矽工藝，體(ti) 矽工藝嗬以在矽基體(ti) 上形成高深寬比的凹稽。由於(yu) MEMS的加工尺寸很小，因此利用該技術形成的微小凹槽作為(wei) LED芯片封裝的反射腔(如圖3)，將會(hui) 克服目前LED芯片直接封裝在PCB板上而引起發光效率低的問題；同時由於(yu) 矽具有良好的導熱特性，因此可以降低目前封裝中熱阻高的問題，從(cong) 而提高LED芯片的發光效率和可靠性。圖4(a)和(b)給出了當LED芯片直接貼裝在PCB板上和貼裝在有凹槽的矽基上的發光特性。從(cong) 圈中可以看出，LED貼裝在帶有凹槽的矽基上以後其發出光的發散性能得到了很大的改善，LED的發光強度提高了75％以上。

    凹槽形成的反射腔對IED的發光特性起著顯著的改善，不同的反射腔形狀對LED的發光特性有幣同的影響。對圖3分析可得，反射腔的形狀主要由刪槽的開口尺寸L，凹槽的深度h和發射角θ決(jue) 定。利用TIacepro軟件建立如圖3所示的模型，分別改變L、h和θ的值，求出各自對應情況下LED的光強，就可以分析出反射腔的形狀與(yu) LED發光特性之間的關(guan) 係。進而為(wei) 凹槽的足寸設計提供理論上的指導。

   圖5為(wei) LED發射光與(yu) 反射的反射角θ之間的關(guan) 係，從(cong) 圖中可看出當反射角為(wei) 52度的時候反射光強取得最大。從(cong) 理論上講，矽凹槽反射角應該設計為(wei) 52度。但是，考慮到對（100）矽進行腐蝕的時候，其（111）麵和（100）麵會(hui) 自動形成一個(ge) 54.7度的角，而通過仿真分析結果可以計算。當反射角為(wei) 54.7度的時候。LED的反射光強隻比反射角為(wei) 52度的時候小12%，而且光強分布也比較接近。因此在腐蝕凹槽的時候可以直接采用矽的（100）麵和（111）麵形成角度作為(wei) 反射角，這可以極大的簡化加工工藝，降低製造成本，而且對LED光強的影響也不是很大。 

   圖6(a)和(b)分別給出了反射腔的深度h和開口L與(yu) LED光強的關(guan) 係，從(cong) 圖中可得，反射腔的深度越深，光強越大；開12t越小，光強越火。但是在反射角確定的情況一F，深度和開r_l的寬度是相互製約的。當深度一定的時候，開口越小，則槽的底部會(hui) 越小、，而槽的底部受芯片尺寸的約束。因此開口有一個(ge) 極限最小值。隅理，當開幾一定的時候，深度越深，底部幾寸越小，罔此深度有一個(ge) 檄大值，所以在設計槽的K寸的時候應該結合芯片的尺寸進行綜合考慮。本文中所采用的芯片尺寸為(wei) 0 4x0 4 x 0 15mm。

2 工藝流程設計

   基於(yu) MEMS的LED芯片封裝主要包括兩(liang) 個(ge) 大的部分，第一個(ge) 部分是加工帶有反射腔的矽基體(ti) ；第二部分是LED芯片的貼片、引線等通用工藝。由於(yu) 該封裝結構的第二個(ge) 部分和標準的LED封裝工藝相同，因此本文卡要詳細的介紹第一部分的主要工藝流程(如圖7)。

   首先準備一片具有(100)晶向的矽片(a)；通過熱氧化在矽的表麵形成層二氧化矽；光刻二氧化矽，形成需要的開口尺寸和形狀(b)；用KOH腐蝕矽基體(ti) 形成需要的凹槽，通過腐蝕液的濃度和腐蝕時間控製槽的深度(c)：除占表麵殘餘(yu) 的二氧化矽；對矽基進行背碰腐蝕，生成通孔(d)；利用電鍍的方法在通孔內(nei) 沉積金屬導電材料(e)；在矽的表麵濺射會(hui) 屬層作為(wei) 反射麵，光刻金屬表麵和引線區，形成封裝電極(f)。接下來就可以進行LED的貼片等後續工藝。

3 結論

   本文提出了一種基於(yu) MEMS工藝的LED芯片封裝技術，利用Tracepro軟件仿真分析了反射腔的結構參數對LED光強的影響，通過分析指出。利用各向異性腐蝕矽形成的角度作為(wei) 反射腔的反射角，可以改善LED芯片的反光性能和發光效率。仿真結果顯示反射腔的深度越大，則反射效率越高，腔的開口越小，反射效率越高。文章最後給出該封裝結構的工藝流程設汁。通過分析表明，基於(yu) MEMS工藝LED封裝技術可以降低器件的封裴尺寸，提高發光效率。