LED封装产品介绍和技术报告-(赵强)
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一种倒装LED芯片封装元器件[实用新型专利]
![一种倒装LED芯片封装元器件[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/1352cdd843323968001c9288.png)
专利名称：一种倒装LED芯片封装元器件专利类型：实用新型专利
发明人：赵强
申请号：CN201420405881.0
申请日：20140722
公开号：CN204045618U
公开日：
20141224
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供一种倒装LED芯片封装元器件，包括基板、两个焊盘及LED芯片，其中，所述两个焊盘呈轴对称分布于所述基板表面，所述LED芯片倒装于该两个焊盘上，所述基板表面的长度为1.5~2.4mm，宽度为0.5~2.0mm，厚度为0.1~1mm，所述两个焊盘的总长度为0.5~1.5mm，宽度为0.3~1mm，焊盘间的隔离带宽度为0.05~0.3mm。
本实用新型通过设计呈轴对称分布焊盘，以及基板、焊盘的尺寸，使封装元器件尺寸大大降低，空间的利用率大大提高，可以实现LED芯片的大角度出光；而且，本实用新型采用贴片的方式实现LED芯片的倒装，具有工艺简单，成本低廉等优点。
申请人：上海博恩世通光电股份有限公司
地址：201108 上海市闵行区元明路128号一层、二层
国籍：CN
代理机构：上海光华专利事务所
代理人：李仪萍
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LED封装产品介绍和技术报告-(赵强)
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time (s)
Temperature (degC) Temp. (oC)
成本低，显色性不佳
显色性高，工艺控制 困难
黄色荧光粉
绿色荧光粉 紅色荧光粉
Cup
蓝光 LED
蓝光 LED
紫外光 加三基色荧光粉
LED 发光效率低， 封装材料老化
蓝色荧光粉 绿色 荧光粉 紅色荧光粉 紫外光 LED
方法5 方法6
蓝光加黄色荧光粉，再加上红色LED
高效能及高显色性(CRI)
多量子阱活化层
左图的样品从 240C 加热到焊料熔化温度是2分钟， 而右图需时4分钟。固晶结果明显不一样。
31
优化工艺曲线后焊接强度显著提
高
Reflow profile for the 8x11 pads 1/4 ceramic substrates using Ti carrier
350 300 250 200 150
LED封装产品介绍和技术报告(赵强)
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学习完毕请自觉删除 谢谢
报告内容简介
发光二极管LED的市场分析 LED发光二极管介绍 封装测试技术介绍 Power-LED封装技术介绍
TOPLED 封装元器件技术发展路线图-(赵强)
TOPLED照明级封装元器件技 术发展路线图
设计：John Zhao 赵 强 时间：2013年3月10日
LED Package Device R&D
1
TOPLED照明级封装元器件的产品类型发展趋势图
EMC系列，PCT 系列 TOP3014,3030, 3535，2835等 高密度，高功 率，低成本 Chip生产模式的 EMC/PCT 高压 TOP2835,3030 ，3535系列
1-定标准 2-定区域 3-定显指 4-定单色光波长 5-定荧光粉
LED Package Device R&D
6
TOPLED 照明级封装元器件成本分析模型和解决方案
照明光源 LED器件 元器件单价
1-TOP 0.001元/LM
2-IHP/COB 0.005元/LM
标准化
高效率
高性能
厚度 圆杯
PPA材料 直下散热 0.7厚度 圆杯，方杯 应力控制线 高反射率金属 层 处理
PCT材料 EMC材料 高密度 中大功率 直下大面积 散热 0.7厚度 圆杯，方杯 应力控制线 杯腔光学设 计
2011
2012
2013
2014
2015
3
LED Package Device R&D
1-4014 2-3030
1-Chip模式多颗集成 2-自动化设备 3-工程师操作理念
1-高功率 EMC 2-小电流高压降 3-倒装无金线焊接
1-小电流高压 2-集成
7
LED Package Device R&D
TOPLED 照明级封装元器件性能参数和成本列表
产品名称 3528 （1.0T） 5050 2835 5730 3014 EMC 3030 EMC 4014 显色指数 80 80 80 80 80 80 80 芯片尺寸 mil*mil 1023 1016*3 1428 2040 1030 2040 2040 色温 5700K 5700K 5700K 5700K 5700K 5700K 5700K 光通量 （Ty值） 8.5LM 21LM 23LM 55LM 15LM 65LM 65LM 光效 （L/W） 142 117 128 122 125 144 144 电压 3.0V 3.0V 3.0V 3.0V 3.0V 3.0V 3.0V 电流 20mA 60mA 60mA 150mA 40mA 150mA 150mA 成本 （元/K） 130 200 160 300 140 280 280 8
设计：John Zhao 赵 强 时间：2013年3月10日
LED Package Device R&D
1
TOPLED照明级封装元器件的产品类型发展趋势图
EMC系列，PCT 系列 TOP3014,3030, 3535，2835等 高密度，高功 率，低成本 Chip生产模式的 EMC/PCT 高压 TOP2835,3030 ，3535系列
1-定标准 2-定区域 3-定显指 4-定单色光波长 5-定荧光粉
LED Package Device R&D
6
TOPLED 照明级封装元器件成本分析模型和解决方案
照明光源 LED器件 元器件单价
1-TOP 0.001元/LM
2-IHP/COB 0.005元/LM
标准化
高效率
高性能
厚度 圆杯
PPA材料 直下散热 0.7厚度 圆杯，方杯 应力控制线 高反射率金属 层 处理
PCT材料 EMC材料 高密度 中大功率 直下大面积 散热 0.7厚度 圆杯，方杯 应力控制线 杯腔光学设 计
2011
2012
2013
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LED Package Device R&D
1-4014 2-3030
1-Chip模式多颗集成 2-自动化设备 3-工程师操作理念
1-高功率 EMC 2-小电流高压降 3-倒装无金线焊接
1-小电流高压 2-集成
7
LED Package Device R&D
TOPLED 照明级封装元器件性能参数和成本列表
产品名称 3528 （1.0T） 5050 2835 5730 3014 EMC 3030 EMC 4014 显色指数 80 80 80 80 80 80 80 芯片尺寸 mil*mil 1023 1016*3 1428 2040 1030 2040 2040 色温 5700K 5700K 5700K 5700K 5700K 5700K 5700K 光通量 （Ty值） 8.5LM 21LM 23LM 55LM 15LM 65LM 65LM 光效 （L/W） 142 117 128 122 125 144 144 电压 3.0V 3.0V 3.0V 3.0V 3.0V 3.0V 3.0V 电流 20mA 60mA 60mA 150mA 40mA 150mA 150mA 成本 （元/K） 130 200 160 300 140 280 280 8
led封装研究报告
led封装研究报告
本文是关于LED封装研究的报告。
LED是一种半导体发光器件，其具有超高效率、长寿命、低能耗、低压操作等优点。
由于其广泛应用于照明、信号等领域，LED封装技术也随之发展。
封装是将LED芯片放置在支架中，并在封装体内加入透明的封装材料，将LED芯片完全封装，使其具有可靠的电学性能、光学性能和机械性能。
LED封装技术不断创新，主要有以下封装方式：
一、方案式封装
该方式常用于大功率LED，使用铜或铝的金属基板制成，可以将LED芯片背面固定在金属基板上，增强LED芯片对散热器的导热性，提高LED 芯片散热效率。
二、环形封装
该方式使用环形支架，将LED芯片放在器件的底部，增加LED芯片的光漏出面积，提高LED光通量。
三、球形封装
该方式使用球形支架进行封装，可以增加LED光漏出面积，提高LED 光通量和亮度。
同时，球形封装也可以减小LED光源的尺寸，使其在光学集成中的应用更加便利。
LED封装技术的不断创新，使其在照明、显示等领域的应用更加广泛。
同时，封装技术的改进也极大地提高了LED灯具的使用寿命和可靠性。
总之，LED封装技术正在不断创新，不断发展。
通过不断地探索，将为LED应用带来更加广泛和优质的光效和光源。
LED倒装芯片覆晶封装光源产品和技术-(煜珑电子-赵强)
2015
LED Package Device&Modules
2016
时间轴
5
价 格 （ 元 颗 ）
1.
LED倒装芯片介绍
1.4倒装芯片未来发展的成本趋势
3014类尺寸
0.12 0.10 0.08
0.06 0.04 0.02 0.005
1405类尺寸
/
3014类尺寸 2608类尺寸 1226类尺寸
2608类尺寸
LED Package Device&Modules 4
1.
LED倒装芯片介绍
1.3倒装芯片未来发展的技术趋势
技 术 发 展
锡焊 倒装芯片 倒装芯片尺寸 3014/3520/122 6/1734/35/3535 /43/43 倒装芯片电压 常压3V 倒装芯片光效 110L/W@ （3000K,Ra>8 0,150mA,单芯） 助焊剂焊接 倒装芯片
COB
COB
LED Package Device&Modules
8
3. LED倒装芯片覆晶封装产品介绍
3.1覆晶封装技术介绍
固晶 回流焊 配荧光粉 +胶水 点荧光粉 +胶水
出货
包装
检测
烘烤
LED Package Device&Modules
9
3. LED倒装芯片覆晶封装产品介绍
3.2覆晶封装技术应用于的LED光源产品设计种类
2015第五届中国车灯产业论坛
LED倒装芯片覆晶封装光源产品和技术
上海煜珑电子科技有限公司
报告人:赵强 报告时间:2015年3月25日
上海煜珑电子科技有限公司
1
主要内容
1. LED倒装芯片介绍 1.1倒装芯片介绍 1.2倒装芯片和正装芯片相比的优势 1.3倒装芯片未来发展的技术趋势 1.4倒装芯片未来发展的成本趋势 2. LED封装产品发展介绍 2.1 LED封装产品历史发展路线图 2.2 LED封装产品未来发展路线图 3. LED倒装芯片覆晶封装产品介绍 3.1覆晶封装技术介绍 3.2覆晶封装技术应用于的LED光源产品设计种类 3.3覆晶封装LED光源技术参数LED 4. 倒装芯片封装技术在车灯行业的应用和优势 5. 覆晶封装发展当前的不足和面临的挑战，以及需要改善的 地方
TOP系列封装常用原物料
1.评估流程:
来料检验==>安排试产==>固晶实验 ==> 焊线实验==>老化实验==>不良分 析==>OK/NG 2.检验项目包括： 2.1、来料资料有无规格书（没有规格书不建议盲目的去实验）； 2.2、来料的芯片参数（亮度、电压、波长等）是否符合规格要求， 外观（电极位置）是否与规格书上相同； 2.3、尺寸测量：需要采用精确的高倍显微镜进行测量，实际尺寸 是否符合要求；包括芯片的长、宽、高、电极大小等 2.4、电性检测：VF、IV、WL、IR、极性等实际测试是否符合要求。 此项有很多厂商没有条件测试，建议在试做过程中去做成成 品测试（但极性最好先进行确认）；
硅胶简介
硅胶是TOP LED封装成形的重要组成部分。 常用的为双组份汇合型硅胶。 TOP LED一般是不会使用环氧树脂的
硅胶一般是瓶装的
荧光粉简介
荧光粉是白光LED封装中最核心的部分 一般荧光粉的好坏决定了成品的发光效 率和发光颜色。
荧光粉一般分为红，绿，黄三种颜色
本节结束， 谢谢大家！
晶 片
金 线 铜 柱
保护硅胶
支架的种类
支架的种类，可分为以下四种： 1. 直插式支架 2. SMD贴片式支架 3. 食人鱼支架 4. 大功率支架
直插式（LAMP)支架
直插式两脚支架
直插式三脚支架
直插式四脚支架
SMD贴片支架
SMD贴片支架可分为以下种类
单晶两脚支架
三晶四脚支架
三晶六脚支架
食人鱼支架
TOP LED封装常用原物料的简介
封装研发部 赵强
2011.2.21
LED封装中原物料的种类
一、 二、 三、 四、 五、 六、 晶片 支架 银胶/绝缘胶 金线 硅胶 荧光粉（白光）
来料检验==>安排试产==>固晶实验 ==> 焊线实验==>老化实验==>不良分 析==>OK/NG 2.检验项目包括： 2.1、来料资料有无规格书（没有规格书不建议盲目的去实验）； 2.2、来料的芯片参数（亮度、电压、波长等）是否符合规格要求， 外观（电极位置）是否与规格书上相同； 2.3、尺寸测量：需要采用精确的高倍显微镜进行测量，实际尺寸 是否符合要求；包括芯片的长、宽、高、电极大小等 2.4、电性检测：VF、IV、WL、IR、极性等实际测试是否符合要求。 此项有很多厂商没有条件测试，建议在试做过程中去做成成 品测试（但极性最好先进行确认）；
硅胶简介
硅胶是TOP LED封装成形的重要组成部分。 常用的为双组份汇合型硅胶。 TOP LED一般是不会使用环氧树脂的
硅胶一般是瓶装的
荧光粉简介
荧光粉是白光LED封装中最核心的部分 一般荧光粉的好坏决定了成品的发光效 率和发光颜色。
荧光粉一般分为红，绿，黄三种颜色
本节结束， 谢谢大家！
晶 片
金 线 铜 柱
保护硅胶
支架的种类
支架的种类，可分为以下四种： 1. 直插式支架 2. SMD贴片式支架 3. 食人鱼支架 4. 大功率支架
直插式（LAMP)支架
直插式两脚支架
直插式三脚支架
直插式四脚支架
SMD贴片支架
SMD贴片支架可分为以下种类
单晶两脚支架
三晶四脚支架
三晶六脚支架
食人鱼支架
TOP LED封装常用原物料的简介
封装研发部 赵强
2011.2.21
LED封装中原物料的种类
一、 二、 三、 四、 五、 六、 晶片 支架 银胶/绝缘胶 金线 硅胶 荧光粉（白光）
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加热 热超声覆晶焊
.
21
银浆固晶
• 优点
– 工艺简单和成熟 – 固化温度低 – 速度快 – 基板的平整度和粗糙度要求不高
• 缺点
– 银浆的传导率低
• 技术难点
– 银浆含量一致性的控制 – 芯片的对准和倾斜度的控制 – 银浆粘接的厚度 – 芯片的厚度
.
22
共晶热压焊
• 优点
– 工艺简单 – 速度快 – 结合强度高
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Temperature (degC) Temp. (oC)
UHB-LED超高亮度发光二极管技术报告
------封装技术报告------
报告人：赵 强 2009年5月6日
.
1
报告内容简介
发光二极管LED的市场分析 LED发光二极管介绍 封装测试技术介绍 Power-LED封装技术介绍
.
2
发光二极管LED的市场分析
中国大陆巨大市场为全球LED产业带来无限商机，随着奥运会的成功举办、世博会、 亚运等大型国际性活动中LED项目的即将开展，将接连在道路照明、景观照明、全全 彩显示屏等应用面带来新的突破。 2008年我国芯片产值增长26%，达到19亿元；LED封装产值达到185亿元，较2007年 的168亿元增长10%；2008年我国应用产品产值已超过450亿元，LED全彩显示屏、 太阳能LED、景观照明、消费类电子背光、信号、指示等应用仍然是主要应用领域。 照明市场：2月初，ABI Research旗下研究分支机构NextGen Research 月初就指出， 全球固态照明(Solid State Lighting，SSL)市场年产值可望在2013年突破330亿美元。 根据NextGen的推估，LED市场当中的照明产品类别在2009—2013年期间的平均复 合年增率(CAGR)将逼近22%。LED渗透到照明市场的趋势将会持续到2009年，与之 前预测的35%的增长率相比，仍有17%的较低增长。 从长远来看，照明应用领域的前 景是乐观的 LED液晶背光市场：美国权威市场研究机构iSuppli日前发布的一项最新LED液晶背光 调查报告称：LED液晶背光在2008年下半年被越来越多的用作背光液晶电视领域的应 用市场，将在2009年成为半导体产业中为数不多的亮点。iSuppli预计2009年LED液 晶背光出货量将在2008年5100万美元的基础上增长到1.63亿美元，并预测2012年大 约14亿美元的液晶显示器将被用作液晶电视领域。 高亮度LED市场 ：2010年高亮度LED市场增长将开始恢复。从2008年到2013年，预 计复合平均年增长率为19.3%，在2013年，高亮度LED市场将会达到124亿美元。
过炉回流
• 优点:
– 有效控制焊料的挤出现象
– 适合高芯片密度封装
• 技术难点
– 基板表面光滑度要求高
– 回流焊工艺曲线需要优化
– 助焊剂含量控制适当.
27
表面粗糙度的影响
370 um
光学显微镜下观察到的条纹状基板表面
焊料覆盖层也呈现条纹状
.
28
助焊剂含量影响固晶质量
以上二个样品经过相同的回流焊工艺，只是助 焊剂含量不同，但有明显不同的固晶质量
.
35
剪切测试及断面分析
失效模式
– 在焊料中间破坏
剪切测试装置
– 其它界面（强度高于客户要求）
– 其它界面（强度低于客户要求）
– 芯片损坏
.
36
LED电学性能检测（I-V曲线）
LED
LED 尺寸
正向电压
正向电流, mA
@10/1µA Min.
蓝光LED
14mil
> 2.3V
20
2.8
大功率蓝光 LED (1W)
➢ 现在已经在国家成立了7个照明产业基地：上海，厦门，深圳，南昌，大连，
石家庄，扬州。
.
4
LED 发光管是怎样练成的
Sapphire 蓝宝石
2-inch
衬底材料 生长或购 买衬底
芯片加工
LED结构 MOCVD生长
芯片切割
.
器件封装
5
III-族氮化物MOCVD生长是一门富含高科技的艺术
P型层生长
量子阱生长
金焊球
静电保护
Si基板
• 技术难点
– 工艺流程较复杂
• 高精度的凸点种植和固晶工艺
• 有效的能量传递
– 成本
.
34
固晶质量的评估
• 外表光学检测 • 固晶的位置精度 • 剪切试验 • 断面分析 • 正向电压和反向电流的测试 • X-射线检测，X-ray • 声学显微镜测试，C-SAM • 剖面和扫描电子显微镜分析
剪切强度 750g
.0.5 mm die
剪切强度 1.94kg
32
热超声覆晶焊
Au凸点种植
热超声覆晶焊
压力
超声振动 (((( LED
Au凸点
基板 加热
)))) 焊盘
在基板上种植的Au凸点
.
33
覆晶焊
• 优点
– 无需焊线 – 散热性能好 – 增加发光率
光 GaN N极金属化层
反光层
透明Al2O3 P极金属化层
成本低，显色性不佳
显色性高，工艺控制 困难黄Βιβλιοθήκη 荧光粉绿色荧光粉 紅色荧光粉
Cup
蓝光 LED
蓝光 LED
紫外光 加三基色荧光粉
LED 发光效率低， 封装材料老化
蓝色荧光粉 绿色 荧光粉 紅色荧光粉 紫外光 LED
方法5 方法6
蓝光加黄色荧光粉，再加上红色LED
高效能及高显色性(CRI)
多量子阱活化层
N型层生长
众多核心技 术所在
.
6
氮化物LED发光管的器件结构及发光机理
electrons
N 欧姆接 触
P 欧姆接触
直流低电压
电子空穴 复合发光
蓝宝石或碳化硅
电能
光源
.
7
实现白光LED的方法
方法1
方法2
方法3
方法4
红绿蓝三色混合白光
高显色性，三原色发光 效率不均匀，成本高
蓝光 加 黄色 荧光粉 蓝光 加 红绿色 荧光粉
.
29
回流焊工艺曲线的控制因素
温度 (oC)
350
不损伤芯片的最高温度
Au-Sn反应区
300 助焊剂分解、释放气泡， 适当
Sn和Ni容易反应区 250
快速
200 必要但须适当
150
控制晶粒尺寸, 焊料铺展 范围内小空洞的形成区
100
助焊剂活化区
50
0
0
100
200
300
400
时间 (s)
.
30
高温区加热速度的影响
不润湿区域
.
原子力显微镜下观察 到的粗糙表面
24
共晶焊键合机理
Si
Ni, Ti
Au80Sn20
芯片上 AuSn结构
• 熔化的 AuSn 和基体上的 Au
或 Ag 反应 • 形成 Au (或Ag) Sn 的金属键
化合物
(Ni, Au)3Sn2 (Au, Ni)Sn (Au, Ag)5Sn
Ag
• 焊料成份发生变化，熔点增 加
固晶方式和粘接材料的选择
– 工作电流、工作功率 – 传热效率 – 成本 – 工艺制程良率
.
20
银浆 共晶热压 共晶回流
超声覆晶
固晶封装技术
银浆
芯片
基板 银浆涂敷
压力
芯片放置
带有共晶焊料层的芯片
固化
加热 芯片放置
助焊剂 基板
带有共晶焊料层的芯片
过炉回流
钎剂涂敷
Au凸点
基板
芯片放置
超声振动
压力
芯片
Au凸点种植
• 基板
芯片
– 陶瓷 (AlN, Al2O3)
基板
– 带胶杯的引线框架
– 帶絕緣層金属基板
• 粘结材料
– 银浆 银浆
– AuSn共晶焊料
– Au凸点
AuSn共晶焊料
.
17
基板材料的特性和选择
• 选择依据 – 导热性能 – 热膨胀性能（CTE） – 成本
• 反射镀层 – Au/Ag – 陶瓷
反射层
反射率
热阻 (oC/w)
7.1
强化银 浆
78.7
AuSn焊 料
78.3
3.7
3.3
1 mm
Q = 1W
3µm
正视图
GaN 藍寶石 物料 (20um)
Cu
h = 10204 W/m2.oC
.
19
固晶制程对传热的影响
• 粘接材料的传导性能 • 粘接层的厚度
Rth = L / k x A
• 粘接质量(强度、接触面积、平整性)
(Reflector) (Reflectivity)
Au
40 – 90%
Ag
>90%
白色 Al2O3
>80%
材料
GaN Al2O3
Si AlN Cu Al Ag