LED倒装制程介绍

2 倒装焊固晶工艺 共晶焊的影响因素
顶针痕深度 吸芯片力度及顶针速度
优化后吸晶固晶力度
设定 1 吸晶/固晶力度 顶针速度 60g high 痕深度μm 0.574/0.392
2
3
60g
50g
low
low
0.5/0.573
0.368/0.362
2 倒装焊固晶工艺 共晶焊的影响因素
固晶温度
150℃时效(c)15h; (d)20h
3 Au-Sn共晶的制备方法 Au/Sn:10μm/10μm
150℃时效(e)25h
3 Au-Sn共晶的制备方法 Au/Sn:9μm/6μm
回流(a)10s; (b)60s
1 倒装结构LED芯片
Thin Film Flip Chip
1 倒装结构LED芯片 倒装芯片的制备方法
以蓝宝石基底制 作GaN外延片 ICP蚀刻/ RIE蚀刻 制作 透明导电层
制作 P-N电极
衬底上制备 反射散热层
芯片/衬底的划 片分割
Die bond 倒装焊接
表面粗化/ 半导体表面加工
2 倒装焊固晶工艺
导热系数(W/(m· K)) >200
金属——金属界面，导 热系数高，热阻小。
`
传统正装封装结构
倒装无金线封装结构
1 倒装结构LED芯片
• 支持荧光粉薄层涂覆工艺 • 光源空间一致性表现优越
更均匀的空 间色温分布
1 倒装结构LED芯片
• 无金线阻碍，可实现超薄封装，节省设计 空间
10-100μm 150-200μm
金线拉力≈10g 芯片推力>2000g;
电性连接面接 触，可耐大电 流冲击
`
传统正装封装结构
倒装无金线封装结构
1 倒装结构LED芯片
低热阻，可大电流使用 结构及材料 大面积电极 物料 蓝宝石 银胶
蓝宝石层在芯片 下方，导热差
导热系数(W/(m· K)) 35-36 2.5-30
银胶热阻较高
物料 金属合金
Au-20Sn 共晶凸点比较困难.目前采用的是连续电镀方式,即先镀
Au接着镀Sn,其外层的Sn易被氧化,共熔后Au-Sn的组分不好控制。
3 Au-Sn共晶的制备方法 电镀工艺流程
3 Au-Sn共晶的制备方法 Au/Sn:10μm/10μm
150℃时效(a)5h; (b)10h
3 Au-Sn共晶的制备方法 Au/Sn:10μm/10μm
用吸头从晶圆上拾取晶片并放置在平台上 用加热的夹头从平台上拾取晶片 将晶片放置在预热的焊盘上 焊好的晶片置于在较低的温度下减小偏移
2 倒装焊固晶工艺
加热夹头可以显著减少孔洞 焊剂共晶在芯片中间有大的孔洞 加热夹头孔洞变得细小均匀
直接共晶 （加热焊盘）
焊剂共晶
直接共晶 （加热夹头和焊盘）
清洗 焊剂残留 孔洞
工艺复杂 效率低 粘接强度低
热超声固晶
2 倒装焊固晶工艺 共晶固晶 相比传统固晶方式的优点: 1.金属与金属的熔合,有效降低欧姆阻抗 2.有效提升热传导效率
2 倒装焊固晶工艺 直接共晶焊存在的问题
只加热焊盘 孔洞-晶片推力低 焊盘和晶片的粗糙度影响 晶片倾斜影响
2 倒装焊固晶工艺 加热夹头
选择Tg较固晶温度高10℃以上
E.g. Au-Sn(280 ℃ ),塑胶Tg>330 ℃
回流焊最高加热温度315 ℃ -320 ℃
E.g. Ag-Sn/Sn(232 ℃ ),塑胶Tg>290 ℃
回流焊最高加热温度270℃
2 倒装焊固晶工艺 共晶焊的影响因素
支架设计
坚固性—芯片跟支架的接触面
LED倒装芯片与 倒装焊工艺
主讲人：徐广岁
Contents
1 2 3
倒装结构LED芯片 倒装固晶工艺 Au-Sn共晶的制备方法
1 倒装结构LED芯片
• 正装/倒装芯片结构对比
器件功率 出光效率 热性能
1 倒装结构LED芯片
• 高可靠性 -机械强度
-散热性能
电性连接点 接触，瞬间 大电流冲击 易烧断
3 Au-Sn共晶的制备方法 Au-Sn二元相图
1. Au-20wt%Sn 2. Au-90wt%Sn
3 Au-Sn共晶的制备方法 预成型片 通过冶金法加工Au-Sn预成型片,相对便宜且易于实现,但很难 加工成焊接所需的很薄的焊片
蒸渡、溅射
采用溅射或蒸等真空沉积技术,可以提供更好的过程控制并能 减少氧化,但是成本高且加工周期长。 电镀 由于镀速缓慢且成分不能精确控制，在芯片上直接电镀制备
固晶在不坚固的支架上, 芯片跟支架的接触,
推力被影响
固晶在坚固的支架上, 良好的接触提高推力
共晶焊的影响因素
支架设计--表面粗糙度
支架表面的粗糙度要比共晶材料的厚度 还要少, 否 则共晶材料就不足够填满表 面不平的地方, 造成流 动性差的情况 如果固晶在比较平滑的支架表面上, 可提升推力
2 倒装焊固晶工艺 固晶质量
性能
固晶方法
固晶材料
厚度 2μm
晶片倾斜 3μm
Leabharlann Baidu
孔洞 <10 %
偏移 1 mil
晶片旋转 1°
加热夹具共 AuSn20 晶焊
软钎料
银胶
锡基钎料
银、环氧混合物
10-20 25 （0.5 mil）（<1 mil）
10-20 25 （0.5 mil）（<1 mil）
<5%
-
2 mil
钎料 固晶
热超声 固晶
2 倒装焊固晶工艺 固晶工艺
固晶工艺
绝缘胶固晶 成本低 工艺成熟 粘接强度高 效率高
优点
导热性差 挥发性
缺点
银胶固晶
工艺简单 粘接强度高 较好的导热性
优越的导热性 无焊剂
相对较低的导热性 粘度大，不均匀 挥发性
钎料溢出 孔洞
直接共晶
焊剂共晶
优越的导热性 工艺简单 粘接强度高
良好的导热性 良好的取光率
银胶固晶
以银粉+环氧树脂在加热的条件下(150℃/1h) 固化的方式粘合晶片与支架
点胶
晶片 支架
固晶
2 倒装焊固晶工艺 绝缘胶固晶 以绝缘胶在加热的条件下固化的方式粘合晶 片与支架 特点:1.粘接强度大2.绝缘胶透光可提升亮度
绝缘胶点胶 晶片 支架
固晶
2 倒装焊固晶工艺 固晶工艺
直接 共晶
焊剂 共晶
2 mil
1.5°
1.5°
2 倒装焊固晶工艺 热超声倒装焊 热超声=热+力+超声能量
原理：目前认为是由于引进超声能 量, 产生了声学软化效应, 使高熔点 金属在较低的温度和压力下实现焊
接成为可能
2 倒装焊固晶工艺
不同实验条件及剪切力
2 倒装焊固晶工艺 共晶焊的影响因素
固晶力度
共晶层均匀性 提升温度，加大固晶力度，可改善共 晶层的均匀性