LED倒装制程介绍
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LED封装技术(第七讲)
热点三：倒装(覆晶)技术
倒装共晶LED技术没有了键合金线，降低了LED 封装的成本；改善了金线虚焊、耐大电流能力不足 、封裝硅胶热胀冷缩造成金线断裂、制程中金线影 响良率等问题。 如何制造出低成本、高效率、高性能的倒装LED 将会成为未来的突破口。
国内大部分厂家的“假倒装”存在的技术 风险？
热点四：高压LED封装
LED灯丝优势
1、360°发光立体光源。 2、蓝光芯片 红光芯片 黄绿粉制作白光封装工艺。 3、集成高压驱动，使电源功率因数最大化，灯具 成本最小化。 4、高品质光源，显色指数90以上、光效110lm/W 以上。 5、采用全透明基板材质配合全新360° molding封 装工艺。 6、全新的光线视觉，感受原生态的“白炽灯”光 环境。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
热点六：EMC封装
热点六：EMC封装
EMC封装据有高耐热、抗UV、高度集成、通高电 流、体积小的特点，在某些特定领域有着陶瓷和 PPA无法比拟的优势。 “相比PPA和陶瓷基板，采用环氧树脂的EMC封 装，可实现大规模生产，降低生产成本，设计灵活 ，尺寸可设计，更小、易切割 ”。 “可以在很小的体积上驱动很高的瓦数，将原有 产品性能提升一倍以上，从而压低成本。并且在 0.5-2W这一阶段陶瓷和PPA都没有EMC有竞争力， 被其取代掉。”
COB封装的缺点
暂未发现！ 单位面积光产生过高，发光面太 集中，不适合发光面较大灯具 的应用！
热点三：倒装(覆晶)技术
倒装（Flip Chip）结构， 光从蓝宝石衬底取出，不 必从电流扩散层取出，不 透光的电流扩散层可以加 厚，增加电流密度。
热点三：倒装(覆晶)技术
晶粒底部采用锡(Sn)或金锡 (Au-Sn)等合金作接触面镀层，晶 粒可焊接于镀有金或银的基板上 。当基板被加热至适合的共晶温 度时，金或银元素渗透到金锡合 金层，共晶层固化并将LED焊于 基板上，打破从芯片到基板的散 热系统中的热瓶颈，提升LED寿 命。
LED倒装技术及工艺流程分析
LED倒装技术及工艺流程分析倒装技术的工艺流程主要包括以下几个步骤：1.准备工作：首先需要准备好所需的LED芯片、PCB板、胶水、连接线等材料和设备，搭建好倒装工作台，并确认好芯片的正负极。
2.倒装工艺：将LED芯片通过电镀方式倒装到PCB上，具体工艺步骤如下：a.选择合适的胶水：根据实际需求选择合适的胶水，一般选用导热胶水或者导热硅胶进行倒装。
b.PCB加工：将PCB板经过必要的加工，包括金手指加工、焊盘/焊针喷镀锡、背面铜箔除锡等。
c.胶水上料：将胶水注入到机械注胶机中，通过专用的胶嘴将胶水点涂在PCB的焊点位置上。
d.LED芯片贴附：将LED芯片按照正负极方向和间距要求贴附到胶水涂抹的位置上，保证LED芯片与焊盘对应。
可以通过自动定位系统或者手工进行贴附。
e.固化胶水：将贴附好的LED芯片的背面放到硅胶材料或者专用的固化设备中，进行胶水的固化。
f.焊接连接线：将连接线焊接到LED芯片的正负极，一般采用无铅焊接方式。
3.测试与包装：在完成倒装过程后，对LED芯片进行测试，检测其亮度、色彩等参数是否符合要求。
通过自动或者手动测试设备进行测试。
如果有不合格的芯片，需进行更换或修复。
最后，按照客户要求进行产品包装。
倒装技术相比传统的LED贴片技术有如下优势：1.提高亮度：倒装技术可以减少PCB与LED芯片之间的电阻，提高LED灯的亮度和显示屏的像素密度。
2.降低热阻：通过使用导热胶水或者导热硅胶，可以有效地将LED芯片的热量传导到PCB板上，降低LED芯片的工作温度，提高产品的可靠性和寿命。
3.减小尺寸：倒装技术可以使LED芯片直接贴附在PCB板上，减小了整体产品的体积和厚度。
4.提高可靠性：倒装技术可以减少LED与PCB之间的线路长度，减少线路电阻，提高了产品的抗电磁干扰能力和可靠性。
5.降低生产成本：倒装技术可以提高LED灯条和显示屏的制造效率，降低生产成本。
总之，LED倒装技术是一种先进的LED封装技术，通过倒装方法将LED芯片直接连接到PCB上，可以提高亮度、降低热阻、减小尺寸、提高可靠性等优势。
第四讲微系统封装技术倒装焊技术
– Minimum pitch 40 µm
– Bump height 30 - 75 µm
• Difficulties:
– Bump height highly dependent in current density
– Variations in current density across the wafer gives non uniformity in bump height
散阻挡层。
•
镍UBM的厚度一般为1～15 μ m ， 而5 μ m厚的镍UBM就能使焊料凸点的可靠
性明显提高。
•
镀镍之后，还要在镍上镀一层厚度为0.05-0.1 μ m的金，它主要是防止镍
发生氧化，以保持它的可焊性。
铝焊盘上化学镀镍前处理
由于铝焊盘表面有一层氧化物，镀层金属无法粘附在这样的表面上，因此要对铝 表面进行适当的处理以清除氧化物层。
UBM 凸点形成
Pb/Sn bump Si Chip
Solder Wetting Layer Adhesion / Barrier Layer Al pad
Passivation Layer
对UBM的要求
必须与焊区金属以及圆片钝化层有牢固的结合力： Al是最常见的IC金属化金属，典型 的钝化材料为氮化物、氧化物以及聚酰亚胺 。 和焊区金属要有很好的欧姆接触：在沉积UBM之前要通过溅射或者化学刻蚀的方法去除 焊区表面的Al氧化物。 要有焊料扩散阻挡层：必须在焊料与焊盘焊区金属之间提供一个扩散阻挡层 要有一个可以润湿焊料的表面：最后一层要直接与凸点接触，必须润湿凸点焊料。 氧化阻挡层：为保证很好的可焊性，要防止UBM在凸点的形成过程中氧化。 对硅片产生较小的应力： UBM结构不能在底部与硅片产生很大的应力，否则会导致底 部的开裂以及硅片的凹陷等可靠性失效。
– Bump height 30 - 75 µm
• Difficulties:
– Bump height highly dependent in current density
– Variations in current density across the wafer gives non uniformity in bump height
散阻挡层。
•
镍UBM的厚度一般为1～15 μ m ， 而5 μ m厚的镍UBM就能使焊料凸点的可靠
性明显提高。
•
镀镍之后，还要在镍上镀一层厚度为0.05-0.1 μ m的金，它主要是防止镍
发生氧化，以保持它的可焊性。
铝焊盘上化学镀镍前处理
由于铝焊盘表面有一层氧化物，镀层金属无法粘附在这样的表面上，因此要对铝 表面进行适当的处理以清除氧化物层。
UBM 凸点形成
Pb/Sn bump Si Chip
Solder Wetting Layer Adhesion / Barrier Layer Al pad
Passivation Layer
对UBM的要求
必须与焊区金属以及圆片钝化层有牢固的结合力： Al是最常见的IC金属化金属，典型 的钝化材料为氮化物、氧化物以及聚酰亚胺 。 和焊区金属要有很好的欧姆接触：在沉积UBM之前要通过溅射或者化学刻蚀的方法去除 焊区表面的Al氧化物。 要有焊料扩散阻挡层：必须在焊料与焊盘焊区金属之间提供一个扩散阻挡层 要有一个可以润湿焊料的表面：最后一层要直接与凸点接触，必须润湿凸点焊料。 氧化阻挡层：为保证很好的可焊性，要防止UBM在凸点的形成过程中氧化。 对硅片产生较小的应力： UBM结构不能在底部与硅片产生很大的应力，否则会导致底 部的开裂以及硅片的凹陷等可靠性失效。
LED制程初步介绍及基本流程
LED製程初步介绍在LED工厂生產中主要步骤是：清洗－装架－压焊－封装－焊接－切膜－装配－测试－包装。
其中封装工艺尤为重要，下面的过程提供给各位网友简单瞭解一下目前LED的製程情形。
一、晶片检验镜检：材料表面是否有机械损伤及细微的坑洞。
二、扩片由於LED晶片在划片后依然排列紧密间距很小（约0.1mm），不利於后工序的操作。
我们採用扩片机对黏结晶片的膜进行扩张，是LED晶片的间距拉伸到约0.6mm。
也可以採用手工扩张，但很容易造成晶片掉落浪费等不良问题。
三、点胶在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶。
（对於GaAs、SiC导电衬底，具有背面电极的红光、黄光、黄绿晶片，採用银胶。
对於蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED晶片，採用绝缘胶来固定晶片。
）製程难点在於点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的製程要求。
四、备胶和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LED背面电极上，然后把背部带银胶的LED安装在LED支架上。
备胶的效率远高於点胶，但不是所有產品均适用备胶製程。
、手工刺片将扩张后LED晶片（备胶或未备胶）安置在刺片台的夹具上，LED支架放在夹具底下，在显微镜下用针将LED晶片一个一个刺到相应的位置上。
手工刺片和自动装架相比有一个好处，便於随时更换不同的晶片，适用於需要安装多种晶片的產品。
、自动装架自动装架其实是结合了沾胶（点胶）和安装晶片两大步骤，先在LED支架上点上银胶（绝缘胶），然后用真空吸嘴将LED晶片吸起移动位置，再安置在相应的支架位置上。
自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的沾胶及安装精度进行调整。
在吸嘴的选用上儘量选用胶木吸嘴，因为钢嘴会划伤晶片表面的电流扩散层。
、烧结烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防止批次性不良。
银胶烧结的温度一般控制在150℃，烧结时间2小时。
根据实际情况可以调整到170℃，1小时。
绝缘胶一般150℃，1小时。
银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小时（或1小时）打开更换烧结的產品，中间不得随意打开。
LED倒装工艺流程分析
LED倒装工艺流程分析LED（Light Emitting Diode）倒装工艺是指在LED芯片的背面倒装贴合导热基板的一种制造工艺。
倒装工艺可以提高LED芯片的散热性能，使LED灯具具有更高的光效和寿命。
以下是LED倒装工艺的主要流程：1.材料准备：LED芯片、导热胶、导热基板等材料需要提前准备好。
2.芯片背面处理：LED芯片需要经过清洗、磨砂和去膜等处理，以确保背面的平整和清洁度，以利于倒装和导热。
3.倒装机操作：将预先涂有导热胶的导热基板置于倒装机的工作台上，并进行定位。
然后将处理过的LED芯片背面面朝上放置在基板的对应位置上。
4.压力和温度控制：倒装机会施加适当的压力将LED芯片和导热胶贴合到导热基板上，并通过加热使导热胶固化。
压力和温度的控制非常重要，过高的压力或温度都可能会导致芯片损坏或背面不平整。
5.质量检验：完成倒装后的LED芯片需要进行质量检验，主要包括外观检查、电性能测试和光性能测试等。
确保倒装后的LED芯片符合规定的质量要求。
6.终检包装：合格的倒装LED芯片会进行终检，并进行包装，以保护芯片不受损。
通常采用塑料垫片和防静电袋的包装方式。
以上是LED倒装工艺的主要流程。
根据实际情况，还可以根据需要添加或调整工艺步骤。
1.散热性能好：倒装后LED芯片可以直接与导热基板接触，通过导热胶的导热性能，有效地提高LED芯片的散热性能，延长LED灯具的使用寿命。
2.光效提升：通过倒装工艺，LED芯片的背面可以减少不被光线利用的误差，光效可以得到进一步提升。
3.安装方便：倒装工艺可以减少LED灯具的体积，使其更易于安装在各种灯具内。
4.可靠性高：倒装工艺可以增加LED灯具的可靠性，减少芯片与基板之间的电连接线路的损坏和断电等问题。
然而，LED倒装工艺也存在一定的缺点，比如制程复杂、成本较高等问题。
因此，在实际应用中，需要根据实际需求和预算进行选择。
总而言之，LED倒装工艺是一种具有良好散热性能和高光效的制造工艺。
LED倒装技术及工艺流程分析
LED倒装技术及工艺流程分析来源：光亚新世纪LED网时间：2015-02-06 【字体：大中小】1、引言发光二极管（LED）作为新型的绿色照明光源，具有节能、高效、低碳、体积小、反应快、抗震性强等优点，可以为用户提供环保、稳定、高效和安全的全新照明体验，已经逐步发展成为成熟的半导体照明产业。
近年来，全球各个国家纷纷开始禁用白炽灯泡，LED将会迎来一个黄金的增长期。
此外，近年来LED在电视机背光、手机、和平板电脑等方面的应用也迎来了爆发式的增长，LED具有广阔的应用发展前景。
2、倒装LED技术的发展及现状倒装技术在LED领域上还是一个比较新的技术概念，但在传统IC行业中已经被广泛应用且比较成熟，如各种球栅阵列封装（BGA）、芯片尺寸封装（CSP）、晶片级芯片尺寸封装（WLCSP）等技术，全部采用倒装芯片技术，其优点是生产效率高、器件成本低和可靠性高。
倒装芯片技术应用于LED器件，主要区别于IC在于，在LED芯片制造和封装过程中，除了要处理好稳定可靠的电连接以外，还需要处理光的问题，包括如何让更多的光引出来，提高出光效率，以及光空间的分布等。
针对传统正装LED存在的散热差、透明电极电流分布不均匀、表面电极焊盘和引线挡光以及金线导致的可靠性问题，1998年，J.J.Wierer等人制备出了1W倒装焊接结构的大功率AlGaInN-LED蓝光芯片，他们将金属化凸点的AIGalnN芯片倒装焊接在具有防静电保护二极管(ESD)的硅载体上。
图1是他们制备得到的LED芯片的图片和截面示意图。
他们的测试结果表明，在相同的芯片面积下，倒装LED芯片（FCLED）比正装芯片有着更大的发光面积和非常好的电学特性，在200-1000mA的电流范围，正向电压（VF）相对较低，从而导致了更高的功率转化效率。
图1 倒装结构的LED芯片图片和截面示意图2006年，O.B.Shchekin等人又报道了一种新的薄膜倒装焊接的多量子阱结构的LED（TFFC-LED）。
LED倒装制程介绍ppt课件
22
2 倒装焊固晶工艺
共晶焊的影响因素
固晶温度
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℃
23
2 倒装焊固晶工艺 共晶焊的影响因素
15
加热夹头
2 倒装焊固晶工艺
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
16
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）
LED倒装芯片与 倒装焊工艺
主讲人：
1
Contents
1
倒装结构LED芯片
2
倒装固晶工艺
3 Au-Sn共晶的制备方法
2
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
3
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
`
7
1 倒装结构LED芯片 Thin Film Flip Chip
8
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
倒装芯片介绍
driven by the LED revolution with rapid adoption of LED based lighting solutions
Source: Philips
一、倒装芯片技术
定义：
倒装芯片组装就是通过芯片上的凸点直接将元器件朝下 互连到基板、载体或者电路板上，芯片直接通过凸点直 接连接基板和载体上,整个芯片称为倒装芯片(Flip Chip)。
普通激光切割后wafer侧面
劈裂后wafer侧面
隐形激光切割后wafer侧面
三、工艺流程简介
Wafer 扩张：
Wafer扩张是将已经分离开的晶粒之间的距离变大，利于后面测试和分级设备 工作。
三、工艺流程简介
自动外观检测：
自动外观检测是通过AOI设备 对芯片的外观缺陷判定，尽可能 避免分级过程中外观坏品混入好 品当中。 常见的外观不良有：电极污染、 电极缺损、电极划伤、ITO区域 污染、切割不良等
曝光（MPA & STEPPER）
图1：Coating设备
显影（Developer）
图3：显微镜
检查（Inspection） 图2：Develop设备
黄光工艺流程及常见缺陷
Epi Partical
Photo defect
Scratch
Mask defect
Under develop
三、工艺流程简介
蓝宝石特性
在低于熔点温度范围内, 仍具有良好的化学稳定性和机械、物理等性能； 光学透过范围宽, 特别在1 500~7500 nm, 透过率达85%； 有与纤锌矿III 族氮化物相同的对称性, 故用于GaN 的外延衬底材料。
三、工艺流程简介
图形化蓝宝石衬底技术：
Source: Philips
一、倒装芯片技术
定义：
倒装芯片组装就是通过芯片上的凸点直接将元器件朝下 互连到基板、载体或者电路板上，芯片直接通过凸点直 接连接基板和载体上,整个芯片称为倒装芯片(Flip Chip)。
普通激光切割后wafer侧面
劈裂后wafer侧面
隐形激光切割后wafer侧面
三、工艺流程简介
Wafer 扩张：
Wafer扩张是将已经分离开的晶粒之间的距离变大，利于后面测试和分级设备 工作。
三、工艺流程简介
自动外观检测：
自动外观检测是通过AOI设备 对芯片的外观缺陷判定，尽可能 避免分级过程中外观坏品混入好 品当中。 常见的外观不良有：电极污染、 电极缺损、电极划伤、ITO区域 污染、切割不良等
曝光（MPA & STEPPER）
图1：Coating设备
显影（Developer）
图3：显微镜
检查（Inspection） 图2：Develop设备
黄光工艺流程及常见缺陷
Epi Partical
Photo defect
Scratch
Mask defect
Under develop
三、工艺流程简介
蓝宝石特性
在低于熔点温度范围内, 仍具有良好的化学稳定性和机械、物理等性能； 光学透过范围宽, 特别在1 500~7500 nm, 透过率达85%； 有与纤锌矿III 族氮化物相同的对称性, 故用于GaN 的外延衬底材料。
三、工艺流程简介
图形化蓝宝石衬底技术：
倒装焊固晶工艺
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
导热系数(W/(m·K)) 35-36 2.5-30
蓝宝石层在芯片 下方，导热差
银胶热阻较高
`
Hale Waihona Puke 物料导热系数(W/(m·K))
金属合金
2 倒装焊固晶工艺
优点
成本低 工艺成熟 粘接强度高 效率高
工艺简单 粘接强度高 较好的导热性
优越的导热性 无焊剂
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
缺点 导热性差 挥发性
相对较低的导热性 粘度大，不均匀 挥发性 钎料溢出 孔洞 清洗 焊剂残留 孔洞 工艺复杂 效率低 粘接强度低
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）
2 倒装焊固晶工艺
固晶质量
固晶方法 固晶材料
厚度
晶片倾斜
性能 孔洞 偏移
加热夹具共 AuSn20 晶焊
2μm
3μm
<10 1 mil %
晶片 支架
点胶
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
晶片 支架
绝缘胶点胶
固晶
固晶工艺
直接 共晶
焊剂 共晶
钎料 固晶
共晶焊倒装高压LED的制备及性能分析
共晶焊倒装高压LED的制备及性能分析尹越;田婷;刘志强;王江华;伊晓燕;梁萌;闫建昌;王军喜;李晋闽【摘要】使用共晶焊替代倒装焊,制备了由10颗LED微晶粒串联而成的共晶焊倒装高压LED.随后通过芯片外观对比及相关光电性能测试证实,共晶焊倒装高压LED 在1W电注入下光功率相比倒装焊高压LED可提升10.5％,并且光效下降现象得到缓解.同时,ANSYS热模拟结果表明:共晶焊倒装结构芯片具有更好的散热特性,适合于大电流驱动.【期刊名称】《照明工程学报》【年(卷),期】2019(030)001【总页数】6页(P26-31)【关键词】共晶焊;LED;高压;倒装结构;性能表征【作者】尹越;田婷;刘志强;王江华;伊晓燕;梁萌;闫建昌;王军喜;李晋闽【作者单位】中国科学院半导体研究所照明研发中心,北京100083;中国科学院大学,北京100049;北京第三代半导体材料与应用工程技术研究中心,北京 100083;中国科学院半导体研究所照明研发中心,北京100083;中国科学院大学,北京100049;北京第三代半导体材料与应用工程技术研究中心,北京 100083;中国科学院半导体研究所照明研发中心,北京100083;中国科学院大学,北京100049;北京第三代半导体材料与应用工程技术研究中心,北京 100083;鹤壁市大华实业有限公司,河南鹤壁458000;中国科学院半导体研究所照明研发中心,北京100083;中国科学院大学,北京100049;北京第三代半导体材料与应用工程技术研究中心,北京 100083;中国科学院半导体研究所照明研发中心,北京100083;中国科学院大学,北京100049;北京第三代半导体材料与应用工程技术研究中心,北京 100083;中国科学院半导体研究所照明研发中心,北京100083;中国科学院大学,北京100049;北京第三代半导体材料与应用工程技术研究中心,北京 100083;中国科学院半导体研究所照明研发中心,北京100083;中国科学院大学,北京100049;北京第三代半导体材料与应用工程技术研究中心,北京 100083;中国科学院半导体研究所照明研发中心,北京100083;中国科学院大学,北京100049;北京第三代半导体材料与应用工程技术研究中心,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TM923引言随着商业照明逐渐向大电流、高亮度、多集成方向发展，对高密度电流驱动LED 的关注与日俱增。
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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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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）
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
LED倒装芯片与 倒装焊工艺
主讲人：徐广岁
Contents
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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
导热系数(W/(m· K)) >200
金属——金属界面，导 热系数高，热阻小。
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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
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
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
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
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
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）
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