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