LED倒装芯片与 倒装焊工艺
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
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
`
金线拉力 ≈10g
芯片推力 >2000g;
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
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
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
1 倒装结构LED芯片 Thin Film Flip Chip
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
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1 2 3
吸晶/固晶力度 顶针速度
60g
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
银胶固晶
2 倒装焊固晶工艺
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
high
60g
low
50g
low
痕深度μm 0.574/0.392 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
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 ℃
软钎料
锡基钎料
10-20 25
<5% 2 mil
（0.5 mil）（<1 mil）
银胶
银、环氧混合物 10-20 25
-
（0.5 mil）（<1 mil）
2 mil
晶片旋转 1° 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
? 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 %
热超声固晶
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
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 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。
电镀工艺流程
3 Au-Sn共晶的制备方法
3 Au-Sn共晶的制备方法 Au/Sn:10μm/10μm
150℃时效(a)5h; (b)10h
? 如果固晶在比较平滑的支架表面上 , 可提升推力
Au-Sn二元相图
3 Au-Sn共晶的制备方法
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
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
热超声 固晶
2 倒装焊固晶工艺
2 倒装焊固晶工艺
固晶工艺
固晶工艺 绝缘胶固晶
银胶固晶
直接共晶 焊剂共晶
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 ? 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
3 Au-Sn共晶的制备方法 Au/Sn:10μm/10μm
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
Au/Sn:9μm/6μm
3 Au-Sn共晶的制备方法
回流(a)10s; (b)60s
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
`
物料
导热系数(W/(m·K))
金属合金
>200
金属 —— 金属界面，导 热系数高，热阻小。