倒装焊技术助力大功率高亮度LED
覆晶(倒装 Flip Chip LED)工艺介绍
为什么要用覆晶LED覆晶焊技术支持的LED光源与传统封装光源相比，具有热阻低，电压低，大电流密度光效高的特点，综合研究表明覆晶LED光源在应用上有其独特的潜力和优势。
优点：（1）、高可靠性,最稳定的SMT锡制程，承受拉力是传统LED的数十倍。
（2）、低热阻(3014热阻为40℃/W,倒装为5.8℃/W)，高散热性，防止热量过高而烧坏晶片或荧光粉和封装胶。
（3）、无金线可实现多芯片的集成，特别是COB和高压LED灯源。
也有效的避免金线引起的各种风险，比如热膨胀使之断裂，外部冲击波或压力造成金钱断裂等优势。
（4）、导电面积大,内阻小，能承受大电流通过，减少因为内阻大引起的过大热量。
（5）、发光率高，发光角度大等优点。
（6）、封装工艺简化，降低封装成本，高提生产良率。
（7）、低光衰，不因为热引起的快速光衰，从而延长了芯片的寿命，是普通灯具的10倍以上一、结构优势??? 首先，相对于正装和垂直的芯片封装方式，覆晶封装没有金线存在，可以有效避免金线可能引起的各种风险。
下表为硅胶、金线、芯片的热膨胀系数值，其数量级的差距说明了硅胶热膨胀对金线的拉扯会造成可靠性的隐患。
?材料热膨胀系数??? 其次，覆晶焊采用金属与金属直接接触的方式，其大电流散热能力比传统封装更好。
如图为传统封装与覆晶封装在散热通道方面的区别，传统正装封装通过蓝宝石和固晶银胶散热，覆晶焊通过金属通道散热，传统封装的蓝宝石和固晶胶成为散热瓶颈。
下表所示的数值为蓝宝石、固晶胶、金属三者在导热系数大小，三者对比明显可以发现覆晶焊金属导热通道的巨大优势。
材料导热系数传统封装光源散热通道覆晶焊封装光源散热通道??? 最后，覆晶焊的封装不存在金线的焊线弧度，能够实现超薄型的平面封装。
传统封装方式金线的拉力仅10g左右，而覆晶焊的接触面推力达到500g以上，覆晶封装可以抵抗一定的表面挤压而不影响LED的光电性能，适合于狭小的应用空间内。
例如手机、摄像机、背光等领域。
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。
LED光电器件覆晶倒装焊产业化的关键技术研究
科技资讯2015 NO.22SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION工 业 技 术73科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 1 国内外技术发展及现状GaN基发光二极管(LED)作为新一代的环保型固态光源,已经成为产业界的关注焦点。
1992年,有“蓝光之父”之称的中村修二成功地制备出了Mg掺杂的p型GaN ,随后在1993及1995年采用InGaN/GaN异质结结构成功制备了高亮度的蓝光LED,并因此而斩获了2014年度的诺贝尔物理学奖。
目前,大功率、高亮度的白光LED已经成为了照明领域的发展热点。
白光LED发光效率虽然已经达到了170lm/W,但离其理论值250lm/W尚有一定的差距,因此进一步提高其发光效率成为功率型白光LED的一个关键技术问题。
一般来说,提高LED的发光效率有两种途径,分别是提高其内量子效率及光提取效率。
另一方面,如何提高散热能力成为了功率型LED器件发展的另一个关键技术[1]。
随着LED功率的增大,特别是固态照明技术发展的需求,对LED封装的光学、热学、电学和机械结构等提出了新的、更高的要求。
由此可见,研究高取光效率、低热阻、高可靠性的封装技术是大功率LED走向实用及产业化的必经之路。
覆晶(Flip-Chip)技术,也称为倒晶封装法,是一种在IC封装技术领域成熟的芯片封装工艺。
因为能满足上述高性能封装的要求,基于覆晶技术的功率LED封装被认为是封装功率型高亮度LED的关键技术及发展趋势[3]。
在过去传统的水平及垂直式晶片结构中,正面电极的吸收及GaN-Air界面全反射临界角等因素会很大程度上影响光提取效率[2];另一方面,传统封装结构中,LED 芯片的热量需经由衬底蓝宝石(其热导率仅为38W/m.K)传导至导热基板,导热路径较长,从而芯片的热阻较大。
而采用覆晶技术形成的倒装结构,将蓝宝石衬底芯片进行倒置,芯片直接焊接在导热基板上,电极在底部与基板相互连接,也就避免了传统封装中芯片高低差带来的打线困难的问题。
关于提高高亮度发光二极管发光效率的探讨
Ａｂ ｔａ ｔ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔ ｒ ｌ ｈ ｉ ｇ ｏ ｓ ｒ ｃ ：Ｓ ｍｉ ｏ ｄ ｃ ｏ ｉ ｔ ｎ ＨＢ — Ｅ ｉ ｆ ｃ ｓ ｄ ｂ ｌ ｔ ｅ ｇ ｏ ．Ｔｈｅ ｍ ａｎ ｐ ｏ ｌｍ ｆ ｇ ｎ — Ｄ ｓ ｏ ｕ ｅ ｙ ａｌ ｈ ｌ ｂｅ Ｌ ｉ ｒ ｂｅ ｏ
摘
要 ： 用 高亮度 发 光 二极 管 （ — Ｅ 的半 导 体 照 明技 术 正 受到全 球 关注 ． 使 ＨＢ Ｌ Ｄ） 而存 在 的主要
问题 是发 光效 率低 。本 文指 出发 光 效率 即外 量子 效率 是 内量子 效 率和提 取 效率 的乘积 。提 高 内 量子 效率 的方 法是 获得 高质 量 Ｇａ 材 料 的外 延技 术 ．采 用四组 分 Ａ ｌＧａ 结构 及在 半极 性 面 Ｎ Ｉ ｎ Ｎ
或 非极性 面上 制 作 Ｌ Ｄ， 高提 取 效 率 的途 径 主要 有 倒 装 焊技 术 、 面 粗 化技 术 、 片粘合 技 Ｅ 提 表 芯 术 、 片成 形技 术 以及微 芯 片 阵列技 术等 。 芯
关键词 ： 高亮度 Ｌ Ｄ； 光效 率 ； Ｅ 发 内量子 效 率 ； 取 效率 提 中图分 类号 ： Ｎ ７ Ｔ ２ 文献标 识码 ： Ａ
维普资讯
刘一兵 ： 关于提高高亮度发光二极管发光效率的探讨
文章编号 ：０ ６ ６ ６ （０ ７ １－ ０ ９ ０ １０ — ２ ８２ ０ ）１０ ３— ５
关 于提 高 高 亮度 发 光 二极 管 发 光效 率 的探 讨
刘 一 兵 １ ， ２来自（、 １ 湖南 大学 电气 与信 息工 程学 院 湖 南 ， 沙 ４ ０ ８ ； 长 １ ０ ２ ２ 邵 阳职 业技 术学 院机 电工程 系 湖 南 ， 阳 ４ ２ ０ ） 、 邵 ２ ０ ０
LG Innotek开发优质高级照明用“高品质倒装芯片LED封装”
封面目录打印订阅技术动态上海慕尼黑电子展专题业界访谈每月新品解决方案世界电子元器件2018年第3期41 / 58LG Innotek 今天称已成功开发可承受300摄氏高温的焊接工艺而不影响其性能的高光效、高光通量“新一代倒装芯片 LED 封装”，并将于1月开始进入量产。
这是克服现有倒装芯片 LED 封装的品质极限，并能够扩大其应用范围的创新性产品。
LG Innotek 利用最尖端半导体技术，开发了巨大提升产品可靠性高品质倒装芯片LED 封装。
以此实现了中功率及高功率下的高光效、高光速高级照明产品化。
倒装芯片 LED 可将芯片的电极直接贴在 PCB 线路板上面，无需使用电极连接线，因此不会发生断线且防热功能优异。
倒装芯片 LED 作为高功率 LED 光源约从 3 年前开始就一直受到 BLU (Back Light Unit) 业界的关注。
但市场上流通的现有 LED 封装是省略了发射性白树脂及工艺简单的CSP （Chip Scale Package:将半导体零件包装的面积缩小为芯片大小）形态，普遍只用于高功率 LED 光源，且暴露于高温时芯片与线路板的连接部位会融化而导致芯片位置偏移、亮度减少近10 % 的问题。
制作照明模块及完成品时，在部分工艺温度高达250度以上的情况下，以现有倒装芯片 LED 封装与反射性白色树脂很难保障照明的品质。
此次 LG Innotek 开发的“高品质倒装芯片 LED 封装”即使在 250~300 度的高温下，芯片与线路板的连接部位也不会融化，能够稳定实现220 lm/W 级别的高光效。
公司解释称，照明企业可以使用该倒装芯片 LED 封装放心制作灯泡、管道、平板型的高级照明，无需担心发光质量。
LG Innotek 独自设计了封装内部结构与工艺，并改良了现有倒装芯片装配技术，开发了倒装芯片 LED 封装。
芯片内部结构也使用独创技术重新进行了设计，以使防热性能最大化。
同时 LG Innotek 将重点放在了高品质，仅可靠性测试就进行了 6,000 小时以上。
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。
LED倒装芯片与倒装焊工艺
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
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
LED倒装芯片与 倒装焊工艺
Contents
1 2
倒装结构LED芯片 倒装固晶工艺
Au-Sn共晶的制备方法
3
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g
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
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 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
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
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。
LED倒装封装结构的优势
LED倒装封装结构的优势本文对比研究了垂直结构LED 和倒装结构LED 随着电流增大的光输出变化规律，并且与普通正装LED 进行了比较，得出了倒装结构LED具有更好的抗大电流冲击稳定性和光输出性能。
白光发光二极管(LED)因其节能、环保、可靠性高和设计灵活等优点在照明领域得到广泛开发和应用。
为了满足日益增长的照明需求，较大输出功率LED的研发和技术改进得到了广泛开展。
1、正装封装结构的缺陷目前，商业化的LED很多采用金线将芯片的PN结与支架正负极连接的正装封装结构。
然而，随着输出功率的不断提高，制约大功率LED发展的光衰较大和光淬灭等失效问题相继涌现。
淬灭失效的主要原因是金线断裂。
在金线引线连接过程中，受到金纯度、键合温度、金线弯曲度、焊接机精度和键合工艺等多重因素影响，造成金线断开而淬灭。
其次，混合荧光粉的硅胶涂覆在芯片表面，起到光转化作用和保护金线等双重作用，当芯片通电后温度上升，由于硅胶热胀冷缩等原因将对金线和焊点产生冲击，焊点脱焊，造成淬灭。
光衰较大失效的主要原因是硅胶的黄化或透过率降低。
正装结构LED p、n电极在LED 的同一侧，电流须横向流过n-GaN层，导致电流拥挤，局部发热量高，限制了驱动电流;其次，由于蓝宝石衬底导热性差，严重阻碍了热量的散失。
在长时间使用过程中，因为散热不好而导致的高温，影响到硅胶的性能和透过率，从而造成较大的光输出功率衰减。
因此，为了改善正装封装LED的金线易断裂和散热不好等问题，业内研究者们相继发明了垂直结构LED和倒装结构LED。
相较于正装LED，垂直结构采用高热导率的衬底(Si、Ge和Cu等衬底)取代蓝宝石衬底，在很大程度上提高散热效率;垂直结构的LED芯片的两个电极分别在LED外延层的两侧，通过n电极，使得电流几乎全部垂直流过LED外延层，横向流动的电流极少，可以避免局部高温。
但是目前垂直结构制备工艺中，蓝宝石剥离工艺较难，制约了产业化发展进程。
而另一项发明的倒装结构LED，因其可以集成化、批量化生产，制备工艺简单，性能优良，逐渐得到了照明行业的广泛重视。
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倒装焊技术助力大功率高亮度LED
近日，记者专访了晶科(APT)董事总经理肖国伟博士，他揭示了晶科大功率高亮度LED芯片，在一片降价声潮中，逆势上扬的原因。
肖博士指出，晶科从一开始就注重发展大功率高亮度LED，1W的发光效率目前已经达到110流明以上，这在中国大功率LED品牌当中，已经处于遥遥领先的位置。
目前中国内地大功率LED芯片能达到这样效率是少之又少的，这使晶科2010年以来的订单源源不断，截止到目前，产能处于供不应求，晶科主流功率LED不但没有随着大功率LED降价风潮降价，反而有所提升。
晶科(APT)董事总经理肖国伟博士晶科表示，该公司的主要产品范畴，是应用于白光照明和商用照明蓝光LED芯片，规格为0.5W、1W、至3W不等。
晶科的大功率倒装焊LED芯片技术，以及整合电路相结合，并与系统搭配，既能提供单晶的0.5W、1w的光源，也能提供多晶的模块与光源。
同时，能根据客户需要的整合功能提供给封装和应用厂家，可将晶科LED模块直接供应给下游LED灯具厂使用。
肖博士指出，晶科的倒装焊技术，是得益于公司创始股东香港科技大学的专利技术，客户使用晶科LED产品，在进行封装时，晶线可以直接打在硅基板(Si)上，硅拥有良好的导热性，使其容易散热，同时采用250微米Ｘ250微米的大焊盘，方便客户拼装。
如果客户需要多芯片模组时，晶科可直接提供一个大功率模组芯片，模块芯片比普通芯片成本要高10％，但是客户可以节省固晶、打线等成本，在总体上可为客户节省10％左右的成本。
另外，模组与COB封装比较，不但具有COB散热好等功能，还可以做到功能结合在一起，如在电压保护方面，能制作高压模组模块等。
客户在高压芯片完成后，当他们需要高瓦数时，晶科可以直接为其提供一个芯片，其亮度可以提高15到20％。
肖博士认为，推广使用倒装焊技术(Flip-Chip)，首先需要下游的封装厂去解决好散热、配光等问题，但由于中国内地的中高端封装厂并不在多数，这也成为制约晶科在大陆推广大功率高亮度芯片的一大难题。
为了解决这一问题与扩大市场，晶科采用与国际资本投资联合的策略，着重推广海外市场，与具备规模的高端客户合作，与终端照明企业建立合作关系，将晶科的大功率高亮度芯片封装在大型照明企业的LED灯具上面。
该公司的市场定位是封装和照明企业，不涉及灯具。
晶科主要是依靠自身发展，靠公司的风险投资和战略投资人去发展的。
晶科目前的每月的总体产能为1万—1.5万片，主要集中在大功率高亮度芯片，主要面向中高端市场。
至于小芯片、面向低端市场的产品基本上没有涉足。
另外，这些LED芯片的终端应用，主要是在路灯、商用照明、特种照明市场，主要的客户为大功率LED封装企业、应用在功能性照明的重要企业。
肖博士预估，在中国本土生产大功率高亮度芯片的企业中，晶科占市比可排名第一。
如果加上晶电、Cree等这样的海外企业，晶科可以排名到第三或者是第四名。
晶科定位于中高端的品牌目前已建立，其产品的90％以中国大陆为主要销售市场。
同时，他认为LED应系统降低成本，通过技术提升，掌握高端核心技术，提高产品的高附加值使产品具有高性价比，企业才能在市场上站稳并实现长期发展。