LED倒装芯片与倒装焊工艺.ppt
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。
倒装的工艺和分类.ppt
组件具有优异的热性能和电性能 支持极大的I/O数量 不存在I/O焊盘尺寸的限制 大批量可靠地装配 最小的元器件尺寸和质量
最短的、最简单的信号通路
倒装技术分类
②直接芯片连接（DCA）
超微细节2~0.254mm； 焊球直径0.1~0.127mm； PCB材料基板；
组件具有优异的热性能和电性能 支持极大的I/O数量 不存在I/O焊盘尺寸的限制 大批量可靠地装配 最小的元器件尺寸和质量
最短的、最简单的信号通路
倒装技术分类
③黏着剂连接
FCAA具有多种形式。 黏着剂代替焊料进行连接。
黏着剂可以贴装多种材料。
知识小结
1、FC简介： FC概念、FC特点、FC组装； 2、FC的工艺： 封装外壳；互连阵列；翻转安装； 3、FC的分类： ①控制塌陷芯片连接；②直接芯片连接；③黏着剂连接。
与传统的表面贴装元器件不同！
没有封装外壳； 互连阵列代替焊盘； 管芯翻转安装； 互连缩短； 减少延迟时间。
倒装技术分类
倒装芯片技术，Flip Chip，FC。
根据倒装芯片的连接形式，可以分为三类：
倒装技术分类
①控制塌陷芯片连接（C4）
超精细间距的BGA； 焊球成分97Pb/3Sn； 节距0.2~0.254mm； 焊球直径0.1~0.127mm； 陶瓷基片。
先进封装技术
倒装的工艺和分类
学习目标
教学 目标
倒装技术简介 倒装技术工艺 倒装技术分类
倒装技术简介
倒装芯片技术，Flip Chip，FC。
倒装技术简介
优点
较小尺寸 增强功能和性能 提高可靠性 提高散热能力 降低成本
缺点
裸芯难测试 焊点检测难 组装精度要求高 工艺兼容性差 PCB适应性面临挑战
倒装技术工艺
LED芯片倒装封装
LED芯片倒装封装传统正装的LED蓝宝石衬底的蓝光芯片电极在芯片出光面上的位置如图1所示。
由于p型GaN掺杂困难，当前普遍采用p型GaN上制备金属透明电极的方法，从而使电流扩散，以达到均匀发光的目的。
但是金属透明电极要吸收30%~40%的光，因此电流扩散层的厚度应减少到几百nm。
厚度减薄反过来又限制了电流扩散层在p型GaN层表面实现均匀和可靠的电流扩散。
因此，这种p型接触结构制约了LED芯片的工作电流。
同时，这种结构的pn结热量通过蓝宝石衬底导出，由于蓝宝石的导热系统为35W/(m·K)（比金属层要差），因此导热路径比较长。
这种LED芯片的热阻较大，而且这种结构的电极和引线也会挡住部分光线出光。
图1 传统蓝宝石衬底的GaN芯片结构示意图倒装封装总之，传统正装的LED芯片对整个器件的出光效率和热性能而言不是最优的。
为了克服正装的不足，美国Lumileds Lighting 公司发明了Flipchip （倒装芯片）技术，如图2 所示。
图2 倒装芯片示意图这种封装法首先制备具有适合共晶焊接的大尺寸LED芯片，同时制备相应尺寸的硅底板，并在其上制作共晶焊接电极的金导电层和引出导电层（超声波金丝球焊点）。
然后，利用共晶焊接设备将大尺寸LED芯片与硅底板焊在一起。
目前，市场上大多数产品是生产芯片的厂家已经倒装焊接好的，并装上防静电保护二极管。
封装厂家将硅底板与热沉用导热胶粘在一起，两个电极分别用一根φ3mil金丝或两根φ1mil金丝。
综上所述，在做好倒装芯片的基础上，在封装时应考虑三个问题：·由于LED是W级芯片，那么应该采用直径多大的金丝才合适？·二是怎样把倒装好的芯片固定在热沉上，是用导热胶还是用共晶焊接？·三是考虑在热沉上制作一个聚光杯，把芯片发出的光能聚集成光束。
根据热沉底板不同，目前市场上常见有两种热沉底板的倒装法：一是上述介绍的利用共晶焊接设备，将大尺寸W级LED芯片与硅底板焊接在一起，这称为硅底板倒装法。
LED封装工艺流程图解PPT课件
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2. 封装的基石: 固晶 3. 对外的桥梁: 焊线 4. 美丽的外衣: 成型树酯
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二、LED封装材料
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二、LED封装共14页
三、LED封装工艺流程
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三、LED封装工艺流程
• 固晶(Die Attachment or Die Bonding) • 固晶之目的:利用银胶（绝缘胶）将芯片与支架（PCB）粘连在一起。
一、LED封装简介
1.LED封装之目的: – 将半导体芯片封装程可以供商业使用之电子组件 – 保护芯片防御辐射,水气,氧气,以及外力破坏 – 提高组件之可靠度 – 改善/提升芯片性能 – 提供芯片散热机构 – 设计各式封装形式,提供不同之产品应用
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二、LED封装材料
1. 封装核心:基板 •基板的性能对于非晶粒性之失效有决定性之影响
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三、LED封装工艺流程
测试的目的是：对经过封装和老化试验的LED进行光电参数、外形尺寸 的检验，按照设定要求将成品材料分成不同的BIN。满足客户的需求。 同时将电性不良剔除。
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三、LED封装工艺流程
在管壳上打印器件型号、出厂日期等标记，进行成品的计数包 装，包装袋内放入干燥剂和标签，经过品管检验后封口，对于 超高亮LED还需要防静电包装。
支架/PCB
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三、LED封装工艺流程
2.焊线
• 焊线(Wire Bonding) • 焊线之目的：利用金线将芯片与支架/PCB焊接在一起，形成一个
导电回路。
• 焊线之制程重点:
– 根据芯片进行焊线参数调整
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。
第四讲微系统封装技术-倒装焊技术ppt课件
UBM 凸点形成
Pb/Sn bump Si Chip
Solder Wetting Layer Adhesion / Barrier Layer Al pad
Passivation Layer
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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第一步：凸点底部金属化 （UBM）
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该技术是在铝的表面沉积一层锌，以防止铝发生氧化，该技术的反应原理如下：
经营者提供商品或者服务有欺诈行为来自的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
锌酸盐处理步骤
• 清洗：清理铝表面的轻度污染，通常采用碱性清洗剂。
优点： 1.互连线很短，互连产生的电容、电阻电感比引线键合和载带自动焊小得多。从而 更适合于高频高速的电子产品。 2.所占基板面积小，安装密度高。可面阵布局，更适合于多I/O数的芯片使用。 3.提高了散热热能力，倒装芯片没有塑封，芯片背面可进行有效的冷却。 4.简化安装互连工艺，快速、省时，适合于工业化生产。 缺点： 1.芯片上要制作凸点，增加了工艺难度和成本。 2.焊点检查困难。 3.使用底部填充要求一定的固化时间。 4.倒装焊同各材料间的匹配所产生的应力问题需要解决。
第六讲LED芯片结构和热ppt课件
➢ 到2006年，Philips Lumileds Lighting公司报道 了一种新的薄膜倒装焊接的多量子阱结构的 LED（TFFC-LED）。
薄膜倒装结构的示意图以及工作状态下点亮后的显微图 20
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
(a)正装结构造成电流拥挤
(b)垂直结构电流分布均匀 16
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
垂直结构芯片技术-优势
➢ (2) 传统的正装结构采用蓝宝石衬底，由于蓝宝石衬 底不导电，所以需要刻蚀台面，牺牲了有源区的面积。 另外，由于蓝宝石衬底的导热性差（35Ｗ/(m•K)）， 还限制了LED芯片的散热；垂直结构LED采用键合与剥 离的方法将蓝宝石衬底去除，换成导电性好并且具有 高热导率的衬底，不仅不需要刻蚀台面，可充分的利 用有源区，而且可有效地散热。
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经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
➢ （2）在外延片顶部的P型GaN：Mg层上淀积厚 度大于50nm的P电极反射层；
➢ （3）刻蚀掉部分P型外延层和多量子阱有源层， 露出n型层，然后在暴露的n型GaN层上沉积Al基 n接触，其中P型欧姆接触为正方形，N型欧姆接 触以梳状插入其中，这样可缩短电流扩展距离， 把扩展电阻降至最小；
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经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
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
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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。