LED倒装芯片与倒装焊工艺课件

倒装结构LED芯片1倒装固晶工艺2Au-Sn共晶的制备方法3LED倒装芯片与倒装焊工艺倒装结构LED芯片1倒装固晶工艺2Au-Sn共晶的制备方法311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芯片正装/倒装芯片结构对比器件功率2传统正装封装结构金线拉力≈10g电性连接点接触，瞬间大电流冲击易烧断`倒装无金线封装结构芯片推力>2000g;电性连接面接触，可耐大电流冲击高可靠性-机械强度-散热性能1倒装结构LED芯片传统正装封装结构金线拉力≈10g电性连接点接触，瞬间大电流冲3倒装无金线封装结构金属——金属界面，导热系数高，热阻小。传统正装封装结构银胶热阻较高蓝宝石层在芯片下方，导热差`物料导热系数(W/(m·K))蓝宝石35-36银胶2.5-30物料导热系数(W/(m·K))金属合金>200低热阻，可大电流使用结构及材料大面积电极1倒装结构LED芯片倒装无金线封装结构金属——金属界面，导热系数高，热阻小。传统4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芯片支持荧光粉薄层涂覆工艺更均匀的空间色温分布1倒装结构LED5无金线阻碍，可实现超薄封装，节省设计空间10-100μm150-200μm1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10-100μm16ThinFilmFlipChip1倒装结构LED芯片ThinFilmFlipChip1倒装结构LED芯片7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Diebond倒装焊接表面粗化/半导体表面加工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/制8晶片支架点胶固晶以银粉+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银胶固晶2倒装焊固晶工艺晶片支架点胶固晶以银粉+环氧树脂在加热的条件下(150℃/9晶片支架绝缘胶点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固晶2倒装焊固晶工艺晶片支架绝缘胶点胶固晶以绝缘胶在加热的条件下固化的方式粘合10固晶工艺2倒装焊固晶工艺直接共晶焊剂共晶钎料固晶热超声固晶固晶工艺2倒装焊固晶工艺直接焊剂钎料热超声固晶11固晶工艺2倒装焊固晶工艺固晶工艺优点缺点绝缘胶固晶成本低工艺成熟粘接强度高效率高导热性差挥发性银胶固晶工艺简单粘接强度高较好的导热性相对较低的导热性粘度大，不均匀挥发性直接共晶优越的导热性无焊剂钎料溢出孔洞焊剂共晶优越的导热性工艺简单粘接强度高清洗焊剂残留孔洞热超声固晶良好的导热性良好的取光率工艺复杂效率低粘接强度低固晶工艺2倒装焊固晶工艺固晶工艺优点缺点绝缘胶固晶成本低导12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倒装焊固晶工艺共晶固晶相比传统固晶方式的优点:2倒装焊固晶工艺132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倒装焊固晶工艺直接共晶焊存在的问题只加热焊盘14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加热夹头2倒装焊固晶工152倒装焊固晶工艺直接共晶（加热焊盘）焊剂共晶直接共晶（加热夹头和焊盘）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2倒装焊固晶工艺直接共晶焊剂共晶直接共晶加热夹头可以显著减162倒装焊固晶工艺固晶方法固晶材料性能厚度晶片倾斜孔洞偏移晶片旋转加热夹具共晶焊AuSn202μm3μm<10%1mil1°软钎料锡基钎料10-20（0.5mil）25（<1mil）<5%2mil1.5°银胶银、环氧混合物10-20（0.5mil）25（<1mil）-2mil1.5°固晶质量2倒装焊固晶工艺固晶方法固晶材料性能厚度晶片倾斜孔洞偏移晶172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倒装焊固晶工艺热超声倒装焊热超声=热+力+超声能量原理：182倒装焊固晶工艺不同实验条件及剪切力2倒装焊固晶工艺不同实验条件及剪切力192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固晶力度20顶针痕深度吸芯片力度及顶针速度优化后吸晶固晶力度共晶焊的影响因素设定吸晶/固晶力度顶针速度痕深度μm160ghigh0.574/0.392260glow0.5/0.573350glow0.368/0.3622倒装焊固晶工艺顶针痕深度共晶焊的影响因素设定吸晶/固晶力度顶针速度痕深度μ21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℃2倒装焊固晶工艺共晶焊的影响因素固晶温度2倒装焊固晶工艺22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2倒装焊固晶工艺共晶焊的影响因素支架设计2倒装焊固晶工艺23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,可提升推力共晶焊的影响因素支架设计--表面粗糙度243Au-Sn共晶的制备方法Au-20wt%SnAu-90wt%SnAu-Sn二元相图3Au-Sn共晶的制备方法Au-20wt%SnAu-Sn二25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。3Au-Sn共晶的制备方法预成型片3Au-Sn共晶的制备方法263Au-Sn共晶的制备方法电镀工艺流程3Au-Sn共晶的制备方法电镀工艺流程273Au-Sn共晶的制备方法Au/Sn:10μm/10μm150℃时效(a)5h;(b)10h3Au-Sn共晶的制备方法Au/Sn:10μm/10μm1283Au-Sn共晶的制备方法Au/Sn:10μm/10μm150℃时效(c)15h;(d)20h3Au-Sn共晶的制备方法Au/Sn:10μm/10μm1293Au-Sn共晶的制备方法Au/Sn:10μm/10μm150℃时效(e)25h3Au-Sn共晶的制备方法Au/Sn:10μm/10μm1303Au-Sn共晶的制备方法Au/Sn:9μm/6μm回流(a)10s;(b)60s3Au-Sn共晶的制备方法Au/Sn:9μm/6μm回流(31倒装结构LED芯片1倒装固晶工艺2Au-Sn共晶的制备方法3LED倒装芯片与倒装焊工艺倒装结构LED芯片1倒装固晶工艺2Au-Sn共晶的制备方法3321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芯片正装/倒装芯片结构对比器件功率33传统正装封装结构金线拉力≈10g电性连接点接触，瞬间大电流冲击易烧断`倒装无金线封装结构芯片推力>2000g;电性连接面接触，可耐大电流冲击高可靠性-机械强度-散热性能1倒装结构LED芯片传统正装封装结构金线拉力≈10g电性连接点接触，瞬间大电流冲34倒装无金线封装结构金属——金属界面，导热系数高，热阻小。传统正装封装结构银胶热阻较高蓝宝石层在芯片下方，导热差`物料导热系数(W/(m·K))蓝宝石35-36银胶2.5-30物料导热系数(W/(m·K))金属合金>200低热阻，可大电流使用结构及材料大面积电极1倒装结构LED芯片倒装无金线封装结构金属——金属界面，导热系数高，热阻小。传统35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芯片支持荧光粉薄层涂覆工艺更均匀的空间色温分布1倒装结构LED36无金线阻碍，可实现超薄封装，节省设计空间10-100μm150-200μm1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10-100μm137ThinFilmFlipChip1倒装结构LED芯片ThinFilmFlipChip1倒装结构LED芯片38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Diebond倒装焊接表面粗化/半导体表面加工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/制39晶片支架点胶固晶以银粉+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银胶固晶2倒装焊固晶工艺晶片支架点胶固晶以银粉+环氧树脂在加热的条件下(150℃/40晶片支架绝缘胶点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固晶2倒装焊固晶工艺晶片支架绝缘胶点胶固晶以绝缘胶在加热的条件下固化的方式粘合41固晶工艺2倒装焊固晶工艺直接共晶焊剂共晶钎料固晶热超声固晶固晶工艺2倒装焊固晶工艺直接焊剂钎料热超声固晶42固晶工艺2倒装焊固晶工艺固晶工艺优点缺点绝缘胶固晶成本低工艺成熟粘接强度高效率高导热性差挥发性银胶固晶工艺简单粘接强度高较好的导热性相对较低的导热性粘度大，不均匀挥发性直接共晶优越的导热性无焊剂钎料溢出孔洞焊剂共晶优越的导热性工艺简单粘接强度高清洗焊剂残留孔洞热超声固晶良好的导热性良好的取光率工艺复杂效率低粘接强度低固晶工艺2倒装焊固晶工艺固晶工艺优点缺点绝缘胶固晶成本低导43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倒装焊固晶工艺共晶固晶相比传统固晶方式的优点:2倒装焊固晶工艺442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倒装焊固晶工艺直接共晶焊存在的问题只加热焊盘45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加热夹头2倒装焊固晶工462倒装焊固晶工艺直接共晶（加热焊盘）焊剂共晶直接共晶（加热夹头和焊盘）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2倒装焊固晶工艺直接共晶焊剂共晶直接共晶加热夹头可以显著减472倒装焊固晶工艺固晶方法固晶材料性能厚度晶片倾斜孔洞偏移晶片旋转加热夹具共晶焊AuSn202μm3μm<10%1mil1°软钎料锡基钎料10-20（0.5mil）25（<1mil）<5%2mil1.5°银胶银、环氧混合物10-20（0.5mil）25（<1mil）-2mil1.5°固晶质量2倒装焊固晶工艺固晶方法固晶材料性能厚度晶片倾斜孔洞偏移晶482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倒装焊固晶工艺热超声倒装焊热超声=热+力+超声能量原理：492倒装焊固晶工艺不同实验条件及剪切力2倒装焊固晶工艺不同实验条件及剪切力502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固晶力度51顶针痕深度吸芯片力度及顶针速度优化后吸晶固晶力度共晶焊的影响因素设定吸晶/固晶力度顶针速度痕深度μm160ghigh0.574/0.392260glow0.5/0.573350glow0.368/0.3622倒装焊固晶工艺顶针痕深度共晶焊的影响因素设定吸晶/固晶力度顶针速度痕深度μ52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℃2倒装焊固晶工艺共晶焊的影响因素固晶温度2倒装焊固晶工艺53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2倒装焊固晶工艺共晶焊的影响因素支架设计2倒装焊固晶工艺54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,可提升推力共晶焊的影响因素支架设计--表面粗糙度553A