现金LED封装技术

先进LED封装工艺与设备LED封装技术深圳市重点实验室

马建设，韩励想

清华大学深圳研究生院先进制造学部2013.11.19.围绕：1）功率型LED的COB封装；2）界面的共晶焊连接；3）高导热基板系统；4）覆晶芯片应用；5）远程荧光粉发光技术；6）导热性能、光电效率测试；7）应用及发展前景。2

芯片材料、结构封装技术散热材料、结构，配光3传统COB封装的主要缺点：导热及可靠性方面：固晶胶导热系数低，空气间隙多，热可靠性差；键合引线易断裂，导热截面小、距离长；配光方面（荧光粉涂覆芯片）：亮度、色温一致性差；工作温度高，载体易老化，光衰严重；结合应力大，不可靠；工艺复杂，生产效率低，成本高。4传统主要设备及工艺流程：固晶机、烘箱、打线机、点胶机固晶—热固化—引线键合—涂荧光粉—热固化荧光粉混合覆晶+远程配光工艺主要设备及工艺流程：固晶机、烘箱（其它行业厂商批量预制）固晶—共晶焊—成品组装受热老化&拉断引线5芯片衬底连接于基板或散热器

1）COB封装

工艺简单生产速度快降低成本散热效率高大功率高密度SMDCOBFlipChipsubstrate例如：使用中、小功率芯片

的大功率照明；超高清LED显示大屏------。～300microntypical6国产自动固晶机

已经成熟兼容COB/SMT/DLP摆动悬臂式；通过更换工装可适

应多种封装结构。7一种高导热连接方式2）锡膏共晶焊可靠性高；导热系数高（k～50）；锡膏涂敷可在固晶过程中同时完成CREE83）高导热基板AlN陶瓷基板高导热系数高的热稳定性可靠性最高；导热系数高（k>170w/m·k）；产生界面最少；工艺最简单；价格较高。9电化学表面陶瓷化铝基板1）MAO（微弧氧化）表面陶瓷化；2）硬质阳极氧化（厚20micron以上）。。1250倍1250倍电解槽设备；可调占空比、波形电源；电解液循环冷却系统。20倍10基板金属导电图形制作工艺11DPC工艺设备1）磁控溅射镀膜；2）精密电镀设备可用于大规模量产的连续溅射镀膜设备12CPC陶瓷印刷设备1）丝网印刷设备；2）常规可编程控温烤箱；3）狭小、有障碍表面可使用自

动高精度点胶机直写图形。1313高精度要求，可满足：阵列型LED模组；LED像素芯片封装；DPC工艺14预处理后陶瓷表面

1250倍光学显微放大磁控溅射镀膜后15增大导热面积4）相变导热元件（1）热源，（2）液体气化，（3）外壳，（4）冷凝面，（5）回流液体铜、铝腔体；内层微纳毛细结构；合适循环液体；在均热板表面制作绝缘层、

导电层，直接COB封装。165）覆晶芯片应用导热性能好；可靠性高；封装密度高；工序简化、生产效率高；出光面更大，更均匀，光提取效率高。固晶=焊线，省略金线键合；无需附加设备；结合垂直电流技术。SMDCOBFlipChipsubstrate176）远程荧光粉发光技术抗老化，材料选择性高；光效高；彻底解决应力不可靠性；光谱、色温易控制；工艺简化，成本降低，良品率高，产能极大提高；在薄片热挤压过程中，结合精细构造平面光学元件——直接二次配光。芯片荧光粉膜白光蓝光分离于封装过程的封装方式技术难点：

荧光粉密度远大于载体，挤出、涂覆过程中的均匀程度控制。18荧光粉混合（或涂膜）在塑性透明材料中，预制发光薄片—远程配光。19荧光粉预制膜涂覆设备荧光粉预制板注塑设备20热流基板芯片衬底共晶焊接相变均热外部散热器垒晶固晶锡膏散热界面外部环境共晶焊接Q预制荧光粉板目标：高光效、大功率、高密度、高可靠性LED光源根据实际应用情况具体组合、优化方案217）导热性能、光电效率测试设备2、3之间为超精密镜面，通过压力接触，可更换式；3、5之间直接bonding5热铸在6中水冷循环示意：1.冷却水管路，2.散热平台（A)，3.冰水机，4.流控装置1.芯片，2.铝基板，3.相变散热板，4.为相变散热板和散热铝块的焊接部分，5.为水冷循环的铜管，6.为散热铸铝块AV-I结温测量仪条件控制及电-光测量系统气-固界面散热系数测量装置液体控制温度；不规则表面的实际散热效果；设置多种界面环境（风速、角度、光照、气温、临近热辐射等）1.保温外罩，2.温度计，3.加热器，4.法兰盘，5.固定法兰盘，6.不规则测试件23（超）大功率照明特种照明—深潜、极限照明等8）技术应用及发展前景保守估计：全国仅工程照明100亿瓦以上，目前均价20-30RMB/W，潜在市场超过2000亿RMB.24PROCESSDURATION60HOURSDEPOSITIONRATE:11.6mm/hr

MW-PECVD生长Dimond（DLC)衬底及基板基于钻石衬底和封装的超强紫外芯片自由空间的日盲区紫外通讯25超精细金属镜面贴合散热纯铝镜面单点金刚石铣床（Ra<12nm）