LED倒裝芯片與倒裝焊工藝課件

倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片1倒裝固晶工藝2Au-Sn共晶的制備方法3LED倒裝芯片與倒裝焊工藝倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片1倒裝固晶工藝2Au-Sn共晶的制備方法311倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片正裝/倒裝芯片結(jié)構(gòu)對比器件功率出光效率熱性能1倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片正裝/倒裝芯片結(jié)構(gòu)對比器件功率2傳統(tǒng)正裝封裝結(jié)構(gòu)金線拉力≈10g電性連接點(diǎn)接觸，瞬間大電流沖擊易燒斷`倒裝無金線封裝結(jié)構(gòu)芯片推力>2000g;電性連接面接觸，可耐大電流沖擊高可靠性-機(jī)械強(qiáng)度-散熱性能1倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片傳統(tǒng)正裝封裝結(jié)構(gòu)金線拉力≈10g電性連接點(diǎn)接觸，瞬間大電流沖3倒裝無金線封裝結(jié)構(gòu)金屬——金屬界面，導(dǎo)熱系數(shù)高，熱阻小。傳統(tǒng)正裝封裝結(jié)構(gòu)銀膠熱阻較高藍(lán)寶石層在芯片下方，導(dǎo)熱差`物料導(dǎo)熱系數(shù)(W/(m·K))藍(lán)寶石35-36銀膠2.5-30物料導(dǎo)熱系數(shù)(W/(m·K))金屬合金>200低熱阻，可大電流使用結(jié)構(gòu)及材料大面積電極1倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片倒裝無金線封裝結(jié)構(gòu)金屬——金屬界面，導(dǎo)熱系數(shù)高，熱阻小。傳統(tǒng)4支持熒光粉薄層涂覆工藝光源空間一致性表現(xiàn)優(yōu)越更均勻的空間色溫分布1倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片支持熒光粉薄層涂覆工藝更均勻的空間色溫分布1倒裝結(jié)構(gòu)LED5無金線阻礙，可實(shí)現(xiàn)超薄封裝，節(jié)省設(shè)計(jì)空間10-100μm150-200μm1倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片無金線阻礙，可實(shí)現(xiàn)超薄封裝，節(jié)省設(shè)計(jì)空間10-100μm16ThinFilmFlipChip1倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片ThinFilmFlipChip1倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片7倒裝芯片的制備方法以藍(lán)寶石基底制作GaN外延片ICP蝕刻/RIE蝕刻制作透明導(dǎo)電層制作P-N電極襯底上制備反射散熱層芯片/襯底的劃片分割Diebond倒裝焊接表面粗化/半導(dǎo)體表面加工1倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片倒裝芯片的制備方法以藍(lán)寶石基底制作GaN外延片ICP蝕刻/制8晶片支架點(diǎn)膠固晶以銀粉+環(huán)氧樹脂在加熱的條件下(150℃/1h)固化的方式粘合晶片與支架銀膠固晶2倒裝焊固晶工藝晶片支架點(diǎn)膠固晶以銀粉+環(huán)氧樹脂在加熱的條件下(150℃/9晶片支架絕緣膠點(diǎn)膠固晶以絕緣膠在加熱的條件下固化的方式粘合晶片與支架特點(diǎn):1.粘接強(qiáng)度大2.絕緣膠透光可提升亮度絕緣膠固晶2倒裝焊固晶工藝晶片支架絕緣膠點(diǎn)膠固晶以絕緣膠在加熱的條件下固化的方式粘合10固晶工藝2倒裝焊固晶工藝直接共晶焊劑共晶釬料固晶熱超聲固晶固晶工藝2倒裝焊固晶工藝直接焊劑釬料熱超聲固晶11固晶工藝2倒裝焊固晶工藝固晶工藝優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)絕緣膠固晶成本低工藝成熟粘接強(qiáng)度高效率高導(dǎo)熱性差揮發(fā)性銀膠固晶工藝簡單粘接強(qiáng)度高較好的導(dǎo)熱性相對較低的導(dǎo)熱性粘度大，不均勻揮發(fā)性直接共晶優(yōu)越的導(dǎo)熱性無焊劑釬料溢出孔洞焊劑共晶優(yōu)越的導(dǎo)熱性工藝簡單粘接強(qiáng)度高清洗焊劑殘留孔洞熱超聲固晶良好的導(dǎo)熱性良好的取光率工藝復(fù)雜效率低粘接強(qiáng)度低固晶工藝2倒裝焊固晶工藝固晶工藝優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)絕緣膠固晶成本低導(dǎo)12共晶固晶相比傳統(tǒng)固晶方式的優(yōu)點(diǎn):1.金屬與金屬的熔合,有效降低歐姆阻抗2.有效提升熱傳導(dǎo)效率2倒裝焊固晶工藝共晶固晶相比傳統(tǒng)固晶方式的優(yōu)點(diǎn):2倒裝焊固晶工藝132倒裝焊固晶工藝直接共晶焊存在的問題只加熱焊盤孔洞-晶片推力低焊盤和晶片的粗糙度影響晶片傾斜影響2倒裝焊固晶工藝直接共晶焊存在的問題只加熱焊盤14用吸頭從晶圓上拾取晶片并放置在平臺(tái)上用加熱的夾頭從平臺(tái)上拾取晶片將晶片放置在預(yù)熱的焊盤上焊好的晶片置于在較低的溫度下減小偏移加熱夾頭2倒裝焊固晶工藝用吸頭從晶圓上拾取晶片并放置在平臺(tái)上加熱夾頭2倒裝焊固晶工152倒裝焊固晶工藝直接共晶（加熱焊盤）焊劑共晶直接共晶（加熱夾頭和焊盤）加熱夾頭可以顯著減少孔洞焊劑共晶在芯片中間有大的孔洞加熱夾頭孔洞變得細(xì)小均勻2倒裝焊固晶工藝直接共晶焊劑共晶直接共晶加熱夾頭可以顯著減162倒裝焊固晶工藝固晶方法固晶材料性能厚度晶片傾斜孔洞偏移晶片旋轉(zhuǎn)加熱夾具共晶焊AuSn202μm3μm<10%1mil1°軟釬料錫基釬料10-20（0.5mil）25（<1mil）<5%2mil1.5°銀膠銀、環(huán)氧混合物10-20（0.5mil）25（<1mil）-2mil1.5°固晶質(zhì)量2倒裝焊固晶工藝固晶方法固晶材料性能厚度晶片傾斜孔洞偏移晶172倒裝焊固晶工藝熱超聲倒裝焊熱超聲=熱+力+超聲能量原理：目前認(rèn)為是由于引進(jìn)超聲能量,產(chǎn)生了聲學(xué)軟化效應(yīng),使高熔點(diǎn)金屬在較低的溫度和壓力下實(shí)現(xiàn)焊接成為可能2倒裝焊固晶工藝熱超聲倒裝焊熱超聲=熱+力+超聲能量原理：182倒裝焊固晶工藝不同實(shí)驗(yàn)條件及剪切力2倒裝焊固晶工藝不同實(shí)驗(yàn)條件及剪切力192倒裝焊固晶工藝共晶焊的影響因素固晶力度共晶層均勻性提升溫度，加大固晶力度，可改善共晶層的均勻性2倒裝焊固晶工藝共晶焊的影響因素固晶力度20頂針痕深度吸芯片力度及頂針?biāo)俣葍?yōu)化后吸晶固晶力度共晶焊的影響因素設(shè)定吸晶/固晶力度頂針?biāo)俣群凵疃圈蘭160ghigh0.574/0.392260glow0.5/0.573350glow0.368/0.3622倒裝焊固晶工藝頂針痕深度共晶焊的影響因素設(shè)定吸晶/固晶力度頂針?biāo)俣群凵疃圈?1共晶焊的影響因素固晶溫度

選擇Tg較固晶溫度高10℃以上E.g.Au-Sn(280℃),塑膠Tg>330℃

回流焊最高加熱溫度315℃-320℃E.g.Ag-Sn/Sn(232℃),塑膠Tg>290℃

回流焊最高加熱溫度270℃2倒裝焊固晶工藝共晶焊的影響因素固晶溫度2倒裝焊固晶工藝22共晶焊的影響因素支架設(shè)計(jì)

堅(jiān)固性—芯片跟支架的接觸面固晶在不堅(jiān)固的支架上,芯片跟支架的接觸,

推力被影響固晶在堅(jiān)固的支架上,良好的接觸提高推力2倒裝焊固晶工藝共晶焊的影響因素支架設(shè)計(jì)2倒裝焊固晶工藝23共晶焊的影響因素支架設(shè)計(jì)--表面粗糙度支架表面的粗糙度要比共晶材料的厚度還要少,否則共晶材料就不足夠填滿表面不平的地方,造成流動(dòng)性差的情況如果固晶在比較平滑的支架表面上,可提升推力共晶焊的影響因素支架設(shè)計(jì)--表面粗糙度243Au-Sn共晶的制備方法Au-20wt%SnAu-90wt%SnAu-Sn二元相圖3Au-Sn共晶的制備方法Au-20wt%SnAu-Sn二25預(yù)成型片通過冶金法加工Au-Sn預(yù)成型片,相對便宜且易于實(shí)現(xiàn),但很難加工成焊接所需的很薄的焊片蒸渡、濺射采用濺射或蒸等真空沉積技術(shù),可以提供更好的過程控制并能減少氧化,但是成本高且加工周期長。電鍍由于鍍速緩慢且成分不能精確控制，在芯片上直接電鍍制備Au-20Sn共晶凸點(diǎn)比較困難.目前采用的是連續(xù)電鍍方式,即先鍍Au接著鍍Sn,其外層的Sn易被氧化,共熔后Au-Sn的組分不好控制。3Au-Sn共晶的制備方法預(yù)成型片3Au-Sn共晶的制備方法263Au-Sn共晶的制備方法電鍍工藝流程3Au-Sn共晶的制備方法電鍍工藝流程273Au-Sn共晶的制備方法Au/Sn:10μm/10μm150℃時(shí)效(a)5h;(b)10h3Au-Sn共晶的制備方法Au/Sn:10μm/10μm1283Au-Sn共晶的制備方法Au/Sn:10μm/10μm150℃時(shí)效(c)15h;(d)20h3Au-Sn共晶的制備方法Au/Sn:10μm/10μm1293Au-Sn共晶的制備方法Au/Sn:10μm/10μm150℃時(shí)效(e)25h3Au-Sn共晶的制備方法Au/Sn:10μm/10μm1303Au-Sn共晶的制備方法Au/Sn:9μm/6μm回流(a)10s;(b)60s3Au-Sn共晶的制備方法Au/Sn:9μm/6μm回流(31倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片1倒裝固晶工藝2Au-Sn共晶的制備方法3LED倒裝芯片與倒裝焊工藝倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片1倒裝固晶工藝2Au-Sn共晶的制備方法3321倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片正裝/倒裝芯片結(jié)構(gòu)對比器件功率出光效率熱性能1倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片正裝/倒裝芯片結(jié)構(gòu)對比器件功率33傳統(tǒng)正裝封裝結(jié)構(gòu)金線拉力≈10g電性連接點(diǎn)接觸，瞬間大電流沖擊易燒斷`倒裝無金線封裝結(jié)構(gòu)芯片推力>2000g;電性連接面接觸，可耐大電流沖擊高可靠性-機(jī)械強(qiáng)度-散熱性能1倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片傳統(tǒng)正裝封裝結(jié)構(gòu)金線拉力≈10g電性連接點(diǎn)接觸，瞬間大電流沖34倒裝無金線封裝結(jié)構(gòu)金屬——金屬界面，導(dǎo)熱系數(shù)高，熱阻小。傳統(tǒng)正裝封裝結(jié)構(gòu)銀膠熱阻較高藍(lán)寶石層在芯片下方，導(dǎo)熱差`物料導(dǎo)熱系數(shù)(W/(m·K))藍(lán)寶石35-36銀膠2.5-30物料導(dǎo)熱系數(shù)(W/(m·K))金屬合金>200低熱阻，可大電流使用結(jié)構(gòu)及材料大面積電極1倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片倒裝無金線封裝結(jié)構(gòu)金屬——金屬界面，導(dǎo)熱系數(shù)高，熱阻小。傳統(tǒng)35支持熒光粉薄層涂覆工藝光源空間一致性表現(xiàn)優(yōu)越更均勻的空間色溫分布1倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片支持熒光粉薄層涂覆工藝更均勻的空間色溫分布1倒裝結(jié)構(gòu)LED36無金線阻礙，可實(shí)現(xiàn)超薄封裝，節(jié)省設(shè)計(jì)空間10-100μm150-200μm1倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片無金線阻礙，可實(shí)現(xiàn)超薄封裝，節(jié)省設(shè)計(jì)空間10-100μm137ThinFilmFlipChip1倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片ThinFilmFlipChip1倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片38倒裝芯片的制備方法以藍(lán)寶石基底制作GaN外延片ICP蝕刻/RIE蝕刻制作透明導(dǎo)電層制作P-N電極襯底上制備反射散熱層芯片/襯底的劃片分割Diebond倒裝焊接表面粗化/半導(dǎo)體表面加工1倒裝結(jié)構(gòu)LED芯片倒裝芯片的制備方法以藍(lán)寶石基底制作GaN外延片ICP蝕刻/制39晶片支架點(diǎn)膠固晶以銀粉+環(huán)氧樹脂在加熱的條件下(150℃/1h)固化的方式粘合晶片與支架銀膠固晶2倒裝焊固晶工藝晶片支架點(diǎn)膠固晶以銀粉+環(huán)氧樹脂在加熱的條件下(150℃/40晶片支架絕緣膠點(diǎn)膠固晶以絕緣膠在加熱的條件下固化的方式粘合晶片與支架特點(diǎn):1.粘接強(qiáng)度大2.絕緣膠透光可提升亮度絕緣膠固晶2倒裝焊固晶工藝晶片支架絕緣膠點(diǎn)膠固晶以絕緣膠在加熱的條件下固化的方式粘合41固晶工藝2倒裝焊固晶工藝直接共晶焊劑共晶釬料固晶熱超聲固晶固晶工藝2倒裝焊固晶工藝直接焊劑釬料熱超聲固晶42固晶工藝2倒裝焊固晶工藝固晶工藝優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)絕緣膠固晶成本低工藝成熟粘接強(qiáng)度高效率高導(dǎo)熱性差揮發(fā)性銀膠固晶工藝簡單粘接強(qiáng)度高較好的導(dǎo)熱性相對較低的導(dǎo)熱性粘度大，不均勻揮發(fā)性直接共晶優(yōu)越的導(dǎo)熱性無焊劑釬料溢出孔洞焊劑共晶優(yōu)越的導(dǎo)熱性工藝簡單粘接強(qiáng)度高清洗焊劑殘留孔洞熱超聲固晶良好的導(dǎo)熱性良好的取光率工藝復(fù)雜效率低粘接強(qiáng)度低固晶工藝2倒裝焊固晶工藝固晶工藝優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)絕緣膠固晶成本低導(dǎo)43共晶固晶相比傳統(tǒng)固晶方式的優(yōu)點(diǎn):1.金屬與金屬的熔合,有效降低歐姆阻抗2.有效提升熱傳導(dǎo)效率2倒裝焊固晶工藝共晶固晶相比傳統(tǒng)固晶方式的優(yōu)點(diǎn):2倒裝焊固晶工藝442倒裝焊固晶工藝直接共晶焊存在的問題只加熱焊盤孔洞-晶片推力低焊盤和晶片的粗糙度影響晶片傾斜影響2倒裝焊固晶工藝直接共晶焊存在的問題只加熱焊盤45用吸頭從晶圓上拾取晶片并放置在平臺(tái)上用加熱的夾頭從平臺(tái)上拾取晶片將晶片放置在預(yù)熱的焊盤上焊好的晶片置于在較低的溫度下減小偏移加熱夾頭2倒裝焊固晶工藝用吸頭從晶圓上拾取晶片并放置在平臺(tái)上加熱夾頭2倒裝焊固晶工462倒裝焊固晶工藝直接共晶（加熱焊盤）焊劑共晶直接共晶（加熱夾頭和焊盤）加熱夾頭可以顯著減少孔洞焊劑共晶在芯片中間有大的孔洞加熱夾頭孔洞變得細(xì)小均勻2倒裝焊固晶工藝直接共晶焊劑共晶直接共晶加熱夾頭可以顯著減472倒裝焊固晶工藝固晶方法固晶材料性能厚度晶片傾斜孔洞偏移晶片旋轉(zhuǎn)加熱夾具共晶焊AuSn202μm3μm<10%1mil1°軟釬料錫基釬料10-20（0.5mil）25（<1mil）<5%2mil1.5°銀膠銀、環(huán)氧混合物10-20（0.5mil）25（<1mil）-2mil1.5°固晶質(zhì)量2倒裝焊固晶工藝固晶方法固晶材料性能厚度晶片傾斜孔洞偏移晶482倒裝焊固晶工藝熱超聲倒裝焊熱超聲=熱+力+超聲能量原理：目前認(rèn)為是由于引進(jìn)超聲能量,產(chǎn)生了聲學(xué)軟化效應(yīng),使高熔點(diǎn)金屬在較低的溫度和壓力下實(shí)現(xiàn)焊接成為可能2倒裝焊固晶工藝熱超聲倒裝焊熱超聲=熱+力+超聲能量原理：492倒裝焊固晶工藝不同實(shí)驗(yàn)條件及剪切力2倒裝焊固晶工藝不同實(shí)驗(yàn)條件及剪切力502倒裝焊固晶工藝共晶焊的影響因素固晶力度共晶層均勻性提升溫度，加大固晶力度，可改善共晶層的均勻性2倒裝焊固晶工藝共晶焊的影響因素固晶力度51頂針痕深度吸芯片力度及頂針?biāo)俣葍?yōu)化后吸晶固晶力度共晶焊的影響因素設(shè)定吸晶/固晶力度頂針?biāo)俣群凵疃圈蘭160ghigh0.574/0.392260glow0.5/0.573350glow0.368/0.3622倒裝焊固晶工藝頂針痕深度共晶焊的影響因素設(shè)定吸晶/固晶力度頂針?biāo)俣群凵疃圈?2共晶焊的影響因素固晶溫度

選擇Tg較固晶溫度高10℃以上E.g.Au-Sn(280℃),塑膠Tg>330℃

回流焊最高加熱溫度315℃-320℃E.g.Ag-Sn/Sn(232℃),塑膠Tg>290℃

回流焊最高加熱溫度270℃2倒裝焊固晶工藝共晶焊的影響因素固晶溫度2倒裝焊固晶工藝53共晶焊的影響因素支架設(shè)計(jì)

堅(jiān)固性—芯片跟支架的接觸面固晶在不堅(jiān)固的支架上,芯片跟支架的接觸,

推力被影響固晶在堅(jiān)固的支架上,良好的接觸提高推力2倒裝焊固晶工藝共晶焊的影響因素支架設(shè)計(jì)2倒裝焊固晶工藝54共晶焊的影響因素支架設(shè)計(jì)--表面粗糙度支架表面的粗糙度要比共晶材料的厚度還要少,否則共晶材料就不足夠填滿表面不平的地方,造成流動(dòng)性差的情況如果固晶在比較平滑的支架表面上,可提升推力共晶焊的影響因素支架設(shè)計(jì)--表面粗糙度553A