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1、LED封装技术介绍,正装结构与倒装结构封装工艺流程,目录,LED封装的概述,LED芯片主要的两种流派结构介绍,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,国内外LED封装产业总体发展分析,国内外重点LED封装企业的产品及技术分析,研发低热阻、优异光学特性、高可靠的封装技术是新型LED走向实用、走向市场的产业化必经之路。LED技术大都是在半导体分离器件封装技术基础上发展与演变而来的。将普通二极管的管芯密封在封装体内，起作用是保护芯片和完成电气互连。,LED芯片只是一块很小的固体，它的两个电极要在显微镜下才能看见，需加入电流之后它才会发光。在制作工艺上，除了要对LED芯片的两个电极进行焊接，从而引出正
2、极、负极之外，同时还需要对LED芯片和两个电极进行保护。,LED的封装是为了维护本身的气密性，并保护不受周围环境中湿度与温度的影响，以及防止组件受到机械振动、冲击产生破损而造成组件特性的变化。因此，封装的目的有下列几点： (1) 防止湿气等由外部侵入； (2) 以机械方式支持导线； (3) 有效地将内部产生的热排出； (4) 提供能够手持的形体。,LED封装概述,封装的 必要性,封装 的作用,封装 的目的,LED芯片主要的两种流派结构介绍,正装结构介绍,图表 1：LED正装结构示意图,LED芯片主要的两种流派结构介绍,蓝宝石衬底的正装结构LED以工艺简单、成本相对较低一直是GaN基LED的主流
3、结构。目前大多数企业仍采用这种封装结构，在我国LED生产技术较国际水平仍有一定差距的情况下，多数企业为节约生产与研发成本，仍在采用正装封装技术，正装结构LED在国内市场上仍有很大的市场。,LED正装结构,优缺点,该结构简单，制作工艺相对成熟。然而正装结构LED有两个明显的缺点，首先正装结构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，由于蓝宝石衬底的导热性差，严重的阻碍了热量的散失。,LED芯片主要的两种流派结构介绍,倒装结构介绍,图表 2：LED倒装结构示意图,LED芯片主要的两种流派结构介绍,LED倒装结构,优 缺 点,优
4、点： 1、没有通过蓝宝石散热，从芯片PN极上的热量通过金丝球焊点传到Si热沉，Si（硅）是散热的良导体，其散热效果远好于靠蓝宝石来散热。故可通大电流使用； 2、尺寸可以做到更小，密度更高，能增加单位面积内的IO数量；光学更容易匹配； 3、是散热功能的提升，使芯片的寿命得到了提升； 4、是抗静电能力的提升； 5、是为后续封装工艺发展打下基础。,2、倒装LED 颠覆了传统LED 工艺，从芯片一直到封装，这样会对设备要求更高，就拿封装才说，能做倒装芯片的前端设备成本肯定会增加不少，这就设置了门槛，让一些企业根本无法接触到这个技术。,缺点： 1、倒装LED 技术目前在大功率的产品上和集成封装的优势更大
5、，在中小功率的应用上，成本竞争力还不是很强。,应 用 现 状,目前，做此类芯片的厂商还很少，对制造设备的要求比较苛刻，制造成本还比较高。因此，在市场应用还不是很广泛，但应用前景广阔。,实际应用,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED正装结构的封装介绍,引脚式封装工艺流程,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED正装结构的封装介绍,固晶站,焊线站,灌胶站,测试站,分光站,1W 大功率LED封装工艺流程,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED正装结构的封装介绍,1W 大功率LED封装工艺流程,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED正装结构的封装介绍,1W 大功率LED
6、封装工艺流程,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED正装结构的封装介绍-固晶,扩晶由于LED芯片在划片后依然排列紧密间距很小（约0.1mm），不利于后工序的操作。 采用扩晶机对黏结芯片的膜进行扩张，使LED芯片的间距拉伸到约0.6mm。 也可以采用手工扩张，但很容易造成芯片掉落浪费等不良问题。,扩晶机,芯片检验 镜检：材料表面是否有机械损伤及细微的坑洞。,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED正装结构的封装介绍-固晶,点胶 在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶。工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求。主要工艺说明 对于GaAs、SiC导电衬底，具有背
7、面电极的红光、黄光、黄 绿芯片，采用银胶。 对于蓝宝石绝缘衬底的蓝光、绿光LED芯片，采用绝缘胶来固定芯片。,备胶 和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LED背面电极上，然后把背部带银胶的LED安装在LED支架上。备胶的效率远高于点胶，但不是所有产品均适用备胶工艺。,点胶与备胶,点胶机,备胶机,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED正装结构的封装介绍-固晶,固晶用的银胶银胶应存放于冰箱冷冻，使用时，必须置于室温下进行解冻90min以上。如果是大罐银胶，需回温3h以上，回温完成后，需分装成小罐装后冷藏于-5。银胶还需要搅拌，回温后使用玻璃棒或不锈钢棒进行搅拌，搅拌棒需用丙酮等溶液清洗干
8、净。 完成固晶，需进行烘烤。烘烤条件：150，1h。烤后推力测试应大于70g。,固晶机通过真空吸附吸起芯片，吸附时，芯片下面有一个针头将芯片顶起，刚好由真空吸口吸住，带着芯片的真空吸口摆90到支架处，去真空，同时并给一点压力将芯片压在银胶上，完成放置芯片，监控图像，及时调整芯片位置，及时添加银胶和控制胶量大小。,固晶,固 晶 机,银胶,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED正装结构的封装介绍-焊线,焊线是LED封装技术中的关键环节，工艺上主要需要监控的是压焊金丝（铝丝）拱丝形状，焊点形状，拉力。 对压焊工艺的深入研究涉及到多方面的问题，如金（铝）丝材料、超声功率、压焊压力、劈刀（钢嘴）
9、选用、劈刀（钢嘴）运动轨迹等等。,焊线机,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED正装结构的封装介绍-焊线,金线焊线机的原理：利用温度、压力、超声波振荡的能量在一定时间的配合下，完成引线连接动作。焊接的过程是将金线末端采用电子打火棒打火烧结成金球，再利用焊针经由超声波振荡能量在一定的焊接压力下让金球与焊垫产生相对的摩擦运动，并借由快速摩擦产生的能量使金球与焊垫达到离子程度的熔接。,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED正装结构的封装介绍-焊线,影响焊线的因数第一焊点焊接时间 第一焊点功率 第一焊点压力 第二焊点焊接时间 第二焊点功率 第二焊点压力 弧线高度 反向弧度参数 弧度因素
10、 线径尺寸（WS） 预加热时间 加热温度 焊区温度 尾线长度 焊接时劈刀离离芯片高度 压线板压力,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED正装结构的封装介绍-焊线,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED正装结构的封装介绍-焊线,焊线的拉力测试,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED正装结构的封装介绍-点荧光粉,普通的LED芯片本身无法直接发出白光,chip,chip,chip,White light,三基色芯片发光混合成白光,目前白光LED主要通过三种型式实现：采用红、绿、蓝三色LED组合发光，即多芯片白光LED； 采用蓝光LED芯片和黄色荧光粉，由蓝光和黄光两色互补得到
11、白光，或用蓝光LED芯片配合红色和绿色荧光粉，由芯片发出的蓝光、荧光粉发出的红光和绿光三色混合获得白光； 利用紫外LED芯片发出的近紫外光激发三基色荧光粉得到白光。,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED正装结构的封装介绍-点荧光粉,配色原理,芯片发出的光颜色,荧光粉发光的颜色,LED最终颜色,影响光色的因素,芯片的波长与光强,荧光粉的特性（色坐标位置）,荧光粉与胶水的比例,荧光粉胶的点胶量,搅拌条件，均匀度,荧光胶的粘度,点胶设备参数控制,添加剂的比例 （加强散射和吸收）,LED芯片,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED正装结构的封装介绍-点荧光粉,色坐标唯一确定一个颜色，
12、对应唯一的色温；但色温不对应唯一色坐标。所以企业使用色坐标参考led颜色，使用色温作为区分冷暖光。注：同一色温下，仍有不同的颜色。,配粉胶的时候，粉量的多少和芯片大小有关。其他要求不变时，大芯片下需要加更多的粉（指荧光粉和红粉），因为同样大小的碗杯，放置大芯片之后存放粉的量减少，因此需增加粉的比例；粉量大小还和芯片波长有关，如果波长增加，激发能力减弱，需要加多粉才能达到小波段芯片时的颜色。,色坐标,注意： 为了生产的一致性，点完荧光粉后需放置半小时后再进烤箱烘烤。烘烤条件：150度，11.5小时。 配粉和胶之后，需搅拌1520min，然后抽真空，除去空气气泡 荧光粉必须在3小时内用完，放置较久
13、必须重新搅拌，抽真空。,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED正装结构的封装介绍-填充胶,点完荧光粉需进烤箱烘烤1h，温度150。烤完LED的色温会升高，xy色坐标会下降。,1.点胶：手动点胶封装对操作水准要求很高，主要难点是对点胶量的控制，因为环氧在使用过程中会变稠。白光LED的点胶还存在萤光粉沉淀导致出光色差的问题。 2.灌胶封装 Lamp-LED的封装采用灌封的形式。灌封的过程是先在LED成型模腔内注入液态环氧，然后插入压焊好的LED支架，放入烘箱让环氧固化后，将LED从模腔中脱出即成型。 3.模压封装 将压焊好的LED支架放入模具中，将上下两副模具用液压机合模并抽真空，将固态环
14、氧放入注胶道的入口加热用液压顶杆压入模具胶道中，环氧顺着胶道进入各个LED成型槽中并固化。,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED正装结构的封装介绍,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED倒装结构的封装介绍,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED倒装结构的封装介绍,主要工艺步骤： 第一步： 凸点底部金属化 (UBM) 第二步：芯片凸点 第三步：将已经凸点的晶片组装到基板板卡上 第四步：使用非导电材料填充芯片底部孔隙,倒装芯片工艺概述,Company Logo,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED倒装结构的封装介绍,第一步：凸点下金属化 （UBM，under b
15、ump metallization）,第二步: 回流形成凸点,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED倒装结构的封装介绍制作凸点,凸点常用的材料是Pb/Sn（铅/锡）合金，因为其回流焊特性如自中心作用以及焊料下落等。自中心作用减小了对芯片贴放的精度要求。下落特点减小了共面性差的问题。95Pb/5Sn或者 97Pb/3Sn的回流焊温度较高：330-350C。根据芯片的其它部分、有机基板等的工作温度要求，开发出了高锡焊料，如 37Pb/63Sn的回流温度为200C 左右.,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED倒装结构的封装介绍制作凸点,电镀焊料凸点,钉头焊料凸点,放球凸点,印刷焊料
16、凸点,焊料转移凸点,常见的凸点 形成办法,蒸镀焊料凸点,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED倒装结构的封装介绍蒸镀焊料凸点,蒸镀焊料凸点示意图,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED倒装结构的封装介绍蒸镀焊料凸点,蒸镀凸点步骤示意图,钝化晶片,聚酰亚胺类耐高温钝化,最终的金属垫,铬/铬-铜/铜/金,LED两种芯片结构的封装工艺流程及技术,LED倒装结构的封装介绍蒸镀焊料凸点,现场对硅片溅射清洗（a）：在沉积金属前去除氧化物或者照相掩模。同时使得硅片钝化层以及焊盘表面粗糙以提高对UBM的结合力。金属掩模：常常用带图样的钼金属掩模来覆盖硅片以利于UBM以及凸点金属的沉积。 金属掩模组件一般由背板、弹簧、金属模板以及夹子等构成。 硅片被夹在背板与金属模板 之间，然后通过手动对位. 对位公差可控制在25 mm。,
