先進(jìn)LED封裝工藝與設(shè)備LED封裝技術(shù)深圳市重點實驗室

馬建設(shè)，韓勵想

清華大學(xué)深圳研究生院先進(jìn)制造學(xué)部2013.11.19.圍繞：1）功率型LED的COB封裝；2）界面的共晶焊連接；3）高導(dǎo)熱基板系統(tǒng)；4）覆晶芯片應(yīng)用；5）遠(yuǎn)程熒光粉發(fā)光技術(shù)；6）導(dǎo)熱性能、光電效率測試；7）應(yīng)用及發(fā)展前景。2

芯片材料、結(jié)構(gòu)封裝技術(shù)散熱材料、結(jié)構(gòu)，配光3傳統(tǒng)COB封裝的主要缺點：導(dǎo)熱及可靠性方面：固晶膠導(dǎo)熱系數(shù)低，空氣間隙多，熱可靠性差；鍵合引線易斷裂，導(dǎo)熱截面小、距離長；配光方面（熒光粉涂覆芯片）：亮度、色溫一致性差；工作溫度高，載體易老化，光衰嚴(yán)重；結(jié)合應(yīng)力大，不可靠；工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，成本高。4傳統(tǒng)主要設(shè)備及工藝流程：固晶機(jī)、烘箱、打線機(jī)、點膠機(jī)固晶—熱固化—引線鍵合—涂熒光粉—熱固化熒光粉混合覆晶+遠(yuǎn)程配光工藝主要設(shè)備及工藝流程：固晶機(jī)、烘箱（其它行業(yè)廠商批量預(yù)制）固晶—共晶焊—成品組裝受熱老化&拉斷引線5芯片襯底連接于基板或散熱器

1）COB封裝

工藝簡單生產(chǎn)速度快降低成本散熱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顯示大屏------。～300microntypical6國產(chǎn)自動固晶機(jī)

已經(jīng)成熟兼容COB/SMT/DLP擺動懸臂式；通過更換工裝可適

應(yīng)多種封裝結(jié)構(gòu)。7一種高導(dǎo)熱連接方式2）錫膏共晶焊可靠性高；導(dǎo)熱系數(shù)高（k～50）；錫膏涂敷可在固晶過程中同時完成CREE83）高導(dǎo)熱基板AlN陶瓷基板高導(dǎo)熱系數(shù)高的熱穩(wěn)定性可靠性最高；導(dǎo)熱系數(shù)高（k>170w/m·k）；產(chǎn)生界面最少；工藝最簡單；價格較高。9電化學(xué)表面陶瓷化鋁基板1）MAO（微弧氧化）表面陶瓷化；2）硬質(zhì)陽極氧化（厚20micron以上）。。1250倍1250倍電解槽設(shè)備；可調(diào)占空比、波形電源；電解液循環(huán)冷卻系統(tǒng)。20倍10基板金屬導(dǎo)電圖形制作工藝11DPC工藝設(shè)備1）磁控濺射鍍膜；2）精密電鍍設(shè)備可用于大規(guī)模量產(chǎn)的連續(xù)濺射鍍膜設(shè)備12CPC陶瓷印刷設(shè)備1）絲網(wǎng)印刷設(shè)備；2）常規(guī)可編程控溫烤箱；3）狹小、有障礙表面可使用自

動高精度點膠機(jī)直寫圖形。1313高精度要求，可滿足：陣列型LED模組；LED像素芯片封裝；DPC工藝14預(yù)處理后陶瓷表面

1250倍光學(xué)顯微放大磁控濺射鍍膜后15增大導(dǎo)熱面積4）相變導(dǎo)熱元件（1）熱源，（2）液體氣化，（3）外殼，（4）冷凝面，（5）回流液體銅、鋁腔體；內(nèi)層微納毛細(xì)結(jié)構(gòu)；合適循環(huán)液體；在均熱板表面制作絕緣層、

導(dǎo)電層，直接COB封裝。165）覆晶芯片應(yīng)用導(dǎo)熱性能好；可靠性高；封裝密度高；工序簡化、生產(chǎn)效率高；出光面更大，更均勻，光提取效率高。固晶=焊線，省略金線鍵合；無需附加設(shè)備；結(jié)合垂直電流技術(shù)。SMDCOBFlipChipsubstrate176）遠(yuǎn)程熒光粉發(fā)光技術(shù)抗老化，材料選擇性高；光效高；徹底解決應(yīng)力不可靠性；光譜、色溫易控制；工藝簡化，成本降低，良品率高，產(chǎn)能極大提高；在薄片熱擠壓過程中，結(jié)合精細(xì)構(gòu)造平面光學(xué)元件——直接二次配光。芯片熒光粉膜白光藍(lán)光分離于封裝過程的封裝方式技術(shù)難點：

熒光粉密度遠(yuǎn)大于載體，擠出、涂覆過程中的均勻程度控制。18熒光粉混合（或涂膜）在塑性透明材料中，預(yù)制發(fā)光薄片—遠(yuǎn)程配光。19熒光粉預(yù)制膜涂覆設(shè)備熒光粉預(yù)制板注塑設(shè)備20熱流基板芯片襯底共晶焊接相變均熱外部散熱器壘晶固晶錫膏散熱界面外部環(huán)境共晶焊接Q預(yù)制熒光粉板目標(biāo)：高光效、大功率、高密度、高可靠性LED光源根據(jù)實際應(yīng)用情況具體組合、優(yōu)化方案217）導(dǎo)熱性能、光電效率測試設(shè)備2、3之間為超精密鏡面，通過壓力接觸，可更換式；3、5之間直接bonding5熱鑄在6中水冷循環(huán)示意：1.冷卻水管路，2.散熱平臺（A)，3.冰水機(jī)，4.流控裝置1.芯片，2.鋁基板，3.相變散熱板，4.為相變散熱板和散熱鋁塊的焊接部分，5.為水冷循環(huán)的銅管，6.為散熱鑄鋁塊AV-I結(jié)溫測量儀條件控制及電-光測量系統(tǒng)氣-固界面散熱系數(shù)測量裝置液體控制溫度；不規(guī)則表面的實際散熱效果；設(shè)置多種界面環(huán)境（風(fēng)速、角度、光照、氣溫、臨近熱輻射等）1.保溫外罩，2.溫度計，3.加熱器，4.法蘭盤，5.固定法蘭盤，6.不規(guī)則測試件23（超）大功率照明特種照明—深潛、極限照明等8）技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展前景保守估計：全國僅工程照明100億瓦以上，目前均價20-30RMB/W，潛在市場超過2000億RMB.24PROCESSDURATION60HOURSDEPOSITIONRATE:11.6mm/hr

MW-PECVD生長Dimond（DLC)襯底及基板基于鉆石襯底和封裝的超強(qiáng)紫外芯片自由空間的日盲區(qū)紫外通訊25超精細(xì)金屬鏡面貼合散熱純鋁鏡面單點金剛石銑床（Ra<12nm）