功率型LED芯片的热超声倒装技术

结合功率型GaN基蓝光LED芯片的电极分布,在硅载体上电镀制作了金凸点,然后通过热超声倒装焊接技术将LED芯片焊接到载体硅片上.结果表明,在合适的热超声参数范围内,焊接后的功率型LED光电特性和出光一致性较好,证明了热超声倒装焊接技术是一种可靠有效的功率型光电子器件互连技术.     

GaN基大功率倒装焊蓝光LED的I-V特性研究

测量了GaN基大功率倒装焊蓝光发光二极管(LED)在不同温度、不同老化阶段的电流-电压(I-V)特性曲线.结果表明,相对理想情形,特性曲线的反向偏压区漏电因深能级隧穿偏大;正向小偏压下因沿着位错汇聚金属产生漏电流;产生-复合电流区和扩散电流区因多量子阱限制而理想因子偏大;由于有源区低掺杂,在10A/cm2就开始形成大注入区;在大电流下也因为串联电阻分压而形成串联电阻区.扩散电流区的温度系数和肖克莱方程导出的数值最接近,可用来测量结温.老化过程中反向漏电流增加,是因为有了更多被激活的深能级;随着老化正向漏电增加的速度变慢,是由于位错逐渐被汇集的金属填满.     

大功率GaN基LED的提取效率

影响GaN基LED效率的主要因素是内量子效率和提取效率.蓝光GaN基的LED内量子效率可达70%以上,紫外GaN基LED可达80%,进一步改善的空间较小.而传统大面积结构GaN基LED由于全反射和吸收等原因,外提取效率只有百分之几,提高空间很大.本文从几何和物理光学角度分析了影响GaN基LED外提取效率的因素,针对全反射、吸收、横向光波导等问题总结了现有的各种提高GaN基LED提取效率的手段及其优缺点.     

大功率GaN基LED的提取效率

影响GaN基LED效率的主要因素是内量子效率和提取效率.蓝光GaN基的LED内量子效率可达70%以上,紫外GaN基LED可达80%,进一步改善的空间较小.而传统大面积结构GaN基LED由于全反射和吸收等原因,外提取效率只有百分之几,提高空间很大.本文从几何和物理光学角度分析了影响GaN基LED外提取效率的因素,针对全反射、吸收、横向光波导等问题总结了现有的各种提高GaN基LED提取效率的手段及其优缺点.     

大功率GaN基LED的提取效率

影响GaN基LED效率的主要因素是内量子效率和提取效率. 蓝光GaN基的LED内量子效率可达70%以上， 紫外GaN基LED可达80%，进一步改善的空间较小. 而传统大面积结构GaN基LED由于全反射和吸收等原因，外提取效率只有百分之几，提高空间很大. 本文从几何和物理光学角度分析了影响GaN基LED外提取效率的因素，针对全反射、吸收、横向光波导等问题总结了现有的各种提高GaN基LED提取效率的手段及其优缺点.     

正装、倒装结构GaN 基LED提取效率分析

从几何和物理光学角度分析了影响GaN基LED提取效率的因素,并以理论分析为基础,利用Monte-Carlo光线追踪的方法,对GaN基LED的提取效率进行模拟,比较不同器件结构对LED提取效率的影响.模拟结果表明,采用倒装结构可以显著提高GaN基LED的提取效率,Ni/Au透明电极透射率为0.6～0.9时,相对于普通正装结构,倒装结构可以使LED提取效率提高39%～16%.     

大功率倒装结构LED芯片热模拟及热分析

对功率型倒装结构发光二极管(LED)温度场分布进行了有限元模拟,与实测结果进行了比较,并结合传热学基本原理对模拟结果进行了分析.结果表明,凸点的形状及分布与芯片内部温差有着密切的关系,蓝宝石的厚度对芯片内部温差也有一定的影响.同时,对倒装结构与正装结构的热阻进行了比较.     

不同I/O端数金凸点倒装焊的预倒装工艺研究

金凸点热压超声倒装焊中涉及的主要工艺参数,如压力和超声功率,会随着I/O端数的改变产生较大差异。对具有不同数量I/O端的金凸点倒装焊工艺参数进行研究和优化,有助于透析产生差异的根源,指导实际生产。通过对I/O端数分别为121、225、361的金凸点倒装焊工艺参数进行研究,发现随着I/O端数量的增加,单位凸点上的最大平均剪切力依次减小,达到最大平均剪切力时所需单位凸点上的平均超声功率和平均压力依次减小。工艺窗口依次缩窄的主要原因是热压超声过程中传递的能量不均匀。在倒装焊工艺中,使用预倒装的方法可使各凸点在倒装焊中的能量分布更均匀,使用此方法对具有361个I/O端的芯片进行倒装焊,单位凸点上的平均剪切力达到了0.54 N,比未使用此方法时的平均剪切力（0.5 N）提高了8%。     

硅基热沉大功率LED封装阵列散热分析

为求解硅基热沉大功率LED封装阵列在典型工作模式下的热传导情况,采用Solidworks建立了2×2封装阵列的三维模型,模拟了其温度场分布,同时结合传热学基本原理分析计算了模型各部分的温度值,并对实际工艺制备出的封装器件的结温进行了测量。结果表明,理论计算值与热仿真结果基本一致,测量值也能很好地与理论计算值相吻合。     

GaN基倒装焊LED芯片的热学特性模拟与分析

采用有限元方法建立了GaN基倒装LED芯片的三维热学模型,并对其温度分布进行模拟,比较了在不同凸点(焊点)分布、不同粘结层材料与厚度、不同蓝宝石衬底厚度及蓝宝石图形化下的倒装芯片温度分布,研究了粘结层空洞对倒装芯片热学特性的影响,并根据芯片传热模型对模拟结果进行了分析。     

热超声倒装键合换能系统多模态振动与有限元分析

研究了热超声倒装键合设备的核心执行机构——换能系统的动力学特性.利用激光多谱勒测振仪测试系统末端各方向的振动速度,发现系统以轴向振动为主,但受到其他非轴向振动的干扰.非轴向振动对芯片造成芯片倾斜、键合强度降低等负面影响.采用有限元方法对换能系统建模,仿真计算发现换能系统振动是各方向振动的耦合结果,且工作模态附近存在多种干扰模态.最后分析了系统多模态产生的根源并提出抑制方法.     

用于倒装芯片的金球凸点制作技术

倒装芯片中凸点用于实现芯片和基板的电路互连,芯片凸点的制作是倒装芯片技术的关键技术之一.对金球凸点制作进行了介绍.金球凸点直接粘附于芯片上,同时又可具有电路互连的作用,可以完成倒装芯片与基板的电气连接.金球凸点的优势是简单、灵活、便捷、低成本,最大特点是无需凸点下金属层(UBM),可对任意大小的单个芯片进行凸点制作,平整度可达到±4μm.     

A Preliminary Electron Backscatter Diffraction Study of Microstructures and Microtextures Evolution during Au Stud and Flip Chip Thermosonic Bonding

Microstructures and microtextures of the gold wire, free air ball, Au stud bumps and flip chip bonding bumps were analyzed using Electron Backscatter Diffraction (EBSD). It is demonstrated that process parameters, such as bonding power, force and temperature have significant influences on the microstructure and microtexture of gold bumps. The non-uniform deformation, the associated microstructure defects and the local textures of the Au bumps under the vertical force and the horizontal ultrasonic wave applied are presented and discussed.     

焊料凸点式倒装片与引线键合成本比较分析

文章讨论了引线键合芯片与板上或有机基板上焊料凸点式倒装片的成本比较问题。核查了IC芯片效率、金丝与焊接材料及这些技术使用的主要设备对成本的影响。采用有用的公式和图表,确定成本,并比较了采用这些技术的成本状况。     

温度因素对热超声键合强度的影响实验研究

主要研究了热超声键合过程中环境温度对键合强度的影响规律.分析了键合强度与键合温度之间的关系.实验研究发现,最佳键合"窗口"出现在200～240℃,此时键合强度可达20g左右.对推荐使用的大于5.4g的键合强度标准,本实验条件下可键合"窗口"为120～360℃.这些实验现象和分析结果为后期的键合参数匹配规律和系统动态特性研究打下基础.     

芯片键合换能系统中接触界面的影响分析

接触界面对超声能量传递与振动特性的影响是各类压电换能器的共性问题。在超声芯片封装领域,各子部分之间的接触界面是影响系统超声能量传递的强非线性因素,直接影响芯片与基板的键合质量。该文通过有限元法与激光多谱勒测振仪等技术,获得系统中接触界面对超声能量传递与振动特性的影响规律,发现不合理的接触界面会引发系统多模态与频率混叠效应、超声能量输出不稳定、系统迟滞响应等,导致键合强度下降、芯片与基板倾斜、键合效率下降等封装缺陷。研究结果对理解超声键合与系统设计具有指导意义。     

Study of the Au/In Reaction for Transient Liquid-Phase Bonding and 3D Chip Stacking

The latest three-dimensional (3D) chip-stacking technology requires the repeated stacking of additional layers without remelting the joints that have been formed at lower levels of the stack. This can be achieved by transient liquid-phase (TLP) bonding whereby intermetallic joints can be formed at a lower temperature and withstand subsequent higher-temperature processes. In order to develop a robust low-temperature Au/In TLP bonding process during which all solder is transformed into intermetallic compounds, we studied the Au/In reaction at different temperatures. It was shown that the formation kinetics of intermetallic compounds is diffusion controlled, and that the activation energy of Au/In reaction is temperature dependent, being 0.46 eV and 0.23 eV for temperatures above and below 150°C, respectively. Moreover, a thin Ti layer between Au and In was found to be an effective diffusion barrier at low temperature, while it did not inhibit joint formation at elevated temperatures during flip-chip bonding. This allowed us to control the intermetallic formation during the distinct stages of the TLP bonding process. In addition, a minimal indium thickness of 0.5 μm is required in order to enable TLP bonding. Finally, Au/In TLP joints of ∅40 μm to 60 μm were successfully fabricated at 180°C with very small solder volume (1 μm thickness).     

倒装芯片热电极键合工艺研究

文章将论述一种无掩模制造细小焊料凸点技术。利用热电极键合工艺将带有凸点的倒装芯片焊到基板上。此项工艺能将间距小至40μm的倒装芯片组装到基板上。文章也论述了间距为40μm、电镀AuSn钎料凸点的倒装芯片组装工艺技术。金属间化合物相的形成对焊点可靠性有重要影响,尤其是对于细小焊点。文中研究了金属间化合物相的形成与增加对可靠性的影响。讨论分析了热循环和湿气等可靠性试验结果。     

大功率白光LED封装工艺技术与研制

与传统的白炽灯、荧光灯照明相比,由于大功率白光LED具有显著的节能、环保、使用寿命长等一系列不可比拟的优势,代表着新型绿色、环保照明的发展方向,正迅速进军照明领域.从1 W大功率白光LED的封装工艺技术出发,在分析比较了几种产生白光LED方法的成本、性能的基础上,最终选取性价比相对较高的"蓝光芯片+YAG荧光粉"产生白光LED的制作方法.实践证明,在提高大功率白光LED发光效率、均匀性和稳定性等方面,还需要进一步开发新材料,采用新工艺.