LED正装芯片与倒装芯片介绍【科准测控】

LED正装芯片是最早出现的芯片结构,也是小功率芯片中普遍使用的芯片结构(www.gben.cn)。倒装芯片通常是功率芯片主要用来封装大功率LED(>1W),正装芯片通常是用来进行传统的小功率φ3~φ10的封装。因此,功率不同导致二者在封装及应用的方式均有较大的差别,主要区别有如下几点:

一、倒装芯片的发展

倒装芯片(Flip Chip)之所以被称为倒装,是相对于传统的金属线键合链接方式(Wire Bongding)与值球后的工艺而言的。传统的通过金属线键合与基板链接的芯片电气面朝上(图1),而倒装芯片的电器面朝下(图2),相当于将前者翻转过来,故称其为"倒装芯片"。倒装芯片主要应用于高时脉的CPU、 GPU(GraphicProcessor Unit)及Chipset 等产品。与COB相比,该封装形式的芯片结构和I/O端(锡球)方向朝下,由于I/O引出端分布于整个芯片表面,故在封装密度和处理速度上Flip chip已达到顶峰,特别是它可以采用类似SMT技术的手段来加工,因此是芯片封装技术及高密度安装的最终方向。

二、正装芯片与倒装芯片的区别:

金线支架荧光粉胶水散热设计正装小芯片φ0.8~φ0.9mil直插式YAG环氧树脂无倒装芯片φ1.0~φ1.25milDome PowerYAG或硅酸盐荧光粉硅胶散热基板

三、正装芯片与倒装芯片封装制程区别:

(1).固晶:正装小芯片采取在直插式支架反射杯内点上绝缘导热胶来固定芯片,而倒装芯片多采用导热系数更高的银胶或共晶的工艺与支架基座相连,且本身支架基座通常为导热系数较高的铜材;

(2).焊线:正装小芯片通常封装后驱动电流较小且发热量也相对较小,因此采用正负电极各自焊接一根φ0.8~φ0.9mil金线与支架正负极相连即可;而倒装功率芯片驱动电流一般在350mA以上,芯片尺寸较大,因此为了保证电流注入芯片过程中的均匀性及稳定性,通常在芯片正负级与支架正负极间各自焊接两根φ1.0~φ1.25mil的金线;

(3).荧光粉选择:正装小芯片一般驱动电流在20mA左右,而倒装功率芯片一般在350mA左右,因此二者在使用过程中各自的发热量相差甚大,而现在市场通用的荧光粉主要为YAG, YAG自身耐高温为127℃左右,而芯片点亮后,结温(Tj)会远远高于此温度,因此在散热处理不好的情况下,荧光粉长时间老化衰减严重,因此在倒装芯片封装过程中建议使用耐高温性能更好的硅酸盐荧光粉;

(4).胶体的选择:正装小芯片发热量较小,因此传统的环氧树脂就可以满足封装的需要;而倒装功率芯片发热量较大,需要采用硅胶来进行封装;硅胶的选择过程中为了匹配蓝宝石衬底的折射率,建议选择折射率较高的硅胶(>1.51),防止折射率较低导致全反射临界角增大而使大部分的光在封装胶体内部被全反射而损失掉;同时,硅胶弹性较大,与环氧树脂相比热应力比环氧树脂小很多,在使用过程中可以对芯片及金线起到良好的保护作用,有利于提高整个产品的可靠性;

(5).点胶:正装小芯片的封装通常采用传统的点满整个反射杯覆盖芯片的方式来封装,而倒装功率芯片封装过程中,由于多采用平头支架,因此为了保证整个荧光粉涂敷的均匀性提高出光率而建议采用保型封装(Conformal-Coating)的工艺;示意图如下:

(6).灌胶成型:正装芯片通常采用在模粒中先灌满环氧树脂然后将支架插入高温固化的方式;而倒装功率芯片则需要采用从透镜其中一个进气孔中慢慢灌入硅胶的方式来填充,填充的过程中应提高操作避免烘烤后出现气泡和裂纹、分层等现象影响成品率;

(7).散热设计:正装小芯片通常无额外的散热设计;而倒装功率芯片通常需要在支架下加散热基板,特殊情况下在散热基板后添加风扇等方式来散热;在焊接支架到铝基板的过程中 建议使用功率<30W的恒温电烙铁温度低于230℃,停留时间<3S来焊接;

四、几种封装的力学性能测试

1、晶片、固晶的推力测试:LED/COB生产固晶后,芯片与支架银胶粘合力力测试,

2、焊接拉力测试:焊线后金球焊接力/推力测试 金线张/拉力测试、铝线拉力测试

3、元件引脚、管脚拉力的测试;

4、金球、锡球推力的测试;

5、芯片粘贴力的测试

6、PCB板上任意元件的推力测试;等等。

7、夹金/铝线拉力测试·夹元件拉力测试

8、薄膜/镀膜/芯片/组件垂直拉力测试

9、引脚疲劳拉力测试

10、下压测试(Z轴垂直推力)·下压测试(Z轴垂直推力)

11、非破坏性测试,·弯曲及压断测试,引脚疲劳下压测试

12、推力测试·推金/铝线测试·非破坏性推力测试(无损拉克)

13、锡/金球推力测试,锡球整列推力测试

14、锡球矩阵推力测试

15、芯片推力测试

16、铝带推力测试剥离测试

17、铝带剥离测试

18、非破坏性拉力测试(无损拉克)

19、滚动式测试,

20、晶圆耐压测试

21、陶瓷耐压测试距离测量

22、3D高度映射,任意距离测量,探针式测高·3轴距离测量

为了避免正装芯片中因电极挤占发光面积从而影响发光效率,芯片研发人员设计了倒装结构,即把正装芯片倒置,使发光层激发出的光直接从电极的另一面发出(衬底最终被剥去,芯片材料是透明的),同时,针对倒装设计出方便LED封装厂焊线的结构,从而,整个芯片称为倒装芯片(Flip Chip),该结构在大功率芯片较多用到。

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