用于大功率LED的釘頭凸點(diǎn)封裝技術(shù)一種有效的晶圓級(jí)凸點(diǎn)制作方案

作者：Shatil Haque, Lumileds Lighting

為手機(jī)中的數(shù)碼相機(jī)提供閃光功能對(duì)大功率LED來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)，同時(shí)也是一次機(jī)會(huì)。到2009年，盡管用于液晶顯示器（LCD）和鍵盤(pán)背光的LED銷售額下降將超過(guò)40%，但用于照相手機(jī)閃光功能的大功率LED卻呈現(xiàn)相反地發(fā)展趨勢(shì)，其年平均增長(zhǎng)率預(yù)計(jì)高達(dá)87%。

采用這種LED作為閃光燈可在距離大于1m的范圍內(nèi)得到高品質(zhì)的圖像。在2003年，帶有照相功能的手機(jī)銷售量超過(guò)了單純的數(shù)碼相機(jī)。隨著高分辨率（3百萬(wàn)到5百萬(wàn)像素），帶有光學(xué)變焦和閃光功能照相手機(jī)的問(wèn)世，單純的數(shù)碼相機(jī)將逐漸被照相手機(jī)所取代。高分辨率的傳感器、通過(guò)光學(xué)變焦實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離拍照以及強(qiáng)制閃光功能都需要閃光燈的亮度比現(xiàn)有的氙閃光燈更高。目前照相手機(jī)中較好的LED閃光燈通過(guò)1A（4W）的脈沖可以在1m的距離產(chǎn)生60勒克司的照明度。而高分辨率的相機(jī)為了在日�；虻土炼拳h(huán)境中得到高質(zhì)量的圖像，需要在2到3m的距離內(nèi)達(dá)到30勒克司的照明度。

為了滿足無(wú)鉛要求，一種替代的方案是GGI技術(shù)。通過(guò)采用熱壓——加熱并加壓力——或熱粘結(jié)工藝將金釘頭凸點(diǎn)與基板/封裝/芯片上的金鍵合區(qū)連接。4熱壓和芯片粘結(jié)技術(shù)已經(jīng)在產(chǎn)業(yè)界使用好多年了，特別是LCD顯示器驅(qū)動(dòng)電路芯片，其引腳數(shù)很多，大部分采用這種方法粘結(jié)。但熱壓鍵合方法速度較慢，每個(gè)芯片完成粘結(jié)需要10到13秒，這無(wú)法滿足高速熱超聲組裝的要求。另外熱壓芯片粘結(jié)需要加熱溫度高于300℃，這么高的溫度會(huì)損壞其他敏感芯片和類似于塑料、多層基板及樹(shù)脂之類的封裝材料。

近年來(lái)，通過(guò)改進(jìn)GGI設(shè)備，已經(jīng)有效地提高了凸點(diǎn)制作速度、縮短了熱超聲芯片粘結(jié)時(shí)間并且改進(jìn)了制作工藝。目前，熱超聲GGI已經(jīng)在SAW濾波器、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)頭、助聽(tīng)設(shè)備和RFID標(biāo)簽等應(yīng)用中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大批量生產(chǎn)。然而釘頭-凸點(diǎn)技術(shù)基本還停留在低功耗、低電流和低凸點(diǎn)數(shù)的應(yīng)用中。在很小的區(qū)域內(nèi)增加光輸出量需要更高的功率和電流，這樣會(huì)產(chǎn)生更多的光和熱。目前使用的倒裝芯片技術(shù)由焊料凸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，焊料互連的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能都很差。其他的無(wú)鉛焊料合金的導(dǎo)熱性能比含鉛合金更差。對(duì)于導(dǎo)電和導(dǎo)熱應(yīng)用來(lái)說(shuō)，使用金都是一個(gè)更好的選擇。金釘頭凸點(diǎn)比焊料凸點(diǎn)更容易形成頂部平整的結(jié)構(gòu)，這樣可以縮短導(dǎo)熱通路并且使較終產(chǎn)品的厚度更低。

圖1所示的是相機(jī)閃光燈單元，高度只有1mm，引腳區(qū)域面積為2.0×1.6mm，當(dāng)通過(guò)1 A（4 W）的脈沖，可在1m范圍內(nèi)可以產(chǎn)生60勒克斯的照明度。盡管金釘頭凸點(diǎn)的物理性能已經(jīng)符合要求，為了低成本、高產(chǎn)量地制造出可靠的產(chǎn)品，還需要針對(duì)工業(yè)界的大規(guī)模應(yīng)用對(duì)相關(guān)的制造流程進(jìn)行優(yōu)化。同傳統(tǒng)的焊料凸點(diǎn)倒裝芯片封裝相比，如果從制造角度考慮，GGI封裝有幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)。 圖2.釘頭凸點(diǎn)與其他晶圓級(jí)凸點(diǎn)制作方法的成本比較。感謝Kulicke & Soffa公司。

在大功率LED的互連應(yīng)用中，采用金基的互連比現(xiàn)有的焊料倒裝芯片制作流程要短，也更為簡(jiǎn)潔。焊料倒裝芯片封裝在芯片倒裝之前通常要涂助焊劑，之后進(jìn)行高溫再流。涂助焊劑的工藝需要精確控制，再流之后為了防止沾污光學(xué)器件表面，還必須將助焊劑清洗掉。而采用GGI組裝的流程完全不需要使用助焊劑。釘頭凸點(diǎn)的制作和熱超聲鍵合的溫度在150～160℃之間，而且焊料凸點(diǎn)再流的溫度在220～230℃之間。在封裝的制作過(guò)程中，如果工藝的溫度比較低可以在封裝材料的選擇上獲得更大的自由度。目前研究中的各種無(wú)鉛合金再流溫度都要高于鉛錫共晶合金。大部分的LED封裝都是采用透明的樹(shù)脂材料，它們很難承受無(wú)鉛焊料再流的高溫。如果采用金凸點(diǎn)，可以免去材料選擇的挑戰(zhàn)，其可制造性高，并且封裝的可靠性要好，從而節(jié)省了封裝的成本，也不需要開(kāi)發(fā)使用無(wú)鉛合金的新工藝流程...

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