用于白光led的芯片级封装技术研究【字数：8794】
近年来LED技术发展迅猛，将逐步取代传统照明，成为新一代照明光源。芯片级封装首先应用在电子封装上，但由于技术不够成熟并没有能够立即在LED中实现。随着不断深入的研究以及LED技术的提高，使得LED芯片级封装的实现成为了可能。拥有较小的封装体积，较高的发光效率，良好的散热性能以及更简单的制作工艺，能够更好的适应2W以上大功率白光LED芯片的封装要求等优点而人们所青睐，着力研究。本论文根据大功率LED封装的发展现状，选择陶瓷基板的倒装首先结构，利用喷粉工艺进行白光LED的芯片级封装制备，对比原片喷涂图以及扩膜效果图对产品进行检测合格程度。在测试打靶图方面，通过改变配粉比例，对色度打靶图测试分析，并且不断进行优化配粉，使打靶点成功进入目标区域。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 白光 LED 1
1.3 LED的封装史 2
第二章 白光LED芯片级封装技术与仪器 3
2.1 CSP工艺 3
2.2 白光LED芯片级封装的制备仪器与检测设备 4
第三章 白光LED芯片级封装制备与测试 5
3.1 LED芯片类型 5
3.2 基板的选择 6
3.3 白光LED芯片级封装结构设计 7
3.4 喷粉工艺结果分析 7
第四章 总结与展望 23
参考文献 24
致 谢 25
绪论
引言
1879年美国发明家爱迪生发明了白炽灯,照明时代从此到来。1996年, 日本日亚化学公司利用蓝光LED激发荧光粉产生黄光混合蓝光形成白光, 从此LED实现商用化。至今，LED生产三十多年。期间各式各样的LED、利用LED再开发的产品层出不穷，市场上不断涌现出新式LED产品。关于LED的应用也迅速展开, 包括大型广场上的巨型显示屏幕、车载用灯具、便携手电筒等。现在正在向第四个照明光源的发展阶段———以白光LED为主的半导体照明光源的方向发展。预期在这之后的一段时间内，白光LED将会高速发展，白光发光二极管在生活中将随处可见，作为最具备前景的新兴技术领域之一[1]。
LED体积小、耗电低、发光效率高、寿命长、节能环 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
保等优点让它能够取代白炽灯等传统光源。但是大功率LED还存在散热系统匹配、发光稳定性等问题需要进一步研究[2]。
白光 LED
目前实现白光LED的技术主要是三种：
三原色LED管或芯片混合产生白光。芯片型发光材料主要有GaAsP、ALGaAs、GaP∶、AlGalnP/GaAs 、AlGalnP/GaP 、GaP∶N、lnGaN。芯片型的发光效率高, 显色性能好，缺点是成本较高，有变色现象[3]。
2、蓝色LED芯片激发荧光粉发光,使蓝光与黄绿光混合产生白光。优点是发光效率高、显色性好、制作简单、热稳定性高，缺点是光一性差[4]。
3、紫光LED激发荧光粉发出白光。优点是显色性高,制备简单。缺陷是热稳定性差, 发光效率低[5]。
LED荧光粉的特性要求：1、性质稳定；2、光色不因温度、时间、晶片效率而改变3、激发响应时间快：约120nm；4、吸收短波长光，放出长波长光，吸收和放出过程可逆[67]
LED的封装史
1994年日本三菱公司提出CSP芯片级封装（Chip Scale Package），最早应用半导体封装产业中，取得了不错的成就。而因为受到技术水平的限制，CSP的LED封装难度较大，只是概念被提出却并未应用到生活中。直到近些年，一些技术的突破并经过无数次设计方案的修改，逐渐应用在生活中。
LED 经历了从单芯片到多芯片的封装方式，与此同时，LED的封装结构也在不断发展。引脚式封装，采用引线架作为封装引脚。引脚式封装种类众多，技术水平相对成熟，是最早设计研发出来并实现商用化。表面贴装封装的设计减少了芯片所需要的体积、减轻重量变得轻便，同时因为可通过较大的工作电流，适用于自动化贴装的生产，工艺更加先进，贴合电子行业发展的趋势。缺陷是在使用中存在散热性能低、热稳定性能较差、发光效率低等问题。COB封装，将芯片直接贴电路板上，通过键合引线与电路板键合，对芯片进行保护。COB的优点是LED发出的光更加柔和、设计简单、所占空间较小等，缺陷是芯片整合亮度问题，色温需要调和，并且系统整合的技术还不够成熟。远程荧光封装技术，分开放置多颗蓝光LED、荧光粉，并利用反射器、散射器等光学器件对LED发出的蓝光经过调整混光后再均匀的射在荧光粉层上，这样LED发出的白光将是均匀，提高了发光效率[810]。
关于LED芯片封装行业给CSP封装的解释和定义，如今还有着诸多不同，但是总体上，CSP封装技术是用荧光粉的涂覆技术，在芯片制造工艺阶段之前把荧光粉旋涂封膜，这样一来，形成的厚度就十分的薄，最薄可以达到30微米。往分散了说，CSP封装也尝尝被行业内定向为：CSP、电路板上的晶圆级集成芯片（WICOP）、无基板的近芯片级封装（NCSP）或者是“免封装”。这一大类的LED封装能够先完成部分封装工序，再进行芯片工艺制作阶段。这样一来，生产流程就化繁为简了，同时也降低了生产成本，更重要的是，这样制作出来的封装尺寸所占空间会更小，并且同样小的封装尺寸可以向外提供更大的功率[1113]。
白光LED芯片级封装工艺与仪器
2.1 CSP工艺
CSP分为两种封装：覆晶芯片尺寸封装(FCCSP)和晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)。
FCCSP封装工艺流程如图2.1：
图2.1 FCCSP封装工艺流程
首先清洗外延片并剥离衬底，接着切割成指定大小的片块并电镀电极，再涂上荧光粉层，最后将芯片倒装焊接到基板上并对其测试。
WLCSP封装工艺流程如图2.2：
图2.2 WLCSP封装工艺流程
首先清洗外延片并在晶圆上电镀铜电极，接着作树脂封装，将晶圆翻面除去硅基板，最后整个晶圆上涂覆荧光粉层并切割成片，完成封装产品并测试。
两者的差别在于：FCCSP先切割外延片成片再进行焊接连接;WLCSP将整体镀铜的外延片先形成电极，提高生产效率。WLCSP的生产效率较高，但是需要精准控制芯片之间的距离，技术难度高[14]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 白光 LED 1
1.3 LED的封装史 2
第二章 白光LED芯片级封装技术与仪器 3
2.1 CSP工艺 3
2.2 白光LED芯片级封装的制备仪器与检测设备 4
第三章 白光LED芯片级封装制备与测试 5
3.1 LED芯片类型 5
3.2 基板的选择 6
3.3 白光LED芯片级封装结构设计 7
3.4 喷粉工艺结果分析 7
第四章 总结与展望 23
参考文献 24
致 谢 25
绪论
引言
1879年美国发明家爱迪生发明了白炽灯,照明时代从此到来。1996年, 日本日亚化学公司利用蓝光LED激发荧光粉产生黄光混合蓝光形成白光, 从此LED实现商用化。至今，LED生产三十多年。期间各式各样的LED、利用LED再开发的产品层出不穷，市场上不断涌现出新式LED产品。关于LED的应用也迅速展开, 包括大型广场上的巨型显示屏幕、车载用灯具、便携手电筒等。现在正在向第四个照明光源的发展阶段———以白光LED为主的半导体照明光源的方向发展。预期在这之后的一段时间内，白光LED将会高速发展，白光发光二极管在生活中将随处可见，作为最具备前景的新兴技术领域之一[1]。
LED体积小、耗电低、发光效率高、寿命长、节能环 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
保等优点让它能够取代白炽灯等传统光源。但是大功率LED还存在散热系统匹配、发光稳定性等问题需要进一步研究[2]。
白光 LED
目前实现白光LED的技术主要是三种：
三原色LED管或芯片混合产生白光。芯片型发光材料主要有GaAsP、ALGaAs、GaP∶、AlGalnP/GaAs 、AlGalnP/GaP 、GaP∶N、lnGaN。芯片型的发光效率高, 显色性能好，缺点是成本较高，有变色现象[3]。
2、蓝色LED芯片激发荧光粉发光,使蓝光与黄绿光混合产生白光。优点是发光效率高、显色性好、制作简单、热稳定性高，缺点是光一性差[4]。
3、紫光LED激发荧光粉发出白光。优点是显色性高,制备简单。缺陷是热稳定性差, 发光效率低[5]。
LED荧光粉的特性要求：1、性质稳定；2、光色不因温度、时间、晶片效率而改变3、激发响应时间快：约120nm；4、吸收短波长光，放出长波长光，吸收和放出过程可逆[67]
LED的封装史
1994年日本三菱公司提出CSP芯片级封装（Chip Scale Package），最早应用半导体封装产业中，取得了不错的成就。而因为受到技术水平的限制，CSP的LED封装难度较大，只是概念被提出却并未应用到生活中。直到近些年，一些技术的突破并经过无数次设计方案的修改，逐渐应用在生活中。
LED 经历了从单芯片到多芯片的封装方式，与此同时，LED的封装结构也在不断发展。引脚式封装，采用引线架作为封装引脚。引脚式封装种类众多，技术水平相对成熟，是最早设计研发出来并实现商用化。表面贴装封装的设计减少了芯片所需要的体积、减轻重量变得轻便，同时因为可通过较大的工作电流，适用于自动化贴装的生产，工艺更加先进，贴合电子行业发展的趋势。缺陷是在使用中存在散热性能低、热稳定性能较差、发光效率低等问题。COB封装，将芯片直接贴电路板上，通过键合引线与电路板键合，对芯片进行保护。COB的优点是LED发出的光更加柔和、设计简单、所占空间较小等，缺陷是芯片整合亮度问题，色温需要调和，并且系统整合的技术还不够成熟。远程荧光封装技术，分开放置多颗蓝光LED、荧光粉，并利用反射器、散射器等光学器件对LED发出的蓝光经过调整混光后再均匀的射在荧光粉层上，这样LED发出的白光将是均匀，提高了发光效率[810]。
关于LED芯片封装行业给CSP封装的解释和定义，如今还有着诸多不同，但是总体上，CSP封装技术是用荧光粉的涂覆技术，在芯片制造工艺阶段之前把荧光粉旋涂封膜，这样一来，形成的厚度就十分的薄，最薄可以达到30微米。往分散了说，CSP封装也尝尝被行业内定向为：CSP、电路板上的晶圆级集成芯片（WICOP）、无基板的近芯片级封装（NCSP）或者是“免封装”。这一大类的LED封装能够先完成部分封装工序，再进行芯片工艺制作阶段。这样一来，生产流程就化繁为简了，同时也降低了生产成本，更重要的是，这样制作出来的封装尺寸所占空间会更小，并且同样小的封装尺寸可以向外提供更大的功率[1113]。
白光LED芯片级封装工艺与仪器
2.1 CSP工艺
CSP分为两种封装：覆晶芯片尺寸封装(FCCSP)和晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)。
FCCSP封装工艺流程如图2.1：
图2.1 FCCSP封装工艺流程
首先清洗外延片并剥离衬底，接着切割成指定大小的片块并电镀电极，再涂上荧光粉层，最后将芯片倒装焊接到基板上并对其测试。
WLCSP封装工艺流程如图2.2：
图2.2 WLCSP封装工艺流程
首先清洗外延片并在晶圆上电镀铜电极，接着作树脂封装，将晶圆翻面除去硅基板，最后整个晶圆上涂覆荧光粉层并切割成片，完成封装产品并测试。
两者的差别在于：FCCSP先切割外延片成片再进行焊接连接;WLCSP将整体镀铜的外延片先形成电极，提高生产效率。WLCSP的生产效率较高，但是需要精准控制芯片之间的距离，技术难度高[14]。
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