发光二极管(LED)作为新式的绿色照明光源，具有节能、高效、低碳、体积小、反响快、抗震性强等利益，可以为用户供给环保、安稳、高效和安全的全新照明体会，现已逐渐打开成为老到的半导体照明工业。

近年来，全球各个国家纷乱开始禁用白炽灯泡，LED将会迎来一个黄金的添加期。此外，近年来LED在电视机背光、手机、和平板电脑等方面的运用也迎来了爆发式的添加，LED具有广大的运用打开前景。

倒装技能在LED领域上仍是一个比较新的技能概念，但在传统IC工作中现已被广泛运用且比较老到，如各种球栅阵列封装(BGA)、芯片规范封装(CSP)、晶片级芯片规范封装(WLCSP)等技能，悉数选用倒装芯片技能，其利益是出产功率高、器材本钱低和牢靠性高。

倒装芯片技能运用于LED器材，首要差异于IC在于，在LED芯片制造和封装进程中，除了要处理好安稳牢靠的电联接以外，还需求处理光的问题，包含怎样让更多的光引出来，行进出光功率，以及光空间的散布等。

针对传统正装LED存在的散热差、透明电极电流散布不均匀、外表电极焊盘和引线挡光以及金线导致的牢靠性问题，1998年，J.J.Wierer等人制备出了1W倒装焊接结构的大功率AlGaInN-LED蓝光芯片，他们将金属化凸点的AIGalnN芯片倒装焊接在具有防静电维护二极管(ESD)的硅载体上。

图1是他们制备得到的LED芯片的图片和截面示意图。他们的查验结果表明，在相同的芯片面积下，倒装LED芯片(FCLED)比正装芯片有着更大的发光面积和非常好的电学特性，在200-1000mA的电流规划，正向电压(VF)相对较低，然后导致了更高的功率转化功率。

图1 倒装结构的LED芯片图片和截面示意图

2006年，O.B.Shchekin等人又报道了一种新的薄膜倒装焊接的多量子阱结构的LED(TFFC-LED)。所谓薄膜倒装LED，就是将薄膜LED与倒装LED的概念结合起来。

在将LED倒装在基板上后，选用激光剥离(Laser lift-off)技能将蓝宝石衬底剥离掉，然后在露出的N型GaN层上用光刻技能做外表粗化。

如图2所示，这种薄膜结构的LED可以有效地添加出光功率。但相对来说，这种结构工艺比较复杂，本钱会相对较高。

图2 薄膜倒装LED芯片结构示意图

跟着硅基倒装芯片在商场上出售，逐渐发现这种倒装LED芯片在与正装芯片竞赛时，其本钱上处于显着的劣势。

因为LED打开初期，悉数封装支架和办法都是依据其正装或笔直结构LED芯片进行规划的，所以倒装LED芯片不得不先倒装在硅基板上，然后将芯片固定在传统的支架上，再用金线将硅基板上的电极与支架上的电极进行联接。

使得封装器材内仍是有金线的存在，没有使用上倒装无金线封装的优势;并且还添加了基板的本钱，使得价格较高，彻底没有发挥出倒装LED芯片的优势。

为此，最早于2007年有公司推出了陶瓷基倒装LED封装产品。这一类型的产品，陶瓷既作为倒装芯片的支撑基板，也作为全体封装支架，完毕整封装光源的小型化。

这一封装办法是先将倒装芯片焊接(Bonding)在陶瓷基板上，再进行荧光粉的涂覆，究竟用铸模(Molding)的办法制造一次透镜，这一办法将LED芯片和封装工艺结合起来，降低了本钱。

这种结构彻底消除了金线，一同散热效果显着改善，典型热阻<10℃/W，显着低于传统的K2办法的封装(典型10-20℃/W)。

跟着倒装技能的进一步运用和打开，2012年开始，呈现了可直接贴装(Direct Attach，DA)倒装芯片;随后几年，各个公司都开始研制和推出这一类型的倒装芯片。

该芯片在结构上的改动是，将LED芯片外表的P、N两个金属焊盘几许规范做大，一同确保两个焊盘之间的距离满意，这样使得倒装的LED芯片可以在陶瓷基板上乃至是PCB板上直接贴片了，使40mil左右的倒装芯片焊盘规范可以抵达贴片机的贴片精度要求，简化了芯片倒装焊接工艺，降低了全体本钱。

至现在停止(2014年中)倒装DA芯片已根柢老到，商场出售量逐渐添加，未来将会成为大功率LED芯片的干流。

在直接贴装DA芯片基础上，2013年开始打开出了白光芯片(部分公司称为免封装或无封装)产品，如图6所示。它是在倒装DA芯片制造进程中一同完毕了荧光粉的涂敷，运用时可在PCB上直接进行贴片，彻底可以当作封装光源直接运用。

其优势是LED器材体积小，芯片直接贴片可以削减散热的界面，进一步降低了热阻，散热功用进一步行进。到现在停止，白光芯片仍然处于研制阶段，商场的运用还不老到，需求我们共同努力，推进白光芯片技能和运用的打开。

图3 白光芯片与封装示意图

倒装LED芯片的制造工艺流程，如图4所示，总体上可以分为LED芯片制造和基板制造两条线，芯片和基板制造完毕后，将LED芯片倒装焊接在基板外表上，构成倒装LED芯片。

图4 倒装LED芯片工艺流程框图

关于倒装芯片来说，出光面在蓝宝石的一侧，因而在外延之前，制造图形化的衬底(PSS)，将有利于蓝光的出光，削减光在GaN和蓝宝石界面的反射。因而PSS的图形规范大小、形状和深度等都对出光功率有直接的影响。在实践开发和出产中需求针对倒装芯片的特征，对衬底图形进行优化，使出光功率最高。

在GaN外延方面，因为倒装芯片出光在蓝宝石一侧，其各层的吸光情况与正装芯片有差异，因而需求对外延的缓冲层(Buffer)、N-GaN层、多层量子阱(MQW)和P型GaN层的厚度和掺杂浓度进行调整，使之合适倒装芯片的出光要求，行进出光功率，一同合适倒装芯片制造工艺的欧姆触摸的需求。

倒装芯片与正装芯片的圆片制造进程大致相同，都需求在外延层上进行刻蚀，露出底层的N型GaN;然后在P和N极上别离制造出欧姆触摸电极，再在芯片外表制造钝化维护层，究竟制造焊接用的金属焊盘，其制造流程如图5所示。

图5 倒装LED圆片制造流程

与正装芯片比较，倒装芯片需求制造成电极朝下的结构。这种特其他结构，使得倒装芯片在一些工艺进程上有特其他需求，如欧姆触摸层有必要具有高反射率，使得射向芯片电极外表的光可以尽量多的反射回蓝宝石的一面，以确保超卓的出光功率。

倒装芯片的地图也需求依据电流的均匀散布，做最优化的规划。因为圆片制造工艺中，GaN刻蚀(Mesa刻蚀)、N型触摸层制造、钝化层制造、焊接金属PAD制造都与正装芯片根柢相同，这儿就不详细叙说了，下面要害针对倒装芯片特别工艺进行简略的说明。

在LED芯片的制造进程中，欧姆触摸层的工艺是芯片出产的中心，对倒装芯片来说尤为重要。欧姆触摸层既有传统的担负起电性联接的功用，也作为反光层的效果，如图6所示。

在P型欧姆触摸层的制造工艺中，要挑选合适的欧姆触摸资料，既要确保与P型GaN触摸电阻要小，又要确保超高的反射率。此外，金属层厚度和退火工艺对欧姆触摸特性和反射率的影响非常大，此工艺至关重要，其关系到整个LED的光效、电压等重要技能参数，是倒装LED芯片工艺中最重要的一环。

现在这层欧姆触摸层一般都是用银(Ag)或许银的合金资料来制造，在合适的工艺条件下，可以获得安稳的高功用的欧姆触摸，一同可以确保欧姆触摸层的反射率跨越95%。

图6 倒装芯片出光方向、散热通道、欧姆触摸、反光层方位示意图

与正装LED芯片相同，圆片工艺制程后，还包含芯片后段的工艺制程，其工艺流程如图7所示，首要包含研磨、抛光、切开、劈裂、查验和分类等工序。这儿工序中，仅有有不同的是查验工序，其它工序根柢与正装芯片彻底相同，这儿不再赘述。

图7 LED芯片后段工艺制程流程图

倒装芯片因为出光面与电极面在不同方向，因而在切开后的芯片点测时，探针在LED正面电极上扎针丈量时，LED的光是从不和宣告。要查验LED的光特性(波长、亮度、半波宽等)，有必要从探针台的下面收光。

因而倒装芯片的点测机台与正点缀测机台不同，测光设备(探头或积分球)有必要放在探针和芯片的下面，并且芯片的载台有必要是透光的，才调对光特性进行查验。

所以，倒装芯片的点测机台需求特别制造或改造。

倒装LED的基板首要起到支撑、联接的效果。现在倒装LED运用的基板首要有硅基板和陶瓷基板。硅基板首要是作为前期倒装芯片的基底，为了与可以与正装芯片用相同的封装办法。

硅基板的规划要依据倒装LED芯片的电极地图而拟定，规划上硅基板上的电极要与芯片上电极相匹配。

一同为确保硅片外表布线层不受外界水汽和腐蚀环境的损坏，需求在硅片外表的金属布线层外表制造一层钝化维护层。在硅片外表布线和钝化层制造好后，为了完毕LED芯片与硅基板的焊接，需求在硅基板外表制造与LED芯片电极对应的凸点金属。

硅基板的利益是利于集成，可将ESD、电源操控IC等在基板制造的阶段进行集成和整合。缺陷是易碎，不能作为封装基材，还需求其他的外部封装支架，本钱高。

陶瓷基板则是现在最盛行的倒装LED基材，用于倒装LED陶瓷基板外表的金属布线首要选用DPC(Direct Plate Copper)工艺在完毕。

DPC所制造的陶瓷基板能做到较细的线宽线距，能满意倒装LED芯片的精度需求。陶瓷基材对比起传统支架所用的PPA、PCT等塑胶资料，有高导热、耐高温、安稳性好等利益。

所以陶瓷在大功率的运用上有着巨大的优势，这点更有利于发挥倒装芯片大电流和高牢靠性的特征。

因为需求进行电性的联接，需求在基板上制造金属凸点，通过金属凸点与LED芯片的金属焊盘联接;当然也可以将金属凸点做在LED芯片的金属焊盘上，但比较少用，因为现在LED圆片仍是以2寸为主，在LED圆片上加工凸点金属本钱效益不高。

凸点资料挑选一般要求其具有超卓的重熔功用，因为其在重熔的进程中起到自对准及缩短的功用，有利于凸点的构成和焊接工艺。

依据资料的不同及运用的不同，金属凸点有多种制造办法，首要有以下几种：

(1) 钉头凸点法

钉头Au凸点的制造办法如图8。

先用电火花法在金线顶级构成球;

然后在加热、加压和超声的效果下，将Au球焊接到基板电极上;

接着将线夹抬起并水平移动;再对Au线加热并施加压力;

究竟提起线夹将金线拉断，完毕一个Au球。

对超声功率、超声时刻、焊接压力等工艺参数调整，可改动凸点的特性，如金凸点形状，机械功用等。这一办法工艺简略、简略完毕、本钱低，但其功率较低。

图8 钉头凸点进程

(2) 溅射丝网印刷法

溅射丝网印刷法的制造流程如图9所示。

先在基板上溅射上一层种层;

接着用光刻腐蚀的办法，使种层只保存凸点地点方位的金属;

接着通过丝网印刷，在凸点方位上保有锡膏;

究竟通过回流工艺，构成锡球凸点。

溅射丝网印刷法所制造的凸点精度由模板挑选。

图9 溅射丝网印刷法进程

(3) 电镀凸点法

电镀凸点法的制造流程如图10所示。

先在基板上溅射种层(Seed Layer)并无缺涂上厚光刻胶;

接着进行曝光，开出凸点方位;

然后进行全体电镀，在开窗口的方位镀上金属;

究竟去掉光刻胶及种层;则得到金属凸点。

如果是一些共晶焊料，如SnPb，则还需求进行回流构成合金。

       图10 电镀凸点法进程

金属凸点的制造，最重要的是凸点厚度(即高度)的操控;关于合金凸点，还需求准确操控合金凸点的组分，因为合金组分直接挑选了金属凸点的熔点，关于后边的焊接工艺至关重要。

关于金凸点，还需通过工艺操控，准确操控凸点的硬度，以便在后边的倒装焊接工序中可以操控凸点的变形程度。

要完毕倒装芯片，LED芯片需求焊接到基板外表。而完毕倒装LED芯片与基板间的焊接，常用的是金属与金属之间的共晶焊接工艺。

现在工作界的共晶工艺一般有以下几种：

(1) 点助焊剂与焊料进行共晶回流焊;

(2) 运用金球键合的超声热压焊工艺;

(3) 金锡合金的共晶回流焊工艺。

其间第一种锡膏回流焊在现在器材的SMT贴片用得较多。现在在LED工作界，后两种焊接工艺运用较多，首要是倒装LED芯片现在还首要倒装在硅基或陶瓷基板上。

共晶回流焊首要针对的是PbSn、纯Sn、SnAg等焊接金属资料。这些金属的特征是回流温度相对较低。这一办法的特征是工艺简略、本钱低，但其回流温度较低，不利于二次回流。

超声热压焊工艺是将LED芯片和基板加热到必定温度后，在LED芯片上加上必定的压力，使凸点发作必定的变形，增大触摸面积，然后在触摸界面加上必定的超声功率。在热和超声冲突的效果下使得芯片和基板上的金属可以发作键合。

现在金对金焊接(Gold to gold bonding)都选用这种办法焊接，这种焊接构成的键合联接非常安定确保了大电流的安稳运用和长时刻作业的牢靠。

金锡合金的共晶回流焊工艺是使用金锡合金(20%的锡)在280℃以上温度时为液态，当温度逐渐下降时，会发作共晶反响，构成超卓的联接。金锡共晶的利益是其共晶温度高于二次回流的温度，一般为290~310℃，整个合金回流时刻较短，几分钟内即可构成健壮的联接，操作便利，设备简略;并且金锡合金与金或银都可以有较好的结合。

上面三种焊接工艺中，第一和第三种工艺都需求首要通过贴片机用锡膏或助焊剂将LED芯片贴在基板外表，然后再进行回流焊接。因为倒装LED芯片规范较小，对贴片机的精度的要求一般。贴片精度直接挑选了芯片焊接后的对准情况。

第

二种办法超声热压焊工艺需求选用专用的焊接机，对焊接机的要求较高，除对准精度要求外，还需对基板和LED芯片固晶头的温度准确操控，对固晶头压力和超声功率准确操控，因而这种专用焊接设备往往比较贵重，相对来说工艺本钱也会较高。

倒装LED芯片因为其体积小、易于集成，在各个领域都可以完毕广泛的运用。在倒装芯片这一技能平台上，能开宣告多种产品。

现在工作界多家公司均已推出倒装无金线的陶瓷基LED光源产品，在LED芯片倒装在陶瓷基板上后，整片陶瓷基板去做荧光粉涂敷，然后用模具Molding一次透镜，这两步封装工艺都是整片一同完毕的，究竟再进行切开、查验分类和卷带包装进程，直接构成了陶瓷基无金线封装光源产品，其工艺进程如图11所示。

这种封装办法，封装进程和芯片制造进程结合在一同，因而称为芯片级封装;一同封装是整片一同完毕的，不是单颗操作的，因而也称为晶片级封装(Wafer Level Package)。

图11 陶瓷基无金线封装工艺进程

现在陶瓷基倒装光源产品成为了倒装LED芯片运用的干流，国际上Philips Lumileds、Cree、三星等公司都已许多推出和出售倒装陶瓷基光源产品，台湾新世纪、台积电，国内晶科电子、德豪润达、天电等公司也已推出同类产品，在商场上的接受度越来越高，特别是在高端的室外照明更是成为了首要的挑选。

现在市面上呈现了新式的LED光源，这种光源的结构中，运用柔性基板代替陶瓷基板作为倒装芯片的支撑，见图12。这种结构中，最首要的是用聚酰亚胺(Polyimide)等资料代替陶瓷作为支撑，用铜片作为导电和导热的资料。

倒装芯片通过共晶焊接与柔性基板的铜片相联接，究竟通过喷粉、Molding、切开、查验包装等相同工序，则得到究竟的与陶瓷基光源相同的光源。

图12 柔性基板光源示意图

因为与倒装芯片触摸的为金(或银)，与陶瓷基相同，所以倒装芯片上并不需求做任何改动，并且能确保焊接的功用不变。基板上部的金属透过通孔的铜与下部的焊盘进行联接，确保了热量直接在金属中进行传导，坚持优异的导热功用。

但柔性基板也有其缺陷。一是柔性基板太软，需求对制造流程中的工艺进行批改，现在还没有老到的匹配工艺;二是受限于其结构，光源焊盘既是电性通道也是散热通道，不可以做到热电别离。这样会对灯具厂商提出一些灯具规划的额外要求。

现在国内外许多公司现已投入许多人力物力进行柔性基板的研制，其优势的价格比陶瓷基板廉价，但现在基板和封装工艺都还不老到，估计不久的将来会有倒装柔性基板产品推出。

现在LED业界最抢手的技能就是以倒装LED芯片为中心的白光芯片。白光芯片是现在最合适倒装LED芯片的一种封装办法。

白光芯片的结构如图13，究竟结构是在倒装芯片外部包覆上一层荧光胶，芯片宣告的蓝光通过荧光胶转换成白光。

白光芯片的最大特征就是小，其规范仅比芯片略大，是实在的芯片级封装(CSP，Chip Scale Package)——封装体面积与芯片面积之比小于1.4倍。

白光芯片具有以下的利益：

1) 封装体积小，便利规划整合Lens;

2) 直接贴装，无需基板，便利运用;

3) 散热直接，热阻低，牢靠性高;

4) 高密度集成，光色均匀性好;

5) 封装结构简略，制造本钱低。

运用上，白光芯片可以对3535产品进行直接替换，也可使用其易贴装的特征，制造出高光密度的光源(如COB)，见图13。在某些需求规范束缚更大的领域中，如直下式背光，手机背光等，能有更大的打开空间。

图13 白光芯片与白光芯片COB

倒装LED与正装LED比较，具有高光效、高牢靠性和易于集成的特征，使倒装LED得到越来越广泛的运用。将倒装LED技能与芯片级封装技能相结合，能更进一步行进白光LED光源的竞赛力。

跟着芯片技能与封装技能日益老到，客户对倒装LED的知道加深，倒装LED将会有一个更远大的出息，将会在商场上占有更大的份额。