高亮度LED封裝工藝

封裝工藝及方案  
半導體封裝之主要目的是為了確保半導體芯片和下層電路間之正確電氣和機械性的互相接續，及保護芯片不讓其受到機械、熱、潮濕及其它種種的外來沖擊。選擇封裝方法、材料和運用機臺時，須考慮到LED磊晶的外形、電氣/機械特性和固晶精度等因素。因LED有其光學特性，封裝時也須考慮和確保其在光學特性上能夠滿足。
無論是垂直LED或SMD封裝,都必須選擇一部高精度的固晶機，因LED晶粒放入封裝的位置精準與否是直接影響整件封裝器件發光效能。如圖1示，若晶粒在反射杯內的位置有所偏差，光線未能完全反射出來，影響成品的光亮度。但若一部固晶機擁有先進的預先圖像辨識系統，盡管品質參差的引線框架，仍能精準地焊接于反射杯內預定之位置上。
一般低功率LED器件主要是以銀漿固晶，但由于銀漿本身不能抵受高溫，在提升亮度的同時，發熱現象也會產生，因而影響產品。要獲得高品質高功率的LED，新的固晶工藝隨之而發展出來，其中一種就是利用共晶焊接技術，先將晶粒焊接于一散熱基板熱沉上，然后把整件晶粒連散熱基板再焊接于封裝器件上，這樣就可增強器件散熱能力，令發光功率相對地增加。至于基板材料方面，硅、銅及陶瓷等都是一般常用的散熱基板物料。
共晶焊接  
技術最關鍵是共晶材料的選擇及焊接溫度的控制。新一代的InGaN高亮度LED，如采用共晶焊接，晶粒底部可以采用純錫（Sn）或金錫（Au-Sn）合金作接觸面鍍層，晶粒可焊接于鍍有金或銀的基板上。當基板被加熱至適合的共晶溫度時，金或銀元素滲透到金錫合金層，合金層成份的改變提高溶點，令共晶層固化并將LED緊固的焊于熱沉或基板上（圖6）。選擇共晶溫度視乎晶粒、基板及器件材料耐熱程度及往后SMT回焊制程時的溫度要求。考慮共晶固晶機臺時，除高位置精度外，另一重要條件就是有靈活而且穩定的溫度控制，加有氮氣或混合氣體裝置，有助于在共晶過程中作防氧化保護。當然和銀漿固晶一樣，要達至高精度的固晶，有賴于嚴謹的機械設計及高精度的馬達運動，才能令焊頭運動和焊力控制恰到好處之余，亦無損高產能及高良品率的要求。
進行共晶焊接工藝時亦可加入助焊劑，這技術最大的特點是無須額外附加焊力，故此不會因固晶焊力過大而令過多的共晶合金溢出，減低LED產生短路的機會。