1、深紫深紫外外 LED 封装关键技术与发封装关键技术与发展展目目录录1、电子封装技、电子封装技术术2、深紫、深紫外外 LED 封装技封装技术术1.芯片选芯片选择择2.封装结构设封装结构设计计3.封装材料选封装材料选择择4.封装工艺优封装工艺优化化3、深紫、深紫外外 LED 封装技术发封装技术发展展4、结束、结束语语5、团队简、团队简介介1、电子封装技、电子封装技术术 1电子封装：从芯片到器件或系统的工艺过电子封装：从芯片到器件或系统的工艺过程程芯片芯片封装封装器件器件A Chip is Useless without a Package无封装，不芯片；无芯片，不封无封装，不芯片；无芯片，不封装装
2、电子封装主要功能电子封装主要功能1机械保护：机械支撑与保护、防潮机械保护：机械支撑与保护、防潮/防尘防尘/防振等（气密封装防振等（气密封装）2电互连：供电、信号传输与控电互连：供电、信号传输与控制制3散热：导热散热：导热/耐热耐热/热匹配热匹配等（功率器件、高温环境、三维封装等等（功率器件、高温环境、三维封装等）4导光结构：降低光损，提高光效导光结构：降低光损，提高光效等等技术难点：多种材料，有限空间，实现特定的性能、可靠性与成技术难点：多种材料，有限空间，实现特定的性能、可靠性与成本本1、电子封装技、电子封装技术术 21、电子封装技、电子封装技术术 3电子封装技术发展电子封装技术发展1分立器
3、件封分立器件封装装少引脚，金属或陶瓷封装，少引脚，金属或陶瓷封装，如如 TO 封封装装2集成电路集成电路（IC）封封装装多引脚，低功率，塑料封装，低成多引脚，低功率，塑料封装，低成本本3传感器封装传感器封装（MEMS）小尺寸、多品种、气密封小尺寸、多品种、气密封装装4光电器件封装光电器件封装（LD/LED/PV等等）光电转换、功率器件、散热、出光光电转换、功率器件、散热、出光等等5电力电子器件封装电力电子器件封装（IGBT等等）大功率器件：大电流、散热、可靠大功率器件：大电流、散热、可靠性性发展趋势：小型化、集成化、多功能发展趋势：小型化、集成化、多功能化化1、电子封装技、电子封装技术术 4白
4、光白光 LED 封装封装:从从 LED 芯片到灯具的全工艺过程芯片到灯具的全工艺过程光学方面光学方面:提高光效与质量（光色、均匀性等提高光效与质量（光色、均匀性等）热学方面热学方面:散热，提高性能与使用寿散热，提高性能与使用寿命命电学方面电学方面:电源驱动与智能控电源驱动与智能控制制机械支撑与保护（可靠性机械支撑与保护（可靠性）1少发热，多发少发热，多发光光！2协同设计（协同设计（Co-design）3）DFX（Design for X）X 高品高品质质X 可制造性（工艺可制造性（工艺）X 可靠可靠性性X 成本成本（30-60%）72.0 深紫深紫外外 LED 封封装装 芯片选芯片选择择芯片尺
5、寸芯片尺寸/mil功率功率/w光功率光功率/mw电流电流/mA主波长主波长/nm10*200.13.520265/275/30820*200.7515100255/265/275/30830*30124150265/275/30845*45248350265/275/308韩韩国国 PW UVC 芯芯片片芯片选择芯片选择：1主波长、光功率主波长、光功率、芯片尺寸、芯片尺寸等等2芯片结构：正装、垂直、倒装芯片结构：正装、垂直、倒装等等3底部金属化：底部金属化：金锡共晶金锡共晶层层？4可靠性、成本与应用领可靠性、成本与应用领域域5）82.1 深紫深紫外外 LED 封封装装-结构设结构设计计 1深紫
6、外深紫外 LED 封装技术要求封装技术要求高热导率基板高热导率基板/热电分离热电分离 陶陶瓷基板瓷基板（AlN）气密性封装（含围坝结构）气密性封装（含围坝结构）气密材料（金属气密材料（金属/陶瓷陶瓷/玻璃）玻璃）深紫深紫外外 LED 芯片发光效率低，要求基板散热性能良芯片发光效率低，要求基板散热性能良好好水蒸汽渗透水蒸汽渗透到到 LED 芯片表面，影响器件性能与可靠芯片表面，影响器件性能与可靠性性深紫外线与氧气反应产生臭氧，影响出光效深紫外线与氧气反应产生臭氧，影响出光效率率深紫外线能量高，易与有机物反应，导致材料变深紫外线能量高，易与有机物反应，导致材料变质质有机硅胶中羧基有机硅胶中羧基(-
7、COOH)等化学键在深紫外光照射下发生等化学键在深紫外光照射下发生 光解现象，导致硅胶变质光解现象，导致硅胶变质1出光材料（透镜，导光材料）出光材料（透镜，导光材料）2粘接材料（非光路？粘接材料（非光路？半无机封装）半无机封装）全无机封装（金属、陶瓷、全无机封装（金属、陶瓷、玻璃）玻璃）选用含围坝三维陶瓷基板（散热）和石英盖板（出光），选用含围坝三维陶瓷基板（散热）和石英盖板（出光），实现全无机气密封装（可靠性实现全无机气密封装（可靠性）2.1 深紫深紫外外 LED 封封装装-结构设结构设计计 2深紫外深紫外 LED 全无机气密封装全无机气密封装1出光：石英玻璃盖板（深紫外波段高效透光、抗紫外
8、腐蚀出光：石英玻璃盖板（深紫外波段高效透光、抗紫外腐蚀）2散热：陶瓷基板（含围坝结构、高热导率散热：陶瓷基板（含围坝结构、高热导率）3可靠性：高强度焊接，气密封装（防止空气、湿气侵入可靠性：高强度焊接，气密封装（防止空气、湿气侵入）几种典型封装结构几种典型封装结构深紫外深紫外 LED 封装制备关键技术封装制备关键技术1石英玻璃盖板制备：表面金属化（焊接）和粗化（提高光效石英玻璃盖板制备：表面金属化（焊接）和粗化（提高光效）2三维陶瓷基板制备：高热导率（散热），含围坝结构（腔体三维陶瓷基板制备：高热导率（散热），含围坝结构（腔体）3低温气密焊接：气密焊接（石英盖板低温气密焊接：气密焊接（石英盖板
9、/陶瓷基板间高强度焊接）陶瓷基板间高强度焊接）低温焊接（避免芯片热损伤低温焊接（避免芯片热损伤）美国美国 SETi美国美国 SemiLED日本日本 Nichia日本日本 Stanley韩国首尔半导体韩国首尔半导体佛山国星光电佛山国星光电青岛杰生电气青岛杰生电气广州鸿利秉一广州鸿利秉一深圳拓展光电深圳拓展光电传统传统 TO 封装封装2.1 深紫深紫外外 LED 封封装装-结构设结构设计计 3石英玻璃盖板石英玻璃盖板 材料：石英玻璃（高透光率、抗紫外老化、折射率适中等，厚材料：石英玻璃（高透光率、抗紫外老化、折射率适中等，厚度度 0.3-0.4mm）石英玻璃石英玻璃硅硅 胶胶T95%(200-40
10、0 nm)T85%(300 nm以上以上)表面金属化表面金属化（金属焊接环（金属焊接环）2.2 深紫深紫外外 LED 封封装装-材料选材料选择择 1玻璃表面粗化：提高出光效率玻璃表面粗化：提高出光效率技术原理：玻璃表面技术原理：玻璃表面微纳结构粗化微纳结构粗化，抑制反射损耗，提高出光效抑制反射损耗，提高出光效率率2.2 深紫深紫外外 LED 封封装装-材料选材料选择择 1DPC（Direct Plating Ceramic）陶瓷基板陶瓷基板 陶瓷特性陶瓷特性：高导热、高耐热、高绝缘、耐腐蚀、抗辐射：高导热、高耐热、高绝缘、耐腐蚀、抗辐射等等 高精度高精度：半导体微加工技术，图形精度高（：半导体
11、微加工技术，图形精度高（50um），实现小型），实现小型化化 垂直互连垂直互连：激光打孔：激光打孔+电镀填孔，实现垂直互连（集成化电镀填孔，实现垂直互连（集成化）大电流大电流：电镀金属层厚度可控，满足大电流传输需：电镀金属层厚度可控，满足大电流传输需求求 低成本低成本：低温工艺：低温工艺（300以下）以下）+PCB 技术（工技术（工艺艺+设备设备）132.2 深紫深紫外外 LED 封封装装-材料选材料选择择 2三维陶瓷基板（围坝板）三维陶瓷基板（围坝板）=DPC 陶瓷基板陶瓷基板+围坝围坝1、粘结围坝型三维陶瓷基板、粘结围坝型三维陶瓷基板1金属或陶瓷围金属或陶瓷围坝坝2有机胶粘接：耐热性有机胶
12、粘接：耐热性差差3无机胶粘接或高温焊无机胶粘接或高温焊接接2.2 深紫深紫外外 LED 封封装装-材料选材料选择择 22、电镀围坝型三维陶瓷基板、电镀围坝型三维陶瓷基板1热导率高、图形精度热导率高、图形精度高高2金属围坝，结合强度金属围坝，结合强度高高3）围坝高度围坝高度：300-500um（台阶？）台阶？）4基板易于翘曲基板易于翘曲（350 度高温下度高温下）5生产效率低，成本较生产效率低，成本较高高2.2 深紫深紫外外 LED 封封装装-材料选材料选择择 216气密焊接材料气密焊接材料1高强度焊高强度焊接接2温度梯度焊料温度梯度焊料（焊膏（焊膏/焊料片焊料片等等2.2 深紫深紫外外 LED
13、 封封装装-材料选材料选择择 3固晶材料固晶材料（Die attachment）无铅焊膏：点涂工艺，适合正装或垂直芯片（无铅焊膏：点涂工艺，适合正装或垂直芯片（锡膏流淌污染锡膏流淌污染）金锡共晶：蒸发或溅射沉积在芯片底部，图形精度高，适合金锡共晶：蒸发或溅射沉积在芯片底部，图形精度高，适合倒装芯片（倒装共晶焊）倒装芯片（倒装共晶焊）新技术：新技术：1）陶瓷基板）陶瓷基板+焊料焊料（Sn/AuSn），），节省工艺成本，节省工艺成本，提高固晶质量提高固晶质量2）纳米焊膏（纳米银膏或纳米铜膏）纳米焊膏（纳米银膏或纳米铜膏）：点涂工艺，：点涂工艺，低温烧结低温烧结+高温服役，高热导率高温服役，高热导率
14、焊膏焊接焊膏焊接金锡共晶金锡共晶平行缝焊技术平行缝焊技术激光局部加热封装激光局部加热封装气密封装焊接技术气密封装焊接技术 整整体加热焊接技术体加热焊接技术1高温高温对对 LED 芯片热损芯片热损伤伤2高温影响固晶质高温影响固晶质量量3焊接层熔点低于固晶焊接层熔点低于固晶层层局部加热焊接技术局部加热焊接技术电阻焊电阻焊（TO 封装）封装）2.3 深紫深紫外外 LED 封封装装-工艺优工艺优化化 12.3 深紫深紫外外 LED 封封装装-工艺优工艺优化化 2材料连接技术：焊接、粘接、铆接、螺栓连接材料连接技术：焊接、粘接、铆接、螺栓连接等等1）物理键合（金属焊接）技术）物理键合（金属焊接）技术 温
15、度、压力、气氛（真空或惰性气体保护等温度、压力、气氛（真空或惰性气体保护等）气密性好，但工艺成本高，热应力气密性好，但工艺成本高，热应力大大2）化学键合（粘接）技术）化学键合（粘接）技术 异质集成：金异质集成：金属属-陶瓷；玻陶瓷；玻璃璃 陶瓷；金陶瓷；金属属-半导体半导体等等 有机粘胶有机粘胶：502、AB 胶等（固晶胶、透镜粘接等胶等（固晶胶、透镜粘接等）无机胶凝材料：免烧陶瓷浆料无机胶凝材料：免烧陶瓷浆料等等 技术优势：低温粘接，高温服役，低应技术优势：低温粘接，高温服役，低应力力 材料和工艺成本低（无需金属化材料和工艺成本低（无需金属化）气密性气密性？3、深紫、深紫外外 LED 封装技
16、封装技术术-发展趋发展趋势势 11、强化封装设计、强化封装设计 协同设计协同设计：1）芯片芯片-封装封装-应用应用（CPA）协同设协同设计计2）光光-电电-热热-成本成本（OETC）协同设协同设计计 不模拟，不上线：热学、光学与力学模拟，满足应用要不模拟，不上线：热学、光学与力学模拟，满足应用要求求 DFX（Design for X）：）：高光效、高可靠性、可制造性（工艺）高光效、高可靠性、可制造性（工艺）等等 封装技术要求：真空封装？气密封装！准气密封装？非气密封封装技术要求：真空封装？气密封装！准气密封装？非气密封装装？可靠性测试与评估：有效寿命？够用就行可靠性测试与评估：有效寿命？够用就
17、行？全无机？半无机？全无机？半无机？行业标准！行业标准！电电热热光光封装封装3、深紫、深紫外外 LED 封装技封装技术术 发展趋发展趋势势 22、研发封装新技术、研发封装新技术 封装结构：优化封装结构，提高出光效封装结构：优化封装结构，提高出光效率率 封装材料封装材料：1）新型抗紫外胶（氟树脂新型抗紫外胶（氟树脂）2微纳米复合焊膏（固晶微纳米复合焊膏（固晶）3耐高温无机胶（粘接耐高温无机胶（粘接）封装工艺与装备封装工艺与装备：新型低温或局部加热焊接技：新型低温或局部加热焊接技术术氟树脂（日本名城大学氟树脂（日本名城大学）感应局部加热焊接（华中科技大学感应局部加热焊接（华中科技大学）3、深紫、深
18、紫外外 LED 封装技封装技术术 发展趋发展趋势势 33、批量生产技术、批量生产技术板级封装板级封装（Board Level Packaging），），降低成降低成本本 C2C：Chip to Chip bondingW2W：Wafer to Wafer bondingC2W：Chip to Wafer bonding（KGD）平面石英盖平面石英盖板板+三维陶瓷基三维陶瓷基板板 含凹腔石英盖板含凹腔石英盖板+平面陶瓷基平面陶瓷基板板金属化石英盖板金属化石英盖板三维陶瓷基板三维陶瓷基板深紫外深紫外LED 模组模组板级封装（焊接）板级封装（焊接）4、结束、结束语语 封装是光电器件制造关键工艺，直接
19、影响器件性能与成封装是光电器件制造关键工艺，直接影响器件性能与成本本 介绍介绍了了 深紫深紫外外 LED 封装关键技术（封装结构封装关键技术（封装结构/封装材料封装材料/封装工艺等封装工艺等）深紫深紫外外 LED 必须采用全无机材料，实现气密封必须采用全无机材料，实现气密封装装 无机粘接技术有望在深紫无机粘接技术有望在深紫外外 LED 封装中得到应用（围坝制备与盖板粘接封装中得到应用（围坝制备与盖板粘接）可靠性和成本是影响深紫可靠性和成本是影响深紫外外 LED器件应用的主要因器件应用的主要因素素 深紫深紫外外 LED 杀菌消毒领域（水体杀菌消毒领域（水体/空气空气/表面等，新冠疫情持续影响表面
20、等，新冠疫情持续影响）产业大有可为，但建立标准很重要，需要产业链上下游通力合产业大有可为，但建立标准很重要，需要产业链上下游通力合作作1华中科技大学华中科技大学医科（同济医学院、同济医院、协和医院等）医科（同济医学院、同济医院、协和医院等）工科（工科（机械、光电、机械、光电、电气、动力等电气、动力等）3 家上市公司，家上市公司，6 个驻外产业研究个驻外产业研究院院2武汉光电国家研究中心武汉光电国家研究中心偏重偏重光电应用技术研发光电应用技术研发，包括光通信、，包括光通信、激光、激光、光伏、半导体照明光伏、半导体照明等等5、团队简、团队简介介 1 主要从事先进电子封装技术研主要从事先进电子封装技
21、术研发发 近期研发内容近期研发内容：1先进封装材料：先进封装材料：DPC 陶瓷基板、陶瓷基板、PiG 荧光玻璃、无机胶、纳米焊膏荧光玻璃、无机胶、纳米焊膏等等2先进封装工艺：低温键合（从物理键合到化学键合）、三维封装集成先进封装工艺：低温键合（从物理键合到化学键合）、三维封装集成等等3封装技术应用：高温电子封装（第三代半导体）、白光封装技术应用：高温电子封装（第三代半导体）、白光/深紫深紫外外 LED封装、封装、VCSEL 封装、小封装、小型型 TEC 封装封装等等 先后承先后承担担 20 多项国家和省市级项目，获国家技术发明二等奖多项国家和省市级项目，获国家技术发明二等奖等等 可产业化技术研发：书架可产业化技术研发：书架（论文（论文/专利专利）+货架货架（产业化（产业化/商品商品）5、团队简、团队简介介 2 课题组简介课题组简介
