作者：Shatil Haque, Lumileds Lighting

為手機中的數碼相機提供閃光功能對大功率LED來說是一個挑戰，同時也是一次機會。到2009年，盡管用于液晶顯示器（LCD）和鍵盤背光的LED銷售額下降將超過40%，但用于照相手機閃光功能的大功率LED卻呈現相反地發展趨勢，其年平均增長率預計高達87%。

采用這種LED作為閃光燈可在距離大于1m的范圍內得到高品質的圖像。在2003年，帶有照相功能的手機銷售量超過了單純的數碼相機。隨著高分辨率（3百萬到5百萬像素），帶有光學變焦和閃光功能照相手機的問世，單純的數碼相機將逐漸被照相手機所取代。高分辨率的傳感器、通過光學變焦實現遠距離拍照以及強制閃光功能都需要閃光燈的亮度比現有的氙閃光燈更高。目前照相手機中較好的LED閃光燈通過1A（4W）的脈沖可以在1m的距離產生60勒克司的照明度。而高分辨率的相機為了在日常或低亮度環境中得到高質量的圖像，需要在2到3m的距離內達到30勒克司的照明度。

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

近年來，通過改進GGI設備，已經有效地提高了凸點制作速度、縮短了熱超聲芯片粘結時間并且改進了制作工藝。目前，熱超聲GGI已經在SAW濾波器、硬盤驅動頭、助聽設備和RFID標簽等應用中已經實現了大批量生產。然而釘頭-凸點技術基本還停留在低功耗、低電流和低凸點數的應用中。在很小的區域內增加光輸出量需要更高的功率和電流，這樣會產生更多的光和熱。目前使用的倒裝芯片技術由焊料凸點實現，焊料互連的導電和導熱性能都很差。其他的無鉛焊料合金的導熱性能比含鉛合金更差。對于導電和導熱應用來說，使用金都是一個更好的選擇。金釘頭凸點比焊料凸點更容易形成頂部平整的結構，這樣可以縮短導熱通路并且使較終產品的厚度更低。

圖1所示的是相機閃光燈單元，高度只有1mm，引腳區域面積為2.0×1.6mm，當通過1 A（4 W）的脈沖，可在1m范圍內可以產生60勒克斯的照明度。盡管金釘頭凸點的物理性能已經符合要求，為了低成本、高產量地制造出可靠的產品，還需要針對工業界的大規模應用對相關的制造流程進行優化。同傳統的焊料凸點倒裝芯片封裝相比，如果從制造角度考慮，GGI封裝有幾個明顯的優點。 圖2.釘頭凸點與其他晶圓級凸點制作方法的成本比較。感謝Kulicke & Soffa公司。

在大功率LED的互連應用中，采用金基的互連比現有的焊料倒裝芯片制作流程要短，也更為簡潔。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。釘頭凸點的制作和熱超聲鍵合的溫度在150～160℃之間，而且焊料凸點再流的溫度在220～230℃之間。在封裝的制作過程中，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脂材料，它們很難承受無鉛焊料再流的高溫。如果采用金凸點，可以免去材料選擇的挑戰，其可制造性高，并且封裝的可靠性要好，從而節省了封裝的成本，也不需要開發使用無鉛合金的新工藝流程...

全文請參閱《半導體科技》網站：“用于大功率LED的釘頭凸點封裝技術一種有效的晶圓級凸點制作方案”