Projekt "Hochleistungs-Infrarot-LEDs"

Entwicklung eines Low-Cost Wafer-Level Prozesses für den Aufbau von High-Brightness Flip-Chip LEDs

Projekt: Entwicklung einer automatischen Montagetechnologie für High Power SMD-LEDs mit maximaler Wärmeableitung
Projektpartner: EPIGAP Optoelektronik GmbH, Berlin
Förderprogramm: FUEGO

Ziel war es einen zuverlässigen flussmittelfreien Prozess zum Aufbau von High Power LEDs im roten und infraroten Spektralbereich zu entwickeln, der kostengünstig sein musste. Hierzu bietet sich das genaue Placen der GaAlAs-Chips auf einem Siliziumträger mit anschließendem Reflowlöten der vollständig bestückte Wafer mit bis zu 2500 LEDs an. Das Sägen und Vereinzeln der Module finden nach dem Aufbau statt.

Zunächst musste eine geeignete Metallisierung für Substrat und Chip gefunden werden, die unter den gegebenen Prozessbedingen eine reproduzierbar gute Verbindung ergibt. In vergleichenden Reihenuntersuchungen hat sich eine Schichtfolge, bei der sich auf dem Substrat dick Gold und am Chip Gold und Zinn als Bilayer befindet, als sinnvoll erwiesen. Das Lotinterface ist so ausgelegt, dass sich möglichst die -Phase bildet. Chip und Substrat sind durch geeignete Barriereschichten vor dem Kontakt mit dem flüssigen Lot geschützt. Die Verwendung von Flip-Chip LEDs vereinigt die Vorteile des drahtbondlosen Aufbaus mit der optimalen Entwärmung, da der Wärme produzierende p-Kontakt direkt auf das Substrat gelötet ist. Durch die hohe mechanische Stabilität des Lotes und die gute Entwärmung konnte nahezu keine Degradation bei Auslagerungsversuchen und Zyklentests beobachtet werden.
Im Rahmen dieses Projektes wurden weitreichende Erfahrungen mit der Metallurgie und Zuverlässigkeit der AuSn-Lotverbindungen gewonnen.