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LED封裝產業發展

:2018-03-12    :333

 技術進步和市場需求是LED產業發展的兩大動力。LED封裝經曆了各種封裝形態的傳統正裝封裝和有引線倒裝封裝發展曆程。隨著市場需求變化、LED芯片製備技術和LED封裝技術的發展,LED封裝將主要朝著高功率、多芯片集成化、高光效及高可靠性、小型化的方向發展。

從中國LED封裝發展曆程上看,有傳統正裝封裝用LED芯片、有引線覆晶(Flip-Chip)封裝用LED芯片和無引線覆晶封裝用LED芯片等幾種結構,無引線覆晶LED封裝技術是未來LED封裝的主流技術。從最早的直插燈珠到現在流行的貼片燈珠,直插燈珠依舊有著無可代替的光學特性,但是無法製造大功率產品

一、LED封裝發展曆程和發展趨勢

隨著芯片技術發展和市場對更高亮度的需要,各種形態的封裝產品大量產生,從早期的引腳式LED器件、貼片式印製電路板(PCB)結構、聚鄰苯二酰胺(PPA)、聚對苯二甲酸己二甲醇酯(PCT)及熱固性環氧樹酯(EMC)結構LED器件到現今的氮化鋁陶瓷結構、高功率集成板上芯片封裝(ChipOnBoard,COB)、各類覆晶等不同形態的封裝。中國LED封裝形式的演變如圖1所示。

未來LED封裝將圍繞照明應用,主要朝著高功率、小型化、多芯片集成化、高光效及高可靠性方向發展。為提升白光LED器件流明成本效率,解決封裝器件大電流高功率工作條件下的散熱、實現高光效及高可靠性等技術問題將成為新的主題。

二、正裝封裝和覆晶封裝優缺點

LED封裝可以簡單分為正裝芯片封裝與覆晶封裝。覆晶封裝又分為有引線覆晶封裝和無引線覆晶封裝。覆晶封裝是利用LED倒裝芯片與各種封裝材料通過特定的技術方案進行有效組合成產品的封裝工藝。倒裝芯片之所以被稱為“倒裝”,是相對於正裝封裝金屬線鍵合(WireBonding)連接方式的工藝而言。正裝封裝的LED芯片電氣麵朝上,而LED倒裝芯片的電氣麵朝下,相當於將前者翻轉過來,故稱其為“倒裝芯片”,倒裝LED芯片的光從藍寶石襯底取出,不必從電流擴散層取出,不透光的電流擴散層可以加厚,增加電流密度。

1、LED正裝芯片封裝

正裝芯片封裝采用銀膠或白膠將芯片固定在基板上,通過引線實現電氣連接。銀膠或白膠含環氧樹脂,長期環境穩定性較差,其熱阻較高,在LED長時間通電過程中粘接力逐漸變差,易導致LED壽命縮短;且引線很細,耐大電流衝擊能力較差,僅能承受10g左右的作用力,當受到冷熱衝擊時,因各種封裝材料的熱失配,易導致引線斷裂從而引起LED失效。單顆LED芯片正裝結構如圖2所示。

LED正裝芯片封裝的優點是:①芯片製備工藝成熟;②封裝工藝比較成熟。

LED正裝芯片封裝的缺點是:①電極、焊點、引線遮光;②熱傳導途徑很長:藍寶石粘結膠支架金屬基板;③熱傳導係數低:藍寶石熱傳導率為20W/(m·K)、粘結膠熱傳導率為2W/(m·K);④熱積累影響芯片和熒光粉可靠性。

2、有引線覆晶封裝

有引線覆晶封裝是通過導熱粘結膠將LED倒裝芯片固定在基板上,再利用金線進行電氣連接。其中倒裝芯片是通過植金球的方式將LED正裝芯片倒裝在矽(Si)襯底基板上,並在Si襯底上製備電極,形成倒裝芯片。有引線覆晶封裝結構圖如圖3所示。

有引線覆晶封裝的優點為:①藍寶石襯底向上,無電極、焊點、引線遮光,出光效率提升;②傳熱效果較好,易傳導。

有引線覆晶封裝的缺點為:①熱傳導途徑較長:金屬焊點→矽基板→導熱粘結膠→支架熱沉;②有引線連接,大電流承受能力有限,存在引線虛焊引起的可靠性問題。

 

 

3、無引線覆晶封裝

無引線覆晶封裝是通過共晶/回流焊接技術將電極接觸麵鍍層為錫(Sn)或金(Au)-錫等合金的水平電極芯片直接焊接於鍍有金或銀的基板上,既可固定芯片,又可電氣連接和熱傳導。無引線覆晶封裝結構如圖4所示。

無引線覆晶封裝的優點為:①無電極、焊點、引線遮光;②無引線阻礙,可實現平麵塗覆熒光粉及超薄封裝;③電氣連接為麵接觸,可耐大電流衝擊;④熱傳導途徑短:金錫焊點→氮化鋁陶瓷/金屬基板;⑤金屬界麵導熱係數更高,熱阻更小;⑥完全擺脫引線和粘結膠的束縛,表現出優異的力、熱、光、電性能。

三、未來無引線覆晶封裝形式

隨著外延、芯片製備技術發展及IC芯片級微封裝技術在LED中的應用,基於覆晶的無引線封裝技術將成為未來引領市場的一種LED封裝新技術。

目前有芯片、封裝廠商在開展無引線封裝技術研發及產業化,主要有以下2種方式:一種是芯片廠商直接做成已塗布好熒光粉的LED芯片級器件

 

結語

目前,以覆晶為基礎的無引線封裝技術主要應用在大功率的產品上和多芯片集成封裝COB的產品上,在中小功率產品的應用上,其成本競爭力還不是很強。雖然LED無引線覆晶封裝正在顛覆傳統LED封裝工藝,但為適應應用領域對產品結構形式要求,其他封裝形式依然會存在。

目前無引線覆晶封裝工藝技術路線已經明確,相關設備、工藝都將更新,雖然封裝製程成本較高,且當前亮度與傳統封裝相比還沒有明顯優勢,但由於無引線覆晶封裝有眾多其他優點,仍將是半導體照明LED封裝技術的發展趨勢。各類LED無引線覆晶封裝產品已在室內外照明、裝飾照明及背光等領域得到應用,隨著新技術出現和進步、技術應用的拓展,特別是在中小功率封裝上的推廣與成熟應用,無引線覆晶封裝將進一步突顯成本和技術優勢,成為技術主流,引領行業發展。 

 



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