LED封裝技術(shù)發(fā)展的研究與展望

　　技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)需求是LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩大動(dòng)力。LED封裝經(jīng)歷了各種封裝形態(tài)的傳統(tǒng)正裝封裝和有引線倒裝封裝發(fā)展歷程。隨著市場(chǎng)需求變化、LED芯片制備技術(shù)和LED封裝技術(shù)的發(fā)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(fā)展。

　　從中國(guó)LED封裝發(fā)展歷程上看，有傳統(tǒng)正裝封裝用LED芯片、有引線覆晶(Flip-Chip)封裝用LED芯片和無(wú)引線覆晶封裝用LED芯片等幾種結(jié)構(gòu),無(wú)引線覆晶LED封裝技術(shù)是未來(lái)LED封裝的主流技術(shù)。

　　LED 封裝發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢(shì)

　　隨著芯片技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)對(duì)更高亮度的需要，各種形態(tài)的封裝產(chǎn)品大量產(chǎn)生，從早期的引腳式LED器件、貼片式印制電路板(P C B)結(jié)構(gòu)、聚鄰苯二酰胺(P P A)、聚對(duì)苯二甲酸己二甲醇酯(P C T)及熱固性環(huán)氧樹(shù)酯(E M C)結(jié)構(gòu)L E D器件到現(xiàn)今的氮化鋁陶瓷結(jié)構(gòu)、高功率集成板上芯片封裝(Chip On Board，COB)、各類(lèi)覆晶等不同形態(tài)的封裝。中國(guó)LED封裝形式的演變?nèi)鐖D1所示。

　　未來(lái)LED封裝將圍繞照明應(yīng)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(fā)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(shí)現(xiàn)高光效及高可靠性等技術(shù)問(wèn)題將成為新的主題。

　　正裝封裝和覆晶封裝優(yōu)缺點(diǎn)

　　LED封裝可以簡(jiǎn)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(wú)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(guò)特定的技術(shù)方案進(jìn)行有效組合成產(chǎn)品的封裝工藝。倒裝芯片之所以被稱(chēng)為“倒裝”，是相對(duì)于正裝封裝金屬線鍵合(Wire Bonding)連接方式的工藝而言。正裝封裝的LED芯片電氣面朝上，而LED倒裝芯片的電氣面朝下，相當(dāng)于將前者翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，故稱(chēng)其為“倒裝芯片”,倒裝LED芯片的光從藍(lán)寶石襯底取出，不必從電流擴(kuò)散層取出，不透光的電流擴(kuò)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(guò)引線實(shí)現(xiàn)電氣連接。銀膠或白膠含環(huán)氧樹(shù)脂，長(zhǎng)期環(huán)境穩(wěn)定性較差，其熱阻較高，在LED長(zhǎng)時(shí)間通電過(guò)程中粘接力逐漸變差，易導(dǎo)致LED壽命縮短;且引線很細(xì)，耐大電流沖擊能力較差，僅能承受10g左右的作用力，當(dāng)受到冷熱沖擊時(shí)，因各種封裝材料的熱失配，易導(dǎo)致引線斷裂從而引起LED失效。單顆LED芯片正裝結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　LED正裝芯片封裝的優(yōu)點(diǎn)是：①芯片制備工藝成熟;②封裝工藝比較成熟。

　　LED正裝芯片封裝的缺點(diǎn)是：①電極、焊點(diǎn)、引線遮光;②熱傳導(dǎo)途徑很長(zhǎng)：藍(lán)寶石粘結(jié)膠支架金屬基板;③熱傳導(dǎo)系數(shù)低：藍(lán)寶石熱傳導(dǎo)率為20W / (m·K)、粘結(jié)膠熱傳導(dǎo)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(guò)導(dǎo)熱粘結(jié)膠將LED倒裝芯片固定在基板上，再利用金線進(jìn)行電氣連接。其中倒裝芯片是通過(guò)植金球的方式將LED正裝芯片倒裝在硅(S i)襯底基板上，并在S i襯底上制備電極，形成倒裝芯片。有引線覆晶封裝結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

　　有引線覆晶封裝的優(yōu)點(diǎn)為：①藍(lán)寶石襯底向上，無(wú)電極、焊點(diǎn)、引線遮光，出光效率提升;②傳熱效果較好，易傳導(dǎo)。

　　有引線覆晶封裝的缺點(diǎn)為：①熱傳導(dǎo)途徑較長(zhǎng)：金屬焊點(diǎn)→硅基板→導(dǎo)熱粘結(jié)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(wèn)題。

　　3. 無(wú)引線覆晶封裝

　　無(wú)引線覆晶封裝是通過(guò)共晶/回流焊接技術(shù)將電極接觸面鍍層為錫(Sn)或金(Au)-錫等合金的水平電極芯片直接焊接于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(dǎo)。無(wú)引線覆晶封裝結(jié)構(gòu)如圖4所示。

　　無(wú)引線覆晶封裝的優(yōu)點(diǎn)為：①無(wú)電極、焊點(diǎn)、引線遮光;②無(wú)引線阻礙，可實(shí)現(xiàn)平面涂覆熒光粉及超薄封裝;③電氣連接為面接觸，可耐大電流沖擊;④熱傳導(dǎo)途徑短：金錫焊點(diǎn)→氮化鋁陶瓷/金屬基板;⑤金屬界面導(dǎo)熱系數(shù)更高，熱阻更小;⑥完全擺脫引線和粘結(jié)膠的束縛，表現(xiàn)出優(yōu)異的力、熱、光、電性能。

　　未來(lái)無(wú)引線覆晶封裝形式

　　隨著外延、芯片制備技術(shù)發(fā)展及IC芯片級(jí)微封裝技術(shù)在LED中的應(yīng)用，基于覆晶的無(wú)引線封裝技術(shù)將成為未來(lái)引領(lǐng)市場(chǎng)的一種LED封裝新技術(shù)。

　　目前有芯片、封裝廠商在開(kāi)展無(wú)引線封裝技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，主要有以下2種方式：一種是芯片廠商直接做成已涂布好熒光粉的LED芯片級(jí)器件，該LED芯片級(jí)器件可通過(guò)固晶回流焊工藝直接焊接到線路基板上制成光源板(如圖5)，如CREE XQ-E、三星L M131A、晶電16×16免封裝芯片產(chǎn)品。

　　另一種是封裝廠商采用類(lèi)共晶/回流焊方式將芯片廠商推出的水平電極倒裝芯片封裝成各種無(wú)引線封裝產(chǎn)品(如圖6)，如晶科電子(廣州)有限公司、臺(tái)灣隆達(dá)電子股份有限公司及深圳市天電光電科技有限公司、江西省晶瑞光電有限公司等推出的陶瓷基板3535、2016、高功率C O B等功率型封裝產(chǎn)品。

　　結(jié)語(yǔ)

　　目前，以覆晶為基礎(chǔ)的無(wú)引線封裝技術(shù)主要應(yīng)用在大功率的產(chǎn)品上和多芯片集成封裝C O B的產(chǎn)品上，在中小功率產(chǎn)品的應(yīng)用上，其成本競(jìng)爭(zhēng)力還不是很強(qiáng)。雖然LED無(wú)引線覆晶封裝正在顛覆傳統(tǒng)LED封裝工藝，但為適應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式要求，其他封裝形式依然會(huì)存在。

　　目前無(wú)引線覆晶封裝工藝技術(shù)路線已經(jīng)明確，相關(guān)設(shè)備、工藝都將更新，雖然封裝制程成本較高，且當(dāng)前亮度與傳統(tǒng)封裝相比還沒(méi)有明顯優(yōu)勢(shì)，但由于無(wú)引線覆晶封裝有眾多其他優(yōu)點(diǎn)，仍將是半導(dǎo)體照明LED封裝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。各類(lèi)LED無(wú)引線覆晶封裝產(chǎn)品已在室內(nèi)外照明、裝飾照明及背光等領(lǐng)域得到應(yīng)用，隨著新技術(shù)出現(xiàn)和進(jìn)步、技術(shù)應(yīng)用的拓展，特別是在中小功率封裝上的推廣與成熟應(yīng)用，無(wú)引線覆晶封裝將進(jìn)一步突顯成本和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，成為技術(shù)主流，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。